Транспорт веществ в клетку

Лекция №2.

Тема: Клетка - структурная и функциональная единица живого. Поток вещества и энергии в клетке.

План.

1. Методы изучения клетки.

2. Клетка — элементарная структурно-функциональная единица живого.

3. Клеточная теория, основные этапы ее становления и современное состояние.

4. Доклеточные формы живого.

5. Прокариотические и эукариотические клетки.

6. Клетка как открытая система.

7. Поступление веществ в клетку. Транспортные белки.

8. Анаболическая и катаболическая системы клетки. Поток вещества и энергии в клетке.

Клетка представляет собой основную структурно-функциональную и генетическую единицу живого. В ней (ядро и цитоплазма) сосредоточена вся генетическая информация любого организма. Поэтому прежде, чем изучать непосредственно генетику, необходимо ознакомиться с основами строения и функционирования клетки.

Клеточная теория

В 1665 г. Р. Гук, рассматривая под микроскопом срез пробки дерева, обнаружил пустые ячейки, которые он назвал "клетками". Он видел только оболочки растительных клеток, и длительное время оболочка считалась основным структурным компонентом клетки. В 1825 г. Я. Пуркине описал протоплазму клеток, а в 1831 г. Р. Броун - ядро. В 1837 г. М. Шлейден пришёл к заключению, что растительные организмы состоят из клеток, и каждая клетка содержит ядро.

1.1. Используя накопившиеся к этому времени данные, Т. Шванн в 1839 г. сформулировал основные положения клеточной теории:

1) клетка является основной структурной единицей растений и животных;

2) процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференцировку организмов.

В 1858 г. Р. Вирхов - основоположник патологической анатомии - дополнил клеточную теорию важным положением, что клетка может происходить только от клетки (Omnis cellula e cellula) в результате её деления. Он установил, что в основе всех заболеваний лежат изменения структуры и функции клеток.

1.2. Современная клеточная теория включает следующие положения:

1) клетка - основная структурно-функциональная и генетическая единица живых организмов, наименьшая единица живого;

2) клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и важнейшим проявлениям процессов жизнедеятельности;

3) каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

4) клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани;

5) клетка является открытой системой через которую проходят и преобразуются потоки вещества, энергии и информации

Строение и функции цитоплазматической мембраны

Клетка представляет собой открытую саморегулирующуюся систему, через которую постоянно идёт поток вещества, энергии и информации. Эти потоки принимает специальный аппарат клетки, в который входят:

1) надмембранный компонент – гликокаликс;

2) элементарная биологическая мембрана или их комплекс;

3) подмембранный опорно-сократительный комплекс гиалоплазмы;

4) анаболическая и катаболическая системы.

Основной компонент этого аппарата - элементарная мембрана.

Клетка содержит различные типы мембран, но принцип их строения одина-

В 1972 году С. Сингером и Г. Николсоном была предложена жидкостно-мозаичная модель строения элементарной мембраны. Согласно этой модели ее основу также составляет билипидный слой, но белки по отношению к этому слою располагаются по-разному. Часть белковых молекул лежит на поверхности липидных слоев (периферические белки), часть пронизывает один слой липидов (полуинтегральные белки), а часть пронизывает оба слоя липидов (интегральные белки). Липидный слой находится в жидкой фазе ("липидное море"). На наружной поверхности мембран имеется рецепторный аппарат - гликокаликс, образованный разветвлёнными молекулами гликопротеинов, "узнающий" определённые вещества и структуры.

2.3. Свойства мембран: 1) пластичность, 2) полупроницаемость, 3) способность самозамыкаться.

2.4. Функции мембран: 1) структурная - мембрана как структурный компонент входит в состав большинства органоидов (мембранный принцип структуры органоидов); 2) барьерная и регуляторная - поддерживает постоянство химического состава и регулирует все обменные процессы (реакции обмена веществ протекают на мембранах); 3) защитная; 4) рецепторная.

Транспорт веществ в клетку

Плазмалемма включает элементарную мембрану, которая у животных клеток может быть покрыта муцином, слизью, хитином. Через плазмалемму происходит поступление веществ в клетку. Механизмы мембранного транспорта различны.

Пассивный транспорт идет по градиенту концентрации и не требует затрат энергии. Это может быть осмос или диффузия (вода и мелкие молекулы), поступление через поры, путём растворения в липидах и облегчённая диффузия посредством белков-переносчиков - пермеаз (аминокислоты, сахара, жирные кислоты).

Активный транспорт идёт против градиента концентрации, с затратой энергии. Для него необходимы специальные ионные каналы, ферменты и АТФ. Так работает натрий-калиевый насос. Концентрация калия в клетке выше, чем в межклеточном пространстве, и, тем не менее, ионы калия поступают в клетку. Цитоз связан с обратимыми изменениями архитектоники мембраны. Эндоцитоз - захват мембраной клетки макромолекул или частиц. Мембрана образует выпячивания, которые окружают частицу и замыкаются вокруг неё. Таким образом, частица оказывается в цитоплазме в составе эндосомы. Мембрана может захватывать твёрдые частицы (фагоцитоз) или капли жидко (пиноцитоз). Выделение из клетки веществ, заключённых в мембрану, называется экзоцитозом.

Поступившие в клетку вещества могут использоваться:

1) в анаболической системе - для синтеза соединений, необходимых самой клетке или секретируемых ею;

2) в катаболической системе - как источник энергии.

Анаболическая система осуществляет реакции пластического обмена, или ассимиляции; катаболическая система - реакции энергетического обмена, или диссимиляции.

Эти системы связаны неразрывно как ассимиляция и диссимиляция. Все процессы жизнедеятельности клетки немыслимы без участия АТФ, синтез которой, в свою очередь, невозможен без ферментов, образуемых в анаболической системе. В такой же тесной связи находятся потоки веществ и энергии в клетке, так как гетеротрофные клетки способны использовать только энергию, заключенную в сложных органических соединениях.