Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ И КЛЕТОК

Биохимические процессы развиваются в биологических системах разной структурной упорядоченности и иерархического соподчинения. Взаимосвязь составных элементов любой системы создает новое качество, неравнозначное их простой сумме.

Жизнь как особая форма движения материи представляется сложной системой уровней организации материи. Отметим тс из них, с которыми соприкасается предмет биохимии.

  • 1. Молекулярный уровень. Здесь проявляется функционирование биологически активных макромолекул: белков, нуклеиновых кислот, углеводов и др.
  • 2. Клеточный уровень охватывает сгрукгурно-функциональные особенности клетки как универсальной единицы живого организма.
  • 3. Тканевый уровень рассматривает совокупность клеток, объединенных общностью природы и функций.
  • 4. Органный уровень отражает функциональное взаимодействие нескольких типов тканей.
  • 5. Организменный уровень касается взаимодействия дифференцированных органов в целостной системе.

Клетка - это самая простая (элементарная) живая система, способная к саморегуляции и самовоспроизводсгву.

Организмы делятся на одноклеточные и многоклеточные.

К первым относятся бактерии, простейшие (инфузория, амёба, малярийный плазмодий), множество водорослей (хлорелла, хламидомонада), грибы (дрожжи, мукор и др.). Некоторые из них: бактерии и сине-зеленые водоросли - относятся к безъядерным формам (прокариотам). Клетки таких организмов вместо ядра содержат ДНК и РНК, включенные непосредственно в цитоплазму. Другие же организмы состоят из клеток, содержащих ядра, и называются эукариотами.

Заметим при этом, что существуют также неклеточные формы живой материи - вирусы и бактериофаги (фаги). У них нет ни цитоплазмы, ни органелл. Это автономные ДНК или РНК, заключенные в белковую оболочку (капсиду). Вирусы не имеют своего собственного механизма обмена веществ. Они внедряются в какую-либо живую клетку и разрушают ее, фактически паразитируя на чужом биологическом материале.

Многоклеточные организмы состоят из ансамблей клеток, образующих ткани, органы и организм в целом.

Существуют такие ткани, как покровная, проводящая, ассимиляционная, арматурная (у растений), эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная (у животных).

Количество клеток у примитивных беспозвоночных составляет 102— 104, у высокоорганизованных позвоночных - 1015— 1017. В крови человека содержится порядка 10клеток. Средняя масса клетки 10 - 10'9 г, а размеры 10-100 мкм.

Общим признаком различных видов клеток является наличие двух систем, обеспечивающих их жизнедеятельность. Она из них связана с размножением и развитием (редубликация ДНК, синтез РНК и белка). Вторая система ответственна за энергообеспечение процессов биосинтеза веществ и других видов физиологической работы.

Общее содержание химических соединений в клетке показано в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Химический состав клетки

Соединение

Содержание, %

Вода

70-80

Белки

10-20

Углеводы

0,2-2,0

Жиры

1-5

Нуклеиновые кислоты

1,0-2,0

АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества

0,1-0,5

Минеральные вещества

1,0-1,1

Клетка состоит из плазматической мембраны, цитоплазмы и ядра (рис. 3.1). Плазматическая мембрана (толщина - 8-10 нм) снаружи покрыта клеточной оболочкой из целлюлозы или других биоматериалов, что делает клетку сравнительно жесткой. У клеток животных такая дополнительная оболочка чаще всего отсутствует.

Плазматическая мембрана поддерживает внутриклеточный гомеостаз. При этом она избирательно регулирует движение веществ в клетку и выход из нее с помощью специальных переносчиков и ферментов, обеспечивает передачу сигналов и межклеточное взаимодействие.

Внутреннее содержимое клетки за исключением ядра называется цитоплазмой. Цитоплазма - это биологический коллоидный раствор, содержащий 75-85% воды, 10-12% белков и аминокислот, 4-6% углеводов, 2-3% жиров и липидов, 1% неорганических и других веществ. Цитоплазма эукариотических организмов неоднородна по строению и включает гиалоплазму, мембранные и немембранные компоненты. К мембранным компонентам относятся мембранные органеллы: митохондрии, пластиды, аппарат Гольджи, лизосомы, микротельца, вакуоли растительных клеток. К немембранным компонентам относятся цен- триоли, макромолекулярные комплексы, в частности, рибосомы.

Схемы строения клеток поданным световою микроскопа

Рис. 3.1. Схемы строения клеток поданным световою микроскопа:

А - Растительная клетка: 1 - оболочка; 2 - цитоплазма; 3 - ядро;

4 - вакуоля с вакуолярным соком; 5 - пластиды;

Б - Животная клетка: 1 - ядро; 2 - цитоплазма; 3 - наружная мембрана клетки; 4 - клеточный центр; 5 - митохондрия;

  • 6 - вакуоля; 7 - включения; 8 - комплекс Гольджи;
  • 9 - ядрышко; 10 - хроматин

В состав клеточных мембран входят белки (до 60%), липиды (около 40%). В свою очередь, мембранные белки подразделяются на ферменты, рецепторные белки и структурные белки. Липиды, входящие в состав мембран клетки, представлены, в основном, глицероли- пидами, сфинголипидами, холестерином. Часто в мембранах присутствуют фосфатидилхолин (лецитин).

Внугриклеточные мембраны эндоплазматического ретикулума тесно связаны с плазматической мембраной и разделяют клетку на множество отсеков (компартментов), играющих важную роль в регуляции одновременно протекающих ферментативных процессов.

Из органелл (органоидов), включенных в цитоплазму, следует прежде всего отметить ядро, обеспечивающее важнейшие метаболические и генетические функции клетки. В ядре содержатся молекулы ДНК, соединенные со специфическими белками-гистонами. Эти нук- леопротеиды образуют набор хромосом (кариотип). В ядре осуществляется синтез информационной РНК.

К органеллам клеток эукариотических организмов относятся также митохондрии. В митохондриях осуществляются процессы, обеспечивающие клетку энергией. Здесь энергия химических связей питательных веществ (углеводов, жирных кислот, аминокислот) трансформируется в процессе клеточного дыхания в энергию макроэргичсских связей аденозин- трифосфата (АТФ) - своеобразного биологического аккумулятора. Количество митохондрий в клетке достигает 5000.

Тело митохондрии ограничено двойной мембранной оболочкой, внутренняя поверхность которой образует большое количество складок, перегородок, так называемых крист, которые формируют своеобразные отсеки (камеры) и значительно увеличивают площадь поверхности. Между кристами пространство заполняет матрикс - масса, близкая по составу к цитоплазме. В матриксе находится основное количество ферментов. Наличие ДНК и рибосом обусловливает определенную генетическую автономность митохондрий.

Функции органоида аппарат Гольджи состоят в накоплении, сепарации и удалении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза и распада, токсических веществ. В растительных клетках аппарат Гольджи содержит фермент синтеза полисахаридов, в том числе и для пос троения клеточной оболочки.

Л изосомы содержат в своем мукополисахаридном (т.е. гетерополи- саридном) матриксе около 60 гидролитических ферментов (гидролаз), что позволяет этим органеллам расщеплять практически все полимерные органические соединения.

Пластиды - самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды растительных клеток. Известно три типа пластид. Наиболее важный тип - хлоропластм - «силовые станции» растительных клеток. Содержащиеся в них ферменты, белки, липиды и пигменты ответственны за фотосинтез, ведущий к образованию углеводов и выделению свободного кислорода.

Лейкопластиды (бесцветные пластиды) находятся в корневищах и клубнях. Они содержат ферменты, синтезирующие крахмал из излишков глюкозы (продукта фотосинтеза).

Каротинондопласты содержат желтые пигменты - каротиноиды. Созревание плодов, в частности, шиповника, помидоров, перца, сопровождается превращением хлоро- и лейкопластов клеток мякоти в каротинои- допласты.

Вакуоль - составляет часть растительных клеток, представляющую собой полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, углеводов и др. компонентов. Вакуоль обусловливает осмотические свойства клетки, регулирует проникновение в клетку и выделение из нее воды, ионов и молекул метаболитов.

Вопросы для самоконтроля [1] [2] [3]

  • [1] Назовите виды бактерий.
  • [2] Чем вирусы и бактериофаги (фаги) отличаются от бактерий?
  • [3] Какую роль в организации клетки играют плазматическая мембрана, цитоплазма, ядро и митохондрии?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>