лекция химбио 9 класс клетка

Лекция 9г и 8хм

Строение и функции клетки.

Из курса ботаники и зоологии известно, что растения и животные состоят из клеток Клетка- это наименьшая структурная и функциональная единица живого. Клетка активно реагирует на раздражение, выполняет функции роста и размножения, способна к самовоспроизведению и передаче генетической информации потомкам, к регенерации и приспособлению к окружающей среде.

В организме человека различают около 200 типов клеток, которые отличаются друг от друга формой, строением, химическим составом, характером обмена веществ. И каждая клетка представляет собой целостную живую систему. Она состоит из 3х неразрывно связанных между собой частей: цитоплазмы, ядра и цитолеммы( плазматической мембраны). (рис. 2.)

Цитоплазма состоит из полупрозрачной гиалоплазмы ( от лат. Hyalinos-прозрачный) — основного вещества цитоплазмы и находящихся в ней органелл и включений.

Гиалоплазма- сложная система, которая заполняет пространство между клеточными органеллами.

Состав-вода (90%), белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, полисахариды, нуклеотиды, соли. Гиалоплазма объединяет различные структуры клетки и обеспечивает их взаимодействие.

Органеллы- структуры клетки , выполняющие определённые, жизненноважные функции. Различают органеллы общего назначения(во всех клетках) и специальные( в специализированных), мембранные и немембранные.

Мембранные органеллы :эндоплазматическую сеть , Комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пероксисомы.

Эндоплазматическая сеть образована группами вакуолей или трубочек, совокупность которых напоминает сеть. Она неоднородна по строению бывает зернистая и незернистая ЭПС. У зернистой ЭПС на мембранах трубочек располагается множество рибосом — мелких округлых телец. Мембраны незернистой ЭПС рибосом на своей поверхности не имеют.

Функция зернистой ЭПС — участие в синтезе белка, на мембранах незернистой происходит синтез липидов и полисахаридов.

Комплекс Гольджи (внутренний сетчатый аппарат)- обычно располагается около клеточного ядра. Состоит из уплощённых цистерн, окружённых мембраной. Рядом с группами цистерн находиться множество мелких пузырьков.

Функция-накопление продуктов, синтезированных ЭПС, и выведение образовавшихся веществ за пределы клетки, также формирование лизосом и пероксисом.

Лизосомы- мембранные мешочки, наполненные активными химическими веществами( ферментами), расщепляющими БЖУ и нуклеиновые кислоты.

Пероксисомы- небольшие овальной формы тельца, содержащие ферменты, разрушающие пероксид водорода ( Н2О2) , который токсичен для клетки.

Эндоплазматическая сеть, Комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы- представляют собой единую, ограниченную мембранами вакуолярную систему клетки, участвующую в синтезе и транспорте различных , важных для жизнедеятельности клетки веществ.

Митохондрии ( от греч. mitos-нить; chondrion — зерно, гранула), называют «энергетическими станциями клетки» . Это палочковидные, нитевидные или шаровидные органеллы, диаметром около 0,5 мкм, длинной от 1до 10 мкм. Они хорошо видны в световой микроскоп. Они ограничены не одной мембраной, а двумя. Наружная мембрана ровная и ограничивает митохондрию от гиалоплазмы. А внутренняя ограничивает содержимое митохондрии и образует многочисленные складки, выпячивания — гребни (кристы)

Функция- синтез АТФ( аденозинтрифосфорной кислоты)-важного для функций клеток энергетического материала.

К немембранным органеллам относят опорный аппарат, клеточный центр, микрофиламенты, микротрубочки, рибосомы.

Опорный аппарат( цитоскелет) обеспечивает клетке способность сохранять форму, а также осуществлять направленные движения. Цитоскелет представлен белковыми нитями

Микрофиламенты лежат непосредственно под цитолеммой и участвуют в движениях клетки.

Микротрубочки представляют собой полые цилиндры, состоящие из белка тубулина. Они являются основными структурами ресничек и жгутиков, обеспечивают их подвижность.

Клеточный центр (цитоцентр) состоит из центриолей и окружающего их плотного вещества — центросферы. Располагается клеточный центр возле Ядра клетки. Центриоли это полые цилиндры, стенки которых состоят из 9 триплетов — тройных микротрубочек. Обычно в неделящейся клетке присутствуют две центриоли: материнская и дочерняя, которые располагаются под углом друг к другу. При подготовке клетки к делению происходит удвоение центриолей. так что в клетке перед делением образуются четыре центриоли. Центриоли и центросфера участвуют в формировании в делящихся клетках веретена деления и располагаются на его полюсах.

Рибосомы представляют собой гранулы 15—35 нм в диаметре. В их

состав входят белки и молекулы РНК (примерно в равных весовых отношениях). Располагаются рибосомы в цитоплазме свободно или фиксированы на мембранах зернистой эндоплазматической сети. Рибосомы участвуют в сборке молекул белка, в объединении аминокислот в цепи в строгом соответствии с генетической информацией, заключенной в ДНК.

ЦИТОЛЕММА.

Основной структурой любой биологической мембраны является непрерывный двойной слой липидных молекул — липидный бислой (рис. 3). Он обеспечивает непроницаемость мембраны для большинства водорастворимых молекул. Липиды составляют около 50% массы плазматической мембраны. Их молекулы имеют гидрофильную (любящую воду) головку и гидрофобные (боящиеся воды) концы. Липидные молекулы расположены таким образом, что гидрофобные концы находятся между двумя слоями, образованными гидрофильными головками.

Молекулы белков не образуют в в мембранах сплошного слоя, они располагаются в слоях липидов. погружаясь в них на разную глубину. В плазматической мембране количество белков составляет половину ее массы.

Углеводы на поверхности мембраны представлены полихаридными цепочками, которые прикреплены к мембранным белкам и липидам. Масса углеводов в плазматической’ мембране колеблется ОТ 2 до 10%

от ее массы. Углеводы на клеточной поверхности образуют надмембранный слой — гликокаликс, принимающий участие в процессах межклеточного узнавания. Функция плазматической мембраны. Одна из основных жизненно важных функций плазматической мембраны — транспортная функция. Она обеспечивает поступление в клетку питательных и энергетических

веществ, выведение продуктов обмена и биологически активных веществ (секретов), регулирует прохождение в клетку и из клетки различных ионов.

ЯДРО КЛЕТКИ

Ядро обязательный компонент животных клеток, оно содержит генетическую информацию и регулирует белковый синтез. Ядро имеет чаше всего шаровидную или яйцевидную форму. Возможны и другие мы ядра: бобовидная, палочковидная, сегментированная. Ядро неделящейся клетки состоит из ядерной оболочки, нуклеоплазмы, хроматина и ядрышка.

ядерная оболочка (нуклеолемма) отделяет содержимое от цитоплазмы и регулирует транспорт веществ между ядром и цитоплазмой. Она состоит из наружной и внутренней мембран, разделенных перинуклеарным пространством (рис. 4). Наружная ядерная мембрана непосредственно соприкасается с цитоплазмой клетки, с эндоплазматической сетью. На поверхности мембраны, обращенной к цитоплазме, находятся многочисленные рибосомы. Ядерная оболочка

имеет закрытые диафрагмой ядерные поры, через которые осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой. Из ядра выходят молекулы РНК. а поступают в ядро белки и нуклеотиды.

Нуклеоплазмасодержит

белки, нуклеотиды. различные РНК и ферменты. В ней расположен хроматин и одно или несколько ядрышек. Хроматин — это участки плотного вещества в ядре, содержащие ДНК. Благодаря способности хорошо окрашиваться различными красителями этот компонент ядра и получил название «хроматин» (от греч. chгогпа — цвет, краска). Хроматин в период междe делением ядра представляет разрыхленную субстанцию. Во время деления клетки происходит уплотнение хроматина, образуются нитевидные структуры — хромосомы. В это время хромосомы являются распределителями и переносчиками генетического материала во вновь образующиеся дочерние клетки. В хромосомах ДНК представляет собой линейные молекулы, содержащие множество генов (геномов). Ген—это ряд последовательно расположенных в ДНК нуклеотидов.

Для каждого вида животных характерно определенное число хромосом. У человека в клетках 46 хромосом, т.е. 23 пары хромосом (диплоидный двойной набор). Каждая пара различается по форме и величине. Хромосомы 23-й пары называют половыми. В клетках женского организма содержится симметричная пара половых хромосом, так называемые Х-хромосомы. В клетках мужского организма пара половых хромосом несимметрична, одна хромосома — Х хромосома — такая же. как и в клетках женского организма, вторая отличается от нее по форме и называется У-хромосомой.

Таким образом, у женщин 23-я пара хромосом — это ХХ-хромосомы. а у мужчин — ХУ-хромосомы. Каждая половая клетка содержит 23 хромосомы (гаплоидный, одинарный набор). Во всех яйцеклетках 23-я хромосома только Х-хромосома, а в сперматозоидах — либо Х’, либо У хромосома.

Ядрышко — самая плотная структура клеточного ядра. Это не самостоятельная структура ядра. производное хромосом, место образованния рибосомных РНК. участвуя в синтезе белков. Состоит ядрышко из фибриллярных структур (тонких волоконец), расположенных в центре ядрышка, и гранулярного компонента по его периферии.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ

Все клетки животных и растений сходны не только по строению, но и ПО химическому составу. Они содержат как неорганические, так и органические вещества.

Неорганические вещества клетки. В состав клетки входят более 80 химических элементов периодической системы Менделеева. При этом на долю шести из них — углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы приходится около 99% общей массы клетки. Химические элементы находятся в клетке либо в виде ионов, либо в виде соединений.

Первое место среди веществ клетки занимает вода, имеющая химическую формулу Н2О. Вода составляет около 70% массы клетки. Большинство

реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водной среде. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

Благодаря этим свойствам в клетке поддерживается тепловое равновесие. Она — основное средство пере движения веществ в клетке и организме. Велико значение воды как растворителя; многие вещества ступают в клетку из внешней ср. в водном растворе и в водном же растворе выводятся из клетки отработанные продукты. Вода определяет физические свойства клетки объем, упругость. При потере большого количества воды организмы гибнут.

К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относят соли. Для процессов жизнедеятельно клетки наиболее важны катионы К Nа+, Са2+,Mg2+ . A также анионы

H2PO4-,Сl-, НСО3-. Концентрация

катионов и анионов во внутриrточной и внеклеточной средах различна. Так внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов Калия и очень низкая — ионов натрия Напротив, в окружающей клетку среде — в тканевой жидкости меньше ионов калия и больше ионов натрия. Пока клетка жива, эти различия в концентрациях ионов калия и Натрия между клеточной и внекле-точной средами сохраняют постоянство. После гибели клетки содержание ионов в клетке и окружающей среде быстро выравнивается.

Органические вещества клетки (табл. I). Можно сказать, что почти все молекулы клетки относятся к сое-динениям углерода. Благодаря небольшому размеру и наличию на внешней оболочке четырех электронов углерода может образовывать четыре прочные ковалентные связи с другими атомами, создавая большие и сложные молекулы. Углеродсодержащие вещества характерны только для живых клеток и организмов.

Большинство органических соединений, входящих в состав клетки, характеризуются большим размером молекул. Поэтому их называют макромолекулами (от греч. mасгоs — большой). Такие молекулы состоят из повторяющихся сходных по структуре и связанных между собой соединений — мономеров (от греч. топов — один). Образованную мономерами макромолекулу называют полимером (от греч. ро1у — много).

Белки. Белки составляют основную массу цитоплазмы и ядра клетки. В состав всех белков входят атомы водорода, кислорода и азота. Во многие белки входят атомы серы,фосфора. Каждая молекула белка состоит из тысяч атомов, например молекула белка гемоглобина(С3832Н4616,0872S8Fe4).

Существует огромное количество различных белков. Все они построены из аминокислот. Каждая аминокислота содержит карбоксильную группу (СООН), имеющую кислотные свойства, и аминогруппу (N1-12), имеющую основные свойства. Участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильной групп, которыми отличаются аминокислоты, называют радикалами (Я).

К числу важнейших аминокислот относят аланин, глутаминовую и ас-парагиновую кислоты, пролин, лейцин, цистеин. Соединения аминокислот друг с другом называют пептидами. Пептид из двух аминокислот называют дипептидом, из трех аминокислот — трипептидом, из многих аминокислот — полипептидом. Таким образом, белки являются полимерами, мономерами которых служат аминокислоты. В состав большинства белков входит 300—500 аминокислот, но есть и более крупные белки, состоящие из 1500 и более аминокислот.

Белки отличаются составом, числом и порядком чередования аминокислотных звеньев в полипептидной цепи. Установлено, что именно последовательность чередования аминокислот имеет первостепенное значение в существующем разнообразии белков. Многие молекулы белков имеют большую длину и молекулярную массу. Так, молекулярная масса инсулина —5700, гемоглобина 65 000, а воды — всего 18.

Полипептидные цепи белков не всегда вытянуты в длину. Они могут скручиваться, изгибаться или свертываться самым различным образом.

Разнообразие физических и химических свойств белков обеспечивает им выполнение множества функций: строительную, ферментативную, двигательную, транспортную, защитную, энергетическую.

Углеводы — это сложные органические вещества, в состав которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Общая формула углевода Сn(Н20)n, где n не меньше трех. Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами Сложные углеводы представляют собой полимеры, в которых моносаха риды играют роль мономеров. III двух мономеров образуется дисахарид, из трех—трисахарид, из многих — полисахарид. Все моносахари ды — бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Самые распро страненные моносахариды в животной клетке — глюкоза, рибоза, дезок сирибоза.

Глюкоза — первичный источник энергии для клетки. Подвергаясь расщеплению, она превращается в оксид углерода и воду (С0220).

В ходе этой реакции освобож дается энергия (при расщеплении I г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии). Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и аденозинтрифосфорной кислоты

Липиды образованы теми же химическими элементами, что и угла воды,— углеродом, водородом и кислородом. Они представляют собой органические вещества, нерастворимые в воде. Самые распространен ные липиды — жиры. Жир — основной источник энергии. При его расщеплении выделяется в 2 раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Липиды гидрофобны, они входят в состав клеточных мембран

Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК. Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского слова «нуклеус», т. е. ядро где они и были впервые обнаружены Нуклеиновые кислоты являются по динуклеотидами, т.е. представляют собой последовательно соединенные друг с другом нуклеотиды. Нуклеотид — это химическое соединение, состоящее из одной молекулы фосфорной КИСЛОТЫ, одной молекулы моносахарида и одной молекулы органического основания. Органические основания при взаимодействии с кис-лотами могут образовывать соли.

Молекула дезоксирибонуклеино-вой кислоты (ДНК) представляет со-бой две цепи, спирально закрученные одна вокруг другой. Каждая цепь. полимер, мономерами которого ЯВЛЯЮТСЯ нуклеотиды, в состав которых входят азотистые основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), углевод (дезоксирибоза) и фосфорная кислота.

При образовании двойной спирали комплементарные азотистые основания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Основания подходят друг к другу на-столько близко, что между ними возникают водородные связи. В полинуклеотидных цепях ДНК каждые гри следующие друг за другом нуклеотида составляют триплет (совокупность из трех компонентов). Наивысшее число возможных триплетов 64, т. е. 4 в кубе.

ДНК имеет уникальное свойство способность к удвоению, кото-рым не обладает ни одна из других известных молекул. В определенные моменты ДНК может существовать в виде одноцепочной молекулы. при достаточном наборе нуклеотидов и в присутствии специальных ферментов происходит воссоздание образование) недостающей половины на основе принципа комплементарности (дополнения к имеющейся).

Молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) также полимер, мономерами которой являются нуклеотиды, в состав которой входят азотистые основания (аденин, урацил, гуанин, цитозин), углевод (рибоза) и фосфорная кислота. РНК представляет собой одноцепочную молекулу. В РНК, так же как и в ДНК, комбинации из трех нуклеотидов образуют триплеты, или информационные единицы. Каждый триплет управляет включением в белок совершенно определенной аминокислоты. Наивысшее число возможных триплетов, так же как и в ДНК,—64.

По выполняемым функциям выделяют несколько видов РНК: транспортная РНК (тРНК) в основном содержится в цитоплазме клетки; ри-босомная РНК (рРНК) составляет существенную часть структуры рибосом; информационная РНК (иРНК), или матричная (мРНК), содержится в ядре и цитоплазме клетки и переносит информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.

Ферменты. Реакции органических соединений в клетках и тканях протекают с очень низкой скоростью. В то же время живая клетка имеет особые вещества для ускорения реакций, которые называют ферментами. Ферменты, расщепляющие углеводы, называют сахаразами, отщепляющие водород — дегидрогеназами, расщепляющие жиры – липазами.

ФУНКЦИИ КЛЕТКИ

Клетка, являясь структурной и функциональной единицей живых организмов, обладает всеми признаками живой материи. Это обмен веществ, способность реагировать на внешние воздействия (раздражимость), возбудимость, рост, размножение (способность к воспроизведению и передаче генетической информации), регенерация (восстановление), приспособление (адаптация).

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК

Размножение клеток происходит путём деления исходной клетки на две дочерние клетки. Существуют на основных типа деления клеток — митоз и мейоз.

Митоз (от греч. mitos — нить) —

это такое деление клетки, при котором

образуются два дочерних ядра с наборами хромосом , идентичными наборам родительской клетки. Вслед за ядерным делением цитоплазма делится на две равные части. Образуются две равноценные дочерние клетки. Митотическое деление приводит к увеличению числа клеток, обеспечивающих процессы роста организмов. У высших животных и человека таким способом восполняются потери клеток в результате их износа или гибели.

Время жизни клетки от деления до деления называют клеточным циклом. Весь клеточный цикл состоит из собственно митоза (деления клетки) и периода между двумя делениями, который называют интерфазой. Интерфаза занимает обычно около 90% времени всего клеточного цикла.

В интерфазе клетка готовится к удвоению хромосом (синтезируются РНК, различные клеточные белки). Затем синтезируется ДНК, происходит ее удвоение (репликация). В результате каждая хромосома оказывается удвоенной, состоящей из двух идентичных сестринских хроматид. После полного удвоения хромосом синтезируются белки микротрубочек веретена деления.

В периоде митоза происходят со бытия, которые традиционно подразделяют на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу, телофазу (рис. 5).

Профаза. В этот переходный период от интерфазы к митозу центросома разделяется на две центриоли, уходящие к полюсам делящейся клетки. Хроматин уплотняется (конденсируется), образуются отчетливо видимые хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Начинается быстрый распад ядерной оболочки. Микротрубочки проникают в область ядра.

Метафаза занимает значительную часть периода митоза. Хромо сомы в эту фазу деления клетки выстраиваются в экваториальной плоскости веретена.

Анафаза. Хромосомы начинают медленно расходиться к соответствующим полюсам клетки. Все хроматиды движутся с одинаковой скоростью около 1 мкм в минуту. Анафаза обычно длится всего лишь несколько минут.

Телофаза (от греч. теlоs — конец). Дочерние хроматиды подходят к полюсам клетки. Вокруг каждой группы дочерних хроматид образуется новая ядерная оболочка. Конденсированный хроматин начинает разрыхляться, в новых ядрах появляются ядрышки. В экваториальной области клетки, между двумя дочерними ядрами образуется борозда деления, которая, постепенно углубляясь, полностью разделяет две дочерние клетки.

Мейоз является разновидностью митоза. Это деление созревающих половых клеток. При мейозе в два раза уменьшается число хромосом. Поэтому мейоз называют также редукционным делением (от лат. геductio- уменьшение). В человеческой половой клетке в результате мейоза вместо двойного (диплоидного) числа хромосом (46) остается одинарный (гаплоидный) набор хромосом (23). Значение мейоза состоит в том, что он обеспечивает сохранение в ряде поколений постоянного числа хромосом.

Клетки человеческого организма, число которых огромно, делятся с разной скоростью. Нервные клетки не делятся совсем, клетки печени делятся один раз в течение двух лет, а некоторые эпителиальные клетки кишечника делятся чаще, чем два раза в сутки.

Клеточное деление у многоклеточных организмов зависит от сложных регуляторных механизмов нервной системы и эндокринного аппарата.

Предыдущий:

Следующий: