Состав эукариотической клетки: кл. стенка, протопласт, плазмалема, гиалоплазма, ядро, пластиды, митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат гольджи, вакуоли, лизосомы, рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты.
Клеточная стенка — жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции.Протопласт – активное живое содержимое клетки. В состав протопласта входят:плазмалемма – внешняя мембрана протопласта, обладающая свойством полупроницаемости и выполняющая барьерную функцию; гиалоплазма – коллоидный раствор, заполняющий протопласт внутри, создающий среду для прохождения реакций метаболизма; К органеллам клетки относятся: Ядро – двумебранная органелла клетки, заполненная ядерным соком, в котором находятся хроматин (ДНК) и ядрышки (РНК). Функция ядра – реализация генетической программы развития и функционирования клетки и всего организма в целом. Пластиды – двумембранные органеллы клетки, заполненные коллоидным раствором. Выделяют три типа пластид: Хлоропласты –зелёные пластиды, которые встречаются в клетках фотосинтезирующих эукариот. С их помощью происходит фотосинтез.Хлоропласты содержат хлорофилл.Хромопласты – жёлтые, оранжевые или красные пластиды высших растений. Окраска хромопластов обусловлена наличием комбинации липофильных (жирорастворимых) пигментов -каротиноидов.Лейкопласты – бесцветные сферические пластиды в клетках растений. Функция – накопление в строме запасных питательных веществ (белков, липидов, углеводов). Характерны для всех тканей, особенно имеющих запасающую функцию. Митохондрии – двумембранные органеллы клетки, заполненные матриксом, в котором находится ДНК, РНК и рибосомы. Внутренняя мембрана образует складки – кристы. Основная функция митохондрий – разрушение органических соединений до углекислого газа и водорода воды, и соединение АДФ с мол. фосфорной кислоты в АТФ. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – одномембранная органелла в виде системы взаимосвязанных мембранных плоских цистерн и трубочек. Выполняет функцию транспорта веществ внутри системы. Из мембран ЭПС в протопласте образуются органеллы: Аппарат Гольджи – одномембранная органелла, состоящая из нескольких плоских мембранных пузырьков – диктиосом Функция аппарата Гольджи – выделительная. Вакуоли – одномембранные пузырьки, образованные ЭПС или аппаратом Гольджи. В зависимости от функций веществ, заполняющих вакуоли, их делят на: Лизосомы – вакуоли, заполненныеферментами, разрушающими ненужные клетке макромолекулы и неработающие органеллы; Рибосомы – безмембранные органеллы, состоящие из молекул РНК и белка. Выполняют функцию синтеза белка из аминокислот. Микротрубочки – органеллы в виде трубочек. Выполняют в клетке опорную функцию (служат опорой для всех органелл протопласта, обеспечивают их перемещение по клетке и поддерживают форму протопласта). Микрофиламенты – органелла в виде тяжей, образованных белком актином. Функция – создание тока гиалоплазмы по клетке. Вместе с микротрубочками образует опорную структуру клетки –цитоскелет.
Биологические мембраны – сложные надмолекулярные структуры, окружающие все живые клетки и образующие в них замкнутые органеллы. Мембрану, ограничивающую цитоплазму клетки снаружи, осуществляющую контакт с другими клетками, получение, обработку и передачу информации внутрь клетки, поддержание постоянства внутренней среды, называют цитоплазматической или плазматической мембраной. В каждой клетке есть плазматическая мембрана, которая ограничивает содержимое клетки от наружней среды, и внутренние мембраны, которые формируют различные органоиды клетки (митохондрии, органоиды, лизосомы и т.п.) Так же различают :Ядерные мембраны (внешняя и внутренняя) – образуют ядерную оболочку, которая отделяет хромосомный материал от цитоплазматических органелл; через поры ядерной оболочки происходит транспорт белков и нуклеиновых кислот в ядро и из ядра.
Митохондриальные мембраны – осуществляют преобразование энергии в ходе окислительного фосфорилирования, синтез АТФ. Лизосомальные мембраны – ограничивают гидролитические ферменты от цитоплазмы клетки, препятствуют самоперевариванию клеток, способствуют поддержанию постоянства рН среды в лизосомах. Мембраны эндоплазматического ретикулума – принимают участие в образовании новых мембран, осуществляют синтез белков, липидов. Мембраны состоят из липидов, белков и углеводов. Липиды составляют в среднем 40% сухой массы мембран. Среди них преобладают фосфолипиды (до 80%). Основным функциональным компонентом биологических мембран являются белки. Но только образовав прочные комплексы с липидами, они способны проявлять активность. Поверхностные белки (около 30% от общего количества мембранных белков) размещены на наружной и внутренней поверхностях мембран и связанные с последними электрическими силами непосредственно или через двухвалентные катионы, преимущественно Са2 + и Mg2 +. Они легко отделяются от мембран после разрушения клеток. Внутренние белки (почти 70% общего количества мембранных белков) погружены в двойной слой липидов на разную глубину, а в некоторых случаях пересекают мембрану насквозь. Такие белки связывают обе поверхности мембраны. Углеводы входят в состав мембран не самостоятельно, а образуют комплексы с белками или липидами.
Клеточная стенка — жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции. Клетку без клеточной стенки называют протопластом. Протопласт окружен мембраной – плазмалеммой. Дочерние клетки вначале бывают окружены только срединной пластиной,на которую протопласт откладвает со своей стороны целлюлозу и пектиновые вещества,которые образуют первичную клеточную стенку. После прекращения роста клетки на первичную клеточную стенку изнутри откладываются новые слои вещества и образуется вторичная клеточная стенка,придающая клетке жесткость и прочность.
Химические компоненты клеточной стенки можно разделить на основные(целлюлоза, пектиновые вещества, гемицеллюлоза, белки, липиды), инкрустирующие (внутри клетки -лигнин,суберин) и адкрустирующие(откладываются на её поверхность - кутин,воска). Ионы двухвалентных металлов могут обмениваться на другие катионы (Н-, К+ и т. д.). Это обусловливает катионообменную способность клеточных оболочек.
Функции клеточных стенок растений: 1. Клеточные стенки обеспечивают механическую прочность и опору. 2. Относительная жесткость клеточных стенок и сопротивление растяжению обусловливают тургесцентность клеток, когда в них осмотическим путем поступает вода (усиливает опорную ф-ю). 3. Ориентация целлюлозных микрофибрилл ограничивает и регулирует как рост, так и форму клеток, т.к от их расположения зависит способность клеток к растяжению. 4. Система связанных друг с другом клеточных стенок служит главным путем, по которому передвигаются вода и растворенные в ней питательные вещества. Клеточные стенки скреплены м/у собой срединными пластинками. В стенках имеются небольшие поры, сквозь которые проходят тяжи, называемые плазмодесмами. 5. Кутикула и обпробковение (образующееся после пропитывания суберином) снижают потери воды и уменьшают риск проникновения в растение болезнетворных организмов.
Компартментация-разделение протопласта мембранами на изолированные отсеки-компартменты-разделенные специализированные участки, различающиеся по степени активности содержащихся в них метаболитов и ферментов, которые регулируют их превращение. В растительной клетке 3 основных компартмента: свободное пространство, цитоплазма, вакуоль. В свободном пространстве находятся сахара. В цитоплазме в сферосомах происходит синтез жиров, в центральной части-органические кислоты, алкалоиды. В цитоплазме находятся многочисленные органеллы (мембранные или немебранные-рибосомы), могут играть роль реакционных отсеков.
Белки— высокомолекулярные органические вещества, состоящие из остатков аминокислот.
Первичной структурой белков называется линейная полипептидная цепь из аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Первичная структура - простейший уровень структурной организации белковой молекулы. Вторичная структура представляет собой способ укладки полипептидной цепи в упорядоченную структуру благодаря образованию водородных связей между пептидными группами одной цепи или смежными полипептидными цепями. По конфигурации вторичные структуры делятся на спиральные (α-спираль) и слоисто-складчатые (β-структура и кросс-β-форма). Третичная – глобула (шарик). Четыре типа связей: дисульфидная (серный мостик) сильная, остальные три (ионные, гидрофобные, водородные) – слабые. Форма глобулы у каждого белка своя, от нее зависят функции. При денатурации форма глобулы меняется, и это сказывается на работе белка. Четвертичная – имеется не у всех белков. Состоит из нескольких глобул, соединенных между собой теми же связями, что и в третичной структуре. (Например, гемоглобин.). Функции: Строительная-белки входят в состав клеточных мембран (липопротеины, гликопротеины), волос (кератин), сухожилий (коллаген) и т.д,Транспортная-перенос в-в,Защитная,Энергетическая- При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Сначала белки распадаются до аминокислот, а затем до конечных продуктов — воды, углекислого газа и аммиака, Каталитическая-ускорение реакций
Углеводы – это группа органических веществ с общей формулой (СН2О)n, т.е. в их состав входят только кислород, углерод и водород. Углеводы имеют намного более простое строение, чем белки. Углеводы делятся на 3 больших класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды – это простые углеводы, не имеющие полимерного строения. Молекулы моносахаридов могут содержать разное число атомов углерода: 3 ( триозы), 4 (тетрозы), 5 (пентозы), 6 (гексозы), из них растениях наиболее распространены триозы, пентозы и гексозы.
Триозы имеют общую формулу С3Н6О3; триоз существует всего две – глицеральдегид и дигидроксиацетон. Эти сахара являются промежуточными продуктами в процессе гликолиза при дыхании. Пентозы имеют общую формулу С5Н10О5. Из пентоз наиболее важны рибоза и дезоксирибоза, т.к. они входят в состав нуклеиновых кислот: дезоксирибоза – в состав ДНК, рибоза – в состав РНК, а также некоторых других важных веществ – НАД, НАДФ, ФАД и АТФ. Гексозы имеют общую формулу С6Н12О6. Из гексоз в растении наиболее распространены глюкоза и в меньшей степени – фруктоза. Дисахариды – это сахара, молекулы которых образуются из 2 молекул моносахаридов в результате реакции конденсации, т.е. соединения молекул моносахаридов с выделением воды. Например, молекула дисахарида сахарозы состоит из остатка глюкозы и остатка фруктозы:
С6Н12О6 + С6Н12О6 → С12Н22О11 + Н2О
Полисахариды – это полимеры, образующиеся путем конденсации множества молекул моносахаридов. В растениях полисахариды выполняют 2 функции – структурную и запасающую.
1. Структурные полисахариды. Полисахариды удобны для использования в качестве структурных веществ по 2 причинам:- они имеют длинные прочные молекулы; - полисахариды химически малоактивны, поэтому образующиеся из них структуры устойчивы к различным внешним воздействиям (целлюлоза и гемицеллюлоза).
2. Запасные полисахариды. Полисахариды удобны для использования в качестве запасных веществ по 2 причинам:- большой размер молекул полисахаридов делает их нерастворимыми в воде, а значит – они не оказывают на клетку химического или осмотического воздействия; - полисахариды легко превратить в моносахариды путем гидролиза.
Углеводы имеют важное значение в жизни растений, так как с их помощью происходит фотосинтез. Углеводы выполняют функции своеобразных накопителей органических веществ, с помощью которых образуются другие элементы и вещества. Углеводы – основа для клеточных оболочек.
Нуклеиновые кислоты — биологические полимерные молекулы, хранящие всю информацию об отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению.
Нуклеиновые кислоты содержатся во всех живых организмах и выполняют сохранение, воспроизведения, реализацию и передачу генетической информации в ряде поколений. Существуют два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Они отличаются химическим строением и биологическими свойствами. В клетках прокариотов и эукариотов содержатся обе нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), вирусы имеют лишь одну из них (ДНК или РНК).
В состав нуклеиновых кислот входят углерод, кислород, водород, азот и фосфор. ДНК и РНК в клетке имеют различную локализацию. ДНК находится преимущественно в ядре, входит в состав хроматина, сосредоточена в хромосомах. ДНК также входит в состав органоидов цитоплазмы; митохондрий, центросом и пластид. Основные хранители РНК — ядрышки, рибосомы, расположенные в цитоплазме. Нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, мономерами которых служат нуклеотиды. В каждый нуклеотид входит молекула фосфорной кислоты, моносахарида (рибозы или дезоксирибозы) и одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) или урацил (У).
Основная биологическая функция ДНК заключается в хранении, постоянном самовозобновлении, самовоспроизведении (репликации) и передаче генетической (наследственной) информации в клетке.
Различают три вида РНК: иРНК - информационная - несёт закокодированную информацию о ДНК в рибосомы. тРНК - транспортная - переносит аминокислоты в место синтеза белков. рРНК - рибосомная - производит синтез белка
Ферменты, или энзимы, — особый класс белков, являющихся биологическими катализаторами. Благодаря ферментам биохимические реакции протекают с огромной скоростью. Скорость ферментативных реакций в десятки тысяч выше скорости реакций, идущих с участием неорганических катализаторов. Вещество, на которое оказывает свое действие фермент, называют субстратом.
Ферменты — глобулярные белки, по особенностям строения ферменты можно разделить на две группы: простые и сложные. Простые ферменты являются простыми белками, т.е. состоят только из аминокислот. Сложные ферменты являются сложными белками, т.е. в их состав помимо белковой части входит группа небелковой природы — кофактор. У некоторых ферментов в качестве кофакторов выступают витамины. В молекуле фермента выделяют особую часть, называемую активным центром. Активный центр — небольшой участок фермента (от трех до двенадцати аминокислотных остатков), где и происходит связывание субстрата или субстратов с образованием фермент-субстратного комплекса. По завершении реакции фермент-субстратный комплекс распадается на фермент и продукт (продукты) реакции.
Скорость ферментативных реакций зависит от: 1) температуры, 2) концентрации фермента, 3) концентрации субстрата, 4) рН. Большинство ферментов может работать только при температуре от 0 до 40 °С. При температуре выше 40 °С белок подвергается денатурации и активность фермента падает. Увеличение концентрации фермента приводит к усилению каталитической активности, так как в единицу времени преобразованиям подвергается большее количество молекул субстрата. При резких сдвигах рН фермент денатурирует.
Если вещества ускоряют реакцию, они называются активаторами, если тормозят — ингибиторами.