prosdo.ru
добавить свой файл
  1 2 3 4

7. Мембранные клеточные органеллы, их структура и функции.

8. Немембранные клеточные органеллы, их структура и функции.


Клеточная структура

Строение

Функции

  1. Плазматическая мембрана (плазмалемма)

Тонкие пласты (6-10 нм), состоящие из бислоя липидов и молекул белка, расположенных на поверхности, погруженных или пронизывающих его.

Избирательно проницаемый барьер, регулирующий обмен между клеткой и средой. Плазмалемма отделяет цитоплазму от внешней среды, регулирует транспорт веществ в клетку и из нее, осуществляет межклеточные взаимодействия, принимает участие в делении клетки.

  1. Ядро

Самая крупная клеточная структура. Заключено в оболочку из двух мембран, пронизанную порами. Включает в себя хроматин (в интерфазе) или хромосомы (во время деления), ядрышко и нуклеоплазму.

Хранение и реализация генетической информации, воспроизведение и передача генетической информации при делении клетки.

 

III. Органоиды

Специализированные постоянные компоненты цитоплазмы, которые обладают определенным строением и выполняют определенные функции в жизнедеятельности клеток.

III.1. Мембранные органоиды

III.1.1. Эндоплазматический ретикулум (ЭПР)

Система уплощенных мембранных мешочков – цистерн, узких каналов. Различают шероховатый (гранулярный) ЭПР, имеющий на мембранах рибосомы и гладкий (агранулярный) не имеющий их в своем составе.


Обеспечивает транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками. Делит клетку на отдельные секции, компартменты, в которых одновременно происходят различные физиологические процессы и химические реакции. Функцией шероховатого ЭПР является синтез, сегрегация и созревание белков, гладкого – метаболизм липидов, стероидов и некоторых внутриклеточных полисахаридов; нейтрализация и детоксикация эндогенных (гормоны) и экзогенных (алкоголь, лекарственные вещества) токсичных веществ; накопление ионов кальция.

III.1.2. Аппарат (комплекс) Гольджи

Стопка уплощенных мембранных мешочков –цистерн. На одном конце стопки мешочки непрерывно образуются, а с другого – отшнуровываются пузырьки. Стопки могут быть собраны в одной зоне (диктиосомы) или образуют пространственную сеть.

Синтез полисахаридов и гликопротеинов (гликокалекса, слизи); накопление и модификация продуктов (г.о. белков), синтезированных в ЭПР; упаковка и транспорт этих веществ в вакуолях (секреторных гранулах) за пределы клетки; сортировка белков на транс-поверхности. Является источником лизосом.

III.1.3. Лизосомы

Простой сферический мембранный мешочек, заполненный пищеварительными (гидролитическими) ферментами.

Расщепление, переваривание каких-либо клеточных структур или молекул; накопление непереваренных остатков; аутофагоцитоз (отбор и уничтожение измененных, дефектных клеточных элементов).

III.1.4. Пероксисомы (микротельца)

Небольшие вакуоли, окруженные одинарной мембраной. Содержимое имеет зернистую структуру, в центре иногда располагается кристаллоподобное образование. Содержат ферменты метаболизма перекиси водорода (основной – каталаза).


Защита клетки от действия перекиси водорода, образующейся в результате окисления органических соединений (каталаза разлагает перекись водорода на воду и кислород); окисление аминокислот и др. субстратов; участие в расщеплении жирных кислот; участие в обезвреживании ряда веществ.

III.1.5. Митохондрии

Окружены оболочкой из двух мембран, между которыми находится межмембранное пространство. Внутренняя мембрана образует складки (кристы). В состав внутренней мембраны входят: ферменты дыхательной цепи, комплекс АТФ-синтетазы, транспортные белки. Внутреннее пространство заполнено матриксом, в котором содержится большое количество ферментов (цикла Кребса, окисления жирных кислот, синтеза белка), митохондриальные рибосомы, кольцевая молекула ДНК, молекулы иРНК, тРНК, рРНК, включения.

Обеспечение клетки легкодоступной энергией, образующейся благодаря окислению метаболитов и запасающейся в виде макроэргических связей АТФ; участие в биосинтезе стероидов и окислении жирных кислот.

.

III.1.6. Пластиды (хлоро-пласты, хромопласты, лейкопласты, амило-пласты)

Двумембранные органоиды, характерные для растительных клеток. Основная пластида – хлоропласт. Это крупная содержащая хлорофилл пластида. Обладает сложной системой внутренних мембран. Выделяют ламеллы стромы и мембраны тилакоидов. Тилакоиды собраны в стопки - граны. Ламеллы связывают граны друг с другом. В матриксе обнаруживаются рибосомы и кольцевая ДНК.

Функцией хлоропластов является фотосинтез. В других пластидах (лейкопласты, амилопласты) откладываются крахмал и каратиноиды (хромопласты).

III.1.7. Вакуоли

Крупные центральные вакуоли встречаются только у растительных клеток (более мелкие встречаются как в клетках растений, так и в клетках животных). Центральная вакуоль представляет собой мешок, образованный одинарной мембраной (тонопластом). В вакуоли содержится клеточный сок – концентрированный раствор различных веществ, таких как минеральные соли, сахара, пигменты, органические кислоты и ферменты.


Здесь хранятся различные вещества, в том числе и конечные продукты обмена. От содержимого вакуоли в сильной степени зависят осмотические свойства клетки. Иногда вакуоль выполняет функции лизосом.

III.1.8. Клеточная стенка

Плотная многослойная структура, расположенная снаружи клетки. Характерна для клеток растений и прокариот. Является продуктом жизнедеятельности клетки. Состоит из аморфного гелеобразного матрикса с большим содержанием воды, и опорной фибриллярной системы. Главным компонентом клеточной стенки являются полисахариды. В матриксе преобладают гемицеллюлозы и пектиновые вещества, волокнистым компонентом является целлюлоза. Соединяет клетки срединная пластинка, состоящая из пектиновых веществ. Может подвергаться вторичному утолщению и лигнификации.

Обеспечивает механическую опору и защиту, поддерживает форму клетки. Благодаря ей возникает тургорное давление, способствующее усилению опорной функции. По клеточной стенке происходит передвижение воды и минеральных солей. За счет пор и плазмодесм объединяет протопласты соседних клеток в единую непрерывную систему – симпласт (осуществляет транспорт веществ между этими клетками.

III.2. Немембранные органоиды

III.2.1. Рибосомы
 

Очень мелкие органеллы, состоящие из двух субъединиц – большой и малой. Содержат белок и РНК. Связаны с мембранами ЭПР или свободно лежат в цитоплазме.

Место синтеза белка в клетке.

III.2.2. Микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты.

Опорные структуры, располагаются в цитоплазме. Микротрубочки имеют диаметр примерно 24 нм, длину до нескольких мкм. Построены из спирально упакованных глобул белка тубулина. Микрофиламенты - тон-кие белковые нити диаметром 5-7 нм, состоят из белков актина или миозина. Промежуточные филаменты – белковые нити тощиной около 10 нм.


Микротрубочки формируют цитоскелет, входят в состав центриолей, ресничек, жгу-тиков, участвуют в пере-мещении других клеточных органоидов. Микрофиламен-ты также образуют цитоскелет, участвуют в экзо- и эндоцитозе. Взаимодействие актина и миозина лежит в основе мышечного сокращения.

Промежуточные филаменты выполняют поддерживающую и опорную функции. Располагаются в виде трехмерных сетей в различных участках цитоплазмы, окружают ядро, участвуют в формировании межклеточных контактов и поддерживают форму отростков.

II.2.3. Клеточный центр

Состоит из двух центриолей. Характерны для животных клеток. Основой строения центриолей являются расположенные по окружности девять триплетов микротрубочек, образующих полый цилиндр. Расположены под прямым углом друг к другу.

Принимают участие в формировании веретена деления, располагаются на его полюсах.

IV. Включения

Временные компоненты цитоплазмы, продукты жизнедеятельности клетки

IV.1. Трофические

Гликоген и жир в клетках животного организма

Запасные питательные вещества

IV.2. Секреторные

Продукты жизнедеятельности железистых клеток (гормоны, ферменты, секреты)

Участвуют в работе внутренних органов (например, ферменты кишечника, в регуляции обмена веществ)

IV.3. Экскреторные

Конечные продукты обмена (соли, мочевая кислота).

Предназначены для выведения из организма.


9. Химический состав клетки (неорганические и органические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки).

В клетках содержится более 70 химических элементов, которые можно разделить на три группы, в зависимости от их процентного содержания:

Макроэлементы (98%): кислород (0), углерод (С), водород (Н), азот (N). Микроэлементы (~1,9%): фосфор (P), калий (K), сера (S), кальций (Ca), магний (Mg), натрий (Na), железо (Fe).

Ультра микроэлементы (0,1%): цинк (Zn), медь (Cu), йод (I), фтор (F), кобальт (Co), марганец (Mn) и другие.

Неорганические вещества клеток представлены молекулами воды и ионами минеральных солей. Вода составляет от 70% до 80% массы клетки, являясь ее важнейшим компонентом. Биологическая роль воды определяется ее уникальными физико-химическими свойствами: полярностью, большой удельной теплоемкостью и теплопроводностью. В живых системах вода выполняет следующие функции:


  1. Образует внутреннюю среду в клетке и в организме.

  2. Вода - универсальный растворитель для различных веществ.

  3. Определяет объем и упругость клетки.

  4. Регулирует осмотические процессы в клетке.

  5. Участвует в химических реакциях (например, фотосинтезе, гидролизе).

  6. Участвует в терморегуляции благодаря высокой теплоемкости

Минеральные соли представлены в виде катионов (К+, Na+, Ca2+, Mg2+) и анионов (HPO4 --, HPO, CL-, HCO3 -) и составляют ~1% массы клеток. Они необходимы для нормальной жизнедеятельности клеток и организма в целом, выполняя ряд важнейших биологических функций: входят в состав ферментов, гормонов и биологически активных веществ (Сu – дыхательные ферменты, Fe - входит в состав гемоглобина, цитохрома. Mg - входит в состав рибосом, J - тироксин, Zn - инсулин, Со - витамин В12, S - витамин В1, Са - регулирует проницаемость клеточных мембран (митохондрии), а также свертываемость крови и сокращение мышечных волокон.


Органические молекулы построены на основе атомов углерода (С), которые способны соединяться друг с другом ковалентными связями и образовывать длинные цепи или кольца. [– С – С – ...] - связь является основой всех органических молекул. Углеродные атомы образуют также ковалентные связи с атомами водорода, азота, кислорода, фосфора и серы, соединяясь с ними в разных комбинациях. Большое разнообразие органических молекул объясняется перечисленными выше особенностями атома углерода.

10. Понятие о метаболизме клетки (анаболизм и катаболизм).


  • Метаболизм - все биохимические реакции, которые происходят в клетке по наследственной программе. Основу клеточного метаболизма составляют два взаимосвязанных процесса - анаболизм и катаболизм.

  • Анаболизм (ассимиляция) – совокупность реакций синтеза специфических молекул (полимеров) из более простых (мономеров) с использованием энергии.

  • Катаболизм (диссимиляция) – совокупность реакций распада сложных органических молекул до мономеров с выделением энергии, часть которой запасается в виде АТФ.

11. Роль нуклеиновых кислот в жизнедеятельности клетки.

В 1868г. Ф. Мишер открыл нуклеиновые кислоты.

Роль нуклеиновых кислот:

- хранение генетической информации

- передача генетической информации

- реализация генетической информации

- изменение генетической информации

12. Химическая структура нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты – это биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. В состав каждого нуклеотида входят: сахар (пентоза), одно из азотистых оснований и остаток фосфорной кислоты. Гетероциклические азотистые основания являются производными пурина (аденин и гуанин) или пиримидина (тимин, цитозин и урацил).

В клетках встречаются два вида нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. В состав ДНК входят: сахар 2-дезоксирибоза, азотистые основания аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) и остаток фосфорной кислоты.


В состав РНК входят: сахар рибоза, азотистые основания аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У) и остаток фосфорной кислоты.



Рис.4. Два варианта схематического изображения строения нуклеотида.

13.Сравните строение нуклеотидов ДНК и РНК.

Нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, сахара пентозы и остатка фосфорной кислоты. В качестве гетероциклических азотистых оснований ДНК содержит два пурина (двуциклические) – аденин (А) и гуанин (Г) и два пиримидина (моноциклические) – тимин (Т) и цитозин (Ц). В РНК вместо тимина содержится пиримидин урацил (У).



Рис.2. Пуриновые и пиримидиновые азотистые основания.

В состав ДНК входит сахар 2-дезоксорибоза, в состав РНК – рибоза. Часть нуклеотида, состоящая из сахара с присоединенным к нему азотистым основанием называется нуклеозидом.



Рис.3. Пентозы рибоза и дезоксирибоза.



Рис.5. Пуриновый и пиримидиновый нуклеотиды.

После окончания цикла синтеза ДНК некоторые пуриновые и пиримидиновые основания могут подвергаться химической модификации (например, метилирование). Модификация пуринов и пиримидинов характерна и для РНК (в тРНК – псевдоуридин и дигидроуридин).

14. Первичная и вторичная структуры ДНК. Модель ДНК Уотсона и Крика. Правила Чаргаффа.

Первичная структура ДНК:

Представляет собой последовательность нуклеотидов, соединенных 3',5' фосфодиэфирными связями.


Вторичная структура ДНК:

Представляет собой две полинуклеотидные цепи, комплементарные друг другу, имеющие антипараллельную структуру (в одной цепи фосфодиэфирные связи имеют направление 3'-5', а в другой 5'-3'), соединенные с помощью водородных связей между пуринами одной цепи и пиримидинами другой (А-Т, G-С), закрученные в спираль друг относительно друга и вокруг воображаемой оси.

Модель ДНК Уотсона и Крика:

В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель структуры ДНК. Согласно модели Уотсона - Крика ДНК представляет собой правильную правовинтовую спираль, образованную двумя полинуклеотидными цепями (вторичная структура) (рис.7). Две полинуклеотидные цепи имеют антипараллельную структуру (в одной цепи фосфодиэфирные связи имеют направление 3'-5', а в другой 5'-3'. Двойная спираль стабилизируется с помощью водородных связей между пуринами одной цепи и пиримидинами другой (А-Т, G-С).



Рис.7. Вторичная структура ДНК

Основания, образующие пары, получили название комплементарных (рис.8). В АТ-паре основания соединены двумя водородными связями, в GC-паре – тремя водородными связями, поэтому GC-пары существенно более стабильны. Канонические пары энергетически наиболее выгодны. Кроме канонических, основания способны образовывать другие, неканонические пары. Однако, образование таких пар нарушает геометрию спирали, поэтому неканонические пары в составе ДНК в норме не встречаются. Т.о., последовательность оснований в одной цепи определяет их последовательность в другой. Комплементарность последовательности оснований в двух полинуклеотидных цепях – ключевое свойство ДНК.

c:\users\катерина\documents\нуклеиновые кислоты\канонические_пары.jpg


Рис.8. Комплементарные азотистые основания

Пуриновые и пиримидиновые основания уложены в стопку и направлены внутрь спирали, расстояние между парами оснований 0,34 нм. Плоскости колец оснований перпендикулярны главной оси спирали. Длина витка спирали (полный оборот спирали, шаг спирали) – 3,4 нм. На один виток спирали приходится 10 нуклеотидных остатков в одной цепи. Диаметр спирали – 2 нм (20 А).

Позднее было установлено, что модель Уотсона-Крика описывает структуру одной из нескольких форм двойной спирали, названной В-формой. Это основная форма двуспиральной ДНК, в которой большая часть ее молекул существует в клетке.

Правила Э. Чаргаффа:


  • количество пуриновых оснований (A+Г) в молекуле ДНК всегда равно количеству пиримидиновых оснований (Т+Ц),

  • количество аденина равно количеству тимина [А=Т, А/Т= 1]; количество гуанина равно количеству цитозина [Г=Ц, Г/Ц=1];

  • соотношение (Г+Ц)/(А+Т)=К, где К - коэффициент специфичности, является постоянным для каждого вида живых организмов

15. Формы двойных спиралей ДНК, их характеристика.

Правые спирали образуют два семейства: А-семейство и В-семейство (отличаются конформацией в молекуле сахара). Структуры в пределах каждого из семейств в зависимости от условий (концентрации соли, температуры) могут иметь разное число пар на виток спирали, разный наклон пар к оси спирали и т.д.

А-семейство ДНК. Еще до открытия двойной спирали Р. Франклин получила экспериментальные свидетельства существования весьма упорядоченной структуры в ориентированных вытягиванием и подсушиваных (влажность 75%) волокнах ДНК. Эта структура получила название А-форма ДНК. Этой форме долго на придавали значения, т.к. она возникала при малой влажности, т.е. не при физиологических условиях.

Параметры А-формы: 11 оснований на виток; основания образуют угол 20 градусов к оси спирали; расстояние между парами оснований 0,256 нм; диаметр 2,3 нм (23 А). Требует присутствия ионов Na+ , K + ,Cs+ .


В-семейство: Характерно структурное разнообразие.

В-форма: 10 пар оснований на виток; шаг спирали – 3,4 нм; расстояние между парами оснований – 0,34 нм; диаметр спирали – 2 нм (20 А).

С-форма: Образуется при 66% влажности в присутствии ионов Li2+. 9,3 пар оснований на виток; шаг спирали – 3,32 нм; расстояние между парами оснований – 0,332 нм; диаметр 1,9 нм (19 А).

D и E-формы. 8 и 7,5 пар оснований на виток, обнаружены в молекулах ДНК, не содержащих гуанина.

Z-форма ДНК: Левая спираль. Обнаружена у полинуклеотида с чередующейся последовательностью dG-dC. В растворе с низкой ионной силой этот полинуклеотид образует двойные спирали В-типа. При высокой концентрации солей (MgCI2, NaCI) или добавлении спирта эта двойная спираль переходит в левую Z-форму. Стэкинг-взаимодействия связывают только остатки цитозина.

Параметры: 12 оснований на виток; шаг спирали – 3,71нм (3,4 нм); расстояние – 0,37 нм; диаметр – 1,8 нм (18 А).

В-форма и Z-форма переходят друг в друга при изменении ионной силы раствора. Для осуществления перехода не требуется расхождения цепей. Он инициируется разрывом водородных связей у нескольких пар оснований.

16. Третичная и четвертичная структуры ДНК.

Третичная структура ДНК - способ укладывания молекул в пространстве. На этом уровне структура как белков, так и нуклеиновых кислот не имеет определенных типов с жестко заданными параметрами. ДНК может иметь линейную или кольцевую форму. Третичная структура линейных и кольцевых форм ДНК характеризуется спирализацией и супер(сверх)спирализацией.

Четвертичная структура ДНК - укладка молекул в полимолекулярные ансамбли, включающие также молекулы белков (хроматин).

17. Первичная, вторичная и третичная структуры РНК.

Первичная структура РНК:

Представляет собой последовательность нуклеотидов, соединенных 3',5' фосфодиэфирными связями.

Вторичная структура РНК:

Является основой всех видов РНК.

18. Типы РНК, их строение и функции.

Содержание РНК


<< предыдущая страница   следующая страница >>