Клеточная оболочка, её структуры. Молекулярная организация и функции биологической мембраны. Виды транспорта веществ.

Биологические системы, их фундаментальные свойства. Эволюционно обусловленные уровни организации жизни. Элементарные единицы, элементарные явления на различных уровнях организации жизни.

Биологические системы - биологические объекты различной сложности ( клетки, ткани, органы, системы органов и организмы, биоценозы и экосистемы, вплоть до биосферы в целом), имеющие несколько уровней структурно - функциональной организации, представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

Фундаментальные свойства живых систем:

• Самовоспроизведение
• Специфичность организации( клеточные структуры, ткани, органы, системы органов)
• Упорядоченность структуры
• Обмен веществ ( препятствует увеличению энтропии)
• Рост и развитие
• Целостность и дискретность
• Раздражимость и возбудимость
• Движение
• Наследственность и изменчивость
• Саморегуляция

Клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена, её основные положения. Современное состояние клеточной теории.

1. Клетка - единственная форма существования живого, является элементарной структурной и функциональной единицей живого.
2. Новые клетки образуются только делением исходной клетки
3. Клетка является структурно- функциональной единицей многоклеточного живого организма

Типы клеточной организации. Строение про- и эукариотических клеток. Гипотезы происхождения эукариотических клеток (симбиотическая, инвагинационная).

Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все остальные организмы представлены разнообразными клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический.

Эукариотические клетки произошли от предка, имевшего прокариотическое строение.

Наиболее популярна в настоящее время симбиотическая гипотеза происхождения эукариотических клеток, согласно которой основой в эволюции клетки эукариотическго типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебовидному движению. Митохондрии и жгутики произошли путем изменений проникших в клетку-хозяина симбионтов — аэробных прокариотов и бактерий. Хлоропласты клеток зеленых растений возникли из симбионтов — прокариотических клеток сине-зеленых водорослей.

Особое значение имело приобретение клеткой в процессе эволюции жгутиков с банальными тельцами, близкими к центриолям.

Трудным является вопрос о происхождении ядра. Предполагают, что оно также могло образоваться из симбионта- прокариота. Происхождение внутриплазматических мембран шероховатой и гладкой цитоплазматической сети, пластинчатого комплекса объясняют эволюционными преобразованиями наружной мембраны ядерной оболочки. Симбиотическая гипотеза не объясняет ряд фактов. Так, белок бациллин, из которого состоят реснички и жгутики современных прокариот, отличен от белка тубулина эукариот. У бактерий не обнаружено структур с типичным для жгутиков, ресничек, базальных телец или центриолей эукариотической клетки составом микротрубочек «9 + 2» или «9 + 0».

Согласно инвагинационной гипотезе, предковый формой был аэробный прокариот. Он содержал несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли путем впячивания и отшнуровки участков с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты. В процессе дальнейшей эволюции произошло усложнение ядерного генома, появилась система цитоплазматических мембран.

Эта гипотеза удовлетворительно объясняет наличие двух мембран в оболочке ядра, митохондрий и хлоропластов. Однако она не может ответить на вопрос, почему биосинтез белка в хлоропластах и митохондриях в деталях соответствуют таковому в современных прокариотических клетках, но отличается от биосинтеза белка в цитоплазме.

Симбиотическая и инвагинационная гипотезы не исчерпывают все точки зрения на происхождение эукариотического типа клеточной организации.

Клеточная оболочка, её структуры. Молекулярная организация и функции биологической мембраны. Виды транспорта веществ.

Клетки многоклеточных организмов, как животных, так и растительных, обособленны от своего окружения оболочкой. 

Оболочки в растительных клетках состоят из клетчатки или пектина.

Клеточная оболочка, или плазмалемма, животных клеток образованна мембраной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10-20 нм.

Основными составляющими гликокаликса служат комплексы полисахаридов с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды). Изнутри к мембране примыкает кортикальный слой цитоплазмы (0,1-0,5 мкм), в котором не встречаются рибосомы и пузырьки, но в значительном количестве находятся микротрубочки и микрофиламенты, имеющие в своем составе сократимые белки.

Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную, транспортную и рецепторную функцию, регулирует химический состав внутренней среды клетки, в ней расположены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные в-ва (гормоны).

Биологическая мембрана- тонкие пограничные структуры молекулярных размеров, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц, а также канальцев и пузырьков. Особенности мембраны: она плотная, тонкая, пластичная, пронизана каналами и полярна (снаружи +, внутри -)

Мембрана состоит из бимолекулярного слоя липидов. Гидрофобные участки их молекул повернуты друг к другу, а гидрофильные – находятся на поверхности слоя.

Разнообразные белковые молекулы встроены в этот слой или размещены на его поверхности. Они выполняют ряд функций:

· Отграничивающую

· регуляции и обеспечения избирательной проницаемости веществ (транспорт ионов, сахаров, аминокислот, и других продуктов обмена веществ)

· образования поверхностей раздела между водной и неводной фазами с размещением на этих поверхностях ферментных коплексов.

Благодаря присутствию липидов (жировых в-в) мембраны образуют гидрофоюную внутриклеточную фазу как компартмент для химических реакций в неводной среде. Молекулярный состав мембран – набор соединений и ионов, размещающихся на поверхностях, различаются от структуры к структуре. Этим достигается функциональная специализация мембран клетки. Включение в мембрану клетки молекул рецепторов делает ее восприимчивой к биологически активным соединениям, например, гормонам, что способствует проявлению разности биоэлектрических потенциалов.

Виды транспорта веществ:

Пассивный транспорт- перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой концентрации

• прямая диффузия (транспорт H2O, газов, неполярных молекул через липидный слой)
• облегченная диффузия через мембранные каналы транспорт с помощью каналообразующих белков

Активный транспорт – с затратой энергии против электрохимического градиента. Это происходит с помощью белков – переносчиков, а источник энергии молекулы АТФ

Виды активного транспорта: