Клетката е основната елементарна единица на всички живи същества, следователно всички свойства на живите организми са присъщи на нея: силно подредена структура, получаваща енергия отвън и я използва за извършване на работа и поддържане на ред, метаболизъм, активен отговор до стимулиране, растеж, развитие, възпроизвеждане, дублиране и предаване на биологична информация на потомци, регенерация (възстановяване на увредени структури), адаптация към околната среда.

В средата на 19 век немският учен Т. Шван създава клетъчна теория, чиито основни положения сочат, че всички тъкани и органи са съставени от клетки; растителните и животинските клетки са фундаментално подобни една на друга, всички те възникват по един и същи начин; дейността на организмите е сумата от жизнената активност на отделните клетки. Големият немски учен Р. Вирхов оказва голямо влияние върху по-нататъшното развитие на клетъчната теория и като цяло върху теорията на клетката. Той не само събра всички многобройни различни факти, но и убедително показа, че клетките са постоянна структура и възникват само чрез възпроизвеждане.

Клетъчната теория в съвременната си интерпретация включва следните основни положения: клетката е универсална елементарна единица на живото; клетките на всички организми са фундаментално сходни по своята структура, функция и химичен състав; клетките се възпроизвеждат само чрез разделяне на оригиналната клетка; многоклетъчните организми са сложни клетъчни групи, които образуват интегрални системи.

Благодарение на съвременните методи на изследване, два основни типа клетки: по-сложно организирани, силно диференцирани еукариотни клетки (растения, животни и някои протозои, водорасли, гъби и лишеи) и по-малко сложно организирани прокариотни клетки (синьо-зелени водорасли, актиномицети, бактерии, спирохети, микоплазми, рикетсии, хламидии).

За разлика от прокариотната, еукариотната клетка има ядро, ограничено от двойна ядрена мембрана, и голям брой мембранни органели.

ВНИМАНИЕ!

Клетката е основната структурна и функционална единица на живите организми, осъществяваща растеж, развитие, метаболизъм и енергия, съхранява, обработва и реализира генетична информация. От гледна точка на морфологията, клетката е сложна система от биополимери, отделена от външната среда с плазмена мембрана (плазмолема) и състояща се от ядро ​​и цитоплазма, в която са разположени органели и включвания (гранули).

Какви клетки има?

Клетките са разнообразни по своята форма, структура, химичен състав и естество на метаболизма.

Всички клетки са хомоложни, т.е. имат редица общи структурни характеристики, от които зависи изпълнението на основните функции. Клетките се характеризират с единство на структура, метаболизъм (метаболизъм) и химичен състав.

В същото време различните клетки също имат специфични структури. Това се дължи на изпълнението на специални функции от тях.

Клетъчна структура

Ултрамикроскопска клетъчна структура:

1 - цитолема (плазмена мембрана); 2 - пиноцитни везикули; 3 - центрозомен клетъчен център (цитоцентър); 4 - хиалоплазма; 5 - ендоплазмен ретикулум: а - мембрана на гранулирания ретикулум; б - рибозоми; 6 - връзка на перинуклеарното пространство с кухините на ендоплазмения ретикулум; 7 - ядро; 8 - ядрени пори; 9 - незърнест (гладък) ендоплазмен ретикулум; 10 - нуклеол; 11 - вътрешен мрежест апарат (комплекс на Голджи); 12 - секреторни вакуоли; 13 - митохондрия; 14 - липозоми; 15 - три последователни етапа на фагоцитоза; 16 - връзка на клетъчната мембрана (цитолема) с мембраните на ендоплазмения ретикулум.

Клетъчна химия

Клетката съдържа повече от 100 химични елемента, четири от тях представляват около 98% от масата, това са органогени: кислород (65-75%), въглерод (15-18%), водород (8-10%) и азот (1, 5-3,0%). Останалите елементи са разделени на три групи: макронутриенти – съдържанието им в организма надвишава 0,01%); микроелементи (0,00001-0,01%) и ултрамикроелементи (по-малко от 0,00001).

Макронутриентите включват сяра, фосфор, хлор, калий, натрий, магнезий, калций.

Към микроелементите - има желязо, цинк, мед, йод, флуор, алуминий, мед, манган, кобалт и др.

Ултрамикроелементи - селен, ванадий, силиций, никел, литий, сребро и нагоре. Въпреки много ниското си съдържание, микроелементите и ултра микроелементите играят много важна роля. Те засягат основно метаболизма. Без тях нормалното функциониране на всяка клетка и на организма като цяло е невъзможно.

Клетката се състои от неорганични и органични вещества. Сред неорганичните, най-голямото количество вода. Относителното количество вода в клетката е 70 до 80%. Водата е универсален разтворител, в нея протичат всички биохимични реакции в клетката. С участието на вода се извършва регулиране на топлината. Веществата, които се разтварят във вода (соли, основи, киселини, белтъчини, въглехидрати, алкохоли и др.), се наричат ​​хидрофилни. Хидрофобните вещества (мазнини и подобни на мазнини) не се разтварят във вода. Други неорганични вещества (соли, киселини, основи, положителни и отрицателни йони) варират от 1,0 до 1,5%.

Сред органичните вещества преобладават протеините (10–20%), мазнините или липидите (1–5%), въглехидратите (0,2–2,0%), нуклеиновите киселини (1–2%). Съдържанието на нискомолекулни вещества не надвишава 0,5%.

Протеиновата молекула е полимер, който се състои от голям брой повтарящи се мономерни единици. Аминокиселинните протеинови мономери (има 20 от тях) са свързани помежду си чрез пептидни връзки, образувайки полипептидна верига (първична протеинова структура). Той се усуква в спирала, образувайки от своя страна вторичната структура на протеина. Поради определена пространствена ориентация на полипептидната верига възниква третична структура на протеина, която определя специфичността и биологичната активност на протеиновата молекула. Няколко третични структури се комбинират помежду си, за да образуват кватернерна структура.

Протеините изпълняват основни функции. Ензимите - биологични катализатори, които увеличават скоростта на химичните реакции в клетката стотици хиляди пъти, са протеини. Протеините, като част от всички клетъчни структури, изпълняват пластична (изграждаща) функция. Движенията на клетките също се осъществяват от протеини. Те осигуряват транспортиране на вещества в клетката, от клетката и вътре в клетката. Защитната функция на протеините (антителата) е важна. Протеините са един от енергийните източници.Въглехидратите се класифицират на монозахариди и полизахариди. Последните са изградени от монозахариди, които, подобно на аминокиселините, са мономери. Сред монозахаридите в клетката най-важни са глюкозата, фруктозата (съдържа шест въглеродни атома) и пентозата (пет въглеродни атома). Пентозите са част от нуклеиновите киселини. Монозахаридите са лесно разтворими във вода. Полизахаридите са слабо разтворими във вода (гликоген в животински клетки, нишесте и целулоза в растителните клетки. Въглехидратите са източник на енергия, сложните въглехидрати, комбинирани с протеини (гликопротеини), мазнини (гликолипиди), участват в образуването на клетъчни повърхности и клетъчни взаимодействия .

Липидите включват мазнини и подобни на мазнини вещества. Мастните молекули са изградени от глицерол и мастни киселини. Веществата, подобни на мазнините, включват холестерол, някои хормони, лецитин. Липидите, които са основният компонент на клетъчните мембрани, по този начин изпълняват строителна функция. Липидите са най-важните източници на енергия. Така че, ако при пълно окисление на 1 g протеин или въглехидрати се отделят 17,6 kJ енергия, то при пълно окисление на 1 g мазнини - 38,9 kJ. Липидите осъществяват терморегулация, защитават органите (мастни капсули).

ДНК и РНК

Нуклеиновите киселини са полимерни молекули, образувани от нуклеотидни мономери. Нуклеотидът се състои от пуринова или пиримидинова основа, захар (пентоза) и остатък на фосфорна киселина. Във всички клетки има два вида нуклеинови киселини: дезоксирибонулеинова (ДНК) и рибонуклеинова (РНК), които се различават по състава на основите и захарите.

Пространствена структура на нуклеиновите киселини:

(съгласно B. Alberts et al., с поправките) I - РНК; II - ДНК; ленти - захарно-фосфатни гръбнаци; A, C, G, T, U - азотни основи, решетки между тях - водородни връзки.

ДНК молекула

Молекулата на ДНК се състои от две полинуклеотидни вериги, усукани една около друга под формата на двойна спирала. Азотните бази на двете вериги са свързани помежду си чрез комплементарни водородни връзки. Аденинът се комбинира само с тимин, а цитозинът с гуанин (A - T, G - C). ДНК съдържа генетична информация, която определя специфичността на протеините, синтезирани от клетката, тоест последователността на аминокиселините в полипептидната верига. ДНК наследява всички свойства на клетката. ДНК се намира в ядрото и митохондриите.

РНК молекула

Молекулата на РНК се образува от единична полинуклеотидна верига. Има три вида РНК в клетките. Информационна или месинджърна РНК тРНК (от английски messenger - "посредник"), която пренася информация за нуклеотидната последователност на ДНК в рибозоми (виж по-долу). Транспортна РНК (tRNA), която пренася аминокиселини до рибозомата. Рибозомна РНК (рРНК), която участва в образуването на рибозоми. РНК се намира в ядрото, рибозомите, цитоплазмата, митохондриите, хлоропластите.

Състав на нуклеинова киселина.

клетка

От гледна точка на концепцията за живите системи според А. Ленингер.

Живата клетка е изотермична система от органични молекули, способни да се саморегулират и самовъзпроизвеждат, извличайки енергия и ресурси от околната среда.

В клетката протичат голям брой последователни реакции, чиято скорост се регулира от самата клетка.

Клетката се поддържа в стационарно динамично състояние, далеч от равновесие с околната среда.

Клетките функционират на принципа на минимална консумация на компоненти и процеси.

Че. клетката е елементарна жива отворена система, способна на самостоятелно съществуване, възпроизвеждане и развитие. Той е елементарна структурна и функционална единица на всички живи организми.

Химичен състав на клетките.

От 110 елемента на периодичната система на Менделеев, 86 се намират постоянно присъстващи в човешкото тяло. 25 от тях са необходими за нормалния живот, като 18 от тях са абсолютно необходими, а 7 са полезни. В зависимост от процента в клетката, химичните елементи са разделени на три групи:

Макроелементи Основните елементи (органогени) са водород, въглерод, кислород, азот. Концентрация: 98 - 99,9%. Те са универсални компоненти на органичните съединения на клетката.

Микроелементи - натрий, магнезий, фосфор, сяра, хлор, калий, калций, желязо. Тяхната концентрация е 0,1%.

Ултрамикроелементи - бор, силиций, ванадий, манган, кобалт, мед, цинк, молибден, селен, йод, бром, флуор. Влияят върху метаболизма. Отсъствието им е причина за заболявания (цинк - захарен диабет, йод - ендемична гуша, желязо - пернициозна анемия и др.).

Съвременната медицина знае фактите за отрицателното взаимодействие на витамини и минерали:

Цинкът намалява усвояването на медта и се конкурира за усвояването с желязо и калций; (а дефицитът на цинк причинява отслабване на имунната система, редица патологични състояния от страна на жлезите с вътрешна секреция).

Калцият и желязото намаляват усвояването на манган;

Витамин Е е лошо комбиниран с желязо, а витамин С с витамини от група В.

Положително взаимно влияние:

Витамин Е и селенът, както и калцият и витамин К действат синергично;

Витамин D е необходим за усвояването на калция;

Медта насърчава усвояването и повишава ефективността на оползотворяването на желязо в организма.

Неорганични компоненти на клетката.

Вода- най-важният компонент на клетката, универсалната дисперсионна среда на живата материя. Активните клетки на земните организми са 60 - 95% вода. В покойни клетки и тъкани (семена, спори) водата е 10 - 20%. Водата в клетката е в две форми – свободна и свързана с клетъчни колоиди. Свободната вода е разтворител и дисперсионна среда на колоидната система на протоплазмата. Неговите 95%. Свързаната вода (4 - 5%) от цялата клетъчна вода образува крехки водородни и хидроксилни връзки с протеините.

Свойства на водата:

Водата е естествен разтворител за минерални йони и други вещества.

Водата е дисперсната фаза на колоидната система на протоплазмата.

Водата е среда за реакциите на клетъчния метаболизъм, т.к физиологичните процеси протичат в изключително водна среда. Осигурява реакции на хидролиза, хидратация, подуване.

Участва в много ензимни реакции на клетката и се образува в процеса на метаболизма.

Водата е източник на водородни йони по време на фотосинтезата в растенията.

Биологично значение на водата:

Повечето биохимични реакции протичат само във воден разтвор, много вещества влизат и се отстраняват от клетките в разтворен вид. Това характеризира транспортната функция на водата.

Водата осигурява реакции на хидролиза - разграждането на протеини, мазнини, въглехидрати под действието на водата.

Благодарение на високата топлина на изпарение тялото се охлажда. Например, изпотяване при хора или транспирация при растения.

Високият топлинен капацитет и топлопроводимостта на водата допринасят за равномерното разпределение на топлината в клетката.

Поради силите на сцепление (вода - почва) и сцепление (вода - вода), водата има свойството на капилярност.

Несвиваемостта на водата определя напрегнатото състояние на клетъчните стени (тургор), хидростатичния скелет при кръглите червеи.

клетка- елементарна единица на живота на Земята. Той има всички характеристики на жив организъм: расте, размножава се, обменя вещества и енергия с околната среда и реагира на външни стимули. Началото на биологичната еволюция е свързано с появата на клетъчни форми на живот на Земята. Едноклетъчните организми са клетки, които съществуват отделно една от друга. Тялото на всички многоклетъчни организми – животни и растения – е изградено от повече или по-малко клетки, които са един вид градивни елементи, изграждащи сложен организъм. Независимо дали клетката е интегрална жива система - отделен организъм или само част от него, тя е надарена с набор от характеристики и свойства, общи за всички клетки.

Клетъчна химия

В клетките са открити около 60 елемента от периодичната система на Менделеев, открити в неживата природа. Това е едно от доказателствата за общото между живата и неживата природа. В живите организми, най-често срещаните водород, кислород, въглероди азот, които съставляват около 98% от клетъчната маса. Това се дължи на особеностите на химичните свойства на водорода, кислорода, въглерода и азота, в резултат на което те се оказват най-подходящи за образуването на молекули, които изпълняват биологични функции. Тези четири елемента са способни да образуват много силни ковалентни връзки чрез сдвояване на електрони, принадлежащи на два атома. Ковалентно свързаните въглеродни атоми могат да образуват гръбнаците на безброй различни органични молекули. Тъй като въглеродните атоми лесно образуват ковалентни връзки с кислород, водород, азот, а също и със сяра, органичните молекули постигат изключителна сложност и структурно разнообразие.

В допълнение към четирите основни елемента, клетката в забележими количества (10-та и 100-та част от процента) съдържа желязо, калий, натрий, калций, магнезий, хлор, фосфори сяра... Всички останали елементи ( цинк, медни, йод, флуор, кобалт, мангани други) се намират в клетката в много малки количества и затова се наричат ​​микроелементи.

Химическите елементи са част от неорганични и органични съединения. Неорганичните съединения включват вода, минерални соли, въглероден диоксид, киселини и основи. Органичните съединения са протеини, нуклеинова киселина, въглехидрати, мазнини(липиди) и липоиди.

Някои протеини съдържат сяра... Неразделна част от нуклеиновите киселини е фосфор... Молекулата на хемоглобина включва желязо, магнезийучаства в изграждането на молекула хлорофил... Микроелементите, въпреки изключително ниското им съдържание в живите организми, играят важна роля в жизнените процеси. йодчаст от хормона на щитовидната жлеза - тироксин, кобалт- в състава на витамин B 12, хормонът на островната част на панкреаса - инсулин - съдържа цинк... При някои риби медта заема мястото на желязото в молекулите на пигмента, пренасящи кислород.

Неорганични вещества

Вода

H 2 O е най-разпространеното съединение в живите организми. Съдържанието му в различните клетки варира в доста широк диапазон: от 10% в емайла на зъбите до 98% в тялото на медуза, но средно е около 80% от телесното тегло. Изключително важната роля на водата за осигуряване на жизненоважни процеси се дължи на нейните физикохимични свойства. Полярността на молекулите и способността да образуват водородни връзки правят водата добър разтворител за огромен брой вещества. Повечето от химичните реакции, протичащи в клетката, могат да се проведат само във воден разтвор. Водата също участва в много химични трансформации.

Общият брой на водородните връзки между водните молекули варира с t °. При т ° топенето на леда разрушава около 15% от водородните връзки, при t ° 40 ° C - половината. При преминаване в газообразно състояние всички водородни връзки се разрушават. Това обяснява високия специфичен топлинен капацитет на водата. Когато температурата на външната среда се промени, водата поглъща или отделя топлина поради разкъсване или ново образуване на водородни връзки. По този начин колебанията в температурата вътре в клетката са по-малки, отколкото в околната среда. Високата топлина на изпаряване е в основата на ефективния механизъм за пренос на топлина в растенията и животните.

Водата като разтворител участва в явленията на осмозата, която играе важна роля в жизнената дейност на телесната клетка. Осмозата е проникване на молекули на разтворителя през полупропусклива мембрана в разтвор на вещество. Полупропускливите мембрани са тези, които позволяват на молекулите на разтворителя да преминават, но не позволяват на молекули (или йони) на разтворено вещество. Следователно, осмозата е еднопосочна дифузия на водни молекули в посока на разтвора.

Минерални соли

Повечето от неорганичните вътрешни клетки са под формата на соли в дисоциирано или твърдо състояние. Концентрацията на катиони и аниони в клетката и в нейната среда не е еднаква. Клетката съдържа доста К и много Na. В извънклетъчната среда, например, в кръвната плазма, в морската вода, напротив, има много натрий и малко калий. Раздразнителността на клетката зависи от съотношението на концентрациите на Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ йони. В тъканите на многоклетъчни животни К е част от многоклетъчно вещество, което осигурява кохезията на клетките и тяхното подредено подреждане. Осмотичното налягане в клетката и нейните буферни свойства до голяма степен зависят от концентрацията на солите. Буферирането е способността на клетката да поддържа леко алкална реакция на съдържанието си на постоянно ниво. Буферирането вътре в клетката се осигурява главно от йоните H 2 PO 4 и HPO 4 2-. В извънклетъчните течности и в кръвта H 2 CO 3 и HCO 3 - играят ролята на буфер. Анионите свързват H йони и хидроксидни йони (OH -), поради което реакцията вътре в клетката на извънклетъчните течности практически не се променя. Неразтворимите минерални соли (например калциев фосфат) осигуряват здравина на костната тъкан на гръбначните животни и черупките на мекотелите.

Клетъчна органична материя

Протеин

Сред органичните вещества на клетката протеините са на първо място както по количество (10 - 12% от общата маса на клетката), така и по стойност. Протеините са високомолекулни полимери (с молекулно тегло от 6000 до 1 милион и повече), мономерите на които са аминокиселини. Живите организми използват 20 аминокиселини, въпреки че има много повече. Всяка аминокиселина съдържа аминогрупа (-NH2), която има основни свойства, и карбоксилна група (-COOH), която има киселинни свойства. Две аминокиселини се комбинират в една молекула чрез установяване на HN-CO връзка с освобождаването на водна молекула. Връзката между аминогрупата на една аминокиселина и карбоксилната група на друга се нарича пептидна връзка. Протеините са полипептиди, съдържащи десетки или стотици аминокиселини. Молекулите на различни протеини се различават една от друга по молекулно тегло, брой, състав на аминокиселини и последователност на тяхното подреждане в полипептидната верига. Следователно е ясно, че протеините са много разнообразни, броят им във всички видове живи организми се оценява на 10 10 - 10 12.

Верига от аминокиселинни връзки, свързани с ковалентни пептидни връзки в специфична последователност, се нарича първична структура на протеин. В клетките протеините са под формата на спирално усукани влакна или топчета (глобули). Това се дължи на факта, че в естествен протеин полипептидната верига се полага по строго определен начин, в зависимост от химичната структура на съставните му аминокиселини.

Първоначално полипептидната верига се навива. Между атомите на съседните вериги възниква привличане и се образуват водородни връзки, по-специално между NH- и CO- групите, разположени на съседни контури. Верига от аминокиселини, усукана в спирала, образува вторичната структура на протеина. В резултат на по-нататъшно нагъване на спиралата възниква конфигурация, специфична за всеки протеин, наречена третична структура. Третичната структура се дължи на действието на кохезионните сили между хидрофобните радикали, присъстващи в някои аминокиселини, и ковалентните връзки между SH-групите на аминокиселината цистеин (S-S връзки). Броят на аминокиселините от хидрофобни радикали и цистеин, както и редът на тяхното подреждане в полипептидната верига са специфични за всеки протеин. Следователно, характеристиките на третичната структура на протеина се определят от неговата първична структура. Протеинът проявява биологична активност само под формата на третична структура. Следователно, заместването дори на една аминокиселина в полипептидната верига може да доведе до промяна в конфигурацията на протеина и до намаляване или загуба на неговата биологична активност.

В някои случаи протеиновите молекули се комбинират помежду си и могат да изпълняват функцията си само под формата на комплекси. По този начин хемоглобинът е комплекс от четири молекули и само в тази форма е способен да свързва и транспортира кислород. Подобни агрегати представляват четвъртичната структура на протеина. По своя състав протеините се делят на два основни класа - прости и сложни. Простите протеини се състоят само от аминокиселини нуклеинови киселини (нуклеотиди), липиди (липопротеини), Me (металопротеини), P (фосфопротеини).

Функциите на протеините в клетката са изключително разнообразни. Една от най-важните е строителната функция: протеините участват в образуването на всички клетъчни мембрани и клетъчни органели, както и вътреклетъчни структури. Ензимната (каталитичната) роля на протеините е изключително важна. Ензимите ускоряват химичните реакции в клетката с 10 ki и 100 не милион пъти. Двигателната функция се осигурява от специални контрактилни протеини. Тези протеини участват във всички видове движения, на които клетките и организмите са способни: мигане на ресничките и биене на жгутици при протозоите, мускулна контракция при животните, движение на листата в растенията и др. Транспортната функция на протеините е да прикрепят химични елементи (например хемоглобинът свързва О) или биологично активни вещества (хормони) и ги пренася в тъканите и органите на тялото. Защитната функция се изразява под формата на производство на специални протеини, наречени антитела, в отговор на проникването на чужди протеини или клетки в тялото. Антителата свързват и неутрализират чужди вещества. Протеините играят важна роля като енергийни източници. С пълно разцепване, 1гр. протеини се отделят 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Въглехидрати

Въглехидрати, или захариди - органични вещества с обща формула (CH 2 O) n. Повечето въглехидрати имат два пъти по-голям брой водородни атоми от водните молекули. Следователно тези вещества се наричат ​​въглехидрати. В жива клетка въглехидратите се намират в количества, ненадвишаващи 1-2, понякога 5% (в черния дроб, в мускулите). Растителните клетки са най-богати на въглехидрати, като тяхното съдържание в някои случаи достига 90% от масата на сухото вещество (семена, картофени клубени и др.).

Въглехидратите са прости и сложни. Простите въглехидрати се наричат ​​монозахариди. В зависимост от броя на въглехидратните атоми в молекулата, монозахаридите се наричат ​​триози, тетрози, пентози или хексози. От шестте въглеродни монозахарида - хексозите - глюкоза, фруктоза и галактоза са най-важни. Глюкоза се намира в кръвта (0,1-0,12%). Пентозите на рибозата и дезоксирибозата са част от нуклеиновите киселини и АТФ. Ако два монозахарида се комбинират в една молекула, такова съединение се нарича дизахарид. Хранителната захар, получена от тръстика или захарно цвекло, се състои от една молекула глюкоза и една молекула фруктоза, млечната захар се състои от глюкоза и галактоза.

Сложните въглехидрати, образувани от много монозахариди, се наричат ​​полизахариди. Мономерът на такива полизахариди като нишесте, гликоген, целулоза е глюкозата. Въглехидратите изпълняват две основни функции: строителна и енергийна. Целулозата образува стените на растителните клетки. Сложният полизахарид хитин служи като основен структурен компонент на външния скелет на членестоноги. Хитинът изпълнява и строителната функция при гъбичките. Въглехидратите играят ролята на основния източник на енергия в клетката. В процеса на окисление на 1 g въглехидрати се отделят 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Нишестето в растенията и гликогенът при животните се отлагат в клетките и служат като енергиен резерв.

Нуклеинова киселина

Значението на нуклеиновите киселини в клетката е много голямо. Особеностите на тяхната химическа структура осигуряват възможност за съхранение, пренос и предаване на информация за структурата на протеиновите молекули, които се синтезират във всяка тъкан на определен етап от индивидуалното развитие чрез наследяване на дъщерните клетки. Тъй като повечето свойства и характеристики на клетките се определят от протеините, ясно е, че стабилността на нуклеиновите киселини е най-важното условие за нормалното функциониране на клетките и цели организми. Всякакви промени в структурата на клетките или активността на физиологичните процеси в тях, като по този начин засягат жизнената дейност. Изучаването на структурата на нуклеиновите киселини е изключително важно за разбирането на унаследяването на черти в организмите и закономерностите на функциониране както на отделните клетки, така и на клетъчните системи – тъкани и органи.

Има 2 вида нуклеинови киселини - ДНК и РНК. ДНК е полимер, състоящ се от две нуклеотидни спирали, затворени по такъв начин, че се образува двойна спирала. Мономерите на ДНК молекулите са нуклеотиди, състоящи се от азотна основа (аденин, тимин, гуанин или цитозин), въглехидрат (дезоксирибоза) и остатък на фосфорна киселина. Азотните бази в молекулата на ДНК са свързани помежду си чрез неравен брой Н-връзки и са подредени по двойки: аденин (А) винаги е срещу тимин (Т), гуанин (G) срещу цитозин (С).

Нуклеотидите са свързани помежду си не случайно, а селективно. Способността за селективно взаимодействие на аденин с тимин и гуанин с цитозин се нарича комплементарност. Комплементарното взаимодействие на определени нуклеотиди се обяснява с особеностите на пространственото подреждане на атомите в техните молекули, което им позволява да се приближават един към друг и да образуват Н-връзки. В полинуклеотидната верига съседните нуклеотиди са свързани чрез захар (дезоксирибоза) и остатък на фосфорна киселина. РНК, подобно на ДНК, е полимер, мономерите на който са нуклеотиди. Азотните бази на трите нуклеотида са същите като тези, които изграждат ДНК (A, G, C); четвъртият - урацил (U) - присъства в молекулата на РНК вместо тимин. РНК нуклеотидите се различават от ДНК нуклеотидите и по структурата на съставящия ги въглехидрат (рибоза вместо дизоксирибоза).

Във веригата на РНК нуклеотидите са свързани чрез образуването на ковалентни връзки между рибозата на един нуклеотид и остатъка от фосфорна киселина на друг. Двете верижни РНК се различават по структура. Двуверижните РНК са пазителите на генетичната информация в редица вируси, т.е. изпълняват функциите на хромозомите. Едноверижните РНК осъществяват трансфера на информация за структурата на протеините от хромозомата до мястото на техния синтез и участват в синтеза на протеини.

Има няколко вида едноверижна РНК. Имената им се дължат на изпълняваната функция или местоположението в клетката. По-голямата част от РНК на цитоплазмата (до 80-90%) е рибозомна РНК (рРНК), съдържаща се в рибозомите. РРНК молекулите са сравнително малки и се състоят средно от 10 нуклеотида. Друг вид РНК (иРНК), който носи информация за последователността на аминокиселините в протеините, които трябва да бъдат синтезирани до рибозомите. Размерът на тези РНК зависи от дължината на ДНК сегмента, в който са били синтезирани. Транспортните РНК изпълняват няколко функции. Те доставят аминокиселини до мястото на протеиновия синтез, „разпознават“ (според принципа на комплементарността) триплета и РНК, съответстващи на прехвърлената аминокиселина, и осъществяват точната ориентация на аминокиселината върху рибозомата.

Мазнини и липиди

Мазнините са съединения на мастни киселини с високо молекулно тегло и глицеролов тривалентен алкохол. Мазнините не се разтварят във вода - те са хидрофобни. Клетката винаги съдържа други сложни хидрофобни вещества, подобни на мазнини, наречени липиди. Една от основните функции на мазнините е енергията. При разделянето на 1 g мазнини до CO 2 и H 2 O се отделя голямо количество енергия - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Съдържанието на мазнини в клетката варира от 5-15% от теглото на сухото вещество. В клетките на жива тъкан количеството мазнини се увеличава до 90%. Основната функция на мазнините в животинския (и отчасти растителен) свят е съхранението.

При пълно окисление на 1 g мазнини (до въглероден диоксид и вода) се освобождават около 9 kcal енергия. (1 kcal = 1000 cal; калория (cal, cal) е несистемна единица за работа и енергия, равна на количеството топлина, необходимо за загряване на 1 ml вода на 1 ° C при стандартно атмосферно налягане от 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ) ... При окисляване (в тялото) 1 g протеини или въглехидрати се освобождават само около 4 kcal / g. В голямо разнообразие от водни организми – от едноклетъчни диатоми до гигантски акули – мазнините плуват, намалявайки средната плътност на тялото. Плътността на животинските мазнини е около 0,91-0,95 g / cm³. Плътността на костите на гръбначните животни е близка до 1,7-1,8 g / cm³, а средната плътност на повечето други тъкани е близо до 1 g / cm³. Ясно е, че за "балансиране" на тежък скелет са необходими много мазнини.

Мазнините и липидите също изпълняват градивна функция: те са част от клетъчните мембрани. Поради лошата си топлопроводимост, мазнините могат да изпълняват защитна функция. При някои животни (тюлени, китове) се отлага в подкожната мастна тъкан, образувайки слой с дебелина до 1 м. Образуването на някои липоиди предхожда синтеза на редица хормони. Следователно тези вещества имат и функцията да регулират метаболитните процеси.

Биологията на клетката обикновено е известна на всеки от училищните програми. Каним ви да си спомните това, което някога сте научили, както и да откриете нещо ново за нея. Името "клетка" е предложено още през 1665 г. от англичанина Р. Хук. Едва през 19 век обаче започва да се изучава системно. Учените се интересуваха, наред с други неща, и ролята на клетката в тялото. Те могат да бъдат в състава на много различни органи и организми (яйца, бактерии, нерви, еритроцити) или да бъдат самостоятелни организми (протозои). Въпреки цялото им разнообразие, има много общо във функциите и структурата им.

Клетъчни функции

Всички те са различни по форма и често по функция. Клетките от тъкани и органи на един и същи организъм могат да се различават доста силно. Клетъчната биология обаче разграничава функции, които са присъщи на всичките им разновидности. Тук винаги се извършва синтеза на протеини. Този процес се контролира.Клетка, която не синтезира протеини, по същество е мъртва. Жива клетка е тази, чиито компоненти непрекъснато се променят. Въпреки това, основните класове вещества остават непроменени.

Всички процеси в клетката се извършват с помощта на енергия. Това са хранене, дишане, размножаване, метаболизъм. Следователно жива клетка се характеризира с факта, че в нея се извършва непрекъснат обмен на енергия. Всеки от тях има общо най-важно свойство – способността да съхранява енергия и да я изразходва. Други функции включват разделение и раздразнителност.

Всички живи клетки могат да реагират на химически или физически промени в околната среда. Това свойство се нарича възбудимост или раздразнителност. В клетките, когато са възбудени, скоростта на разпадане на веществата и биосинтеза, температурата и консумацията на кислород се променят. В това състояние те изпълняват присъщите им функции.

Клетъчна структура

Структурата му е доста сложна, въпреки че се счита за най-простата форма на живот в такава наука като биологията. Клетките са разположени в междуклетъчното вещество. Осигурява им дишане, хранене и механична здравина. Ядрото и цитоплазмата са основните градивни елементи на всяка клетка. Всеки от тях е покрит с мембрана, градивният елемент за която е молекула. Биологията е установила, че мембраната е съставена от много молекули. Подредени са на няколко слоя. Благодарение на мембраната веществата проникват избирателно. В цитоплазмата са органели - най-малките структури. Това са ендоплазмения ретикулум, митохондрии, рибозоми, клетъчен център, комплекс на Голджи, лизозоми. Ще имате по-добро разбиране за това как изглеждат клетките, като изучите чертежите, представени в тази статия.

Мембрана

Ендоплазмения ретикулум

Този органоид е наречен така, защото се намира в централната част на цитоплазмата (от гръцки думата "ендон" се превежда като "вътре"). EPS е много разклонена система от везикули, тубули, тубули с различни форми и размери. Те са отделени от мембрани.

Има два вида EPS. Първият е гранулиран, който се състои от цистерни и тубули, чиято повърхност е осеяна с гранули (зърна). Вторият тип EPS е гранулиран, тоест гладък. Granas са рибозоми. Любопитно е, че в клетките на животински ембриони се наблюдава предимно гранулиран EPS, докато при възрастни форми обикновено е агранулиран. Както знаете, рибозомите са мястото на протеинов синтез в цитоплазмата. Въз основа на това може да се предположи, че гранулираният EPS се среща предимно в клетки, където се осъществява синтеза на активен протеин. Смята се, че агрануларната мрежа е представена главно в онези клетки, където се извършва активен синтез на липиди, тоест мазнини и различни мастноподобни вещества.

И двата вида EPS не просто участват в синтеза на органични вещества. Тук тези вещества се натрупват и също се транспортират до необходимите места. EPS също така регулира метаболизма, който се случва между околната среда и клетката.

Рибозоми

митохондриите

Енергийните органели включват митохондриите (на снимката по-горе) и хлоропластите. Митохондриите са един вид енергийна станция във всяка клетка. Именно в тях енергията се извлича от хранителните вещества. Митохондриите са с променлива форма, но най-често са гранули или филаменти. Техният брой и размер не са постоянни. Зависи каква е функционалната активност на конкретна клетка.

Ако погледнете електронна микрография, можете да видите, че митохондриите имат две мембрани: вътрешна и външна. Вътрешната образува израстъци (кристи), покрити с ензими. Поради наличието на кристи общата митохондриална повърхност се увеличава. Това е важно, за да протича активно дейността на ензимите.

В митохондриите учените са открили специфични рибозоми и ДНК. Това позволява на тези органели да се размножават независимо по време на клетъчното делене.

Хлоропласти

Що се отнася до хлоропластите, по форма това е диск или сфера с двойна обвивка (вътрешна и външна). Вътре в този органоид има също рибозоми, ДНК и грана - специални мембранни образувания, свързани както с вътрешната мембрана, така и помежду си. Хлорофилът се намира именно в гран мембраните. Благодарение на него енергията на слънчевата светлина се превръща в химическа енергия аденозин трифосфат (АТФ). В хлоропластите се използва за синтеза на въглехидрати (образувани от вода и въглероден диоксид).

Съгласете се, информацията, представена по-горе, трябва да знаете не само, за да преминете теста по биология. Клетката е строителният материал, от който е направено нашето тяло. И цялата жива природа е сложна колекция от клетки. Както можете да видите, има много компоненти, които се открояват в тях. На пръв поглед може да изглежда, че изучаването на структурата на клетката не е лесна задача. Ако погледнете обаче, тази тема не е толкова трудна. Необходимо е да го знаете, за да сте добре запознати с такава наука като биологията. Съставът на клетката е една от основните й теми.

Както всички живи същества, човешкото тяло се състои от клетки. Поради клетъчната структура на тялото са възможни неговият растеж, размножаване, възстановяване на увредените органи и тъкани и други форми на активност. Формата и размерът на клетките са различни и зависят от функцията, която изпълняват.

Във всяка клетка се разграничават две основни части - цитоплазмата и ядрото, цитоплазмата от своя страна съдържа органели - най-малките клетъчни структури, които осигуряват нейната жизнена активност (митохондрии, рибозоми, клетъчен център и др.). В ядрото, преди клетъчното делене, се образуват специални нишковидни тела - хромозоми. Отвън клетката е покрита с мембрана, която разделя една клетка от друга. Пространството между клетките е запълнено с течно междуклетъчно вещество. Основната функция на мембраната е, че осигурява селективното навлизане на различни вещества в клетката и отстраняването на метаболитните продукти от нея.

Клетките на човешкото тяло са изградени от различни неорганични (вода, минерални соли) и органични вещества (въглехидрати, мазнини, протеини и нуклеинови киселини).

Въглехидратите се състоят от въглерод, водород и кислород; много от тях са лесно разтворими във вода и са основни източници на енергия за осъществяване на жизненоважни процеси.

Мазнините се образуват от същите химични елементи като въглехидратите; те са неразтворими във вода. Мазнините са част от клетъчните мембрани и също така служат като основен източник на енергия в тялото.

Протеините са основните градивни елементи на клетките. Структурата на протеините е сложна: протеиновата молекула е голяма и представлява верига, състояща се от десетки и стотици по-прости съединения - аминокиселини. Много протеини служат като ензими, които ускоряват протичането на биохимичните процеси в клетката.

Нуклеиновите киселини, произведени в клетъчното ядро, се състоят от въглерод, кислород, водород и фосфор. Има два вида нуклеинови киселини:

1) дезоксирибонуклеиновата (ДНК) се намират в хромозомите и определят състава на клетъчните протеини и прехвърлянето на наследствени черти и свойства от родителите на потомството;

2) рибонуклеинова киселина (РНК) - свързана с образуването на протеини, характерни за тази клетка.

ФИЗИОЛОГИЯ НА КЛЕТКАТА

Живата клетка има редица свойства: способност за метаболизиране и възпроизвеждане, раздразнителност, растеж и подвижност, въз основа на които се осъществяват функциите на целия организъм.

Цитоплазмата и клетъчното ядро ​​са съставени от вещества, които влизат в тялото през храносмилателната система. В процеса на храносмилане настъпва химическо разлагане на сложни органични вещества с образуването на по-прости съединения, които се внасят в клетката с кръвта. Енергията, освободена при химическо разпадане, се използва за поддържане на жизнената активност на клетките. В процеса на биосинтеза простите вещества, влизащи в клетката, се преработват в нея в сложни органични съединения. Отпадните продукти - въглероден диоксид, вода и други съединения - кръвта пренася от клетката до бъбреците, белите дробове и кожата, които ги освобождават във външната среда. В резултат на такъв метаболизъм съставът на клетките непрекъснато се обновява: някои вещества се образуват в тях, други се разрушават.

Клетката, като елементарна единица на жива система, има раздразнителност, тоест способност да реагира на външни и вътрешни влияния.

Повечето клетки в човешкото тяло се размножават чрез непряко делене. Преди деленето всяка хромозома се завършва от веществата, присъстващи в ядрото, и се удвоява.

Процесът на непряко делене се състои от няколко фази.

1. Увеличаване на обема на сърцевината; разделяне на хромозомите на всяка двойка една от друга и тяхното разпръскване в клетката; образуване от клетъчния център на вретеното на деленето.

2. Подреждане на хромозомите една спрямо друга в равнината на клетъчния екватор и закрепване на нишките на вретеното към тях.

3. Дивергенция на сдвоени хромозоми от центъра към противоположните полюси на клетката.

4. Образуването на две ядра от отделените хромозоми, поява на стеснение, а след това и преграда върху тялото на клетката.

В резултат на такова разделение се осигурява точно разпределение на хромозомите - носители на наследствени белези и свойства на организма - между двете дъщерни клетки.

Клетките могат да растат чрез увеличаване на обема си, а някои имат способността да се движат.