Клетка – открытая биологическая система

Клетка является элементарной живой системой.На уровне клетки проявляются большинство основных свойств живой материи - обмен веществ и энергии, рост, развитие, раздражение, самовоспроизведение. Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональ ными особенностями. Так, например, выделенные актин-миозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки активно «работают» многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биологически молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторовмогут синтезировать белок; в настоящее время разработаны неклеточные системы ферментативного синтеза нуклеиновых кислот и т. д. Можно ли считать все эти отдельно взятые, внутриклеточные компоненты живыми? Вероятно, нет, потому что они обладают только определенным свойством живого, а не всем комплексом таких характеристик. Только клетка является наименьшей единицей, обладающей всеми, вместе взятыми, свойствами, отвечающими определению «живое». Клетка является открытой системой, поскольку ее существование возможно только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Клетка не только единица строения, но и единица функционирования. Все ее системы взаимосвязаны и функциони­руют как единое целое. Гетеротрофные клетки получают углеводы извне, а автотрофные клетки сами создают их путем фотосинтеза (из СО₂ и Н₂О, которые поступают из окружающей среды) или хемосин­теза. Большая часть углеводов расщепляется с целью высво­бождения энергии. Получаемая энергия связывается в форме АТФ. Энергию АТФ клетка использует на различные жизнен­ные процессы - синтез, выделение веществ, движение и т. д. Глюкоза и другие углеводы используются также для биосин­теза полисахаридов, которые в форме гликолипидов и гликопротеинов включаются в гликокаликс (у животных), в форме гемицеллюлозы и пектиновых веществ - в клеточную стенку растений, в форме хитина - в клеточную стенку грибов. Целлюлоза оболочек растительных клеток синтезируется на плазмалемме или в самой клеточной стенке. Автотрофные зеленые клетки передают большую часть синтезируемых ими углеводов незеленым гетеротрофным клеткам, в основном, в виде сахарозы. Растительные клетки сами синтезируют большую часть аминокислот, входящих в состав белков. Синтез некоторых аминокислот может осуществляться ими в хлоропластах, в митохондриях и цитоплазме. Животные клетки синтезируют лишь некоторые аминокислоты (заменимые), часть аминокислот (незаменимые), животные клетки получают из окружающей среды; для этого они поглощают белки, в основном путем эндоцитоза и расщепляют их затем с помощью ферментов лизосом до аминокислот. Белки, в том числе и ферменты, синтезируются на рибосомах с участием иРНК и тРНК. Этот синтез идет, главным образом, в цитоплазме, а также в хлоропластах и митохондриях. Из цитоплазмы белки переходят в клеточное ядро (гистоновые и негистоновые белки хромосом, белки субъединиц рибосом и др.), в митохондрии и хлоропласты. На рибосомах, связанных с ЭПС, синтезируются резервные и экспортные белки, которые при участии комплекса Гольджи путем экзоцитоза покидают клетку. Все эти и другие процессы осуществляются путем реализации генетической информации, которая сосредоточена в молекулах ДНК ядра, пластид и митохондрий. В названных органеллах происходит репликация ДНК - необходимая предпосылка их идентичного деления и клетки в целом, а также транскрипция, обеспечивающая появление различных видов РНК. На рибосомах при участии всех типов РНК осуществляется трансляция - конечный этап реализации генетической информации или синтез белков. Посредством белков регулируются синтез и расщепление веществ в клетке, синтез АТФ, клеточный рост, подготовка и осуществление деления клетки, и другие процессы Таким образом, клетка является открытой биологической системой, наименьшей единицей жизни - единицей строения функционирования, размножения организмов и их взаи­мосвязи с окружающей средой.

Клетка как открытая живая система: потоки вещества, энергии и информации в клетке

Любая живая система является открытой к внешнему миру обменивая вещество, энергию и информацию. Обмен веществ клетки нужен для постоянного самообновления ее белков и структурных компонентов, клетка получает из окружающей среды пластический материал из которого строится тело или производится определенная работа. Для процесса самообновления и совершения работы нужна энергия, универсальным источником энергии является АТФ. Поток веществ и энергии тесно связаны между собой в единый процесс внутриклеточного метаболизма. Метаболизм представлен 2 каскадами: анаболизм и катаболизм. Анаболизм- каскад реакций биологического превращения веществ. Катаболизм – каскад реакций биологического превращения энергии.

Строение биологической мембраны – бислой липидов головками внутрь клетки, а концами обращены друг другу. Пронизывают белки на различной глубине. Липидный слой обладает 3 свойствами 1) способность к самосборки, основанное на способность липидов к растеканию. 2 свойство полупроницаемости 3) является диэлектриком наружный заряд + а внутренний минус Функции клеточной мембраны 1) защитная, барьерная - защита от повреждения и проницаемости вредных веществ 2) адгезивная – межклеточные контакты 3) антигенная – клетки иммунной системы могут различать чужие белки. 4) рецепторная- сигналы опознавания 5) ферментотивная 6) биоэлектрическая – на свойствах билипидного слоя нести разлиные заряды при действие раздрожителя. 7) транспортная.

Мембранный транспорт – лежит в основе потока веществ и энергии. Виды транспорта- пассивный и активный, экзо- и эндо- цитоз Пассивный транспорт без затраты энергии по градиенту концентрации. Способы 1)простая диффузия через поры 2. облегченная диффузия- белки переносчики 3. осмос Активный транспорт с затратой энергии калий натриевый насос.

Поток информации- клетки сохраняет и передат потомству. Сохраняет свою видо спцефичность. Белковые молекулы не способны к самовоспроизведению, необходима матрица т.е носитель информации – молекула нуклеиновых кислот (ДНК). У эукариот основная часть ДНК находится в ядре в составе хромосом, откуда она некогда не выходит. Синтез белков происходит на рибосомах клетки ДНК®транскрипция® и-РНК®транцляция®белок - у прокариот. У эукариот ДНК®транскрипция®про-иРНК®процессинг сплайсинг® «зрелая» и-РНК®трансляция®белок.