Нуклеиновые кислоты.
Это жизненно важные компоненты клеток. Они представляют собой генетический материал всего живого. НК состоят из нуклеотидов. Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (пентозы) фосфатной группы. В зависимости от сахара различают два типа нуклеиновых кислот, а именно рибонуклеиновую кислоту (РНК), которая содержит рибозу и дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), содержащая дезоксирибозу. В нуклеиновых кислотах содержатся пуриновые основания - аденин, гуанин и пиримидиновые - цитозин, тимин или урацил. В РНК вместо тимина, содержащийся в ДНК, содержится урацил. Нуклеиновые кислоты получили название кислота благодаря наличия у них фосфорной кислоты. ДНК - это гигантская двойная спираль. Строение ДНК установили Д. Уотсон и Ф. Крик (1953). РНК - одноцепочные соединения, содержащие рибозу и вместо тимина - урацил. Различают матричную (информационную) -мРНК, рибосомальную - рРНК, транспортную - тРНК.
Информационная РНК содержит до 10 000 нуклеотидов. Она образуется на одной из цепочек ДНК по типу комплементарности. Каждая последовательность трех оснований мРНК соответствует одной аминокислоте и имеет название кодон.
Специфичность тРНК определенной мерой определяется ее антикодоном. Антикодон это последовательность из трех азотистых оснований. С помощью антикодона узнается определенный кодон на мРНК.
В клетках эвкариотических организмов найдены ферменты РНК-полимераы. Они предназначены для транскрипции или копирования тРНК, рРНК, мРНК. В момент транскрипции мРНК записываются участки ДНК, то есть участки генов, которые не кодуют определенный признак. Этот участок называют интрон, но они никогда не выходят из ядра. Они вырезаются специальными ферментами, перед тем, как мРНК будет выходить. Процесс вырезания интрона называется процессингом. После вырезания интронов осуществляется сшивание частей мРНК. Теперь все части мРНК несут информацию о аминокислотной последовательности белков. Эти части мРНК называются экзонами. Сшивание отдельных экзонов называется сплайсингом. После сшивания мРНК выводится из ядра в цитоплазму.
На рибосомах мРНК взаимодействует с транспортными РНК, которые несут определенные аминокислоты. Аминокислоты связываются пептидными связями и таким образом образуется пептид.
Морфология растительной клетки
Структурной и функциональной единицей всех живых организмов является клетка. Этот термин предложен Робертом Гуком в 1665 г. Ученые Шван и Шлейден предложили клеточную теорию строения всего живого. Однако, не все живые организмы имеют клеточную структуру. Об этом свидетельствует открытие Д. И. Ивановского (1864-1920). Этот ученый в клетках листьев табака выявил бесцветные кристаллоподобные включения. Эти образования позднее были названы вирусами. Для этих организмов клеточная структура не характерна. Наряду с этим они выявляют ряд свойств, которые характерны для живых организмов. Благодаря работам Д. И. Ивановского физиология растений дала новую отрасль науки - вирусологию. Следует отметить, что свою диссертацию Д. И. Ивановский в 1903 г. защитил в Киевском университете. В 1962 г7 под руководством Н. П. Корнюшенко была открыта первая в Украине кафедра вирусологии. В настоящее время кафедрой заведует академик УААН А. Л. Бойко, где осуществляются плодотворно исследования вирусов растений. Таким образом, можна сказать, что вирусы находятся не меже живого и неживого. Это еще раз говорит о том, что в природе существует процесс усложнения организмов, который начинается с молекул и заканчивается сложными замкнутыми системами клеток.
Клетка - это единица с которой начинается изучение организма. Все разнообразие растительных клеток можно разделить на 2 группы. Первая группа, которая обеспечивает метаболим. Другая группа клеток не имеет метаболической активности. Более активными являются клетки паренхимы. Они составляют 80% всех клеток растительного организма. Каждая живая клетка это химическая система, которая окружена плазматической мембраной (плазмалемой). Она контролирует транспортирование веществ и обеспечивает структуру и биохимическую особенностей клеток. Она регулирует обмен между внешней и внутренней средой и таким образом обеспечивает стабильность или гомеостаз системы. С изучением структуры клетки вводились и новые понятия о ней. Например, Р. Броун ввел понятие ядро в 1831 г., Пуркинье - протоплазма в 1840 г. в 1882 г. Страсбургер ввел понятие цитоплазма. Цитоплазма заполняет почти весь внутренний простор клетки и содержит ряд органелл и разнообразные растворимые вещества. Каждая клетка имеет ДНК, в котрой закодирована генетическая информация. Генетический код одинаковый для всех организмов. Организмы разделяют на прокариоты или доядерные и эукариоты. У эукариот ДНК связана с белком и образуют хромосомы, которые содержатся в ядре. Евкариотические клетки с помощью мембран разделены на соответствующие отсеки, или компартменты. С помощью электронного микроскопа удалось изучить ультраструктуру клетки. Характерной особенностью структуры растительной клетки является наличие клеточной оболочки, пластид, центральной вакуоли и отсутствие центриолей в процессе деления клетки. Наряду с этим, как и все эукариоты, растительная клетка имеет также ядро с ядрышками, эндоплазматическую сеть, или ретикулум, аппарат Гольджи, микротельца, рибосомы, цитоскелет - микротрубочки и микрофиламенты.
Цитоплазма - полужидкая, прозрачная и вязкая гомогенная масса. Она находится под клеточной оболочкой в виде тонкого пристенного слоя. Основную массу цитоплазмы составляет вода от 80-90%, белки - 10 -12%, липиды - 2-3%, сахара - 1 - 2%, минеральные вещества - 1 - 1,5%. В цитоплазме осуществляются жизненные процессы - синтез и дыхание, проницаемость и рост, раздражимость и движение и др.
Мембраны. Протопласт из наружи и внутри окружен соответствующими мемьранами. Так, например, плазмалемма разъединяет протопласт от клеточной стенки, а тонапласт - от вакуоли. Различают также мембраны разных органоидов.
Робертсон в 1959 г. предложил гипотезу строения "элементарной" мембраны. Все мембраны это трехслойные структуры, в которой центральный липидный двойной слой, находящийся между слоями белка. Общая тощина мембраны составляет 7,5 нм. Изучить структуру мембран удалось благодаря использованию современных методов исследования, а именно; рентгеноструктурного анализа, электронного парамагнитного резонанса - ЭПР, ядерного парамагнитного резонанса - ЯМР, электронной микроскопии, дифференциального центрифугирования, метода замораживания - скалывания. Благодаря быстрому замораживанию все структуры оставались как в живом виде. Последующее скалывание открывает возможность к рассмотрению поверхности структуры. В результате было обнаружено, что белковые молекулы находятся в липидном слое. Благодаря этим экспериментам ученые Сингер и Николсон в 1972 г. предложили жидкостно-мозаическую модель мембраны. Согласно этой модели молекулы белков в липидах образуют что-то подобное к мозаике. Липиды в мембранах представлены фосфолипидами, гликолипидами и стеролами. Основными компонентами оболочки хлоропластов и тилакоидов являются гликолипиды, которые составляют 61% от общего количества липидов. В тилакоидах их 92%.
В настоящее время имеется много схем, объясняющих строение мембран. Основу липидного слоя составляют фосфолипиды, галактолипиды, жирные кислоты, стерины. По всей вероятности липидный слой пронизан белковыми молекулами. Белковые молекулы в свою очередь могут быть связаны своими гидрофобными боковыми цепями с внутренними гидрофобными частями молекул липидов. Гранулы внутренних областей мембран могут быть белками, которые закреплены в липидном матриксе. Другие представления о структуре мембран также свидетельствуют о том, что связь между белками и липидами обусловлена гидрофобными взаимодействиями между ними. Представителями мембранных липидов явдяется диацилглицерины, в которых две гидроксильные группы глицерина этерификованные жирными кислотами, а третья гидроксильная группа этерификована остатком какой-то гидрофильной молекулы.
Ненасыщенные жирные кислоты, полярные липиды обеспечивают разжиженное состояние мембран в нормальных физиологических условиях. Полярные группы или молекулы несут заряд и проявляют сродство к молекулам воды. Это вызывает гидрофильность. Неполярные молекулы в отличие от полярных с водой не смешиваются. Это вызывает у них гидрофобные свойства. Поэтому за составом липидов биологические мембраны асиметричны. Например, в наружной мембране плазолеммы больше гликолипидов и стеринов.
В мембранах клеток встречаются много разнообразных белков. Некоторые белки лишь частично заглублены в мембрану, другие пронизывают всю толщу ее. Гидрофобные участки их взаимодействуют с липидами, тогда как гидрофильные участки вступают в контакт с водным содержимым клетки. Липиды мембран образуют необходимую среду для действия этих белков. Например, изменение температурного фактора вызывает изменение свой бислоев мембраны. При низких температурах липидный слой похож на твердое кристаллоподобное тело. Повышение температуры резко изменяет его свойства. Эти изменения отсуществляются в очень узком температурном интервале, что напоминает фазовые переходы при плавлении какого-нибудь тела. Например, если в состав мембран входит значительное количество ненасыщенных жирных кислот, то в этом случае, такие переходы осуществляются при более низких температурах. Это имеет важное значение в процессах адаптации растений к неблагоприятным условиям среды.
Следует отметить, что в отличие от липидов белки являются разнообразными по отношению к латеральному движению. Белки выполняют разнообразные функции: ферментов, переносчиков, рецепторов, ионных каналов, насосов (помп), а также - структурных белков. Это свидетельствует о том, что липиды разных мембран очень похожие, а что касается белков, то определенному типу мембран свойствен свой тип белков, в соответствии к тем физиологическим функциям, которые дана мембрана выполняет в клетке.
Лабильная структура мембран дает им возможность выполнять разнообразные функции: барьерну, транспортну, осмотическую, электрическую, структурную, энергетическую, биосинтетическую, секреторную, рецепторно-регуляторную и др.
Самособирание мембран.
Составными частями мембран являются белки и липиды. Они способные к самосбиранию. Например, гидрофобные мембранные белки быстро ассоциируют один с другим. Предполагают, что структурные белки мембран определяют ориентацию других мембранных белков. Липидный слой мембран формируется за счет липидов, которые синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме, хлоропластах, сферосомах. Таким образом, процес собирания осуществляется в несколько этапов за принципом узнавания составных частей. Скорость метаболического обновления мембран довольно высока. Это установлено с помощью меченых атомов. Меченые предшественники мембран остаются несколько часов, затем они исчезают появляются в других участках клетки.
Таким образом, мембранный принцип организации поверхности цитоплазмы и органоидов клетки - основа ее биохимической активности и функционирования как единственной живой системы.
Плазмолемма окружает внешнюю поверхность протопласта. Она плазмодесмами переходит с одной клетки к другой. Внешняя поверхность плазмалеммы покрыта кранулами, которые заглублены в нее. Гранулы имеют 15 нм в диаметре. Гранулы предполагают, что являются ферментными комплексами, которые ответствены за синтез целлюлозных микрофибрил клеточной стенки. Наряду с этим плазмолемма координирует обмен веществ между клеткой и внешней средой, передает гормональные и внешние сигналы, контролирующие рост и дифференциацию клеток.