Основные структурные особенности клеток эукариот
Типичные клетки эукариот много больше клеток прокариот, их диаметр варьирует от 10 до 30 мкм, их объем в 1000 - 10000 раз больше объема, занимаемого бактериями. Отличительной характеристикой эукариот является ядро со сложной внутренней структурой, окруженное двойной мембраной. Другой отличительной чертой эукариот является то обстоятельство, что они содержат ряд других органелл, ограниченных снаружи мембранами. Плазматические мембраны всех клеток содержат набор транспортеров, белков, которые пронизывают мембрану и переносят питательные вещества внутрь клетки и выводят продукты отходов.
На поверхности клеток встроены мембранные белки, которые выполняют функции сигнальных рецепторов, они имеют высокоспецифические центры связывания молекул рецепторных лигандов. Связывание одной молекулы лиганда на поверхности рецептора вызывает образование внутри клетки многих сигнальных молекул, таким образом внешние сигналы усиливаются, или при этом открываются каналы для потока ионов.
Многие клетки высших растений имеют снаружи клеточную стенку, которая служит жесткой защитной оболочкой. Клеточная стенка построена из молекул целлюлозы или других родственных полисахаридов, она достаточно толстая, но пористая.
Эидоцитоз - это есть механизм транспорта компонентов окружающей среды внутрь клетки.
Фагоцитоз - это особый случай эндоцитоза, когда внутрь клетки транспортируются фрагменты других клеток или даже целая, но более мелкая клетка.
Инверсию эндоцитоза представляет экзоцитоз, при котором визикула в цитоплазме двигается к внутренней поверхности плазматической мембраны, сливается с ней, выдавливая содержимое визикулы наружу мембраны.
Маленькие транспортные визикулы двигаясь к или от плазматической мембраны при экзоцитозе или эндоцитозе являются частями динамической системы внутриклеточных мембран, которые включают эндоплазматический ретикулум, комплексы Голджи, ядерную оболочку и ряд малых визикул, таких как лизосомы и пероксисомы.
Грубый эндоплазматический ретикулум присоединяет тысячи рибосом - фабрик синтеза белковых молекул. Гладкий эндоплазматический ретикулум есть центр биосинтеза липидов, он осуществляет ряд других важнейших процессов, включая метаболизм определенных лекарственных средств и токсичных веществ.
Комплексы Голджи представляют собой асимметричные в структурном и функциональном плане образования. В них молекулярные адресаты добавляются к специфическим белкам, с тем чтобы направить их к поверхности клетки, лизосомам или секреторным визикулам.
Лизосомы, найденные в цитоплазме животных клеток, представляют собой сферические визикулы, окруженные одиночной мембраной, они имеют размер около 1 мкм, т.е. размер маленьких бактерий. Лизосомы содержат ферменты, способные расщеплять молекулы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот и липидов. Лизосомы слипаются с эндосомами, фагосомами, дефектными органелдами, а затем разрушают их до простейших соединений (аминокислот, моносахаридов, жирных кислот), которые переходят в цитозоль и вновь превращаются в новые клеточные компоненты.
В клетках растений нет органелл, идентичных лизосомам, их функции выполняют вакуоли.
Некоторые окислительные реакции с участием аминокислот и жиров приводят к образованию свободных радикалов и перекиси водорода, очень активных химических соединений, способных нарушать функционирование клеток. От деструктивного влияния этих продуктов защищают окруженные мембраной визикулы, называемые пероксисомами.
Существуют специализированные пероксисомы - это глиоксисомы,которые превращают запасенные жиры в углеводы.
Ядро эукариот имеет очень сложную структуру и биологическую функцию, оно содержит почти все клеточные ДНК, их содержание в 1000 раз больше, чем в бактериальной клетке. Небольшое количество ДНК присутствует также в митохондриях или хлоропластах. Ядро окружено двумембранной оболочкой, соединенной с грубым эндоплазматическим ретакулом. Внутри ядра расположено ядрышко, которое характеризуется высоким содержанием РНК. Остальную часть занимает хроматин- комплекс ДНК с гистонами.
Перед делением клетки (цитокинез)имеет место деление ядра (митоз).Из хроматина образуются дискретные тела - хромосомы.Клетки каждого вида имеют характеристический набор хромосом по размеру н форме. Человек имеет 46 хромосом. Обычно каждая клетка имеет копии каждой хромосомы, такие клетки называются диплоидами.Гаметы (яйцо и сперма) имеют только одну копию хромосомы и называются гаплоидами. В процессе репродукции две гаплоидные гаметы объединяются с образованием диплоидной клетки, в которой каждая хромосомная пара состоит из материнской и отцовской хромосом.
Митохондрииприсутствуют в цитоплазме многих клеток эукариот, они существенно варьируют по форме, числу, месту локализации в зависимости от типа клетки и ее функции. Многие растительные и живые клетки содержат несколько сотен митохондрий. Митохондрии содержат множество ферментов, осуществляющих совместно каталитическое окисление питательных веществ. Химическая энергия, реализуемая в митохондриях, затрачивается на образование АТФ.
В ряде растительных клеток солнечная энергия превращается в химическую в хлоропластах.
Вопросы для самопроверки
1.Что изучает биохимия?
2. Назовите имена видных отечественных ученых-биохимиков и их работы?
3.Что такое обмен веществ?
4.Из каких двух этапов складывается обмен веществ?
5.Значение обмена веществ в явлениях жизни.
6.Перечислите органические вещества, входящие в состав пиши.
Белковые вещества
Раздел "Белки" является наиболее важным в курсе биохимии, так как белковые вещества играют исключительную роль не только в построении живой материи, но и в 'осуществлении жизнедеятельности организма. Выдающаяся роль белков объясняется тем, что они обладают рядом особенностей, которые не свойственны никаким другим органическим соединениям. Эти особенности обеспечивают функционирование белковых веществ, как носителей жизни. К числу особенностей относятся, в частности, такие: разнообразие структуры и вместе с тем высокая видовая специфичность её; бесконечное множество физико-химических превращений; способность к внутримолекулярным взаимодействиям; способность изменять структуру в ответ на внешние воздействия и восстанавливать исходную структуру по прекращении этого воздействия; лёгкое взаимодействие с другими химическими соединениями; наличие ферментативных свойств.
Необходимо обратить особое внимание на состав и строение белковых веществ, как биополимеров, на строение аминокислот как мономеров молекулы белка, на связи аминокислот в белковой молекуле. Затем перейти к изучению классификации белков. В этом вопросе очень важным является вопрос о химическом строении небелковой части протеидов.
Аминокислоты и пептиды.
Все белки, независимо от того принадлежат ли они древним линиям бактерий или наиболее сложным формам жизни, сконструированы из одних и тех же субъединиц - 20 аминокислот, ковалентно связанных в характеристичные линейные последовательности. Из этих строительных блоков различные организмы могут изготовить ферменты, гормоны, антитела, линзы глаз, рога, антибиотики, яды грибов и мириады других веществ с ярко выраженной биологической активностью. Первой аминокислотой, открытой в белках в 1806г. был аспарагин, последняя из 20 аминокислот - треонин была найдена в 1938г. Все 20 аминокислот, найденные в белках, имеют карбоксильную группу и аминогруппу, присоединенные к Сa- атому углерода.
аминокислота глицин
Во всех аминокислотах, за исключением глицина, Сa - атом хирален, все аминокислоты (кроме глицина) оптически активны. Аминокислоты являются L-стереоизомерами. т.е. вращают плоскополяризованный свет влево.
L-аланин D-аланин
Свойства аминокислот
| L-аминокислота | Аббревиатура | М | рК1 (-СООН) | рК2 (-NH3+) | Доля в белках, % | |
| 2 | ||||||
| Неполярные алифатические R-группы | ||||||
| Глицин | Gly | G | 2,34 | 9,60 | 7,5 | |
| Аланин | Ala | A | 2,34 | 9,69 | 9,0 | |
| Валин | Val | V | 2,32 | 9,62 | 6,9 | |
| Лейцин | Leu | L | 2,36 | 9,60 | 7,5 | |
| Изолейцин | Ile | I | 2,36 | 9,68 | 4,6 | |
| Пролин | Pro | P | 1,99 | 10,96 | 4,6 | |
| Ароматические R-группы | ||||||
| Фенилаланин | Phe | F | 1,83 | 9,13 | 3,5 | |
| Тирозин | Tyr | Y | 2,20 | 9,11 | 3,5 | |
| Триптофан | Trp | W | 2,38 | 9,39 | 1,1 | |
| Полярные незаряженные R-группы | ||||||
| Серин | Ser | S | 2,21 | 9,15 | 7,1 | |
| Треонин | Thr | T | 2,11 | 9,62 | 6,0 | |
| Цистеин | Cys | C | 1,96 | 8,18 | 2,8 | |
| Метионин | Met | M | 2,28 | 9,21 | 1,7 | |
| Аспарагин | Asn | N | 2,02 | 8,80 | 4,4 | |
| Глутамин | Gln | Q | 2,17 | 9,13 | 3,9 | |
| Отрицательно заряженные R-группы | ||||||
| Аспартат | Asp | D | 1,88 | 9,60 | 5,5 | |
| Глутамат | Glu | E | 2,19 | 9,67 | 6,2 | |
| Положительно заряженные R-группы | ||||||
| Лизин | Lys | K | 2,18 | 8,95 | 7,0 | |
| Аргинин | Arg | R | 2,17 | 9,04 | 4,7 | |
| Гистидин | His | H | 1,82 | 9,17 | 2,1 |
Аминокислоты в водном растворе ионизованы и могут действовать как кислоты или основания. Знание кислотно-основных свойств аминокислот чрезвычайно важно для понимания физико-химических и биологических свойств белков. Способы разделения, идентификации и количественного определения аминокислот, что является необходимой стадией определения аминокислотного состава и аминокислотной последовательности в белках, также основаны на характеристиках их кислотно-основного поведения. Аминокислоты, имеющие одну амино- и одну карбоксильную группы, кристаллизуются из нейтральных водных растворов в полностью ионизованных формах, называемых цвиттерионами, имеющими как положительный, так и отрицательный заряды.