Биохимическая организация живой клетки эукариоты Лекция В

Биохимическая организация живой клетки (эукариоты) Лекция

В организме человека имеется более 200 различных типов клеток

Метаболические пути • • Прямые Разветвленные Циклические Спиральные

Строение животной клетки (10 -30 мкм) • Эукариотическая клетка образована системой мембран • Плазматическая мембрана отделяет клетку от окружающей среды • Внутренний объем клетки заполнен цитоплазмой • В цитоплазме находятся клеточные органеллы

Методы изучения клетки: • Микроскопирование (световой и электронный микроскоп) • Центрифугирование и ультрацентрифугирование • Метод культуры клеток и тканей (гомогенизирование, культивирование)

Цитоскелет • Поддерживает и определяет форму клеток (механический каркас) • Участвует в росте и движении (движение половых клеток), цитоплазмы, органелл во время деления • Состоит из филаментов: микрофиламентов (6 -8 нм, актин), промежуточных волокон (10 нм, цитокератин, десмин, виментин и др. ) и микротрубочек (25 нм, тубулин)

Ядро • Диаметр около 10 мкм • Основная роль в хранении и передаче генома клетки: репликация и транскрипция (экспрессия). • В ядрышках синтезируется НАД+ • Особенность ядерной мембраны – двойная (внешняя и внутренняя, перинуклеарное пространство ) наличие ядерных пор (7 нм) (м. РНК в цитоплазму, белки в ядро из цитоплазмы).

ЭПС или ЭПР • Делит клетку на отдельные отсеки (компартменты) • Обеспечивает сообщение и транспорт вещества в клетке. • На гранулярной ЭПС идет синтез белка. • На гладкой ЭПС идет синтез липидов

Комплекс (аппарат) Гольджи • Обеспечивает модификацию белков(гликозилирование), упаковку и доставку веществ в различные компартменты клетки • вынос веществ из клетки, • образует первичные лизосомы

Митохондрии Являются «энергетическими станциями» клеток. Обеспечивают клеточное дыхание – окислительное фосфорилирование На внешней мембране содержится большое количества белка порина Для внутренней мембраны характерно высокое содержание белков, около 70%

Лизосомы • Функция – внутриклеточное переваривание, ферментативное расщепление макромолекул и деградация клеточных органелл • Размер 0, 2 -2, 0 мкм • р. Н 4, 5 -5, 0 • содержат около 40 гидролаз

Функции клеточных мембран: 1. Ограничение а) клеточного содержимого от окружающей среды, б) образование органелл (ядро, лизосомы, митохондрии) 2. Контролируемый транспорт а) на границе «клетка окружающая среда» , б) внутри клетки (компартментализация) 3. Восприятие и передача сигналов, контролирующих рост и дифференцировку клеток (гормоны, цитокины, факторы роста) 4. Ферментативный катализ (тканевые ферменты, цитохромы) 5. Контактное взаимодействие (образование тканей) 6. Заякоривание цитоскелета (форма клеток) 7. Участие в процессе клеточного деления и дыхания.

Жидкостно-мозаичная модель мембраны, предложенная в 1972 году Сингером и Николсоном Согласованное функционирование мембранных систем рецепторов, ферментов, транспортных механизмов помогает поддерживать гомеостаз клетки и реагировать на изменения внешней среды.

Структура фосфолипидов Охлаждение Нагревание

Трансмембранная асимметрия липидов • Внутренняя и внешняя поверхности мембран, различаются по липидному и белковому составам - эту особенность мембран называют трансмембранной (поперечной) асимметрией. • Липидная асимметрия: фосфатадилхолины и сфингомиелины локализованы преимущественно в наружном монослое, а фосфатидилэтаноламины и фосфатидилсерины - во внутреннем.

Типы движений фосфолипидных молекул в бислое

Белки 1 – интегральные: а) транспортная б) рецепторная 2 – заякоренные: а) ферментативная б) рецепторная в) связывание с цитоскелетом 3 – поверхностные: образуют ионные, водородные связи

Транспорт через мембраны обеспечивает: • трансмембранный потенциал • соответствующее значение р. Н и концентрации ионов • доставку питательных веществ • выведение токсичных соединений • создание ионных градиентов, необходимых для нервной и мышечной активности.

Пассивный транспорт Простая диффузия: • О 2, стероиды, тиреоидные гормоны, жирные кислоты • Малые полярные незаряженные молекулы СО 2, NH 3, Н 2 О, этанол, мочевина Облегчённая диффузия: • Белки формируют в липидном слое каналы (поры) – например Na+, K+, Ca 2+, Cl- проходят через ионные каналы

Облегчённая диффузия веществ • Белки-переносчики (транслоказы) избирательно взаимодействуют с определёнными веществами (лигандами) и облегчают их перенос через мембрану, при этом они претерпевают конформационные изменения • Унипорт – транспорт глюкозы: ГЛЮТ-1 переносит глюкозу через мембрану эритроцита • Симпорт – транспорт глюкозы: ГЛЮТ-5 переносит глюкозу через кишечный эпителий с Na+ • Антипорт – обмен НСО- и CL- в мембране эритроцита

Пассивный и активный транспорт, пиноцитоз, фагоцитоз, экзоцитоз

Активный транспорт Модель работы Na-K насоса. Трансмебранный потенциал

Окислительное фосфорилирование – клеточное дыхание Пища→ЖКТ →клетка (крахмал →глюкоза →Н 2 О, СО 2) • Окислительное фосфорилирование – синтез АТФ за счет энергии, выделяющейся при окислении водорода органических субстратов кислородом с участием дыхательной цепи в митохондриях. Это 2 сопряженных процесса: окисление (ЦПЭ) и фосфорилирование (АТФ-синтаза) 1. ЦПЭ это ферменты дыхательной цепи, осуществляющие перенос ℮ от НАДН (ФАДН) к О 2 АТФ-синтаза 2. АДФ + Н 3 РО 4 АТФ

Схема энергетического процесса

Организация дыхательной цепи Окисление органических веществ в клетках, сопровождающееся потреблением кислорода и синтезом воды, называется тканевым дыханием. Цепь переноса электронов (ЦПЭ) называется дыхательной цепью

Организация дыхательной цепи Цитохромы в дыхательной цепи выстроены в порядке возрастания окислительно-восстановительного потенциала: b, с1, с, а, а 3. Они представляют собой гемопротеины АТФ-синтаза: F 0 – протонный канал F 1 – каталитическая «головка»

Основные положения хемиосмотической теории Митчелла: а) Энергия, выделяющаяся при транспорте электронов I, III и IV комплексами дыхательной цепи, используется для перекачивания протонов в межмембранное пространство, генерируя градиент p. H. б) Обратный поток протонов по протонным каналам АТФ-синтазы в матрикс обеспечивает энергией головку АТФ-синтазы для синтеза АТФ.

Коэффициент окислительного фосфорилирования Отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода (О), поглощенного в процессе дыхания Для НАДН Р/О=3 Для ФАДН 2 Р/О=2

Терморегуляция и термоадаптация • Примерно 42% энергии запасается в виде АТФ, более 50% освобождается в виде теплоты и используется для поддержания температуры тела • У новорожденных и животных, впадающих в зимнюю спячку имеется бурый жир • Природный разобщающий агент термогенин – образует протонный канал в митохондриях бурых жировых клеток (бурый жир) • Жирные кислоты, образующиеся в результате липолиза (распада жира) открывают протонный канал термогенина, поэтому β-окисление жирных кислот не зависит от концентрации АДФ

Разобщающие вещества - переносчики Н+ • • Тироксин – гормон щитовидной железы 2, 4 -динитрофенол Дикумарол Билирубин

Ингибиторы дыхания – яды • Ротенон - ФМН→Fe. S (I) • Актиномицин А - b →c 1 (III) • Цианиды – цитохромоксидаза (а 3) (IV)

В организме человека постоянно образуются побочные продукты нормального метаболизма, которые представляют собой окисленные соединения, называемые “свободными радикалами”.

Первичные радикалы образуются ферментативным путем и имеют физиологические функции: супероксид – «оружие» макрофагов, а нитроксид вазодилататор. Вторичные радикалы образуются в неферментативных реакциях (ПОЛ)

Активные формы кислорода • Кислород, необходимый организму для функционирования ЦПЭ и многих других реакций, является одновременно и токсическим веществом, если из него образуются так называемые активные формы.

АФК являются инициаторами перекисного окисления липидов (ПОЛ), они образуются в норме: а) в цепи переноса электронов (ЦПЭ), б) при микросомальном окислении в печени (монооксигеназы), в) при окислительных процессах (оксидазы) При патологии а) в условиях гипоксии (ксантиноксидаза), б) при воспалении основным источником являются макрофаги (КЗБС)

Процесс ПОЛ обычно протекает по цепному механизму

Перекисное окисление липидов 1) Инициация: образование свободного радикала (L • ) 2) Развитие цепи: Развитие цепи происходит присоединении О 2, в результате чего образуется липопероксирадикал LOO • или пероксид липида LOOH. L • + О 2 → LOO • + LH → LOOM + LR • 3) Разрушение структуры липидов 4) Обрыв цепи взаимодействие радикалов между собой: LOO • + L • → LOOH L • + vit E → LH + vit E • + L • → LH + vit Еокисл. + vit LH E •

Антиоксидантная система • Ферменты: супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, ферменты редокс-системы глутатиона. • Низкомолекулярные антиоксиданты: эндогенные – синтезируются в печени (глутатион) и экзогенные – поступают с пищей (витамины С, Е, А, каротиноиды, флавоноиды) • В норме в системе оксиданты–антиоксиданты сохраняется равновесие. Нарушение этого баланса в пользу оксидантов приводит к развитию так называемого оксидативного стресса.

Оксидативный стресс – преобладание прооксидантных процессов – приводит к повреждению мембран, нуклеиновых кислот, белков и липидов.