Строение и функции клеточного ядра.

Ядро – обязательная часть эукариотической клетки. Главная функция ядра – хранение генетического материала в форме ДНК и передача её дочерним клеткам при клеточном делении. Кроме того, ядро управляет белковыми синтезами, контролирует все процессы жизнедеятельности клетки. Большинство клеток имеет одно ядро, обычно округлой формы, реже неправильной формы. Размеры ядра колеблются от 1 мкм (у некоторых простейших) до 1 мм (в яйцеклетках рыб, земноводных).

Встречаются двуядерные клетки (клетки печени, инфузорий) и многоядерные ( в клетках поперечно – полосатых мышечных волокон, а так же в клетках ряда видов грибов и водорослей).

Некоторые клетки (эритроциты ) – безъядерные, это редкое явление, носит вторичный характер.

В состав ядра входят:

1) Ядерная оболочка;

2) Кариоплазма;

3) Ядрышко;

4) Хроматин или хромосомы. Хроматин находится в неделящемся ядре, хромосомы – в митотическом ядре.

Оболочка ядра состоит из двух мембран (наружной и внутренней). Наружная ядерная мембрана соединяется с мембранными каналами ЭПС. На ней располагаются рибосомы.

В мембранах ядра имеются поры. Через ядерные поры происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой.

Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой желеобразный раствор, который заполняет пространство между структурами ядра (хроматином и ядрышками). Она содержит ионы, нуклеотиды, ферменты.

Ядрышко, обычно шаровидной формы (одно или несколько), не окружено мембраной, содержит фибриллярные белковые нити и РНК.

Ядрышки – не постоянные образования, они исчезают в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. Ядрышки имеются только в неделящихся клетках. В ядрышках происходит формирование рибосом, синтез ядерных белков. Сами же ядрышки образуются на участках вторичных перетяжек хромосом (ядрышковых организаторах).

Сходство, различия строения животной и растительной клетки.

Рассмотрим общие сходства, которые характерны для животной и растительной клетки:

1. Единство структурных систем – цитоплазмы и ядра.

2. Сходство процессов обмена веществ и энергии.

3. Единство принципа наследственного кода.

4. Универсальное мембранное строение.

5. Единство химического состава.

6. Сходство процесса деления клеток.

Основное отличие заключается в способе питания. Как видно из таблицы, растительная клетка имеет автотрофный способ питания, а животная – гетеротрофный. Это связано с тем, что растительная клетка содержит хлоропласты, т.е. растения сами синтезируют все необходимые для выживания вещества, используя энергию света и фотосинтез. Под гетеротрофным способом питания понимается попадание в организм необходимых веществ с пищей. Эти же вещества являются и источником энергии для существа.

Значение неорганических и органических веществ для живых организмов.

Неорганические вещества:

 Вода.Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество её составляет от 60 до 95 % общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того что она входит в их состав, для многих организмов это ещё и среда обитания.

Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции:

1. Большинство реакций, протекающие в клетке, могут идти только в водном растворе;

2. Вода – непосредственный участник реакций гидролиза – расщепления белков, углеводов и других веществ;

3. Вода поддерживает тепловое равновесие в клетке и в организме благодаря высокой теплоёмкости и теплопроводности;

4. Вода – источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, который используется для восстановления продуктов ассимиляции углекислого газа;

5. Вода – основная среда для транспорта веществ в организме.

Минеральные вещества клетки. Если говорить конкретно о минеральных и неорганических соединениях, входящих в состав каждого живого организма, то они также неодинаковы и по природе, и по количественному содержанию. Поэтому имеют свою классификацию.

Все неорганические соединения можно разделить на три группы:

1. Макроэлементы. Те, содержание которых внутри клетки больше 0,02 % от общей массы неорганических веществ. Пример: углерод, кислород, водород, азот, кальций, хлор.

2. Микроэлементы – меньше 0,02 %. К ним относятся: цинк, медь, хром.

3. Ультрамикроэлементы – содержание меньше 0,0000001 %. Пример: золото, серебро, ртуть.

Так же можно особенно выделить несколько элементов, которые являются органогенными, то есть составляют основу органических соединений, из которых построено тело живого организма. Это такие элементы, как:

· Водород;

· Азот;

· Углерод;

· Кислород.

Они выстраивают молекулы белков (основы жизни), углеводов, липидов и прочих веществ. Однако за нормальное функционирование организма отвечают так же и минеральные вещества. Особенно важны некоторые соли, которые должны поступать в организм с пищей каждый день в достаточном количестве, чтобы не развивались различные болезни. Для человека это соли кальция, поваренная соль как источник натрия и хлора.

Органические вещества:

Вода. Функции воды.

Вода – одно из самых распространённых соединений на Земле. Она есть не только в реках и морях, но так же во всех живых организмах тоже присутствует вода. Без неё невозможна жизнь. Вода – хороший растворитель ( в ней хорошо растворяются разные вещества). Кровь животных и сок растений состоит преимущественно из воды. Вода существует вечно; она постоянно переходит из почвы в атмосферу и организмы и обратно. Более 70 % земной поверхности покрыто водой.

Так же Вода – прозрачная, бесцветная жидкость, не имеет цвета и запаха. Химическая формула: H2O. В твёрдом состоянии – лёд или снег, а в газообразном – пар.

Функции воды:

1. Вода необходима для правильного функционирования каждой клеточки организма. Это подтверждается составом нашего тела.

§ Наше тело состоит из 50-70 % из воды;

§ Клетки нашего мозга состоят из воды на 85 %

§ Наша кровь состоит из воды на 82 %

§ В наших мышцах находится 75 % воды

§ И даже кости содержат 25 % воды

2. Вода выполняет функцию растворителя. Это касается всех водорастворимых веществ. Такими веществами являются основная масса питательных веществ, в том числе и витаминов.

3. Благодаря этой функции, а также своей текучести, вода выполняет транспортную функцию. С помощью воды в клетке доставляются питательные вещества и кислород.

4. Вода является основой для всех жидкостей нашего тела (слюны, крови…)

5. Вода – необходимое условие для выведение токсинов и шлаков через почки и кожу после их вымывания из организмов и систем (функция детоксикации).

6. Вода является «смазкой». С её помощью образуется текучая среда для плавности движения суставов и их аммортизации.

7. Вода – регулятор температуры тела человеческого тела (терморегулирующая функция).

8. Вода предотвращает и устраняет запоры, способствуя перемещению пищи по кишечнику и удалению отходов (функция детоксикации).

9. Усвоение питательных веществ из кишечника – важная функция воды.

Липиды.

Липиды – это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле). Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам.

В химическом отношении большинство липидов представляет собой сложные эфиры высших карбоновых кислот и ряда спиртов. Наиболее известны среди них жиры.

Липиды подразделяются на простые и сложные. К простым относятся липиды, молекулы которых содержат только остатки жирных кислот (или альдегидов в енольной форме) и спиртов. Из простых липидов в астениях и животных встречаются жиры и жирные масла, представляющие собой триацилглицерины (триглицериды) и воски.

Воски состоят из сложных эфиров высших жирных кислот и одно- или двухатомных высших спиртов.

Сложные липиды делят на три большие группы: фосфолипиды (соединения, имеющие в своей структуре остаток фосфорной кислоты), гликолипиды (соединения, имеющие в своей структуре углеводный компонент) и сфинголипиды.

Функции липидов:

1. Энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое кол-во энергии, которая идёт на образование АТФ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности.

2. Защитная и теплоизоляционная.Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных и его отдельные органы от механических повреждений.

3. Смазывающая и водоотталкивающая.Воск покрывает кожу, шерсть, перья, делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Восковой налёт имеют листья и плоды многих растений.

4. Структурная.Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны.

5. Регуляторная.Ряд гормонов, например, надпочечников илиполовые гормоны.

Белки.

Белки– это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

Белки состоят из аминокислот. У каждой аминокислоты есть аминогруппа и кислотная (карбоксильная) группа, при взаимодействии которых получается пептидная связь, поэтому белки ещё называют полипептидами.

Структуры белка:

Первичная –цепочка из аминокислот, связанных пептидной связью. Чередуя 20 аминокислот в разном порядке, можно получать миллионы разных белков. Если поменять в цепочке хотя бы одну аминокислоту, строение и функции белка изменятся, поэтому первичная структура считается самой главной в белке.

Вторичная– спираль. Удерживается водородными связями (слабыми).

Третичная -нить аминокислот свёртывается и образует клубок специфичную для каждого белка.

Четвертичная – молекулы белков четвертичной структуры состоят из нескольких макромолекул белков третичной структур, свёрнутых в клубок вместе.

 Функции белков:

1. Строительная – белки являются составной частью всех частей организма.

2. Ферментативная – белки ускоряют течение всех химических реакций, необходимых для жизни организма.

3. Двигательная – белки обеспечивают сокращение мышечных волокон, движение ресничек и жгутиков, перемещение хромосом при делении клетки, движение органов растения.

4. Транспортная – белки переносят различные вещества внутри организма.

5. Энергетическая – расщепление белка служит источником энергии для организмов.

6. Защитная – белки распознают и уничтожают опасные для организма вещества.

7. Сигнальная – реакция на изменение физических, химических факторов.

8. Регуляторная – белки –гормоны оказывают влияние на обмен веществ.

Углеводы.

Углеводы – это кислородосодержащие органические вещества, в которых водород и кислород находятся, как правило, в соотношении 2:1 ( как и в молекуле воды).

Углеводы по их способности гидролизоваться делятся на три основных группы: Моносахариды; Дисахариды и Полисахариды.

Моносахариды - это очень важный в питании человека компонент. Моносахариды легко усваиваются организмом, потому что для этого не нужно расщеплять их на составляющие. Из наиболее часто встречающихся моносахаридов можно назвать: фруктозу, глюкозу, рибозу и галактозу.

Полисахариды – это сложные соединения, которые состоят из множества моносахаридов. При этом полисахариды могут быть перевариваемыми, а могут, и нет. Из первых можно назвать крахмал. Ко вторым же относятся пектины, клетчатка.

Дисахариды –это сахароподобные сложные углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются на две молекулы моносахаридов.

Глюкоза –это важнейший источник энергии для живого организма. Глюкоза обеспечивает и многие процессы обмена веществ. Количество глюкозы увеличивается во время еды и сразу после неё, а вот во время спортивных занятий или тяжёлой работы падает. Так же глюкоза нужна для работы нервной системы. Глюкоза это одна из составляющих сложных сахаров. Она присутствует практически во всех полисахаридах. Глюкоза поступает в организм с мёдом, плодами и овощами.

Фруктоза –в нашем питании представлена чуть меньше, но это тоже очень важный компонент. Причём, для её переработки не нужен инсулин. Вся фруктоза, поступающая в организм, перерабатывается печенью. Усваивать фруктозу в человеческом организме может только этот орган.

Галактоза –это один из компонентов лактозы – молочного сахара. Печень может перерабатывать галактозу до состояния глюкозы.

Сахароза –получаемая в виде необработанного сока свеклы или тростника, усваивается в организме очень быстро, но сахароза в виде белого сахара, который в основном представлен в нашем рационе, обрабатывается организмом довольно сложно.

Лактоза –поступает в организм вместе с молочными изделиями. Если для малышей она очень важна, то у людей более взрослого возраста переваривание лактозы часто вызывает трудности. Вещество, служащее для расщепления лактозы вырабатывается с возрастом всё в меньших количествах.

Мальтоза –получается человеческим организмом вместе с мёдом, патокой, пивом.

Крахмал –это один из крупнейших источников углеводов в нашем рационе. Крахмал поступает в организм из растений, в которых продуцируется под влиянием ультрафиолета.

Пищевые волокна – это клетчатка, пектины и целлюлоза. Эти компоненты в организме человека превращаются в подобие желеобразных сгустков, которые чистят кишечник и впитывают в себя все вредные вещества.

Нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты – фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации.

В природе существует два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пяти-углеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу. В настоящее время известно большое число разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по строению и значению в метаболизме.

ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99 % всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав рибосом, молекулы РНК содержатся также в цитоплазме, матриксе пластид и митохондрий.

Нуклеотиды– структурные компоненты нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотиды-сложные вещества. В состав каждого нуклеотида входит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (рибоза или дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты.

Функции ДНКявляется хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетке закодирована информация обо всех белках данного организма, о том какие белки, в какой последовательности и в каком количестве будут синтезироваться. Последовательность аминокислот в белках записана в ДНК так называемым генетическим кодом.

Молекулы РНК, как правило, одноцепочечные (в отличие от ДНК) и содержат значительно меньшее число нуклеотидов. Выделяют три вида РНК различающие по величине молекул и выполняемым функциям, - информационную, рибосомальную и транспортную.

Три вида РНК

Информационная РНК– располагается в ядре и цитоплазме клетки, имеет самую длинную полинуклеотидную цепь среди РНК и выполняет функцию переноса наследственной информации из ядра в цитоплазму клетки.

Транспортная РНК –также содержится в ядре и цитоплазме клетки, её цепь имеет наиболее сложную структуру, а также является самой короткой. Т-РНК доставляет аминокислоты к рибосомам в процессе транскрипции соответствующих генов ДНК.

Рибосомальная РНК –содержится в ядрышке и рибосомах клетки, имеет цепь средней длины. Все виды РНК образуются в процессе транскрипции соответствующих генов ДНК.

ДНК. Функции ДНК.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – высокомолекулярное соединение, которое содержится в каждой клетке живого организма. ДНК является материальным носителем генетической информации, то есть обеспечивает её хранение и воспроизведение.

Состоит ДНК из множества единиц дезоксирибонуклеотидов, которые делятся на четыре типа. Они образуют специфические последовательности, характерные для каждого конкретного живого организма. Эти дизоксирибонуклеотиды представляют собой трёхкомпонентные образования, которые состоят из гетероциклического основания.

В клетках прокариот содержится одна хромосома, в состав которой входит двойная цепь ДНК. Эукариотические клетки содержат несколько молекул ДНК, которые связаны с белками и организованы внутри ядра. Ядро окружено двухмембранной системой.

Функции ДНК

Функция ДНК состоит в том, что она хранит генетическую информации, которая используется для кодирования структуры всех белков и всех видов РНК каждого вида организма, регулирует клеточный и тканевый биосинтез компонентов и обеспечивает индивидуальность каждого организма. Некоторые вирусы также используют ДНК в качестве генетического материала. Вирусные ДНК по размеру меньше, чем ДНК бактерий.

Структура ДНК

В ДНК условно можно выделить первичную, вторичную и третичную структуры.

Первичная структура ДНК – это кол-во, качество и порядок расположения остатков дезоксирибонуклеотидов в полинуклеотидных цепях. Вторичная структура ДНК –представляет собой организацию полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, направленных противоположно друг другу и правозакрученных вокруг спиральной оси с образованием двойного типа спирали. Её диаметр составляет 1,8-2,0 нм с периодом идентичности 3,4 нм.

Третичная структура ДНК –это образование в пространстве спиралевидных и суперспиралевидных форм молекулы ДНК. Третичная структура ДНК (прокариот и эукариот) отличается некоторыми особенностями, которые связаны со строением и функцией клеток. Третичная структура ДНК эукариот образуется благодаря множественной суперспирализации молекулы и реализуется в виде комплексов ДНК с белками.

ДНК эукариот практически полностью находится в хромосомах ядер, и лишь небольшое кол-во содержится в митохондриях (митохондриальная ДНК).

Репликация ДНК

Репликация ДНК –это процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15-20 различных белков, называемый реплисомой.

Репликация проходит в три этапа:

1. Инициация репликации

2. Элонгация

3. Терминация репликации

Регуляция репликации осуществляется в основном на этапе инициации. Это достаточно легко осуществимо, поэтому что репликация может начинаться не с любого участка ДНК, а со строго определённого, называемого сайтом инициации репликации. В геноме таких сайтов может быть как всего один, так и много.

Репликон– это участок ДНК, который содержит сайт инициации и реплицируется после начала синтеза ДНК с этого сайта.

Репликация начинается в сайте инициации репликации с расплетения двойной спирали ДНК, при этом формируется репликационная вилка – место непосредственной репликации ДНК.

Суть репликации ДНК заключается в том, что специальный фермент разрывает слабые водородные связи, которые соединяют между собой нуклеотиды двух цепей. В результате цепи ДНК разъединяются, и из каждой цепи «торчат» свободные азотистые основания (возникновение так называемой вилки репликации).