7) Компартмент – ключевой фактор образования клетки.
Одним из решающих событий, приведших к формированию первой клетки, очевидно, было формирование внешней мембраны. Белки, синтезируемые под контролем определенного типа РНК, не могли бы облегчить репродукцию именно этих молекул РНК, если бы не удерживались поблизости от них. Более того, до тех пор, пока белки свободно диффундировали в популяции реплицирующихся молекул РНК, они в равной степени способствовали размножению любого из конкурирующих видов РНК. Если возникала РНК, производящая улучшенный тип фермента, новый фермент не способен был избирательно обеспечить выживание именно этой измененной РНК. Отбор молекул РНК по качеству кодируемых ими белков не мог начаться раньше, чем появился некий замкнутый объем (компартмент), заключивший в себя белки, произведенные
молекулой РНК. Таким образом, эти белки становятся доступными только для РНК. порождающей их. Благодаря компартменту появилась первая клетка.
8)Амфипатические молекулы
Важнейшая роль в эволюции клеточных мембран, по-видимому, принадлежит классу амфипатических молекул, которые обладают
простым физико-химическим свойством: одна их часть гидрофобна (нерастворима в воде), а другая - гидрофильна (растворима в воде). Когда такие молекулы попадают в воду, они располагаются гак, что их гидрофобные части приходят в тесный контакт друг с другом, а гидрофильные части - в контакт с водой. Амфипатические молекулы способны спонтанно агрегировать, образуя двухслойные структуры в виде маленьких замкнутых пузырьков, изолирующих водное содержимое от внешней среды.
9)Днк - современное хранилище информации
ДНК используется в качестве хранилища генетической информации, поскольку ее молекула более стабильна, чем молекула РНК. Частично это обусловлено тем, что у ДНК отсутствует гидроксильная группа сахара, и поэтому РНК в большей степени подвержена гидролизу. Кроме того, ДНК в отличие от РНК существует преимущественно в виде двухцепочечных молекул, состоящих из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, Такая двухцепочечная структура позволяет ДНК относительно легко реплицироваться и репарировать повреждения: при этом неповрежденная цепь ДНК служит матрицей для восстановления комплементарной дефектной цепи. ДНК стала необходимой только тогда, когда клетки сильно усложнились и для них потребовалось значительно больше генетической информации, чем та, которую могли стабильно поддерживать молекулы РНК.
10) От прокариот - к эукариотам
Существует предположение, что все ныне живущие организмы произошли из единственной, возникшей несколько миллиардов лет назад первобытной клетки. Пережив своих конкурентов, эта клетка положила начало процессу клеточного деления и эволюции, который в конце концов создал зеленый покров Земли, изменил состав ее атмосферы и сделал ее родиной разумной жизни. Видимо, только так можно объяснить «фамильное сходство» между всеми организмами.
11) Метаболизм
Вначале, когда жизнь на Земле только зародилась, в метаболических реакциях, видимо, не было необходимости: клетки могли жить и
расти, питаясь окружающими их молекулами - наследием первобытного бульона. По мере истощения этих естественных ресурсов большое
преимущество при отборе должны были получить организмы, вырабатывающие ферменты для образования органических молекул. Считается, что таким образом наличный комплект клеточных ферментов постепенно увеличивался, и в результате возникли метаболические пути современных организмов.
Конструкция клетки, функции органелл клетки
СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТКИ
Клетки разнообразны по форме и резко отличаются друг от друга своим внешним видом и внутренним строением. Однако различные клетки животных организмов имеют общие черты строения: они состоят из клеточной оболочки, или мембраны, клеточной плазмы (цитоплазмы), содержащей различные органоиды и ядра. Строение клетки хорошо видно под электронным микроскопом. Мембрана клетки состоит из нескольких организованных слоев белков и липидов. Ее толщина до 100 ангстрем (0.1 нм) Мембрана обладает избирательной проницаемостью к разным ионам. Из органоидов цитоплазмы наибольшее значение имеют митохондрии, внутренние мембраны, лизосомы, аппарат Гольджи, рибосомы, центросомы, или центриоли, и кинетосомы.
В этой части работы будет сказано в общих чертах об основных функциях органелл.
Существует два вида клеток: растительная и животная.
Растительная клетка:
Животная клетка
Система клеточных мембран:
Плазматическая мембрана (раст. клетка)
Плазматическая мембрана – это полупроницаемый барьер, отделяющий цитоплазму клеток от окружающей среды.
Модель мембраны базируется на нескольких основных принципах:
1)Мембрана состоит из двойного слоя липидных молекул. Гидрофильные, полярные части молекул (головки) располагаются снаружи мембраны; гидрофобные, неполярные части (хвостовые) – внутри.
2) В липидный бислой мозаично встроены мембранные белки. Одни из них проходят через мембрану насквозь (их называют - интегральными), другие располагаются на внешней или внутренней поверхности мембраны (их называют – периферическими).
3) Липидная основа мембраны обладает свойствами жидкости (типа жидкого масла) и может менять свою плотность. Вязкость мембраны зависит от состава липидов и температуры. В связи с этим, мембранные белки и сами липиды могут свободно двигаться по мембране и внутри ее. Это очень важное свойство мембраны, которое обеспечивает выполнение мембраной множества функций
4) Мембраны большинства внутриклеточных мембранных органоидов имеют принципиальное сходство с плазматической мембраной.
5) Несмотря на общность строения мембран всех клеток, состав белков и липидов в каждом виде клеток и внутри клетки различен. Различен также состав наружного и внутреннего липидных слоев.
Функции плазматической мембраны
Мембрана выполняет в клетке целый комплекс функций, связанный с поддержанием целостности клетки, обеспечением обмена веществ и энергии между клеткой и окружающей средой и взаимодействием с другими клетками.
Транспортная функция
Плазматическая мембрана обладает свойствами полупроницаемого барьера, который пропускает и не пропускает только определенные вещества и молекулы. Выделяют несколько разновидностей транспорта через мембрану: 1)пассивный транспорт
2)активный транспорт
3)ионный транспорт
4)транспорт в мембранной упаковке (эндо и экзоцитоз).
1)Пассивный транспорт – это транспорт через мембрану веществ из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации. Он осуществляется в двух формах: в форме простой диффузии и в форме «облегченной» диффузии. Оба этих процесса не нуждаются в энергии, идут относительно медленно и останавливаются, когда концентрация веществ по обе стороны мембраны уравняется. Скорость диффузии и сама возможность транспорта веществ через мембрану зависит (помимо концентрации) от ряда факторов: температуры, размера молекул, способности растворяться в липидах. Жирорастворимые вещества проходят через липидные слои легко, водорастворимые – с трудом. В мембране существуют специальные липидные и белковые «поры», через которые и проходит диффузия. Простая диффузия относительно медленный процесс и природа приспособила для ускорения транспорта специальные мембранные белки – переносчики. Они соединяются с транспортируемым веществом и переносят его с одной стороны мембраны на другую. Для каждой группы веществ в мембране
должны быть свои переносчики. Такой процесс и называется «облегченная диффузия», протекая в десятки раз быстрее простой диффузии.
2)Ионный транспорт – это разновидность пассивного транспорта для заряженных ионов, но имеет свои особенности. Белки в цитоплазме клетки несут на своей поверхности, как правило, отрицательный заряд, создавая определенный электрический фон в клетке. Если в клетку направляются потоки положительных (катионы) или отрицательных (анионы) ионов, то положительных ионов войдет больше, поскольку часть катионов будет связываться белками цитоплазмы, нейтрализоваться и создавать дополнительную разницу концентраций разнозаряженных ионов внутри и снаружи клетки. Для транспорта ионов в мембране есть либо специальные ионные поры, либо переносчики.
3)Активный транспорт – наиболее важная форма транспорта для клетки. Диффузия, если она продолжается достаточно долго, приводит к тому, что по обе стороны мембраны устанавливается равновесие, что недопустимо для клетки – это для нее смерть. Состав цитоплазмы и межклеточной жидкости сильно различаются. Поэтому в клетке существует система «активного транспорта». В этом случае транспорт молекул осуществляется против градиента концентрации (из зоны низкой концентрации в зону высокой). Для этого существуют специальные белковые мембранные комплексы (ионные и молекулярные каналы), работающие с затратой энергии. До 40% всей энергии, вырабатываемой клеткой, идет на транспортные расходы!
4)Транспорт в мембранной упаковке (эндо – и экзоцитоз). Во многих случаях клетка должна транспортировать через мембрану не отдельные молекулы или ионы, а целые молекулярные комплексы и даже частицы. Они через мембранные поры не проходят. В связи с этим, в клетке существует специальная разновидность транспорта – транспорт в мембранной упаковке. В одних случаях происходит выпячивание наружной плазматической мембраны, охватывающей инородную частицу (например: частицу пищи или бактерию), замыкание ее в мембранное кольцо и погружение вглубь цитоплазмы клетки. Такой процесс был открыт знаменитым Российским ученым, лауреатом Нобелевской премии И.И.Мечниковым и назван фагоцитозом. Это явление было обнаружено при изучении защитных свойств клеток крови, которые захватывали бактерии и нейтрализовали их. Более мелкие частицы и капельки жидкости клетка захватывает путем образования впячиваний мембраны – этот процесс получил наименование пиноцитоз (греч. pinos- жидкость).
На самом деле фагоцитоз и пиноцитоз – это разновидности общего явления, характерного для большинства клеток – эндоцитоза. Процесс обратный эндоцитозу – выведение из клеток каких-либо веществ и продуктов получил название экзоцитоза. На базе мембранного транспорта построен весь процесс выделения и поглощения секретов и гормонов клетками. Важно подчеркнуть, что эндо- и экзоцитоз являются энергозатратными процессами и, таким образом, относятся к разновидностям активного транспорта.
Рецепторная функция мембраны
Принципы работы мембранных рецепторов.
Клетка постоянно получает сигналы из внешней среды о наличии там разнообразных сигнальных молекул и должна адекватно отвечать на эти сигналы, передавая информацию от них внутрь клетки. Для этого в плазматической мембране встроены специальные рецепторные комплексы. Как правило, это сложные образования из нескольких белковых молекул (в состав рецепторов могут входить также мембранные липиды и углеводы).
По принципу работы все рецепторы можно разделить на три группы: рецепторы прямого действия; рецепторы непрямого действия и каталитические рецепторы. В первом случае молекула связывается с рецепторной частью комплекса и передает сигнал непосредственно на ионный канал. Во втором варианте рецепторная часть комплекса передает сигнал на ионный канал в мембране или вглубь клетки через систему вспомогательных белков, называемых «вторичными посредниками». При третьем варианте рецепторная часть комплекса после взаимодействия с сигнальной молекулой активируется и выполняет функции фермента, влияя, таким образом, на работу клетки.
Изолирующая функция мембраны. Межклеточные контакты
В многоклеточном организме клетки находятся в постоянном контакте друг с другом, который иногда приобретает черты тесного взаимодействия. Особенно это проявляется в тканях, которые граничат с наружной средой (покровы, кишечник, дыхательные пути) или где возникает необходимость тесного контакта клеток для согласованной работы (гладкие и сердечные мышцы, нервные клетки и волокна).