Деление клетки — основа роста, развития и размножения организмов. Роль митоза и мейоза
Если у одноклеточных организмов деление клетки приводит к увеличению количества особей, т. е. размножению, то у многоклеточных этот процесс может иметь различное значение. Так, деление клеток зародыша, начиная с зиготы, является биологической основой взаимосвязанных процессов роста и развития. Подобные же изменения наблюдаются у человека в подростковом возрасте, когда число клеток не только увеличивается, но и происходит качественное изменение организма. В основе размножения многоклеточных организмов также лежит деление клетки, например при бесполом размножении благодаря этому процессу из части организма происходит восстановление целостного, а при половом — в процессе гаметогенеза образуются половые клетки, дающие впоследствии новый организм. Следует отметить, что основные способы деления эукариотической клетки — митоз и мейоз — имеют различное значение в жизненных циклах организмов.
В результате митоза происходит равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками — точными копиями материнской. Без митоза было бы невозможным существование и рост многоклеточных организмов, развивающихся из единственной клетки — зиготы, поскольку все клетки таких организмов должны содержать одинаковую генетическую информацию.
В процессе деления дочерние клетки становятся все более разнообразными по строению и выполняемым функциям, что связано с активацией у них все новых групп генов вследствие межклеточного взаимодействия. Таким образом, митоз необходим для развития организма.
Этот способ деления клеток необходим для процессов бесполого размножения и регенерации (восстановления) поврежденных тканей, а также органов.
Мейоз, в свою очередь, обеспечивает постоянство кариотипа при половом размножении, так как уменьшает вдвое набор хромосом перед половым размножением, который затем восстанавливается в результате оплодотворения. Кроме того, мейоз приводит к появлению новых комбинаций родительских генов благодаря кроссинговеру и случайному сочетанию хромосом в дочерних клетках. Благодаря этому потомство получается генетически разнообразным, что дает материал для естественного отбора и является материальной основой эволюции. Изменение числа, формы и размеров хромосом, с одной стороны, может привести к появлению различных отклонений в развитии организма и даже его гибели, а с другой — может привести к появлению особей, более приспособленных к среде обитания.
Таким образом, клетка является единицей роста, развития и размножения организмов.
https://examer.ru/ege_po_biologii/teoriya/kletka_kak_biologicheskaya_sistema_mnozhestvennyj_vybor
Цитология
Основные положения клеточной теории. Клетка – структурная и функциональная единица живого.
Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки
Органические вещества клетки: липиды, АТФ, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты) и их роль в клетке.
Ферменты, их роль в процессе жизнедеятельности.
Особенности строения клеток прокариот и эукариот.
Основные структурные компоненты клетки
Поверхностный аппарат клетки.
Транспорт молекул через мембраны
Рецепторная функция и ее механизм.
Структура и функции клеточных контактов.
Локомоторная и индивидуализирующая функции ПАК.
Органеллы общего значения. Эндоплазматическая сеть.
Комплекс Гольджи.
Лизосомы
Пероксисомы
Митохондрии.
Рибосомы
Пластиды
Клеточный центр.
Органеллы специального значения.
Ядро клетки. Строение и функции.
Обмен веществ и превращение энергии в клетке.
Хемосинтез
1.
Основные положения клеточной теории. Клетка – структурная и функциональная единица живого.
Цитология - наука о клетки. Цитология изучает строение и химический состав клетки, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных, растений, размножение и развитие клеток. Из 5 царств органического мира, только царство Вирусы, представленные формами живого, не имеют клеточного строения. Остальные 4 царства имеют клеточное строение: царство Бактерии объединяют прокариотов – доядерные формы. Ядерные формы – эукариоты, к ним относятся царства Грибы, Растения, Животные.
^ Основные положения клеточной теории:
Клетка –функциональная и структурная единица живого.
Клетка –элементарная система – основа строения и жизнедеятельности организма.
Открытие клетки связано с открытием микроскопа:
1665г. – Гук изобрел микроскоп и на срезе пробки он увидел ячейки, которые он назвал клетками.
1674г. –А. Левингук впервые обнаружил в воде одноклеточные организмы.
Начало 19в. –Я. Пуркинье назвал протоплазмой вещество, заполняющее клетку.
1831г. –Броун обнаружил ядро.
1838-1839гг. –Шванн сформулировал основные положения клеточной теории.
^ Основные положения клеточной теории:
1.
Клетка –главная структурная единица всех организмов.
2.
Процесс образования клеток обуславливается ростом, развитием и дифференцировкой растительных и животных клеток.
1858г. –вышел труд Вирхова “Целлюлярная патология”, в которой он связал патологические изменения в организме с изменениями в строении клеток, положив основу патологии – началу теоретической и практической медицины.
Конец 19в. –Бэр открыл яйцеклетку, показав, что все живые организмы берут начало из одной клетки (зиготы). Было обнаружено сложное строение клетки, описаны органоиды, изучен митоз.
Начало 20в. –стало ясным значение клеточных структур и передачи наследственных свойств.
^ Современная клеточная теория включает следующие положения:
1.
Клетка –основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.
2.
Клеткивсех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ.
3.
Размножение клеток происходит путем из деления, и каждая новая клетка образуется путем деления исходной (материнской) клетки.
4.
В сложных многоклеточных организмах клетки специализированныпо выполняемым функциям и образуют ткани. Из тканей состоят органы, которые связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.
Клетка –является открытой системой для всех живых организмов, для которой характерны потоки вещества, энергии и информации, связанные с обменом веществ (ассимиляцией и диссимиляцией).
Самообновление осуществляется в результате обмена веществ.
Саморегуляция осуществляется на уровне обменных процессов по принципу обратной связи.
Самовоспроизведение клетки обеспечивается при ее размножении на основе потока вещества, энергии и информации.
Клетка и клеточное строение обеспечивает:
1.
Благодаря большой поверхности – благоприятные условия для обмена веществ.
2.
Наилучшее хранение и передача наследственной информации.
3.
Способность организмов хранить и передавать энергию и превращать ее в работу.
4.
Постепенная замена всего организма (многоклеточного) отмирающих частей без замены всего организма.
5.
В многоклеточном организме специализация клеток обеспечивает широкую приспосабливаемость организма и его эволюционные возможности.
Клетки имеют структурное сходство, т.е. сходство на разных уровнях: атомарном, молекулярном, надмолекулярном и т.д.
Клетки имеют функциональное сходство, единство химических процессов метаболизма.
2.
^ Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки.
Химическая организация клетки:
80% - вода.
1-2% - липиды
1-2% - неорганические вещества.
1-2% - нуклеиновые кислоты.
1-1,5% - низкомолекулярные вещества.
1-2% - углеводы.
10-12% - белки.
^ Химический состав неорганических веществ клетки:
| Кислород – 65-75 % | Магний – 0,02-0,03% | Цинк – 0,0003% |
| Углерод – 15-18% | Натрий – 0,02-0,03% | Медь – 0,0002% |
| Водород – 8-10% | Кальций – 0,04-2,00% | Йод – 0,0001% |
| Азот – 1,5-3.0% | Железо – 0,01-0,015% | Фтор – 0,0001% |
| Сера – 0,15-0,20% | ||
| Калий – 0,15-0,40% | ||
| Фосфор – 0,20-1,00% | ||
| Хлор – 0,05-0,10% |
Вода –обязательный компонент клетки. В ней растворены многие вещества, в т.ч. органические (гидрофильные – углеводы и гидрофобные – белки). Вода необходима для работы ферментов.
Функции воды:
1.
Служит для протекания реакций.
2.
Участвует в химических реакциях
3.
Регулирует обмен веществ
4.
Участвует в терморегуляции
5.
Смачивание поступающей пищи.
Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры.
Осмос –проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Давление воды, с которой она давит на мембрану – осмотическое давление. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление называются изотоническими.
Растворы:
1.
Гипертонические – вызывают сморщивание клеток
2.
Гипотонические – вызывают разрыв клеток
Тургор –давление, с которым вода давит изнутри на оболочку.
Соли:
К неорганическим веществам кроме воды относятся и соли. Они находятся в диссоциироранном состоянии: Na , K , Ca2 , Mg2 - катионы и HPO42-, H2PO4-, HCO3- - анионы. От концентрации солей зависит осмотическое давление и ее буферные свойства, т.е. поддерживать реакцию на слабощелочном или нейтральном уровне РН.
РН – отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.
РН = 7 – среда нейтральная.
РН = (7;14) – щелочная среда.
РН = (1;7) – кислая среда.
В некоторых клетках находятся нерастворимые минеральные соли (костные клетки) за счет присутствия Ca3PO4, CaCO3.
3.
^ Органические вещества клетки: липиды, АТФ, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты) и их роль в клетке.
Липиды
Липиды – сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Липиды содержатся во всех клетках животных и растений. Они входят в состав многих клеточных структур. Витамины А, D, E, К – являются жирорастворимыми.
Функции жиров:
1.
Энергетическая – 1г. жира – 9,2 ккал.
2.
Строительная – входит в состав всех мембран.
3.
Некоторые липиды являются предшественниками гормонов – регулируют обмен веществ.
4.
Защитная.
5.
Терморегуляторная.
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)
АТФ обеспечивает клетку энергией. Любое проявление жизнедеятельности нуждается в затрате энергии. Энергетический обмен связан с пластическим. Все реакции пластического обмена нуждаются в затрате энергии. Для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов, т.к. продолжительность жизни ферментов невелика. Через пластический и энергетический обмен осуществляется связь клетки с внешней средой. Живая клетка представляет собой открытую систему, т.к. между клеткой и внешней средой постоянно происходит обмен веществ и энергией.
Клетка – высокоорганизованная структура, в которой экономно расходуется материалы и энергия и процессы идут с высоким КПД. КПД митохондрий - 45-60%, хлоропластов – 25%.
Использование энергии АТФ:
1.
Ассимиляция.
2.
Транспорт веществ.
3.
Деление клетки и ее органоидов.
4.
На процессы жизнедеятельности.
Углеводы
Углеводы – органические вещества с общей формулой (CH2O)n. В живой клетке - 1-2%, в печени и мышцах – до 5%. В растительной клетке до 90% (картофель, семена).
Углеводы:
1.
Простые – моносахариды – определяются по числу атомов углерода: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Наиболее важны: пентозы C5H10O5 и гексозы C6H12O6. Из петоз выделяют рибозы и дезоксирибозы (рибозы входят в состав РНК, АТФ; дезоксирибозы - ДНК). Из гексоз выделяют глюкозу, фруктозу, галактозу.
2.
Сложные –дисахариды, полисахариды.
Дисахариды – сахароза (глюкоза фруктоза), лактоза (глюкоза галактоза).
Подисахариды – состоят из множества молекул моносахаридов: целлюлоза (полимер из 150-200 молекул глюкозы), крахмал.
^ Функции углеводов:
1.
Энергетическая – окисление в митохондриях мышц.
2.
Строительная – целлюлоза в клеточной стенки растений, хитин в скелете членистоногих.
Белки
Белки входят в состав всех организмов. По химической природе – белки – полимеры, мономеры которых – аминокислоты. Аминокислота – органическая кислота.
^ Состав аминокислоты:
1.
Аминогруппа – NH2
2.
Карбоксильная группа – СООН
Аминогруппа в цепи белка соединена пептидной связью (CO-NH), образована карбоксильной группой и группой другой аминокислоты.
Живыми организмами используется только 20 аминокислот, хотя существует их значительно больше: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аспарагин, глутамин, лизин, аргинин, цистеин, метионин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, пролин.
^ Различают 4структуры белка:
Первичная структура -аминокислотная цепь, связанная между собой пептидными связями.
Вторичная структура - белковая нить закручена в спираль и соединение участков цепи происходит за счет водородных связей (Н-Н).
^ Третичная структура –сворачивание вторичной структуры в клубок. Эта структура специфическая для каждой молекулы белка. Сворачивание происходит за счет дисульфидных мостиков (-S-S-), и сульфгидрильных мостиков (-S-H-).
^ Четвертичная структура –имеется не у всех белков – объединение нескольких структур (субъединиц). Например: гемоглобин.
По своему составу белки бывают:
1.
Простые – состоят только из аминокислот
2.
Сложные –содержат нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды), жиры (липопротеиды), углеводы (гликопротеиды), металлы (металлопротеиды).
Функции белков:
1.
Строительная (мембраны, ядро).
2.
Транспортная (перенос О2 гемоглобином).
3.
Ферментативная (ускорение биохимических реакций).
4.
Двигательная (сократительная).
5.
Защитная (гаммаглобулины).
6.
Энергетическая (1г. – 4,2 ккал).
7.
Сигнальная.
Нарушение природной структуры белка называется денатурацией.Денатурация бывает обратимой и необратимой. Ренатурация –восстановление структуры белка после прекращения воздействия.
^ 4. Ферменты, их роль в процессе жизнедеятельности.
По химической природе ферменты – белки. Ферменты – биологические катализаторы. Они способствуют ускорению реакций, входят в состав тканей.
Ферменты специфически катализируют химические реакции, т.е. 1 фермент катализирует 1 тип реакций. И превращает лишь в соответствующий субстрат. Ферменты в основном катализируют превращение веществ, размеры которых по сравнению с размерами фермента очень малы.
^ Ферменты бывают:
1.
Простые
2.
Сложные
Простые –состоят только из белка, молекулы которых имеют активный центр – определенную, специфическую для фермента группу аминокислот в молекуле. В основном это гидролитические ферменты: амилаза, пепсин, трипсин и др.
Сложные – состоят из белковой и небелковой части. Белок называется апоферментом (носителем фермента). Небелковая часть – коферментом или простатической группой: пример – органические вещества: витамины, НАД, НАДФ; неорганические вещества: атомы металлов – железо, цинк, магний. Апофетмент отвечает за специфичность молекулы фермента с молекулой субстрата. Кофермент отвечает за тип катализируемой реакции.
^ Механизм действия ферментов:
Снижение энергии активации, т.е. снижение уровня энергии, необходимой для придания реакционной способности молекулы субстрата т.к. молекула фермента имеет большую величину, то возникает сильное электрическое поле, в которой молекула субстрата становится асимметричной, в результате чего химические связи в ней ослабевают.
Фермент образует с субстратом фермент-субстратный комплекс. Присоединение субстрата происходит с помощью активного центра. По завершению реакции комплекс распадается на фермент и продукт реакции. Ферменты образуют в клетке ферментные системы (мультиферментативные комплексы). При этом продукт предыдущей реакции является субстратом для последующей.
Активность ферментов в клетках контролируется на генетическом уровне по принципу обратной связи.
Свойства ферментов:
1.
Специфичны
2.
В отличие от химических катализаторов – ускоряют реакции в обычных условиях.
3.
Активность ферментов меняется в зависимости от Т0, РН, концентрации субстрата.
4.
Активируют в малых количествах, т.е. не разрушаются в процессе реакций
5.
Ферменты – белки и имеют свойства белков.
^ Классификация ферментов:
В 1961 году Международный биохимический съезд утвердил классификацию ферментов, в основу которого положен тип реакции, катализируемый данным ферментом. По этому принципу все ферменты разделены на 6 классов:
1.
Оксидоредуктазы –ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
2.
Трансферазы – катализирующие перенос атомов или радикалов: пример – каталаза – 2Н2О2 = 2Н2О О2
3.
Гидролазы - ферменты разрывающие внутримолекулярные связи путем присоединения молекул воды: например – фосфатаза.
4.
Лиазы– Ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу негидролитическим путем, например, отщепление карбоксильной группы декарбоксилазой.
5.
Изомеразы– ферменты, катализирующие превращение одного изомера в другой: глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат.
6.
Синтеазы– ферменты, катализирующие реакции синтеза, синтез пептидов из аминокислот, т.е. катализируют реакции соединения молекул с образование новых связей.
5.
^ Особенности строения клеток прокариот и эукариот.
По особенностям организации выделяют клетки прокариотического и эукариотического типов. К царству Прокариот относят царство Бактерий, к царству эукариот – все остальные царства: Грибы, Растения, Животные.
Эволюционно прокариоты более ранние, чем эукариоты, они возникли в Архейскую эру (около 3*109лет назад). Первые эукариоты появились около 2*109лет назад, возможно от прокариот.
Прокариоты –доядерные – не имеют морфологически обособленного ядра, т.к. ядерный материал не отграничен от цитоплазмы ядерной мембраной.
Эукариоты –ядерные – генетический материал окружен ядерной оболочкой.
Типичной прокариотической клеткой является бактериальные клетка: снаружи окружена клеточной стенкой особого химического состава, под клеточной стенкой – плазматическая мембрана, окружающая цитоплазму, в которой находится нуклеотид – аналог ядра.
^ Сравнительная характеристика эукариот и прокариот:
| Признак | Прокариоты | Эукариоты |
| 1. Величина клетки | От 0,5 до 5 мкм | До 40 мкм |
| Оболочка клетки | Есть, отличная по химическому строению от эукариот. В стенке – пептидогликан. | Есть, различны у растений и животных, нет пептидогликана |
| Плазматическая мембрана | Есть | Есть |
| Мезосомы | Есть | Есть |
| Цитоплазма | Есть, движение отсутствует | Есть, движение есть |
| ^ Мембранные органеллы-ЭПС, аппарат Гольджи, хлоропласты, митохондрии, лизосомы, пероксисомы, вакуоли. | Нет | Есть |
| Ядерная мембрана, наличие ядра | Нет | Есть |
| Организация генетического материала | 1 молекула ДНК, кольцевая, находится в нуклеиде, не окружена ядерной мембраной; истинного ядра и хромосом нет | Линейная ДНК, связанная белками – гистонами и РНК, образуют хромосомы, находящиеся в ядре. |
| Внехромасомные факторы наследственности (цитоплазматические) | Есть | Есть |
| Рибосомы в цитоплазме | 70 S | 80 S |
| Включения | Есть | Есть |
| Цитоскелет | Нет | Есть |
| Жгутики | Простые микротрубочки отсутствуют, напоминают 1 из мкротрубочек оруженной плазматической мембраной | Сложные, с микротрубочками 2*9 2, окружены плазматической мембраной |
| Способность к активизации движений | Есть | Есть |
| Способность к эндоцитозу | Нет | Есть |
| Размножение | Бинарное деление | Митоз, мейоз |
| Скорость размножения | 1 деление в 20 минут | 1 деление в несколько минут |
| Спорообразование | Для сохранения вида – 1 спора | Для размножения много спор |
| Дыхание | Бактерии – плазматической мембраной. Цианобактерии – в цитоплазматических мембранах | В митохондриях |
| Фотосинтез | В мембранах, не имеющих специфической упаковки; хлоропластов нет | В сложноустроенных хлоропластах с гранулами |
| Способность к фиксации | Есть у некоторых | Неспособны |
^ 6. Основные структурные компоненты клетки
Цитоплазма – представляет собой содержимое клетки, исключая ядерный аппарат (ядро). В состав цитоплазмы входит гиалоплазма, система эндомембран (мембранные органоиды) и не органоиды, в некоторых клетках цитоплазма содержит цитоплазматические включения.
Гиалоплазма – является желеподобным веществом. В ней локализуются и функционируют все органоиды клетки. Гиалоплазма содержит множество ионов и низкомолекулярных белков (метаболитов) и высокомолекулярных белков. Этот компонент является микросредой, которая обеспечивает и регулирует процессы, протекающие в цитоплазме. Состав: 90% - вода, 10% - белки и водные растворы органических и неорганических веществ клетки.
Система эндомембран – состоит из мембранных органоидов с их содержимым. К этим органоидам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, микротельца и митохондрии.
^ 7. Поверхностный аппарат клетки.
Поверхностный аппарат клетки – является универсальной субсистемой, имеется у всех клеток. Поверхностный аппарат клетки определяет границу между цитоплазмой и внеклеточной средой, регулирует взаимодействие клетки с внешней средой.
В составе поверхностного аппарата клетки выделяют 3 компонента:
1. Плазматическую мембрану, или плазмолемму
2. Надмембранный комплекс, или гликокаликс
3. Субмембранный комплекс или субмембранный опорно-сократительный аппарат.
Плазмолемма – является структурной и функциональной основой поверхностного аппарата клетки и представляет собой сферически замкнутую биомембрану. Структура плазмолеммы соответствует жидкостно-мозаичной модели мембран.
^ Надмембранный комплекс, или гликокаликс является наружней частью поверхностного аппарата клетки, располагаясь над плазмолеммой.
В состав надмембранного комплекса включают:
1. Углеводные части гликолипидов и гликопротеидов
2. Периферические мембранные белки, расположенные на наружней части билипидного слоя
3. Интегральные и полуинтегральные белки, имеющие наружную зону, выступающую над билипидном слоем.
4. Специфические углеводы, не связанные химически с компонентами мембраны, локализованные над билипидном слоем.
5. Субмембранный комплексили субмембранный опорно-сократительный аппарат – располагается под плазмолеммой, с внутренней стороны поверхностного аппарата клетки. В состав субмембранного опорно-сократительного аппарата выделяют периферическую гиалоплазму и опорно-сократительную систему.
Периферическая гиалоплазма – является специализированной частью цитоплазмы, расположенной под плазмолеммой. Это жидкое высоко дифференцированное гетерогенное вещество, которое содержит в растворе разнообразные низкомолекулярные и высокомолекулярные молекулы. Периферическая гиалоплазма фактически является микросредой, в которой протекают общие и специфические процессы метаболизма. Она обеспечивает реализацию многих функций поверхностного аппарата клетки. В периферической гиалоплазме располагается второй компонент субмембранного опорно-сократительного аппарата - опорно-сократительная система.
Опорно-сократительная система состоит из:
Микрофибрилл, или микрофиламентов
Скелетных фибрилл, или промежуточных филаментов
Микротрубочек
Микрофиблиллы - нитивидные структуры, состоящие из:
1. Сократительного белка актина
2. Миозина
Молекулы глобулярного актина образуют протофибриллы, формируют двойную спираль, к которой присоединяются белки. Для полимеризации необходимы: АТФ, высокая концентрация ионов Mg и белок филамин. Деполяризация актиновых миотфибрилл происходит при участии белка профилина. Процессы полимеризации и деполяризации происходят параллельно на противоположных концах миофибрилл.
В опорно-сократительной системе имеются миозиновые микрофибриллы. Особенностями их строения является наличие “головок”, способных расщеплять АТФ. В ходе этого процесса головка присоединяются к актиновым микрофиламентам по отношению к миозиновым микрофилиментам.
Скелетные фибриллы- образуются путем полимеризации отдельных белковых молекул. Скелетные фибриллы разного типа клеток состоят из разных белков. В эпителиальных клетках скелетные фибриллы формируются белком прекератином и называются тонофибриллами. Все скелетные фибриллы устойчивы к физическим и физическим агентам. Они выполняют опорную функцию и являются элементом цитоскелета. Число и длина скелетных фибрилл регулируется клеточными механизмами, изменения которых может вызывать аномалии функции клеток.
Микротрубочки - занимают наиболее отдаленное от плазмолеммы положение. Стенки микротрубочек сформированы белками тубулинами. Структурной единицей микротрубочек являются димеры, состоящие из молекул -тубулина и b -тубулина.
Микротрубочки включают и другие виды белков, которые называются МАР-белки. Эти белки обеспечивают эффективное функционирование микротрубочек. Формирование микротрубочек основано на процессе полимеризации тубулиновых димеров. Сначала образуются тубулиновые нити – протофиламенты, которые взаимодействуют между собой, образуя стенку микротрубочки. Как правило стенка микротрубочки состоит из 13 протофиламентов.
В клетке полимеризация микротрубочек происходит путем самосборки при определенных условиях. Таким условием является наличие ГТФ (аналог АТФ), ионов магния, отсутствие кальция. Формирование новых микротрубочек осуществляется в центрах организации микротрубочек.
Наиболее мощным центром организации микротрубочек являются центриоли. В инициации полимеризации микротрубочек играет белок - t -фактор.
8.
^ Транспорт молекул через мембраны
Обмен веществ между клеткой и средой определяется транспортной функцией ПАК. В своей деятельности клетка использует несколько видов транспорта молекул и веществ через ПАК:
1.
Свободный транспорт, или простая диффузия.
2.
Пассивный транспорт, или облегченная диффузия
3.
Активный транспорт
4.
Транспорт в мембранной упаковке или цитоз.
Свободный транспорт –осуществляется только при наличии электрического градиента по обе стороны мембраны. Этот градиент существует только при разности концентрации и\или зарядов транспортируемых молекул.
Величина градиента определяет направление и скорость свободного транспорта. Такое направление транспорта называют транспортом по градиенту концентрации. При этом скорость свободного транспорта прямолинейна величине градиента. Транспорт по градиенту концентрации приводит к уменьшению разности концентраций и постепенному снижению скорости свободного транспорта.
Биологическая роль свободного транспорта ограничена. Это определяется его недостаточной избирательностью. Через билипидный слой могут проходить любые гидрофобные молекулы. Большинство биологически активных молекул являются гидрофильными, поэтому их свободный транспорт через билипидный слой затруднен.
^ Пассивный транспорт –облегченная диффузия – также осуществляется только по градиенту концентраций и без затрат АТФ. Скорость пассивного транспорта намного больше, чем свободного. При увеличении разности концентраций наступает момент, когда скорость становится постоянной. Транспорт осуществляется специальными молекулами – переносчиками. С их помощью через мембрану по градиенту концентрации транспортируются крупные гидрофильные молекулы (сахара, аминокислоты). В ПАК имеются пассивные переносчики для различных ионов (К , Na , Ca2 , Cl-, HCO3-).
Особенностью пассивных переносчиков является их высокая специфичность (избирательность) по отношению к транспортируемым молекулам. Вторая особенность – высокая скорость транспорта, которая может составлять 104 молекул в секунду и более. Клетка может регулировать количественный и качественный набор переносчиков в своем ПАК. Это позволяет клетке дифференцироваться и реагировать на изменения условий.
Механизм действия переносчиков основан на их способности образовывать каналы, специфические для определенных молекул. Например: пассивный переносчик глюкозы.
Изменять параметры пассивного транспорта в клетке можно с помощью лекарственных препаратов, антибиотиков. Антибиотики выступают в роли пассивных переносчиков. У эукариотичекких клетках нарушение пассивного транспорта могут вызывать некоторые токсины и яды.
http://www.studmed.ru/docs/document277?view=1
Активный транспорт –характеризуется переносом молекул против градиента концентрации, т.е. из области с низкой концентрацией молекул в область с более высокой концентрацией молекул. Для этого необходимы затраты АТФ. При отсутствии АТФ этот вид транспорта прекращается или не начинается. Работу по переносу молекул против градиента концентрации осуществляют специальные молекулы – переносчики. Такие молекулы получили название “насосы”, или “помпы”. Многие активные переносчики обладают АТФ-азной активностью: способны расщеплять АТФ и получать энергию для своей работы.
Активный транспорт ионов необходим клеткам для создания соответствующих градиентов ионов. В нервных клетках градиенты ионов (K , Na ) необходимы для возникновения и проведения нервных импульсов. Энергию градиента ионов клетка может использовать для активного транспорта других молекул. Такой вид транспорта получил название вторичного активного транспорта. Вторичный активный транспорт также осуществляется с помощью переносчика. Но такой переносчик транспортирует молекулы не одного вещества, а двух или более. Пример: переносчик глюкозы в эпителиальных клетках почечных канальцев. Переносчик способен транспортировать ионов Na по градиенту концентрации и молекулы глюкозы против градиента концентрации – осуществлять сопряженный транспорт молекул.
С помощью Na -насоса клетка создает градиент с более высокой концентрацией Na вне клетки. В результате Na с сопряженным переносчиком, активирует его, открывает канал глюкозы снаружи и Na попадает в клетку вместе с молекулой глюкозы. Затем натрий снова выкачивается наружу. Градиент натрия все время сохраняется и обеспечивает вторичный транспорт глюкозы.
Сопряженный транспорт, сопровождается движением обоих молекул в одном направлении, называют симпортом. В ПАК обнаруживаются переносчики, способные транспортировать разные молекулу в разном направлении, т.е. осуществлять антипорт. Пример: К -Na -насос.
Цитоз
Цитоз или транспорт в мембранной упаковке используется клеткой для транспорта крупных молекул или частиц различных веществ. Этот вид транспорта характеризуется тем, что транспортируемая частица оказывается окруженной (упакованной) мембранным пузырьком. Если цитоз происходит в клетку его называют эндоцитозом.Цитоз из клетки обозначают как экзоцитоз.Для некоторых клеток характерен цитоз, при котором частицы проходят через нее. Такой вид цитоза получил название диацитоз,или трансцитоз.
Эндоцитоз.
Частица “проходит” к ПАК и окружается участком плазмолеммы. В результате Частица оказывается в гиалоплазме в мембранном пузырьке, или эндосоме.
^ Различают 3 вида эндоцитоза:
1. Фагоцитоз. Для фагоцитоза характерен транспорт относительно крупных частиц. При этом виде эндоцитоза частица подходит к ПАК и взаимодействует со специальными компонентами кликокаликса (рецепторами). Это служит сигналом для активации субмембранного опорно-сократительного аппарата, который использует энергию АТФ. Вокруг частицы образуются выросты (выпячивания) участков плазмалеммы, которые окружают частицу со всех сторон. Этот процесс оканчивается образованием в периферической гиалоплазме эндесомы, которая называется фагосомой. Фагосома покрывается внутренней стороной плазмолеммы и оказывается в цитоплазме.
2. Макропиноцитоз – не имеет принципиальных отличий от фагоцитоза. Этому виду транспорта подвергаются более мелкие частицы. Образование эндосомы, которую называют пиносомой, осуществляется не выпячиванием, а впячиванием (углублением) участка плазмолеммы. После этого происходит рецепция частиц, а затем – образование и отрыв пиносомы. В этом участвует субмембранный опорно-сократительный аппарат и необходим АТФ. Некоторые вещества, например гормоны, поступают в клетку путем эндоцитоза с большей, чем обычно скоростью, за счет белков – клатринов.
3. Микропиноцитоз –сходен с макропиноцитозом, но при этом виде цитоза клетка не затрачивает АТФ. Микропиноцитоз является температуро-зависимым процессом. Он прекращается при понижении температуры. У животных микропиноцитоз встречается редко и используется как начальный этап диацитоза. При этом виде цитоза в клетки поступают наиболее мелкие частицы. У млекопитающих микропиноцитоз зарегистрирован к клетках эпителия капилляров и почечных канальцев.
4. Кроме обычного эндоцитоза возможен еще один вариант. При этом в ПАК проходит частица уже упакованная в мембранный пузырек. Затем происходит слияние участков мембран пузырька и плазмолеммы, и частица попадает в клетку. В этом случае частица оказывается в гиалоплазме без мембранной упаковки. Так в клетки животных транспортируется холестерин из плазмы крови
Экзоцитоз.
При экзоцитозе транспортируемое вещество упаковывается мембранным материалом в цитоплазме. Для этого используются мембраны эндоплазматической сети или комплекс Гольджи. С помощью микротрубочек этот мембранн