Строение клеточной мембраны
Известно, что биологические мембраны состоят в основном из липидов и белков, процентное соотношение которых меняется в зависимости от вида клетки и функционального назначения мембраны. Липиды в клеточной мембране представлены холестеролом, фосфолипидами и гликолипидами. Холестерол содержится главным образом в наружной плазматической мембране клеток млекопитающих. Различные фосфолипиды входят в состав всех биологических мембран. Молекулы липидов состоят из двух физически различных частей — полярной головки и неполярных хвостов. Такие молекулы называются амфифильными. Головки гликолипидов представляют собой производные сахаров, головки фосфолипидов — остатки фосфорной кислоты, а хвосты липидов — остатки жирных кислот. Связь между головкой и хвостами осуществляется молекулой глицерина.
Структурные формулы фосфатидилэтаноламина и холестерола
Головки липидов либо электрически заряжены, либо нейтральны, но имеют дипольный момент, т.е. в любом случае создают вокруг себя электрическое поле. Они хорошо взаимодействуют с полярными растворителями (водой), поэтому головку и называют гидрофильной частью липида. Хвосты, наоборот, неполярны, и хорошо взаимодействуют с неполярными веществами и растворителями, но плохо с водой. Такое поведение неполярных молекул в воде (гидрофобность) обусловлено тем, что им энергетически выгоднее взаимодействовать друг с другом, чем с молекулами воды, вследствие чего они отталкиваются от воды.
Кроме липидов, мембраны содержат белки и углеводы.
Белки, связанные с мембранами, подразделяются на два класса: интегральные и периферические.
Строение клеточной мембраны
Интегральные белки погружены в липидный бислой полностью или частично, а периферические находятся на той или другой поверхности мембраны (обычно на ее внутренней стороне).
Углеводы могут быть присоединены либо к белкам, либо к липидам, но в любом случае они неизменно располагаются на внешней, а не на внутренней поверхности мембраны и играют важную роль в межклеточных взаимодействиях. Общая толщина клеточной мембраны 8-9 нм.
Белки имеют на своей поверхности как гидрофильные, так и гидрофобные аминокислотные остатки. Периферические белки можно отделить от мембраны, не нарушая целостности липидного двойного слоя, и после отделения они полностью растворимы в воде, что свидетельствует о гидрофильности их поверхности. Напротив, интегральные белки нельзя удалить, не разрушив двойной слой липидов. Эти белки обычно нерастворимы в воде, так как большая часть находящихся на их поверхности аминокислот гидрофобна. Именно эти участки белка и погружены в гидрофобную зону мембраны, где связываются с хвостами липидов гидрофобными взаимодействиями. Гидрофильные участки поверхности интегрального белка связываются с полярными головками липидов, молекулами воды и периферическими белками.
Белки.
Белки в живых организмах выполняют разнообразные функции, молекулы этих соединений определяют структуру и форму клетки, обеспечивают узнавание и связывание различных молекул, катализ и регуляцию химических реакций, протекающих в организме.
Одна из важнейших функций белков — каталитическая. При той температуре и кислотности среды, которая характерна для живой клетки, скорость большинства химических реакций мала. Тем не менее реакции в клетке протекают с очень большой скоростью. Увеличение скорости химических реакций достигается за счет функционирования биологических катализаторов — ферментов.
Ферменты — самый крупный и специализированный класс белков. Именно ферменты обеспечивают протекание в клетке многочисленных химических реакций, совокупность которых составляет обмен веществ или метаболизм.
По сравнению с химическими катализаторами ферменты имеют ряд особенностей:
Их каталитическая эффективность необычайно высока: ферменты способны ускорять химические реакции в 106−108раз, это значительно выше, чем эффективность химических катализаторов.
Ферменты очень специфичны: обычно фермент катализирует лишь одну реакцию (то есть превращение одного вещества, называемого субстратом) или нескольких реакций одного типа.
Кроме того, активность ферментов в большинстве случаев регулируется различными химическими соединениями, имеющимися в клетке.
Важным свойством некоторых ферментов является способность сопрягать две химические реакции и таким образом осуществлять энергетически невыгодные процессы синтеза сложных веществ за счет энергии, выделяющейся, например, при гидролизе АТФ и других высокоэнергетических соединений.
Вторая важная функция белков — это структурная функция. Из структурных белков формируются элементы цитоскелета.
Другие типы белков обеспечивают двигательную функцию. По цитоскелетным нитям — микротрубочкам и микрофиламентам — способны АТФ- или ГТФ-зависимо перемещаться моторные белки. Так, по микротрубочкам «ходят» динеины и кинезины, а по актиновым нитям — миозин.
Некоторые белки выполняют транспортную функцию.
а)Прежде всего, это белки мембран, осуществляющие активный перенос веществ из окружающей среды в клетку и обратно.
б)Это также белки крови, которые связывают и переносят различные вещества. Наиболее известным из транспортных белков является гемоглобин, который осуществляет перенос кислорода из легких в ткани.
Белки способны также осуществлять защитную функцию. При попадании в организм животных или человека вирусов, бактерий, чужеродных белков или других полимеров в организме происходит синтез белков, которые называют антителами, или иммуноглобулинами.
Еще одной важной функцией белков является регуляторная.
а) Прежде всего, эту функцию выполняют белки — активаторы и репрессоры генов.
б) Кроме того, специализированные белки регулируют активность ферментов.
в) В специализированных клетках животных осуществляется синтез биологически активных веществ, поступающих непосредственно в кровь, — гормонов.
Кроме того, белки пищи для животных выполняют энергетическую функцию и функцию источника незаменимых аминокислот.
В ряде случаев белки выполняют запасающую функцию.
Таким образом, белки выполняют все основные функции в живом организме, кроме функций хранения и передачи наследственной информации.
Пептидная связь:
H2N CH2 C N CH2 C OH
O H O
Для чего нужны сахара в клетке?
Сахара (углеводы) подразделяют на моносахариды (глюкоза,фруктоза,рибоза, дезоксирибоза), дисахариды (например, лактоза, сахароза) и полисахариды (целлюлоза, гликоген, хитин, крахмал.
- глюкоза является основным источником энергии для клеток организма, для их жизнедеятельности.
- рибоза входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ферментов. Рибоза является отправной точкой для синтеза важных клеточных соединений. Поэтому именно ее количество, имеющееся в организме, определяет скорость, с которой эти соединения могут быть созданы нашими клетками и тканями.
- дезоксирибоза входит в состав ДНК
- лактоза (молочный сахар) принимает активное участие в усвоении клеткой аскорбиновой кислоты, кальция и витаминов группы В. Данное вещество снабжает клетку энергией.
- сахароза обеспечивает клетку запасом энергии, необходимым для полноценного ее функционирования. Сахароза повышает защитные свойства клетки
- целлюлоза - это главная составная часть клеточных оболочек всех высших растений.
- гликоген в клетках животных служит основным запасным углеводом и основной формой хранения глюкозы. Откладывается в виде гранул в цитоплазме в клетках.
-хитин - это основной компонент экзоскелета членистоногих и ряда других беспозвоночных животных, входит в состав клеточных стенок грибов, ряда бактерий и сине-зелёных водорослей.
-крахмал накапливает энергию в клетках растений (клубни картофеля) Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования клетки.
Какую роль играет ДНК? Общий принцип работы ДНК.
Роль ДНК - хранение и передача наследственной информации о синтезе белка через гены.
Общий принцип работы-У генов для создания белка существуют два основных этапа:
Транскрипция: код ДНК копируется для создания РНК- мРНК. РНК – это копия ДНК, но она обычно одноцепочечная. Другое отличие состоит в том, что РНК не содержит базовый тимин (Т), который заменяется урацилом (У).
Трансляция: мРНК транслируется в аминокислоты передачей РНК (тРНК).
мРНК считывается в трехбуквенных разделах, называемых кодонами. Каждый кодон кодирует определенную аминокислоту или строительный блок белка. Например, кодон ГУГ кодирует аминокислотный валин.
Существует 20 возможных аминокислот.
Что должно измениться в клетке, чтобы она выжила при высокой температуре?
Клетка погибает при высокой температуре, так как белки, необходимые для жизни клетки, денатурируют. Для жизнедеятельности клетки в подобной среде (с высокой температурой) необходимо изменить строение своих белков. Проследим закономерность между клетками, белки которых денатурируют на более низких температурах, и клетками, чьи белки могут выдерживать более высокую температуру. В клетках, которые погибают от 40 и ниже градусов - белки длиннее и имеют точную (определенную) форму. В то время, как клетки, которые прекращают свою деятельность при 70-90 градусах - белки значительно короче (некоторые виды форм и компонентов появляются чаще в самых стабильных белках). Соответственно, можно сделать вывод, что для выживания клетки при высокой температуре необходимо изменение формы и длинны ее белков.
Что должно измениться в клетке, чтобы она выжила при температуре ниже нуля?
При постоянной температуре ниже 0 градусов Цельсия возможны два исхода: возникновение теплокровности, либо разбавление воды в клетках растворителем с более низкой температурой замерзания, например: глицерином. В случае наличия теплокровности, может произойти увеличение количества жиров в клетке.