Химический состав и строение клетки. Строение и свойства биологических мембран. Строение плазмалеммы. Транспорт веществ через плазмалемму.

Строение клетки.

Каждая клетка состоит из цитоплазмы и ядра, а снаружи она покрыта мембраной, разграничивающей одну клетку от соседних. Пространство между мембранами соседних клеток заполнено жидким межклеточным веществом.

Цитоплазма — вязкое полужидкое вещество. Цитоплазма содержит ряд мельчайших структур клетки — органоидов, которые выполняют различные функции.

Митохондрии — короткие утолщенные тельца с внутренними перегородками. В них образуется вещество, богатое энергией, необходимой для процессов, происходящих в клетке АТФ. Замечено, что чем активнее работает клетка, тем больше в ней митохондрий. Сеть канальцев пронизывает всю цитоплазму. По этим канальцам происходит передвижение веществ и устанавливается связь между органоидами.

Рибосомы — плотные тельца, содержащие белок и рибонуклеиновую кислоту. Они являются местом образования белков.

Клеточный центр образован тельцами, которые участвуют в делении клетки. Они расположены возле ядра.

Ядро — это тельце, которое является обязательной составной частью клетки. Во время клеточного деления строение ядра меняется. Когда деление клетки заканчивается, ядро возвращается к прежнему состоянию. В ядре есть особое вещество — хроматин, из которого перед делением клетки образуются нитевидные тельца — хромосомы. Для клеток характерно постоянное количество хромосом определенной формы. В клетках тела человека содержится по 46 хромосом, а в половых клетках по 23.

Химический состав клетки.

Клетки организма человека состоят из разнообразных химических соединений неорганической и органической природы.

К неорганическим веществам клетки относятся вода и соли. Вода составляет до 80% массы клетки. Она растворяет вещества, участвующие в химических реакциях: переносит питательные вещества, выводит из клетки отработанные и вредные соединения. Минеральные соли — хлорид натрия, хлорид калия и др. — играют важную роль в распределении воды между клетками и межклеточным веществом. Отдельные химические элементы, такие, как кислород, водород, азот, сера, железо, магний, цинк, иод, фосфор, участвуют в создании жизненно важных органических соединений.

Органические соединения образуют до 20—30% массы каждой клетки. Среди органических соединений наибольшее значение имеют углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты. Углеводы. Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. К углеводам относятся глюкоза, животный крахмал — гликоген. Многие углеводы хорошо растворимы в воде и являются основными источниками энергии для осуществления всех жизненных процессов. При распаде 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж Жиры.

Жиры образованы теми же химическими элементами, что и углеводы. Жиры нерастворимы в воде. Они входят в состав клеточных мембран. Жиры также служат запасным источником энергии в организме. При полном расщеплении 1 г жира освобождается 38,9 кДж энергии.

Белки. Белки являются основными веществами клетки. Белки — самые сложные из встречающихся в природе органических веществ, хотя и состоят из относительно небольшого числа химических элементов — углерода, водорода, кислорода, азота, серы. Очень часто в состав белка входит фосфор. Молекула белка имеет большие размеры и представляет собой цепь, состоящую из десятков и сотен более простых соединений — 20 видов аминокислот. Белки служат главным строительным материалом. Они участвуют в формировании мембран клетки, ядра, цитоплазмы, органоидов. Многие белки выполняют роль ускорителей течения химических реакций — ферментов. Биохимические процессы могут происходить в клетке только в присутствии особых ферментов, которые ускоряют химические превращения веществ в сотни миллионов раз. Белки имеют разнообразное строение. Только в одной клетке насчитывается до 1000 разных белков. При распаде белков в организме освобождается примерно такое же количество энергии, как и при расщеплении углеводов – 17,6 кДж на 1 г. Нуклеиновые кислоты образуются в клеточном ядре. С этим связано их название (от лат. «нуклеус» — ядро). Они состоят из углерода, кислорода, водорода и азота и фосфора. Нуклеиновые кислоты бывают двух типов — дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). ДНК находятся в основном в хромосомах клеток. ДНК определяет состав белков клетки и передачу наследственных признаков и свойств от родителей к потомству. Функции РНК связаны с образованием характерных для этой клетки белков.

Строение и свойства биологических мембран.

Биологическая мембрана - это структура, состоящая из органических молекул, которая имеет толщину около 7-1 0 нм и видима только посредством электронного микроскопа. В каждой клетке есть плазматическая мембрана, которая ограничивает содержимое клетки от наружной среды, и внутренние мембраны, которые формируют различные органоиды клетки (митохондрии, органоиды, лизосомы и т.п.) Клетка представляет собой открытую саморегулирующуюся систему, через которую постоянно идёт поток вещества, энергии и информации. Эти потоки принимает специальный аппарат клетки, в который входят: 1) надмембранный компонент – гликокаликс; 2) элементарная биологическая мембрана или их комплекс; 3) подмембранный опорно-сократительный комплекс гиалоплазмы; 4) анаболическая и катаболическая системы. Основной компонент этого аппарата-мембрана.

Клетка содержит различные типы мембран, но принцип их строения одинаков. В 1972 году С. Сингером и Г. Николсоном была предложена жидкостно-мозаичная модель строения элементарной мембраны. Согласно этой модели, ее основу также составляет билипидный слой, но белки по отношению к этому слою располагаются по-разному. Часть белковых молекул лежит на поверхности липидных слоев (периферические белки), часть пронизывает один слой липидов (полуинтегральные белки), а часть пронизывает оба слоя липидов (интегральные белки). Липидный слой находится в жидкой фазе ("липидное море") На наружной поверхности мембран имеется рецепторный аппарат - гликокаликс, образованный разветвлёнными молекулами гликопротеинов, "узнающий" определённые вещества и структуры.

Свойства мембран: 1) пластичность, 2) полупроницаемость замкнутого билипидного слоя для большинства водорастворимых молекул,3) способность самозамыкаться.

Функции мембран: 1) структурная - мембрана как структурный компонент входит в состав большинства органоидов (мембранный принцип структуры органоидов); 2)регуляторная - поддерживает постоянство химического состава и регулирует все обменные процессы (реакции обмена веществ протекают на мембранах); 3) защитная; 4) рецепторная;5)барьерная-образует избирательный барьер, который отделяет содержимое клетки от окружающей среды, что позволяет поддерживать постоянными химический состав цитоплазмы и её физические свойства.

Строение и функции плазмолеммы (цитолеммы)

Плазмолемма — оболочка животной клетки, ограничивающая ее внутреннюю среду и обеспечивающая взаимодействие клетки с внеклеточной средой. Плазмолемма имеет толщину около 10 нм, и состоит на 40 % из липидов, на 5-10 % из углеводов (в составе гликокаликса), и на 50-55 % из белков.

Функции плазмолеммы: разграничивающая (барьерная); рецепторная или антигенная, транспортная; образование межклеточных контактов. Основу строения плазмолеммы составляет: двойной слой липидных молекул (билипидная мембрана), в которую местами включены молекулы белков; надмембранный слой — гликокаликс, структурно связанный с белками и липидами билипидной мембраны;в некоторых клетках имеется подмембранный слой. Каждый монослой ее образован в основном молекулами фосфолипидов и, частично, холестерина. При этом в каждой липидной молекуле различают две части: гидрофильную головку; гидрофобные хвосты. Гидрофобные хвосты липидных молекул связываются друг с другом и образуют билипидный слой. Гидрофильные головки билипидного слоя соприкасаются с внешней или внутренней средой. Билипидная мембрана, а точнее ее глубокий гидрофобный слой, выполняет барьерную функцию, препятствуя проникновению воды и растворенных в ней веществ, а также крупных молекул и частиц. По локализации в мембране белки подразделяются на: интегральные (прописывает всю толщу билипидного слоя); полуинтегральные, включающиеся только в монослой липидов (наружный или внутренний); прилежащие к мембране, но не встроенные в нее. По выполняемой функции белки плазмолеммы подразделяются на: структурные белки; транспортные белки; рецепторные белки; белки - ферменты.

Транспорт веществ через плазмалемму.

Плазмалемма включает элементарную мембрану, которая у животных клеток может быть покрыта муцином, слизью, хитином. Через плазмалемму происходит поступление веществ в клетку. Механизмы мембранного транспорта различны. Пассивный транспорт идет по градиенту концентрации и не требует затрат энергии. Это может быть осмос или диффузия (вода и мелкие молекулы), поступление через поры, путём растворения в липидах и облегчённая диффузия посредством белков-переносчиков - пермеаз (аминокислоты, сахара, жирные кислоты). Активный транспорт идёт против градиента концентрации, с затратой энергии. Для него необходимы специальные ионные каналы, ферменты и АТФ. Так работает натрий-калиевый насос. Концентрация калия в клетке выше, чем в межклеточном пространстве, и, тем не менее, ионы калия поступают в клетку. Цитоз связан с обратимыми изменениями архитектоники мембраны. Эндоцитоз - захват мембраной клетки макромолекул или частиц. Мембрана образует выпячивания, которые окружают частицу и замыкаются вокруг неё. Таким образом, частица оказывается в цитоплазме в составе эндосомы. Мембрана может захватывать твёрдые частицы (фагоцитоз) или капли жидко (пиноцито). Выделение из клетки веществ, заключённых в мембрану, называется экзоцитозом.