Биология клетки

Биологическое окисление  это совокупность окислительных  реакций в живом организме  которые обеспечивают –энергией жив. клетку, - и метаболитами необходимыми для жизнедеятельности. Существует 2 типа биологического окисления

Свободное окисление	Окисление сопряженное  с синтезом АТФ
Не сопряженное с синтезом АТФ, -  энергия при разрыве химической связи выделяется во внешнюю среду, переходит в тепловую и рассеивается – термогенез.	Субстратное фосфорилирование	Окислительное фосфорилирование
	– в момент окисления субстрата  в нем возникает макроэргическая  связь, а  затем тем или иным способом передается на неорганический фосфат, который используется для фосфорилирования АДФ, т. е. созд. АТФ. Так же назвывается  Окисление сопряженное с фосфорилированием АДФ на уровне субстрата. По этому механизму немного АТФ.	Атомы Н  снятые с разных субстратов в реакциях катаболизма с помощью дегидрогиназ и далее с Ко ферментов дегидрогиназ НАД\, или ФАД, передаются в оксидоредутазную = дыхательную цепь. В ней они разделяются на протоны  и электроны, и переносятся переносчиками до кислорода с образованием воды.  Перенос 1 пары = протон+электрон  по дыхательной цепи – энергия  – синтез 3 молекул АТФ. Сопряжение реакц.  Окисление с синтезом АТФ называют, сопряжение на уровне электро-транспортной цепи, а мембраны где это происходит - сопрягающие. Главная масса АТФ  у аэробных организмов – по этому механизму. Фотосинтез у растений – разновидность окислительного фосфолирирования.

Окислительное фосфолирирование – конечный продукт – вода.  В неорганической химии  в реакции  образования воды 2Н +1\2 О₂ → Н₂О, идет с выделением энергии в виде взрыва, в живой клетке по пути к О₂, атомы   Н проходя по компонентам ступенчато выделяют энергию., порциями  и она тратится на синтез АТФ (окислительно фосфолирирование).

В дыхательной цепи митохондрий  компоненты переноса протонов, электронов раполагаются упорядоченно в зависимости  от значения стандартного  ок-вост. Потенциала парами – редокс пара –(окислит. –принимает  + восст - дает.). + и – двигаются от 1 пары к др. - -идут окислительно восстановительные реакции и весь процесс сопровождается выделением энергии в среду использ для синтеза АТФ.

Компоненты дыхательной цепи. ГРУППЫ.

1. НАД зависимые дегидрогиназы - белки-ферменты, которые в качестве Ко содержат НАД+ или НАДФ.

НАД содержащие дегидрогиназы  находятся в матриксе мит., осуществляют окисление восстановленного субстрата.

АН₂ + НАД⁺ = А + НАДН +Н⁺

Функция – коллекторная – сбор Н от широкого спектра субстратов от НАД пойдут на др. реакции.

НАДР –зависимые дегидрогиназы  – функция такая же, но в виду величины окисл-восст. Потенциала, НАД⁺  преобр. В окисленной форме, НАДФН – восстановлен. Форм, его типичная реакция восстановление субстрата.

2. Флавиновые дегидрогиназы -  ФМН (ФАД) –зависимые. Дегидрогиназы в качестве Ко  имеют флавиндинуклеотид.. Принимают гидрит ион Н^-,  а .Н⁺ из среды. ФАД – первичная дегидрогиназа, т.к. снимает атом Н с субстрата, а ФМН – вторичная т.к. снимает Н от НАД-зависимой дегидргиназы.
3. Убихинон (Ко-Q) – вещество липидной природы, содержит хилановое кольцо и изопреновое звено. Ко-Q – витамин Q, переносит 2Н⁺,  к кислороду с образованием гидроксила (Ко – QН_2).
4. Цитохромы – являются окрашенными белками – 4 семейства а,в,с,d. В них не белковой частью является гемм. Их структура в виде гемма. Наличие порфиринового ядра – плоской, дискообразной молекулы, состоящей из 4 х пирольных колец, связанных метеновыми мостиками. В центре отверстие окруженное электронами 4-х резонирующих атомов азота. Если в центр ион магния = хлорофилл,  железо = гемм. Они отличают 1 – по гемму заместителю, 2- по белковой части. Цитохромы переносят только электроны, при изменении валентности металла.
5. Железосерные белки – FeS-центры – белки переносчики, но гемма нет не гемовое железо. Образуют кластеры или решетки нескольких типов Fe-4S,  2Fe-2S, 4Fe-4S. – переносчики только электронов за счет изменения валентности железа.

На  молекулу кислорода  должно поступить 4Н⁺ и 4 электрона,  все электроны из дыхательной цепи,  4Н⁺ из  среды,  кислород тоже из среды. Это молекулярный механизм дыхания. Физиологический биохимический – растворенный в клетке кислород, взаимодействует с электронами и протонами. Это молекулярный аспект дыхания. и конечный результат окисления Н2О.

 

9. Синтез АТФ.  Структура АТФ-синтетазного комплекса,  локализация, принцип функционирования. Гипотеза П. Митчелла.

Строении  АТФсинтетазы.

Мембраны несущие в  своем составе элементы переноса электронов и сопряженног с ним  синтеза АТФ – называются сопряженными и представлены 2 слоями белков и 1 липидов. Синтез АТФ осуществляется АТФ-синтетазным комп.  Дых. Цепт – АТФ-с – дых.цепь. АТФ-с. - ,Дых. цепь

АТФ синтетаза  - состоит  из многочисленных субединиц и из 2 ух комплексов

1 –  полностью погружен  в мембрану (ножка гриба), а, в, с, d.

2 -  сверху (шляпка) 5 типов  субед. 

Глобулярные  ά β

Вытянутые ε γ δ.

Суб. Ед. разные функции: β - активные центры в них синтез АТФ, ά - субстрат связывающие, γ δ.- контакт, ε - ингибитор, с -  протонный канал.

С протонныц канал через который идет поток  н⁺ на субединицу бетта. Бета является  центром синтеза АТФ,на нее поступает АДФ плюс фосфат (Фн) , на них образуется макроэргическая связь – АТФ.

Хемиосматическая  гипотеза  П. Митчелла - 1961 г. Та энергия, которая необходима создается за счет перекачки электронов из матрикса митох. в цитоплазму, в результате создается трансмембранный градиент ∆μН⁺, - универсальная форма запаса энергии в клетке.

Транс мембранный градиент состоит из разности потенциалов  и концентрации протонов. При функционировании Д\Ц  все время происходит перекачка протонов и образуется и разность потенциало и разность концентрации протонов. ∆μН⁺, -энергия кот.  Создает Д\цю – мембрана заряжена.

 Две формы запаса  энергии АТФ и ∆μН⁺, но они различны и нужны обе. ∆μН⁺, - связана в основном с мембранами преимущественно,

 

10. Пластиды. Общая характеристика, их взаимосвязь и различия. Хлоропласты, их ультраструктурная организация. Фототрофная ф-я раст.

Пластиды - это органеллы, характерные только для раст. встречающиеся во всех живых раст-х кл., за исключением кл. грибов.

Совокупность всех пластид  кл. называется пластидома. Пластиды всегда находятся в протоплазме, близки к ней по физ. хим. св-м, возникают только от пластид. Они способны к росту и размножаться делением, могут образовывать в своем теле определенные пигменты и формировать внутри стромы крахмал. От содержания тех или иных пигментов зависит окраска и функции основных пластид высших раст.:

а)зеленых пластид – хлоропластов;

б)красных и  желтых- хромопласты;

в)бесцветные – лейкопласты. Обычно в кл. встречаются пластиды только 1-го типа.

Все пластиды имеют сходное  строение, лучше изучены хлоропласты.

Хлоропласты – имеют  наибольшее значение, они сод-т зеленый  пигмент хлорофилл, к-й существует в хлоропластах в нескольких формах. Кроме хлорофилла в хлоропласте сод-ся пигменты, относящиеся к группе липоидов, желтый – ксантофилл и оранжевый – каротин, но они обычно маскируются хлорофиллом.

Хлоропласты встречаются во всех кл. надземных органов, куда проникает свет. Как митохондрии они имеют двумембранную оболочку. Характерная их черта – сильное развитие внутренних мембранных поверхностей в виде строго упорядоченной системы внутренних мембран, улавливающих свет. В них сосредоточен хлорофилл. Внутренние мембраны имеют форму плоских мешков, тилакоидов или ламелл. У высших раст. как правило, часть тилакоидов собрана в группы – граны. В гранне они располагаются параллельно д.д.

Лейкопласты – бесцветные, обычно мелкие пластиды. Они встречаются в кл. органов скрытых от солнечного света. Характерная особенность их, отличающая их от хлоропластов – обычно слабое развитие внутренней мембранной системы. В них, как правило редкие, часто одиночные тилакоиды, распологающиеся без определенной ориентации или параллельно пластидной оболочке, иногда трубки и пузырьки.

Хромопласты встречаются в кл. лепестков многих растений, а также зрелых плодов и осенних листьев. Внутренняя мембранная система в хромопластах, как правило, отсутствует, редко представлена небольшим числом одиночных тилакоидов или сетью трубок. В зависимости от формы накопления каратиноидов различают хромопласты глобулярного, фибриллярного и кристаллического типов.

Фототрофная функция  растений: - совокупность процессов поглощения  и последующей конверсии энергией квантов света, а затем использование конверсируемой энергии в различных процессах.

1. Биомасса -  пополнение уровня биомассы в результате убыли СО₂
2. Источник своб. Молекулярного кислорода.
3. Получение молекул водорода из протонов Н⁺ - Н₂ – безоп. топливо (водородная энергетика.
4. Идет редукция нитратов (восстановление до аминогруппы (в листьях) NO₃^- - NН₂ – 8 электронов НАДФ*Н приблизительно 32 АТФ – очень дорогие для растения особенно если бы были в корнях – поэтому вынесены в листья.
5. Восст. оксида серы (промышленный токсикант)  до сульфгидридных групп (в листьях)
6. SO₄^-2 – SH₂. SO₂ – SH₂
7. Восстановление НАДФ*Н (растений) НАД*Н (бактерии)  это солнечные консервы, которые затем используются в темновой реакции растений.
8. Преобразование энергии кванотов света – первичный запас ∆μΗ, который превращается в АТФ.
9. Фоторегулирование ключевых ферментов клетки.
10. Движение пластид (улавлив. Эфф. Кв. света) это активный процесс за счет сокращения белков.
11. активный транспорт веществ.
12. снабжение ассимиляторов гетеротрофных частей растений.

 

11. Ядро. Стоение  интерфазного ядра. Ультраструктура  ядрышка и кариотеки. Тонкая  трук-ра хр-м. 

Ядро (нуклеус) – обязает-я  часть кл, у мн однокл и всех многокл. По наличию или отсут-ю в кл оформленного ядра все орг-мы делят  на эукариот и прокариот. Основные отличия заключ-ся в степени обособления генет-го материала (ДНК) от цитоплазмы и в образ-ии эукариот слож-х ДНК содерж-х струк-р – хр-м, путем реализации заключ-й в генах наследств-й информ-ии, ядро управ-ет белковым синтезам физиол-ми и морф-ми проц-ми в кл. Функции ядра осущ-ся в теснолм взаимодействии ядра с цитоплазмой. 2 гр-пы функций: 1 хранение генет-й инф-и, 2 реализ-я ее, с обеспечен-м синтеза белка. В 1-ю гр-пу входят проц-сы, связанные с поддерж-ем наследст-й инф-и в виде неизменной струк-ры ДНК. Эти проц-сы связаны с наличием так назыв-х репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения ДНК. Проц-сы воспроиз-я или репликации ДНК, что дает возможность 2-м кл получить совершенно одинаковое и в качеств-м и кол-м смысле генет-ю инф-ю. Проц-сы изм-я инф-ии при кроссинговере непосредственно участвуют в распределении ДНК при делении кл. Др группа кл-х проц-в, обеспечивающихся актив-ю ядра – создание собств-го ап-та синтеза ядра ( синтез и транскрипция ДНК и РНК), обр-е рибосом путем комплексирования  синтезируемых рРНК . Больш-во кл эукариот имеет 1 ядро сферическое или эллипсоидное, реже неправильной формы, размер от 1мк до 1мм. Не редки 2-у ядерные и многоядерные кл (поперечно-полосатые мышечные волокна). У инфузорий одновременно имеются ядра 2-х типов макронуклеусы, микронуклеусы. Ядерноплазменные отношения постоянны но могут варьировать, смысл – ядро способно контролировать опр-ю массы цитоплазмы у разных кл эти отношения могут быть разные, но у одного типа одинаковые.  Различают ядро в интерфазе – обычное ядро функц-й кл или не делящейся; ядро размножающ-ся кл м\у 2-мя делениями; ядра уже не делящихся кл, но способных к делению; ядро кл утратившее способность к делению совсем. Различие м\д 2 и 3 типом не обнаружены.  Основные компоненты. Ядро окружено ядерной 2-у мемб-й оболочкой (кариотекой), пронизанной порами, содержимое интерфазного ядра сост-ют кариоплазма и погруж-й в нее оформлен-е элементы – хроматин, ядрышки. Кариотека – выделяют внутр-ю и наруж-ю оболочку, м\у ними перенуклеарное прост-во, наруж-я связана с каналами ЭПС, принцип строения общий перенуклеарное прост-во от10-100 нм , многочисл-е поры в d-20-15 нм, кол-во пор различно. Ч\з поры кариопл-ма входит в контакт с цитопл-й. Кариопл не струк-я плазма, вязкость такая же как и цитопл. Рh выше, чем в цитоплазме, ядрышко постоян-я часть типичного ядра. Отсут-ет в период активного дробления яйцекл. Это плотное тельце внутри ядра сост-т из рибонуклеопротеидов, предшествен-в рибосом. Обычно ядро имеет 1 или несколько ядрышек. В хим-м отношении ядрышко – это высокое конц-я рРНК. Сост-в кислый белок (фосфолипиды и рРНК). ДНК в ядрышках не обнаружено. Функ-я ядрышек – обр-е и сборка рибосом, начало обр-е ДНК, рРНК (из которых формир-ся рибосомы). Изменения кол-ва и размеров ядрышек ведет к измен-ю кол-ва обр-х рибосом – изм-е синтеза белка. Хр-мы – органоиды клеточного ядра, явл-ся носителями генов и определяют наследств-е свойства клеток и орг-мов. Способны к самовоспроизведению, обладают структурной и фукнц-й индивидуальностью и сохраняет ее в ряду поколений. Основу сост-ет одна непрерывная 2-у цепочечная мол-ла ДНК (в хр-ме около 99% ДНК), связанная с белками в нуклеопротеид.  Строе-ем мол-лы ДНК, ее генет-м кодом обеспеч-ся запись наследств-й информ-и в хр-ме, белки принимают участие в сложной упаковки ДНК в хр-му. На стадии деления кл спирализованные хр-мы хорошо различимы в световой микроскоп. Каждая хр-ма сост-т из 2-х хроматид, сцепленных центромерой.

 

12. Белки: классификация,  свойства, биологическая роль. Структурная  организация белков. Аминокислоты.

Белки-главные компоненты живой клетки – это сложные  органические биополимеры, состоящие  из C, H, O, N и S. Их мономерами являются аминокислоты – определяют суть живой материи. Классификация б несовершенна-1)-в соответствии с вторичной и третичной стр-рой ;2) В соответствии с выполняемыми функциями выделяют сл. Группы белков: 1)каталитически активные белки-ферменты- ускоряют химические превращения в кл; 2) белки-гормоны-возд. На фундаментальные мех-мы регуляции обмена в-в(прониц-ть Кл. мембран, биос-з вторичных посредников;3) Регуляторные б-репрессия и активация генома и регуляция процессов роста, развития, морфогенез жив и раст (гистоны);4) защитные белки-антитела(иммуноглобулины);5) Токсические белки-внешняя защита (яд змей);6)Транспортные б-сывороточный альбумин(перенос жирн.к-т, гемоглабин, порины(обр. поры в мембране);7)структурные б -комп. Мембран, б. межклеточного матрикса(коллаген, ретикулин), белки ядерного матрикса, цитоплазм. скелета; 8)Сократительные б-миозин, актин;9)Рецепторные б-учавств. В передаче инф. в биол. сист.(опсин);10)белки-ингибиторы ферментов;11)белки вирусных оболочек и др.

Свойства белков. Различают химические, физические и биологические св-ва. Химические св-ва белков оч. разнообразны благодаря аминокислотным радикалам различной природы->способны давать широкий круг р-ций: солеобразования (по NH₂-и COOH-группам);окисления и восстановления (по HS-и SS-группировкам);алкилирования, ацилирования и этерификации (NH₂, OH, COOH), амидирования (COOH), нитрования и галогенирования (по ароматическим ядрам), дезаминирования( NH₂), фосфорилирования и сульфатирования (OH);реакции гидролиза пептидных связей;амфотерные св-ва б обусл. Наличием основных и кислых групп.Физические св-ва : большая молекулярная масса,двойное лучепреломление, подвижность в Эл. Поле, оптическая активность, СП-ть рассеивать световые лучи из-за боьших размеров и поглащать у/ф. Оптические св-ва используют при кол-ном определении белков. Транспортная ф-ция б связана с их СП-тью адсорбировать на пов-ти низкомол-ные органич.соед-ния и ионы. Биологические св-ва :биокаталитическая активность благодаря нал-ю активного центра в белках-ферментах; гормональная активность-сп-ть возд-ть на целые группы р-ций в организме; токсическая ак-ть;патогенная а-ть;защитные и рецепторные ф-ции, отв-ть за явление клеточной адгезии ->морфогенез; пластическая роль б-сочетаясь с др. мол-ми -> смешанные биополимеры-нуклеопротеины, липопротеины, гликопротеины-> образованиесуб-и-надкл. Образований; Денатурация-изм-ния третичной и четвертичной стр-ры под возд-ием внешних ф-ров(наруш. Дисульфидн. мостики, солевые, водор.связи, гидроф.вз-я.