Структурные компоненты клетки Лекция

Структурные компоненты клетки Лекция № 6 1

Плазматическая мембрана (ПМ) (или цитолемма, или плазмалемма) • отделяет содержимое клетки от внешней среды • регулирует обмен между клеткой и средой • внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определенные условия среды. 2

Структурно-химическая характеристика мембран клеток Основные компоненты • липиды (40 %) • белки (60 %) • часто углеводы (5 -10 %). 3

Липиды клеточных мембран 1. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) • Молекулы липидов имеют гидрофильную ( «головка» ) и гидрофобную ( «хвост» ) часть. • При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. • Обеспечивают мембране гибкость и подвижность. 4

Липиды клеточных мембран • холестерин - жирный (липофильный) спирт • придаёт мембране жёсткость, • не позволяет гидрофобными хвостами липидов изгибаться. • мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. 5

6

7

Бислой • Бислой - двойной молекулярный слой, формируемый полярными липидами в водной среде 4– 5 нм. • полярные фрагменты молекул - в сторону водной фазы • формируют две гидрофильные поверхности • неполярные «хвосты» - гидрофобная область внутри бислоя 8

Мембранные белки По положению выделяют • интегральные белки пронизывают мембрану • полуинтегральные частично встроенные в мембрану • примембранные белки - не встроенные в билипидный слой. 9

Мембранные белки • белки-ферменты • белки- переносчики По биологической • рецепторные роли • структурные белки 10

Белки-переносчики • «Насосы» - расходуют энергию АТФ для перемещения ионов и молекул против концентрационных и электрохимических градиентов и поддерживают необходимые концентрации этих молекул в клетке. • Ионоселективные каналы - пути переноса заряженных молекул и ионов 11

Ионоселективные каналы. • Для любого вида ионов - самостоятельные транспортные системы – ионные каналы (Na, Cl, K и т. д. ). • Ионный канал состоит из поры, воротного механизма, сенсора (индикатора) напряжения ионов в самой мембране и селективного фильтра. • Пора - молекулярное динамическое образование, может находиться в открытом и закрытом состоянии. Образована «транспортным» ферментом – белком с высокой каталитической активностью. • переносит ионы через мембрану со скоростью в 200 раз больше диффузии. 12

Ионоселективные каналы • Воротный механизм (ворота канала) - на внутренней стороне мембраны - белковые молекулами, способными к конформации (изменение пространственной конфигурации молекул). В тысячные доли секунды он открывает (активирует) и закрывает (инактивирует) канал - регулирует скорость передвижения ионов. • Сенсор напряжения ионов - белковая молекула, в мембране - реагирует на изменение мембранного потенциала. • Селективный фильтр определяет однонаправленное движение ионов через пору и ее избирательную проницаемость 13

натрий-калиевая АТФаза • присоединяет с внутренней стороны мембраны три иона Na +. - меняют конформацию активного центра АТФазы. • гидролиз АТФ, причем фосфат-ион фиксируется с внутренней стороны мембраны. • изменение конформации АТФазы • три иона Na + и ион (фосфат) - на внешней стороне мембраны • ионы Na + отщепляются, а замещается на два иона K +. • конформация переносчика изменяется на первоначальную, и ионы K + оказываются на внутренней стороне мембраны. • ионы K + отщепляются, и переносчик вновь готов к работе. • во внеклеточной среде - высокая концентрация ионов Na + , • внутри клетки — высокая концентрация K +. • Работа Na + , K + — АТФаза создает не только разность концентраций, но и разность зарядов (она работает как электрогенный насос). На внешней стороне мембраны создается положительный заряд, на внутренней — отрицательный. 14

15

16

Функции ПМ • барьерная — регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окр. средой • транспортная — транспорт в-в в клетку и из клетки (доставка пит. в-в, удаление продуктов обмена, секреция, создание ионных градиентов, поддержание p. H. 17

Функции ПМ Эндоцитоз разделяют на • фагоцитоз (захват и поглощение клеткой крупных частиц, например бактерий или фрагментов других клеток) • пиноцитоз (захват растворенных низкомолекулярных в-в). 18

Транспорт в-в через ПМ • Пассивный транспорт - без затрат энергии, диффузия по градиенту конц. или облегчённая диффузия (белки- каналы) • Активный транспорт - затраты энергии, против градиента конц. Белки-насосы, (АТФаза вкачивает (K+) и выкачивает (Na+). 19

Функции ПМ • матричная — взаиморасположение и ориентация мембранных белков • механическая — соединение с другими клетками • энергетическая — при фотосинтезе и дыхании - системы переноса энергии • рецепторная • осуществление генерации и проведения биопотенциалов 20

Возбудимость (раздражимость) основана на Особых биофизических свойствах ПМ возбуждение – изменение биоэлектрического потенциала. 21

Возбуждение и его признаки Ткань может находится в состояниях : возбуждения и торможения. Возбуждение – это активный процесс, ответная реакция ткани на раздражение. Неспецифические признаки возбуждения - у всех возбудимых тканей : • изменение проницаемости ПМ • изменение заряда ПМ, • повышение потребления кислорода • повышение температуры • усиление обменных процессов 22

Специфические признаки возбуждения • мышечная ткань – сокращение • железистая ткань – выделение секрета • нервная ткань – генерация нервного импульса. 23

Процесс возбуждения • связан с наличием в мембране электрически (для ионов Са и Сl) и химически (для ионов Na и K) управляемых каналов, которые могут открываться в ответ на раздражение клетки. 24

4 этапа возбуждения : • 1) предшествующее возбуждению состояние покоя (статическая поляризация); • 2) деполяризацию; • 3) реполяризацию • 4) гиперполяризацию. 25

26

Статическая поляризация • – наличие разности потенциалов между наружной и внутренней поверхностями ПМ. • В состоянии покоя наружная поверхность клетки электроположительна. Эта разность потенциалов, (~ 60 м. В), называется потенциалом покоя, или мембранным потенциалом (МП). • В образовании потенциала - 4 вида ионов: катионы Na+, K+, анионы Cl- и органических соединений 27

1. В состоянии покоя клеточная мембрана • хорошо проницаема для K+ • хуже для Cl- • практически непроницаема для Na+ • совершенно непроницаема для анионов органических соединений. В покое Na+ выходят на наружную поверхность клеточной мембраны, - положительный заряд. Cl- проникают внутрь клетки, неся отрицательный заряд. Na+ продолжают оставаться на наружной поверхности мембраны, еще больше усиливая положительный заряд. 28

2. Деполяризация • – сдвиг МП, уменьшение его. • Под действием раздражения открываются натриевые каналы • Na+ быстро поступают в клетку. • В результате - уменьшение положительного заряда на наружной поверхности и увеличение его в цитоплазме. • сокращается трансмембранная разность потенциалов, значение МП падает до 0, • по мере поступления Na в клетку - перезарядка мембраны • инверсия ее заряда (поверхность - электроотрицательна по отношению к цитоплазме) – возникает потенциал действия (ПД). (натриевые каналы закрываются) 29

3. Реполяризация • – восстановление исходного уровня МП. • ионы натрия перестают проникать в клетку, • проницаемость мембраны для калия увеличивается, - быстро выходит в межклет. пространство. • Активный транспорт Na • Заряд мембраны возвращается к исходному 30

4. Гиперполяризация • – увеличение уровня МП. • После восстановления исходного значения МП (реполяризация) происходит кратковременное увеличение по сравнению с уровнем покоя • На поверхности мембраны - избыточный положительный заряд, • уровень МП становится несколько выше исходного. 31

Цитоплазма жидкая среда клетки является сложной коллоидной системой, включающей в себя различные биополимеры • белки, • нуклеиновые кислоты, • полисахариды и др. способна переходить из золеобразного (жидкого) состояния в гелеобразное и обратно. 32

Состав цитоплазмы • глобулярные белки составляют 20 -25 % общего содержания белков в эукар. клетке. К важнейшим ферментам цитоплазмы относятся ферменты метаболизма сахаров, азотистых оснований, аминокислот, липидов и других важных соединений. ферменты активации аминокислот при синтезе белков, транспортные (трансферные) РНК (т. РНК) 33

Функции цитоплазмы • при участии рибосом и полирибосом (полисом) - синтез белков, • полужидкая среда объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их химическое взаимодействие. • осуществляет большую часть внутриклеточных транспортных процессов • место отложения запасных продуктов: гликогена, жировых капель, некоторых пигментов 34

Органеллы - постоянно присутствующие и обязательные для всех клеток микроструктуры, выполняющие жизненно важные функции. 35

Классификация органелл. Мембранные органеллы представлены • цитоплазматической сетью (эндоплазматическая сеть ЭПС), • пластинчатым комплексом (аппаратом Гольджи АГ), • Митохондриями • лизосомами, пероксисомами • ядро. 36

Классификация органелл Немембранные органеллы • рибосомы (полирибосомы), • клеточный центр • элементы цитоскелета (микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты). 37

Ядро структура, обеспечивающая: • хранение и передачу наследственной информации (репликация) • реализация наследственной информации - регуляция белкового синтеза (транскрипция и трансляция). 38

39

Опыт Геммерлинга • Серия опытов на Acetabularia mediterranean. • Все растение одна клетка, одно ядро у основания стебля. • Перерезан стебель - нижняя часть жива, регенерирует шляпку • Верхняя часть – погибает • ядро необходимо для роста и регенерации • Вывод: ядро вырабатывает вещество, необходимое для образования шляпки 40

Опыт Геммерлинга • У Acetabularia crenulata шляпка ветвистая • Кусочек стебля этого вида (без ядра) пересадить на нижнюю часть стебля А. mediterranea (с ядром A. mediterranea) • на верхушке стебля образуется новая шляпка, но форма ее A. mediterranea. 41

42

Ядро одно на клетку (иногда многоядерные клетки). Ядро состоит из • хроматина (хромосом) • ядрышка • продуктов синтетической активности (перихроматиновые гранулы и фибриллы) • ядерного белка (матрикс) • кариоплазма (нуклеоплазма) • ядерная оболочка - отделяет ядро от цитоплазмы 43

Строение ядра • двойная мембрана • Полость ядерной оболочки - перинуклеарное пространство • Внутренняя поверхность ядерной оболочки подстилается ядерной ламиной, жёсткой белковой структурой • белки-ламины - прикрепление нитей хромосомной ДНК • Ламины прикрепляются к внутренней мембране ядерной оболочки при помощи заякоренных в ней трансмембранных белков — рецепторов ламинов. 45

Строение ядра • внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются - ядерные поры, - материальный обмен между ядром и цитоплазмой. • Пора имеет сложную структуру, организованную несколькими десятками специализированных белков — нуклеопоринов. • восемь связанных между собой белковых гранул с внешней и столько же с внутренней стороны ядерной оболочки. 46

Ядрышко • не имеет оболочки • производное хромосомы • локусы с наиболее высокой активностью синтеза РНК • не является самостоятельной структурой • сборка субъединиц рибосом • Субъединицы - выход в цитоплазму - сборка рибосомы - синтез белка