Структура клетки

Структура клетки

Методы изучения структуры и функционирования клеток

Предпосылкой открытия клетки было изобретение микроскопа и использования его для исследования биологических объектов. В 1665 г. английский физик Р. Гук (1635-1703), рассматривая под микроскопом срез пробки, обнаружил, что он состоит из ячеек, которые напоминающих пчелиные соты и назвал их клетками (Лат. cellula - ячейка, клетка). Такое же строение Р. Гук отметил в сердцевине бузины, камыша и некоторых других растений. Во второй половине XVII в. Появились работы итальянского ученого М. Мальпиги (1628-1694) и английского ученого М. Грю (1641-1712), которые подтвердили клеточное строение многих растительных объектов.

Голландский ученый А. Левенгук (1632-1723) впервые обнаружил в воде одноклеточные организмы. Внимание микроскописту привлекала прежде клеточная оболочка. Лишь во втором десятилетии XIX в. исследователи обратили внимание на полужидкий, студенистый содержание, заполняющая клетку. Чешский ученый Я. Пуркинье (1787-1869) назвал это вещество протоплазмой (Греч. ?????? - первоначальный, ?????? - образование). Однако продолжало существовать убеждение, что оболочка, а не протоплазма, является основной, главной частью клетки. В 1831 г. Английский ботаник Р. Броун (1773-1858) обнаружил ядро. Это открытие было важной предпосылкой для установления сходства между клетками растений и животных. До 30-х годов XIX в. накопилось немало работ о клеточное строение организмов. Общепризнанной стала представление о клетке как элементарной микроскопическую структуру растений.

Немецкий ботаник М. Шлейден (1804-1881) первым пришел к выводу, что любая растительная клетка имеет ядро . Опираясь на достижения физики, химии, математике и других точных наук, кроме световой микроскопии, в изучении структуры и функционирования клетки применяют новейшие методы исследования. К ним относятся: электронная микроскопия, центрифугирования, рештеноструктурний анализ, метод ауторадиографии, полимеразной цепной реакции и др. Электронная микроскопия. Мелкие клеточные структуры или отдельные молекулы изучают с помощью электронного микроскопа, который позволяет наблюдать объекты размером в 1 нм. их рассматривают на экране и фотографируют.

Цитохимические и цитоспектрофотометрические методы исследования. Для определения расположения и количественного содержания в клетке химических веществ применяют метод цитофотометрии. Исследования проводят в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Предварительно добавляют спектральные красители - флуорохромами, воспринимаемых клеточными структурами. Последние приобретают яркую окраску. Так определяют нуклеиновые кислоты, их количество, месторасположение белков, витаминов, металлов и т.п. Скоростное центрифугирования. Для выделения и изучение частиц, входящих в состав цитоплазмы, с помощью ультрацентрифуг применяют метод скоростного центрифугирования (15-40 тыс. оборотов в 1 мин). Этим методом осаждают сначала клеточные ядра, затем митохондрии, рибосомы, полисомы и др. Метод рентгеноструктурного анализа. И

спользуя рентгеновские лучи, изучают молекулярную структуру веществ, входящих в состав клеток, размеры и пространственное размещение молекул и атомов. Этимметодом была доказана структура молекулы ДНК. Метод ауторадиографии, или меченых атомов. В организм вводят изотопы с а-, Р-, у-излучения, которые включаются в определенные структуры клеток. Так отслеживают местоположение и перемещениеих в клетках и тканях. Этим методом исследуют биохимические процессы как в клетке, так и в отдельных ее частях. Метод полимеразной цепной реакции. Он позволяет выявить наличие или отсутствие определенных последовательностей ДНК

Органические соединения - углеродсодержащие вещества живых организмов.

Клетки построены из специфического и одновременно ограниченного набора одинаковых для всех видов живых существ крупных молекул, содержащих углерод. Благодаря малым размерам и содержанию на внешней оболочке четырех электронов атом углерода может образовывать четыре крепких ковалентные связи с другими атомами. Важна способность атомов углерода соединяться друг с другом в цепи, кольца и образовывать большие и сложные молекулы. Основные группы этих молекул является относительно простыми углеводами, жирными кислотами, аминокислотами и нуклеотидами. Углеводы является важнейшим источником энергии для клеток, они запасают ее, создают резервные полисахариды.

Главная функция жирных кислот – образование клеточных мембран и участие в энергетическом обмене. Полимеры, построенные из аминокислот, представленные разнообразными и многофункциональными молекулами белков. Нуклеотиды играют главную роль в аккумуляции и переносе энергии (АТФ, НАД), однако основное значение заключается в том, что они являются субъединицами информационных молекул РНК и ДНК. Белки. Клетки значительной степени состоят из белков, на которых приходится более половины массы сухого вещества клетки. Белки определяют структуру и форму клетки, кроме того, они являются рецепторами молекулярного распознавания и катализа. Белки непосредственно участвуют в процессах обмена веществ и исполнении функций клетки.

Белки построены из 20 различных аминокислот, каждая из которых имеет химическую индивидуальность. Комбинации с 20 аминокислот могут образовывать бесчисленное количество разных по структуре и функциям белков. Белковые молекулы образуются при помощи пептидных связей между аминокислотами. Несколько аминокислот, объединенных пептидными связями, называют полипептидами. Простые белки образованы только аминокислотами. К состав сложных белков могут входить липиды (Липопротеьиды), углеводы (гликопротеиды). Многие ферментов содержат в активном центре вещества небелковой природы (коферменты).

Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее пространственную структуру. Структура поли- пептидной цепи стабилизируется нековалентными взаимодействиями между ее частями. Аминокислоты группируются внутри молекулы, а возникновение локальных водородных связей между пептидными группами приводит к образованию ос-спиралей.

В зависимости от формы, белки могут быть фибрилярными и глобулярными. Фибриллярные - длинные, удлиненные, достаточно стабильны, плохо растворимые в воде. Некоторые обладают способностью к сокращению, например, актин, миозин. Большинства белков присуща глобулярная структура. Они имеют вид сферы и хорошо растворимые в воде, например, гемоглобин, альбумин, большинство ферментов.

Функции белков. Функции белка определяются химическому строению и физико-химическими свойствами поверхности. Специфические места на поверхности белка или внутри, образованные закономерно расположенными аминокислотными остатками, формируют центры специфического связывания других веществ и определяют функцию того или иного белка. Основные функции белков:

а) каталитическая ферменты в тысячи раз ускоряют химическую модификацию молекул-субстратов, обеспечивают все основные функции клетки;

б) регуляторная - Гормоны белковой природы участвуют в регуляции и координации многих метаболических и физиологических процессов живых организмов,

в) структурная - Белки обеспечивают образование всех элементов клеток и организма: органелл, мембран, тканей, органов, а также структурное связь между ними;

г) защитная - белки защищают организм, создают его защитные покровы, оболочки органов и клеток, образующих антитела, регулирующие рН

д) рецепторная - белки распознают сигналы, поступающие из внешней среды, превращают их и передают в необходимый отдел организма

е) транспортная функция заключается в способности отдельных белков переносить вещества к месту использования. Например, переносчик различных веществ через биомембраны, а также цитоскелет - гемоглобин,

ж) двигательная функция обеспечивается мышечными белками: актином, миозином и другими, из которых состоят мышечные ткани;

с) энергетическая роль связана с возможностью использования органических молекул белков в энергетическом обмене. В результате их разрушения образуется АТФ. Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты – уникальные молекулы, необходимые каждой клетке для сохранения и передачи генетической информации. Нуклеиновые кислоты обеспечивают процессы синтеза белков, а этим, в свою очередь, определяется характер обмена веществ, закономерности роста и развития, явления наследственности и изменчивости. Есть две основные группы нуклеиновых кислот: ДНК и РНК . Они отличаются химическим строением и биологическими свойствами.

Углеводы. Углеводы - это органические вещества, имеют общую формулу Сх (Н20) y, где х и у могут иметь разные значения. Их разделяют на три основных класса: моносахариды, дисахариды, полисахариды.

Глюкоза является наиболее важным моносахаридов в живых системах, ключевым звеном энергетического обмена и структурным мономером полисахаридов. Другие важные моносахариды: фруктоза, галактоза, рибоза и др. Моносахариды хорошо растворимые в воде и диффундируют в цитоплазму через клеточные мембраны. Основная функция - источник энергии для различных метаболических процессов. Вследствие последовательных реакций окисления гексозы превращаются в конечном итоге на С02 и Н20. Суммарное уравнение реакции С6Н1206 + 602 -> 6С02 + 6Н20 + энергия. Энергия, которая высвобождается, генерируется и запасается в виде двух соединений - АТФ и НАДФ. Моносахариды могут путем трансаминирования превращаться в некоторые аминокислоты. Они также образуют субстраты для синтеза жиров. Наиболее важными дисахаридами является мальтоза (Образована двумя молекулами глюкозы), сахароза (Состоит из глюкозы и фруктозы) и лактоза (Состоит из глюкозы и галактозы). их основная функция

- Источник энергии для клетки. Полисахариды построены из повторяющихся молекул глюкозы. В клетках животных это гликоген, в растительных

- Крахмал. Основная функция – запасают большое количество энергии. Некоторые полисахариды связываются с белками и образуют гликопротеины. Липиды. Это нерастворимые в воде органические вещества клетки, которые можно удалить только органическими растворителями. Химически очень разнообразная группа, но практически все они являются сложными эфирами жирных кислот и спирта. Большая часть липидов клетки – это сложные эфиры органических кислот и спирта глицерола (Глицерина). Все липиды является высококалорийным источником энергии клетки.

Основным компонентом многих видов липидов жирные кислоты. Это карбоновые кислоты с длинными углеводородными "Хвостами", например, пальмитиновая кислота:

СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2- СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СООН

Различные виды жирных кислот отличаются количеством углеродных звеньев и ненасыщенных связей. Жирные кислоты, связываясь с глицерином, образуют три- ацилглицеролы (триглицериды) и в таком виде сохраняются в качестве энергетического резерва (жир). В фосфолипидах два ОН-группы связаны с жирными кислотами, а одна ОН-группа - с фосфатом. Жирные кислоты и фосфолипиды имеют гидрофобный хвостик и полярную головку. Важнейшая функция жирных кислот - участие в построении клеточных мембран. В воде они образуют липидный бислой, что самоорганизовуются и составляют основу всех мембран клетки