Celica v kemiji. Sestava in zgradba živalske celice. Biološki pomen vode
Celica: kemična sestava, struktura, funkcije organelov.
2.3 Kemična sestava celice. Makro- in mikroelementi. Razmerje med zgradbo in delovanjem anorganskih in organskih snovi (beljakovine, nukleinske kisline, ogljikovi hidrati, lipidi, ATP), ki sestavljajo celico. Vloga kemikalij v celici in človeškem telesu.
Kemični elementi, ki sestavljajo organizme.
Ko govorimo o kemični sestavi celice, je treba spomniti, da lahko govorimo bodisi o kemičnih elementih bodisi o kemičnih snoveh. Začnimo s kemičnimi elementi.
Živa telesa vsebujejo enake kemične elemente, kot tvorijo neživa telesa. To govori o enotnosti žive in nežive snovi. Vendar se v živih telesih vsebnost nekaterih elementov močno razlikuje.
Poimenujmo glavne elemente in njihov pomen.
Ogljik (C), vodik (H), kisik ( O) in dušik ( n) predstavljajo 98 % mase živega organizma. Prvi trije elementi so del vseh organskih snovi v telesu. Dušik (v nadaljevanju elementi) je del beljakovin in nukleinskih kislin.
žveplo ( S) je del nekaterih aminokislin in zato del beljakovin.
jod ( jaz) je potrebno za normalno delovanje Ščitnica, Ker je del njegovih hormonov.
fosfor ( p) je pomemben element molekule ATP in nukleinske kisline. In tudi v obliki fosfatov je del kostnega tkiva.
Železo je del krvnega hemoglobina in sodeluje pri transportu plinov.
magnezij ( Mg) je osrednji atom v molekuli klorofila.
Kalcij ( pribl) v sestavi netopnih spojin sodeluje pri tvorbi nosilnih ( kost) in zaščitne (lupine mehkužcev) strukture.
kalij ( K) in natrij ( Na) v obliki ionov so velikega pomena za vzdrževanje konstantnosti sestave notranjega okolja, sodelujejo pa tudi pri nastajanju živčnih impulzov v živčnih celicah.
Celične kemikalije.
Ogljikovi hidrati .
Glavna funkcija ogljikovih hidratov je energija. Poleg tega so del površinske plasti lupine (glikokaliks ) živalska celica in v celično steno bakterij, gliv in rastlin, ki opravlja gradbeno (strukturno) funkcijo.
Glede na zgradbo delimo ogljikove hidrate na monosaharide, disaharide in polisaharide. Med monosaharidi so najpomembnejši glukoza (glavni vir energije), riboza (del RNK) in deoksiriboza (del DNK). Glavni polisaharidi so celuloza in škrob v rastlinah, glikogen in hitin v živalih in glivah. Vsi polisaharidi so polimeri pravilne zgradbe, tj. sestojijo samo iz ene vrste monomera. Na primer, monomer škroba, glikogena in celuloze je glukoza.
Lipidi.
Lipidi opravljajo tudi energijsko funkcijo, hkrati pa dajejo dvakrat več energije na 1 g snovi kot ogljikovi hidrati. Posebej pomembna pa je njihova konstrukcijska funkcija, saj Prav dvojna plast lipidov (ali natančneje fosfolipidov) je osnova bioloških membran. Poleg tega podkožno maščobno tkivo (pri tistih, ki ga imajo) opravlja funkcijo mehanske zaščite in termoregulacije.
Veverice.
Veverice – biopolimeri nepravilne strukture, katerih monomeri soamino kisline . Beljakovine vsebujejo 20 vrst aminokislin, pri čemer se število aminokislin in zaporedje njihove povezave v različnih proteinskih molekulah razlikujeta. Zaradi tega imajo beljakovine zelo raznoliko strukturo in posledično raznolike lastnosti in funkcije.
Ravni organiziranosti proteinske molekule (struktura proteina).
Spodaj je klasična risba, ki prikazuje različne ravni organizacije molekule hemoglobina. Primarne, sekundarne, terciarne in kvartarne strukture so označene s številkami 1-4.
Funkcije beljakovin.
Konstrukcijska funkcija beljakovine so ene najpomembnejših, saj so del vseh celičnih struktur (membran, organelov in citoplazme). Pravzaprav so beljakovine glavni gradbeni material za telo. Rast in razvoj telesa ne moreta potekati normalno brez zadostne količine beljakovin. Zato mora rastoče telo nujno prejemati beljakovine iz hrane.
Encimska funkcija beljakovine niso nič manj pomembne. Večina kemijskih reakcij, ki potekajo v celici, ne bi bila mogoča brez sodelovanja bioloških katalizatorjev – encimov. Skoraj vsi encimi so po naravi beljakovine. Vsak encim pospeši samo eno reakcijo (ali eno vrsto reakcije). To izraža specifičnost encimov. Poleg tega encimi delujejo v precej ozkem temperaturnem območju. Povišanje temperature povzroči njihovo denaturacijo in izgubo katalitične aktivnosti. Primer tipičnega encima je katalaza, ki razgrajuje vodikov peroksid, ki nastane med izmenjavo v vodo in kisik (2H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2 ). Učinek katalaze lahko opazimo pri zdravljenju krvaveče rane s peroksidom. Sproščeni plin je kisik. S peroksidom lahko obdelate tudi sesekljane gomolje krompirja. Enako se bo zgodilo.
Transportna funkcija beljakovine so odgovorne za transport različnih snovi. Nekatere beljakovine izvajajo transport v obsegu celotnega organizma. Na primer, hemoglobin v krvi prenaša kisik in ogljikov dioksid po telesu. Druge beljakovine, vgrajene v celične membrane, zagotavljajo transport različnih snovi v celico in iz nje. Tipičen primer je kalijevo-natrijeva črpalka – kompleksen proteinski kompleks, ki črpa natrij iz celice in vanjo črpa kalij.
Motorična funkcija beljakovin ne smemo zamenjevati s transportnimi beljakovinami. V tem primeru govorimo o gibanju organizma ali njegovih posameznih delov relativno drug proti drugemu. Primer sta beljakovini, ki tvorita mišično tkivo: aktin in miozin. Medsebojno delovanje teh proteinov zagotavlja krčenje mišičnih vlaken.
Zaščitna funkcija izvajajo številni specifični proteini. Protitelesa, ki jih tvorijo limfociti v krvi, ščitijo telo pred patogeni. Posebni celični proteini interferoni zagotavljajo protivirusno zaščito. Protrombin v plazmi sodeluje pri strjevanju krvi, ščiti telo pred izgubo krvi.
Regulativna funkcija izvajajo beljakovine, ki so hormoni. Tipičen beljakovinski hormon inzulin uravnava raven glukoze v krvi. Drugi beljakovinski hormon je rastni hormon.
Denaturacija in renaturacija proteinov.
Najpomembnejša lastnost Večina beljakovin je nestabilnih v svoji strukturi v nefizioloških pogojih. Ko se temperatura dvigne, se spremenipHokolje, izpostavljenost topilom itd. porušijo se vezi, ki podpirajo prostorsko strukturo proteina. Dogajanjedenaturacija , tj. kršitev naravne strukture beljakovin. Najprej sta uničeni kvartarna in terciarna struktura. Če dejanje neugoden dejavnik ne preneha ali se okrepi, potem se sekundarna in celo primarna struktura uničita. Uničenje primarne strukture – pretrganje vezi med aminokislinami – pomeni konec obstoja proteinske molekule. Če je primarna struktura ohranjena, potem kdaj ugodni pogoji protein lahko obnovi svojo prostorsko strukturo, tj. se bo zgodilorenaturacija .
Na primer pri cvrtju jajc pod vplivom visoka temperatura Pri jajčnem beljaku se zgodijo naslednje spremembe: bil je tekoč in prozoren, postal je trden in neprozoren. Po ohlajanju pa beljakovine ne postanejo spet prozorne in tekoče. V tem primeru ne pride do renaturacije, ker Med cvrtjem se je primarna struktura beljakovine uničila.
Nukleinska kislina.
Nukleinska kislina , tako kot proteini, so polimeri nepravilne strukture. Monomeri nukleinskih kislin sonukleotidi . Shematska zgradba nukleotida je predstavljena na sliki 2. Kot lahko vidite, je vsak nukleotid sestavljen iz treh komponent: dušikove baze (mnogokotnik), ogljikovega hidrata (pentagon) in ostanka fosforne kisline (krog).
Primerjalne značilnosti DNA in RNA
Shranjevanje in prenos dednih informacij.Regulacija celičnih vitalnih procesov.
Biosinteza beljakovin (tj. v bistvu proces implementacije genetske informacije).
Vrste RNA in njihova vloga pri biosintezi beljakovin.
Messenger RNA (mRNA) – prenaša informacije o primarni strukturi proteina od DNK do ribosomov.
Prenosna RNA (tRNA) – prenaša aminokisline v ribosome.
Ribosomska RNA (rRNA) – del ribosomov, tj. sodeluje tudi pri sintezi beljakovin.
Zgradba molekule DNA.
Sodobni model strukture DNK sta predlagala D. Watson in F. Crick. Molekula DNK je sestavljena iz dveh verig nukleotidov, spiralno zavitih ena okoli druge. Dušikove baze so usmerjene znotraj molekule tako, da je nasproti adenina ene verige vedno timin druge verige, nasproti gvanina pa citozin. Adenin – timin in gvanin – citozin sta komplementarna, princip njune razporeditve v molekuli DNA pa imenujemo princip komplementarnosti. Med adeninom in timinom se tvorita dve vodikovi vezi, med citozinom in gvaninom pa tri. Tako sta dve verigi nukleotidov v molekuli DNK povezani s številnimi šibkimi vodikovimi vezmi.
Posledica komplementarnosti parov A-T in G-C je, da je število adenilnih (A) nukleotidov v DNK vedno enako številu timidilnih (T). Na enak način bo tudi število gvanilnih (G) in citidilnih (C) nukleotidov enako. Na primer, če DNA vsebuje 10% nukleotidov z adeninom, potem bo tudi 10% nukleotidov s timinom in po 40% z gvaninom in citozinom.
Elementi vsebine, preizkušeni na Enotnem državnem izpitu:
2.4 Zgradba celice. Razmerje med strukturo in funkcijami delov in organelov celice je osnova njene celovitosti.
Zgradba evkariontske celice
1) Omejuje vsebino celice, opravlja zaščitno funkcijo.2) Zagotavlja selektivni transport.
3) Zagotavlja komunikacijo med celicami v večceličnem organizmu.
Jedro
Ima dvojno membrano. V notranjosti jekromatin (DNK z beljakovinami), pa tudi enega ali večnukleoli (mesto sestavljanja ribosomskih podenot). Komunikacija s citoplazmo poteka skozi jedrske pore.
1) Shranjevanje in prenos dednih informacij.
2) Nadzor in upravljanje celičnih življenjskih procesov.
citoplazma
Notranje okolje celice, vključno s tekočim delom, organeli in vključki. Medsebojno povezuje vse celične strukture
Mitohondrije
Imajo dvojno membrano. Notranja membrana tvori gube -cristas , na katerem se nahajajo encimski kompleksi, ki sintetizirajo ATP. Imajo lastne ribosome in krožno DNK
Endoplazmatski retikulum (ER)
Mreža tubulov in votlin, ki prežemajo celotno celico. Na membranigrobo Ribosomi se nahajajo v urgenci. Na membranigladka EPS ni.
Izvaja transport snovi s povezovanjem različnih organiodov. Groba ER sodeluje tudi pri sintezi beljakovin, gladka ER pa pri sintezi ogljikovih hidratov in lipidov.
Golgijev aparat
Sistem ploščatih posod (tankov).
1) Kopičenje, sortiranje, pakiranje in priprava sintetiziranih proteinov za izvoz iz celice.
2) Tvorba lizosomov.
Lizosomi
Mehurčki, napolnjeni z različnimi encimi.
Znotrajcelična prebava.
Ribosomi
Sestavljeni so iz dveh podenot, ki jih tvorita protein in rRNA.
Sinteza beljakovin.
Celični center
Pri živalih in nižjih rastlinah vključuje dvacentrioli tvori devet trojčkov mikrotubulov.
Sodeluje pri delitvi celic in tvorbi citoskeleta.
Gibalni organeli (cilije, flagele).
So valj, katerega stena je sestavljena iz devetih parov mikrotubulov. Še dva se nahajata v središču.
Premikanje.
Plastidi (najdemo jih samo v rastlinah)
Kromoplasti (rumeno-rdeči) dajejo barvo cvetov in plodov, kar privablja opraševalce in raznašalce plodov in semen. Leukoplasti (brezbarvni) kopičijo škrob. Kloroplasti (zeleni) izvajajo fotosintezo.
kloroplasti
Imajo dvojno membrano. Notranja membrana tvori gube v obliki kupov kovancev -zrna . Ločen "kovanec" -tilakoid . Imajo krožno DNK in ribosome.
Transport skozi plazemsko membrano.
Pasivni transport poteka brez porabe energije (tj. brez porabe ATP). Glavna vrsta je difuzija. Z difuzijo pride kisik v celico in sprošča se ogljikov dioksid.
Aktivni prevoz prihaja s stroški energije. Glavne metode:
Prevoz z uporabo celičnih črpalk. Posebni proteinski kompleksi, vgrajeni v membrano, prenašajo nekatere ione v celico in črpajo druge. Na primer, kalij-natrijeva črpalka črpa iz celiceNa+ , ampak nalaganja K + . ATP se porabi za svoje delo.
Fagocitoza – absorpcija trdnih delcev s strani celice. Celična membrana tvori izbokline, ki se postopoma zaprejo, absorbirani delci pa končajo v citoplazmi.
Pinocitoza je absorpcija kapljic tekočine s celico. Poteka podobno kot fagocitoza.
Kemična sestava celice je tesno povezana s strukturnimi značilnostmi in delovanjem te osnovne in funkcionalne enote živih bitij. Kot v morfološkem smislu je najpogostejša in univerzalna za celice predstavnikov vseh kraljestev kemična sestava protoplasta. Slednji vsebuje približno 80 % vode, 10 % organskih snovi in 1 % soli. Med njimi imajo beljakovine, nukleinske kisline, lipidi in ogljikovi hidrati vodilno vlogo pri nastanku protoplasta.
Sestava kemičnih elementov protoplasta je izjemno zapletena. Vsebuje tako snovi z majhno molekulsko maso kot snovi z velikimi molekulami. 80 % teže protoplasta sestavljajo snovi z visoko molekulsko maso in le 30 % predstavljajo spojine z nizko molekulsko maso. Hkrati je za vsako makromolekulo na stotine, za vsako veliko makromolekulo pa na tisoče in desettisoče molekul.
Sestava katere koli celice vključuje več kot 60 elementov periodnega sistema.
Glede na pogostost pojavljanja lahko elemente razdelimo v tri skupine:
Anorganske snovi imajo nizko molekulsko maso in jih najdemo ter sintetiziramo tako v živih celicah kot v neživi naravi. V celici so te snovi predstavljene predvsem z vodo in v njej raztopljenimi solmi.
Voda predstavlja približno 70 % celice. Zaradi svoje posebne lastnosti molekularne polarizacije igra voda ogromno vlogo v življenju celice.
Molekula vode je sestavljena iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika.
Elektrokemična zgradba molekule je takšna, da ima kisik rahel presežek negativnega naboja, atomi vodika pa pozitiven naboj, to pomeni, da ima molekula vode dva dela, ki privlačita druge molekule vode z nasprotno nabitimi deli. To vodi do povečanja povezanosti med molekulami, kar posledično določa tekoče agregatno stanje pri temperaturah od 0 do 1000C, kljub relativno nizki molekulski masi. Hkrati polarizirane molekule vode zagotavljajo boljšo topnost soli.
Vloga vode v celici:
· Voda je medij celice, v njej potekajo vse biokemične reakcije.
· Voda opravlja transportno funkcijo.
· Voda je topilo za anorganske in nekatere organske snovi.
· Voda sama sodeluje pri nekaterih reakcijah (npr. fotoliza vode).
Soli se v celici nahajajo običajno v raztopljeni obliki, to je v obliki anionov (negativno nabiti ioni) in kationov (pozitivno nabiti ioni).
Najpomembnejši anioni celice so hidroskid (OH -), karbonat (CO 3 2-), bikarbonat (CO 3 -), fosfat (PO 4 3-), hidrofosfat (HPO 4 -), dihidrogen fosfat (H 2 PO). 4 -). Vloga anionov je ogromna. Fosfat zagotavlja nastanek visokoenergijskih vezi (kemijske vezi z visoko energijo). Karbonati zagotavljajo puferske lastnosti citoplazme. Puferska kapaciteta je sposobnost vzdrževanja konstantne kislosti raztopine.
Najpomembnejši kationi vključujejo proton (H +), kalij (K +), natrij (Na +). Proton sodeluje v številnih biokemičnih reakcijah in jih tudi določa pomembna lastnost citoplazmo kot njeno kislost. To zagotavljajo kalijevi in natrijevi ioni pomembna lastnina celične membrane kot prevodnost električnega impulza.
Celica je tista elementarna struktura, ki izvaja vse glavne stopnje biološkega metabolizma in vsebuje vse glavne kemične sestavine žive snovi. 80% teže protoplasta sestavljajo visokomolekularne snovi - beljakovine, ogljikovi hidrati, lipidi, nukleinske kisline, ATP. Organske snovi celice predstavljajo različni biokemični polimeri, to je molekule, ki so sestavljene iz številnih ponovitev enostavnejših, strukturno podobnih delov (monomerov).
2. Organske snovi, njihova zgradba in vloga v življenju celice.
Celica je osnovna elementarna enota vseh živih bitij, zato ima vse lastnosti živih organizmov: visoko urejeno strukturo, sprejema energijo od zunaj in jo uporablja za opravljanje dela in vzdrževanje reda, metabolizem, aktiven odziv na draženje, rast, razvoj, razmnoževanje, razmnoževanje in prenos biološke informacije potomci, regeneracija (obnova poškodovanih struktur), prilagajanje okolju.
Nemški znanstvenik T. Schwann je sredi 19. stoletja ustvaril celično teorijo, katere glavne določbe so pokazale, da so vsa tkiva in organi sestavljeni iz celic; celice rastlin in živali so si v osnovi podobne, vse nastanejo na enak način; aktivnost organizmov je vsota življenjskih dejavnosti posameznih celic. Velik vpliv na nadaljnji razvoj Na celično teorijo in teorijo celic nasploh je vplival veliki nemški znanstvenik R. Virchow. Ne le da je združil vsa številna različna dejstva, ampak je tudi prepričljivo pokazal, da so celice trajna struktura in nastanejo samo z razmnoževanjem.
Celična teorija v sodobna interpretacija vključuje naslednje glavne določbe: celica je univerzalna osnovna enota živih bitij; celice vseh organizmov so si po zgradbi, funkciji in kemični sestavi v osnovi podobne; celice se razmnožujejo samo z delitvijo prvotne celice; večcelični organizmi so kompleksni celični sklopi, ki tvorijo celovite sisteme.
Zahvaljujoč sodobnim raziskovalnim metodam je bilo razkrito dve glavni vrsti celic: kompleksneje organizirane visoko diferencirane evkariontske celice (rastline, živali in nekatere praživali, alge, glive in lišaji) in manj kompleksno organizirane prokariontske celice (modrozelene alge, aktinomicete, bakterije, spirohete, mikoplazme, rikecije, klamidije).
Za razliko od prokariontske celice ima evkariontska celica jedro, ki ga omejuje dvojna jedrska membrana in veliko število membranskih organelov.
POZOR!
Celica je osnovna strukturna in funkcionalna enota živih organizmov, ki izvaja rast, razvoj, presnovo in energijo, shranjuje, obdeluje in izvaja genetske informacije. Z morfološkega vidika je celica kompleksen sistem biopolimerov, ločenih od zunanjega okolja s plazemsko membrano (plazmolema) in sestavljenih iz jedra in citoplazme, v katerih se nahajajo organele in vključki (granule).
Katere vrste celic obstajajo?
Celice so raznolike po obliki, zgradbi, kemični sestavi in naravi metabolizma.
Vse celice so homologne, tj. imajo številne skupne strukturne značilnosti, od katerih je odvisno delovanje osnovnih funkcij. Za celice je značilna enotnost strukture, metabolizma (presnove) in kemične sestave.
Hkrati pa imajo različne celice tudi specifične strukture. To je posledica njihovega opravljanja posebnih funkcij.
Zgradba celice
Ultramikroskopska celična zgradba:
1 - citolema (plazemska membrana); 2 - pinocitotični vezikli; 3 - centrosom, celični center (citocenter); 4 - hialoplazma; 5 - endoplazmatski retikulum: a - membrana zrnatega retikuluma; b - ribosomi; 6 - povezava perinuklearnega prostora z votlinami endoplazmatskega retikuluma; 7 - jedro; 8 - jedrske pore; 9 - nezrnat (gladek) endoplazmatski retikulum; 10 - nukleol; 11 - notranji retikularni aparat (Golgijev kompleks); 12 - sekretorne vakuole; 13 - mitohondriji; 14 - liposomi; 15 - tri zaporedne stopnje fagocitoze; 16 - povezava celične membrane (citoleme) z membranami endoplazmatskega retikuluma.
Kemična sestava celice
Celica vsebuje več kot 100 kemičnih elementov, od katerih štirje predstavljajo približno 98% mase; to so organogeni: kisik (65–75%), ogljik (15–18%), vodik (8–10%) in dušik. (1,5–3,0 %). Preostali elementi so razdeljeni v tri skupine: makroelementi - njihova vsebnost v telesu presega 0,01%); mikroelementi (0,00001–0,01%) in ultramikroelementi (manj kot 0,00001).
Makroelementi vključujejo žveplo, fosfor, klor, kalij, natrij, magnezij, kalcij.
Mikroelementi vključujejo železo, cink, baker, jod, fluor, aluminij, baker, mangan, kobalt itd.
Ultramikroelementi vključujejo selen, vanadij, silicij, nikelj, litij, srebro itd. Mikroelementi in ultramikroelementi imajo kljub zelo nizki vsebnosti zelo pomembno vlogo pomembno vlogo. Vplivajo predvsem na presnovo. Brez njih je nemogoče normalno delovanje vsake celice in organizma kot celote.
Celica je sestavljena iz anorganskih in organskih snovi. Med anorganskimi največje število vodo. Relativna količina vode v celici je med 70 in 80 %. Voda je univerzalno topilo, v njej potekajo vse biokemične reakcije v celici. S sodelovanjem vode se izvaja termoregulacija. Snovi, ki se topijo v vodi (soli, baze, kisline, beljakovine, ogljikovi hidrati, alkoholi itd.), imenujemo hidrofilne. Hidrofobne snovi (maščobe in maščobam podobne snovi) se v vodi ne topijo. Druge anorganske snovi (soli, kisline, baze, pozitivni in negativni ioni) predstavljajo 1,0 do 1,5 %.
Med organskimi snovmi prevladujejo beljakovine (10-20%), maščobe ali lipidi (1-5%), ogljikovi hidrati (0,2-2,0%) in nukleinske kisline (1-2%). Vsebnost snovi z nizko molekulsko maso ne presega 0,5%.
Proteinska molekula je polimer, ki je sestavljen iz velikega števila ponavljajočih se enot monomerov. Aminokislinski proteinski monomeri (20 jih je) so med seboj povezani s peptidnimi vezmi in tvorijo polipeptidno verigo (primarna struktura proteina). Zvija se v spiralo in tvori sekundarno strukturo beljakovine. Zaradi specifične prostorske orientacije polipeptidne verige nastane terciarna struktura proteina, ki določa specifičnost in biološko aktivnost proteinske molekule. Več terciarnih struktur se med seboj združuje in tvori kvartarno strukturo.
Beljakovine opravljajo bistvene funkcije. Encimi - biološki katalizatorji, ki povečajo hitrost kemičnih reakcij v celici na stotine tisoč milijonov krat, so beljakovine. Beljakovine, ki so del vseh celičnih struktur, opravljajo plastično (gradbeno) funkcijo. Premike celic izvajajo tudi beljakovine. Zagotavljajo transport snovi v celico, iz celice in znotraj celice. Pomembno je zaščitna funkcija beljakovine (protitelesa). Beljakovine so eden od virov energije.Ogljikove hidrate delimo na monosaharide in polisaharide. Slednji so zgrajeni iz monosaharidov, ki so tako kot aminokisline monomeri. Med monosaharidi v celici so najpomembnejši glukoza, fruktoza (vsebuje šest ogljikovih atomov) in pentoza (pet ogljikovih atomov). Pentoze so del nukleinskih kislin. Monosaharidi so zelo topni v vodi. Polisaharidi so slabo topni v vodi (glikogen v živalskih celicah, škrob in celuloza v rastlinskih celicah) Ogljikovi hidrati so vir energije, kompleksni ogljikovi hidrati v kombinaciji z beljakovinami (glikoproteini), maščobami (glikolipidi) sodelujejo pri tvorbi celične površine in celice. interakcije.
Lipidi vključujejo maščobe in maščobam podobne snovi. Maščobne molekule so zgrajene iz glicerola in maščobne kisline. Maščobam podobne snovi so holesterol, nekateri hormoni in lecitin. Lipidi, ki so glavne sestavine celičnih membran, s tem opravljajo gradbeno funkcijo. Lipidi so najpomembnejši viri energije. Torej, če se s popolno oksidacijo 1 g beljakovin ali ogljikovih hidratov sprosti 17,6 kJ energije, potem s popolno oksidacijo 1 g maščobe - 38,9 kJ. Lipidi izvajajo termoregulacijo in ščitijo organe (maščobne kapsule).
DNK in RNK
Nukleinske kisline so polimerne molekule, ki jih tvorijo nukleotidni monomeri. Nukleotid je sestavljen iz purinske ali pirimidinske baze, sladkorja (pentoze) in ostanka fosforne kisline. V vseh celicah obstajata dve vrsti nukleinskih kislin: deoksiribonukleinska kislina (DNK) in ribonukleinska kislina (RNA), ki se razlikujeta po sestavi baz in sladkorjev.
Prostorska struktura nukleinskih kislin:
(po B. Alberts et al., s spremembo) I - RNA; II - DNK; trakovi - hrbtenice sladkornega fosfata; A, C, G, T, U so dušikove baze, mreže med njimi so vodikove vezi.
molekula DNK
Molekula DNK je sestavljena iz dveh polinukleotidnih verig, ki sta druga okoli druge zaviti v obliki dvojne vijačnice. Dušikove baze obeh verig so med seboj povezane s komplementarnimi vodikovimi vezmi. Adenin se povezuje samo s timinom, citozin pa z gvaninom (A - T, G - C). DNK vsebuje genetske informacije, ki določajo specifičnost beljakovin, ki jih sintetizira celica, to je zaporedje aminokislin v polipeptidni verigi. DNK prenaša z dedovanjem vse lastnosti celice. DNK se nahaja v jedru in mitohondrijih.
molekula RNA
Molekulo RNK tvori ena polinukleotidna veriga. V celicah obstajajo tri vrste RNA. Informacijska ali messenger RNA tRNA (iz angleškega messengerja - "posrednik"), ki prenaša informacije o nukleotidnem zaporedju DNK na ribosome (glej spodaj). Prenosna RNA (tRNA), ki prenaša aminokisline do ribosomov. Ribosomska RNA (rRNA), ki sodeluje pri tvorbi ribosomov. RNA se nahaja v jedru, ribosomih, citoplazmi, mitohondrijih in kloroplastih.
Sestava nukleinskih kislin.
Celica je najmanjša strukturna in funkcionalna enota živih bitij. Celice vseh živih organizmov, vključno s človekom, imajo podobno zgradbo. Študija strukture, funkcij celic, njihove interakcije med seboj je osnova za razumevanje tako kompleksnega organizma, kot je oseba. Celica se aktivno odziva na draženje, opravlja funkcije rasti in razmnoževanja; sposoben samoreprodukcije in prenosa genetskih informacij na potomce; do regeneracije in prilagajanja okolju.
Struktura. V telesu odraslega človeka je okoli 200 vrst celic, ki se med seboj razlikujejo po obliki, zgradbi, kemični sestavi in metabolizmu. Kljub veliki raznolikosti predstavlja vsaka celica katerega koli organa celovit živ sistem. Celica je razdeljena na citolemo, citoplazmo in jedro (slika 5).
Cytolemma. Vsaka celica ima lupino - citolemo (celično membrano), ki ločuje vsebino celice od zunanjega (zunajceličnega) okolja. Citolema ne le omejuje celico od zunaj, ampak tudi zagotavlja njeno neposredno povezavo z zunanjim okoljem. Citolema opravlja zaščitne, transportne funkcije
1 - citolema (plazemska membrana); 2 - pinocitotični vezikli; 3 - centrosom (celični center, citocenter); 4 - hialoplazma;
- - endoplazmatski retikulum (a - membrane endoplazmatskega retikuluma,
- - ribosomi); 6 - jedro; 7 - povezava perinuklearnega prostora z votlinami endoplazmatskega retikuluma; 8 - jedrske pore; 9 - nukleolus; 10 - znotrajcelični mrežni aparat (Golgijev kompleks); 11 - sekretorne vakuole; 12 - mitohondriji; 13 - lizosomi; 14 - tri zaporedne stopnje fagocitoze; 15 - povezava celične membrane
cije, zaznava vplive zunanjega okolja. Skozi citolemo različne molekule (delci) prodrejo v celico in izstopijo iz celice v njeno okolje.
Citolema je sestavljena iz lipidnih in beljakovinskih molekul, ki jih držijo skupaj kompleksne medmolekularne interakcije. Zahvaljujoč njim se ohranja strukturna celovitost membrane. Osnova citoleme je prav tako sestavljena iz plasti litija
poliproteinske narave (lipidi v kombinaciji z beljakovinami). Citolema je z debelino približno 10 nm najdebelejša biološka membrana. Citolema, polprepustna biološka membrana, ima tri plasti (slika 6, glej barvo). Zunanja in notranja hidrofilna plast tvorita lipidne molekule (lipidni dvosloj) in imata debelino 5-7 nm. Te plasti so neprepustne za večino vodotopnih molekul. Med zunanjo in notranjo plastjo je vmesna hidrofobna plast lipidnih molekul. Membranski lipidi vključujejo veliko skupino organskih snovi, ki so slabo topne v vodi (hidrofobne) in dobro topne v organskih topilih. Celične membrane vsebujejo fosfolipide (glicerofosfatide), steroidne lipide (holesterol) itd.
Lipidi predstavljajo približno 50% mase plazemske membrane.
Molekule lipidov imajo hidrofilne (vodoljubne) glave in hidrofobne (vodobojne) konce. Molekule lipidov se nahajajo v citolemi tako, da zunanjo in notranjo plast (lipidni dvosloj) tvorijo glave lipidnih molekul, vmesno plast pa njihovi konci.
Membranski proteini ne tvorijo neprekinjene plasti v citolemi. Beljakovine se nahajajo v lipidnih plasteh in se potopijo vanje na različne globine. Proteinske molekule imajo nepravilno okroglo obliko in so oblikovane iz polipeptidnih vijačnic. V tem primeru so nepolarni odseki proteinov (brez nabojev), bogati z nepolarnimi aminokislinami (alanin, valin, glicin, levcin), potopljeni v tisti del lipidne membrane, kjer so hidrofobni konci lipidnih molekul. nahaja. Polarni deli beljakovin (nosilci naboja), prav tako bogati z aminokislinami, sodelujejo s hidrofilnimi glavami lipidnih molekul.
V plazemski membrani beljakovine predstavljajo skoraj polovico njene mase. Obstajajo transmembranski (integralni), polintegralni in periferni membranski proteini. Periferni proteini se nahajajo na površini membrane. Integralni in polintegralni proteini so vgrajeni v lipidne plasti. Molekule integralnih proteinov prodrejo skozi celotno lipidno plast membrane, polintegralne beljakovine pa so delno potopljene v membranske plasti. Membranski proteini, po njihovem biološko vlogo, delimo na nosilne proteine (transportne proteine), encimske proteine in receptorske proteine.
Membranske ogljikove hidrate predstavljajo polisaharidne verige, ki so vezane na membranske proteine in lipide. Takšni ogljikovi hidrati se imenujejo glikoproteini in glikolipidi. Količina ogljikovih hidratov v citolemi in drugih bioloških memih
brane so majhne. Masa ogljikovih hidratov v plazemski membrani se giblje od 2 do 10% mase membrane. Ogljikovi hidrati se nahajajo na zunanjo površino celična membrana, ki ni v stiku s citoplazmo. Ogljikovi hidrati na celični površini tvorijo nadmembransko plast - glikokaliks, ki sodeluje v procesih medceličnega prepoznavanja. Debelina glikokaliksa je 3-4 nm. Kemično je glikokaliks glikoproteinski kompleks, ki vključuje različne ogljikove hidrate, povezane z beljakovinami in lipidi.
Funkcije plazemske membrane. Ena najpomembnejših funkcij citoleme je transport. Zagotavlja vnos hranilnih snovi in energije v celico, odstranjevanje presnovnih produktov iz celice in biološko aktivni materiali(skrivnosti), uravnava prehajanje različnih ionov v in iz celice ter vzdržuje ustrezen pH v celici.
Obstaja več mehanizmov za vstop snovi v celico in izstop iz nje: difuzija, aktivni transport, ekso- ali endocitoza.
Difuzija je gibanje molekul ali ionov iz območja visoke koncentracije v območje nižje koncentracije, tj. vzdolž koncentracijskega gradienta. Zaradi difuzije se skozi membrane prenašajo molekule kisika (02) in ogljikovega dioksida (CO2). Ioni, molekule glukoze in aminokislin, maščobne kisline počasi difundirajo skozi membrane.
Smer difuzije ionov določata dva dejavnika: eden od teh dejavnikov je njihova koncentracija, drugi pa električni naboj. Ioni se običajno premaknejo v območje nasprotnih nabojev in, odbiti od območja enakega naboja, difundirajo iz območja visoke koncentracije v območje nizke koncentracije.
Aktivni transport je gibanje molekul ali ionov skozi membrane z uporabo energije proti koncentracijskemu gradientu. Energija v obliki razgradnje adenozin trifosforne kisline (ATP) je nujna za pretok snovi iz okolja z nižjo koncentracijo v okolje z višjo vsebnostjo. Primer aktivnega transporta ionov je natrijeva-kalijeva črpalka (Na+, K+ črpalka). Ioni Na+ in ATP vstopajo v membrano od znotraj, ioni K+ pa od zunaj. Za vsaka dva iona K+, ki vstopita v celico, se iz celice odstranijo trije ioni Na+. Zaradi tega postane vsebina celice negativno nabita glede na zunanje okolje. V tem primeru nastane potencialna razlika med obema površinama membrane.
Prenos velikih molekul nukleotidov, aminokislin itd. skozi membrano izvajajo membranski transportni proteini. To so nosilni proteini in proteini, ki tvorijo kanale. Nosilni proteini se združijo z molekulo transportirane snovi in jo prenašajo skozi membrano. Ta proces je lahko pasiven ali aktiven. Proteini, ki tvorijo kanale, tvorijo ozke pore, napolnjene s tkivno tekočino, ki predrejo lipidni dvosloj. Ti kanali imajo vrata, ki se odpirajo kratek čas kot odziv na posebne procese, ki se dogajajo na membrani.
Citolema sodeluje tudi pri absorpciji in sproščanju različnih vrst makromolekul in velikih delcev v celici. Proces prehoda takšnih delcev skozi membrano v celico imenujemo endocitoza, proces njihovega odstranjevanja iz celice pa eksocitoza. Med endocitozo plazemska membrana tvori izrastke ali izrastke, ki se, ko se prepletajo, spremenijo v vezikle. Delci ali tekočina, ujeti v mehurčke, se prenesejo v celico. Obstajata dve vrsti endocitoze - fagocitoza in pinocitoza. Fagocitoza (iz grščine phagos - požiranje) je absorpcija in prenos velikih delcev v celico - na primer ostanki odmrlih celic, bakterije). Pinocitoza (iz grščine pino - pijača) je absorpcija tekočih snovi, visokomolekularnih spojin. Večina delcev ali molekul, ki jih sprejme celica, konča v lizosomih, kjer jih celica prebavi. Eksocitoza je obraten proces endocitoze. Med procesom eksocitoze se vsebina transportnih ali izločevalnih veziklov sprosti v zunajcelični prostor. V tem primeru se vezikli spojijo s plazemsko membrano, nato pa se odprejo na njeni površini in sprostijo svojo vsebino v zunajcelično okolje.
Receptorske funkcije celične membrane se izvajajo zaradi velikega števila občutljivih tvorb - receptorjev, prisotnih na površini citoleme. Receptorji so sposobni zaznati učinke različnih kemičnih in fizičnih dražljajev. Receptorji, ki so sposobni prepoznati dražljaje, so glikoproteini in glikolipidi citoleme. Receptorji so enakomerno porazdeljeni po celotni površini celice ali pa so lahko koncentrirani na katerem koli delu celične membrane. Obstajajo receptorji, ki prepoznajo hormone, mediatorje, antigene in različne beljakovine.
Medcelične povezave nastanejo s povezovanjem in zapiranjem citoleme sosednjih celic. Medcelične povezave zagotavljajo prenos kemičnih in električnih signalov iz ene celice v drugo in so vključene v odnose
celice. Obstajajo preproste, goste, režaste sinaptične medcelične povezave. Enostavne povezave nastanejo, ko sta citolemi dveh sosednjih celic preprosto v stiku, ki mejijo ena na drugo. Na mestih tesnih medceličnih povezav je citolema dveh celic čim bližje, ponekod se združita in tako rekoč tvorita eno membrano. Na vrzelnih stičiščih (neksusih) je med obema citolemama zelo ozka reža (2-3 nm). Sinaptične povezave (sinapse) so značilne za medsebojne stike živčnih celic, ko se lahko signal (živčni impulz) prenaša iz ene živčne celice v drugo živčno celico samo v eni smeri.
S funkcionalnega vidika lahko medcelične povezave razdelimo v tri skupine. To so zaklepne povezave, priponke in komunikacijski kontakti. Prehodne povezave povezujejo celice zelo tesno, zaradi česar niti majhne molekule ne morejo preiti skozi njih. Pritrdilni spoji mehansko povezujejo celice s sosednjimi celicami ali zunajceličnimi strukturami. Komunikacijski stiki med celicami zagotavljajo prenos kemičnih in električnih signalov. Glavne vrste komunikacijskih stikov so vrzelne povezave in sinapse.
- Od katerih kemične spojine(molekul) je citolema zgrajena? Kako se molekule teh spojin nahajajo v membrani?
- Kje se nahajajo membranski proteini, kakšno vlogo igrajo pri funkcijah citoleme?
- Poimenujte in opišite vrste transporta snovi skozi membrano.
- Kako se aktivni transport snovi skozi membrane razlikuje od pasivnega?
- Kaj je endocitoza in eksocitoza? Kako se razlikujejo med seboj?
- Katere vrste stikov (povezav) celic med seboj poznate?
Hialoplazma (iz grščine hyalmos - prozoren) je kompleksen koloidni sistem, ki zapolnjuje prostor med celičnimi organeli. V hialoplazmi se sintetizirajo beljakovine in v njej se nahaja energijska rezerva celice. Hialoplazma združuje različne celične strukture in zagotavlja
njihova kemijska interakcija tvori matriko - notranje okolje celice. Zunaj je hialoplazma prekrita s celično membrano - citolemo. Sestava hialoplazme vključuje vodo (do 90%). V hialoplazmi se sintetizirajo beljakovine, potrebne za življenje in delovanje celice. Vsebuje zaloge energije v obliki molekul ATP, maščobnih vključkov in odlaga se glikogen. Hialoplazma vsebuje strukture splošnega namena - organele, ki so prisotne v vseh celicah, in nestalne tvorbe - citoplazemske vključke. Organele vključujejo zrnati in nezrnati endoplazmatski retikulum, notranji mrežni aparat (Golgijev kompleks), celični center (citocenter), ribosome, lizosome. Vključki vključujejo glikogen, beljakovine, maščobe, vitamine, pigment in druge snovi.
Organele so celične strukture, ki opravljajo določene vitalne funkcije. pomembne funkcije. Obstajajo membranski in nemembranski organeli. Membranski organeli so zaprti posamezni ali med seboj povezani deli citoplazme, ločeni od hialoplazme z membranami. Membranski organeli vključujejo endoplazmatski retikulum, notranji retikularni aparat (Golgijev kompleks), mitohondrije, lizosome in peroksisome.
Endoplazmatski retikulum tvorijo skupine cistern, veziklov ali cevk, katerih stene so membrane debeline 6-7 nm. Kombinacija teh struktur je podobna mreži. Endoplazmatski retikulum je heterogene strukture. Obstajata dve vrsti endoplazmatskega retikuluma - zrnat in nezrnat (gladek).
Zrnati endoplazmatski retikulum ima na cevnih membranah veliko majhnih okroglih telesc - ribosomov. Membrane nezrnatega endoplazmatskega retikuluma nimajo ribosomov na svoji površini. Glavna funkcija zrnatega endoplazmatskega retikuluma je sodelovanje pri sintezi beljakovin. Sinteza lipidov in polisaharidov poteka na membranah nezrnatega endoplazmatskega retikuluma.
Notranji retikularni aparat (Golgijev kompleks) se običajno nahaja v bližini celičnega jedra. Sestavljen je iz sploščenih rezervoarjev, obdanih z membrano. V bližini skupin rezervoarjev je veliko majhnih mehurčkov. Golgijev kompleks sodeluje pri kopičenju produktov, sintetiziranih v endoplazmatskem retikulumu, in odstranjevanju nastalih snovi izven celice. Poleg tega Golgijev kompleks zagotavlja nastanek celičnih lizosomov in peroksimov.
Lizosomi so sferične membranske vrečke (0,2-0,4 µm v premeru), napolnjene z aktivnimi kemikalijami.
biološke snovi, hidrolitični encimi (hidrolaze), ki razgrajujejo beljakovine, ogljikove hidrate, maščobe in nukleinske kisline. Lizosomi so strukture, ki izvajajo znotrajcelično prebavo biopolimerov.
Peroksisomi so majhni, ovalne oblike vakuole velikosti 0,3-1,5 mikronov, ki vsebujejo encim katalazo, ki uničuje vodikov peroksid, ki nastane kot posledica oksidativne deaminacije aminokislin.
Mitohondriji so energijske postaje celice. To so jajčasti ali sferični organeli s premerom približno 0,5 mikrona in dolžino 1 - 10 mikronov. Mitohondrije, za razliko od drugih organelov, ne omejujejo ena, ampak dve membrani. Zunanja membrana ima gladke konture in ločuje mitohondrije od hialoplazme. Notranja membrana omejuje vsebino mitohondrija, njegovega drobnozrnatega matriksa in tvori številne gube - grebene (cristae). Glavna funkcija mitohondrijev je oksidacija organskih spojin in uporaba sproščene energije za sintezo ATP. Sinteza ATP poteka s porabo kisika in poteka na membranah mitohondrijev in na membranah njihovih krist. Sproščena energija se porabi za fosforilacijo molekul ADP (adenozin difosfata) in njihovo pretvorbo v ATP.
Nemembranski celični organeli vključujejo podporni aparat celice, vključno z mikrofilamenti, mikrotubuli in vmesnimi filamenti, celičnim središčem in ribosomi.
Podporni aparat ali citoskelet celice daje celici sposobnost ohranjanja določene oblike in tudi izvajanja usmerjenih gibov. Citoskelet tvorijo beljakovinski filamenti, ki prodrejo skozi celotno citoplazmo celice in zapolnjujejo prostor med jedrom in citolemo.
Mikrofilamenti so tudi beljakovinski filamenti debeline 5-7 nm, ki se nahajajo predvsem v perifernih delov citoplazma. Mikrofilamenti vključujejo kontraktilne proteine - aktin, miozin in tropomiozin. Debelejše mikrofilamente, debele približno 10 nm, imenujemo intermediarni filamenti ali mikrofibrile. Vmesni filamenti so razporejeni v snope in imajo v različnih celicah različne sestave. IN mišične celice zgrajeni so iz beljakovine demin, v epitelijskih celicah - iz beljakovin keratina, v živčnih celicah so zgrajeni iz beljakovin, ki tvorijo nevrofibrile.
Mikrotubuli so votli valji s premerom približno 24 nm, sestavljeni iz beljakovine tubulina. So glavni strukturni in funkcionalni elementi res
Niše in flagele, katerih osnova so izrastki citoplazme. Glavna funkcija teh organelov je podpora. Mikrotubuli zagotavljajo mobilnost samih celic, pa tudi gibanje migetalk in bičkov, ki so izrastki nekaterih celic (epitelija dihalnih poti in drugih organov). Mikrotubuli so del celičnega središča.
Celični center (citocenter) je skupek centriolov in goste snovi, ki jih obdaja - centrosfera. Celični center se nahaja v bližini celičnega jedra. Centrioli imajo obliko votlih valjev s premerom približno
- 25 mikronov in dolžine do 0,5 mikronov. Stene centriola so zgrajene iz mikrotubulov, ki tvorijo 9 tripletov (trojni mikrotubuli - 9x3).
Ribosomi so zrnca velikosti 15-35 nm. Vsebujejo beljakovine in molekule RNA v približno enakem masnem razmerju. Ribosomi se nahajajo prosto v citoplazmi ali pa so fiksirani na membranah zrnatega endoplazmatskega retikuluma. Ribosomi sodelujejo pri sintezi beljakovinskih molekul. Aminokisline razporedijo v verige v strogem skladu z genetskimi informacijami, ki jih vsebuje DNK. Poleg posameznih ribosomov celice vsebujejo skupine ribosomov, ki tvorijo polisome, poliribosome.
Citoplazmatski vključki so neobvezne sestavine celice. Pojavijo se in izginejo glede na funkcionalno stanje celice. Glavna lokacija vključkov je citoplazma. V njem se kopičijo vključki v obliki kapljic, zrnc in kristalov. Obstajajo trofični, sekretorni in pigmentni vključki. Trofični vključki vključujejo zrnca glikogena v jetrnih celicah, beljakovinska zrnca v jajcih, kapljice maščobe v maščobnih celicah itd. Služijo kot rezerve hranila da se celica kopiči. V celicah žleznega epitelija med njihovim življenjem nastanejo sekretorni vključki. Vključki vsebujejo biološko aktivne snovi, akumulirane v obliki sekretornih granul. Pigmentni vključki
so lahko endogenega (če nastajajo v telesu samem – hemoglobin, lipofuscin, melanin) ali eksogenega (barvila itd.) izvora.
Vprašanja za ponavljanje in samokontrolo:
- Poimenujte glavne strukturne elemente celice.
- Kakšne lastnosti ima celica? elementarna enotaživ?
- Kaj so celični organeli? Povejte nam o klasifikaciji organelov.
- Kateri organeli sodelujejo pri sintezi in transportu snovi v celici?
- Povejte nam o strukturi in funkcionalni pomen Golgijev kompleks.
- Opišite zgradbo in funkcije mitohondrijev.
- Poimenujte nemembranske celične organele.
- Določite vključke. Navedite primere.
Jedro je običajno sferične ali jajčaste oblike. Nekatere celice (na primer levkociti) imajo fižolasto, paličasto ali segmentirano jedro. Jedro celice, ki se ne deli (interfaza), je sestavljeno iz lupine, nukleoplazme (karioplazme), kromatina in nukleola.
Jedrska ovojnica (kariota) ločuje vsebino jedra od citoplazme celice in uravnava transport snovi med jedrom in citoplazmo. Karioteka je sestavljena iz zunanje in notranje membrane, ki sta ločeni z ozkim perinuklearnim prostorom. Zunanja jedrska membrana je v neposrednem stiku s citoplazmo celice, z membranami cistern endoplazmatskega retikuluma. Na površini jedrske membrane, obrnjeni proti citoplazmi, so številni ribosomi. Jedrska ovojnica ima jedrske pore, zaprte s kompleksno diafragmo, ki jo tvorijo med seboj povezana beljakovinska zrnca. Presnova poteka skozi jedrske pore
med jedrom in citoplazmo celice. Molekule ribonukleinske kisline (RNK) in ribosomske podenote zapustijo jedro v citoplazmo, beljakovine in nukleotidi pa vstopajo v jedro.
Pod jedrno ovojnico se nahajata homogena nukleoplazma (karioplazma) in nukleol. V nukleoplazmi nedelljivega jedra, v njegovem jedrskem proteinskem matriksu, so zrnca (grude) tako imenovanega heterokromatina. Področja ohlapnejšega kromatina, ki se nahajajo med zrnci, se imenujejo evhromatin. Ohlapni kromatin se imenuje dekondenzirani kromatin, v njem se najintenzivneje odvijajo sintetični procesi. Med delitvijo celic se kromatin zgosti, kondenzira in tvori kromosome.
Kromatin jedra, ki se ne deli, in kromosomi jedra, ki se deli, imata enako kemično sestavo. Tako kromatin kot kromosomi so sestavljeni iz molekul DNA, povezanih z RNA in beljakovinami (histoni in nehistoni). Vsaka molekula DNK je sestavljena iz dveh dolgih desnosučnih polinukleotidnih verig (dvojna vijačnica). Vsak nukleotid je sestavljen iz dušikove baze, sladkorja in ostanka fosforne kisline. Poleg tega se baza nahaja znotraj dvojne vijačnice, sladkorno-fosfatno okostje pa zunaj.
Dedne informacije v molekulah DNK so zapisane v linearnem zaporedju razporeditve njenih nukleotidov. Osnovni delec dednosti je gen. Gen je del DNA, ki ima specifično zaporedje nukleotidov, odgovornih za sintezo enega specifičnega specifičnega proteina.
Molekule DNK v kromosomu delitvenega jedra so kompaktno zapakirane. Tako ima ena molekula DNA, ki vsebuje 1 milijon nukleotidov v linearni razporeditvi, dolžino 0,34 mm. Dolžina enega človeškega kromosoma, ko je raztegnjena, je približno 5 cm.Molekule DNA, povezane s histonskimi proteini, tvorijo nukleosome, ki so strukturne enote kromatina. Nukleosomi izgledajo kot kroglice s premerom 10 nm. Vsak nukleosom je sestavljen iz histonov, okoli katerih je zvit del DNK, vključno s 146 nukleotidnimi pari. Med nukleosomi so linearni odseki DNA, sestavljeni iz 60 nukleotidnih parov. Kromatin predstavljajo fibrile, ki tvorijo zanke, dolge približno 0,4 μm, ki vsebujejo od 20.000 do 300.000 nukleotidnih parov.
Kot posledica zbijanja (kondenzacije) in zvijanja (superzvitja) deoksiribonukleoproteinov (DNP) v delečem se jedru so kromosomi podolgovate paličaste tvorbe z dvema krakoma, razdeljenimi tako
imenujemo zožitev – centromera. Glede na lokacijo centromere in dolžino krakov (nog) ločimo tri vrste kromosomov: metacentrične, ki imajo približno enake krake, submetacentrične, pri katerih je dolžina krakov (nog) različna, in akrocentrične kromosome. , pri kateri je en krak dolg in drugi dolg.zelo kratek, komaj opazen.
Površina kromosomov je prekrita z različnimi molekulami, predvsem ribonukleoprogeidi (RNP). Somatske celice imajo dve kopiji vsakega kromosoma. Imenujemo jih homologni kromosomi, enaki so po dolžini, obliki, strukturi in nosijo enake gene, ki se nahajajo na enak način. Strukturne značilnosti, število in velikost kromosomov imenujemo kariotip. Normalen človeški kariotip vključuje 22 parov somatskih kromosomov (avtosomov) in en par spolnih kromosomov (XX ali XY). Človeške somatske celice (diploidne) imajo dvojno število kromosomov - 46. Spolne celice vsebujejo haploiden (enojni) niz - 23 kromosomov. Zato je v zarodnih celicah dvakrat manj DNK kot v diploidnih somatskih celicah.
Jedrce, eno ali več, je prisotno v vseh celicah, ki se ne delijo. Ima videz intenzivno obarvanega okroglega telesa, katerega velikost je sorazmerna z intenzivnostjo sinteze beljakovin. Jedro je sestavljeno iz elektronsko gostega nukleolonema (iz grškega neman - nit), v katerem se razlikujejo filamentni (fibrilarni) in zrnati deli. Nitasti del je sestavljen iz številnih med seboj prepletenih verig RNK, debelih približno 5 nm. Zrnati (granularni) del tvorijo zrna s premerom približno 15 nm, ki so delci ribonukleoproteinov - predhodnikov ribosomskih podenot. Ribosomi nastanejo v nukleolu.
Kemična sestava celice. Vse celice človeškega telesa so si po kemični sestavi podobne, vsebujejo tako anorganske kot organske snovi.
Anorganske snovi. V sestavi celice najdemo več kot 80 kemičnih elementov. Poleg tega jih šest - ogljik, vodik, dušik, kisik, fosfor in žveplo - predstavlja približno 99% celotne mase celice. Kemični elementi se v celici nahajajo v obliki različnih spojin.
Voda zavzema prvo mesto med snovmi celice. Sestavlja približno 70 % celične mase. Večina reakcij, ki potekajo v celici, se lahko zgodi le v vodnem okolju. Številne snovi vstopajo v celico vodna raztopina. Presnovni produkti se iz celice odstranijo tudi v vodni raztopini. Zahvale gredo
V prisotnosti vode celica ohrani volumen in elastičnost. TO anorganske snovi celice poleg vode vsebujejo soli. Za vitalne procese celice so najpomembnejši kationi K+, Na+, Mg2+, Ca2+ ter anioni - H2PO~, C1, HCO Koncentracija kationov in anionov znotraj in zunaj celice je različna. Torej je znotraj celice vedno precej visoka koncentracija kalijevih ionov in nizka koncentracija natrijevih ionov. Nasprotno, v okolju, ki obdaja celico, v tkivni tekočini, je manj kalijevih ionov in več natrijevih ionov. V živi celici te razlike v koncentracijah kalijevih in natrijevih ionov med intracelularnim in zunajceličnim okoljem ostanejo konstantne.
Organske snovi. Skoraj vse celične molekule so ogljikove spojine. S štirimi elektroni v svoji zunanji lupini lahko atom ogljika tvori štiri močne kovalentne vezi z drugimi atomi, kar ustvarja velike, kompleksne molekule. Drugi atomi, ki so široko prisotni v celici in na katere se ogljikovi atomi zlahka vežejo, so atomi vodika, dušika in kisika. Tako kot ogljik so majhni in sposobni tvoriti zelo močne kovalentne vezi.
Večina organskih spojin tvori molekule velike velikosti, imenovane makromolekule (grško makros - velik). Takšne molekule so sestavljene iz ponavljajočih se po zgradbi podobnih in med seboj povezanih spojin – monomerov (grško monos – eden). Makromolekulo, ki jo tvorijo monomeri, imenujemo polimer (grško poli – veliko).
Glavnino citoplazme in jedra celice sestavljajo beljakovine. Vse beljakovine vsebujejo atome vodika, kisika in dušika. Številne beljakovine vsebujejo tudi atome žvepla in fosforja. Vsaka beljakovinska molekula je sestavljena iz tisočih atomov. Obstaja ogromno različnih beljakovin, zgrajenih iz aminokislin.
V celicah in tkivih živalskih in rastlinskih organizmov najdemo več kot 170 aminokislin. Vsaka aminokislina ima karboksilno skupino (COOH), ki ima kisle lastnosti, in amino skupino (-NH2), ki ima bazične lastnosti. Področja molekul, ki niso zasedena s karboksi in amino skupinami, imenujemo radikali (R). V najpreprostejšem primeru je radikal sestavljen iz enega samega vodikovega atoma, v kompleksnejših aminokislinah pa je lahko kompleksna struktura, sestavljena iz številnih ogljikovih atomov.
Najpomembnejše aminokisline so alanin, glutaminska in asparaginska kislina, prolin, levcin, cistein. Povezave aminokislin med seboj imenujemo peptidne vezi. Nastale aminokislinske spojine imenujemo peptidi. Peptid, sestavljen iz dveh aminokislin, se imenuje dipeptid.
iz treh aminokislin - tripeptid, iz številnih aminokislin - polipeptid. Večina beljakovin vsebuje 300-500 aminokislin. Obstajajo tudi večje beljakovinske molekule, sestavljene iz 1500 ali več aminokislin. Beljakovine se razlikujejo po sestavi, številu in vrstnem redu menjavanja aminokislin v polipeptidni verigi. Prav zaporedje menjavanja aminokislin je najpomembnejše v obstoječi raznolikosti beljakovin. Mnoge beljakovinske molekule so dolge in imajo visoko molekulsko maso. Tako je molekulska masa insulina 5700, hemoglobina 65.000, molekulska masa vode pa le 18.
Polipeptidne verige proteinov niso vedno podaljšane. Nasprotno, lahko se zvijajo, upognejo ali zložijo na različne načine. Različne fizične in kemijske lastnosti beljakovine zagotavljajo značilnosti funkcij, ki jih opravljajo: gradbena, motorna, transportna, zaščitna, energetska.
Ogljikovi hidrati v celicah so tudi organske snovi. Ogljikovi hidrati vsebujejo atome ogljika, kisika in vodika. Obstajajo preprosti in kompleksni ogljikovi hidrati. Enostavni ogljikovi hidrati se imenujejo monosaharidi. Kompleksni ogljikovi hidrati so polimeri, v katerih imajo monosaharidi vlogo monomerov. Disaharid nastane iz dveh monomerov, trisaharid iz treh, polisaharid pa iz mnogih. Vsi monosaharidi so brezbarvne snovi, dobro topne v vodi. Najpogostejši monosaharidi v živalskih celicah so glukoza, riboza in deoksiriboza.
Glukoza je primarni vir energije za celico. Pri razcepu se spremeni v ogljikov monoksid in vodo (C02 + + H20). Pri tej reakciji se sprosti energija (pri razgradnji 1 g glukoze se sprosti 17,6 kJ energije). Riboza in deoksiriboza sta sestavini nukleinskih kislin in ATP.
Lipidi so sestavljeni iz enakih kemičnih elementov kot ogljikovi hidrati – ogljik, vodik in kisik. Lipidi se ne raztopijo v vodi. Najbolj pogosti in znani lipidi so ego maščobe, ki so vir energije. Pri razgradnji maščob se sprosti dvakrat več energije kot pri razgradnji ogljikovih hidratov. Lipidi so hidrofobni in so zato del celičnih membran.
Celice vsebujejo nukleinske kisline – DNK in RNK. Ime "nukleinske kisline" izhaja iz latinske besede "nucleus", tj. jedro, kjer so bili prvič odkriti. Nukleinske kisline so zaporedno povezani nukleotidi. Nukleotid je kemikalija
spojina, sestavljena iz ene molekule sladkorja in ene molekule organske baze. Organske baze lahko pri interakciji s kislinami tvorijo soli.
Vsaka molekula DNK je sestavljena iz dveh verig, spiralno zavitih ena okoli druge. Vsaka veriga je polimer, katerega monomeri so nukleotidi. Vsak nukleotid vsebuje eno od štirih baz - adenin, citozin, gvanin ali timin. Ko nastane dvojna vijačnica, se dušikove baze ene verige "združijo" z dušikovimi bazami druge. Baze se tako približajo druga drugi, da med njimi nastanejo vodikove vezi. Pri razporeditvi povezovalnih nukleotidov je pomembna zakonitost, in sicer: proti adeninu (A) ene verige vedno stoji timin (T) druge verige, proti gvaninu (G) ene verige pa citozin (C). V vsaki od teh kombinacij se zdi, da se oba nukleotida dopolnjujeta. Beseda "dodatek" latinsko pomeni "komplement". Zato je običajno reči, da je gvanin komplementaren citozinu, timin pa adeninu. Če je torej vrstni red nukleotidov v eni verigi znan, potem komplementarni princip takoj določi vrstni red nukleotidov v drugi verigi.
V polinukleotidnih verigah DNA vsaki trije zaporedni nukleotidi tvorijo triplet (niz treh komponent). Vsak trojček ni le naključna skupina treh nukleotidov, temveč kodagen (v grščini je kodagen regija, ki tvori kodon). Vsak kodon kodira (šifrira) samo eno aminokislino. Zaporedje kodogenov vsebuje (zapisane) primarne informacije o zaporedju aminokislin v beljakovinah. DNK ima edinstveno lastnost – sposobnost podvajanja, ki je nima nobena druga znana molekula.
Molekula RNA je tudi polimer. Njegovi monomeri so nukleotidi. RNA je enovijačna molekula. Ta molekula je zgrajena na enak način kot ena od verig DNK. Ribonukleinska kislina, tako kot DNK, vsebuje triplete - kombinacije treh nukleotidov ali informacijskih enot. Vsak triplet nadzoruje vključitev zelo specifične aminokisline v beljakovino. Vrstni red menjavanja aminokislin, ki se gradijo, je določen z zaporedjem trojčkov RNA. Informacije, ki jih vsebuje RNK, so informacije, pridobljene iz DNK. Prenos informacij temelji na že znanem principu komplementarnosti.
Vsak triplet DNA je seznanjen s komplementarnim trojčkom RNA. Triplet RNA se imenuje kodon. Zaporedje kodona vsebuje informacije o zaporedju aminokislin v beljakovinah. Te informacije so kopirane iz informacij, zapisanih v zaporedju kodogena v molekuli DNA.
Za razliko od DNK, katere vsebnost v celicah določenih organizmov je relativno stalna, vsebnost RNK niha in je odvisna od sintetičnih procesov v celici.
Glede na njihove funkcije obstaja več vrst ribonukleinske kisline. Prenosna RNA (tRNA) se večinoma nahaja v citoplazmi celice. Ribosomska RNA (rRNA) je bistveni del strukture ribosomov. Messenger RNA (mRNA) ali matrična RNA (mRNA) se nahaja v celičnem jedru in citoplazmi in prenaša informacije o strukturi beljakovin od DNA do mesta sinteze beljakovin v ribosomih. Vse vrste RNK se sintetizirajo na DNK, ki služi kot nekakšna matrica.
Adenozin trifosforna kislina (ATP) se nahaja v vsaki celici. Glede na svojo kemično zgradbo je ATP razvrščen kot nukleotid. Ta in vsak nukleotid vsebuje eno molekulo organske baze (adenin), eno molekulo ogljikovih hidratov (riboza) in tri molekule fosforne kisline. ATP se bistveno razlikuje od običajnih nukleotidov po prisotnosti ne ene, ampak treh molekul fosforne kisline.
Adenozin monofosforna kislina (AMP) je del vseh RNA. Ko dodamo še dve molekuli fosforne kisline (H3P04), se ta spremeni v ATP in postane vir energije. Je povezava med drugim in tretjim
Več, drugi - manj.
Na atomski ravni ni razlik med organskim in anorganskim svetom žive narave: živi organizmi so sestavljeni iz istih atomov kot telesa nežive narave. Vendar pa je razmerje različnih kemičnih elementov v živih organizmih in v zemeljski skorji zelo različno. Poleg tega se lahko živi organizmi od svojega okolja razlikujejo po izotopski sestavi kemičnih elementov.
Običajno lahko vse elemente celice razdelimo v tri skupine.
Makrohranila
Cink- je del encimov, ki sodelujejo pri alkoholnem vrenju in insulinu
baker- je del oksidativnih encimov, ki sodelujejo pri sintezi citokromov.
Selen- sodeluje v regulacijskih procesih telesa.
Ultramikroelementi
Ultramikroelementi predstavljajo manj kot 0,0000001% v organizmih živih bitij, med njimi so zlato, srebro, imajo baktericidni učinek, zavirajo reabsorpcijo vode v ledvičnih tubulih, vplivajo na encime. Med ultramikroelemente spadata tudi platina in cezij. Nekateri v to skupino uvrščajo tudi selen, ob njegovem pomanjkanju se razvijejo rak. Funkcije ultramikroelementov so še vedno slabo razumljene.
Molekularna sestava celice
Poglej tudi
Fundacija Wikimedia. 2010.
Oglejte si, kaj je "Kemična sestava celice" v drugih slovarjih:
Celice - pridobite delujoč kupon za popust v Kozmetiki Galerija Akademika ali kupite ugodne celice z brezplačno dostavo v akciji Kozmetike Galerija
Splošna struktura bakterijske celice je prikazana na sliki 2. Notranja organizacija bakterijske celice je kompleksna. Vsaka sistematična skupina mikroorganizmov ima svoje specifične strukturne značilnosti. Celične stene... ... Biološka enciklopedija
Edinstvenost znotrajcelične strukture rdečih alg je sestavljena iz značilnosti navadnih celičnih komponent in prisotnosti specifičnih znotrajceličnih vključkov. Celične membrane. V membranah rdečih krvnih celic ... ... Biološka enciklopedija
- (Argentum, argent, Silber), kem. znak Ag. S. spada med kovine znano človekuže v starih časih. V naravi ga najdemo tako v naravnem stanju kot v obliki spojin z drugimi telesi (z žveplom, na primer Ag 2S... ...
- (Argentum, argent, Silber), kem. znak Ag. S. je ena od kovin, ki jih človek pozna že od antičnih časov. V naravi ga najdemo tako v naravnem stanju kot v obliki spojin z drugimi telesi (z žveplom, na primer srebro Ag2S ... enciklopedični slovar F. Brockhaus in I.A. Efron
Ta izraz ima druge pomene, glejte Celica (pomeni). Človeške krvne celice (HBC) ... Wikipedia
Izraz biologija je leta 1802 predlagal izjemni francoski naravoslovec in evolucionist Jean Baptiste Lamarck, da bi označil znanost o življenju kot posebnem pojavu narave. Danes je biologija kompleks ved, ki preučujejo... ... Wikipedia
Celica je osnovna enota strukture in življenjske dejavnosti vseh živih organizmov (razen virusov, ki jih pogosto imenujemo necelične oblike življenja), ki ima lasten metabolizem, sposoben samostojnega obstoja, ... ... Wikipedia
- (cito + kemija) oddelek citologije, ki preučuje kemično sestavo celice in njenih sestavin ter presnovni procesi in kemične reakcije, ki so osnova življenja celice... Velik medicinski slovar