Химический состав клетки и её строение

Химический состав клетки и её строение

Содержание

1. Химический состав клетки:

      Неорганические соединения (вода и минеральные соли)

      Углеводы

      Липиды (жиры)

      Белки

      Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

     АТФ и другие органические соединения (гормоны и витамин ы)

2. Структура и функции клетки:

      Клеточная теория

      Цитоплазма и Биологическая мембрана

      Эндоплазматическая сеть и Рибосомы

      Комплекс Гольджи и Лизосомы

      Митохондрии, Органоиды движения и вк лючения

      Пластиды

      Ядро. Прокариоты и эукариоты

Общие сведения

Химический состав клеток растений и животных весьма сходен, что говорит о единстве их происхождения.

В клетках обнаружено более 80 химических элементов, однако только в отношении 27 из них известна физиологическая роль. Макроэлементы: O, C, N, H. 98%

Микроэлементы: K, P, S, Ca, Mg, Cl, Na . 1, 9 %

Ультрамикроэлементы: Cu, I, Zn, Co, Br. 0 ,01 %

Неорганические соединения

Самое распространенное неорганическое соединение в клетках живых организмов – вода .

Он а поступает в организм из внешней среды; у животных, кроме того, может образовываться при расщеплении жиров, белков, углеводов. Вода находится в цитоплазме и её органеллах, вакуолях, ядре, межклетниках.

Функции: 1. Растворитель

2. Транспорт веществ

3. Создание среды для химических реакций

4. Участие в образовании клеточных структур (цитоплазма)

Неорганические соединения

Минеральные соли в определенных концентрациях необходимы для нормальной жизнедеятельности клеток.

Например, н ерастворимые соли кальция и фосфора обеспечивают прочность костной ткани .

Содержание катионов и анионов в клетке и окружающей её среде (плазме крови, межклеточном веществе) различно благодаря

полупроницаемости мембраны.

Углеводы

Э то органические соединения, в состав которых входят водород (Н), углерод (С) и кислород (О) .

Углеводы образуются из воды (Н 2 О) и углекислого газа

(СО 2 ) в процессе фотосинтеза .

Ф руктоза и глюкоза постоянно присутствуют в клетках

плодов растений, придавая им сладкий вкус.

Функции:

1. Энергетическая (при распаде 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии )

2. Структурная ( хитин в скелете насекомых и

в стенке клеток грибов)

3. Запасающая (крахмал в растительных

клетках, гликоген – в животных)

Соаьлч лиилмьл

Липиды

Г руппа жироподобных органических соединений, нерастворимых в воде, но хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензоле, бензине и т.д.).

Л ипопротеиды , гликолипиды , фосфолипиды .

Жиры – один из классов липидов, сложные эфиры глицерина и жирных кислот. В клетках содержится от 1 до 5% жиров.

Функции:

1. Э нергетическая (при окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии)

2. С труктурная (фосфолипиды – основный

элементы мембран клетки)

3. З ащитная (термоизоляция)

Белки

Э то биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

В строении молекулы белка различают первичную структуру – последовательность аминокислотных остатков; вторичную – это спиральная структура, которая удерживается множеством водородных связей . Третичная структура белковой молекулы – это пространственная конфигурация, напоминающая компактную глобулу. Она поддерживается ионными, водородными и дисульфидными связями, а также гидрофобным взаимодействием. Четвертичная структура образуется при

взаимодействии нескольких глобул (например,

молекула гемоглобина состоит из четырех таких

субъединиц).

Утрата белковой молекулой своей природной

структуры называется денатурацией .

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – это молекула, состоящая из двух спирально закрученных полинуклеотидных цепей. Мономером ДНК является дезоксирибонуклеотид,

состоящий из азотистого основания (аденина (А),

цитозина (Ц), тимина (Т) или гуанина (Г)),

пентозы (дезоксирибозы) и фосфата.

РНК (рибонуклеиновая кислота) – это молекула, состоящая из одной цепи нуклеотидов. Рибонуклеотид состоит из одного из четырех азотистых оснований, но вместо тимина (Т) в РНК урацил (У), а вместо дезоксирибозы – рибоза.

АТФ

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) – это нуклеотид, относящийся к группе нуклеиновых кислот.

Молекула АТФ состоит из азотистого основания аденина, пятиуглеродного моносахарида рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, которые соединены друг с другом высокоэнергетическими связями.

Отщепление одной молекулы фосфорной кислоты происходит с помощью ферментов и сопровождается выделением 40 кДж энергии. Энергию АТФ клетка использует в процессах биосинтеза, при движении, при производстве тепла, при проведении нервных импульсов, в процессе фотосинтеза и т.д .

АТФ является универсальным аккумулятором энергии в живых организмах

Клеточная теория

В 1665 году английский естествоиспытатель Роберт Гук , наблюдая под микроскопом срез пробки дерева, обнаружил пустые ячейки, которые он назвал «клетками».

Современная клеточная теория включает следующие положения : * все живые организмы состоят из клеток; клетка – наименьшая единица живого; * клетки всех одноклеточных и многоклеточных

организмов сходны по своему строению,

химическому составу, основным проявлениям

жизнедеятельности и обмену веществ; * размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; все многоклеточные организмы развиваются из одной клетки

* в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Цитоплазма Биологическая мембрана

Полужидкая среда, в которой находятся ядро клетки и все органоиды.

Цитоплазма на 85% состоит из воды и на 10% - из белков.

Биологическая мембрана отграничивает содержимое клетки от внешней среды, образует стенки большинства органоидов и оболочку ядра, разделяет содержимое цитоплазмы на отдельные отсеки.

Наружный и внутренний слои мембраны (тёмные) образованы молекулами белков , а средний (светлый) – двумя слоями молекул липидов . Липидные молекулы расположены строго упорядоченно: водорастворимые (гидрофильные) концы

молекул обращены к белковым слоям, а

водонерастворимые (гидрофобные) – друг к

другу.

Биологическая мембрана обладает

избирательной проницаемостью .

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Э то сеть каналов, трубочек, пузырьков,

цистерн, расположенных внутри

цитоплазмы.

ЭПС представляет собой систему

мембран, имеющих ультрамикро -

скопическое строение .

Различают ЭПС гладкую (агранулярную)

и шероховатую (гранулярную), несущую на

себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене.

Рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомы погружается в канал ЭПС

Рибосомы

М елкие сферические органоиды размером от 15 до 35 нм, состоящие из двух неравных субъединиц и содержащие примерно равное количество белка и РНК.

Б ольшая часть субъединиц рибосом синтезируются в ядрышках и через поры ядерной мембраны поступают в цитоплазму, где располагаются либо на мембранах эндоплазматической сети, либо свободно. При синтезе белков они могут объединяться на информационной РНК в группы (полисомы)

Комплекс Гольджи

Комплекс Гольджи представляет собой стопку из 5-10 плоских цистерн, по краям которых отходят ветвящиеся трубочки и мелкие пузырьки. Он входит в состав системы мембран: наружная мембрана ядерной оболочки – эндоплазматическая сеть – комплекс Гольджи – наружная клеточная мембрана. В этой системе происходит синтез и перенос различных соединений, а также веществ, выделяемых клеткой в виде

секрета или отбросов. К омплекс

Гольджи принимает участие в

образовании лизосом, вакуолей, в

накоплении углеводов, в построении

клеточной стенки (у растений).

Лизосомы

Ш аровидные тельца , покрыты е элементарной

мембраной и содержа щие около 30

гидролитических ферментов, способных

расщеплять белки, нуклеиновые кислоты,

жиры и углеводы. Образование лизосом

происходит в комплексе Гольджи.

При повреждении мембран лизосом , содержащиеся

в них ферменты, могут разрушать структуры самой клетки и временные органы эмбрионов и личинок, например хвост и жабры в процессе развития головастиков

лягушек.

Пластиды

Содержатся только в растительных клетках.

Хлоропласты по форме напоминают двояковыпуклую линзу и содержат зеленый пигмент хлорофилл .

Хлоропласты обладают способностью улавливать солнечный свет и синтезировать с его помощью органические вещества при участии АТФ.

Хромопласты – пластиды, содержащие

растительные пигменты (кроме зеленого),

придающие окраску цветкам, плодам, стеблям и

другим частям растений .

Лейкопласты – бесцветные пластиды,

содержащиеся чаще всего в неокрашенных частях

растений – корнях, луковицах и т.п. В них могут

синтезироваться и накапливаться белки, жиры и

полисахариды (крахмал).

Митохондрии

В идны в световой микроскоп в виде гранул, палочек, нитей величиной от 0,5 до 7 мкм.

Стенка митохондрий состоит из двух мембран – наружной, гладкой и внутренней, образующей выросты – кристы, которые вдаются во внутреннее содержимое митохондрий (матрикс). В матриксе имеется автономная система биосинтеза белков: митохондриальная РНК, ДНК и рибосомы. Основными функциями митохондрий являются окисление органических соединений до диоксида

углерода и воды и накопление

химической энергии в

макроэргических связях АТФ .

Органоиды движения Включения

К клеточным органоидам движения относят

реснички и жгутики – это выросты мембраны

диаметром, содержащие в середине

микротрубочки.

Функция этих органоидов заключается или в

обеспечении движения (например, у простейших) или для продвижения жидкости вдоль поверхности клеток (например, в дыхательном эпителии для продвижения слизи)

Включения – это непостоянные компоненты

цитоплазмы, содержание которых меняется в

зависимости от функционального состояния клетки. .

Ядро

Форма и размеры ядра зависят от формы и величины клетки и выполняемой ею функции. По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК (15-30 %) и РНК (12 %). 99 % ДНК клетки сосредоточено в ядре, где она вместе с белками образует комплексы - дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП). Ядро выполняет две главные функции : 1) хранение и воспроизведение наследственной информации; 2) регуляция процессов обмена веществ, протекающих в клетке. В состав ядра входят ядрышко, состоящее из белка и р-РНК; хроматин (хромосомы) и ядерный сок, представляющий собой коллоидный раствор белков, нуклеиновых кислот, углеводов и ферментов, минеральных солей.

Прокариоты и эукариоты

• Не имеют оформленного ядра
• Наследственная информация передается через молекулу ДНК, которая образует нуклеотид.
• Функции эукариотических органоидов выполняют ограниченные мембранами полости
• Б актерии и С ине –

• Е сть четко оформленные ядра, имеющие собственную оболочку.
• Ядерная ДНК у них заключена в хромосомы.
• В цитоплазме имеются различные органоиды, выполняющие специфические функции
• Ц арство Г рибов, Р астений и Ж ивотных.

зеленые

водоросли