Функции плазматической мембраны

Строение клетки

Основные части клетки

Плазматическая мембрана (плазмалемма) (Кле­точ­ная мем­бра­на) -- огра­ни­чи­ва­ет живое со­дер­жи­мое кле­ток от окру­жа­ю­щей среды. Важ­ней­шим свой­ством плаз­ма­ти­че­ской мем­бра­ны яв­ля­ет­ся ее из­би­ра­тель­ная про­ни­ца­е­мость, т. е. через нее в клет­ку сво­бод­но могут по­па­дать лишь неко­то­рые ве­ще­ства. За счет этого свой­ства мем­бра­на ре­гу­ли­ру­ет по­ступ­ле­ние ве­ществ в клет­ку и обмен с внеш­ней сре­дой.

В основе всех мембран клетки лежит двойной слой молекул липидов. Их гидрофобные «хвосты», состоящие из остатков молекул жирных кислот, обращены внутрь двойного слоя. Снаружи располагаются гидрофильные «головки», состоящие из остатка молекулы спирта глицерина. В состав мембран чаще всего входят фосфолипиды и гликолипиды (их молекулы наиболее полярны), а также жиры и жироподобные вещества (например, холестерин). Липиды являются основой мембраны, обеспечивают ее устойчивость и прочность, т.е. выполняют структурную (строительную) функцию. Эта функция возможна благодаря гидрофобности липидов.

 

К заряженным головкам липидов, с помощью электростатических взаимодействий прикрепляются белки. Мембранные белки выполняют структурные, каталитические и транспортные функции. В зависимости от расположения различают погруженные, периферические и пронизывающие белки. Погруженные белки слегка погружены в двойной слой липидов и являются ферментами, которые катализируют различные биохимические реакции. Периферические белки расположены на поверхности двойного слоя липидов. Они стабилизируют расположение погруженных белков-ферментов. Пронизывающие белки пронизывают мембрану насквозь и выполняют транспортные функции.

 

На наружной поверхности мембраны расположены молекулы углеводов (олигосахариды), которые выполняют рецепторные функции. Олигосахариды воспринимают факторы внешней среды клетки и обеспечивают ее реакцию, изменяют проницаемость мембраны, обеспечивают «распознавание» клеток одного типа и соединение их в ткани. Совокупность олигосахаридов на поверхности животной клетки называется гликокаликсом.

Комплекс Гольджи

Комплекс Гольджи (диктиосома) представляет собой стопку плоских мембранных мешочков, которые называются цистернами. Цистерны полностью изолированы друг от друга и не соединяются между собой. По краям от цистерн ответвляются многочисленные трубочки и пузырьки. От ЭПС время от времени отшнуровываются вакуоли (пузырьки) с синтезированными веществами, которые перемещаются к комплексу Гольджи и соединяются с ним. Вещества, синтезированные в ЭПС, усложняются и накапливаются в комплексе Гольджи.

Функции комплекса Гольджи

В цистернах комплекса Гольджи происходит дальнейшее химическое преобразование и усложнение веществ, поступивших в него из ЭПС. Т е - формируются вещества, необходимые для обновления мембраны клетки (гликопротеиды, гликолипиды), полисахариды.

В комплексе Гольджи происходит накопление веществ и их временное «хранение»

Образованные вещества «упаковываются» в пузырьки (в вакуоли) и в таком виде перемещаются по клетке.

В комплексе Гольджи образуются лизосомы (сферические органоиды с расщепляющими ферментами).

 

Лизосомы («лизис» - распад, растворение)

 

 

Еще один важ­ный ор­га­но­ид клет­ки – это ли­зо­со­ма, ко­то­рая пред­став­ля­ет собой мем­бран­ный пу­зы­рек, за­пол­нен­ный пи­ще­ва­ри­тель­ны­ми фер­мен­та­ми, ко­то­рые рас­щеп­ля­ют по­сту­па­ю­щие в клет­ки ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства (белки, жиры и уг­ле­во­ды). Ли­зо­со­мы про­из­во­дят­ся ком­плек­сом Голь­д­жи.

Функции лизосом:

Осуществляют расщепление веществ, поглощенных в результате фагоцитоза и пиноцитоза. Биополимеры расщепляются до мономеров, которые поступают в клетку и используются на ее нужды. Например, они могут быть использованы для синтеза новых органических веществ или могут подвергаться дальнейшему расщеплению для получения энергии.

Разрушают старые, поврежденные, избыточные органоиды. Расщепление органоидов может происходить и во время голодания клетки.

Осуществляют аутолиз (расщепление) клетки (рассасывание хвоста у головастиков, разжижение тканей в зоне воспаления, разрушение клеток хряща в процессе формирования костной ткани и др.).

 

Вакуоли

Вакуоли - сферические одномембранные органоиды, представляющие собой резервуары воды и растворенных в ней веществ. К вакуолям относятся: фагоцитозные и пиноцитозные вакуоли, пищеварительные вакуоли, пузырьки, отшнуровывающиеся от ЭПС и комплекса Гольджи. Вакуоли животной клетки - мелкие, многочисленные, но их объем не превышает 5% от всего объема клетки. Их основная функция - транспорт веществ по клетке, осуществление взаимосвязи между органоидами.

 

В клетке растений на долю вакуолей приходится до 90% объема. В зрелой растительной клетки вакуоль одна, занимает центральное положение. Мембрана вакуоли растительной клетки - тонопласт, ее содержимое - клеточный сок. Функции вакуолей в растительной клетке: поддержание клеточной оболочки в напряжении, накопление различных веществ, в том числе отходов жизнедеятельности клетки. Вакуоли поставляют воду для процессов фотосинтеза.

 

Канальцево-вакуолярная система клетки (система транспорта и синтеза веществ)

ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы и вакуоли составляют единую канальцево-вакуолярную систему клетки. Все ее элементы имеют сходный химический состав мембран, поэтому возможно их взаимодействие. Все элементы КВС берут начало от ЭПС. От ЭПС отшнуровываются вакуоли, поступающие к комплексу Гольджи, от комплекса Гольджи отшнуровываются пузырьки, сливающиеся с мембраной клетки, лизосомы.

 

Значение КВС:

Мембраны КВС делят содержимое клетки на отдельные отсеки (компартменты), в которых протекают определенные процессы. Это делает возможным одновременное протекание в клетке различных процессов, иногда прямопротивоположных.

В результате деятельности КВС происходит постоянное обновление мембраны клетки.

Двумембранные органоиды:

Двумембранный органоид - это полая структура, стенки которой образованы двойной мембраной. Известно 2 вида: митохондрии и пластиды. Митохондрии характерны для всех клеток эукариот, пластиды встречаются только в клетках растений. Митохондрии и пластиды являются компонентами энергетической системы клетки, так в результате их функционирования синтезируется АТФ.

 

Пластиды

В клетках растений есть особые двумембранные органоиды - пластиды. Различают 3 вида пластид: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты.

Хлоропласты имеют оболочку из 2 мембран. Наружная оболочка гладкая, а внутренняя образует многочисленные пузырьки (тилакоиды). Стопка тилакоидов - грана. Граны располагаются в шахматном порядке для лучшего проникновения солнечного света. В мембранах тилакоидов встроены молекулы зеленого пигмента хлорофилла, поэтому хлоропласты имеют зеленый цвет. С помощью хлорофилла осуществляется фотосинтез. Таким образом, главная функция хлоропластов - осуществление процесса фотосинтеза.

Пространство между гранами заполнено матриксом. В матриксе находятся ДНК, РНК, рибосомы (мелкие, как у прокариот), капли липидов, зерна крахмала.

Хлоропласты, так же как и митохондрии, являются полуавтономными органоидами растительной клетки, так как могут самостоятельно синтезировать собственные белки и способны делиться независимо от деления клетки.

Хромопласты - пластиды, имеющие красную, оранжевую или желтую окраску. Окраску хромопластам придают пигменты каротиноиды, которые расположены в матриксе. Тилакоиды развиты слабо или вообще отсутствуют. Точная функция хромопластов неизвестна. Возможно, они привлекают к созревшим плодам животных.

 

Лейкопласты - бесцветные пластиды, расположены в клетках бесцветных тканей. Тилакоиды неразвиты. В лейкопластах накапливается крахмал, липиды и белки.

Пластиды могут взаимно превращаться друг в друга: лейкопласты - хлоропласты - хромопласты.

 

 

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ЯДРА

 

Ядро - важнейшая составная часть эукариотической клетки. Ядро не является органоидом клетки, так как во время деления клетки распадается.

Функции ядра:

1)хранение генетической информации и ее воспроизводство

 

2)управление жизнедеятельностью клетки путем реализации генетической информации, заключенной в ДНК.

 

В строении ядра различают 4 основных компонента:

 

- ядерная оболочка (кариолемма)

- ядерный сок (кариоплазма, кариолимфа, нуклеплазма)

- ядрышко

- хроматин.

 

Оформленное ядро присутствует в клетке только в периоде между ее делениями (в интерфазе). Во время деления клетки оболочка ядра распадается, исчезает ядрышко, а хроматин спирализуется и преобразуется в хромосомы.

 

Ядерная оболочка состоит из 2 близко расположенных мембран - наружной и внутренней. Между ними находится пространство. Наружная мембрана переходит в мембрану эндоплазматической сети, к ней могут быть прикреплены рибосомы. Через определенное расстояние обе мембраны сливаются друг с другом, образуя отверстия - ядерные поры. Число пор может изменяться в зависимости от активности ядра.

 

Функции ядерной оболочки:

-Защитная. Защищает генетический материал от различных отрицательных воздействий.

-Обеспечивает локализацию (размещение) генетического материала в определенном месте клетки.

-Через поры ядра происходит обмен веществами между ядром и цитоплазмой. В ядро поступают белки-гистоны и рибосомные белки, синтезирующиеся в цитоплазме. Из ядра в цитоплазму перемещаются и-РНК, т-РНК, субъединицы рибосом.

-Ядерная оболочка обеспечивает определенную реакцию среды внутри ядра, что необходимо для его нормального функционирования

-Структурная. Ядерная оболочка придает ядру определенную форму

 

В кариоплазме ядра располагается хроматин. Хроматин является нуклеопротеидом, так как состоит из ДНК (75%) и белков (25%). Участки ДНК обвивают группы из 8 молекул белков, в результате ДНК конденсируется (укорачивается) и становится более компактной. Степень конденсации хроматина в разных участках ядра различна. В связи с этим различают гетерохроматин и эухроматин.

 

Эухроматин выглядит как сеть из тонких нитей. Эухроматин генетически активен, генетическая информация ДНК копируется на молекулы РНК (процесс транскрипции), переносится в цитоплазму, где на ее основе синтезируются различные белки.

 

Гетерохроматин находится в более конденсированном состоянии, поэтому генетически неактивен (в его состав входит неинформативная ДНК), генетическая информация не реализуется.

 

Перед делением клетки хроматин спирализуется и конденсируется (уплотняется), образуются плотные Х-образные тельца - митотические хромосомы. Линейные размеры ДНК уменьшаются в 10 000 раз. К этому времени ядерная оболочка разрушается и митотические хромосомы свободно лежат в цитоплазме клетки.

 

Митотические хромосомы в начале деления состоят из двух хроматид. Каждая хроматида представляет собой суперспирализованную молекулу ДНК. Молекулы ДНК двух хроматид являются абсолютно одинаковыми молекулами, несут одинаковую генетическую информацию, так как образовались в результате удвоения одной материнской молекулы ДНК. Хроматиды соединены в области перетяжки - центромеры. Центромера делит каждую хроматиду на 2 плеча. У некоторых хромосом образуется дополнительная перетяжка - ядрышковый организатор. На его основе образуется ядрышко.

 

Во время деления клетки хромосомы тоже делятся. Каждая хромосома разделяется на 2 хроматиды, которые с этого момента являются самостоятельными хромосомами палочковидной формы. Таким образом, в начале деления клетки хромосомы представляют собой Х-образные тельца (образованы двумя суперспирализованными молекулами ДНК), в конце деления - палочковидные тельца (образованы одной суперспирализованнной молекулой ДНК).

 

Во время интерфазы происходит удвоение молекулы ДНК, поэтому в начале деления, после конденсации хроматина, вновь образуется Х-образная хромосома из 2 хроматид.

 

Ядрышко - округлое, плотное тельце внутри ядра, мембраной не огранечено. Представляет собой скопление органических молекул и формирующихся субъединиц рибосом.

 

Ядрышко образуется в зоне ядрышкового организатора. Ядрышковый организатор - это определенный участок какой-либо хромосомы, в котором располагаются гены р-РНК. На их основе синтезируется р-РНК. Р-РНК соединяется с рибосомными белками, которые поступают в ядро из цитоплазмы через ядерные поры. Образуются рибонуклеопротеиды, из них формируются субъединицы рибосом. Таким образом, ядрышко - это место образования субъединиц рибосом.

Во время деления клетки хроматин конденсируется, прекращается синтез молекул р-РНК и ядрышко распадается.

Кариоплазма или ядерный сок - матрикс ядра, в котором располагаются ядрышко и хроматин. Представляет собой гелеобразное вещество, в его состав входят ферменты, рибосомные белки, белки-гистоны, нуклеотиды, продукты деятельности ядрышка и хроматина.

Функции кариоплазмы:

1. Связывает в единое целое все части ядра.

2. Через кариоплазму происходит транспорт различных веществ.

 

ХРОМОСОМНЫЕ НАБОРЫ

 

Хромосомный набор - совокупность хромосом клетки. Хромосомные наборы разных видов организмов могут отличаться числом хромосом, их размерами и формой. Совокупность количественных (число хромосом и размеры) и качественных (форма хромосом) признаков хромосомного набора называется кариотипом. Кариотип является постоянным для каждого вида и его особенности передаются по наследству.

 

Изучение хромосомных наборов позволило установить следующие факты:

У организмов одного вида все клетки имеют одинаковые хромосомные наборы.

В соматических клетках все хромосомы парные, поэтому хромосомные наборы называются диплоидными (2n). Хромосомы одной пары называются гомологичными. Они одинаковы по форме, размерам, набору генов. Одна из гомологичных хромосом является материнской, а другая - отцовской.

В половых клетках содержится только какая-то одна хромосома из пары. Хромосомные наборы половых клеток называются гаплоидными (n).

В хромосомном наборе различают аутосомы и половые хромосомы. Аутосомы одинаковы у особей мужского и женского пола. Половые хромосомы содержат гены, определяющие признаки пола и различаются у самцов и самок. Половые хромосомы бывают двух видов: Х-хромосомы и У-хромосомы. У человека у особей женского пола в хромосомном наборе две Х-хромосомы, а у особей мужского пола - ХУ.

Число хромосом в хромосомном наборе может быть одинаковым у разных видов (но кариотипы обязательно будут различаться!) Например, 48 хромосом имеют шимпанзе, таракан, перец. Поэтому можно сделать вывод, что число хромосом не говорит о видовой принадлежности и не указывает на эволюционное родство видов.

Число хромосом не зависит от уровня организации вида. Например, в хромосомном наборе сазана 104 хромосомы, а у человека - 46 хромосом.

 

Строение клетки

Основные части клетки

Плазматическая мембрана (плазмалемма) (Кле­точ­ная мем­бра­на) -- огра­ни­чи­ва­ет живое со­дер­жи­мое кле­ток от окру­жа­ю­щей среды. Важ­ней­шим свой­ством плаз­ма­ти­че­ской мем­бра­ны яв­ля­ет­ся ее из­би­ра­тель­ная про­ни­ца­е­мость, т. е. через нее в клет­ку сво­бод­но могут по­па­дать лишь неко­то­рые ве­ще­ства. За счет этого свой­ства мем­бра­на ре­гу­ли­ру­ет по­ступ­ле­ние ве­ществ в клет­ку и обмен с внеш­ней сре­дой.

В основе всех мембран клетки лежит двойной слой молекул липидов. Их гидрофобные «хвосты», состоящие из остатков молекул жирных кислот, обращены внутрь двойного слоя. Снаружи располагаются гидрофильные «головки», состоящие из остатка молекулы спирта глицерина. В состав мембран чаще всего входят фосфолипиды и гликолипиды (их молекулы наиболее полярны), а также жиры и жироподобные вещества (например, холестерин). Липиды являются основой мембраны, обеспечивают ее устойчивость и прочность, т.е. выполняют структурную (строительную) функцию. Эта функция возможна благодаря гидрофобности липидов.

 

К заряженным головкам липидов, с помощью электростатических взаимодействий прикрепляются белки. Мембранные белки выполняют структурные, каталитические и транспортные функции. В зависимости от расположения различают погруженные, периферические и пронизывающие белки. Погруженные белки слегка погружены в двойной слой липидов и являются ферментами, которые катализируют различные биохимические реакции. Периферические белки расположены на поверхности двойного слоя липидов. Они стабилизируют расположение погруженных белков-ферментов. Пронизывающие белки пронизывают мембрану насквозь и выполняют транспортные функции.

 

На наружной поверхности мембраны расположены молекулы углеводов (олигосахариды), которые выполняют рецепторные функции. Олигосахариды воспринимают факторы внешней среды клетки и обеспечивают ее реакцию, изменяют проницаемость мембраны, обеспечивают «распознавание» клеток одного типа и соединение их в ткани. Совокупность олигосахаридов на поверхности животной клетки называется гликокаликсом.

Функции плазматической мембраны

Барьерная функция. Мембрана ограничивает проникновение в клетку чужеродных, токсичных веществ.

Регуляторная. Олигосахариды, располагающиеся на поверхности плазматической мембраны выполняют роль рецепторов, воспринимающих действие различных веществ и изменяющих проницаемость мембраны.

Каталитическая. На поверхности мембран располагаются многочисленные ферменты, катализирующие биохимические реакции.

Мембранный транспорт.

Различают несколько видов мембранного транспорта.

А). Транспорт крупных молекул органических веществ, бактерий и вирусов путем эндоцитоза (проникновение в клетку) или экзоцитоза (выведение из клетки).

Эндоцитоз - это поглощение веществ путем окружения их выростами плазматической мембраны.

При этом различают фагоцитоз (поглощение твердых веществ) и пиноцитоз (поглощение жидкости). Фагоцитоз характерен для одноклеточных организмов и для фагоцитов многоклеточных, которые таким путем обеспечивают уничтожение инородных частиц. Пиноцитоз характерен для одноклеточных организмов и для эпителиальных клеток кишечника. Экзоцитоз - выделение веществ из клетки - осуществляется в обратном порядке.