Установите соответствие между характеристиками и органоидами клетки, обозначенными цифрами на схеме: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОРГАНОИДЫ
А) Обеспечивает синтез РНК
Б) Противодействует тургору
В) Содержит крахмал
Г) Обеспечивает синтез белков
Д) Формирует тилакоиды
Е) Содержит целлюлозу и пектиновые вещества
Запишите в ответ цифры 1-4 из столбца ОРГАНОИДЫ, соответствующие номерам на схеме. Расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Рассмотрите рисунок и выполните задания 5 и 6.
Каким номером на рисунке обозначена часть клетки, аналог которой у грибов состоит из хитина?
Из хитина у грибов состоит клеточная стенка, её аналог у растений из целлюлозы.
Установите соответствие между характеристиками и органоидами клетки, обозначенными цифрами на схеме: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОРГАНОИДЫ
А) Обеспечивает клетку органическими веществами
Б) Участвует в разрушении органических веществ до CO2 и H2O
В) Стопка дискообразных одномембранных мешочков
Д) Обеспечивает тургор клетки
Запишите в ответ цифры 1-4 из столбца ОРГАНОИДЫ, соответствующие номерам на схеме. Расположив их в порядке, соответствующем буквам:
1. Вакуоль — Д) Обеспечивает тургор клетки.
2. Митохондрия — Б) Участвует в разрушении органических веществ до CO2 и H2O; Е) Содержит кристы.
3. Хлоропласт — А) Обеспечивает клетку органическими веществами; Г) Содержит граны.
4. Аппарат Гольджи — В) Стопка дискообразных одномембранных мешочков.
Обратите внимание, что в этом задании в ответ идёт не номер на схеме, а номер правильного ответа из таблицы ОРГАНОИДЫ.
Известно, что одним из продуктов реакции медного купороса и желтой кровяной соли является полупроницаемая мембрана ферроцианида меди (II), которая хорошо пропускает молекулы воды и не пропускает молекулы CuSO4. Такая избирательная проницаемость мембраны способствует протеканию процесса осмоса, характерного, в том числе и для жизнедеятельности растительной клетки [4, c.306]. А сам эксперимент, проведенный в XIX веке Морицем Траубе, продемонстрировал, что в неживой природе неорганических веществ можно найти такие химические соединения, которые при взаимодействии образуют совершенное подобие растительной клеточки, способной вбирать в себя одни вещества из окружающей среды и выделять другие. По теории Траубе, рост полученных им искусственных клеточек происходит вследствие внутреннего гидростатического давления (тургор), которое играет важную роль в жизни растений. Таким образом, клеточки Траубе принято считать моделям живой клетки [9].
Еще в 1750г. русский ученный М.В. Ломоносов получал с помощью желтой кровяной соли удивительные по окраске малорастворимые в воде соединения, которые иногда называют «ферроцианидными солями Ломоносова», или «ферроцианидные кустарники Ломоносова». Эти изумительные растения, похожие на нитевидные водоросли формируются благодаря образованию на поверхности кристалликов желтой кровяной соли полупроницаемой пленки [1, c.126-127].
2. Теоретическая часть
Явление осмоса наблюдается при наличии двух систем с различной концентрацией веществ, где подвижность растворителя больше подвижности растворённых веществ. Важным частным случаем осмоса является осмос через полупроницаемую мембрану, когда они сообщаются с помощью полупроницаемой мембраны. В этом случае по законам термодинамики выравнивание концентраций происходит за счет вещества, для которого мембрана проницаема.
Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя [13, с.228]. (Подвижность растворённых веществ в мембране относительно мала). Как правило, это связано с размерами и подвижностью молекул, например, молекула воды меньше большинства молекул растворённых веществ. Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается менее высокой, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворённого вещества. Вследствие этого переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор, будут происходить чаще, чем в противоположном направлении. Соответственно, объём раствора будет увеличиваться (а концентрация вещества уменьшаться), тогда как объём чистого растворителя будет, соответственно, уменьшаться (рис.1).
При рассмотрении двух систем с различной концентрацией по сторонам полупроницаемой мембраны выравнивание концентраций в системе 1 и 2 возможно только за счет перемещения воды. В системе 1 концентрация воды выше, поэтому поток воды направлен от системы 1 к системе 2. По достижении равновесия реальный поток будет равен нулю [12, с.188]
Рис. 1 Схема формирования осмотического давления
В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворённых веществ, перенос последних из раствора в растворитель позволяет осуществить диализ, применяемый как способ очистки полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов [15, c.38-56].
Осмос играет важную роль во многих биологических процессах. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода, некоторых из растворённых в крови питательных веществ и продуктов клеточной жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворённом состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для биологических процессов, остаются внутри клетки.
Осмос участвует в переносе питательных веществ в стволах высоких деревьев, где капиллярный перенос не способен выполнить эту функцию [3,с. 117].
Клетки растений используют осмос также для увеличения объёма вакуоли, чтобы она распирала стенки клетки (тургорное давление). Клетки растений делают это путём запасания сахарозы. Увеличивая или уменьшая концентрацию сахарозы в цитоплазме, клетки могут регулировать осмос [6, с.66]. За счёт этого повышается упругость растения в целом. С изменениями тургорного давления связаны многие движения растений (например, движения усов гороха и других лазающих растений).
Таким образом, осмос играет важную роль в жизни растительной клетки.
Б) Растительная клетка как осмотическая система
Рис.2 Растительная клетка
Растительную клетку можно рассматривать как осмотическую систему. Клеточная стенка обладает определенной эластичностью и может растягиваться. В вакуоли накапливаются растворимые в воде вещества (сахара, органические кислоты, соли), которые обладают осмотической активностью. Клеточный сок вакуоли является высококонцентрированным раствором. Тонопласт (от греч. tonos – натяжение, напряжение и plastos – оформленный, вылепленный) – мембрана, ограничивающая вакуоль растительной клетки [12, с.138].
Тонопласт и клеточная мембрана выполняют в данной системе функцию полупроницаемой мембраны, поскольку эти структуры избирательно проницаемы, и вода проходит через них значительно легче, чем вещества, растворенные в клеточном соке и цитоплазме [17, c.98].
Чтобы попасть в вакуоль, вода должна пройти через клеточную стенку, плазмалемму, цитоплазму и тонопласт. Клеточная стенка хорошо проницаема для воды [8, c.65]. Плазмалемма и тонопласт обладают избирательной проницаемостью, являются полупроницаемой мембраной, а вакуоль с клеточным соком – концентрированным раствором. Поэтому, если клетку поместить в воду, то вода по законам осмоса начнет поступать внутрь клетки.
Тургорное давление – внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в неё в результате осмоса входит вода, и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку [6, с.66].
Эластическое растяжение ткани благодаря тургорному давлению ее клеток придает твердость неодревесневшим частям растений. Завядающие побеги становятся дряблыми, так как при потере воды тургорное давление падает. Тургорное давление противодействует притоку воды в клетку. Давление, с которым вода осмотически притекает в клетку, равно, таким образом, разности осмотического давления и тургорного давления.
В связи с этим, если клетка попадает в окружающую среду, где концентрация осмотически активных веществ (электролиты, неэлектролиты, белки) будет меньше по сравнению с концентрацией внутри клетки (или клетка помещена в воду), вода по законам осмоса должна поступать внутрь клетки.
Наблюдения за явлениями плазмолиза и тургора позволяют ученым изучать многие свойства клетки. Явление плазмолиза показывает, что клетка жива и протоплазма сохранила полупроницаемость. По скорости и форме плазмолиза можно судить о вязкости протоплазмы. Также явление плазмолиза позволяет определить величину осмотического давления (плазмолитический метод) [7, с. 135].
Осмотическое давление различно у разных жизненных форм. У древесных пород оно выше, чем у кустарников, а у кустарников выше, чем у травянистых растений. Разные экологические группы различаются по величине осмотического давления. Особенное значение имеет снабжение растений водой. У растений пустынь осмотическое давление больше, чем у степных растений. У степных — больше, чем у луговых. Еще меньше осмотическое давление у растений болотных и водных местообитаний. У светолюбивых растений осмотическое давление больше, чем у теневыносливых. Растение в определенной степени регулирует величину осмотического давления. Ферментативное превращение сложных нерастворимых веществ в растворимые (крахмала в сахара, белков в аминокислоты) приводит к возрастанию концентрации клеточного сока и повышению осмотического давления.
Однако, говоря о поступлении воды в клетку, надо учитывать, что наряду с осмотическим давлением в клетках существует давление набухания. Давление набухания связано со способностью гидрофильных коллоидов притягивать к себе молекулы воды. Сила, с которой коллоиды притягивают воду, и представляет собой давление набухания. Большое значение давление набухания имеет для молодых меристематических клеток, в которых отсутствуют вакуоли и которые заполнены коллоидным веществом [2, с.407].
В) Мориц Траубе, изучение тургорного давления
По окончании гимназии занимался в Берлине естественными науками и специально химией под руководством Е. Митчерлиха, Г. Розе и Раммельсбурга. Из Берлина Траубе перешел в Гиссен, где занимался в лаборатории Либиха. В 1846 г. Траубе. снова вернулся в Берлин, и через род получил степень доктора философии за химическую диссертацию «De nonnullis Chromii connubiis». Чтобы приобрести практические сведения. Траубе поступил на одну берлинскую красильню, но вскоре вернулся в Ратибор.
После смерти отца, он продолжал его дело (виноторговля) и досуги посвящал любимым занятиям теоретической химией. Его работы, сделанные в маленьком Ратиборе, вдали от общения с учеными, поразительны, отличаясь замечательной ясностью, логичностью мышления и новизной идей.
С 1851 по 1894 г. Траубе опубликованы 42 монографии, в которых он высказал совершенно новые взгляды на процессы брожения, нашедшие блестящее подтверждение в работах последних десятилетий. Процессы брожения вызываются, по мнению Траубе, не самими организмами брожения (дрожжами), но теми ферментами, которые эти организмы вырабатывают и выделяют в окружающую среду.
Громадное влияние на общую физиологию оказало открытие Траубе, касающееся образования растительных клеток. До того существовало представление, что в образовании, питании и росте клеток играют главную роль исключительно жизненные процессы.
Опыты Траубе показали, что можно найти такие неорганические химические соединения, которые при взаимодействии образуют совершенное подобие растительной клеточки, способной вбирать в себя одни вещества из окружающей среды и выделять другие. По теории Траубе, рост клеточек происходит вследствие внутреннего гидростатического давления (тургор).
Во внимание к трудам Траубе университет в Галле преподнес ему в день празднования своего 300-летнего юбилея в 1874 г., диплом на степень Dr. med. et chir. Не занимая никогда профессорского места, числясь корреспондентом Берлинской академии наук в течение всей своей жизни, Траубе не прерывал занятий наукой и умер среди начатых работ [5].
3. Практическая часть
А) Эксперимент с медным купоросом и желтой кровяной солью
Данный эксперимент имеет недостаток – в нём используются редкий, токсичный реактив – желтая кровяная соль [10, c.90]. Поэтому этот эксперимент ученики не смогут при желании повторить дома.
Используемые реактивы и оборудование:
В химическом стакане приготовим 5% раствор CuSO4. Для этого растворим при помешивании 15 г соли в 285 мл дистиллированной воды при комнатной температуре. Наблюдаем появление голубого мутного раствора CuSO4 в воде. Для подавления гидролиза сульфата меди по катиону в водном растворе, добавляем в стакан несколько крупинок лимонной кислоты. Наблюдаем, что раствор стал прозрачным. Это очень удобно для наблюдения процессов формирования клеточек Траубе.
После этого пинцетом поместим небольшой кристаллик желтой кровяной соли на дно стакана. Наблюдаем рост клеточки Траубе.
Рис.4. Рост клеток Траубе в растворе медного купороса.
Объяснение наблюдаемых процессов:
2 CuSO4 + K4[Fe(CN)6] ®Cu2[Fe(CN)6] + 2 K2SO4
Концентрация желтой кровяной соли внутри клетки больше, чем концентрация сульфата меди снаружи. В результате вода проникает в клетку, тем самым увеличивая ее до тех пор, пока концентрации желтой кровяной соли и сульфата меди не уравняются. За счет давления мембрана из гексацианоферрата(II) меди постоянно разрывается. На месте разрыва опять взаимодействуют сульфат меди и желтая кровяная соль, и пленка образуется снова. Поэтому клеточка Траубе растет неравномерно.
Б) Эксперимент с хлоридом железа (III) и силикатным клеем
Данный эксперимент еще называется «Силикатный сад» и имеет преимущество перед предыдущим в плане большей доступности реактивов. Так силикатный клей можно приобрести в канцелярском магазине, а реактив FeCl3 в магазине для радиолюбителей (он используется при пайке радиодеталей). Поэтому этот эксперимент ученики смогут при желании повторить у себя дома неограниченное количество раз, наблюдая, как на скорость и размер «водорослей» влияет разная концентрация силикатного клея в воде и размеры кристаллов хлорида железа (III).
Реактивы и оборудование:
Смешиваем силикатный клей и воду в соотношении 1:1. Насыпаем в полученный раствор немного соли FeCl3. Наблюдаем, как из кристалликов соли постепенно вырастают красивые «водоросли».
Рис.5. Рост клеток Траубе в силикатном растворе.
Объяснение наблюдаемых процессов:
Силикаты многих металлов плохо растворить в воде. Клей содержит относительно хорошо растворимые силикаты калия и натрия. В реакции обмена образуются силикаты железа, которые в водном растворе сразу же подвергаются гидролизу с образованием нерастворимого гидроксида железа (III)
2FeCl3 +3Na2SiO3®Fe2(SiO3)3 + 6NaCl
Fe2(SiO3)3 + 6H2O®2Fe(OH)3¯+ 3H2SiO3
Клеточная мембрана живой клетки обладает свойством полупроницаемости. Это явление демонстрируется в опыте с искусственной клеткой Траубе.
Изучена сущность осмотических процессов и проведены эксперименты по воздействию гипертонических, гипотонических и изотонических растворов на живые клетки с применением модельной клеточки Траубе.
Сделано заключение о том, что получение клеточки Траубе с применением силикатного водного раствора и хлорида железа (III) более доступно и безопасно для школьников, чем способ с использованием медного купороса и желтой кровяной соли при проведении подобного эксперимента в домашних условиях.
Снижение тургора кожи — это потеря основных характеристик молодой здоровой кожи, позволяющих ей быстро расправляться после деформации. Если сжать пальцами складку кожи под скулой и отпустить, то кожа с нормальным тургором расправляется меньше, чем за пять секунд.
Тургор — это способность кожи пружинить.
Структурную прочность дермы обеспечивают коллагеновые волокна. Молекула коллагена представляет собой три полипептидные цепочки, закрученные в спираль, то есть, основная структурная единица дермального слоя кожи имеет форму пружинки. Коллаген отличается уникальным аминокислотным составом — глицин, пролин, оксипролин, лизин, оксилизин, тирозин и метионин. Аминокислоты образуют связи, стабилизирующие тройную спираль коллагена и придающие ему особенную прочность. В результате воздействия ряда факторов аминокислоты перестают поддерживать связи, тройная спираль не образуется, коллаген деградирует — кожа не пружинит. Между коллагеновыми волокнами вплетены волокна эластина, который также содержит многие аминокислоты — глицин, пролин, валин, аланин, десмозин и изодесмозин. Эти аминокислоты обеспечивают нерастворимость эластина и его основную функцию — эластические свойства кожи и её способность распрямляться после сжатия. Факторы, снижающие тургор кожи:
• Естественные возрастные процессы.
• Недостаточность физических нагрузок.
• Недостаток воды и неправильное питание.
• Резкий набор или потеря веса.
• Курение и алкоголь.
В зависимости от состояния кожи, врач предложит технологии широкополосного света Halo, BBL, BBL Forever Young, BBL SkinTyte, возможности неабляционного фракционного лазера Clear&Brilliant, SMAS-лифтинга, курс инъекционных процедур плазмолифтинга и мезотерапии, а также уходовый комплекс Cosmedix.
После курса терапевтических процедур врач составит индивидуальный протокол профилактических мер и сделает рекомендации по уходу за кожей для сохранения тургора.
Если сжать пальцами складку кожи под скулой и отпустить, то кожа с нормальным тургором расправляется меньше, чем за пять секунд.
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).
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.
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).
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.
