Занятие 1 Клетка. Строение клетки. Химический состав клетки. Проницаемость мембран Ольга Борисовна Гигани Доцент кафедры биологии и общей генетики МИ РУДН, кандидат биологических наук Гум-соц, к. 340 ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ Критерии живого: обмен веществ и превращение энергии или метаболизм, химический состав, клеточное строение, раздражимость, движение, репродукция (размножение, воспроизведение себе подобных), рост и развитие, наследственность, изменчивость, онтогенез (индивидуальное развитие), филогенез (историческое развитие), гомеостаз, способность к адаптации, целостность и дискретность Уровни организации живого:молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой, органный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный. Клетка - это структурная и функциональная единица всего живого, элементарная живая система, способная к саморегуляции и самовоспроизведению. Клетка была открыта в 1665 году английским физиком Р. Гуком. В 1839 г. зоолог Т. Шванн и ботаник М. Шлейден сформулировали клеточную теорию. Положения клеточной теории (в соответствии с современными представлениями) 1. Все живое состоит из клеток (кроме вирусов неклеточных форм жизни). 2. Клетка - структурная и функциональная единица живого. 3. Каждая новая клетка образуется в результате деления материнской клетки. 4. Деление, рост и дифференцировка клеток лежат в основе роста, развития и размножения организмов (Р. Вирхов). 5. Клетка обеспечивает хранение, синтез и передачу генетической информации, а также реализацию генетической информации (синтез белка). Клетки классифицируют на прокариотические и эукариотические. Организмы, образованные прокариотическими клетками называются прокариоты, а организмы, образованные эукариотическими клетками - эукариоты Классификация живого ЖИВОЕ Неклеточные формы жизни Царство Вирусы Клеточные формы жизни ПРОКАРИОТЫ Царство Дробянки ЭУКАРИОТЫ Царство Растения Царство Грибы Царство Животные Сравнительная характеристика неклеточных форм жизни, прокариот и эукариот Неклеточные формы жизни Представляют собой Прокариоты Доядерные организмы, клетки не молекулы нуклеиновой кислоты имеют оформленного ядра и высокоспе(ДНК или РНК), циализированных заключенные в белковый капсид, не мембранных являются клетками органоидов, не т.к. не способны способны делиться самостоятельно митотически или размножаться мейотически. Организация – одноклеточная или колониальноодноклеточная Эукариоты Ядерные организмы, тело состоит из клеток с оформленным ядром и хорошо развитой мембранной системой. Клетки делятся путем митоза или мейоза, представлены одноклеточными и многоклеточными формами Отличия эукариотических организмов разных царств Царство Царство Царство Растения Животные Грибы Тип обмена Тип обмена Тип обмена веществ веществ веществ автотрофный гетеротрофный гетеротрофный Различия в строении клеток Различия в морфофизиологической организации Различия в образе жизни Строение эукариотической клетки Эукариотическая клетка включает три основные части: клеточную мембрану (плазматическую мембрану, или плазмалемму); цитоплазму: • цитоплазматический матрикс, • органоиды, • включения; ядро: • кариолемму, • кариоплазму, • хромосомы, • ядрышки. Компоненты цитоплазмы: Цитоплазматический матрикс, цитозоль, или гиалоплазма - внутренняя жидкая среда клетки содержит растворенные органические и неорганические вещества Органоиды - постоянные клеточные структуры, имеющие определенное строение, химический состав и выполняющие специфические функции. Включения - временные компоненты цитоплазмы, образующиеся и существующие на определенном этапе жизнедеятельности клетки Химический состав клетки Вещества Неорганические вещества Примеры Вода, минеральные вещества, соли, неорганические ионы Органические вещества: Низкомолекулярны Аминокислоты, азотистые основания, е органические органические кислоты и др. соединения Высокомолекулярн Липиды, полисахариды, белки, нуклеиновые ые органические кислоты соединения Липиды Молекула фосфолипида – амфифильная молекула Биополимеры Белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды Полимеры – состоят из мономеров, последовательно соединенных ковалентными связями. Регулярные и нерегулярные полимеры. Био – синтезируются в живом, в клетке. Мономеры – одинаковые или разные, но представители одного класса веществ. Биологическое значение полимеров При небольшом разнообразии мономеров создается великое множество полимеров с разными признаками и свойствами → фенотипическое разнообразие. Структуры полимера: • Первичная – линейная цепочка мономеров. Связи ковалентные. Характеристики первичной структуры: количество, качество и последовательность мономеров. • Вторичная – спираль, стабилизируемая водородными связями. • Третичная структура. • Четвертичная структура. Белки все – полимеры мономер – аминокислота первичная, вторичная, третичная и четвертичная (?) структуры белки простые и сложные (простетическая группа) Функции белков Структурная Ферментативная Регуляторная (гормоны и не гормоны) Двигательная Транспортная Рецепторная Защитная Пигменты Антибиотики Токсическая Запасающая Белки-шапероны Энергетическая Биомембраны Функции мембраны 1. 2. 3. 4. 5. 6. Обособление и поддержание формы клетки и мембранных клеточных органоидов Контролируемый транспорт Восприятие и передача сигналов Заякоривание цитоскелета Ферментативный катализ Обеспечение связи с другими клетками и межклеточным матриксом Свойства мембраны асимметричность подвижность замкнутость Некоторые параметры мембран толщина ≈7-10 нм (без гликокаликса) соотношение белков и липидов, например 1:1, 1:4, 4:1 Строение мембран + + + + + + + - - - - - - - Клетка Мембранный потенциал возникает за счет электрохимического градиента, который существует по обеим сторонам мембраны, селективно проницаемой для ионов, при этом внутренняя среда клетки, по сравнению с внешней, характеризуется большим отрицательным зарядом. Существование мембранного потенциала является необходимым условием генерации электрических сигналов, а также направленного транспорта ионов через мембрану Проницаемость мембран (транспорт веществ) Способы транспорта веществ Пассивный транспорт Активный транспорт Осуществляется без Осуществляется с затрат энергии клеткой по затратой энергии (АТФ) электрохимическому клеткой против градиенту электрохимического градиента Мембранный транспорт Пассивный осмос (осмотическое давление, тургор, тургорное давление) диффузия облегченная диффузия (транслоказы, белки-переносчики, белкиканалы, аквапорины) Активный с участием транспортных белков (например, Na+-K+ насос) эндоцитоз (фаго- и пиноцитоз) экзоцитоз (экскреция и секреция) Способы пассивного транспорта веществ Способ транспорта Характеристика процесса Простая диффузия Проникновение через билипидный слой малых молекул (О2, N2, CO2, мочевина и др.) Проникновение молекул воды через полупроницаемую мембрану Осмос Облегченная диффузия Диффузия через белковые каналы Проникновение неорганических ионов, имеющих соответствующие размеры и заряд, через белковые каналы Диффузия с помощью Белки-переносчики связываясь с молекулой белков-переносчиков переносимого вещества, изменяют свою конфигурацию и переносят эту молекулу через мембрану (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды) Мембранный транспорт (пассивный) Способы активного транспорта веществ Способ транспорта Перенос с помощью белков-переносчиков Эндоцитоз Фагоцитоз Пиноцитоз Экзоцитоз Характеристика процесса Активное перемещение определенных растворенных веществ с помощью белков-переносчиков (как и в случае облегченной диффузии) Макромолекулы и твердые частица обволакиваются выростами мембраны, либо под молекулой или частицей образуется впячивание мембраны, формируется мембранный пузырек, который оказывается в цитоплазме клетки Поглощение капель жидкости (механизм аналогичен фагоцитозу) Удаление из клетки макромолекул, твердых частиц или капель жидкости (процесс обратный эндоцитозу) Натриево-калиевый Катализируемое ферментом АТФ-азой перекачивание ионов Na+ из насос клеток, а К+ внутрь клеток против их электрохимических градиентов Мембранный транспорт (активный)
