Клетка элементарная единица живого для которой характерны

Клетка – элементарная единица живого, для которой характерны все свойства живого Размер клеток зависит от их формы. При форме, близкой к сферической, колеблется от 1 мкм (кокки) до 22 см (ооцит сельдевой акулы). Средний размер клеток прокариот – 1 -3 мкм, эукариот – 15 -25 мкм. Нижние пределы размера клетки ограничиваются необходимостью размещения в ней минимально необходимого набора жизненно важных структур и макромолекул Верхние пределы ограничиваются скоростью диффузии молекул, особенно при слабом циклозе или при его отсутствии; важнейшую роль играет отношение площади поверхности клетки к ее объему – чем оно больше, тем активнее идет обмен веществ клетки с внешней средой. Стать большой клетка может в двух случаях: либо она очень инертна (яйцеклетка), либо она будет иметь вытянутую либо уплощенную форму с максимальной площадью поверхности (нейрон, ацетабулярия)

Клетка эукариот Оболочка Ядро Основа - плазмалемма (клеточная мембрана) Ядерная оболочка Ниже - кортикальный слой для связывания плазмалеммы с цитоскелетом Кариоплазма Выше – надмембранные структуры – гликокаликс, над которым может быть клеточная стенка Хромосомы Могут появляться оптически плотные зоны ядрышки Цитоплазма Гиалоплазма Цитоскелет Органоиды Немембранные Временные включения Мембранные 1 -мембранные 2 -мембранные Рибосомы Клеточный центр Органоиды движения Вакуолярная система – ЭПС, АГ, лизосомы, пероксисомы, может быть вакуоль с клеточным соком Митохондрии У растений пластиды

Плазмалемма и другие мембраны клетки Жидко-мозаичная модель (1971 г. , Зингер-Николсон) Толщина около 7, 5 нм. Основа – билипидный слой и белки. На плазмалемме углеводный компонент образует гликокаликс (по массе 2 -10%, связан либо с липидами – гликолипиды, либо с белками - гликопротеиды). Снаружи внутренних мембран гликокаликса нет. В составе билипидного слоя преобладают фосфолипиды; внутренние мембраны мягче, т. к. в них больше ненасыщенных ж. к. и меньше холестерина. Незаякоренные молекулы фосфолипидов быстро перемещаются (до 2 мкмс).

Мембранные белки плазмалеммы обычно составляют по массе около 50%, но во внутренних мембранах их количество может существенно отличаться – в мембранах митохондрий белки составляют 75% по массе, т. к. многие из них выполняют каталитические и транспортные функции, обеспечивающие дыхание. По расположению в мембране белки распределяются на несколько групп. Мембранные белки Периферические Погруженные Интегральные 1 Пронизывающие (трансмембранные) 2 1 - вязкий, рыхлый гликокаликс 2 - собственно плазмалемма 3 - кортикальный слой 3

Свойства мембран клетки: динамичны, упорядочены, избирательно проницаемы, способны к самосборке и саморегуляции Примеры саморегуляции: - при понижении температуры для сохранения текучести мембраны ферменты десатуразы катализируют превращение насыщенных жирных кислот в ненасыщенные; при повышении температуры активность этих ферментов снижается - при необходимости прогибания мембраны с целью захвата частиц в соответствующем ее участке уменьшается количество холестерина и изнутри встраиваются молекулы клатрина – таким образом формируется «окаймленная ямка»

Функции разных слоев клеточной оболочки Гликокаликс создает вязкую поверхность, которая помогает удерживать и распознавать подошедшие к клетке молекулы и более крупные частицы, включая другие клетки; толщина 3 -4 нм, наиболее развит у клеток эпителия кишечника Кортикальный слой толстый – 100 -500 нм, заякоривает часть белков плазмалеммы, обеспечивает их связь с цитоскелетом У простейших в качестве кортикального слоя обычно выступает пелликула – особый уплотненный слой цитоплазмы, который включает белковые нити и плоские мембранные пузырьки; служит для опоры ресничек и координации их работы, помогает клетке держать определенную форму

эфир Функции собственно плазмалеммы Только мимо белков Движение воды по градиенту водного потенциала 1. Барьерная – отграничивает внутреннее содержимое клетки, ограничивает свободную диффузию 2. Транспортная - ведет избирательный транспорт веществ мимо белков-каналов и белков-переносчиков Специальные поры только для воды образует белок аквапорин - Питер Эгр, Нобелевская премия 2003 г.

Транспорт Пассивный - без затраты энергии, по градиенту концентрации Активный - с (вода – по градиенту затратой энергии, водного потенциала) путем эндоцитоза или экзоцитоза Через Мимо билипидные участки проходят мелкие незаряженные молекулы транспортных белков – проходят мелкие заряженные и среднего размера разные Облегченная диффузия с помощью белковпереносчиков – ионы, мономеры (глюкоза симпортно с Na+) Простая диффузия по каналам – вода, некоторые ионы Активный - с затратой энергии, сквозь мембрану Любые молекулы против градиента концентрации Крупные молекулы независимо от градиента концентрации Модель аквапорина — молекулы воды могут свободно поступать в клетку через центр белковой молекулы, образующей канал

Разные варианты транспорта сквозь мембрану Пассивный – облегченная диффузия Слева – канал закрыт Справа – по сигналу снаружи канал открылся, идет простая диффузия

Разные варианты активного транспорта сквозь мембрану Протонная помпа К-Na – насос обеспечивает возбудимость клеток обеспечивает протекание энергетически важных процессов в клетке

Разные варианты активного транспорта путем изгибания мембраны Пользуясь текучестью мембраны, в том месте, где она должна вогнуться для захвата частиц извне, формируется окаймленная ямка с пониженным содержанием холестерина. Происходит эндоцитоз – прогибание мембраны с захватом либо крупных частиц (фагоцитоз), либо мелких вместе с жидкостью (пиноцитоз). Эндоцитоз бывает неспецифический, либо рецепторный Аналогичный эндоцитозу, но противоположно направленный процесс по выведению веществ из клетки - экзоцитоз клатрин

Роль эндоцитоза: - питание клетки защита многоклеточного организма от бактерий с помощью фагоцитов введение в клетку гормонов для регуляции ее работы обеспечивает возможность последующего транзита через клетку – такой трансцитоз ведут клетки эндотелия капилляров, ворсинок кишечника С помощью рецепторного эндоцитоза клетки получают холестерин – он синтезируется в печени, транспортируется в виде липопротеида, поглощается эндоцитозом, после гидролиза включается в мембраны Аналогично в ооцитах птиц накапливаются белки желточных гранул, которые синтезируются клетками по всему организму Роль экзоцитоза: - финальный этап трансцитоза - рециклизация мембраны или ее рост - выведение секретов железистыми клетками - выведение остатков, не переваренных после фагоцитоза - выведение гидролитических ферментов для внеклеточного пищеварения - выведение матрикса клеточной стенки – у растений гемицеллюлозы

Разные варианты эндоцитоза Пользуясь механизмом рецепторного эндоцитоза, сложный вирус обманывает рецепторные белки мембраны и проникает внутрь 3. Каталитическая - часть транспортных белков, особенно, если они ведут активный транспорт, обладают каталитической АТФ-азной активностью - наружные периферические белки обычно ведут внеклеточное пищеварение – являются гидролитическими ферментами

Одна из моделей процесса преобразования сигнала внутри обонятельного нейрона. Молекула одоранта (пахучего вещества) присоединяется к рецепторному белку. Связывание молекулы одоранта с рецепторным белком активирует так называемый G-белок, расположенный на внутренней стороне клеточной мембраны. G-белок активирует фермент аденилатциклазу (AC), который преобразует внутриклеточный аденозинтрифосфат (ATP) в циклический аденозинмонофосфат (c. AMP). А c. AMP, в свою очередь, активирует ионный канал, через который в клетку проникают катионы Na+. Таким способом в мембране генерируется электрический импульс, передающий сигнал с одного нейрона на другой.

4. Рецепторная – восприятие сигнала, его преобразование и передача внутрь клетки а) Гормон действует на рецепторную молекулу, запускается цепочка реакций, приводящая к образованию из АТФ ц. АМФ (аденозин-3’-5’-циклофосфата); действие этого посредника очень разнообразно – обычно он активирует определенные протеинкиназы – регуляторы активности ферментов; усиливает сигнал гормона в 10 тысяч раз Рецепторные гликопротеиды Циклическая АМФ

б) Рецепторы постсинаптической мембраны воспринимают сигнал медиатора; если медиатор возбуждающий (ацетилхолин, норадреналин, серотонин и др. ) – в ответ открываются каналы для ионов натрия, они заходят в клетку, что приводит к деполяризации мембраны – она перезаряжается, тем самым переводя потенциал покоя (-70 м. В) в потенциал действия Если медиатор тормозящий (ГАМК) – происходит гиперполяризация мембраны

в) Рецепторы мембраны создают систему маркеров, благодаря которым решается ряд важных задач: - образуются тканевые комплексы - конъюгируют бактерии и инфузории - соединяются гаметы – происходит оплодотворение - клетки иммунной системы узнают чужеродные агенты и адекватно на них реагируют Т-лимфоциты на поверхности раковой клетки

г) С помощью специфических компонентов плазмалеммы клетка реагирует на физические раздражители: - у прокариот на плазмалемме находится хлорофилл либо бактериохлорофилл для фотосинтеза - в составе мембраны палочек сетчатки находится зрительный пигмент – родопсин – трансмембранный хромопротеид, связанный с G-белком трансдуцином; под действием света хромофорная группа изомеризуется, конформация белковой части меняется, трансдуцин активируется, фермент ц. ГМФ-фосфодиэстераза активируется, падает концентрация ц. ГМФ, закрываются натриевые каналы, концентрация ионов натрия внутри клетки падает, мембрана гиперполяризуется, фоторецептор выделяет меньше тормозного медиатора глутамата, контактирующий с фоторецептором биполярный нейрон растормаживается, возникает нервный импульс. В темноте исходная форма родопсина восстанавливается за 30 минут.

5. Осуществление межклеточных соединений – с помощью мембраны между соседними клетками могут образовываться соединения разного типа: - простое за счет слипания (адгезии) гликокаликсов - запирающее в эпителиях разного типа - заякоривающее за счет связи с цитоскелетом – обеспечивает механическую прочность и совместное изменение формы - коммуникативное – щелевой контакт, между кардиомиоцитами – нервный импульс проходит без синапса, и между ооцитами и клетками фолликул – для питания ооцитов - синаптический контакт - плазмодесмы – между клетками цитоплазматические мостики диаметром 20 -40 нм – у растений, при сперматогенезе у животных между сперматогониями и сперматоцитами плазмодесма

6. Участие в построении специализированных структур – микроворсинок, жгутиков и ресничек у эукариот Благодаря микроворсинкам увеличивается площадь поверхности клетки для более интенсивного пристеночного пищеварения и всасывания веществ

7. Мембрана участвует в построении клеточной стенки у всех царств, кроме животных – образует ее каркас Стенка придает клетке прочность, держит форму, препятствует разрыву мембраны в гипотоничной среде Пока растительная клетка молодая, она способна к росту, - ее стенка растягивается, т. к. нити целлюлозы в ней относительно короткие (около 2 тыс. остатков глюкозы), и она составляет 30% от массы стенки. Во вторичной стенке длина микрофибрилл до 14 тысяч остатков, 60 -90% от массы стенки Кроме каркаса в состав клеточной стенки входят компоненты матрикса (гемицеллюлоза, пектин, белки), могут входить инкрустирующие компоненты (лигнин – тогда одревеснение, суберин – тогда опробковение, гибель клетки) и вещества, откладывающиеся на поверхности оболочки (кутин и воск).

Функции остальных мембран клетки Все мембраны клетки составляют 4% от сухой массы клетки. В животной клетке доля плазмалеммы – 2%, мембран вакуолярной системы – 58%, мембран митохондрий – 40%, ядерной мембраны – 0, 2%. Внутренние мембраны - делят клетку на компартменты, в каждом из которых идут свои химические реакции, резервируются определенные вещества - за счет большой площади поверхности внутренних мембран на них можно разместить много ферментов, ведущих сложные сети, либо циклы химических реакций Место формирования клеточных мембран Все мембраны, кроме мембран митохондрий и пластид, образуются за счет работы ЭПС и тех рибосом, которые размещаются на поверхности гранулярной ЭПС Мембраны митохондрий и пластид строятся из молекул, которые приходят из гиалоплазмы, либо образуются внутри этих органоидов