какую функцию выполняют липиды в клеточных мембранах
Какую функцию выполняют липиды в клеточных мембранах
Какую функцию выполняют липиды в клеточных мембранах?
1) Строительную, являются основой клеточной мембраны.
2) Отграничивают внутреннее содержимое.
3) Обеспечивают избирательное поступление веществ в клетку.
| Критерии оценивания ответа на задание С3 | Баллы |
|---|---|
| Ответ включает все названные выше элементы и не содержит биологических ошибок | 2 |
| Ответ включает 2 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок, ИЛИ ответ включает 3 из названных выше элементов, но содержит не грубые биологические ошибки | 1 |
| Ответ неправильный | 0 |
| Максимальное количество баллов | 2 |
Можно ли говорить, что жиры обеспечивают избирательное поступление в-в в клетку? Ведь это скорее будет для белков. Углеводы распознают, белки переносят. Разве жиры играют какую-то роль в этом поцессе?
Липиды мембраны служат средой, в которой расположены и функционируют мембранные белки. Липиды мембраны участвуют в регуляции активности мембранных белков.
Двойной липидный слой подобен двумерной жидкости, в которой молекулы липидов перемещаются в пределах своего слоя. Липидный бислой обычно устраняет свободные края, замыкаясь сам на себя. По этой причине двойные липидные слои способны спонтанно формироваться, самопроизвольно восстанавливаться при повреждениях, сливаться при тесном контакте. Благодаря такой способности липидных слоев происходит слияние клеток, образование и слияние транспортных пузырьков при эндо- и пиноцитозе, а ток же во время деления клетки. Липидные слои мембраны практически непроницаемы для сильно полярных молекул, которых много в цитоплазме. Это позволяет липидному бислою осуществлять свою главную функцию – служить барьером, препятствующим утечке компонентов цитоплазмы.
Ионы и химические соединения могут проходить через мембрану самостоятельно или при непосредственном участии мембранных белков. Некоторые из них проходят путем диффузии без затраты энергии из области их высокой концентрации в область низкой концентрации, то есть по градиенту концентрации. Другие ионы и химические соединения перемещаются против градиента концентрации и с затратой энергии.
Гидрофобные и газообразные вещества легко проходят через мембрану путем простой диффузии без участия каких-либо переносчиков. Небольшие по размеру полярные молекулы воды тоже относительно свободно проходят сквозь липидный бислой.
Для большинства ионов и полярных веществ мембрана непроницаема. Для перемещения их через мембрану служат транспортные белки, которые осуществляют избирательный перенос их через мембрану.
Липиды: функции, классификация
Липиды – это органические соединения, которые присутствуют в большинстве живых организмов. Простые липиды представлены спиртами и желчными кислотами, а в состав молекулы сложных липидов входят различные соединения и атомы.
Для человека липиды очень важны. Они присутствуют в пище, встречаются в составе лекарственных средств, их активно используют в различных промышленных отраслях. Липиды присутствуют во всех клетках человеческого организма. Получаемые из продуктов питания, они являются источником энергии.
Липиды и жиры – в чем разница?
В переводе с греческого «липиды» означают «жир», но не следует путать эти 2 понятия. Жиры – это только определенные разновидности липидов, а в целом они представлены достаточно широкой группой веществ. Жиры – это триглицериды, которые состоят из глицерина и карбоновых кислот. Они, наряду с липидами, имеют колоссальное значение для человеческого организма.
Зачем организму липиды?
В организме не найдется таких тканей, в которых бы отсутствовали липиды. Они являются неотъемлемой составляющей каждой клетки, так как без них она не смогла бы нормально функционировать. Липидов в теле человека много, но каждая мельчайшая молекула выполняет свою функцию.
Биохимические процессы, которые не могут обойтись без участия липидов:
Кроветворение, формирование гормонов.
Защита внутренних органов, их стабильность.
Передача нервных сигналов и не только.
Большая часть липидов поступает в организм извне, с продуктами питания. Он их усваивает и вырабатывает новые молекулы, необходимые для нормального функционирования.
Какие функции выполняют липиды в организме?
Функции липидов в нашем организме зависят от их структуры и в каком органе находятся. Липиды «работают» в каждой клетке, для того, чтобы организм мог нормально существовать.
Основные биологические функции липидов:
Энергетическая
При распаде липидов выделяется энергия. Ее используют клетки для обеспечения собственной жизнедеятельности: они дышат, растут, делятся, вырабатывают определенные вещества.
Липиды попадают в цитоплазму клетки с током крови. Когда у клетки возникает необходимость в восполнении собственной энергии, она расщепляет их и питается выделенной энергией.
Запасающая
Еще эту функцию называют резервной. Каждая клетка запасает энергию на случай, если произойдет перебой с питанием. Энергия в ней сохраняется в виде жиров. За это отвечают адипоциты, которые по большей части состоят из капли жира. Именно адипоцитами представлены все жировые ткани в организме. Их максимальное скопление наблюдается в подкожно-жировой клетчатке и в брюшной полости. Если организм не получает питания, то адипоциты распадаются, выступая в качестве источника энергии.
Липиды, находящиеся в подкожно-жировой клетчатке, отвечают за теплоизоляцию организма. Чем больше их скопление, тем хуже эти ткани проводят тепло. В результате, организм имеет возможность поддерживать постоянную температуру тела, быстро не охлаждается и не перегревается.
Структурная
Липиды образуют двойной слой клеточной стенки, за счет чего она имеет возможность функционировать и принимать участие в метаболических процессах. Каждая молекула, которая формирует эту стенку, имеет две части: одна контактирует с водой (гидрофильная), а другая нет (гидрофобная). Те поверхности молекул, которые взаимодействуют с жидкостью, развернуты наружу, а гидрофобные, напротив, внутрь, практически соприкасаясь друг с другом. Таким образом формируется двойной слой, в толще которого могут находиться другие вещества, например, углеводы или белки.
Отсутствие липидов в клеточной стенке привело бы к тому, что она просто потеряла свою форму и правильную структуру.
Ферментативная
В состав ферментов липиды не входят, но без участия жировых фракций образоваться они не смогут.
Не последнюю роль играют липиды в процессе переваривания пищи. Например, в состав желчи входит значительное количество фосфолипидов и холестерина. Они помогают обезвредить избыток ферментов поджелудочной железы, чтобы те не смогли нанести вреда кишечнику. Липиды, поступающие с пищей, растворяются именно в желчи, благодаря воздействию фосфолипидов.
В результате получается, что сами по себе липиды не являются ферментами, но принимают активное участие в их работе. Без них нормальное функционирование системы пищеварения невозможно.
Регуляторная
Эта функция для липидов не является основной. Непосредственно из крови они не оказывают прямого влияния на различные процессы. В то же время липиды являются неотъемлемой составляющей веществ, которые отвечают за регулировку этих процессов. В первую очередь речь идет о гормонах надпочечников и о половых гормонах. Без них невозможна работа иммунной системы, нормальный метаболизм и даже рост и развитие организма в целом.
Липиды содержатся в простагландинах, которые вырабатываются в ответ на воспаление, а также влияют на некоторые функции нервной системы.
Итак, липиды напрямую не влияют на регуляторную функцию, но их дефицит приведет к многочисленным сбоям в работе организма.
Сигнальная
Некоторые сложные липиды отвечают за сигнальную функцию. Это необходимо для нормального протекания большинства процессов в организме. Так, гликолипиды, содержащиеся в нейронах, обеспечивают нормальную передачу нервных импульсов. Более того, липиды участвуют в передаче сигналов внутрь клетки. Они помогают ей идентифицировать вещества, приносящиеся с током крови и пропускать их сквозь мембрану.
Водоотталкивающая
На коже, шерсти и перьях есть слой воска, который оставляет их эластичными и защищает от влаги. Такой слой воска есть и на листьях и плодах различных растений.
Теплоизоляционная
Жиры обладают низкой теплопроводностью, поэтому образующийся слой сохраняет тепло, что позволяет животным жить в условиях холодного климата. У многих животных, живущих в холодной среде, он откладывается в значительном количестве. Например, подкожный жир кита может достигать 1 метра
Биохимия и метаболизм липидов
Метаболизм липидов в организме имеет прочную взаимосвязь с метаболизмом других веществ. Продукты питания, которые потребляет человек, состоят из углеводов, белков и жиров. Они должны поступать в определенных пропорциях, только так организму удастся обеспечить себя достаточным количеством энергии. Если баланс нарушается, например, наблюдается дефицит липидов, то для получения энергией клетки будут расщеплять углеводы и белки.
Вещества, в метаболизме которых липиды принимают непосредственное участие:
АТФ. Аденозинтрифосфатная кислота присутствует в каждой клетке (она принимает участие в их делении, транспорте различных веществ, уничтожении токсинов и пр.). Для ее производства необходима энергия, которая выделяется в процессе расщепления липидов.
Нуклеиновые кислоты. Они являются составляющими единицами ДНК, располагаются в ядрах живых клеток. Энергия, которая выделяется при расщеплении липидов, тратится на деление клеток. Параллельно происходит формирование новых ДНК из нуклеиновых кислот.
Стероиды. В этих гормонах липидов содержится очень много. Если жиры из продуктов питания усваиваются плохо, то у человека могут развиться заболевания эндокринной системы.
Аминокислоты. Они входят в структуру протеинов. В связке с липидами, белки формируются в липопротеины, которые принимают участие в процессе транспортировки различных веществ в организме.
Первый этап метаболизма липидов – это их переваривание и всасывание. Поступают в организм они преимущественно с пищей. Смешиваясь во рту со слюной, жиры начинают разрушаться под действием фермента липазы. Затем они попадают в желудок, где под влиянием соляной кислоты происходит их дальнейший распад.
В воде липиды не растворяются, поэтому в 12-перстной кишке происходит их эмульгирование, после чего под действием ферментов поджелудочной железы они расщепляются. Для каждого вида липидов существует свой фермент: холестерол расщепляет холестеролэстераза, фосфолипиды распадаются под влиянием фосфолипазы и пр.
Всасывание липидов происходит в тонком кишечнике. Их переваривание – сложный процесс, за который отвечают различные гормоны и подобные им вещества.
Эмульгирование липидов
Под эмульгированием липидов понимают процесс их неполного растворения в воде.
Когда частично переваренная пища поступает в 12-перстную кишку, жиры имеют вид капель. Пока они находятся в таком состоянии, ферменты справиться с ними не могут. Эмульгирование направлено на то, чтобы разбить эти крупные капли на мелкие фракции. Площадь соприкосновения капелек жира с окружающей водой увеличивается, благодаря чему они расщепляются.
Этапы эмульгирования липидов:
Продукция желчи в печени. Она содержит вещества, отвечающие за дробление крупных жировых капель на более мелкие.
Скопление желчи в желчном пузыре. Там она набирает нужную концентрацию.
Выброс концентрированной желчи в 12-перстную кишку. Это происходит при поступлении в организм пищи, содержащей липиды.
Эмульгирование жиров в 12-перстной кишке. Это происходит под влиянием ферментов поджелудочной железы и активных веществ из желчи.
Если у человека была проведена операция по удалению желчного пузыря, процесс расщепления липидов у него будет нарушен. В таком случае желчь поступает в 12-перстную кишку непрерывно, напрямую из печени. Поэтому ее будет не хватать для эмульгирования жиров.
Ферменты, растворяющие липиды
Определенные вещества перевариваются конкретными ферментами. Они разрушают существующие между ними молекулярные связи, благодаря чему организм получает возможность их усвоить. Липиды расщепляются собственной группой ферментов. Содержатся они преимущественно в соке, продуцируемом поджелудочной железой. К ним относятся:
Холестероллипаза и пр.
Связь липидов с витаминами и гормонами
Уровень липидов в крови человека остается стабильным, в норме допустимы его незначительные колебания. Они зависят не только от внутренних, но и от внешних факторов.
За поддержание уровня липидов в крови отвечают сразу несколько веществ, среди которых:
Ферменты поджелудочной железы. Они принимают участие в расщеплении липидов, которые поступают в организм с пищей. Если выработка соков поджелудочной железы нарушена, то кишечник не сможет усвоить липиды. В результате, они просто покинут организм и их уровень снизится.
Соли и желчные кислоты. Они принимают непосредственное участие в эмульгировании липидов. Без них они не смогут всосаться в кишечную стенку.
Гормоны. Они, в целом, влияют на обменные процессы, происходящие в организме. Например, избыток инсулина приводит к изменению уровня липидов. В связи с этим для пациентов, страдающих диабетом, разработаны собственные показатели нормы и патологии. Способствуют снижению количества липидов в организме такие гормоны, как: норадреналин и глюкокортикостероиды.
Ферменты, содержащиеся внутри клеток кишечника. Они отвечают за преобразование липидов в транспортную форму и перенаправление в системный кровоток.
Витамины. Они оказывают непосредственное и опосредованное влияние на метаболизм липидов. Например, при дефиците витамина А клетки слизистых оболочек хуже регенерируют, что негативным образом отражается на функционировании органов ЖКТ.
Чтобы уровень липидов не выходил за пределы нормы, необходима правильная работа всего организма в целом. Значение имеет гормональный баланс, поступление достаточного количества витаминов с пищей. Поджелудочная железа и кишечник должны быть здоровыми, чтобы обеспечивать организм необходимыми ферментами.
Процесс образования и распада липидов
Обменные процессы бывают двух типов: катаболическими и анаболическими. Катаболизм – это распад веществ, а для липидов – гидролиз, то есть их расщепление на простые молекулы. Анаболизм – это формирование новых веществ.
Ткани и клетки, в которых происходит образование липидов:
Эпителий кишечника. В его стенках они всасываются и там же трансформируются в транспортные формы. С током крови преобразованные молекулы доставляются в печень.
Печень. В паренхиме органа липиды распадаются, на их основе формируются новые вещества. Например, холестерин связывается с фосфолипидами, которые поступают в желчь и обеспечивают нормальную работу органов ЖКТ.
Клетки различных органов. С током крови молекулы жирных кислот попадают не только в печень. Они разносятся по всему организму, так как входят в мембраны всех клеточных стенок, образуя в них липидный слой. Половые железы и надпочечники используют липиды для выработки стероидных гормонов.
Все описанные процессы тесно взаимосвязаны друг с другом и составляют метаболизм липидов в организме.
Ресинтез липидов
Ресинтез липидов предполагает их распад на простые вещества, из которых организм сможет получить максимум пользы. После его прохождения экзогенные липиды становятся эндогенными. Для обеспечения этого процесса также тратится энергия.
Сначала липиды ресинтезируют в кишечнике, когда жирные кислоты, поступившие с пищей, преобразуются в транспортные формы. Попав в печень, они проходят второй этап ресинтеза и превращаются в вещества, обеспечивающие работу пищеварительной системы. Часть липидов отправляется к клеткам внутренних органов, которые используют их для обеспечения собственных нужд. Неистраченные липиды откладываются в виде жировых запасов.
Важность липидов для организма человека
Липиды и головной мозг
Липиды присутствуют не только в головном мозге, они входят в состав всех нервных клеток. Каждый нейрон покрыт миелиновой оболочкой, которая выступает в качестве изолята. До 75% миелина представлено именно липидами. Как и в мембранах клеточных стенок, липиды образуют в миелине бислой, который плотно облегает нервные клетки.
Липиды, входящие в состав миелиновой оболочки нейронов:
Если в организме наблюдается дефицит липидов, у человека развиваются нарушения в функционировании нервной системы, которые обусловлены истончением и многочисленными разрывами миелиновой оболочки.
Липиды и гормональный фон
Липиды входят в структуру большинства гормонов. Если в их составе присутствует жировой компонент, их называют стероидами. За выработку таких гормонов отвечают надпочечники и половые железы.
Гормоны участвуют во многих процессах, происходящих в организме. Если случается их перевес в ту или иную сторону, у человека наблюдаются скачки веса, развивается бесплодие, возникают воспаления, нарушается работа иммунитета. Чтобы процесс выработки стероидов происходил без сбоев, в организм должно поступать достаточное количество липидов.
Их можно встретить в составе следующих гормонов:
Кортикостероиды: кортизол, гидрокортизон, альдостерон и пр.
Андрогены – главные мужские половые гормоны: андростендион, дигидротестостерон и пр.
Эстрогены – гормоны женской половой системы: эстрадиол, эстриол и пр.
При дефиците липидов происходит сбой в гормональной системе: в половой и эндокринной.
Влияние липидов на кожу и волосы
Кожа волосы и ногти не будут здоровыми, если организм испытывает нехватку липидов. Вся дерма пронизана сальными железами, которые продуцируют секрет, содержащий жиры, отвечающие за множество функций.
Значение липидов для кожи и волос:
Сложные жиры составляют основу волоса.
Они принимают активное участие в процессе обновления клеток кожи.
Кожное сало, состоящее из липидов необходимо для увлажнения дермы.
Липиды помогают поддерживать кожу упругой, гладкой и эластичной.
Липиды обеспечивают блеск волос.
Жиры защищают кожу от агрессивного воздействия внешней среды: от мороза, ультрафиолета, микробов и пр.
Липиды поступают к клеткам кожи и к волосяным фолликулам с током крови, обеспечивая их правильное питание и рост. Для улучшения их состояния можно пользоваться шампунями и кремами, содержащими жирные кислоты. Они будут всасываться с поверхности клеток, улучшая их состояние.
Классификация липидов
Если обратиться к биологии, как к науке, можно встретить много схем систематизации липидов по разным признакам, но за основу принимают химическую классификацию. В ней их делят исходя из структуры:
Простые – состоящие из кислорода, водорода и углерода.
Сложные – кроме трех перечисленных молекул, они содержат еще один атом другого вещества.
Простые и сложные липиды делятся на подгруппы. Предложенная классификация отражает не только строение, но и определяет их свойства.
Внешние и внутренние липиды
Внешние – это экзолипиды, а внутренние – это эндолипиды. К экзогенным жирам относятся вещества, попадающие в организм извне: с пищей, при нанесении косметических средств, при приеме медикаментов.
Попав в организм, липиды усваиваются клетками внутренних органов и формируются в другие соединения. Липиды, синтезируемые клетками, носят название эндогенных. Их структура отличается, но основа все та же, что и у экзогенных жиров. Поэтому при дефиците липидов в пище у человека будут развиваться различные болезни. Многие сложные липиды организм самостоятельно вырабатывать не умеет, но остро в них нуждается. Поэтому они обязательно должны поступать с едой.
Жирные кислоты
Жирные кислоты входят в состав липидов, напрямую влияя на их функционирование. Например, триглицериды являются источником энергии для клеток, а состоят они их нескольких жирных кислот и глицерина.
Жирные кислоты присутствуют в различных веществах, начиная от бензина и заканчивая растительными маслами. В организм они поступают с продуктами питания, из которых активно разбираются различными клетками и ферментами и используются для обеспечения собственных нужд.
Продукты – источники жирных кислот:
Тропические масла: пальмовое, цитрусовое и пр.
Жиры, используемые в пищевой промышленности, например, маргарин.
Жиры в организме откладываются впрок в виде жировой ткани, либо в виде свободных фракций плавают в крови.
Насыщенные и ненасыщенные жиры
Насыщенные жиры несут организму меньшую пользу, а некоторые них даже вредны. В их молекулах нет двойных связей, они достаточно стабильные, поэтому клетки не могут усвоить их. На сегодняшний день установлено, что часть насыщенных жиров стимулируют развитие атеросклероза.
Ненасыщенные жиры полезны, они бывают двух типов:
Мононенасыщенные. В их составе одна двойная связь, поэтому они лучше усваиваются организмом. Ученые считают, что прием в пищу продуктов – источников мононенасыщенных жиров способствует нормализации уровня холестерина в крови, препятствует развитию атеросклероза. Их источником являются преимущественно растительные продукты: оливки, фисташки, авокадо, а также масла на их основе.
Фосфолипиды
К сложным липидам относятся фосфолипиды, которые содержат фосфорную кислоту. Они входят в состав клеточных мембран, также как и холестерин, участвуют в переносе других липидов к органам и тканям.
Фосфолипиды берут на себя сигнальную функцию, входят в состав желчи, обеспечивая расщепление жиров. Если в желчи преобладает холестерин, повышается вероятность развития желчнокаменной болезни, а если фосфолипиды – желчный пузырь будет здоров.
Глицерин и триглицериды
Глицерин не относится к липидам, но он входит в состав триглицеридов, которые важны для организма. Их главная задача – обеспечение его энергией. Попадая в организм с продуктами питания, триглицериды распадаются на глицерин и жирные кислоты. Этот процесс сопровождается выработкой энергии, которая обеспечивает работу сердца, скелетной мускулатуры и пр.
Жировые запасы в организме представлены преимущественно триглицеридами. Прежде чем отправиться в резерв, они метаболизируют в печени.
Бета-липиды
Бета-липопротеиды являются фракцией липопротеидов, которые оказывают влияние на развитие некоторых заболеваний, в первую очередь – атеросклероза. Эти вещества переносят холестерол от одних клеток к другим, но особенность их строения такова, что они часто оседают на сосудистых стенках, в результате чего на них формируются отложения – бляшки. Они, в свою очередь, препятствуют нормальному току крови.
Продукты – источники липидов
Липиды содержатся практически во всей пище, но их основным источником являются продукты животного происхождения. В растениях липиды есть, но их очень мало. Однако они представляют для организма существенную ценность.
Найти информацию о содержании липидов в продукте можно в разделе пищевая ценность, в колонке жиры. Чтобы рассчитать их количество в пище, приготовленной в домашних условиях, пользуются специальными таблицами, составленными диетологами.
Количество липидов в продуктах питания:
Процентное содержание липидов от общей массы продуктов
Научная электронная библиотека
§ 3.1.4. Строение клетки
Размеры клетки широко варьируют от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса). У всех клеток, независимо от их формы, размеров, функциональной нагрузки обнаруживается сходное строение (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Схема строения живой клетки: 1 – оболочка; 2 – мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 4а – ядрышко; 5 – рибосомы; 6 – эндоплазматическая сеть (ЭПС); 7 – митохондрии; 8 – комплекс гольджи; 9 – лизосомы; 10 – пластиды; 11 – клеточные включения
Снаружи клетка одета мембраной. Внутренняя часть клетки содержит многочисленные органоиды – структурные образования клетки, выполняющие определенные функции жизнедеятельности клетки.
1. Оболочка. Присутствует только у растительных клеток. Состоит из волокон целлюлозы. Функции оболочки: защита клетки от внешних повреждений, придает стабильную форму клетки, эластичность растительным тканям.
Повреждение наружной оболочки приводит к гибели клетки (цитолиз).
2. Мембрана. Тончайшая структура (75 Ǻ), состоит из двойного слоя молекул липидов и одного слоя белков. Такая структура обеспечивает уникальную эластичность и прочность мембране
участие в обмене веществ. Эта функция связана с избирательной проницаемостью в клетку определенных веществ и выведение из нее продуктов обмена. В процессе питания в клетку могут проникать определенные растворы веществ (пиноцитоз) и твердые частицы (фагоцитоз).
Явление фагоцитоза – поглощение клеткой твердых частиц – впервые было описано русским врачом Мечниковым. Фагоцитарная особенность лежит в основе процесса иммунитета. Особенно развита у лейкоцитов, клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, надпочечников и гипофиза.
Пиноцитоз – поглощение клеткой растворов – состоит в том, что мельчайшие пузырьки жидкости втягиваются через образующуюся воронку, проникают через мембрану и усваиваются клеткой.
3. Цитоплазма – внутренняя среда клетки. Представляет собой гелеобразную жидкость (коллоидная система), состоит на 80 % из воды, в которой растворены белки, липиды, углеводы, неорганические вещества. Цитоплазма живой клетки находится в постоянном движении (циклоз).
транспортировка питательных веществ и утилизация продуктов обмена клетки;
буферность цитоплазмы (постоянство физико-химических свойств) обеспечивает гомеостаз клетки, поддерживает постоянные нужные параметры жизнедеятельности;
поддержание тургора (упругость) клетки;
все биохимические реакции происходят только в водных растворах, что обеспечивается в среде цитоплазмы.
4. Ядро – обязательный органоид эукариотических клеток. Впервые было исследовано и описано Р. Броуном в 1831 г. В молодых клетках расположено в центре клетки, в старых – смещается в сторону. Снаружи ядро окружено мембраной с крупными порами, способными пропускать крупные макромолекулы. Внутри ядро заполнено клеточным соком – кариоплазмой, основная часть ядра заполнена хроматином – ядерным веществом, содержащим ДНК и белок. Перед делением хроматин образует палочковидные хромосомы. Причём, хромосомы одинакового строения (но содержащие разные ДНК!) образуют пары, зрительно воспринимаемые как одно целое (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Хромосомный набор человеческой клетки перед началом деления
Структурирование всех хромосом в пары свидетельствует о том, что число хромосом – чётное. Поэтому, его часто обозначают 2n, где n – количество хромосомных пар, а соответствующий набор хромосом называют диплоидным. Например, у голубей n = 40 (80 хромосом), у мухи n = 6 (12 хромосом), у собаки n = 39 (78 хромосом), у аскариды n = 1 (2 хромосомы). У человека n = 23 (46 хромосом). Однако, в половых клетках число хромосом в два раза меньше. Поэтому набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным. Клетки, не являющиеся половыми называются соматическими. Иногда клетки с гаплоидным набором хромосом называют гаплоидными клетками, а с диплоидным набором хромосом – диплоидными клетками.
При слиянии двух родительских гаплоидных половых клеток образуется диплоидная клетка, дающая начало новому организму с набором генов отца и матери
Совокупность всех хромосом ядра (а значит и генов) клетки называется генотип. Именно генотип определяет все внешние и внутренние признаки конкретного организма.
В соматических клетках 44 Х-образные хромосомы (22 пары) у женщин и мужчин идентичны (сходны по строению), их называют аутосомами. А 23-я пара имеет конфигурацию ХХ – у женщин и ХY – у мужчин. Эти пары хромосом именуются половыми хромосомами.
В половых клетках 22 хромосомы также одинаковые у яйцеклеток и у сперматозоидов, а 23-я хромосома конфигурации Х – у яйцеклетки и Х или Y – у сперматозоидов. Поэтому при слиянии половых клеток и образовании пар хромосом, 23-я пара будет ( <ХY>или <ХХ>) определять пол будущего ребенка.
Необходимо помнить, что хотя в соматических клетках набор хромосом диплоидный (2n), однако, перед началом деления клеток происходит репликация ДНК, то есть, удвоение их количества, а, значит, и удвоение
количества хромосом. Поэтому перед началом деления соматической клетки в ней насчитывается 4n хромосом (рис. 16). Она становится тетраплоидной.
– хранение генетической информации;
– контроль за всеми процессами, происходящими в клетке: делением, дыханием, питанием и др.
4а. Ядрышко – структура, содержащаяся в ядре. Ядро может содержат 1, 2 или более ядрышек. Функция ядрышка – формирование рибосом.
Следует отметить, что не все клетки имеют оформленное ядро. Клетки, имеющие ядро называются эукариотическими или эукариотами. Клетки, не имеющие ядра, называются прокариотическими или прокариотами. Функции ядра у прокариот несёт одна нить ДНК (именуется хромосома), в которой хранится вся генетическая информация. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Как правило, у прокариотов отсутствуют и некоторые другие органоиды. Размеры прокариотических клеток меньше, чем размеры эукариот.
5. Рибосомы – самые мелкие органоиды клетки. Были обнаружены в 1954 г. Французским ученым Паладом. Рибосомы были обнаружены в цитоплазме, а также на гранулярной ЭПС и в ядре.
Функция рибосом: обеспечение биосинтеза белка.
6. Эндоплазматическая сеть. Представляет собой каналы и полости, ограниченные мембраной. Различают две разновидности ЭПС: гранулярная ЭПС и агранулярная ЭПС. Гранулярная ЭПС морфологически отличается от агранулярной наличием на ее поверхности многочисленных рибосом (на агранулярной ЭПС рибосомы отсутствуют).
Функции эндоплазматической сети:
– участие в синтезе органических веществ: на гранулярной ЭПС синтезируются белки, на агранулярной – липиды и углеводы;
– транспортировка продуктов синтеза ко всем частям клетки.
Несложно уяснить, что гранулярная ЭПС характерна для клеток, синтезирующих белки (например клетки желез внутренней секреции), агранулярная ЭПС характерна для клеток-производителей углеводов и липидов (например клетки жировой ткани).
7. Митохондрии – крупные органоиды, состоящие из двойного слоя мембран: наружная – гладкая, внутренняя образует многочисленные гребнеобразные складки – кристы. Внутри митохондрии заполнены жидкостью (матрикс).
Функции митохондрий: основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией. Этот процесс происходит за счет синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (рис. 3.15), в которой фрагмент
Рис. 3.15. Структурная формула аденозинфосфорных кислот. Для аденозинтрифосфорной кислоты n = 3, для аденозиндифосфорной кислоты n = 2, для аденозинмонофосфорной кислоты n = 1
При взаимодействии молекулы аденозинтрифосфорной кислоты с водой отщепляется один остаток фосфорной кислоты, в результате чего образуется аденозиндифосфорная кислота – АДФ и выделяется огромное количество энергии:
АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 10 000 калорий.
Впоследствии от АДФ может отщепляться еще один остаток фосфорной кислоты, образуя АМФ – аденозинмонофосфорную кислоту.
АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 10 000 калорий[37].
Освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки (КПД процесса превышает 80 %!).
Наряду с распадом АТФ и выделением энергии в клетке постоянно происходит синтез АТФ и накопление энергии (обратные реакции).
Количество митохондрий в клетке зависит от потребности последней в энергии. Так, в клетках кожи человека находится в среднем 5–6 митохондрий, в клетках мышц – до 1000, в клетках печени – до 2500!
8. Комплекс Гольджи. Итальянский ученый Гольджи обнаружил и описал структуру клетки, напоминающую стопки мембран, цистерны, пузырьки и трубочки. Расположена эта система чаще всего возле ядра.
Функции комплекса Гольджи: в полостях комплекса накапливаются всевозможные продукты обмена клетки, которые по каким-либо причинам не вывелись наружу. В последствии эти продукты могут быть использованы клеткой для процессов жизнедеятельности. Из пузырьков и цистерночек комплекса Гольджи в растительных клетках образуются вакуоли, заполненные клеточным соком.
9. Лизосомы – мелкие органоиды. Представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Внутри лизосомы заполнены пищеварительными ферментами (обнаружено 12 ферментов), которые расщепляют и переваривают крупные макромолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).
Функции лизосом: растворение и переваривание макромолекул. Лизосомы участвуют в фагоцитозе. Понятно, что основная функция по перевариванию поступающих в клетку частиц принадлежит лизосомам.
10. Пластиды. Эти органоиды характерны только для растительных клеток. Форма напоминает двояковыпуклую линзу. Структура пластид напоминает таковую у митохондрий: двойной слой мембраны. Наружная – гладкая, внутренняя образует складки, называемые тилакоидами. На тилакоидах происходит основной жизненно важный для всех зеленых растений процесс – фотосинтез:
Пластиды бывают трех типов:
1) Хлоропласты – зеленые пластиды. Их цвет обусловлен наличием хлорофилла. Хлорофилл – основное вещество хлоропластов (имеет зеленый цвет). Только благодаря хлорофиллу возможен процесс фотосинтеза (см. раздел 4.2). Хлоропласты придают зеленый цвет растительным организмам.
2) Хромопласты – пластиды, имеющие различные окраски: от ярко-желтого до пурпурно-багряного. Наличие различных пигментов окрашивают плоды, цветки и осенние листья растений в соответствующие цвета. Этот факт особенно важен для привлечения насекомых к цветкам, как природный индикатор созревания плодов и др.
3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, в которых происходит накопление запасных питательных веществ (например, крахмала).
Некоторые виды пластид могут переходить друг в друга: например, переход хлоропластов в хромопласты: созревание томатов, яблок, вишни, и т. д.; изменение окраски листьев в осенний период времени. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты: позеленение картофеля на свету. Это доказывает общность происхождения пластид.
11. Клеточные включения. Вакуоли. Это непостоянные и необязательные составляющие клетки. Они могут появляться и исчезать в течение всей жизни клетки. К ним относятся капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы щавелево-кислого кальция и др. Жидкие продукты обмена называются клеточным соком и накапливаются они в вакуолях. В клеточном соке растворены сахара, минеральные соли, пигменты и т. д. Чем старше клетка, тем больше клеточного сока накапливает клетка. Молодые клетки практически не содержат вакуолей.
Помимо перечисленного некоторые специализированные клетки обладают специальными органоидами. К ним относятся:
– реснички и жгутики, представляющие собой выросты мембраны клетки, осуществляющие движения клетки. Они имеются у одноклеточных организмов и многоклеточных (кишечный эпителий, сперматозоиды, эпителий дыхательных путей);
– миофибриллы – тонкие нити мышечных клеток, участвующие в сокращении мышц;
– нейрофибриллы – органоиды, характерные для нервных клеток и участвующие в проведении нервных импульсов. Кроме того, в состав клеток входят центриоли – две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром около 0,1 мкм и длиной 0,3 мкм. Место расположения центриолей в период между делениями клетки считается серединой клеточного центра. При делении клетки центриоли расходятся в противоположные стороны – к полюсам, определяя ориентацию веретена деления (рис. 16).
Следует иметь в виду, что, хотя животные и растительные клетки имеют много общего, но между ними существуют и серьёзные различия (табл. 3.1).
Более общая классификация клеток представлена на рис. 3.16.
Одно из основных отличий бактерий от архей, состоит в химическом составе мембраны. Бактерии отделены от внешней среды двойным слоем липидов (жиров и жироподобных веществ). Мембраны архей состоят из терпеновых спиртов.