Биология клетки. Какие виды лизосом в эукариотической клетке существуют и их функциональное значение
 Скачать 0.71 Mb.
|
|
Экзаменационные вопросы по биологии. Биология клетки.
Лизосома. Это пузырёк диаметром 0,2 - 0,5 мкм, покрытый однослойной мемб¬раной. Эта мембрана предохраняет структуры и вещества клетки от разрушающих действий ферментов лизосом. При нарушений её целостнос¬ти ферменты выходят в цитоплазму клетки, и происходит автолиз – са¬мопереваривание клетки. Ферменты лизосом способны расщеплять бел¬ки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды. Функции лизосом: 1. осуществляют внутриклеточное пищеварение; лизосомы – миниа¬тюрная пищеварительная система клетки; 2. удаляют отжившие органоиды клетки или личиночные органы. Так, хвост у головастика лягушек рассасывается под действием фермента лизосом – катепсина; 3. превращают вредные для клетки вещества в перевариваемые про¬дукты; 4. участвуют в защите клетки то бактерий и вирусов (вирусы замуровываются в лизосоме). Образуются лизосомы в комплексе Гольджи: сюда поступают синте¬зированные на рибосомах ферменты, здесь они окружаются мембраной и вы¬водятся в цитоплазму. Это первичные (неактивные) лизосомы. Вторичные (активные) лизосомы образуются из первичных. Они подразделяются на фаголизосомы и аутолизосомы. Фаголизосомы переваривают материал, поступающий в клетку извне. Аутолизосомы разрушают собственные, изношенные структуры клетки. Вторичные лизосомы, в которых процесс переваривания завершён, называются остаточными тельцами. В них отсутствуют ферменты, и содержится непереваренный материал.
1. клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого; 2. клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ; 3. клетки размножаются делением, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; 4. клетки многоклеточных организмов специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; 5. ткани образуют органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции. Вывод. Клетка – живая элементарная открытая система, являющаяся основ¬ной структурно-функциональной единицей всех живых организмов, спо¬собная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
. присуще явление компартментации – с помощью биологических мембран обеспечивается пространственное разделению веществ и процессов в клетке. Отдельный компартмент представлен органеллой или ее частью (пространство, отграниченное внутренней мембраной митохондрии) Высокая упорядоченность внутреннего содержимого эукариотической клетки достигается путем компартментации ее объема — подразделения на «ячейки», отличающиеся деталями химического(ферментного) состава. Компартментация способствует пространственному разделению веществ или процессов в клетке. Отдельный компартмент представлен органеллой (лизосома) или ее частью (пространство, ограниченное внутренней мембраной митохондрии). Важная роль в осуществлении компартментации принадлежит биологическим мембранам, которые выполняют ряд функций: отграничивающую(барьерную), регуляции и обеспечения избирательной проницаемости веществ, образования поверхностей раздела между водной(гидрофильной) и неводной(гидрофобной) фазами с размещением на этих поверхностях определенных ферментных комплексов. Благодаря присутствию липидов (жировых веществ) мембраны формируют гидрофобную внутриклеточную фазу как компартмент для химических реакций в неводной среде. Молекулярный состав мембран, набор соединений и ионов, адсорбированных на их поверхностях неодинаков, что обусловливает их функциональную специализацию. Включение в мембрану молекул рецепторов делает ее восприимчивой к биологически активным соединениям, например, гормонам. Известно несколько схем взаимоотношений в мембране основных химических компонентов — белков и липидов, а также других веществ, адсорбируемых на мембранной поверхности. В настоящее время большей популярностью пользуется точка зрения, согласно которой мембрана составлена из бимолекулярного слоя липидов. Гидрофобные участки их молекул повернуты друг к другу, а гидрофильные находятся на поверхности слоя. Разнообразные белковые молекулы встроены в этот слой или адсорбированы на его поверхностях. Благодаря компартментации клеточного объема в эукариотической клетке наблюдается разделение функций между разными структурами. Одновременно различные органеллы закономерно взаимодействуют друг с другом. Клетки многоклеточных организмов - растительные и животные - имеют оболочку.
Клетки прокариот (эубактерии и цианобактерии) имеют более простое строение: 1. нет организованного ядра, т.е. ядерное вещество не отделено от цитоплазмы собственной мембраной. Ядерное вещество представлено единственной хромосомой, состоящей из 1 молекулы ДНК, замкнутой в кольцо; 2. из органоидов присутствуют только многочисленные, но мелкие рибосомы; 3. функцию митохондрий у прокариот выполняют ферменты, лежащие непосредственно на плазматической мембране и образующие дыхательную цепь; 4. нет клеточного центра, следовательно, нет митоза (делятся амитозом); 5. не характерен циклоз (постоянное круговое движение цитоплазмы с органоидами), в то время как отсутствие циклоза для эукариот означает гибель клетки; 6. отсутствуют внутренние мембраны, делящие клетку на отсеки, в которых протекают противоположные процессы
Эукариотическая клетка отделена от внешней среды или соседних клеток плазматической мембраной, или плазмалеммой. Среди многочислен¬ных моделей мембран, наиболее универсальной оказалась так называемая "жидкостно-мозаичная" модель. Согласно ей основой мембраны является жид¬костный билипидный слой, образованный строго ориенти¬рованными фосфолипидными молекулами. Двойной слой фосфолипидных молекул обращен друг к другу гидрофобными участками, а внешняя и внутренняя поверхности билипидного слоя об¬разованы гидрофильными участками молекул. Белки, входя¬щие в мембрану, не составляют сплошного слоя на внутрен¬ней и внешней поверхности билипидного слоя; они расположены мозаично и обладают способностью к перемещению в билипидном слое. Мембранные белки представлены тремя разновидностями: • периферические белки располагаются на поверхности билипидного слоя; • погружённые белки пронизывают всю толщу мембраны; • полупогружённые белки погружены в мембрану лишь наполовину, выступая наружу с какой-то одной (внешней или внутренней) поверхности мембраны. Функции плазматической мембраны: • защитная или барьерная функция • обеспечение контактов между клетками • сигнальная (рецепторная) – на поверхности мембраны находятся рецепторы, которые воспринимают сигналы из внешней среды • транспортная – регулирует транспорт в-в, т. к. обладает избирательной проницаемостью.
Пластинчатый комплекс образован совокупностью диктиосом числом от нескольких сотен до нескольких тысяч на клетку. Диктиосома представлена стопкой из 3—12 уплощенных дискообразных цистерн, от краев которых отшнуровываются пузырьки. Локальные расширения цистерн приводят к образованию вакуолей. В дифференцированных клетках позвоночных животных диктиосомы обычно собраны в околоядерной зоне цитоплазмы. В пластинчатом комплексе образуются секреторные пузырьки или вакуоли, содержимое которых представлено так называемыми экспортируемыми белками и другими соединениями, подлежащими выводу из клетки. При этом просекрет, поступающий в диктиосому из мест синтеза, подвергается в ней некоторым химическим преобразованиям. Он также обособляется (сегрегируется) в виде «порций», которые здесь же приобретают оболочку из мембраны. В пластинчатом комплексе образуются первичные лизосомы. В цистернах диктиосом синтезируются полисахариды, образуются комплексы этих соединений с белками (гликопротеиды) и жирами (гликолипиды), которые затем можно обнаружить в гликокаликсе плазмолеммы
. Комплементарность – взаимное соответствие в химическом строении молекул, обеспечиваю¬щее их взаимодействие. Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ к замку. На один виток спирали ДНК приходится 10 нуклеотидных остатков. Т.к. расстояние между соседними нуклеотидами = 0,34 нм, шаг спира¬ли составляет 3,4 нм. Диаметр спирали – около 2 нм. Длина спирали может измеряться в метрах
Структурные компоненты интерфазного ядра Различают ядро в состоянии интерфазы и ядро в процессе клеточного деления. Прежде чем говорить о структуре интерфазного ядра, надо уяснить себе, что не все интерфазные ядра одинаковы. Выделяют 3 состояния (или типа) интерфазных ядер в зависимости от их дальнейших возможностей: 1) ядра размножающихся клеток между двумя делениями (основная масса клеток); 2) ядра не делящихся, но способных к делению клеток (функционирующие лимфоциты, часть из которых через большой промежуток времени делится, в то время как остальные могут и не делиться); 3) ядра клеток, утративших способность к делению навсегда (эритриты, клетки нервной системы, гранулоциты – нейтрофилы, базофилы, эозинофилы). Рассмотрим строение интерфазного ядра первого типа. Основными компонентами ядра являются: 1). Ядерная оболочка (кариолемма). 2). Ядерный сок (кариоплазма). 3). Ядрышко. 4). Хромосомы. Ядерная оболочка. Эта структура характерна для всех эукариотических клеток. Ядерная оболочка состоит из наружной и внутренней мембран, разделенных перинуклеарным пространством. Ширина его составляет от 10 до 100 нм. В состав ядерной оболочки входят ядерные поры. Мембраны ядерной оболочки в морфологическом отношении не отличаются от остальных внутриклеточных мембран: они имеют толщину около 7 нм и построены по жидкостно-мозаичному типу. Наружная, граничащая с цитоплазмой, мембрана имеет сложную складчатую структуру, местами соединенную с каналами ЭПС. На ней расположены рибосомы. Внутренняя мембрана связана с хроматином ядра, контактирует с кариоплазмой и лишена рибосом. Ядерная оболочка пронизана множеством пор, диаметр их велик – 30-90 нм (для сравнения, в наружной плазмалемме диаметр пор составляет всего 1 нм). Численность их также колеблется: в зависимости от типа и физиологического состояния клетки на 1 мкм2 их насчитывается от 10 до 30. В молодых клетках количество ядерных пор больше, чем в старых. Благодаря порам обеспечивается обмен веществ между ядром и цитоплазмой, например, выход в цитоплазму и-РНК и рибосомных субъединиц, поступление в ядро белков, нуклеотидов и молекул, регулирующих активность ДНК. Поры имеют сложное строение. В этом месте две ядерные мембраны сливаются, образуя круглые отверстия, имеющие диафрагменное устройство (или поровый комплекс). В его состав входят три пластинки, каждая из которых образована 8-ю гранулами размером 25 нм каждая, связанными друг с другом микрофибриллами. В центре порового отверстия часто имеется еще и центральная гранула. Кариолемма, в отличие от плазмалеммы, не способна к регенерации. После деления материнского ядра ядерная оболочка дочерних ядер образуется из цистерн гранулярной ЭПС (наружная мембрана) и частично из фрагментов старой ядерной оболочки (внутренняя мембрана), распавшейся во время деления.
Главные химические компоненты хромосом представлены ДНК, основными (гистоновые) и кислыми (негистоновые) белками, на долю которых приходится соответственно 40% и около 20%. В хромосомах содержатся РНК, липиды, полисахариды, ионы металлов. Наследственный аппарат клеток. Химическая и структурная организация хромосом. Основное вещество ядра – хроматин. Он состоит из ДНК (40%), основных белков, или гистонов (40%) и кислых белков (20%). Перед митозом хроматин уплотняется за счет спирализации ДНК и приобретает определённую форму. Теперь он называется хромосомой. Хромосома – структурное образование, хроматин – химический экви¬валент хромосом. Важную роль в структурной организации хроматина и хромосом играют белки гистоны. По химическим свойствам это щелочные (основные) белки, в их состав в большом количестве входят аминокислоты аргинин и лизин, эти аминокислоты имеют 2 аминогруппы и 1 карбоксильную группу. Белки гистоны несут (+) заряд, а ДНК (–) за счет остатка фосфорной кислоты, поэтому имеет место взаимодействие белков гистонов и ДНК. Выделяют 5 классов белков гистонов: H1, H2A, H2B, H3, H4. Структурная организация хромосом достаточно сложная. В интерфазном ядре принято выделять 3 уровня структурной организации хромосом: 1) образование нуклеосом. Белки гистоны H2A, H2B, H3, H4, (по 2 молекулы каждого) образуют основу нуклеосомы (остов катушки), вокруг этой основы ДНК делает 2 витка. Белок гистон H1 связывает соседние нуклеосомы, образуется нуклеосомная нить. Длина ДНК уменьшается в 7 раз. 2) образование фибрилл или спиралеподобной структуры. Белок гистон H1 скрепляет витки спирали. Длина ДНК на этом уровне уменьшается в 6 раз. 3 уровень. Образование петель. ДНК человека образует до 2 тыс. петель. Длина ДНК уменьшается в 25 раз. Таким образом, в интерфазных хромосомах длина ДНК за счёт спирализации уменьшается ≈ в 1000 раз. Во время митоза происходит дальнейшая спирализация хромосом. Длина ДНК уменьшается в десять тысяч раз. Вероятно смысл компактизации хромосом, заключается в том, чтобы при митозе хромосомы расходились точно к полюсам и не мешали друг другу.
В зависимости о положения первичной перетяжки выделяют следующие виды хромосом: 1. равноплечие (метацентрические) – центромера делит хромосомы на два равных плеча 2. слабо неравноплечие (субметацентрические) – центромера делит хромосомы на два слабо неравных плеча 3. резко неравноплечие (акроцентрические) – центромера делит хромосомы на два резко неравных плеча 4. одноплечие (телоцентрические) – центромера располагается на самом конце хромосомы.
Ядрышки – это округлые, сильно уплотнённые, не ограниченные мембраной участки клеточного ядра диамет¬ром 1-2 мкм и больше. Форма, размеры и количество ядрышек зависят от функционального состояния ядра: чем крупнее ядрышко, тем выше его активность. В ядре их может содержаться от 1 до 10, а в ядрах дрожжей они отсутствуют. Во время деления ядра ядрышки разрушаются. В конце деления они вновь формируются вокруг определённых участков хромосомы (ядрышковых организаторов), расположенных в области вторичной перетяжки хромосомы. Функция ядрышек состоит в синтезе р-РНК и сборки субъединиц рибосом из белка и р-РНК.
Это непостоянный компонент цитоплазмы. Наличие их и количество зависит от интенсивности обмена веществ и состояния ор¬ганизма. Они делятся на три группы: 1. запасной питательный материал (гликоген, жир, крахмал); 2. вещества, подлежащие выведению из клетки (ферменты, гормоны); 3. балластные вещества (пигменты, соли щавелевой кислоты). Они более характерны для растительных клеток, т.к. у растений нет сис¬тем, аналогичной выделительной системе животных.
|