От вашия курс по ботаника и зоология знаете, че телата на растенията и животните са изградени от клетки. Човешкото тяло също се състои от клетки. Благодарение на клетъчна структураорганизма, неговият растеж, размножаване, възстановяване на органи и тъкани и други форми на дейност са възможни.
Формата и размерът на клетките зависят от функцията, изпълнявана от органа. Основният инструмент за изследване на структурата на клетката е микроскопът. Светлинният микроскоп ви позволява да видите клетка при увеличение от приблизително три хиляди пъти; електронен микроскоп, в който се използва поток от електрони вместо светлина, стотици хиляди пъти. Цитологията изучава структурата и функциите на клетките (от гръцки "cytos" - клетка).
| |
Цитоплазма- вискозно полутечно вещество. Цитоплазмата съдържа редица най-малки структури на клетката - органоиди,които изпълняват различни функции. Нека разгледаме най-важните органели: митохондрии, мрежа от тубули, рибозоми, клетъчен център и ядро.
Митохондриите- къси удебелени тела с вътрешни прегради. Те произвеждат вещество, богато на енергия, необходима за процесите, протичащи в клетката (АТФ). Забелязано е, че колкото по-активно работи една клетка, толкова повече митохондрии съдържа.
Мрежа от тубулипрониква в цялата цитоплазма. Движението на веществата става през тези тубули и се установява комуникация между органелите.
Рибозоми- плътни тела, съдържащи протеин и рибонуклеинова киселина. Те са мястото на образуване на протеини.
Клетъчен центъробразувани от тела, които участват в клетъчното делене. Те се намират близо до ядрото.
Ядро- това е орган, който е задължителен интегрална частклетки. По време на клетъчното делене структурата на ядрото се променя. Когато клетъчното делене приключи, ядрото се връща в предишното си състояние. В ядрото има специално вещество - хроматин,от които се образуват нишковидни тела преди клетъчното делене - хромозоми.Клетките се характеризират с постоянен брой хромозоми с определена форма. Клетките на човешкото тяло съдържат 46 хромозоми, а зародишните клетки имат 23.
Химичен състав на клетката.Клетките на човешкото тяло се състоят от различни химични съединения от неорганичен и органичен характер. Неорганичните вещества на клетката включват вода и соли. Водата съставлява до 80% от масата на клетката. Той разтваря вещества, участващи в химични реакции: транспортира хранителни вещества, премахва отпадъци и вредни съединения. Важна роля в разпределението на водата между клетките и междуклетъчното вещество играят минералните соли - натриев хлорид, калиев хлорид и др. Отделно химически елементи, като кислород, водород, азот, сяра, желязо, магнезий, цинк, йод, фосфор, участват в създаването на жизненоважни органични съединения. Органичните съединения образуват до 20-30% от масата на всяка клетка. Сред органичните съединения най-висока стойностимат въглехидрати, мазнини, протеини и нуклеинови киселини.
Въглехидратисе състои от въглерод, водород и кислород. Въглехидратите включват глюкоза и животинско нишесте - гликоген. Много въглехидрати са силно разтворими във вода и са основните източници на енергия за всички жизнени процеси. Разграждането на 1 g въглехидрати освобождава 17,6 kJ енергия.
мазниниобразувани от същите химични елементи като въглехидратите. Мазнините са неразтворими във вода. Те са част от клетъчните мембрани. Мазнините служат и като резервен източник на енергия в тялото. При пълното разграждане на 1 g мазнини се освобождават 38,9 kJ енергия.катерициса основните вещества на клетката. Протеините са най-сложните органични вещества, открити в природата, въпреки че се състоят от относително малък брой химични елементи - въглерод, водород, кислород, азот, сяра. Много често протеинът съдържа фосфор. Белтъчната молекула е голяма и се състои от верига, състояща се от десетки и стотици по-прости съединения – 20 вида аминокиселини.
Протеините служат като основен строителен материал. Те участват в образуването на клетъчни мембрани, ядро, цитоплазма и органели. Много протеини действат като ускорители на химични реакции - ензими.Биохимичните процеси могат да протичат в клетката само в присъствието на специални ензими, които ускоряват химическите трансформации на веществата стотици милиони пъти.
Протеините имат разнообразна структура. Само в една клетка има до 1000 различни протеини.
При разграждането на протеините в организма се отделя приблизително същото количество енергия, както при разграждането на въглехидратите - 17,6 kJ на 1 g.
Нуклеинова киселинасе образуват в клетъчното ядро. С това е свързано и името им (от латинското “nucleus” - ядро). Те са съставени от въглерод, кислород, водород и азот и фосфор. Има два вида нуклеинови киселини - дезоксирибонуклеинови киселини (ДНК) и рибонуклеинови киселини (РНК). ДНК се намира главно в хромозомите на клетките. ДНК определя състава на клетъчните протеини и предаването на наследствени белези и свойства от родителите към потомството. Функциите на РНК са свързани с образуването на протеини, характерни за тази клетка.
Основни термини и понятия:
Клетката е основната елементарна единица на всички живи същества, следователно притежава всички свойства на живите организми: силно подредена структура, получаваща енергия отвън и използвайки я за извършване на работа и поддържане на реда, метаболизъм, активен отговор на дразнения, растеж, развитие, размножаване, дублиране и предаване на биологична информация на потомци, регенерация (възстановяване на увредени структури), адаптиране към околната среда.
Немският учен Т. Шван в средата на 19 век създава клетъчната теория, чиито основни положения показват, че всички тъкани и органи се състоят от клетки; клетките на растенията и животните са фундаментално сходни една с друга, всички те възникват по един и същи начин; дейността на организмите е сумата от жизнените дейности на отделните клетки. Голямо влияние върху по-нататъчно развитиеКлетъчната теория и теорията за клетките като цяло са повлияни от големия немски учен Р. Вирхов. Той не само събра всички многобройни разнородни факти, но също така убедително показа, че клетките са постоянна структура и възникват само чрез възпроизвеждане.
Клетъчната теория в нейната съвременна интерпретация включва следните основни положения: клетката е универсална елементарна единица на живите същества; клетките на всички организми са фундаментално сходни по своята структура, функция и химичен състав; клетките се възпроизвеждат само чрез делене на оригиналната клетка; многоклетъчните организми са сложни клетъчни сглобки, които образуват интегрални системи.
Благодарение на съвременните методи на изследване беше разкрито два основни вида клетки: по-сложно организирани, силно диференцирани еукариотни клетки (растения, животни и някои протозои, водорасли, гъби и лишеи) и по-малко сложно организирани прокариотни клетки (синьо-зелени водорасли, актиномицети, бактерии, спирохети, микоплазми, рикетсии, хламидии).
За разлика от прокариотната клетка, еукариотната клетка има ядро, ограничено от двойна ядрена мембрана и голям брой мембранни органели.
ВНИМАНИЕ!
Клетката е основната структурна и функционална единица на живите организми, осъществяваща растеж, развитие, метаболизъм и енергия, съхраняваща, обработваща и внедряваща генетична информация. От морфологична гледна точка клетката е сложна система от биополимери, отделена от външната среда с плазмена мембрана (плазмолема) и състояща се от ядро и цитоплазма, в които са разположени органели и включвания (гранули).
Какви видове клетки има?
Клетките са разнообразни по своята форма, структура, химичен състав и характер на метаболизма.
Всички клетки са хомоложни, т.е. имат редица общи структурни характеристики, от които зависи изпълнението на основните функции. Клетките се характеризират с единство на структурата, метаболизма (метаболизма) и химичния състав.
В същото време различните клетки имат и специфични структури. Това се дължи на изпълнението на специални функции.
Клетъчна структура
Ултрамикроскопска клетъчна структура:
1 - цитолемма (плазмена мембрана); 2 - пиноцитозни везикули; 3 - центрозома, клетъчен център (цитоцентър); 4 - хиалоплазма; 5 - ендоплазмен ретикулум: а - мембрана на грануларния ретикулум; b - рибозоми; 6 - връзка на перинуклеарното пространство с кухините на ендоплазмения ретикулум; 7 - сърцевина; 8 - ядрени пори; 9 - негранулиран (гладък) ендоплазмен ретикулум; 10 - ядро; 11 - вътрешен ретикуларен апарат (комплекс на Голджи); 12 - секреторни вакуоли; 13 - митохондрии; 14 - липозоми; 15 - три последователни етапа на фагоцитоза; 16 - връзка на клетъчната мембрана (цитолема) с мембраните на ендоплазмения ретикулум.
Химичен състав на клетката
Клетката съдържа повече от 100 химични елемента, четири от които представляват около 98% от масата; това са органогени: кислород (65–75%), въглерод (15–18%), водород (8–10%) и азот (1,5–3,0%). Останалите елементи се разделят на три групи: макроелементи - съдържанието им в организма надвишава 0,01%); микроелементи (0,00001–0,01%) и ултрамикроелементи (по-малко от 0,00001).
Макроелементите включват сяра, фосфор, хлор, калий, натрий, магнезий, калций.
Микроелементите включват желязо, цинк, мед, йод, флуор, алуминий, мед, манган, кобалт и др.
Ултрамикроелементите включват селен, ванадий, силиций, никел, литий, сребро и др. Въпреки много ниското си съдържание микроелементите и ултрамикроелементите играят много важна роля. Те засягат основно метаболизма. Без тях е невъзможно нормалното функциониране на всяка клетка и на организма като цяло.
Клетката се състои от неорганични и органични вещества. Сред неорганичните вещества присъства най-голямо количество вода. Относителното количество вода в клетката е между 70 и 80%. Водата е универсален разтворител, всички биохимични реакции в клетката протичат в нея. С участието на водата се осъществява терморегулация. Веществата, които се разтварят във вода (соли, основи, киселини, протеини, въглехидрати, алкохоли и др.), се наричат хидрофилни. Хидрофобните вещества (мазнини и подобни на тях вещества) не се разтварят във вода. Други неорганични вещества (соли, киселини, основи, положителни и отрицателни йони) представляват 1,0 до 1,5%.
Сред органичните вещества преобладават протеини (10–20%), мазнини или липиди (1–5%), въглехидрати (0,2–2,0%) и нуклеинови киселини (1–2%). Съдържанието на нискомолекулни вещества не надвишава 0,5%.
Протеинова молекула е полимер, който се състои от голям брой повтарящи се единици мономери. Аминокиселинните протеинови мономери (20 от тях) са свързани помежду си чрез пептидни връзки, образувайки полипептидна верига (първичната структура на протеина). Той се извива в спирала, образувайки от своя страна вторичната структура на протеина. Поради специфичната пространствена ориентация на полипептидната верига възниква третичната структура на протеина, която определя специфичността и биологичната активност на протеиновата молекула. Няколко третични структури се комбинират помежду си, за да образуват кватернерна структура.
Протеините изпълняват основни функции. Ензимите - биологични катализатори, които увеличават скоростта на химичните реакции в клетката стотици хиляди милиони пъти, са протеини. Протеините, като част от всички клетъчни структури, изпълняват пластична (строителна) функция. Клетъчните движения също се извършват от протеини. Те осигуряват транспорт на вещества в клетката, извън клетката и вътре в клетката. Важно е защитна функцияпротеини (антитела). Протеините са един от източниците на енергия.Въглехидратите се делят на монозахариди и полизахариди. Последните са изградени от монозахариди, които подобно на аминокиселините са мономери. Сред монозахаридите в клетката най-важни са глюкозата, фруктозата (съдържа шест въглеродни атома) и пентозата (пет въглеродни атома). Пентозите са включени в нуклеинова киселина. Монозахаридите са силно разтворими във вода. Полизахаридите са слабо разтворими във вода (гликоген в животински клетки, нишесте и целулоза в растителни клетки).Въглехидратите са източник на енергия; сложните въглехидрати, комбинирани с протеини (гликопротеини), мазнини (гликолипиди) участват в образуването на клетъчните повърхности и клетката взаимодействия.
Липидите включват мазнини и мастноподобни вещества. Молекулите на мазнините са направени от глицерол и мастни киселини. Мазноподобните вещества включват холестерол, някои хормони и лецитин. По този начин липидите, които са основните компоненти на клетъчните мембрани, изпълняват строителна функция. Липидите са най-важните източници на енергия. Така че, ако при пълно окисление на 1 g протеин или въглехидрати се отделят 17,6 kJ енергия, тогава при пълно окисление на 1 g мазнини - 38,9 kJ. Липидите осъществяват терморегулацията и защитават органите (мастни капсули).
ДНК и РНК
Нуклеиновите киселини са полимерни молекули, образувани от нуклеотидни мономери. Нуклеотидът се състои от пуринова или пиримидинова основа, захар (пентоза) и остатък от фосфорна киселина. Във всички клетки има два вида нуклеинови киселини: дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и рибонуклеинова киселина (РНК), които се различават по състава на основите и захарите.
Пространствена структура на нуклеиновите киселини:
(по B. Alberts и др., с модификация) I - РНК; II - ДНК; панделки - захарен фосфат гръбнак; A, C, G, T, U са азотни бази, решетките между тях са водородни връзки.
ДНК молекула
Молекулата на ДНК се състои от две полинуклеотидни вериги, усукани една около друга под формата на двойна спирала. Азотните основи на двете вериги са свързани помежду си чрез допълващи се водородни връзки. Аденинът се свързва само с тимин, а цитозинът - с гуанин (A - T, G - C). ДНК съдържа генетична информация, която определя специфичността на протеините, синтезирани от клетката, тоест последователността на аминокиселините в полипептидната верига. ДНК предава по наследство всички свойства на клетката. ДНК се намира в ядрото и митохондриите.
РНК молекула
Молекулата на РНК се образува от една полинуклеотидна верига. В клетките има три вида РНК. Информационна или информационна РНК tRNA (от английския пратеник - „посредник“), която прехвърля информация за нуклеотидната последователност на ДНК към рибозомите (виж по-долу). Трансферна РНК (тРНК), която пренася аминокиселини към рибозомите. Рибозомна РНК (рРНК), която участва в образуването на рибозоми. РНК се намира в ядрото, рибозомите, цитоплазмата, митохондриите и хлоропластите.
Състав на нуклеиновите киселини.
Клетката е най-малката структурна и функционална единица на живите същества. Клетките на всички живи организми, включително хората, имат подобна структура. Изучаването на структурата, функциите на клетките, тяхното взаимодействие помежду си е основата за разбирането на такъв сложен организъм като човек. Клетката активно реагира на дразнения, изпълнява функциите на растеж и възпроизводство; способни на самовъзпроизвеждане и предаване на генетична информация на потомци; за регенериране и адаптиране към околната среда.
Структура. В тялото на възрастен човек има около 200 вида клетки, които се различават по форма, структура, химичен състав и метаболизъм. Въпреки голямото разнообразие, всяка клетка на всеки орган представлява цялостна жива система. Клетката е разделена на цитолемма, цитоплазма и ядро (фиг. 5).
Цитолема. Всяка клетка има мембрана - цитолема (клетъчна мембрана), която отделя съдържанието на клетката от външната (извънклетъчната) среда. Цитолемата не само ограничава клетката отвън, но и осигурява нейната пряка връзка с външната среда. Цитолемата изпълнява защитни, транспортни функции
1 - цитолемма (плазмена мембрана); 2 - пиноцитозни везикули; 3 - центрозома (клетъчен център, цитоцентър); 4 - хиалоплазма;
- - ендоплазмен ретикулум (а - мембрани на ендоплазмения ретикулум,
- - рибозоми); 6 - ядро; 7 - връзка на перинуклеарното пространство с кухините на ендоплазмения ретикулум; 8 - ядрени пори; 9 - ядро; 10 - вътреклетъчен мрежест апарат (комплекс на Голджи); 11 - секреторни вакуоли; 12 - митохондрии; 13 - лизозоми; 14 - три последователни етапа на фагоцитоза; 15 - връзка на клетъчната мембрана
ции, възприема влиянията на външната среда. Чрез цитолемата различни молекули (частици) проникват в клетката и излизат от клетката в нейната среда.
Цитолемата се състои от липидни и протеинови молекули, които се държат заедно чрез сложни междумолекулни взаимодействия. Благодарение на тях се поддържа структурната цялост на мембраната. Основата на цитолемата също е изградена от слоеве литий
полипротеинова природа (липиди в комбинация с протеини). С дебелина от около 10 nm, цитолемата е най-дебелата от биологичните мембрани. Цитолемата, полупропусклива биологична мембрана, има три слоя (фиг. 6, вижте цвета). Външният и вътрешният хидрофилен слой се образуват от липидни молекули (липиден двуслой) и имат дебелина 5-7 nm. Тези слоеве са непропускливи за повечето водоразтворими молекули. Между външния и вътрешния слой има междинен хидрофобен слой от липидни молекули. Мембранните липиди включват голяма група органични вещества, които са слабо разтворими във вода (хидрофобни) и силно разтворими в органични разтворители. Клетъчните мембрани съдържат фосфолипиди (глицерофосфатиди), стероидни липиди (холестерол) и др.
Липидите съставляват около 50% от масата на плазмената мембрана.
Липидните молекули имат хидрофилни (обичащи водата) глави и хидрофобни (боящи се от вода) краища. Липидните молекули са разположени в цитолемата по такъв начин, че външният и вътрешният слой (липиден двуслой) се образуват от главите на липидните молекули, а междинният слой се образува от техните краища.
Мембранните протеини не образуват непрекъснат слой в цитолемата. Протеините се намират в липидните слоеве, потапяйки се в тях на различна дълбочина. Протеиновите молекули имат неправилна кръгла форма и се образуват от полипептидни спирали. В този случай неполярни участъци от протеини (неносещи заряди), богати на неполярни аминокиселини (аланин, валин, глицин, левцин), са потопени в тази част на липидната мембрана, където са хидрофобните краища на липидните молекули разположен. Полярните части на протеините (носещи заряд), също богати на аминокиселини, взаимодействат с хидрофилните глави на липидните молекули.
В плазмената мембрана протеините съставляват почти половината от нейната маса. Има трансмембранни (интегрални), полуинтегрални и периферни мембранни протеини. Периферните протеини са разположени на повърхността на мембраната. Интегралните и полуинтегралните протеини са вградени в липидните слоеве. Молекулите на интегралните протеини проникват в целия липиден слой на мембраната, а полуинтегралните протеини са частично потопени в мембранните слоеве. Мембранните протеини според тяхната биологична роля се разделят на протеини-носители (транспортни протеини), ензимни протеини и рецепторни протеини.
Мембранните въглехидрати са представени от полизахаридни вериги, които са прикрепени към мембранни протеини и липиди. Такива въглехидрати се наричат гликопротеини и гликолипиди. Количеството въглехидрати в цитолемата и други биологични меми
branes е малък. Масата на въглехидратите в плазмената мембрана варира от 2 до 10% от масата на мембраната. Въглехидратите са разположени на външната повърхност клетъчната мембрана, който не влиза в контакт с цитоплазмата. Въглехидратите на клетъчната повърхност образуват надмембранен слой - гликокаликс, който участва в процесите на междуклетъчно разпознаване. Дебелината на гликокаликса е 3-4 nm. Химически, гликокаликсът е гликопротеинов комплекс, който включва различни въглехидрати, свързани с протеини и липиди.
Функции на плазмената мембрана. Една от най-важните функции на цитолемата е транспортната. Той осигурява навлизането на хранителни вещества и енергия в клетката, отстраняването на метаболитни продукти и биологично активни материали (секрети) от клетката, регулира преминаването на различни йони в и извън клетката и поддържа подходящо pH в клетката.
Има няколко механизма за навлизане и напускане на вещества от клетката: дифузия, активен транспорт, екзо- или ендоцитоза.
Дифузията е движението на молекули или йони от област с висока концентрация към област с по-ниска концентрация, т.е. по концентрационния градиент. Благодарение на дифузията, молекулите на кислорода (02) и въглеродния диоксид (CO2) се пренасят през мембраните. Йони, молекули на глюкоза и аминокиселини, мастни киселини дифундират през мембраните бавно.
Посоката на йонна дифузия се определя от два фактора: единият от тези фактори е тяхната концентрация, а другият е електрическият заряд. Йоните обикновено се преместват в област с противоположни заряди и, отблъснати от област с подобен заряд, дифундират от област с висока концентрация към област с ниска концентрация.
Активният транспорт е движението на молекули или йони през мембраните, използвайки енергия срещу градиент на концентрация. Енергията под формата на разграждане на аденозинтрифосфорната киселина (АТФ) е необходима, за да се осигури движението на вещества от среда с по-ниска концентрация към среда с по-високо съдържание. Пример за активен йонен транспорт е натриево-калиевата помпа (Na+, K+ помпа). СЪС вътре Na+ и ATP йони влизат в мембраната, а K+ йони идват отвън. За всеки два K+ йона, които влизат в клетката, три Na+ йона се отстраняват от клетката. В резултат на това съдържанието на клетката става отрицателно заредено по отношение на външната среда. В този случай между двете повърхности на мембраната възниква потенциална разлика.
Преносът на големи молекули нуклеотиди, аминокиселини и др. през мембраната се осъществява от мембранни транспортни протеини. Това са протеини-носители и протеини, образуващи канали. Протеините носители се свързват с молекула на транспортираното вещество и го транспортират през мембраната. Този процес може да бъде пасивен или активен. Протеините, образуващи канали, образуват тесни пори, пълни с тъканна течност, които проникват през липидния двоен слой. Тези канали имат порти, които се отварят за кратко в отговор на специфични процеси, които се случват върху мембраната.
Цитолемата също така участва в абсорбцията и освобождаването на различни видове макромолекули и големи частици от клетката. Процесът на преминаване на такива частици през мембраната в клетката се нарича ендоцитоза, а процесът на отстраняването им от клетката се нарича екзоцитоза. По време на ендоцитозата плазмената мембрана образува издатини или израстъци, които, когато се завъртят, се превръщат във везикули. Частиците или течността, уловени в мехурчетата, се прехвърлят в клетката. Има два вида ендоцитоза - фагоцитоза и пиноцитоза. Фагоцитозата (от гръцки phagos - поглъщащ) е поглъщането и пренасянето на големи частици в клетката - например остатъци от мъртви клетки, бактерии). Пиноцитозата (от гръцки pino - пия) е поглъщането на течен материал, високомолекулни съединения. Повечето частици или молекули, поети от клетката, завършват в лизозомите, където частиците се усвояват от клетката. Екзоцитозата е обратният процес на ендоцитозата. По време на процеса на екзоцитоза, съдържанието на транспортните или секретиращи везикули се освобождава в извънклетъчното пространство. В този случай везикулите се сливат с плазмената мембрана и след това се отварят на нейната повърхност и освобождават съдържанието си в извънклетъчната среда.
Рецепторните функции на клетъчната мембрана се осъществяват благодарение на голям брой чувствителни образувания - рецептори, намиращи се на повърхността на цитолемата. Рецепторите са способни да възприемат въздействието на различни химични и физически стимули. Рецепторите, способни да разпознават стимули, са гликопротеините и гликолипидите на цитолемата. Рецепторите са разпределени равномерно по цялата клетъчна повърхност или могат да бъдат концентрирани върху която и да е част от клетъчната мембрана. Има рецептори, които разпознават хормони, медиатори, антигени и различни протеини.
Междуклетъчните връзки се образуват от свързването и затварянето на цитолемата на съседни клетки. Междуклетъчните връзки осигуряват предаването на химически и електрически сигнали от една клетка към друга и участват във взаимоотношенията
клетки. Съществуват прости, плътни, прорезни, синаптични междуклетъчни връзки. Простите връзки се образуват, когато цитолемите на две съседни клетки са просто в контакт, съседни една на друга. В местата на тесни междуклетъчни връзки цитолемата на две клетки е възможно най-близо, сливайки се на места, образувайки, така да се каже, една мембрана. В празнините (нексусите) между две цитолеми има много тясна междина(2-3 nm). Синаптичните връзки (синапси) са характерни за контактите на нервните клетки една с друга, когато сигнал (нервен импулс) може да се предава от една нервна клетка към друга нервна клетка само в една посока.
От функционална гледна точка междуклетъчните връзки могат да се разделят на три групи. Това са заключващи връзки, прикачени и комуникационни контакти. Преходните връзки свързват клетките много здраво, което прави невъзможно дори малките молекули да преминат през тях. Прикрепващите връзки механично свързват клетките със съседни клетки или извънклетъчни структури. Комуникационните контакти между клетките осигуряват предаването на химически и електрически сигнали. Основните видове комуникационни контакти са празнини и синапси.
- От какви химични съединения (молекули) е изградена цитолемата? Как са разположени молекулите на тези съединения в мембраната?
- Къде се намират мембранните протеини, каква роля играят във функциите на цитолемата?
- Назовете и опишете видовете транспорт на веществата през мембраната.
- Как се различава активният транспорт на вещества през мембраните от пасивния?
- Какво е ендоцитоза и екзоцитоза? По какво се различават един от друг?
- Какви видове контакти (връзки) на клетките помежду си познавате?
Хиалоплазмата (от гръцки hyalmos - прозрачен) е сложна колоидна система, която запълва пространството между клетъчните органели. В хиалоплазмата се синтезират белтъци и в нея се намира енергийният резерв на клетката. Хиалоплазмата обединява различни клетъчни структури и осигурява
тяхното химично взаимодействие, то образува матрица - вътрешна средаклетки. Отвън хиалоплазмата е покрита с клетъчна мембрана - цитолема. Съставът на хиалоплазмата включва вода (до 90%). В хиалоплазмата се синтезират протеини, необходими за живота и функционирането на клетката. Той съдържа енергийни резерви под формата на ATP молекули, мастни включвания и се отлага гликоген. Хиалоплазмата съдържа структури с общо предназначение - органели, които присъстват във всички клетки, и непостоянни образувания - цитоплазмени включвания. Органелите включват гранулиран и негранулиран ендоплазмен ретикулум, вътрешен мрежест апарат (комплекс на Голджи), клетъчен център (цитоцентър), рибозоми, лизозоми. Включенията включват гликоген, протеини, мазнини, витамини, пигменти и други вещества.
Органелите са клетъчни структури, които изпълняват определени жизненоважни функции. Има мембранни и немембранни органели. Мембранните органели са затворени единични или свързан приятелот друга страна, участъци от цитоплазмата, отделени от хиалоплазмата чрез мембрани. Мембранните органели включват ендоплазмения ретикулум, вътрешния ретикуларен апарат (комплекс на Голджи), митохондриите, лизозомите и пероксизомите.
Ендоплазменият ретикулум се образува от групи цистерни, везикули или тръбички, чиито стени представляват мембрана с дебелина 6-7 nm. Комбинацията от тези структури наподобява мрежа. Ендоплазменият ретикулум е разнороден по структура. Съществуват два вида ендоплазмен ретикулум – гранулиран и негрануларен (гладък).
Гранулираният ендоплазмен ретикулум има много малки кръгли тела - рибозоми - върху мембраните на тръбата. Мембраните на негранулирания ендоплазмен ретикулум нямат рибозоми на повърхността си. Основната функция на гранулирания ендоплазмен ретикулум е участието в синтеза на протеини. Синтезът на липиди и полизахариди се извършва върху мембраните на негранулирания ендоплазмен ретикулум.
Вътрешният ретикуларен апарат (комплекс на Голджи) обикновено се намира близо до клетъчното ядро. Състои се от сплескани резервоари, заобиколени от мембрана. В близост до групите резервоари има много малки мехурчета. Комплексът на Голджи участва в натрупването на продуктите, синтезирани в ендоплазмения ретикулум и отстраняването на получените вещества извън клетката. Освен това комплексът на Голджи осигурява образуването на клетъчни лизозоми и пероксими.
Лизозомите са сферични мембранни торбички (0,2-0,4 µm в диаметър), пълни с активни химикали.
биологични вещества, хидролитични ензими (хидролази), които разграждат протеини, въглехидрати, мазнини и нуклеинови киселини. Лизозомите са структури, които извършват вътреклетъчното смилане на биополимери.
Пероксизомите са малки, овална формавакуоли с размер 0,3-1,5 микрона, съдържащи ензима каталаза, който разрушава водородния пероксид, който се образува в резултат на окислително деаминиране на аминокиселини.
Митохондриите са енергийните станции на клетката. Това са яйцевидни или сферични органели с диаметър около 0,5 микрона и дължина 1 - 10 микрона. Митохондриите, за разлика от други органели, са ограничени не от една, а от две мембрани. Външната мембрана има гладки контури и отделя митохондриите от хиалоплазмата. Вътрешната мембрана ограничава съдържанието на митохондриите, неговата финозърнеста матрица и образува множество гънки - хребети (кристи). Основната функция на митохондриите е окислението на органичните съединения и използването на освободената енергия за синтеза на АТФ. Синтезът на АТФ се осъществява с консумацията на кислород и се извършва върху мембраните на митохондриите и върху мембраните на техните кристи. Освободената енергия се използва за фосфорилиране на ADP (аденозин дифосфат) молекули и превръщането им в ATP.
Немембранните органели на клетката включват поддържащия апарат на клетката, включително микрофиламенти, микротубули и междинни нишки, клетъчния център и рибозоми.
Поддържащият апарат или цитоскелетът на клетката осигурява на клетката способността да поддържа определена форма и също така да извършва насочени движения. Цитоскелетът се образува от протеинови нишки, които проникват в цялата цитоплазма на клетката, запълвайки пространството между ядрото и цитолемата.
Микрофиламентите също са белтъчни нишки с дебелина 5-7 nm, разположени предимно в периферните части на цитоплазмата. Микрофиламентите включват контрактилни протеини - актин, миозин и тропомиозин. По-дебелите микрофиламенти с дебелина около 10 nm се наричат междинни нишки или микрофибрили. Междинните нишки са подредени в снопове и в различни клетки, които имат различен състав. IN мускулни клетките са изградени от протеина демин, в епителните клетки - от кератинови протеини, в нервни клеткиизградени от протеини, които образуват неврофибрили.
Микротубулите са кухи цилиндри с диаметър около 24 nm, състоящи се от протеина тубулин. Те са основните структурни и функционални елементи на възз
Ниша и камшичета, основата на които са израстъци на цитоплазмата. Основната функция на тези органели е поддържаща. Микротубулите осигуряват подвижността на самите клетки, както и движението на ресничките и камшичетата, които са израстъци на някои клетки (епител на дихателните пътища и други органи). Микротубулите са част от клетъчния център.
Клетъчният център (цитоцентър) е съвкупност от центриоли и заобикалящото ги плътно вещество - центросфера. Клетъчният център се намира близо до клетъчното ядро. Центриолите имат формата на кухи цилиндри с диаметър около
- 25 микрона и дължина до 0,5 микрона. Стените на центриола са изградени от микротубули, които образуват 9 триплета (тройни микротубули - 9х3).
Рибозомите са гранули с размер 15-35 nm. Те съдържат протеини и РНК молекули в приблизително равни тегловни съотношения. Рибозомите са разположени свободно в цитоплазмата или са фиксирани върху мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум. Рибозомите участват в синтеза на протеинови молекули. Те подреждат аминокиселините във вериги в строго съответствие с генетичната информация, съдържаща се в ДНК. Наред с единичните рибозоми клетките съдържат групи от рибозоми, които образуват полизоми, полирибозоми.
Цитоплазмените включвания са незадължителни компоненти на клетката. Те се появяват и изчезват в зависимост от функционално състояниеклетки. Основното местоположение на включванията е цитоплазмата. Включванията се натрупват в него под формата на капки, гранули и кристали. Има трофични, секреторни и пигментни включвания. Трофичните включвания включват гликогенови гранули в чернодробните клетки, протеинови гранули в яйцата, капки мазнини в мастните клетки и др. Те служат като резерви хранителни веществаче клетката натрупва. В клетките се образуват секреторни включвания жлезист епителв процеса на техния живот. Включенията съдържат биологично активни вещества, натрупани под формата на секреторни гранули. Пигментни включвания
могат да бъдат с ендогенен (ако се образуват в самия организъм – хемоглобин, липофусцин, меланин) или екзогенен (оцветители и др.) произход.
Въпроси за повторение и самоконтрол:
- Назовете основните структурни елементи на клетката.
- Какви свойства има клетката като елементарна единица на живите същества?
- Какво представляват клетъчните органели? Разкажете ни за класификацията на органелите.
- Кои органели участват в синтеза и транспорта на веществата в клетката?
- Разкажете ни за структурата и функционално значениеКомплекс Голджи.
- Опишете структурата и функциите на митохондриите.
- Назовете немембранните клетъчни органели.
- Дефинирайте включванията. Дай примери.
Ядрото обикновено има сферична или яйцевидна форма. Някои клетки (например левкоцити) имат бобовидно, пръчковидно или сегментирано ядро. Ядрото на неделяща се клетка (интерфаза) се състои от черупка, нуклеоплазма (кариоплазма), хроматин и ядро.
Ядрената обвивка (кариот) отделя съдържанието на ядрото от цитоплазмата на клетката и регулира транспорта на веществата между ядрото и цитоплазмата. Кариотеката се състои от външна и вътрешна мембрани, разделени от тясно перинуклеарно пространство. Външната ядрена мембрана е в пряк контакт с цитоплазмата на клетката, с мембраните на цистерните на ендоплазмения ретикулум. На повърхността на ядрената мембрана, обърната към цитоплазмата, има множество рибозоми. Ядрената обвивка има ядрени пори, затворени от сложна диафрагма, образувана от взаимосвързани протеинови гранули. Метаболизмът се осъществява през ядрените пори
между ядрото и цитоплазмата на клетката. Молекулите на рибонуклеиновата киселина (РНК) и рибозомните субединици напускат ядрото в цитоплазмата, а протеините и нуклеотидите навлизат в ядрото.
Под ядрената обвивка има хомогенна нуклеоплазма (кариоплазма) и ядро. В нуклеоплазмата на неделящото се ядро, в неговата ядрена протеинова матрица, има гранули (бучки) на така наречения хетерохроматин. Областите с по-свободен хроматин, разположени между гранулите, се наричат еухроматин. Разхлабеният хроматин се нарича декондензиран хроматин, синтетичните процеси протичат най-интензивно в него. По време на клетъчното делене хроматинът се уплътнява, кондензира и образува хромозоми.
Хроматинът на неделящото се ядро и хромозомите на делящото се ядро имат еднакъв химичен състав. Както хроматинът, така и хромозомите се състоят от ДНК молекули, свързани с РНК и протеини (хистони и нехистони). Всяка ДНК молекула се състои от две дълги десни полинуклеотидни вериги (двойна спирала). Всеки нуклеотид се състои от азотна основа, захар и остатък от фосфорна киселина. Освен това основата е разположена вътре в двойната спирала, а захарно-фосфатният скелет е разположен отвън.
Наследствената информация в молекулите на ДНК е записана в линейната последователност на подреждането на нейните нуклеотиди. Елементарната частица на наследствеността е генът. Генът е част от ДНК, която има специфична последователност от нуклеотиди, отговорни за синтеза на един специфичен специфичен протеин.
ДНК молекулите в хромозомата на делящото се ядро са опаковани компактно. Така една ДНК молекула, съдържаща 1 милион нуклеотиди в линейно подреждане, има дължина 0,34 mm. Дължината на една човешка хромозома при разтягане е около 5 см. ДНК молекулите, свързани с хистонови протеини, образуват нуклеозоми, които са структурните единици на хроматина. Нуклеозомите изглеждат като мъниста с диаметър 10 nm. Всяка нуклеозома се състои от хистони, около които е усукана секция от ДНК, включваща 146 нуклеотидни двойки. Между нуклеозомите има линейни участъци от ДНК, състоящи се от 60 нуклеотидни двойки. Хроматинът е представен от фибрили, които образуват бримки с дължина около 0,4 μm, съдържащи от 20 000 до 300 000 нуклеотидни двойки.
В резултат на уплътняване (кондензация) и усукване (супернавиване) на дезоксирибонуклеопротеините (DNP) в делящото се ядро, хромозомите са удължени пръчковидни образувания с две рамена, разделени така.
наречено стеснение – центромер. В зависимост от разположението на центромера и дължината на рамената (краката) се разграничават три типа хромозоми: метацентрични, които имат приблизително еднакви рамена, субметацентрични, при които дължината на ръцете (краката) е различна, и акроцентрични хромозоми. , при които едното рамо е дълго, а другото е много късо, едва забележимо.
Повърхността на хромозомите е покрита с различни молекули, главно рибонуклеопрогеиди (RNP). Соматичните клетки имат две копия на всяка хромозома. Те се наричат хомоложни хромозоми, те са идентични по дължина, форма, структура и носят едни и същи гени, които са разположени по същия начин. Структурните характеристики, броя и размера на хромозомите се наричат кариотип. Нормалният човешки кариотип включва 22 двойки соматични хромозоми (автозоми) и една двойка полови хромозоми (XX или XY). Човешките соматични клетки (диплоидни) имат двоен брой хромозоми - 46. Половите клетки съдържат хаплоиден (единичен) набор - 23 хромозоми. Следователно в зародишните клетки има два пъти по-малко ДНК, отколкото в диплоидните соматични клетки.
Ядрото, едно или повече, присъства във всички неделящи се клетки. Има вид на интензивно оцветено кръгло тяло, чийто размер е пропорционален на интензивността на протеиновия синтез. Ядрото се състои от електронно-плътна нуклеолонема (от гръцки neman - нишка), в която се различават нишковидни (фибриларни) и гранулирани части. Нишковидната част се състои от множество преплетени нишки РНК с дебелина около 5 nm. Гранулираната (гранулирана) част се образува от зърна с диаметър около 15 nm, които са частици от рибонуклеопротеини - предшественици на рибозомни субединици. Рибозомите се образуват в ядрото.
Химичен състав на клетката. Всички клетки на човешкото тяло са подобни по химичен състав, те съдържат както неорганични, така и органични вещества.
Неорганични вещества. В състава на клетката се намират повече от 80 химични елемента. Освен това шест от тях - въглерод, водород, азот, кислород, фосфор и сяра - представляват около 99% от общата маса на клетката. Химичните елементи се намират в клетката под формата на различни съединения.
Водата заема първо място сред веществата на клетката. Той представлява около 70% от клетъчната маса. Повечето реакции, протичащи в клетка, могат да се случат само във водна среда. Много вещества влизат в клетката във воден разтвор. Метаболитните продукти също се отстраняват от клетката във воден разтвор. Благодарение на
В присъствието на вода клетката запазва своя обем и еластичност. Неорганичните вещества на клетката, в допълнение към водата, включват соли. За жизнените процеси на клетката най-важни са катионите K+, Na+, Mg2+, Ca2+, както и анионите - H2PO~, C1, HCO.Концентрацията на катиони и аниони вътре и извън клетката е различна. Така че вътре в клетката винаги има доста висока концентрациякалиеви йони и ниски натриеви йони. Напротив, в средата около клетката, в тъканната течност, има по-малко калиеви йони и повече натриеви йони. В жива клетка тези разлики в концентрациите на калиеви и натриеви йони между вътреклетъчната и извънклетъчната среда остават постоянни.
Органични вещества. Почти всички клетъчни молекули са въглеродни съединения. С четири електрона във външната си обвивка въглеродният атом може да образува четири силни ковалентни връзки с други атоми, създавайки големи, сложни молекули. Други атоми, които присъстват широко в клетката и с които въглеродните атоми лесно се свързват, са водородни, азотни и кислородни атоми. Те, подобно на въглерода, са малки по размер и могат да образуват много силни ковалентни връзки.
Повечето органични съединения образуват молекули големи размери, наречени макромолекули (гръцки makros - голям). Такива молекули се състоят от повтарящи се съединения, подобни по структура и свързани помежду си - мономери (гръцки monos - един). Макромолекула, образувана от мономери, се нарича полимер (на гръцки поли - много).
По-голямата част от цитоплазмата и ядрото на клетката се състои от протеини. Всички протеини съдържат водородни, кислородни и азотни атоми. Много протеини също съдържат серни и фосфорни атоми. Всяка протеинова молекула се състои от хиляди атоми. Има огромен брой различни протеини, изградени от аминокиселини.
В животински клетки и тъкани и растителни организмиоткрити са над 170 аминокиселини. Всяка аминокиселина има карбоксилна група (COOH), която има киселинни свойства, и аминогрупа (-NH2), която има основни свойства. Областите на молекулите, които не са заети от карбокси и амино групи, се наричат радикали (R). В най-простия случай радикалът се състои от единичен водороден атом, но в по-сложните аминокиселини може да бъде сложна структура, състояща се от много въглеродни атоми.
Най-важните аминокиселини включват аланин, глутаминова и аспарагинова киселина, пролин, левцин, цистеин. Връзките на аминокиселините една с друга се наричат пептидни връзки. Получените аминокиселинни съединения се наричат пептиди. Пептид, изграден от две аминокиселини, се нарича дипептид.
от три аминокиселини - трипептид, от много аминокиселини - полипептид. Повечето протеини съдържат 300-500 аминокиселини. Има и по-големи протеинови молекули, състоящи се от 1500 или повече аминокиселини. Протеините се различават по състав, брой и ред на редуване на аминокиселините в полипептидната верига. Това е последователността на редуване на аминокиселини, която е от първостепенно значение в съществуващото разнообразие от протеини. Много протеинови молекули са дълги и имат високо молекулно тегло. Така молекулното тегло на инсулина е 5700, хемоглобина е 65 000, а молекулното тегло на водата е само 18.
Полипептидните вериги на протеините не винаги са удължени. Напротив, те могат да се усукват, огъват или сгъват по различни начини. Разнообразие от физически и химични свойствапротеините осигуряват характеристиките на функциите, които изпълняват: строителни, двигателни, транспортни, защитни, енергийни.
Въглехидратите, съдържащи се в клетките, също са органични вещества. Въглехидратите съдържат въглеродни, кислородни и водородни атоми. Има прости и сложни въглехидрати. Прости въглехидратисе наричат монозахариди. Сложните въглехидрати са полимери, в които монозахаридите действат като мономери. Дизахаридът се образува от два мономера, тризахаридът от три и полизахаридът от много. Всички монозахариди са безцветни вещества, силно разтворими във вода. Най-често срещаните монозахариди в животинските клетки са глюкоза, рибоза и дезоксирибоза.
Глюкозата е основният източник на енергия за клетката. Когато се раздели, той се превръща във въглероден окис и вода (C02 + + H20). По време на тази реакция се освобождава енергия (при разграждането на 1 g глюкоза се отделя 17,6 kJ енергия). Рибозата и дезоксирибозата са компоненти на нуклеиновите киселини и АТФ.
Липидите са изградени от същите химични елементи като въглехидратите - въглерод, водород и кислород. Липидите не се разтварят във вода. Най-често срещаните и добре познати липиди са его мазнините, които са източник на енергия. При разграждането на мазнините се освобождава два пъти повече енергия, отколкото при разграждането на въглехидратите. Липидите са хидрофобни и следователно са част от клетъчните мембрани.
Клетките съдържат нуклеинови киселини – ДНК и РНК. Името "нуклеинови киселини" идва от латинската дума "nucleus", т.е. ядрото, където са били открити за първи път. Нуклеиновите киселини са нуклеотиди, свързани последователно един към друг. Нуклеотидът е химикал
съединение, състоящо се от една молекула захар и една молекула органична основа. Органичните основи, когато взаимодействат с киселини, могат да образуват соли.
Всяка ДНК молекула се състои от две вериги, спирално усукани една около друга. Всяка верига е полимер, чиито мономери са нуклеотиди. Всеки нуклеотид съдържа една от четирите бази - аденин, цитозин, гуанин или тимин. Когато се образува двойна спирала, азотните бази на едната верига се „съединяват“ с азотните основи на другата. Базите са толкова близо една до друга, че между тях възникват водородни връзки. Съществува важна закономерност в подреждането на свързващите нуклеотиди, а именно: срещу аденин (А) на една верига винаги има тимин (Т) на друга верига, а срещу гуанин (G) на една верига - цитозин (С). Във всяка от тези комбинации и двата нуклеотида изглежда се допълват взаимно. Думата "добавка" латинскиозначава "допълнение". Следователно е обичайно да се казва, че гуанинът е комплементарен на цитозина, а тиминът е комплементарен на аденина. По този начин, ако редът на нуклеотидите в една верига е известен, тогава принципът на допълване незабавно определя реда на нуклеотидите в другата верига.
В полинуклеотидните вериги на ДНК всеки три последователни нуклеотида образуват триплет (набор от три компонента). Всеки триплет не е просто произволна група от три нуклеотида, а кодаген (на гръцки кодаген е областта, която образува кодон). Всеки кодон кодира (криптира) само една аминокиселина. Последователността на кодогените съдържа (записана) първична информация за последователността на аминокиселините в протеините. ДНК има уникално свойство – способността да се дублира, което никоя друга известна молекула не притежава.
Молекулата на РНК също е полимер. Неговите мономери са нуклеотиди. РНК е едноверижна молекула. Тази молекула е изградена по същия начин като една от ДНК веригите. Рибонуклеиновата киселина, подобно на ДНК, съдържа триплети - комбинации от три нуклеотида или информационни единици. Всеки триплет контролира включването на много специфична аминокиселина в протеина. Редът на редуване на изграждащите се аминокиселини се определя от последователността на триплетите на РНК. Информацията, съдържаща се в РНК, е информацията, получена от ДНК. Предаването на информация се основава на вече познатия принцип на допълване.
Всеки ДНК триплет е сдвоен с комплементарна РНК триплет. РНК триплетът се нарича кодон. Последователността на кодона съдържа информация за последователността на аминокиселините в протеините. Тази информация се копира от информацията, записана в кодогенната последователност в молекулата на ДНК.
За разлика от ДНК, чието съдържание в клетките на определени организми е относително постоянно, съдържанието на РНК варира и зависи от синтетичните процеси в клетката.
Въз основа на техните функции има няколко вида рибонуклеинова киселина. Трансферната РНК (tRNA) се намира главно в цитоплазмата на клетката. Рибозомната РНК (рРНК) представлява съществена част от структурата на рибозомите. Информационната РНК (иРНК) или матричната РНК (иРНК) се намира в клетъчното ядро и цитоплазмата и пренася информация за протеиновата структура от ДНК до мястото на протеиновия синтез в рибозомите. Всички видове РНК се синтезират върху ДНК, която служи като вид шаблон.
Аденозинтрифосфорната киселина (АТФ) се намира във всяка клетка. Според химичната си структура АТФ се класифицира като нуклеотид. Той и всеки нуклеотид съдържат една молекула органична основа (аденин), една молекула въглехидрат (рибоза) и три молекули фосфорна киселина. АТФ се различава значително от обикновените нуклеотиди по наличието не на една, а на три молекули фосфорна киселина.
Аденозинмонофосфорната киселина (AMP) е част от всички РНК. Когато се добавят още две молекули фосфорна киселина (H3P04), тя се превръща в АТФ и става източник на енергия. Това е връзката между второто и третото
Химичният състав на клетката е тясно свързан с особеностите на структурата и функционирането на този елементарен и функционална единицажив. Както в морфологично отношение, най-често срещаният и универсален за клетките на представители на всички царства е химичният състав на протопласта. Последният съдържа около 80% вода, 10% органични вещества и 1% соли. Сред тях протеините, нуклеиновите киселини, липидите и въглехидратите играят водеща роля в образуването на протопласт.
Съставът на химичните елементи на протопласта е изключително сложен. Съдържа вещества както с малко молекулно тегло, така и вещества с големи молекули. 80% от теглото на протопласта се състои от високомолекулни вещества и само 30% се отчитат от нискомолекулни съединения. В същото време за всяка макромолекула има стотици, а за всяка голяма макромолекула има хиляди и десетки хиляди молекули.
Съставът на всяка клетка включва повече от 60 елемента от периодичната таблица.
Въз основа на честотата на срещане елементите могат да бъдат разделени на три групи:
Неорганичните вещества имат ниско молекулно тегло и се срещат и синтезират както в живите клетки, така и в неживата природа. В клетката тези вещества са представени главно от вода и разтворени в нея соли.
Водата съставлява около 70% от клетката. Поради специалното си свойство на молекулярна поляризация, водата играе огромна роля в живота на клетката.
Водната молекула се състои от два водородни атома и един кислороден атом.
Електрохимичната структура на молекулата е такава, че кислородът има лек излишък от отрицателен заряд, а водородните атоми имат положителен заряд, тоест една водна молекула има две части, които привличат други водни молекули с противоположно заредени части. Това води до увеличаване на връзката между молекулите, което от своя страна определя течното агрегатно състояние при температури от 0 до 1000C, въпреки относително ниското молекулно тегло. В същото време поляризираните водни молекули осигуряват по-добра разтворимост на солите.
Ролята на водата в клетката:
· Водата е средата на клетката, всички биохимични реакции протичат в нея.
· Водата изпълнява транспортна функция.
· Водата е разтворител на неорганични и някои органични вещества.
· Самата вода участва в някои реакции (например фотолиза на водата).
Солите се намират в клетката, обикновено в разтворена форма, тоест под формата на аниони (отрицателно заредени йони) и катиони (положително заредени йони).
Най-важните аниони на клетката са хидроскид (OH -), карбонат (CO 3 2-), бикарбонат (CO 3 -), фосфат (PO 4 3-), хидрофосфат (HPO 4 -), дихидроген фосфат (H 2 PO 4 -). Ролята на анионите е огромна. Фосфатът осигурява образуването на високоенергийни връзки (химични връзки с висока енергия). Карбонатите осигуряват буферни свойства на цитоплазмата. Буферният капацитет е способността да се поддържа постоянна киселинност на разтвора.
Най-важните катиони включват протон (H +), калий (K +), натрий (Na +). Протонът участва в много биохимични реакции и неговата концентрация също определя такава важна характеристика на цитоплазмата като нейната киселинност. Калиеви и натриеви йони осигуряват такова важно свойство на клетъчната мембрана като проводимостта на електрически импулс.
Клетката е елементарна структура, в която се извършват всички основни етапи на биологичния метаболизъм и съдържа всички основни химически компонентижива материя. 80% от теглото на протопласта се състои от високомолекулни вещества - протеини, въглехидрати, липиди, нуклеинови киселини, АТФ. Органичните вещества на клетката са представени от различни биохимични полимери, т.е. молекули, които се състоят от многобройни повторения на по-прости, структурно подобни участъци (мономери).
2. Органични вещества, тяхното устройство и роля в живота на клетката.
Химичните вещества в клетката, особено техния състав, от химична гледна точка се разделят на макро- и микроелементи. Съществува обаче и група ултрамикроелементи, която включва химични елементи, чийто процент е 0,0000001%.
В клетката има повече от някои химични съединения, по-малко от други. Всички основни елементи на клетката обаче принадлежат към групата на макроелементите. Префиксът макрос означава много.
Живият организъм на атомно ниво не се различава от обектите на неживата природа. Състои се от същите атоми като неодушевените обекти. Въпреки това, броят на химичните елементи в живия организъм, особено тези, които осигуряват основните жизнени процеси, е много по-голям в процентно изражение.
Клетъчни химикали
катерици
Основните вещества на клетката са протеини. Те заемат 50% от клетъчната маса. Протеините изпълняват много различни функции в тялото на живите същества, а протеините също са много други вещества по своето подобие и функции.
Според химическата си структура протеините са биополимери, които се състоят от аминокиселини, свързани с пептидни връзки. Бих искал да отбележа, че съставът на протеините е зает главно от аминокиселинни остатъци.
Химичният състав на протеините се характеризира с постоянно средно количество азот - приблизително 16%. Бих искал да отбележа, че под въздействието на специфични ензими, както и при нагряване с киселини, протеините се поддават на хидролиза. Това е една от основните им характеристики.
Въглехидрати
Въглехидратите са много разпространени в природата и играят много важна роля в живота на растенията и животните. Те участват в различни метаболитни процеси в организма и са компоненти на много природни съединения.
В зависимост от съдържанието, структурата и физикохимичните свойства въглехидратите се разделят на две групи: прости - това са монозахаридите и сложни - продуктите на кондензацията на монозахаридите. Между сложни въглехидратиИма и две групи: олигозахариди (броят на монозахаридните остатъци е от два до десет) и полизахариди (броят на монозахаридните остатъци е повече от десет).
Липиди
Липидите са основният източник на енергия за организма. В живите организми липидите изпълняват най-малко три основни функции: те са основните структурни компоненти на мембраните, те са общ енергиен резерв и също така играят защитна роля в обвивката на животни, растения и микроорганизми.
Химичните вещества в клетката, които принадлежат към класа на липидите, имат особено свойство - те са неразтворими във вода и слабо разтворими в органични разтворители.
Нуклеинова киселина
В клетките на живите организми са открити два вида жизненоважни нуклеинови киселини: дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и рибонуклеинова киселина (РНК). Нуклеиновите киселини са сложни съединения, които съдържат азот.
При пълна хидролиза нуклеиновите киселини се разграждат на по-малки съединения, а именно: азотни основи, въглехидрати и фосфатна киселина. При непълна хидролиза на нуклеиновите киселини се образуват нуклеозиди и нуклеотиди. Основната функция на нуклеиновите киселини е съхранението на генетична информация и транспортирането на биологично активни вещества.
Група макроелементи е основният източник на клетъчния живот
Групата на макроелементите включва такива основни химични елементи като кислород, въглерод, водород, азот, калий, фосфор, сяра, магнезий, натрий, калций, хлор и др. Много от тях, например фосфор, азот, сяра, са част от различни съединения, които са отговорни за жизнените процеси на клетките на тялото. Всеки от тези елементи има своя функция, без която съществуването на клетката би било невъзможно.
- Кислородът, например, е включен в почти всички органични вещества и съединения на клетката. За много, особено аеробни организми, кислородът действа като окислител, който осигурява на клетките на този организъм енергия по време на тяхното дишане. Най-голямото количество кислород в живите организми се намира във водните молекули.
- Въглеродът също е част от много клетъчни съединения. Въглеродните атоми в молекулата CaCO3 формират основата на скелета на живите организми. Освен това въглеродът регулира клетъчните функции и играе важна роля във фотосинтезата на растенията.
- Водородът се намира във водните молекули в клетката. Основната му роля в клетъчната структура е, че много микроскопични бактерии окисляват водорода, за да получат енергия.
- Азотът е един от основните компоненти на клетката. Неговите атоми са част от нуклеинови киселини, много протеини и аминокиселини. Азотът участва в процеса на регулиране кръвно наляганепод формата на N O и се отделя от живия организъм с урината.
Сярата и фосфорът са не по-малко важни за живота на организмите. Първият се съдържа в много аминокиселини и следователно в протеини. А фосфорът е в основата на АТФ - основният и най-голям източник на енергия на живия организъм. Освен това фосфорът под формата на минерални соли се намира в зъбните и костните тъкани.
Калцият и магнезият са важни компоненти на телесните клетки. Калцият съсирва кръвта, така че е жизненоважен за живите същества. Той също така регулира много вътреклетъчни процеси. Магнезият участва в създаването на ДНК в тялото, освен това е кофактор за много ензими.
Клетката се нуждае и от макроелементи като натрий и калий. Натрият поддържа мембранния потенциал на клетката, а калият е необходим за нервен импулси нормалното функциониране на сърдечния мускул.
Значението на микроелементите за живия организъм
Всички основни клетъчни вещества се състоят не само от макроелементи, но и от микроелементи. Те включват цинк, селен, йод, мед и др. В клетката, като част от основните вещества, те се намират в минимални количества, но играят жизненоважна роля в процесите на тялото. Селенът, например, регулира много основни процеси, медта е един от съставните компоненти на много ензими, а цинкът е основният елемент в състава на инсулина, основният хормон на панкреаса.
Химичен състав на клетка - видео