 |
Организация потока веществ в клетке
|
|
|
|
Поток веществ в клетке проходит 3 этапа:
а) поступление веществ в клетку (мембранный транспорт);
б) превращение и распределение веществ в клетке;
в) выделение из клетки продуктов обмена.
Механизмы мембранного транспорта
Пассивный транспорт идет по градиенту концентрации без затраты энергии. Вода и мелкие молекулы могут поступать в клетку фильтрацией, диффузией, через поры или при растворении в липидах. Облегченная диффузия связана с участием в переносе молекул белков-переносчиков – пермеаз. Так попадают в клетку аминокислоты, сахара, жирные кислоты.
Активный транспорт требует затрат энергии, так как проходит против градиента концентрации. Для такого переноса необходимы ферменты, молекулы АТФ и образование специальных ионных каналов. Примером такого механизма является натрий-калиевый насос.
Цитоз – участие самой мембраны в захвате частиц или молекул и переносе их в клетку (эндоцитоз) или выведение из клетки (экзоцитоз). Цитоз – это обратимые изменения архитектоники (очертаний) мембраны. Перенос макромолекул или твердых частиц называется фагоцитозом, перенос капель жидкости называется пиноцитозом.
Вещества и молекулы, которые прошли клеточную мембрану, распределяются по клетке.
Пластический обмен, или реакции ассимиляции, проходят в анаболической системе клетки. Она включает органоиды: рибосомы, эндоплазматическую сеть (ЭПС), комплекс Гольджи.
Органоиды – это дифференцированные участки цитоплазмы, имеющие постоянную структуру и выполняющие определенные функции (рисунок 4).
Рибосомы – сферические тельца (диаметр 15-35 мкм), состоящие из большой и малой субъединиц. Могут располагаться свободно в цитоплазме, на наружной ядерной оболочке, на каналах эндоплазматической сети. Большая субъединица рибосомы содержит три различные молекулы р-РНК и 40 молекул белков, малая субъединица – одну молекулу р-РНК и 33 молекулы белков. Сборка рибосом происходит в области пор ядерной мембраны. Информация о структуре р-РНК и белках рибосом содержится в «ядрышковых организаторах» (участки молекулы ДНК в области вторичных перетяжек спутничных хромосом). Рибосомы непосредственно участвуют в сборке молекул белка. Свободные рибосомы синтезируют белки для жизнедеятельности самой клетки, прикрепленные – белки для вывода из клетки.
|
|
|
Рисунок 4 – Схема тонкой структуры клетки
1 – гранулярная ЭПС, 2 – митохондрия, 3 – комплекс Гольджи, 4 – микроворсинки,
5 – гладкая ЭПС, 6 – микротрубочки, 7 – лизосома, 8 – рибосомы, 9 – клеточный центр,
10 – ядерная оболочка, 11 – ядерная пора, 12 – ядрышко, 13 – хроматин, 14 – цитоплазма
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – это каналы, расположенные по всей клетке и соединяющиеся с перинуклеарным пространством ядра и с полостями комплекса Гольджи. Стенка каналов – элементарная мембрана. Каналы ЭПС выполняют функцию компартментализации цитоплазмы клетки – разделение ее на участки, в которых протекают различные биохимические реакции. Гранулярная ЭПС (на ее мембранах расположены рибосомы) участвует в биосинтезе белков, которые затем транспортируются к комплексу Гольджи. На мембранах гладкой ЭПС (не содержит рибосом) синтезируются углеводы (гликоген) и липиды (холестерин). Она принимает участие в синтезе стероидных гормонов, в выделении ионов хлора (клетки эпителия желез желудка), в обезвреживании токсических веществ клетками печени.
Комплекс Гольджи состоит из пузырьков, трубочек, мешочков. Основные элементы комплекса – диктиосомы. Диктиосомы – это стопки из 10-15 элементарных мембран, которые на концах имеют расширения. Эти расширения образуют пузырьки, которые отделяются и превращаются в лизосомы и вакуоли. Часть этих пузырьков выводит из клетки секреты или продукты обмена.
|
|
|
Функции комплекса Гольджи:
1) сортировка и упаковка в пузырьки синтезированных в ЭПС веществ;
2) образование сложных соединений (липопротеинов, гликопротеинов);
3) сборка элементарных мембран;
4) образование лизосом, глиоксисом и вакуолей;
5) секреция веществ.
Энергетический обмен, или реакции диссимиляции, проходят в катаболической системе клетки. В нее входят: митохондрии, лизосомы, микротельца (пероксисомы и глиоксисомы).
Первичные лизосомы образуются в комплексе Гольджи. Это округлые тельца (размером 0,2-0,4 мкм в диаметре), покрытые элементарной мембраной. В их состав входит примерно 50 различных гидролитических ферментов. Расщепление веществ происходит во вторичных лизосомах, которые образуются при слиянии первичной лизосомы и фагосомы. Лизосомы способны растворять структуры отдельных органоидов.
Пероксисомы образуются в ЭПС. Их ферменты (оксидазы) окисляют аминокислоты с образованием перекиси водорода (Н2О2).
Глиоксисомы образуются в комплексе Гольджи, Их ферменты превращают жиры в углеводы.
Митохондрии в световом микроскопе имеют форму палочек, нитей, гранул. Величина митохондрий – от 0,5 до 7 мкм. Число их неодинаково в клетках с различной активностью. Стенка митохондрии имеет наружную и внутреннюю мембраны. Выросты внутренней мембраны образуют кристы, между которыми находится гомогенный внутренний матрикс. Промежуток между мембранами стенки митохондрии заполнен наружным матриксом. В митохондриях находятся 3 системы ферментов: во внутреннем матриксе – ферменты цикла Кребса, или цикла лимонной кислоты; на внутренней мембране и в наружном матриксе – ферменты тканевого дыхания; в АТФ-сомах (кристы) – ферменты окислительного фосфорилирования. Митохондрия имеет автономную систему биосинтеза белка. Во внутреннем ее матриксе находятся рибосомы, различные виды РНК и кольцевые молекулы ДНК.
Функции митохондрий: синтез АТФ (превращение энергии расщепляемых соединений в энергию фосфатных связей), синтез специфических белков и стероидных гормонов.
|
|
|
