Клетка и основные процессы в ней

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Клетка и основные процессы в ней»

 

 

Подготовила студент 1 курса

факультета ИСИ

учебной группы ПД-111

Зимовщикова Дарья

 

Оглавление:

1. Клетка – элементарная единица живого

 

2. Химическая организация клетки

1. Органические и неорганические вещества, входящие в состав клетки
2. Функции белков и липидов в клетке
3. Нуклеиновые кислоты и их роль в клетке

 

3. Строение и функции клетки

1. Цитоплазма и клеточная мембрана
2. Органоиды клетки
3. Особенности строения растительной клетки

 

4. Основные процессы, протекающие в клетке

1. Обмен веществ и энергии
2. Деление клетки

а) митоз

б) мейоз

 

5. Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клетка – элементарная единица живого. Термин ≪клетка≫ используется в науке более 300 лет. Впервые его применил в середине XVII в. президент Британского Королевского общества Роберт Гук (1635—1712). С помощью микроскопа он рассмотрел тонкий слой пробки и установил, что пробка состоит из ячеек-клеток.

Клетка  отграничена от других клеток или  от внешней среды специальной  мембраной и имеет ядро или  его эквивалент, в котором сосредоточена  основная часть химической информации, контролирующей наследственность. Изучением  строения клетки занимается цитология, функционированием – физиология. Наука, изучающая состоящие из клеток ткани, называется гистологией. Существуют одноклеточные организмы, тело которых целиком состоит из одной клетки. К этой группе относятся бактерии и протисты (простейшие животные и одноклеточные водоросли). Настоящие многоклеточные животные (Metazoa) и растения (Metaphyta) содержат множество клеток.

Химическая организация  клетки

Органические и неорганические вещества, входящие в состав клетки

 

Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, что служит доказательством единства живой природы. Вместе с тем нет ни одного химического элемента, содержащегося в живых организмах, который не был бы найден в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. Однако соотношение химических элементов в живой и неживой материи различно.

В состав клетки входит более 70 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева, некоторые из которых представлены ниже.

Элементы, входящие в состав клетки, %

Кислород  — 65 — 75

Углерод — 15—18

Водород — 8—10

Азот – 1,5-3,0

Фосфор – 0,20-1,00

Калий – 0,15-0,40

Сера – 0,15-0,20

Хлор – 0,05-0,10

Кальций —0,04—2,00

Магний  – 0,02-0,03

Натрий  – 0,02-0,03

Железо – 0,01-0,015

Цинк  — 0,0003

Медь  – 0,0002

Йод – 0,0001

Фтор  – 0,0001

 

Химические элементы в зависимости  от содержания их в живом организме подразделяют на макроэлементы и микроэлементы. Поскольку кислород, углерод, водород, азот, магний, натрий,

кальций, железо, калий, сера, фосфор и  хлор встречаются в клетках в большом количестве, их часто называют макроэлементами. Среди них кислород, углерод, водород и азот — группа элементов, которыми живые существа богаче всего (около 98 % массы клетки). Другие 8 элементов этой группы представлены десятыми и сотыми долями процента. Их общая масса — около 1,9 % и каждый из них выполняет важную функцию в клетке. К микроэлементам относят элементы, которых в живой клетке очень мало (около 0,02 % массы клетки), но и они совершенно необходимы для ее нормального функционирования.

В живых организмах все эти элементы входят в состав неорганических и органических соединений, которые и образуют живую материю. В основном клетки живых существ построены из органических веществ. Неорганические соединения существуют и в неживой природе, в то время как органические соединения характерны только для живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. В этом заключается главное различие между живой и неживой природой.

Соотношение воды, органических и  неорганических веществ в клетке (%) распределяется следующим образом: вода — 70 — 85; белки — 10 — 20; жиры — 1 — 5; углеводы — 0,2—2,0; нуклеиновые кислоты —1 — 2; АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества — 0,1—0,5; неорганические вещества (кроме воды) — 1-1,5.

Органические вещества называют углеродсодержащими соединениями, потому что в их состав входят атомы углерода. Молекулы их часто называют биологическими молекулами. Органические вещества, входящие в состав клетки, — это белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и другие соединения, которых нет в неживой природе. Большое значение в жизнедеятельности клетки имеет вода. В среднем в многоклеточном организме вода составляет около 80 % массы тела. Прежде всего, она является растворителем. В качестве растворителя вода обеспечивает приток веществ в клетку и удаление из нее продуктов жизнедеятельности, поскольку большинство химических соединений может проникнуть через наружную клеточную мембрану только в растворенном виде. Вода играет важную роль во многих реакциях, происходящих в организме. Например, в реакциях гидролиза, при которых высокомолекулярные органические вещества (белки, жиры, углеводы) расщепляются благодаря присоединению к ним воды. С помощью воды обеспечивается процесс переноса необходимых веществ от одной части организма к другой. Чем выше биохимическая активность клетки или ткани, тем выше содержание в них воды. Велика ее роль и в терморегуляции клетки и организма в целом. Вода обладает хорошей теплопроводностью и большой теплоемкостью, поэтому температура внутри клетки остается неизменной или ее колебания оказываются значительно меньшими, чем в окружающей клетку среде. Другие неорганические вещества — соли — находятся в клетке в виде анионов и катионов в растворах и в виде соединений с органическими веществами. Наиболее важны для клетки анионы НРО^-, Н2Р04, СОз~, СГ, НСОз и катионы Na+, K+, Са2+. В соединении с органическими веществами особое значение имеют сера, входящая в состав многих белков, фосфор как обязательный компонент нуклеотидов ДНК и РНК, железо, находящееся в составе белка крови гемоглобина, и магний, содержащийся в молекуле хлорофилла. Кроме того, фосфор в форме нерастворимого фосфорнокислого кальция составляет основу костного скелета позвоночных и раковин моллюсков.

 

Функции белков и липидов в клетке

 

Белки — основная составная часть любой живой клетки. На их долю приходится 50 —80 % сухой массы клетки. Белки — это полимеры, их составными единицами (мономерами) являются аминокислоты. Всего известно 20 различных аминокислот, входящих в состав белков; каждая из них имеет карбоксильную группу (СООН), аминогруппу (NH2) и радикал (R). Различаются они только радикалами, которые крайне разнообразны по структуре. Аминогруппа придает аминокислоте щелочные свойства, карбоксил — кислотные; этим определяются амфотерные свойства аминокислот. Каждая аминокислота может соединиться с другой посредством пептидных связей (—СО — NH—), в которых углерод карбоксильной группы одной аминокислоты соединяется с азотом аминогруппы последующей аминокислоты. При этом от аминогруппы отделяется ион Н+, а от карбоксила — радикал ОН с образованием молекулы воды. Соединение, состоящее из двух или большего числа аминокислотных остатков, называется полипептидом. В нем между мономерами существуют самые прочные ковалентные связи. В молекуле того или иного белка одни аминокислоты могут многократно повторяться, а другие совсем отсутствовать. Общее число аминокислот, составляющих одну молекулу белка, иногда достигает нескольких сот тысяч. В результате молекула белка представляет собой макромолекулу, т. е. молекулу с очень большой молекулярной массой. Молекулярная масса белков огромна. Например, у белка яйца —яичного альбумина — она составляет 36000, у гемоглобина — 65 000, у сократительного белка мышц (актомиозина) — 1 500 000, в то время как молекулярная масса углевода глюкозы равна 180.

Специфические биологические функции  белков зависят от их пространственной конфигурации, нарушение которой  ведет к потере биологической  активности. У белков имеется четыре уровня структурной организации. Последовательность аминокислот в полипептидной  цепи определяет первичную структуру  молекулы белка, от которой, в свою очередь, зависят последующие уровни пространственной организации и биологические свойства белка. Химические и физиологические свойства белков определяются не только тем, какие аминокислоты входят в их состав, но и тем, какое место в длинной цепочке белковой молекулы занимает каждая из аминокислот. Так достигается огромное разнообразие первичной структуры белковой молекулы. Следующий уровень организации белка — вторичная структура. Она имеет вид спирали. Между изгибами

спирали возникают водородные связи, которые слабее ковалентных, но повторенные многократно они создают довольно прочное сцепление. Третичная структура достигается тем, что спирализованная молекула белка еще многократно и закономерно сворачивается, образуя компактный шарик, в котором звенья спирали соединяются еще более слабыми бисульфидными связями (—S—S—). Объединяясь в агрегаты постоянного состава, молекулы белка могут образовывать четвертичную структуру (например, гемоглобин). Под влиянием термических, химических и других факторов в белке нарушаются бисульфидные и водородные связи, что приводит к нарушению сложной структуры — денатурации. При денатурации молекула развертывается и теряет способность выполнять свою обычную биологическую функцию. Это изменение может носить временный или постоянный характер, но последовательность аминокислот в молекуле белка остается неизменной. Белки выполняют в клетке чрезвычайно разнообразные функции. На первом месте стоит каталитическая функция. Все биологические реакции в клетке протекают при участии особых биологических катализаторов — ферментов, а любой фермент — белок. Ферменты локализованы во всех органоидах клеток и не только направляют ход различных реакций, но и ускоряют их в десятки и сотни тысяч раз. Каждую химическую реакцию обусловливает свой биокатализатор. В цитоплазме клетки осуществляется очень много всевозможных реакций, столь же много и биокатализаторов, контролирующих

ход этих реакций. Так, распад крахмала и превращение его в сахар (мальтозу) вызывает фермент дисатаза, тростниковый сахар расщепляет только фермент инвертаза. Многие ферменты уже давно применяют в медицинской и пищевой (хлебопечение, пивоварение и др.) промышленности.

Одна из важнейших функций белков — строительная (структурная). Белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур. В соединении с ДНК белок составляет тело хромосом, а в соединении с РНК — рибосом. Растворы низкомолекулярных белков входят в состав жидких фракций клеток. Двигательная (сократительная) функция белка состоит в том, что все виды двигательных реакций клетки выполняются особыми сократительными белками, которые обусловливают сокращение мускулатуры животных, движение жгутиков и ресничек у простейших, перемещение хромосом при делении клетки, движение растений. Транспортная функция белков выражается в способности специфических белков крови обратимо соединяться с органическими и неорганическими веществами и доставлять их в разные органы и ткани. Так, гемоглобин соединяется с кислородом и диоксидом углерода; сывороточный белок альбумин связывает и переносит вещества липидного характера, гормоны и др. Белки выполняют и защитную функцию. В организме в ответ на проникновение в него чужеродных веществ вырабатываются антитела — особые белки, которые связывают и обезвреживают несвойственные организму вещества (антигены) — это защитная функция. Белки служат и одним из источников энергии в клетке, т. е. выполняют энергетическую функцию. Расщепляясь в клетке до аминокислот и далее до конечных продуктов распада — диоксида углерода, воды и азотосодержащих веществ, они выделяют энергию, необходимую для многих жизненных процессов в клетке.

Углеводы (сахара) встречаются как в животных, так и растительных клетках, причем в растительных клетках их значительно больше. Углеводы являются соединениями углерода, водорода и кислорода. Различают полисахариды — крахмал, гликоген, целлюлоза, дисахариды — мальтоза, лактоза, сахароза и простые сахара — моносахариды — рибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. Из двух молекул моносахарида образуется одна молекула дисахарида. Полисахариды — сложные углеводы, образованные из многих молекул моносахарида. Главными углеводами клеток являются глюкоза, гликоген (у животных), целлюлоза (клетчатка) и крахмал (у растений). Некоторые углеводные полимеры служат опорным материалом жестких клеточных стенок (целлюлоза, хитин) или выполняют функции цементирующего материала в межклеточном пространстве (пектины, мукополисахариды). Кроме того, углеводы служат своеобразным ≪топливом≫ в живой клетке: окисляясь, они высвобождают химическую энергию, которая расходуется клеткой на процессы жизнедеятельности.

Липиды  — также обязательные компоненты любой живой клетки. Большинство липидов — производные высших жирных кислот, спиртов или альдегидов. Простые липиды включают вещества, молекулы которых состоят только из остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. Именно этим кислотным остаткам липиды обязаны своим важным биологическим свойством — крайне малой растворимостью в воде. Этим же определяется и их роль в биологических мембранах клетки. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на проницаемость клеток. Средний, липидный, слой мембран препятствует свободному перемещению воды из клетки и в клетку. Самые распространенные

из липидов — жиры и воски. Жиры представляют собой эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Содержание жиров в клетках составляет 5— 15 % сухой массы, а в клетках жировой ткани — до 90 %. Жиры используются клеткой как источник энергии: калорийность липидов выше энергетической ценности углеводов. Жиры служат источником воды, которая выделяется при их окислении; они плохо проводят тепло и могут поэтому выполнять функцию теплоизоляции. Подкожный жир играет важную теплоизоляционную роль у животных, особенно у

водных млекопитающих. У животных, впадающих зимой в спячку, жиры обеспечивают организм необходимой энергией. Они составляют запас питательных веществ в семенах и плодах растений.

Воски обладают водоотталкивающими свойствами и приобретают пластичность при  незначительном нагревании. Воск используется у растений и животных в качестве защитною покрытия. Из воска пчелы строят соты.

 

Нуклеиновые кислоты и их роль в  клетке

 

Нуклеиновые кислоты — это высокомолекулярные органические соединения. Впервые они были обнаружены в ядрах клеток, отсюда и получили соответствующее название (нуклеус — ядро). Значение нуклеиновых кислот в клетке очень велико. Они хранят и передают наследственную информацию. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). ДНК образуется и содержится преимущественно в ядре клетки, РНК, возникая в ядре, выполняет свои функции в цитоплазме и ядре. Нуклеиновые кислоты — это полимеры, построенные из огромного числа мономерных единиц, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид — химическое соединение, состоящее из азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

Последний и определяет принадлежность нуклеиновых к классу кислот. Два типа нуклеиновых кислот выделяют, исходя из разных видов пентозы, присутствующей в нуклеотиде: рибонуклеиновые кислоты (РНК) содержат рибозу, а дезоксирибонуклеиновые (ДНК) — дезоксирибозу. В обоих типах нуклеиновых кислот содержатся азотистые основания четырех разных видов: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т), а в РНК вместо тимина — урацил.