Вопрос 1. Биохимия клетки, структура и функции органоидов.

Ядро

Ядро – самая заметная и обычно самая крупная органелла клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным.

Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой удалили ядро, не выделяет более оболочку, перестаёт расти и синтезировать вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого.

Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между структурами ядра. В нём находится одно или несколько ядрышек, а также значительное количество молекул ДНК, соединённых со специфическими белками – гистонами.

Ядрышко

Ядрышко – как и цитоплазма, содержит преимущественно РНК и специфические белки. Важнейшая его функция заключается в том, что в нём происходит формирование рибосом, которые осуществляют синтез белков в клетке.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи – органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра.

В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом.

Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу. В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году.

Лизосомы

Лизосомы - представляют собой мелкие пузырьки, ограниченные мембраной основная функция которых – осуществление внутриклеточного пищеварения. Использование лизосомного аппарата происходит при прорастании семени растения (гидролиз запасных питательных веществ).

Микротрубочки

Микротрубочки – мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено в плазмалемме, вблизи клеточной оболочки, где они участвуют в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток.

Вакуоль

Вакуоль – важнейшая составная часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной – тонопластом.

Цитоплазма заполняет всю внутреннюю полость только у самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале сплошной массы цитоплазмы: у неё появляются заполненные клеточным соком небольшие вакуоли, и вся масса становится ноздреватой. При дальнейшем росте клетки отдельные вакуоли сливаются, оттесняя к периферии прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются около оболочки.

Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом для регулируемого проникновения в клетку и выделения из неё воды, ионов и молекул метаболитов.

В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление.

Пластиды

Пластиды – самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению.

Хлоропласты – наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение.

Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света.

Хлорофилл – основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию.

Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической.

Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен. У некоторых растений в лейкопластах откладываются жиры. Резервная функция лейкопластов изредка проявляется в образовании запасных белков в форме кристаллов или аморфных включений.

Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка – лейкопластов.

Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты – каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается.

Митохондрии

Митохондрии – органеллы, характерные для большинства клеток растений. Имеют изменчивую форму палочек, зёрнышек, нитей. Открыты в 1894 году Р. Альтманом с помощью светового микроскопа, а внутреннее строение было изучено позднее с помощью электронного.

Митохондрии имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты – трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы. Ферментативный комплекс митохондрий ускоряет работу сложного и взаимосвязанного механизма биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ. В этих органеллах осуществляется обеспечение клеток энергией – преобразование энергии химических связей питательных веществ в макроэргиеские связи АТФ в процессе клеточного дыхания. Именно в митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Накопленная энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т. д. Митохондрии размножаются делением и живут около 10 дней, после чего подвергаются разрушению.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть – сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским

учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение.

Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС. Функции эндоплазматической сети очень разнообразны: транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками; разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно проходят различные физиологические процессы и химические реакции.

Рибосомы

Рибосомы – немембранные клеточные органоиды. Каждая рибосома состоит из двух не одинаковых по размеру частичек и может делиться на два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому.

Рибосомы синтезируются в ядре, затем покидают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функционировать по одиночке или объединяться в комплексы – полирибосомы.

Контрольная работа

По дисциплине:…Ботаника..

На тему: Биохимия клетки……

Выполнил:

Студент (ка) 1 курса

Группы: 13_

Специальность: 33.02.01 «Фармация»

_Шихмат Наталья Михайловна

(ФИО студента)

Проверил (а):

Преподаватель ОСПО:

Разумкова Галина Михайловна

(ФИО преподавателя)

Оценка:_________________________

Луга

Вопрос 1. Биохимия клетки, структура и функции органоидов.

Клетка является структурной единицей всех живых организмов. Она обладает всеми признаками целостного организма: растет, размножается, обменивается с окружающей средой веществами и энергией, реагирует на внешние раздражители. Изучением клеток занимается наука цитология.

Появление термина "клетка" связано с именем английского биолога Роберта Гука (1665). К концу XIX в. в биологии сложилась клеточная теория строения живых организмов, основные положения которой лежат в основе современных биологических наук:

• клетка является основной единицей строения и развития живых организмов;

• клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности;

• каждая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;• в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани, из которых состоят органы, объединенные в общую систему (организм) и связанные процессами регуляции.

В живых организмах наиболее распространены элементы, входящие в так называемые органические соединения: углерод, водород, кислород и азот, которые составляют около 98% массы клеток. Кроме четырех основных элементов в клетке содержатся железо, калий, натрий, кальций, магний, хлор, фосфор и сера. Их количество измеряется десятыми и сотыми долями процентов. Эти элементы названы макроэлементами в отличие от микроэлементов (цинк, медь, йод, фтор, кобальт, марганец и др.), которые находятся в клетке в значительно меньших количествах, но также необходимы для ее жизнедеятельности. Химические элементы входят в состав неорганических (вода, минеральные соли, оксиды, кислоты, основания) и органических (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды) соединений.

Вода является основным веществом живых организмов и составляет около 80% массы . Исключительно важная роль воды в обеспечении процессов жизнедеятельности обусловлена ее способностью образовывать водородные связи, растворять многие вещества, создавать среду для протекания большинства химических реакций в клетке; кроме того, молекулы воды сами вступают во многие жизненно важные реакции. Белки. Среди органических веществ живой клетки белки стоят на первом месте как по количеству (10–12% общей массы клетки), так и по важности в процессах жизнеобеспечения.

Белкипредставляют собой высокомолекулярные соединения – цепочки аминокислот, содержащие десятки и сотни аминокислот. Молекулы различных белков отличаются друг от друга молекулярной массой, числом и составом аминокислот, последовательностью расположения их в белковой молекуле. Это обусловливает огромное разнообразие белковых молекул, которое определяет специфичность белковых молекул для разных биологических видов и для отдельных индивидуумов. Специфичность белковых молекул является важным фактором иммунных процессов организма, которые обеспечивают сопротивляемость различным микроорганизмам, аллергические реакции, несовместимость тканей разных особей, приводящую к отторжению тканей при пересадке или тяжелым реакциям при переливании "несовместимой" крови. Так организм поддерживает постоянство своей внутренней среды – важное условие его существования. Количество разнообразных белковых молекул у всех видов живых организмов оценивается числом 1010–1012. Молекулы белка имеют сложную структуру: цепочка аминокислот (первичная структура белка) сворачивается в спираль (вторичная структура белка), между атомами соседних витков возникает притяжение, и образуются водородные связи, которые приводят к формированию специфичной для данного белка конфигурации (третичная структура). Количество аминокислот и порядок их расположения в полипептидной цепочке специфичны для каждого белка, но биологическую активность белок проявляет только в виде третичной структуры. Поэтому нарушение первичной структуры белка из-за замены хотя бы одной аминокислоты может привести к утрате его биологической активности. Объединение белков в комплексы из нескольких молекул представляет собой четвертичную структуру белка (например, гемоглобин состоит из четырех молекул белка и только в такой форме способен присоединять и транспортировать кислород).

Функции белков в клетке важны и многообразны:

• строительная – белки участвуют в образовании всех клеточных и межклеточных структур;

• энергетическая – белки наряду с другими питательными веществами служат важным источником энергии для организма: при расщеплении 1 г белков выделяется 17,6 кДж (-4,2 ккал);

• двигательная – сократительные белки участвуют в разных видах движений, таких как мерцание ресничек у простейших или сокращение мышц у животных;

• транспортная – присоединение химических элементов или биологически активных веществ и перенос их к тканям и органам тела;

• ферментативная (каталитическая) – белки-ферменты служат катализаторами химических реакций в живой клетке, ускоряя их протекание в сотни и тысячи миллионов раз;

• защитная (иммунная) – выработка особых белков (антител) в ответ на проникновение в организм чужеродных белков или клеток, способных связывать и обезвреживать чужеродные вещества.

Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу по наследству информации о структуре белковых молекул, определяющей свойства тканей и закономерности их развития. Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) хранят в себе информацию о составе белков клетки, а РНК (рибонуклеиновые кислоты) переносят ее от ДНК к месту синтеза клеткой собственных белковых молекул из аминокислот, поступивших с пищей.

Углеводы, или сахариды, – органические вещества, состоящие преимущественно из углерода и воды, подразделяются на простые (моносахариды) и сложные (олигосахариды и полисахариды). Моносахариды служат источником энергии в обменных процессах организма (при окислении 1 г углеводов выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал) энергии) и участвуют в поддержании постоянства осмотического давления жидкостей организма. Сложные углеводы участвуют в построении клеточных структур, в том числе клеточных стенок, воспринимающей части клеточных рецепторов, ДНК и РНК. Запасы питательных веществ в живом организме представлены полисахаридами, которые при необходимости расщепляются до моносахаридов и могут служить непосредственным источником энергии.

Липиды – жиры и жироподобные вещества – входят в состав всех живых клеток и играют важную роль в жизненных процессах. Большинство липидов – производные высших жирных кислот, спиртов или альдегидов, они могут быть простыми (состоящими из жирных высокомолекулярных кислот или альдегидов и спиртов) и сложными (включающими производные ортофосфорной кислоты – фосфолипиды или остатки сахаров – гликолипиды). Химические и физические свойства липидов определяются наличием в их молекулах как полярных молекулярных группировок (–СООН, –ОН, –NH2 и др.), так и неполярных углеводородных цепей. Благодаря такому строению большинство липидов являются поверхностно-активными веществами и формируют биологические мембраны (см. Клеточная мембрана). Будучи одним из основных компонентов клеточных мембран, липиды влияют на их проницаемость, на активность многих ферментов, участвуют в передаче нервного импульса, в межклеточном взаимодействии, в мышечном сокращении, в иммунохимических процессах. Кроме того, липиды играют важнейшую роль в энергетическом обмене организма. В ходе расщепления 1 г жиров освобождается большое количество энергии – 38,9 кДж (-9,3 ккал). Жировые вещества накапливаются в жировой ткани и служат запасным источником энергии. Низкая теплопроводность и водоотталкивающие свойства липидных субстанций обеспечивают защитную функцию липидов: покровные ткани растений и животных содержат жировые вещества, создающие термо- и гидроизоляцию внутренних органов. Кроме того, прослойка жировой ткани защищает внутренние органы от механических воздействий.