Под редакцией проф. Фоминной Л. В.

Под редакцией проф. Фоминной Л.В.

Авторы: Ващук А. А.

Пискун Р.П.

Фомина Л. В.

Мусатова К.В.

Ващук А.И.

МЕДИЦИНСКАЯ

 

МОЛЕКУЛЯРНО-КЛЕТОЧНЫЙ

УРОВЕНЬ ЖИЗНИ

 

 

СПРАВОЧНИК

ДЛЯ СТУДЕНТА И

ПРЕПОДОВАТЕЛЯ

 

Винница – 2013

 

Эпиграф

«Медицина - есть применение всех естественных наук к известной цели – к сохранению здоровья живых существ и в особенности человека, и врач тем скорее достигает своей цели, чем знакомее будет с естественными науками»

А. И. Полунин

ВВЕДЕНИЕ

Биология (греч. bios – жизнь, logos – наука, учение) – совокупность наук о живой природе. Биология имеет древнюю историю, она существовала еще задолго до нашей эры. Однако, термин «биология» предложили лишь в 1802 г. двое ученных – французский Ж. Б. Ламарк и немецкий Г. Р. Тревиранус для обозначения науки о жизни как особом явлении природы.

Предметом исследования биологии являются живые организмы: их строение, физиология, поведение, индивидуальное (онтогенез) и историческое (эволюция, филогенез) развитие, взаимоотношение живых существ друг с другом и окружающей средой. Особое внимание в биологии уделяется изучению неклеточных форм жизни – вирусов

 

Основные методы биологических исследований

Каждая из биологических наук использует свои методы исследования.

Наиболее общими методами в биологии являются:

Описательный. Проводят наблюдения и описывают объекты или явления, определяют их свойства.

Сравнительный. Путем сравнения изучают общие закономерности и отличия в строении и жизнедеятельности различных организмов и их частей.

Эксперимент (опыт). При изучении биологических объектов исследователь активно влияет на них в нужном для него направлении. Этот метод дает возможность более глубоко в сравнении с другими методами изучить сущность биологического объекта или процесса.

В современных биологических исследованиях используют методы световой и электронной микроскопии, цито- и гистохимии, дифференциального (раздельного) центрифугирования, рентгеноструктурного анализа, авторадиографии, ДНК-анализа, кинофотосъемки клеточных культур, микрохирургии и др.

Моделирование. Метод исследования и демонстрации структур, функций, процессов путем их упрощенного воспроизведения. Этот метод позволяет изучать процессы, которые невозможно непосредственно наблюдать или воспроизвести в эксперименте. Например, процессы в биогеоценозах, биосфере.

Исторический. На основании данных о современном органическом мире и его прошлом познаются процессии развития живой природы.

Мониторинг. Это постоянное наблюдение за состоянием определенных биологических объектов, протеканием определенных процессов в конкретных биогеоценозах и биосфере.

С прогрессом биологических исследований связано решение таких актуальных проблем медицины, как:

· Разработка методов ранней диагностики, в частности ДНК – диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней человека;

· Получение штаммов микроорганизмов, способных в большом количестве синтезировать ферменты, витамины, гормоны, необходимые для лечения ряда заболеваний;

· Развитие генной инженерии для производства биологически активных и лекарственных веществ (инсулина, гормона роста, интерферона и др.);

· Раскрытие механизмов онкологических болезней;

· Пересадка и стимулирование органов;

· Клонирование с целью получения тканей и органов для трансплантации;

· Мониторинг и охрана окружающей среды, как залог сохранения здоровья людей.

 

ГЛАВА 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИЗНИ

Уровни организации живого

Уровни организации живой материи были выделены в середине 20 ст.

Под уровнем организации живой материи понимают то функциональное место, которое занимает данная биологическая структура в общей системе органического мира. Идея уровней организации живого дает возможность объяснить целостность и качественное своеобразие биологических систем.

Молекулярный уровень. На этом уровне наблюдается сходство химического состава и химических реакций у всех живых существ. Жизненный субстрат для всех растений, животных, вирусов создают лишь 20 аминокислот и 5 нуклеотидов, которые входят в состав белков и нуклеиновых кислот. Наследственная информация у них заложена в молекуле ДНК (исключение составляют лишь РНК-содержащие вирусы). С молекулярного уровня начинаются главные процессы жизнедеятельности: энергетический и пластический обмен, изменение и реализация генетической информации.

Клеточный уровень. Клетка является единицей строения, жизнедеятельности и развития живых организмов. На клеточном уровне происходят процессы обмена веществ, преобразования энергии, обеспечивается хранение, изменение, реализация и передача генетической информации.

Неклеточные формы (вирусы) могут размножаться только внутри клеток, т.е. существование этой формы жизни также зависит от клеток.

Каждая клетка состоит из структур, органелл, которые выполняют определенные функции. Поэтому возможно выделить субклеточный уровень.

Тканевой уровень. Представляет собой ткани, которые объединяют клетки сходные по строению и функции. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференцировки клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальную, соединительную, мышечную, нервную). У растений различают образовательную, покровную, основную, механическую и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.

Органный уровень. Орган – это структурно-функциональное обьединение нескольких типов тканей. Например, сердце человека, как орган, включает в себя мышечную, эпителиальную, нервную и соединительную ткани, которые вмести выполняют ряд функций, среди которых самая важная – перекачивание крови по сосудам для доставки кислорода и питательных веществ к клеткам и удаления углекислого газа и отходов жизнедеятельности от клеток.

Организменный уровень. Элементарной единицей организменного уровня является особь (организм), которая рассматривается как дискретная живая система от момента её зароджения и до смерти, т.е. в процессе онтогенеза. На данном уровне наблюдается большое разнообразие форм жизни. Каждый вид состоит из отдельных особей. На организменном уровне изучают особь – организм (одно- или многоклеточный) как единое целое, характерные черты его строение, физиологические процессы, механизмы сохранения гомеостаза и адаптации.

Популяционно-видовой уровень. Элементарной единицей популяционно-видового уровня служит популяция — совокупность особей одного вида, которые проживают на одной территории, в границах которой они свободно скрещиваются между собой и относительно изолированы от других популяций этого же вида. Каждая популяция характерезуется численностью, половым и возрастным составом, плотностью, генетическим полиморфизмом. Популяция является формой существования вида в конкретных условиях среды и единицей эволюции.

Биогеоценотический уровень. Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определённым составом живых организмов (биоценоз) и условиями среды обитания (биотоп), обьедененных потоком веществ и энергии в единый природный комплекс. Это природная саморегулирующееся система, в которой осуществляется круговорот веществ и превращение энергии Солнца в результате жизнедеятельности трёх функционально взаимосвязанных групп организмов: продуцентов, консументов, редуцентов. Чем полнее круговорот вещества в биогеоценозе, тем он устойчивее и долговечнее.

Биосферный уровень. Это совокупность всех биогеоценозов. Биосфера охватывает всю гидросферу, верхний слой литосферы и нижние – атмосферы, которые населены живыми существами.

Этот уровень организации характеризуется биологическим круговоротом веществ и единым потоком энергии, которые обеспечивают существование биосферы как целостной системы.

Не всегда можно выделить все перечисленные уровни организации живого. Например, у одноклеточных, клеточный и организменный уровень совпадают, а органно-тканевой уровень отсутствует. Иногда можно выделить дополнительный, как субклеточный, системный.

Решение конкретных задач биологии в большинстве случаев касается не одного, а нескольких или всех уровней. Например, проблемы эволюции или антропогенеза нельзя рассматривать только на уровне организма, т.е. без молекулярного, субклеточного, клеточного, органо-тканевого, а также популяционно-видового и биогеоценотического уровней.

Представление об уровнях организации жизни имеет непосредственное отношение и к медицине. Врач при оценке состояния организма, лечении и профилактики заболеваний опирается на данные анамнеза, клинико-лабораторных исследований, относящихся к различным уровням организации живого от молекулярно-генетического до биосферного.

 

В свете современных исследований становиться все яснее, что материально-энергетические потоки, которые попадают на Землю из космоса, а также электромагнитное поле, создаваемое этими потоками, играют важную роль в процессах жизнедеятельности и эволюции живых организмов.

Теперь уже не подлежит сомнению, ибо доказано многими учеными, что:

1) Смена солнечной активности вызывает изменение не только погодных условий, но и магнитного поля, ионосферы Земли, что непосредственно или косвенно влияет на все живое на Земле, в том числе и на человека;

2) положительные и отрицательные ионы, содержащиеся в атмосфере Земли, сильно влияют как на наши мысли, так и на наше поведение и поступки;

3) электрические заряды в атмосфере Земли, в той же мере, что и геомагнетизм, весьма существенно влияют как на растительный, так и на животный мир, в том числе и на человека;

4) Луна сильнейшим образом оказывает самое прямое и серьезное воздействие на водный обмен в атмосфере Земли, ее климатические условия и живое вещество нашей планеты; особенно существенно это влияние отражается на сердечно-сосудистой и нервной системах человека;

5) космическая радиация является прямой причиной изменения состава ДНК и РНК – нуклеиновых кислот в живых организмах;

6) транзитные планеты на небосклоне образуют определенные аспекты (углы) между собой, Солнцем и Землей, являются причиной вспышек и пятен на Солнце, определяют напряженность и направления магнитного поля Земли.

7) малейшие геомагнитные изменения сильнейшим образом влияют на все живое на Земле;

Существует научно обоснованное мнение, что совокупность всех космических влияний в момент рождения человека, наследственость и окружающая среда, климатические условия и многие другие факторы создают материальную основу конституции, способностей, темперамента и характера человека, слабые места его организма, предрасположение к тем или иным заболеваниям, к различного рода отличительным чертам.

Можно полагать, что все вместе взятые эти факторы в большой мере могут определять потенциальние возможности отдельного индивидуума, его долю в постнатальном периоде онтогенеза.

И то, что пытливый и всепроникающий человеческий разум уже давно научился предсказывать особенности психических свойств человека, его склонности, деловые качества в зависимости от дня рождения (именуется это как психофизиологические особенности знака, под которым родился человек) отнюдь не миф, а вероятносное отражение космопланетарной сущности человека. Подтверждением сказаного может быть и то, что существуют (никем не опровергнуты) благоприятные дни для посева семьян, посадки картофеля и т.п.

Но такое представление о причинах, которые предопределяют потенциальние задатки и возможности отдельного индивидуума как биосоциального существа, конечно, слишком узко, ибо наследственная программа развития каждого человека предопределяется еще задолго до рождения комплексом факторов, и в том числе космических, которые действуют на организм родителей до зачатия ребенка, в период зачатия и в течении всего пренатального периода онтогенеза.

Важной проблемой современного естествознания является выяснение информационного значения электромагнитных полей в биологических системах. В этой проблеме особое внимание уделяется функции фотонных потоков в живых системах. Существует мнение, что из фотонов, образовавшихся в первичной плазме, эволюционировала Вселенная и нынешнее ее состояние.

Излучение электромагнитных волн в виде фотонов занимает значительное место во Вселенной. Для живого вещества Земли важнейшее значение имеют фотонные потоки, входящие в солнечное излучение.

В настоящее время выявлена не только астрофизическая функция фотонных потоков. В многочисленных исследованиях обнаружено сверхслабое излучение фотонов у всех клеток животных и растений, исключая некоторые водоросли и бактерии. При этом, спектр излучения фотонов чрезвычайно разнообразен и охватывает почти всю область излучения электромагнитных волн: от инфракрасного (самого длинноволнового излучения) до коротковолнового – жесткого ультрафиолетового, которое переходит к рентгеновскому и гамма – излучению.

Казначеев В.П., Волков Ю.Г. изучая много лет сверхслабые излучения в клетках и тканях человека, установили, что клетки культуры тканей испускают кванты электромагнитного поля. Они пришли к выводу, что сверхслабые излучения в клетках и тканях человека – это не только проявление жизнедеятельности клетки, но и внутренняя система передачи информации, без которой жизнь клетки невозможна. Электромагнитные взаимодействия, отражаясь в разных формах жизнедеятельности, представляют собой один из общих принципов информационных взаимоотношений функционирующих живых систем. Видимо, это универсальная закономерность распространения живого вещества в космосе.

А.С. Пресман утверждает, что в процессе естественного отбора и эволюции биологического мира электромагнитные поля из неизбежных спутников всего живого превратились в важнейшую информационную систему и обязательный атрибут жизни.

Дальнейший прогресс науки требует не только все более глубокого проникновения в сущность процессов взаимодействия вещества и энергии, но и исследования информационных взаимодействий в биологических системах.

В этой связи следует рассмотреть опережающие исследования А.Г. Гурвича в 30-е годы 20 столетия, который выдвинул концепцию биологического поля.

Поля биологических объектов

Концепция биологического поля была выдвинута в середине 30-х годов XX столетия выдающимся учёным А.Г.Гурвичем. Он ввёл в биологию понятие «биополя» вовсе не с целью теоретического обоснования «психических феноменов» (телепатии, психокинеза и т.п.) а для объяснений целостных жизненных процессов и их проявлений. Создание этой концепции было попыткой объяснить, благодаря чему молекулы объединяются в клетки, клетки - в орган, а органы - в организм.

Электромагнитные поля рождаются движением электрических зарядов, которые возникает при работе нервной системы, сердца, мышц, органоидов клетки.

ГЛАВА 2

Прионы

Прионы – это белковые молекулы, которые способны паразитировать в клетках человека и животных, вызывая ряд нейродегенеративных заболеваний. Открыты американским биологом Стенли Прузинером в 1982 г.

Прионы не содержат нуклеиновых кислот и, таким образом, отличаются от всех известных микроорганизмов, таких как бактерии, грибки, вирусы и вирусоподобные частицы.

Белок – прион обозначается как PrPsc. Он гомологичен обычному клеточному белку – PrPc, который находится в клетках нервной системы, некоторых тканей и лимфоцитах. PrPsc и PrPc имеют одинаковую первичную структуру, но различаются по вторичной и третичной структурах. Они кодируются геном PrP весьма сходным у всех млекопитающих. Ныне известно 18 мутаций человеческого гена PrP, которые связаны с различными прионовыми болезнями.

Прионы образуются путем посттрансляционной модификации нормального клеточного белка PrPс, при его встрече с молекулой PrPsc. Молекула PrPс, сталкиваясь с молекулой PrPsc, меняет свою конфигурацию и становится инфекционной. Таким образом единичный прион превращает полипептиды клетки с близкой ему структурой в свое подобие.

Все прионы имеют высокую инфекционность. Они устойчивы к различным физико-химическим воздействием: кипячению в течении 30-60 мин., высушиванию, замораживанию, химической обработке спиртами, формальдегидом, кислотами, УФ-облучению, гамма-облучению. Поэтому их очень тяжело инактивировать, обезвредить.

Для прионов не существует видового барьера, они имеют длительный инкубационный период. Инкубационный период, например, возбудителя бешенства крупного рогатого скота (губчатой энцефалопатии) - 6 лет.

Человек может быть инфицирован прионами двумя способами:

1. Наследственная передача по Менделю (аутосомно-доминантный тип наследования через предварительную генную ауторепликацию инфекционного агента).

2. При употреблении мяса, а также при медицинских манипуляциях (прививках, операциях, пункциях).

Прионы в настоящее время интенсивно изучаются. Причиной столь пристательного внимания является не только теоретический интерес, но и неизлечимость прионовых болезней на сегодняшний день. Однако в природе прионовых болезней еще много неясного.

Профилактика прионовых болезней предусматривает:

- ограничение использования лечебных препаратов животного происхождения;

- остановка производства гормонов гипофиза животных;

- усиление контроля при трансплантации тканей;

- использование резиновых перчаток при работе с биологическими жидкостями больных.

 

Клеточные формы жизни

ГЛАВА 3

ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ

Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, способна к саморегуляции и самообновлению, реагирует на внешние сигналы (раздражители). Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому ей принадлежит роль структурной и функциональной единицы жизни.

ЦИТОПЛАЗМА

Состав цитоплазмы

гиалоплазма

органоиды

включения

одномембранные

двомембранные

немембранные

Цитоплазма – обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембранной и ядром. Представлена гиалоплазмой с находящимися в ней органоидами и включениями

Гиалоплазма (матрикс цитоплазмы, цитозоль) – прозрачный коллоидный раствор органических и неорганических соединений.

Из неорганических соединений в гиалоплазме преобладает вода (от 50 до 90%), имеются катионы Са²⁺, К⁺, анионы угольной и фосфорной кислот, растворенный кислород, углекислый газ и другие газы.

Органические соединения представлены белками, аминокислотами, липидами, углеводами, разными типами РНК, отдельными нуклеотидами.

Гиалоплазма может пребывать в жидком (золь) или гелеобразном (гель) состояниях. Переход из одного состояния в другое обусловлен изменением содержания и конформации белка актина. Физическое состояние гиалоплазмы влияет на скорость биохимических реакций.

Функции гиалоплазмы:

1. Является внутренней средой, в которой происходят многие химические процессы энергетического и пластического обмена, и в частности:

· процессы бескислородного энергетического обмена с образованием незначительного количества АТФ;

· процессы синтеза белка на рибосомах с участием иРНК, тРНК.

2. Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает взаимодействие между ними.

Для цитоплазмы живой клетки характерно постоянное движение ее коллоидных частиц и других компонентов (циклоз). Циклоз обеспечивает транспорт веществ и перемещение органелл (например, движение хлоропластов, пищеварительных вакуолей), оптимизацию процессов обмена веществ, удаление продуктов метаболизма из клетки.

В гиалоплазме имеется сложная сеть микротрубочек и микрофиламентов, которые образуют подмембранный комплекс клетки – ее цитоскелет (рис.3.2.)

 

Рис. 3.2. Цитоскелет

Микрофиламенты – это тонкие нити (диаметром 4-7 нм) из сократительных белков (актина, миозина). Они пронизывают цитоплазму и образуют сплетение под плазматической мембраной. В мышечных клетках актин и миозин образуют сократительный комплекс – миофибриллы.

Микрофиламенты принимают участие:

· в изменении формы клеток (например, при амебовидном движении лейкоцитов);

· в процессах экзо- и эндоцитоза;

· в изменении консистенции гиалоплазмы;

· в делении животной клетки (формируют сократительный поясок при делении цитоплазмы).

Микротрубочки -полые цилиндры диаметром 20-30 нм, состоящие в основном из белка тубулина.

Они принимают участие:

· в транспорте веществ внутри клетки;

· в перемещении органоидов, прикрепляясь своими концами к разным структурам или молекулам;

· в формировании веретена деления эукариотических клеток;

· входят в состав ресничек, жгутиков, центриолей.

Элементы цитоскелета являются динамической системой и могут претерпевать изменения в процессе клеточного цикла и под воздействием эндо- и экзогенных факторов.

 

Включения

Это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Они выполняют определенные функции, необходимые для жизнедеятельности клетки. Различают трофические, секреторные включения, экскреторные.

Трофические включения – это различные запасы питательных веществ. В растительных клетках представлены крахмальными и белковыми зернами, липидными каплями. В животных клетках – капли жира, глыбки гликогена и желток в яйцах.

Секреторные включения являются продуктами функционирования желез внутренней секреции (ферменты, гормоны, капельки слюны и др.).

Экскреторные включения содержат продукты обмена веществ (ненужные или вредные), подлежащие выведению из клетки и организма (например, мочевая кислота в клетках почек, желчные пигменты в клетках печени, кристаллы оксалата кальция в клетках растений.

 

Органоиды цитоплазмы

Органоиды – это постоянные специализированные участки цитоплазмы, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции в клетке.

Выделяют две большие группы органелл:

· Органеллы общего значения – обязательны для жизнедеятельности всех клеток.

· Специальные органеллы – характерны для клеток с узкой специализацией (миофибриллы – в мышечных клетках, жгутики, реснички, пульсирующие и пищеварительные вакуоли – в клетках простейших).

Большинство органоидов имеет мембранное строение. Среди них выделяют двумембранные (митохондрии, пластиды, ядро) и одномембранные (аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли, пероксисомы).

Немембранное строение имеют клеточный центр, рибосомы, органеллы движения клетки – жгутики, реснички, миофибриллы.

ГЛАВА 4

Химические вещества клетки

ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ

ОРГАНИЧЕСКИЕ

ВОДА 85-90%

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ 1-1,5%

ГАЗЫ (О2,СО2)

БЕЛКИ 7-10 %

ЛИПИДЫ 1-2 %

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ 1-1,5 %

УГЛЕВОДЫ 0,2-2 %

 

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ

Могут пребывать в растворенном или нерастворенном состоянии. Молекулы минеральных солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы.

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Подавляющая часть молекул клетки, исключая воду, относятся к органическим соединениям, химическую основу которых составляют атомы Углерода. Атомы Углерода ковалентно соединяются между собой и другими биогенными элементами (Н, О, Р, N, S), образуя большое разнообразие органических молекул.

Органические вещества клетки представлены сравнительно небольшими молекулами (аминокислоты, азотистые основания, свободные жирные кислоты, органические кислоты, их эфирами) и биологическими полимерами.

Биологические полимеры – это высокомолекулярные органические соединения (молекулярная масса 10³ – 10⁹ дальтон), макромолекулы которых состоят из простых молекул – мономеров. К биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды (целлюлоза, крахмал, гормоны, АТФ, гликоген, хитин и др.). Мономерами их являются соответственно аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды.

Полимеры, которые состоят из одинаковых мономеров называются гомополимерами. Если в состав полимеров входят разные мономеры, то они называются гетерополимерами.

УГЛЕВОДЫ

Органические соединения, в состав которых входит С, Н, О. общая формула углеводов С_n(Н₂О)_m ,где n и m могут иметь разное значение.

Классификация углеводов

Моносахариды Сn(Н2О)m n-от 3 до 9

Триозы(3С),тетрозы(4С), пентозы(5С), гексозы(6С); растворимые в воде, имеют сладкий вкус

Дисахариды,сахароза, лактоза, мальтоза, растворимые в воде, имеют сладкий вкус

Крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин нерастворимы или плохо растворимы в воде, не имеют вкуса

Олигосахариды Имеют от 2 до 10 звеньев моносахаридов

Полисахариды Имеют более 10 звеньев моносахаридов

 

Углеводы образуются в процессе фотосинтеза и могут использоваться в дальнейшем для синтеза аминокислот, жирных кислот и других соединений.

Обычно в клетке животных содержится около 1% углеводов (в клетках печени до 5%), в растительных клетках – до 9%

Функции углеводов:

1. Энергетическая. В процессе окисления 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии. Крахмал у растений и гликоген у животных служат энергетическим резервом в клетках.

2. Пластическая (строительная):

- целлюлоза образует стенки растительных клеток;

- хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок многих грибов;

- рибоза входит в состав РНК и АТФ, дезоксирибоза является компонентом ДНК.

ЛИПИДЫ

Липиды – разнообразные по структуре органические соединения, которые хорошо растворяются в неполярных жидкостях (ацетон, эфир, хлороформ, бензин, ксилол и др.), но практически нерастворимы в воде.

Именно нерастворимость в воде делает липиды важнейшим компонентом мембран, разделяющих клетки на отсеки, или компартменты, заполненные водным содержимым.

Кроме того, липиды – это главная форма хранения энергии в животном организме, поскольку они химически инертны и могут хранится в концентрированном виде (без воды).

Липиды составляют 10-20% массы тела человека. Их содержится 10-12 кг из них 2-3 кг структурных, остальные – резервные. Особенно много липидов в нервной ткани, сердце, печени, почках и крови человека.

Среди липидов принято выделять жиры (нейтральные липиды) и липоиды (жироподобные вещества): фосфолипиды, стероиды, гликолипиды, воски и др.

 

Жиры – производные трехатомного спирта глицерина и остатков жирных кислот

Твердые, с высокой t пл

В их составе преобладают насыщенные жирные кислоты

Преимущественно животные жиры

Жидкие (масла), с низкой t пл

Содержат много ненасыщенных жирных кислот

Рыбьей жир, растительные масла

 

 

Функции жиров:

1. Энергетическая. При окислении 1г жира выделяется 38,9 кДж энергии, которая идет на образование АТФ;

2. Запасающая. В форме жиров хранятся резервные энергетические запасы организма;

3. Источник воды - у животных пустынь (верблюды, тушканчики). При расщеплении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды;

4. Защитная. Жировые отложения защищают внутренние органы от механических повреждений;

5. Теплоизоляционная. Благодаря низкой теплопроводимости слой подкожного жира предотвращает тепловые потери. Особенно это важно для животных, обитающие в условия холодного климата.

ГЛАВА 5

Поток энергии в клетке

В основе потока энергии в клетке лежат процессы питания организмов и клеточного дыхания.

1. Питание – процесс приобретения вещества и энергии живыми организмами.

2. Клеточное дыхание – процесс, с помощью которого живые организмы высвобождают энергию из богатых ею органических веществ при их ферментативном расщеплении (диссимиляции) до более простых. Клеточное дыхание может быть аэробным и анаэробным.

3. Аэробное дыхание – получение энергии происходит при участии кислорода в процессе расщепления органических веществ. Его еще называют кислородным (аэробным) этапом энергетического обмена.

Анаэробное дыхание – получение энергии из пищи без использования свободного атмосферного кислорода. В общем виде поток энергии в клетке можно представить следующим образом (рис 5.3.)

ПИЩА

САХАР, ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ, АМИНО-КИСЛОТЫ

КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ

АТФ

СО2, Н2О, NH3

ХИМИЧЕСКАЯ, МЕХАНИЧЕСКАЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ, ОСМОТИЧЕСКАЯ РАБОТА

АДФ + Н3РО4

Рис.5.3. Поток энергии в клетке

Химическая работа: биосинтез в клетке белков, нуклеиновых кислот, жиров, полисахаридов.

Механическая работа: сокращение мышечных волокон, биение ресничек, расхождение хромосом при митозе.

Электрическая работа – поддержание разности потенциалов на мембране клетки.

Осмотическая работа – поддержание градиентов вещества в клетке и окружающей ее среде.

 

ГЛАВА 6

ЯДРО. МОРФОЛОГИЯ ХРОМОСОМ. КАРИОТИП ЧЕЛОВЕКА

Строение и функции ядра

Ядро – информационный и регуляторный центр еукариотической клетки, поскольку именно с ним связано хранение и передача наследственной информации, все процессы синтеза белков, в том числе и ферментов. В свою очередь именно белки играют основную роль в регуляции биохимических, физиологических и морфологических процессов клетки.

Большинство эукариотических клеток имеют одно ядро, но встречаются двухъядерные (инфузории) и многоядерные (мышечные волокна, гепатоциты, млечные сосуды растений). Некоторые высокоспециализированные клетки в зрелом состояние не имеют ядра; таковы, например эритроциты млекопитающих, ситовидные трубки растений.

Форма и размеры ядра очень изменчивы и зависят от формы и величины клетки, выполняемой ее функции. Размеры ядра от 1 мкм (у простейших) до 1 мм (у некоторых рыб и теплокровных). Форма ядра обычно округлая или эллипсовидная. В клетках с высокой функциональной активностью форма ядер сложная. В результате этого увеличивается соотношение объема ядра к объему цитоплазмы (ядерно-цитоплазматическое соотношение), от которого зависит интенсивность биохимических процессов в клетке, ее рост, деление.

По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК и РНК. В ядре сосредоточено 99% ДНК клетки в виде комплекса с белками - дезоксирибонуклеопротеидов (ДНП).

Структура интерфазного ядра

В интерфазном ядре различают: ядерную оболоночку, кариоплазму (ядерный матрикс, нуклеоплазма), хроматин и ядрышко (одно или несколько) (рис. 6.1.).

Рис.6.1. Схема строения клеточного ядра

Ядерная оболочка образована двумя мембранами (наружной и внутренней), между которыми находится перинуклеарное пространство шириной от 20 до 60 нм.

Наружная мембрана в некоторых местах переходит в каналы эндоплазматической сети, на ней располагаются рибосомы. Изнутри ядерная оболочка подстелается белковой сеткой – ядерной ламиной. До ламины теломерными участками присоединяются хромосомы (нити хроматина).

Ядерная оболочка пронизана множеством пор, диаметром около 90 нм, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Основная функция ядерной оболочки: регуляция потоков веществ между ядром и цитоплазмой. Через поры из ядра выходят разные виды РНК, субъединицы рибосом, а внутрь ядра поступают необходимые белки, нуклеотиды, ионы, вода.

Кариоплазма (ядерный матрикс) – внутреннее содержимое ядра, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав кариоплазмы входит вода, минеральные соли, белки-ферменты, нуклеотиды, РНК, ионы. В нуклеоплазме имеются белковые фибриллы толщиной 2-3 нм, выполняющие роль внутреннего скелета ядра и соединяющие ядрышка, нити хроматина, ядерные поры. Кариоплазма осуществляет взаимосвязь всех структур ядра и обменные процессы с цитоплазмой клетки. Генетический материал в интерфазном ядре находится в виде хроматина.

Хроматин – комплекс ядерной ДНК с белками (дезоксирибонуклеопротеин – ДНП). В интерфазном ядре хромосомы деконденсированы (деспирализованы) и не выделяются по отдельности, а воспринимаются все вмести в виде глыбок, гра