 |
Плазмалемма (плазматическая мембрана)
|
|
|
|
Клетка - это возникшая в результате эволюции, открытая биологическая система, ограниченная полупроницаемой мембраной, состоящая из ядра и цитоплазмы, способная к саморегуляции и самовоспроизведению.
Типы клеточной организации
На Земле существует две группы организмов. Первая представлена вирусами и фагами, не имеющими клеточного строения. Вторая группа, самая многочисленная, имеет клеточное строение. Среди этих организмов выделяют два типа организации клеток: прокариотический (бактерии и сине-зеленые водоросли) и
Структурно-функциональная организация эукариотической клетки
Эукариотический тип клеточной организации представлен двумя подтипами. Особенностью организмов простейших является то, что они (исключая колониальные формы) соответствуют в структурном отношении уровню одной клетки, а в физиологическом — полноценной особи. В связи с этим одной из черт клеток части простейших является наличие в цитоплазме миниатюрных образований, выполняющих на клеточном уровне функции жизненно важных органов многоклеточного организма. Таковы (например, у инфузорий) цитостом, цитофарингс и порошица, аналогичные пищеварительной системе, и сократительные вакуоли, аналогичные выделительной системе.
В клетке выделяют 3 части: плазмалемма, цитоплазма, ядро.
Цитоплазма состоит из гиалоплазмы (клеточный сок, или цитозоль), органелл (постоянные органоиды) и включений (временные органоиды).
В клетке более 90 элементов таблицы Менделеева. Сходство клеток по элементам и веществам свидетельствует о материальном единстве живого и о происхождении живого от неживого.
Ядерный аппарат
Ядро присутствует во всех эукариотических клетках, за исключением зрелых эритроцитов и ситовидных трубок растений. Клетки, как правило, имеют одно ядро, но иногда встречаются многоядерные клетки.
|
|
|
Ядро бывает шаровидной или овальной формы. В некоторых клетках встречаются сегментированные ядра. Размеры ядер - от 3 до 10 мкм в диаметре. Ядро необходимо для жизни клетки. Оно регулирует активность клетки. В ядре хранится наследственная информация, заключенная в ДНК. Эта информация, благодаря ядру, при делении клетки передается дочерним клеткам. Ядро определяет специфичность белков, синтезируемых в клетке. В ядре содержится множество белков, необходимых для обеспечения его функций. В ядре синтезируется РНК.
Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, одного или нескольких ядрышек и хроматина.
Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) эукариотической клетки от цитоплазмы с присущими ей многочисленными метаболическими реакциями, а также регуляции двусторонних взаимодействий ядра и цитоплазмы. Ядерная оболочка состоит из двух мембран – внешней и внутренней, между которыми располагается околоядерное (перинуклеарное) пространством. Последнее может сообщаться с канальцами цитоплазматической сети. Внешняя мембрана ядерной оболочки непосредственно контактирует с цитоплазмой клетки, имеет ряд структурных особенностей, позволяющих отнести ее к собственно мембранной системе ЭПР. На ней располагается большое количество рибосом, как и на мембранах эргастоплазмы. Внутренняя мембрана ядерной оболочки рибосом на своей поверхности не имеет, но структурно связана с ядерной ламиной – фиброзным периферическим слоем ядерного белкового матрикса.
В ядерной оболочке имеются ядерные поры диаметром 80—90 нм, которые образуются за счет многочисленных зон слияния двух ядерных мембран и представляют собой как бы округлые, сквозные перфорации всей ядерной оболочки. Поры играют важную роль в переносе веществ в цитоплазму и из нее. Ядерный поровый комплекс (ЯПК) с диаметром около 120 нм имеет определенное строение (состоит из более 1000 белков – нуклеопоринов, масса которых в 30 раз больше, чем рибосома), что указывает на сложный механизм регуляции ядерно-цитоплазматических перемещений веществ и структур. В процессе ядерно-цитоплазматического транспорта ядерные поры функционируют как некоторое молекулярное сито, пропуская частицы определенного размера пассивно, по градиенту концентрации (ионы, углеводы, нуклеотиды, АТФ, гормоны, белки до 60 кДа). Поры не являются постоянными образованиями. Число пор увеличивается в период наибольшей ядерной активности. Количество пор зависит от функционального состояния клетки. Чем выше синтетическая активность в клетке, тем больше их число. Подсчитано, что у низших позвоночных животных в эритробластах, где интенсивно образуется и накапливается гемоглобин, на 1 мкм2 ядерной оболочки приходится около 30 пор. В зрелых эритроцитах названных животных, сохраняющих ядра, на 1 мкг оболочки остается до пяти пор, т.е. в 6 раз меньше.
|
|
|
В области перового комплекса начинается так называемая плотная пластинка — белковый слой, подстилающий на всем протяжении внутреннюю мембрану ядерной оболочки. Эта структура выполняет прежде всего опорную функцию, так как при ее наличии форма ядра сохраняется даже в случае разрушения обеих мембран ядерной оболочки. Предполагают также, что закономерная связь с веществом плотной пластинки способствует упорядоченному расположению хромосом в интерфазном ядре.
Ядерный сок (кариоплазма или матрикс) – внутреннее содержимое ядра, представляет собой раствор белков, нуклеотидов, ионов, более вязкий, чем гиалоплазма. В нем присутствуют также фибриллярные белки. В кариоплазме находятся ядрышки и хроматин. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, в связи с чем он играет важную роль в обеспечении нормального функционирования генетического материала. В составе ядерного сока присутствуют нитчатые, или фибриллярные, белки, с которыми связано выполнение опорной функции: в матриксе находятся также первичные продукты транскрипции генетической информации — гетероядерные РНК (гяРНК), которые здесь же подвергаются процессингу, превращаясь в мРНК.
|
|
|
Ядрышко – обязательный компонент ядра, обнаруживаются в интерфазных ядрах и представляют собой мелкие тельца, шаровидной формы. Ядрышки имеют большую плотность, чем ядро. В ядрышках происходит синтез рРНК, других видов РНК и образование субъединиц рибосом. Возникновение ядрышек связано с определенными зонами хромосом, называемыми ядрышковыми организаторами. Число ядрышек определяется числом ядрышковых организаторов. В них содержатся гены рРНК. Гены рРНК занимают определенные участки (в зависимости от вида животного) одной или нескольких хромосом (у человека 13-15 и 21-22 пары) — ядрышковые организаторы, в области которых и образуются ядрышки. Такие участки в метафазных хромосомах выглядят как сужения и называются вторичными перетяжками. С помощью электронного микроскопа в ядрышке выявляют нитчатый и зернистый компоненты. Нитчатый (фибриллярный) компонент представлен комплексами белка и гигантских молекул РНК-предшественниц, из которых затем образуются более мелкие молекулы зрелых рРНК. В процессе созревания фибриллы преобразуются в рибонуклеопротеиновые зерна (гранулы), которыми представлен зернистый компонент.
Хроматиновые структуры в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме, являются интерфазной формой существования хромосом клетки.
Рибосома — это округлая рибонуклеопротеиновая частица диаметром 20-30 нм. Рибосомы относят к немембранным органеллам клетки. На рибосомах осуществляется соединение аминокислотных остатков в полипептидные цепочки (синтез белка). Рибосомы очень малы и многочисленны.
Она состоит из малой и большой субъединиц, объединение которых происходит в присутствии матричной (информационной) РНК (мРНК). В малую субъединицу входят молекулы белка и одна молекула рибосомальной РНК (рРНК), во вторую – белки и три молекулы рРНК. Белок и рРНК по массе в равных количествах участвуют в образовании рибосом. рРНК синтезируется в ядрышке.
|
|
|
Одна молекула мРНК обычно объединяет несколько рибосом наподобие нитки бус. Такую структуру называют полисомой. Полисомы свободно располагаются в основном веществе цитоплазмы или прикреплены к мембранам шероховатой цитоплазматической сети. В обоих случаях они служат местом активного синтеза белка. Сравнение соотношения количества свободных и прикрепленных к мембранам полисом в эмбриональных недифференцированных и опухолевых клетках, с одной стороны, и в специализированных клетках взрослого организма — с другой, привело к заключению, что на полисомах гиалоплазмы образуются белки для собственных нужд (для «домашнего» пользования) данной клетки, тогда как на полисомах гранулярной сети синтезируются белки, выводимые из клетки и используемые на нужды организма (например, пищеварительные ферменты, белки грудного молока). Рибосомы могут свободно находиться в цитоплазме или быть связанными с эндоплазматической сетью, входя в состав шероховатой ЭПС Белки, образовавшиеся на рибосомах, соединенных с мембраной ЭПС, обычно поступают в цистерны ЭПС. Белки, синтезируемые на свободных рибосомах, остаются в гиалоплазме. Например, на свободных рибосомах синтезируется гемоглобин в эритроцитах. В митохондриях, пластидах и клетках прокариот также присутствуют рибосомы.
Патология рибосом
В условиях патологии рибосомы могут строить хорошо очерченные геометрические фигуры. Например, при воздействии афлотоксина и в опухолевых клетках лимфомы Беркита они имеют вид спирали. Аналогичные изменения наблюдаются в клетках при гипотермии, при кислородном голодании и дефиците белка в организме.
Патология ядра
В условиях патологии в ядрах могут появляться вакуоли. Вакуоли обнаруживаются в гепатоцитах при различных метаболических нарушениях и опухолевых клетках. Различают три типа необратимых морфологических изменений ядра: пикноз, кариорексис и кариолизис.
1. Пикноз. Неблагоприятным исходом конденсации и маргинации хроматина под ядерной оболочкой может быть необратимая тотальная его конденсация по всей площади ядра. Тогда ядро становится гомогенным и сморщенным. Очевидно, что когда ядро пикнотично, оно мертвое. Нити хроматина конденсируются в результате действия ДНК – азы и их деструкция наступает более или менее быстро.
2. Кариорексис (rexis-разрыв). Это раскалывание конденсированного хроматина обычно на небольшие по объему, неправильной формы фрагменты, которые могут находиться внутри ядерной мембраны, если она сохранена или располагается в цитоплазме при ее деструкции.
|
|
|
3. Кариолизис (lysis –растворение, расплавление). Это вид смерти ядра, при котором хроматин более или менее тотально дезинтегрирован и не окрашивается. Создается впечатление, что ядро лишено хроматина, исчезающего вследствие абсорбции окружающей цитоплазмой.
Считают, что кариопикноз, кариорексис и кариолизис существуют как последовательные стадии смерти ядра. Клетки, содержащие множество ядер, встречаются и в нормальном состоянии, например: остеокласты, мегакариоциты. Но они встречаются часто и в условиях патологии, например: клетки Ланганса при туберкулезе, множество опухолевых клеток. Число ядер может колебаться от нескольких единиц до нескольких сотен, а объем отражен в гигантских многоядерных клеток различен. В одних случаях их образование обусловлено слиянием мононуклеарных клеток, в других оно осуществляется благодаря делению ядер без деления цитоплазмы. Считают также, что их образование может быть следствием некоторых аномалий митоза после облучения или введения цитостатиков, а также при злокачественном росте. К аномалиям относят также трех-, четырех- и мультиполярные митозы.
Плазмалемма (плазматическая мембрана)
Строение мембран.
Согласно жидкостно-мозаичной модели, предложенной в 1972 г. Николсоном и Сингером, в состав мембран входит фосфолипидный бислой (25-60 %), в который включены молекулы белков (40-75%).
Многие мембраны покрыты снаружи слоем гликокаликса толщиной 10—20 нм. Основными составляющими гликокаликса служат комплексы полисахаридов с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды). Изнутри к мембране примыкает кортикальный (корковый) слой цитоплазмы толщиной 0,1—0,5 мкм, в котором не встречаются рибосомы и пузырьки, но в значительном количестве находятся внутриклеточные фибриллярные структуры — микротрубочки и микрофиламенты, имеющие в своем составе сократимые белки. Они обеспечивают механическую устойчивость плазматической мембраны. Липиды — это водонерастворимые вещества, молекулы которых имеют два полюса, или два конца. Липиды образуют непрерывный двойной слой (6-10 нм). Один конец молекулы обладает гидрофильными свойствами, его называют полярным. Другой полюс гидрофобный, или неполярный.
В биологической мембране молекулы липидов двух параллельных слоев обращены друг к другу неполярными концами, а их полярные полюса остаются
Если полярные липиды смешать с водой, то образуется эмульсия, состоящая из мицелл. Мембраны не представляют собой плоские слои, они всегда замкнуты сами на себя, образуя полые вакуоли, пузырьки, везикулы, плоские замкнутые мешки или трубчатые образования.
В фосфолипидный бислой погружены молекулы структурных, транспортных, ферментативных, рецепторных белков. Их можно разделить на три группы: периферические, погруженные (полуинтегральные) и пронизывающие (интегральные). Большая часть липидных молекул (70 %) не связана с белками, так что белковые молекулы как бы плавают в липидном слое. Липидный бислой определяет структурные особенности мембран, а белки — большинство ее функций. Большинство белков мембраны является ферментами. Полуинтегральные белки образуют на мембране биохимический «конвейер», на котором в определенной последовательности осуществляется превращение веществ. Положение погруженных белков в мембране стабилизируется периферическими белками. Интегральные белки обеспечивают передачу информации в двух направлениях: через мембрану в сторону клетки и обратно. Интегральные белки бывают двух типов: переносчики и каналообразующие. Последние выстилают пору, заполненную водой. Через нее осуществляется прохождение ряда растворенных неорганических веществ с одной стороны мембраны на другую.
Свойства плазмалеммы:
1) Латеральная подвижность липидов и белков мембран — липидные и белковые молекулы двигаются вдоль липидного слоя, могут вращаться вокруг своей оси, переходить из слоя в слой с помощью специальных переносчиков. Скорость перемещения белков в десятки и сотни раз ниже.
2) Асимметричность — состав липидов по обе стороны мембраны различен, асимметричное расположение белков.
3) Способность к быстрому росту за счет быстрого встраивания (интеркаляция) пузырьков в растущую плазматическую мембрану. Здесь внутриклеточные мембранные пузырьки подходят к внутренней стороне плазматической мембраны, происходит слияние мембран и тем самым увеличение поверхности плазматической мембраны.
4) Полупроницаемость — молекулы проходят через нее с различной скоростью: чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану.
Это необходимо для поддержания постоянства ее состава (т.е. гомеостаза).
Функции мембран:
1) Компартментация жизни — упорядоченность процессов в пространстве и времени. Компартментация способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке. Отдельный компартмент представлен органеллой (лизосома) или ее частью (пространство, отграниченное внутренней мембраной митохондрии). Благодаря компартментации клеточного объема в эукариотической клетке наблюдается разделение функций между разными структурами. Одновременно различные структуры закономерно взаимодействуют друг с другом.
2) Барьерная — благодаря свойству избирательной проницаемости она регулирует химический состав внутренней среды клетки.
3) Рецепторная — на внешней поверхности плазматической мембраны в животной клетке белковые и липидные молекулы связаны с углеводными цепями, образуя гликокаликс. Углеводные цепи выполняют роль рецепторов. Благодаря им осуществляется межклеточное узнавание. Клетка приобретает способность специфически реагировать на воздействия извне а также распознавать определенные биологически активные вещества (гормоны). Взаимодействие гормона со «своим» рецептором снаружи вызывает изменение структуры интегрального белка, что приводит к запусканию клеточного ответа. В частности, такой ответ может проявиться в образовании «каналов», по которым растворы некоторых веществ поступают в клетку или выводятся из нее. В удержании (заякоривании) этих веществ на клеточной поверхности участвуют белки кортикального слоя. Наличие в оболочке рецепторов дает клеткам возможность воспринимать сигналы извне, чтобы целесообразно реагировать на изменения в окружающей их среде или состоянии организма. В пластах и слоях соседние клетки удерживаются благодаря наличию разного вида контактов, которые представлены участками плазмалеммы, имеющими особое строение. С помощью взаимодействия между гликопротеинами плазматических мембран обеспечивается свойство адгезии клеток (соединение, сцепление) друг с другом.
4) Транспортная. Транспорт веществ обеспечивает наличие в клетке соответствующего рН и ионной концентрации веществ, необходимых для эффективной работы клеточных ферментов, поставляет в клетки питательные вещества, служащие источником энергии и используемые для образования клеточных компонентов. Выведение токсических и секреция необходимых клетке веществ, а также создание ионных градиентов, необходимых для нервной и мышечной активности, связано с транспортом веществ. Механизм транспорта веществ в клетку и из нее зависит от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы проходят через мембраны путем пассивного и активного транспорта. Перенос макромолекул и крупных частиц осуществляется за счет образования окруженных мембраной пузырьков и называется эндоцитозом и э кзоцитозом. Пассивный транспорт происходит без затрат энергии путем диффузии, осмоса, облегченной диффузии. Диффузия - транспорт молекул и ионов через мембрану из области с высокой в область с низкой их концентрацией, т.е. вещества поступают по градиенту концентрации. Диффузия может быть просто й и облегченной. Если вещества хорошо растворимы в жирах, то они проникают в клетку путем простой диффузии. Например, кислород, потребляемый клетками при дыхании и СО2 в растворе быстро диффундируют через мембраны. Диффузия воды через полупроницаемые мембраны называется осмосом. Вода способна проходить также через мембранные поры, образованные белками, и переносить молекулы и ионы растворенных в ней веществ. Вещества, нерастворимые в жирах и не проходящие через поры, транспортируются через ионные каналы, образованные в мембране белками, с помощью белков-переносчиков, также находящихся в мембране. Это облегченная диффузия. Активный транспорт веществ через мембрану происходит с затратой энергии АТФ и при участии белков-переносчиков. Он осуществляется против градиента концентрации. Белки-переносчики обеспечивают активный транспорт через мембрану таких веществ, как аминокислоты, сахар, ионы калия, натрия, кальция и др. Примером активного транспорта может быть работа калий-натриевого насоса. Концентрация К+ внутри клетки в 10–20 раз выше, чем снаружи, а концентрация Na+ наоборот. Такая разница в концентрациях ионов обеспечивается работой (Nа+–К+)-насоса. Для поддержания данной концентрации происходит перенос трех ионов Na+ из клетки на каждые два иона К+ в клетку. В этом процессе принимает участие белок в мембране, выполняющий функцию фермента, расщепляющего АТФ, с высвобождением энергии, необходимой для работы насоса. Участие специфических мембранных белков в пассивном и активном транспорте свидетельствует о высокой специфичности этого процесса. Макромолекулы и более крупные частицы проникают через мембрану внутрь клетки путем эндоцитоза, а удаляются из нее – экзоцитозом. При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые затем отшнуровываясь превращаются во внутриклеточные пузырьки, содержащие захваченный клеткой материал. Продукты поглощения поступают в клетку в мембранной упаковке. Эти процессы происходят с затратой энергии АТФ. Различают два вида эндоцитоза – фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз – захват и поглощение клеткой крупных частиц (иногда целых клеток и их частей). Специальные клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами. В результате образуются крупные пузырьки, называемые фагосомами. Жидкость и растворенные в ней вещества поглощаются клеткой посредством пиноцитоза.
Плазматическая мембрана принимает участие в выведении веществ из клетки, это происходит в процессе экзоцитоза. Таким образом, из клетки выводятся гормоны, белки, жировые капли и другие продукты клетки. Некоторые секретируемые клеткой белки упаковываются в транспортные пузырьки, непрерывно переносятся к плазматической мембране, сливаются с ней и открываются во внеклеточное пространство, высвобождая содержимое. Это характерно для всех эукариотических клеток. В других клетках, главным образом секреторных, определенные белки запасаются в специальных секреторных пузырьках, которые сливаются с плазматической мембраной только после получения клеткой соответствующего сигнала извне. Данные клетки способны к секреции веществ в зависимости от определенных потребностей организма, например, в гормонах или ферментах.
Патология мембран
Главное условие в гомеостазе клетки – нормальная проницаемость цитомембраны. Мембрана поддерживает внутренний химический состав клетки посредством избирательной проницаемости и транспортировки. Воздействие тех или иных внутренних и внешних факторов приводит на начальном этапе к повреждению элементарных структур клетки и нарушению их функций, в дальнейшем возможно развитие, как патологии отдельной клетки, так и клеточных коопераций.
Причинами повреждения цитоплазматической мембраны являются:
1) Образование свободных радикалов в результате воздействия на клетки ионизирующего излучения, химических ядов, оксигенотерапии, острого воспаления и т. д. Основное действие свободных радикалов заключается в перекисном окислении липидов клеточной и митохондриальной мембран, инактивации ферментов, разрыве нитей ДНК.
2) Лизис мембраны ферментами и вирусами. Например, панкреатические липазы могут способствовать развитию обширного некроза цитомембран клеток поджелудочной железы.
Результатами повреждения цитоплазматической мембраны являются потеря структурной целостности, нарушение барьерной функции, что может привести к избыточному поступлению воды в клетку – вакуольной дистрофии, нарушение мембранного транспорта, нарушение синтеза и обмена мембран.
Наиболее изученной моделью изменения мембранной проницаемости является повреждение тяжелыми металлами (ртуть, уран). Они резко увеличивают проницаемость мембран для натрия, калия, хлора, кальция, магния, что приводит к быстрому набуханию клеток, распаду их цитоскелета. С уменьшением количества ионов кальция во внеклеточной жидкости возможно утолщение клеточной мембраны. При этом изменяется проницаемость для ионов натрия и калия.
Цитоплазма
Цитоплазма — внутреннее содержимое клетки, состоит из основного вещества (гиалоплазмы), органелл и включений.
Гиалоплазма (основная плазма, матрикс цитоплазмы или цитозоль) – основное вещество цитоплазмы, заполняющее пространство между клеточными органеллами.
Химический состав ее значительно варьирует, но в среднем его можно представить так: 75-85% воды, 10-12% белков и аминокислот, 4-6% углеводов, 2-3% жиров и липидов, 1% неорганических веществ.
Вода - превосходный растворитель для полярных веществ. К ним относятся ионные соединения (соли). Минеральные соли играют важную роль в развитии живых организмов. Они могут находится либо в диссоциированном состоянии, либо в соединении с белками, углеводами и липидами.
Существуют различные классификации химических элементов содержащихся в организме. В.И. Вернадский делит их на три группы. Макроэлементы - элементы, содержание которых в организме выше 10-2%. К ним относятся кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний и хлор.
Микроэлементы - элементы, содержание которых в организме находится в пределах от 10-3 до 10-5%. К ним относятся: йод, медь, фтор, бром, мышьяк, стронций, барий, кобальт.
Ультрамикроэлементы - элементы, содержание которых в организме ниже 10-5%. К ним относятся: ртуть, золото, уран, радий и др.
Нормальное протекание процессов в цитоплазме возможно лишь при пропорциональном соотношении элементов. Органы человека по-разному концентрируют различные химические элементы, т.е. микро- и макроэлементы по-разному накапливаются в печени, костной и мышечной ткани. Эти ткани являются основным депо (запасником для многих микроэлементов).
Элементы проявляют специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях. Цинк концентрируется в поджелудочной и предстательной железе, йод в щитовидной, фтор в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях. Кадмий, ртуть, молибден - в почках, олово в тканях кишечника, стронций в костной ткани, барий - в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром в гипофизе и т.д.
В организмах микроэлементы могут находится как в связанном состоянии, так и в виде свободных ионных форм. Установлено, что кремний, алюминий, медь и титан в тканях головного мозга находятся, в виде комплексов с белками, тогда как марганец в ионном виде.
Макроэлементы - углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, входят в состав белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений организма. Содержание углерода в белках, составляет от 5 до 55%. кислорода от 22 до 24%, азота от - 15 до 18%, водорода от 6,5 до 7%, сера от 0,3 до 2,5%, фосфора около 0,5%.
Углерод, водород и кислород входят в состав углеводов, содержание которых в тканях животных невелико, примерно 2%. Эти элементы входят в состав липидов.
Фосфор концентрируется в твердых тканях зубов, 600 грамм его содержится в костной ткани. Это составляет 85% от массы всего фосфора, находящегося в организме человека.
Кальций преимущественно концентрируется в костной ткани, а также зубной ткани. Натрий и хлор в основном содержатся во внеклеточных жидкостях, а калий и магний во внутриклеточных. В виде фторидов натрий и калий входят в состав костной и зубной ткани.
Десять металлов жизненно необходимых для живого организма получили название «металлов жизни». В организме человека массой 70 кг содержание «металлов жизни» составляет в гр. - кальций 1700, калий 250, натрий 70, магний 42, железо 5, цинк 3, медь 0,2, марганец, молибден и кобальт, вместе взятых – 0,1. В теле взрослого человека содержится около 3 кг минеральных солей, причем 5/6 этого количества (2,5 кг) приходится на долю костной ткани. Некоторые макроэлементы (Мg и Са) и большинство микроэлементов содержатся в организме в виде комплексов с биолигандами - аминокислотами, белками, нуклеиновыми кислотами, гормонами, витаминами. Так ион Fе2+ в качестве комплексообразователя входит в состав гемоглобина. Со2+ - в витамин В12, Мg2+ - в хлорофилл. На изменение содержания химических элементов в организме влияют различные заболевания. При рахите происходит нарушение фосфорно-кальциевого обмена, что приводит к снижению содержания кальция. При нефрите из-за нарушения электролитного обмена уменьшается содержание Са, Nа, Сl и повышается содержание Мg, К в организме.
В поддержании определенного содержания макро и микроэлементов в организме участвуют гормоны. Биологическая роль химических элементов в организме человека чрезвычайно разнообразна.
Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, подержания постоянства осмотического давления, ионного и кислотно-основного состава. Микроэлементы, входя в состав ферментов, гормонов, витаминов, биологически активных веществ в качестве комплексообразователей и активаторов, участвуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом дыхании, обезвреживании токсических веществ. Микроэлементы активно влияют на процесс кроветворения, окисления - восстановления, проницаемости сосудов и тканей.
Макро- и микроэлементы: Са, Р, F, J, Аl - определяют формирование костной и зубной ткани. Содержание некоторых элементов в организме человека меняется с возрастом. Так, содержание кадмия в почках и молибдена в печени при старении повышается. Максимальное содержание цинка наблюдается в период полового созревания, затем оно снижается и в старости доходит до минимума. С возрастом уменьшается содержание ванадия и хрома. Выявлено не мало заболеваний, связанных с недостатком или избытком накопления различных микроэлементов. Дефицит фтора вызывает кариес зубов, дефицит йода - эндемический зоб. Избыток молибдена – эндемическую подагру. В организме человека поддерживается баланс оптимальных концентраций биогенных элементов - химический гомеостаз. Нарушение этого баланса следствие недостатка или избытка элемента может привести к различным заболеваниям.
Кроме шести основных макроэлементов - органогенов: углерода, водорода, азота, кислорода, серы и фосфора, из которых состоят углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты, для нормального питания человека и животных необходимы неорганические макроэлементы - кальций, хлор, магний, калий, натрий - и микроэлементы - медь, фтор, йод, железо, молибден, цинк, а также селен, мышьяк, хром, никель, кремний, олово, ванадий.
Анализ содержания и соотношения микроэлементов в организме человека находят применение и в судебно - медицинской экспертизе. В случае алкогольного отравления под влиянием - этилового спирта в печени повышается содержание кальция, а натрия и калия становится меньше. При этом в сердце и почках содержание кальция снижается.
Недостаток в пищевом рационе таких элементов как железо, медь, фтор, цинк, йод, кальций, фосфор, магний приводит к серьезным последствиям для здоровья человека. Однако надо помнить, что для организма вреден не только недостаток, но и избыток биогенных элементов, т.к. при этом нарушается химический гомеостаз. При поступлении избытка марганца с пищей в плазме повышается уровень меди. Повышение содержания молибдена в продуктах питания приводит к увеличению количества меди в печени. Избыток цинка в пище вызывает угнетение активности железосодержащих ферментов.
Все процессы, связанные с усвоением вышеназванных элементов и их соединений в организме могут происходить в растворах. На клеточном уровне большая часть химических реакций протекает в водных растворах.
Присущее воде свойство растворителя означает также, что вола служит средой для транспорта различных веществ. Эту роль она выполняет в крови, лимфогенной и экскреторной системах, в пищеварительном тракте. Биологическое значение воды определяется и тем, что она представляет собой один из необходимых метаболитов.
Во всех организмах вола обеспечивает поддержание структуры, служит растворителем и средой для диффузии. Участвует в реакциях гидролиза, служит средой, в которой происходит оплодотворение. У животных обеспечивает транспорт веществ, обуславливает осморегуляцию, способствует охлаждению тела (потоотделение, тепловая одышка). Служит основным из компонентов смазки, например, в суставах, несет опорные функции (гидростатический скелет). Выполняет защитную функцию, например, в слезной жидкости и в слизи.
Белки являются одним из наиболее распространенных веществ клетки и в организме в целом, что обусловлено многогранностью их функций: пластическая, каталитическая, транспортная, гормональная, защитная, двигательная, опорная и формообразующая, энергетическая, запасающая, рецепторная, антибиотическая, токсическая.
Углеводы выполняют ряд важных функций: строительная, энергетическая, запасающая, защитная.
Жиры в живом организме выполняют следующие функции: структурную, энергетическую, запасающую, терморегуляторную.
Крупные молекулы белка в составе гиалоплазмы образуют коллоидный раствор, который может переходить из золя (невязкое состояние) в гель (вязкий). В гиалоплазме протекают ферментативные реакции, метаболические процессы (гликолиз), синтез аминокислот, жирных кислот. На рибосомах, свободно лежащих в цитоплазме, происходит синтез белков. Гиалоплазма содержит множество белковых филаментов (нитей), пронизывающих цитоплазму и образующих цитоскелет. В клетках животных организатором цитоскелета является область, расположенная рядом с ядром, содержащая пару центриолей. Цитоскелет определяет форму клеток, обеспечивает движение цитоплазмы, называемое циклозом.
Вакуолярная система
Вакуолярная система внутриклеточного транспорта состоит из одномембранных разнообразных по строению и функциям органелл (эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, эндосомы, пероксисомы, секреторные вакуоли), выполняющие общую функцию синтеза, модификации (перестройки), сортировки и экспорта (выведения) из клетки биополимеров, главным образом белков-гликопротеинов, а также функцию синтеза мембран этой системы и плазматической мембраны.
Схема функционирования вакуолярной системы.
Мембранные везикулярные компоненты, объединенные в единую функциональную систему, имеют общее свойство: они представляют собой одномембранные компартменты, имеющие один общий источник образования — гранулярный ЭПР. Характерны кооперативность ее функционирования, взаимосвязь и последовательность этапов образования, перестройки, транспорта и экспорта синтезированных белков.
1. ЭПР: синтез белков, их первичная модификация и соединение с олигосахаридами с образованием гликопротеинов, синтез мембранных липидов и их встраивание в мембрану.
2. Отделение вакуолей, содержащих новообразованные продукты, их переход в цис-зону АГ.
3. Промежуточная зона АГ: дополнительные модификации гликопротеинов.
4. Транс-зона АГ: сортировка секреторных и лизосомальных белков, отделение вакуолей.
5. Экзоцитоз (секреция).
6. Экзоцитоз постоянный.
7. Эндоцитоз.
8. Вторичная лизосома.
9. Рециклизация рецепторов плазматической мембраны.
10. Гладкий ЭПР: синтез и конденсация липидов.
11. Транспорт в зону АГ.
12. Транспорт от АГ в ЭПР.
Эндоплазматический ретикулум (сеть) (ЭПР или ЭПС) — это система цистерн и каналов, «стенка» которых образована мембраной. ЭПР пронизывает цитоплазму в разных направлениях и делит ее на изолированные отсеки (компартменты). Благодаря этому в клетке осуществляются специфические биохимические реакции. ЭПР выполняет также синтетическую и транспортную функции. Если на поверхности ЭПР есть рибосомы, его называют гранулярным (шероховатым), если рибосом нет — гладким. На рибосомах (полисомах) осуществляется синтез белков, удаляемых из клетки (например, секретируемых клетками желез). Плотно упакованные в слоистую структуру цистерны шероховатой сети являются участками наиболее активного белкового синтеза и называются эргастоплазмой. Белки проходят через мембрану в цистерны ЭПР, где приобретают третичную структуру и т
|
|
|
