Что обеспечивает буферность в клетке

Презентация по биологии на тему «Неорганические вещества клетки» (10 класс)

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Описание презентации по отдельным слайдам:

Описание слайда:

Выполнила: Гайворонских Н.В., учитель биологии, МАОУ Сибирский лицей г. Томска
Неорганические вещества клетки.

Описание слайда:

Химический состав живых организмов

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах — атомном и молекулярном.

Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы.

Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

Описание слайда:

Содержание элементов в земной коре и в живых организмах.

Основу организмов составляют 4 элемента – кислород, водород, углерод, азот.
Содержание данных элементов в земной коре, кроме кислорода, незначительное – менее 1%
Элементарный состав

Описание слайда:

Элементы, входящие в состав организмов, называют элементами-биогенами.
Они сосредоточены в первых четырех периодах Периодической системы Д.И. Менделеева.
Атомы элементов-биогенов
имеют относительно малые радиусы и атомную массу,
способны образовывать прочные ковалентные связи.
Этими свойствами объясняется их биологическое значение.

Описание слайда:

На четыре элемента (O, C, H, N) приходится до 98% массы клетки, поэтому они получили название органогенные элементы или органогены (в переводе означает «образующие органические соединения»).

Описание слайда:

В теле человека присутствует практически вся таблица Менделеева и не смотря на то, что остальных химических элементов в массовом выражении не так много (менее 1%), они выполняют важные жизненные функции.

Описание слайда:

Биологическая роль макроэлементов

Описание слайда:

Описание слайда:

К этой группе элементов относятся очень редкие химические элементы.
Их содержание в окружающей природе очень мало, поэтому они практически не выполняют никаких функции в организме человека, однако присутствуют в незначительных количества, менее 0.000001% (в результате эффекта накопления).
К этим элементам относят Уран (U), Радий (Ra), Золото (Au), Серебро (Ag), Ртуть (Hg), Берилий (Be) и прочие.

Описание слайда:

Молекулярный состав
Минеральные вещества в клетке присутствуют в виде ионов и твердых нерастворимых солей.

Нерастворимые соли представлены в основном фосфатами и карбонатами, входящими в состав костей, зубов, раковин т.п., обеспечивая прочность этих образований.

Растворимые ионы придают внутренней среде клетки определенную кислотно-щелочную реакцию, активируют синтез ферментов.

Описание слайда:

Минеральные соли в водном растворе клетки диссоциируют на катионы и анионы.
Наиболее важные катионы — K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NH4+
Наиболее важные анионы — Cl-, SO42-, HPO42-, H2PO4-, HCO3-, NO3-.
Существенным является не только концентрация, но и соотношение отдельных ионов в клетке.
От концентрации солей в клетке зависят буферные свойства клетки.

Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого (рН=7,2) на постоянном уровне.
Растворимые ионы избирательно связывают избыточные ионы Н+ и ОН- позволяют поддерживать рН на определенном уровне.
Внутри клетки буферность обеспечивается анионами Н2РО4-
Фосфатная система поддерживает рН в пределах 6,9-7,4.
Во внеклеточной жидкости и в крови роль буферных соединений играют Н2СО3 и НСО3-
Карбонатная буферная система поддерживает рН плазмы крови в пределах 7,4

Описание слайда:

Соляная кислота входит в состав желудочного сока животных и человека, ускоряя процесс переваривания белков пищи.
Остатки серной кислоты способствуют выведению чужеродных веществ из организма.
Натриевые и калиевые соли азотистой и фосфорной кислот, кальциевая соль серной кислоты служат важными компонентами минерального питания растений, их вносят в почву в качестве удобрений.

Описание слайда:

Вода.
Особенности строения
Свойства воды
Функции

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Способность молекул воды «слипаться» друг с другом благодаря водородным связям получила название когезии.
Способность воды «слипаться» с другими веществами называется адгезией.
Именно адгезией объясняются капиллярные свойства воды – ее способность подниматься по тонкой трубке.
Поверхностное натяжение определяется силами межмолекулярного сцепления, небольшие предметы со средней плотностью большей плотности жидкости способны «плавать» на поверхности жидкости, так как их вес оказывается уравновешенным силой поверхностного натяжения.
некоторые насекомые (например, водомерки) способны передвигаться по воде, удерживаясь на её поверхности за счёт сил поверхностного натяжения.

Большое поверхностное натяжение, когезия и адгезия обеспечивают:
а) физические свойства клетки
б) передвижение воды вверх по стеблям растений
в) подъем влаги по почвенным порам
г) удержание на поверхности мелких организмов
Водомерка
Молодые василиски

Описание слайда:

Описание слайда:

Физические свойства воды
Высокая теплоемкость и теплопроводность
Прозрачность в видимом участке спектра
Практическая полная несжимаемость
Подвижность молекул и вязкость
Хороший растворитель
Оптимальная для биосистем значение силы поверхностного натяжения
Расширение при замерзании

Описание слайда:

Функции воды
Универсальный растворитель
Выполняет функцию терморегуляции в живых организмах
Обеспечивает гидролиз, окисление высокомолекулярных орг. соединений (белков, углеводов, жиров)
Является осморегулятором
Обеспечивает перенос и выделение определённых веществ из клетки в клетку

Описание слайда:

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник

Буферность и кислотность

1. Буферность — свойство клетки поддерживать определенный уровень концентрации ионов водорода (pH).

2. В клетке сохраняется слабощелочная реакция — 7,2.

3. Буферным называют такой раствор, в котором содержится смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли.

4. Механизм поддержания кислотности таков — когда в клетке увеличивается кислотность, анионы, источником которых служит соль, соединяются с ионами водорода и устраняют их из раствора. Если же кислотность снижается, ионы водорода высвобождаются.

Кислотность в клетке

1. В процессе жизнедеятельности в клетке возникают разнообразные соединения, в том числе кислоты и щелочи. Значения pH ниже 7 указывают на кислый раствор, значения выше делают раствор щелочным.

2. Шкала кислотности включает значения от 0 до 14. Эта шкала логарифмическая — изменения pH на одну единицу соответствует изменению концентрации ионов водорода в 10 раз.

3. Важно запомнить, что буферные свойства цитоплазмы зависят от концентрации анионов слабых кислот. При большом количестве анионов они легко могут удалить протоны водорода и понизить кислотность в клетке.

Фосфатная буферная система

2. Главная роль фосфатной буферной системы состоит в том, что она поддерживает кислотно-щелочной баланс в просвете канальцев почки, а также внутриклеточной жидкости.

3. Фосфатов вообще больше внутри клетки, чем вне ее. Эта буферная система имеет мало отношения к внеклеточной жидкости.

Бикарбонатная буферная система

Содержание химических соединений в клетке

1. На первом месте по массе в процентах на сырую массу стоит вода — 75–85 процентов.

2. Далее идут белки — 10–20 процентов, жиры — 1–5 процентов, углеводы — 0,2–2 процента.

3. При потере части воды организмы могут утрачивать признаки жизни — такое состояние называется анабиозом. При улучшении условий они могут снова стать активными. Гибель организмов происходит при потере значительной части воды.

Источник

Какие вещества обусловливают буферные свойства клетки?

Ответ или решение 2

Буферность – это способность клетки поддерживать постоянно слабощелочную рН среды. В зависимости от изменения концентрации солей внутри и снаружи клетки, может изменяться соответственно и реакция клеточного содержимого. Чтобы реакция среды не изменялась, не должно быть несвязанных ионов водорода и гидроксид-ионов внутри клетки. Если они образуются, сразу идет изменение среды в щелочную или кислую сторону.

1. Внутри клетки буферность обеспечивают Н2РО4 и НР04.

2. Снаружи клетки буферность обеспечивают Н2СО3 и НСО3.

Роль буферов к клетке

Буферы представляют собой химические вещества, такие как фосфор, калий, магний, селен, цинк которые помогают жидкости сопротивляться изменению ее кислотных свойств при добавлении других химических веществ, которые обычно вызывают изменение этих свойств. Буферы необходимы для живых клеток. Это связано с тем, что буферы поддерживают правильный рН жидкости.

Что такое рН

Клетка состоит из различных типов белков, и каждый белок работает только тогда, когда у него есть правильная трехмерная форма. Форма белка удерживается на месте силами притяжения внутри белка, как и многие мини-магниты здесь и там, которые соединяются, чтобы удерживать весь протеин на месте. Поэтому, если внутри клетки становится слишком кислым или слишком основным, тогда белки начинают терять форму и больше не работают. Клетка становится как фабрика без рабочих и без ремонтников. Поэтому буферы внутри ячейки предотвращают это.

Источник

Буферные свойства (буферное действие и растворы). Какие вещества обусловливают буферные свойства клетки

Молекулярный уровень организации живого

Химическая организация клетки. Элементный состав клеток. Неорганические вещества: вода и минеральные соли

Основные вопросы теории

Элементный состав клетки

В составе живой природы обнаружено более 80 химических элементов, 27 из них выполняют определенные функции.

K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, P

B, Mn, Zn, Cu, Co, F, I, Br, Mo

U, Au, Be, Hg, Se, Ra, Cs

Каждый из химических элементов выполняет важную функцию в клетке.

входят в состав воды.

входят в состав белков, липидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов.

обеспечивают проведение нервного импульса.

компонент костей, зубов, необходим для мышечного сокращения, компонент свертывания крови, посредник в механизме действия гормонов.

структурный компонент хлорофилла, поддерживает работу рибосом и митохондрий.

структурный компонент гемоглобина, миоглобина.

входит в состав серосодержащих аминокислот, белков.

входит в состав нуклеиновых кислот, костной ткани.

необходим некоторым растениям.

активаторы ферментов, влияют на процессы тканевого дыхания.

входит в состав инсулина.

входит в состав окислительных ферментов, переносит кислород в тканях моллюсков.

входит в состав эмали зубов.

входит в состав тироксина.

Химические вещества клетки

Уникальное строение воды, её свойства и роль в живой природе

Строение и свойства воды

Биологические функции воды

1. Малые размеры молекул воды, молекула воды нелинейна.

3. Вода необходима для гидролиза макромолекул до мономеров, например, в пищеварении.

3. Способность образовывать водородные связи, подвижность молекул воды.

7. Вода обладает высокой теплопроводностью и большой теплоемкостью, выполняет функцию терморегуляции в живых организмах (т.к. для разрыва водородных связей нужно много Е).

4. Силы межмолекулярного сцепления не позволяют воде сжиматься.

9. Вода служит для поддержания формы организмов (гидростатический скелет, тургорное давление).

Минеральные соли, их значение

Минеральные соли находятся в клетке либо в диссоциированном на ионы, либо в твердом состоянии.

Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Их значение:

1. Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.

2. Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану.

3. От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.

Буферные свойства клетки

фосфатная буферная система

бикарбонатная буферная система

рН внутриклеточной среды на уровне 6,9

рН внеклеточной среды на уровне 7,4

4. Участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.

Таким образом, функция минеральных солей в клетке состоит в поддержании постоянства внутренней среды и в обеспечении процессов жизнедеятельности.

В твердом состоянии минеральные соли Са 3 (РО 4) 2 (фосфат кальция) входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.

Буферность и осмос.
Соли в живых организмах находятся в растворенном состоянии в виде ионов – положительно заряженных катионов и отрицательно заряженных анионов.

Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде неодинакова. В клетке содержится довольно много калия и очень мало натрия. Во внеклеточной среде, например в плазме крови, в морской воде, наоборот, много натрия и мало калия. Раздражительность клетки зависит от соотношения концентраций ионов Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+. Разность концентраций ионов по разные стороны мембраны обеспечивает активный перенос веществ через мембрану.

В тканях многоклеточных животных Са 2+ входит в состав межклеточного вещества, обеспечивающего сцепленность клеток и упорядоченное их расположение. От концентрации солей зависят осмотическое давление в клетке и ее буферные свойства.

Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию ее содержимого на постоянном уровне.

Существует две буферные системы:

1)фосфатная буферная система – анионы фосфорной кислоты поддерживают рН внутриклеточной среды на уровне 6,9

2)бикарбонатная буферная система – анионы угольной кислоты поддерживают рН внеклеточной среды на уровне 7,4.

Рассмотрим уравнения реакций, протекающих в буферных растворах.

Если в клетке увеличивается концентрация Н + , то происходит присоединение катиона водорода к карбонат-аниону:

При увеличении концентрации гидроксид-анионов происходит их связывание:

Так карбонат-анион может поддерживать постоянную среду.

Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.

Концентрация веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет поступать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.

В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым

Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого

Задание №3
Прочитав предложенный текст, ответьте на следующие вопросы.
1)определение буферности

2)от концентрации каких анионов зависят буферные свойства клетки

3)роль буферности в клетке

4)уравнение реакций, протекающих в бикарбонатной буферной системе (на магнитной доске)

5)определение осмоса (привести примеры)

6)определение плазмолиза и деплазмолиза слайды

Объединение всех компонентов клетки в единую среду

Среда для прохождения химических реакций

Среда для существования и функционирования органоидов.

Гиалоплазма и эргастоплазма.Ультраструктура и функциональное значение.

Микротрабекулярная система связывает все внутриклеточные структуры. В местах пересечения или соединения концов микротрабекул располагаются группы рибосом.

Микротрубочки, микрофиламенты и микротрабекулярная система образуют внутриклеточный цитоплазматический скелет (цитоскелет), который упорядочивает размещение всех структурных компонентов клетки

Функции гиалоплазмы следующие:

1)Является внутренней средой клетки, в которой происходят многие химические процессы.

2)Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие между ними.

3)Определяет местоположение органелл в клетке.

4)Обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ и перемещение органелл (например, движение хлоропластов в растительных клетках).

5)Является основным вместилищем и зоной перемещения молекул АТФ. 6)Определяет форму клетки.

Эргастоплазма участки цитоплазмы клеток растений и животных участки, богатые рибонуклеиновой кислотой (например, глыбки Берга в клетках печени, тельца Ниссля в нейронах). В электронном микроскопе эти участки наблюдаются как упорядоченно расположенные элементы гранулярной эндоплазматической сети.
. чтодальше.

Плазматическая мембрана, её функции.Современные представления о плазматической мембране.

Частицы, по какой-либо причине неспособные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.

При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии по градиенту концентрации путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.

Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивает в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).

Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

осуществление генерации и проведения биопотенциалов.

С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

Согласно современным представлениям центральный слой такой мембраны представляет собой текучий липидный бислой с включениями внутримембранных белков. Полагают, что ассоциированные с мембраной белки являются глобулярными. Некоторые из них расположены на полярной поверхности мембраны или частично погружены в ее монослой как с наружной, так и с внутренней стороны. Это так называемые периферические, функционально ассоциированные с мембраной белки, удерживаемые на ее поверхности при помощи нековалентных связей. Другие, интегральные, белки проходят через всю толщу мембраны, в том числе и через внутренние неполярные ее слои. В интегральных белках последовательность аминокислотных остатков распределена таким образом, что гидрофобные остатки аминокислот формируют структуры, которые пронизывают мембрану, а гидрофильные образуют функциональные домены на внутренней и/или наружной поверхности мембраны. Таким образом, функционально разные белки мембраны образуют в жидкокристаллическом бислое фосфолипидов своеобразную мозаичную структуру. Эта мозаика не является строго фиксированной, что позволяет разным классам ФЛ и минорным липидам мембраны при латеральной диффузии формировать определенные кластеры (участки поверхностного монослоя мембраны).

Плазматическая мембрана содержит много гликолипидов, полярные углеводные части которых (остатки моно- и олигосахаридов) расположены на ее поверхности, что позволяет им выполнять специфичные функции, такие как рецепция (клеточное узнавание) и иммунохимические реакции. Выступающие из бислоя гидрофильные олигосахаридные участки гликолипидов образуют у эукариотических клеток подобие наружной оболочки – гликокаликса.

Все это указывает на то, что бислойная мембрана является единой динамичной и саморегулирующейся системой

1.4 Эволюция представлений о строении мембран

Наличие мембран вокруг живых клеток было установлено более ста лет назад в работах Негели К., который в 1855 г. обнаружил, что неповрежденные клетки могут изменять свой объем при изменении осмотического давления окружающей среды. Эти исследования были продолжены Овертоном Е., показавшим, что неполярные молекулы легче проходят через клеточную мембрану, чем полярные соединения.

На основе этих наблюдений он впервые высказал предположение, что клеточная мембрана имеет липидную природу. Развитие идей о структуре мембран существенно продвинулось благодаря работам Гортера Е. и Грендела Ф., проведенным в 1925 г. Эти авторы впервые выдвинули концепцию липидного бислоя. Идея возникла на основе простого эксперимента. Липиды эритроцитов экстрагировали ацетоном и затем получали из них тонкую пленку на поверхности воды.

С помощью поплавка сжимали слой липидных молекул на границе раздела вода–воздух до тех пор, пока этот слой не начинал оказывать сопротивление дальнейшему сжатию; это явление было объяснено образованием плотно упакованной мономолекулярной липидной пленки. Измерение площади, занимаемой липидами, и сравнение ее с площадью поверхности эритроцитов, из которых эти липиды были экстрагированы, дали соотношение 2:1. Отсюда был сделан вывод, что мембрана эритроцитов состоит из липидных молекул, расположенных в два слоя. По-видимому, этот вывод Гортера Е. и Грендела Ф. оказался правильным только благодаря взаимной компенсации ошибок (во-первых, экстракция ацетоном извлекает не все липиды, во-вторых, они дали заниженную оценку площади поверхности эритроцитов, использовав для ее определения высушенные клетки). Однако в историческом плане эта работа имела большое значение, поскольку концепция липидного бислоя как структурной основы биологических мембран на самом деле оказалась верной. Мысль о том, что с мембранами связаны белки, высказана десятью годами позже Даниелли Дж. в связи с необходимостью объяснить явное расхождение между поверхностным натяжением на границах раздела масло–вода и мембрана–вода. Была высказана гипотеза, что мембрана состоит из двойного липидного слоя, и предположено, что белок располагается на ее поверхности – модель Даниелли–Дэвисона, или модель «сэндвича» (рисунок 1.2).

1 – углеводородные гидрофобные цепочки; 2 – полярные

гидрофильные группы молекулы; 3 – полярные поры, по которым

вещества диффундируют в клетку

Рисунок 1.2 – Модель строения биологических мембран

На рисунке 1.2 показан бимолекулярный липидный слой, окруженный с двух сторон монослоями белка. Это была очень удачная

модель, и в течение последующих 30 лет многочисленные экспериментальные данные, особенно полученные с помощью дифракции рентгеновских лучей и электронной микроскопии, полностью подтвердили

ее адекватность. Основными компонентами биологической мембраны являются липид и белок, вопрос о взаимном расположении этих

компонентов в мембране стал предметом многочисленных дискуссий, так как обнаружилось, что мембраны выполняют разнообразные функции.

В 1959 г. Робертсон Дж. Д. предположил, что все клеточные мембраны построены по единому принципу, и высказал концепцию унитарной (или единообразной) мембраны (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Унитарная схема асимметричного строения биомембраны Робертсона.

Предложенная модель во многом сходна с классической моделью Даниелли Дж.: основу мембраны составляет липидный бислой, а нелипидные компоненты (прежде всего белки) в полностью развернутой конформации лежат на поверхности бислоя, связываясь с липидами за счет электростатических и гидрофобных взаимодействий. В модели Робертсона нашла отражение еще одна важная структурная особенность мембраны – ее асимметрия.

Последующий прогресс в мембранологии, в результате которого сформировались современные представления о структуре биомембран, в значительной мере был достигнут благодаря успехам в изучении свойств мембранных белков. Электронно-микроскопические исследования с применением метода замораживания–скалывания показали, что в мембраны встроены глобулярные частицы, а биохимикам с помощью детергентов удалось диссоциировать мембраны до состояния функционально активных «частиц». Данные спектральных исследований указывали, что для мембранных белков характерно высокое содержание α-спиралей и что они, вероятно, образуют глобулы, а не распределены в виде монослоя на поверхности липидного бислоя. Неполярные свойства мембранных белков наводили на мысль о наличии гидрофобных контактов между белками и внутренней неполярной областью липидного бислоя. Тогда же были разработаны методы, позволившие выявить текучесть липидного бислоя. Сингер и Николсон свели воедино все эти идеи, предложив в 1972 г. новую модель молекулярной организации биомембран – жидкостно-мозаичную модель (рисунок 1.4).

1 – углеводные фрагменты гликопротеидов; 2 – липидный бислой;

3 – интегральный белок; 4 – «головки» фосфолипидов;

5 – периферический белок; 6 – холестерин;

7 – жирнокислотные «хвосты» фосфолипидов.

Рисунок 1.4 – Модель жидкостно-мозаичной мембраны

Сингера и Николсона

Согласно жидкостно-мозаичной модели:

1) Структурной основой биомембран является липидный бислой, в котором углеводородные цепи молекул фосфолипидов находятся в жидкокристаллическом состоянии.

2) В липидный бислой, имеющий вязкость растительного масла, погружены или встроены молекулы белков, способные передвигаться по мембране.

В противоположность прежним моделям, рассматривающим мембраны как системы из жестко фиксированных компонентов, жидкостно-мозаичная модель представляет мембрану, как «море» жидких липидов, в котором плавают «айсберги» белков. В зависимости от прочности связи с мембраной белки в рамках мозаичной модели подразделяются на два типа: периферические и интегральные.

К периферическим относятся белки, которые связаны с мембраной за счет полярных и ионных взаимодействий и относительно легко отделяются от нее в мягких условиях, например, при промывании буферными растворами с различными значениями рН или ионной силы либо растворами, содержащими комплексообразующие вещества типа ЭДТА.

Интегральные белки имеют на своей поверхности большие гидрофобные участки и располагаются внутри мембраны. Для выделения интегральных белков необходимо сначала разрушить липидный бислой.

Жидкостно-мозаичная модель строения биомембран в настоящее время является общепризнанной, однако следует помнить, что она все же представляет собой упрощенное и схематичное отражение такой сложной и разносторонней системы, как биологическая мембрана. Одним из постулатов этой модели является предположение о свободном движении молекул белков и липидов в двумерной фазе липидного бислоя. Однако вскоре выяснилось, что не все белки и липиды способны к свободному перемещению, в некоторых случаях их подвижность сильно ограничена. Во многих мембранах интегральные белки находятся в фиксированных положениях за счет высокой концентрации белка вследствие его агрегации, образования липидных доменов, а также взаимодействия белков с цитоскелетом, образуемым внутренними структурами клетки.

Цитология. Изучением клетки занимается цитология (от греч. цитос – клетка и логос – наука). Изучается строение клеток, строение и функции клеточных органоидов, процессы жизнедеятельности, протекающие в клетке. Каждая клетка проявляет все свойства живого – обмен веществ, раздражимость, развитие и размножение, является элементарной (наименьшей) единицей строения. Изучение клетки логично начать с изучения химического состава клетки.

Химический состав клеток.

Макроэлементы , элементы, концентрация которых превышает 0,001%. Они составляют основную массу живого вещества клетки (около 99%). Макроэлементы делят на элементы 1 и 2 группы. Элементы 1-ой группы – C, N, H, O (на их долю приходится 98% от всех элементов). Элементы 2-ой группы – K , Na , Ca , Mg , S , P , Cl , Fe (1,9%).

Микроэлементы (Zn, Mn, Cu, Co, Mo, и многие другие), доля которых составляет от 0,001% до 0,000001%. Микроэлементы входят в состав биологически активных веществ – ферментов, витаминов и гормонов.

Ультрамикроэлементы (Hg, Au, U, Ra и др.), концентрация которых не превышает 0,000001%. Роль большинства элементов этой группы до сих пор не выяснена.

Макро- и микроэлементы присутствуют в живой материи в виде разнообразных химических соединений, которые подразделяются на неорганические и органические вещества.

К неорганическим веществам относятся: вода и минеральные вещества. К органическим веществам относятся: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества. Процентное соотношение указано в таблице 1.

Неорганические вещества клетки . Вода .

Вода – самое распространенное в живых организмах неорганическое соединение. Ее содержание колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов вода составляет по массе около 10%, а в клетках развивающегося зародыша – более 90%.

Без воды жизнь невозможна. Она не только обязательный компонент живых клеток, но и среда обитания организмов. Биологическое значение воды основано на ее химических и физических свойствах. Химические и физические свойства воды необычны. Они объясняются, прежде всего, малыми размерами молекул воды, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.

В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула полярна: кислородный атом несет частичный отрицательный заряд, а два водородных – частично положительные заряды. Это делает молекулу воды диполем. Поэтому при взаимодействии молекул воды друг с другом между ними устанавливаются водородные связи. Они слабее ковалентной, но, поскольку каждая молекула воды способна образовывать 4 водородные связи, они существенно влияют на физические свойства воды. Большая теплоемкость, теплота плавления и теплота парообразования объясняются тем, что большая часть поглощаемого водой тепла расходуется на разрыв водородных связей между ее молекулами. Вода обладает высокой теплопроводностью, благодаря чему в различных участках клетки поддерживается одинаковая температура. Вода практически не сжимается, прозрачна в видимом участке спектра. Наконец, вода – единственное вещество, плотность которого в жидком состоянии больше, чем в твердом.

Вода является непосредственным участником многих химических реакций (гиролитическое расщепление белков, углеводов, жиров и др.), необходима как метаболит для реакций фотосинтеза.

Большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе; многие вещества поступают в клетку и выводятся из нее в водном растворе. Благодаря большой теплоте испарения воды, происходит охлаждение организма.

Максимальная плотность воды при +4°С, при понижении температуры вода поднимается вверх, а так как плотность льда меньше плотности воды, то лед образуется на поверхности, поэтому при замерзании водоемов подо льдом остается жизненное пространство для водных организмов.

Благодаря силам когезии (электростатическому взаимодействию молекул воды, водородным связям) и адгезии (взаимодействию с окружающими ее стенками) вода обладает свойством подниматься по капиллярам – один из факторов, обеспечивающих движение воды в сосудах растений.

Несжимаемость воды определяет напряженное состояние клеточных стенок (тургор ), а также выполняет опорную функцию (гидростатический скелет, например, у круглых червей).

Итак, значение воды для организма заключается в следующем:

Минеральные вещества клетки в основном представлены солями, которые диссоциируют на анионы и катионы, некоторые используются в неионизированной форме (Fe, Mg, Cu, Co, Ni и др.)

Табл. 1. Важнейшие химические элементы

Вещества, в которых химический элемент содержится

Процессы, в которых химический элемент участвует

Углерод, водород, кислород, азот

Белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др. органические вещества

Синтез органических веществ и весь комплекс функций, осуществляемых этими органическими веществами

Фосфат кальция, карбонат кальция

Участвует в процессе свертывания крови, сокращения мышц, входит в состав костной ткани, зубной эмали, раковин моллюсков

Формирование срединной пластинки и клеточной стенки у растений

Формирование пространственной структуры белка за счет образования дисульфидных мостиков

Нуклеиновые кислоты, АТФ

Синтез нуклеиновых кислот, фосфорилирование белков (их активирование)

Активизирует пищеварительные ферменты желудочного сока

Перенос электронов при фотосинтезе и дыхании

Окисление жирных кислот, участие в процессах дыхания и фотосинтеза

Транспорт кислорода у некоторых беспозвоночных

Входит в состав более 100 ферментов: Алькогольдегидрогеназа, карбоангидраза

Анаэробное дыхание у растений

Транспорт СО 2 у позвоночных

Костная ткань, зубная эмаль

Регуляция основного обмена

Фосфатная буферная система:

Низкий pH Высокий pH

Гидрофосфат – ион Дигидрофосфат – ион

Бикарбонатная буферная система:

Низкий pH Высокий pH

Гидрокарбонат – ион Угольная кислота

Некоторые неорганические вещества содержатся в клетке не только в растворенном, но и в твердом состоянии. Например, Са и Р содержатся в костной ткани, в раковинах моллюсков в виде двойных углекислых и фосфорнокислых солей.

Ключевые термины и понятия

1. Общая биология. 2. Тропизмы, таксисы, рефлексы. 2. Биогенные элементы. 3. Макроэлементы. 4. Элементы 1 и 2 групп. 5. Микро- и ультрамикроэлементы. 6. Гидрофильные и гидрофобные вещества. 7. Амфипатические вещества. 8. Гидролиз. 9. Гидратация. 10. Буферность.

Основные вопросы для повторения

Вопрос 1. Каковы особенности пространствен-ной организации молекул воды, обуславливающие ее биологическое значение?

Молекулы воды представляют собой дипо-ли — структуры, на положительном полюсе которых находятся два атома водорода, а на отрицательном полюсе — атом кислорода. По-ложительные и отрицательные полюса разных молекул воды притягиваются друг к другу. Это приводит к образованию так называемых водородных связей, что обеспечивает высо-кую теплоемкость воды, а также особенности процессов смены ее агрегатного состояния (плавление, испарение). Кроме того, Н20-ди- поли активно взаимодействуют с любыми мо-лекулами, имеющими заряженные участки. Это обуславливает важнейшее свойство воды как универсального растворителя органиче-ских и неорганических веществ.

Вопрос 2. В чем заключается биологическая роль воды?

Вода выполняет в клетке множество важ-ных функций:

Вопрос 3. Какие вещества называют гидро-фильными? Гидрофобными?

Гидрофильными называют вещества, ко-торые хорошо растворяются в воде. К ним от-носят соли, аминокислоты, сахара, белки, простые спирты. Как правило, в составе их молекул присутствуют заряженные участки (спиртовые группы, аминогруппы и т. п.); не-редко при растворении гидрофильных веществ образуются заряженные частицы — ионы. Гидрофобные вещества, напротив, плохо или совсем не растворяются в воде. В их число вхо-дят в первую очередь жиры и жироподобные соединения, а также полисахариды (хитин, целлюлоза).

Вопрос 4. Какие вещества поддерживают pH клетки на постоянном уровне?

Способность сохранять кислотно-щелоч-ной баланс, т. е. поддерживать постоянное значение pH, обеспечивается так называемы-ми буферными свойствами клетки. Это означа-ет, что при добавлении небольших количеств кислот или щелочей концентрация ионов во-дорода (иначе — pH) в цитоплазме практиче-ски не изменяется. Такой эффект достигается благодаря присутствию в клетке отрицательно заряженных ионов — остатков слабых кислот (в первую очередь НСО3 и НРО2|4). При закислении (избытке ионов Н +) эти ионы могут пре-вращаться в Н 2 С0 3 и Н 2 Р0 4 соответственно. Напротив, при дефиците Н + (защелачивание цитоплазмы) НСО3 и НРО2|4 способны отдавать часть своих ионов водорода. Буферные свой-ства клетки очень важны, поскольку боль-шинство биологически активных веществ (в частности, белки-ферменты) могут вступать в реакции только при строго определенном уровне pH. Материал с сайта

Вопрос 5. Расскажите о роли минеральных со-лей в жизнедеятельности клетки.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

Источник