Основные признаки живых систем.

Вопрос №1

Основные признаки живых систем.

 

Краткий обзор:

1) единство химического состава,

2) обмен веществ,

3) самовоспроизведение (репродукция),

4) наследственность,

5) изменчивость,

6) рост и развитие,

7) раздражимость,

8) дискретность,

9) ритмичность,

10) относительная энергозависимость,

11) гомеостаз.

Основная часть:

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементарный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, загнием, алюминием и т.д. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента - углерод, кислород, азот и водород.

2. Обмен веществ. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее элементы, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. При небиологическом круговороте веществ они просто переносятся с одного места на другое или изменяется их агрегатное состояние, тогда как у живых организмов обмен имеет качественно иной уровень, включая процессы синтеза и распада.

3. Самовоспроизведение (репродукция). Самовоспроизведение, репродукция, или размножение, - это свойство организмов воспроизводить себе подобных; этот процесс осуществляется практически на всех уровнях организации живой материи. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками.

4. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обусловлена стабильностью, основанной на постоянстве строения молекул ДНК.

5. Изменчивость -это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, то есть отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природе, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

6. Рост и развитие. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение состава или структуры объектов живой и неживой природы. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом. В процессе развития возникает специфическая структурная организация индивида, а увеличение его биомассы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток.

7. Раздражимость. Любой Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом.

8. Дискретность. Само слово "дискретность" означает прерывистость, разделенность и характеризует свойство жизни проявляться в виде дискретных форм. Отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство.

9. Ритмичность. Под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи) и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, то есть на приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.

10. Относительная энергозависимость. Живые тела представляют "открытые" системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи в виде пищи из окружающей среды. Живые организмы в отличие от объектов неживой природы отграничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных). Эти оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери веществ и поддерживают пространственное единство системы..

11. Гомеостаз (саморегуляция) - совокупность приспособительных реакций организма, направленных на сохранение динамического состояния его внутренней среды (температуры тела, кровяного давления и др.). В его основе лежит принцип отрицательной обратной связи. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание.

 

Вопрос №3

Примембранный скелет.

Примембранный цитоскелет. Впервые открыт в эритроцитах - после разрушения мембраны, вызванного экстракцией липидов неионными детергентами, остается плотная ячеистая структура, сохраняющая форму эритроцита.
Функции примембранного цитоскелета:
- механическая функция;
- участие в ряде регуляторных процессов, в том числе в передаче сигналов.

 

В СОСТАВЕ ПРИМЕМБРАННОГО ЦИТОСКЕЛЕТА КАЖДАЯ АКТИНОВАЯ НИТЬ ПРИКРЕПЛЯЕТСЯ К ЦЕПОЧКЕ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ МОЛЕКУЛ БЕЛКА ПОЛОСЫ 4.1. ТАКИМ ОБРАЗОМ, АКТИНОВЫЕ НИТИ ВМЕСТЕ С ГЕТЕРОДИМЕРАМИ СПЕКТРИНА И ГЛОБУЛЯРНЫМ БЕЛКОМ ПОЛОСЫ 4.1 ОБРАЗУЮТ ПРИМЕМБРАННЫЙ СКЕЛЕТ, КОТОРЫЙ ЧЕРЕЗ АНКИРИН СВЯЗАН С ИНТЕГРАЛЬНЫМ БЕЛКОМ ПОЛОСЫ 3.

 

2. Чем обусловлено разнообразие белковых молекул?

Краткий обзор: Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из аминокислот (остатков аминокислот). Природные белки построены из 20 различных аминокислот. Эти аминокислоты могут объединяться в самой разной последовательности, поэтому они могут образовывать громадное количество разнообразных белков. Цепь аминокислотных звеньев, соединенных ковалентно-пептидными связями в определенной последовательности, называется первичной структурой белка. Первичная структура белка принимает различную конфигурацию: спираль – вторичная структура белка, глобула – третичная структура и четвертичная структура – комплекс глобул.

Основная часть: Белки — это высокомолекулярные азотосодержащие органические соединения, состоящие из остатков аминокислот, содержащих атомы углерода, водорода, азота, кислорода, обычно серы, а иногда йода, железа и фосфора. Существует большое разнообразие белков, которые составляют основу структуры организма и обеспечивают большое количество функций. Каждый белок характеризуется специфической аминокислотной последовательностью и индивидуальной пространственной структурой (конформацией). Несмотря на сложность строения и многообразие, все белки построены из сравнительно простых структурных элементов — аминокислот. Связь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой называется пептидной (амидной). Любые аминокислоты, в свою очередь, будучи соединены пептидными связями, образуют длинные полипептидные цепочки, которые и называются белками. Всего насчитывается 20 различных аминокислот, которые входят в состав человеческого организма. Изменение числа аминокислотных остатков и последовательности их расположения в молекуле белка обеспечивает возможность образования громадного количества белков, различающихся своими физико-химическими свойствами, структурной или функциональной ролью в организме. Цепь аминокислотных звеньев, соединенных ковалентно-пептидными связями в определенной последовательности, называется первичной структурой белка. Вначале полипептидная цепь сворачивается в спираль. Между атомами соседних витков возникает притяжение и образуются водородные связи, в частности, между NH- и СО-группами, расположенными на соседних витках. Цепочка аминокислот, закрученная в виде спирали, образует вторичную структуру белка. В результате дальнейшей укладки спирали возникает специфичная для каждого белка конфигурация, называемая третичной структурой. Третичная структура обусловлена действием сил сцепления между гидрофобными радикалами, имеющимися у некоторых аминокислот, и ковалентными связями между SH-группами аминокислоты цистеина (S-S-связи). Количество аминокислот, а также порядок их расположения в полипептидной цепочке специфичны для каждого белка. Следовательно, особенности третичной структуры белка определяются его первичной структурой. Биологическую активность белок проявляет только в виде третичной структуры. Поэтому замена даже одной аминокислоты в полипептидной цепочке может привести к изменению конфигурации белка и к снижению или утрате его биологической активности. Четвертичная структура белка представляет собой комплекс глобул и встречается редко.

Микротрубочки

Микротрубочки представляют собой полые цилиндры порядка 25 нм диаметром, стенки которых составлены из 13 протофиламентов, каждый из которых представляет линейный полимер из димера белка тубулина. Димер состоит из двух субъединиц — альфа- и бета- формы тубулина. Растут микротрубочки с одного конца путем добавления тубулиновых субъединиц. Рост может начаться лишь при наличии матрицы.

Функции:Микротрубочки принимают участие в различных внутриклеточных процессах;регулируют расхождение хроматид или хромосом(осуществляется это за счет скольжения миротрубочек),участвуют в перемещении различных клеточных органелл(пример:в перемещении пузырьков Гольджи к формирующейся клеточной пластинке).

Микрофиламенты

Порядка 7 нм в диаметре, микрофиламенты представляют собой две цепочки из мономеров актина, закрученные спиралью. В основном они сконцентрированы у внешней мембраны клетки.

Функции:Отвечают за форму клетки и способны образовывать выступы на поверхности клетки (псевдоподии и микроворсинки). Также они участвуют в межклеточном взаимодействии (образовании адгезивных контактов), передаче сигналов и, вместе с миозином — в мышечном сокращении. С помощью цитоплазматических миозинов по микрофиламентам может осуществляться везикулярный транспорт.

Промежуточные филаменты

Промежуточные филаменты напоминают канат, имеющий толщину около 8-10 нм, состоящий из фибриллярных мономеров. Они локализуются главным образом в околоядерной зоне и в пучках фибрилл, отходящих к периферии клеток и располагающихся под плазматической мембраной. Встречаются во всех типах клеток животных, но особенно обильны в тех, которые подвержены механическим воздействиям: клетки эпидермиса, нервные отростки, гладкие и исчерченные мышечные клетки. В клетках растений не установлены.

В состав промежуточных филаментов входят 4 типа белков:

Первый тип – кератины, кислые и нейтральные, встречающиеся в эпителиальных клетках; они образуют гетерополимеры из этих двух подтипов.

Второй тип белков включает в себя три вида белков: виментин, характерный для клеток мезенхимного происхождения, входящий в состав цитоскелета клеток соединительной ткани, эндотелия, клеток крови. Десмин – характерен для мышечных клеток, как гладких, так и исчерченных. Глиальный фибриллярный белок. Периферин – входит в состав периферических и центральных нейронов.

Третий тип – белки нейрофиламентов встречается в аксонах нервных клеток.

Четвертый тип – белки ядерной ламины.

Функции: Они служат истинно опорной системой в клетках подвергающихся значительным физическим нагрузкам.

 

5. Клеточные включения и их типы.

Кратко:

Включения - непостоянные структурные компоненты цитоплазмы.

Классификация включений:

Трофические

Секреторные

Экскреторные

Пигментные

Трофические включения – лецитин в яйцеклетках, гликоген, липиды, имеются почти во всех клетках. Секреторные включения – секреторные гранулы в секретирующих клетках (зимогенные гранулы в ацинозных клетках поджелудочной железы, секреторные гранулы в эндокринных железах и другие). Экскреторные включения – вещества, подлежащие удалению из организма (например, гранулы мочевой кислоты в эпителии почечных канальцев). Пигментные включения – меланин, гемоглобин, липофусцин, билирубин и другие. Эти включения имеют определенный цвет и придают окраску всей клетке (меланин – черный или коричневый, гемоглобин – желто-красный и так далее). Необходимо отметить, что пигментные включения характерны только для определенных типов клеток (меланин содержится в меланоцитах, гемоглобин – в эритроцитах). Однако, липофусцин может накапливаться во многих типах клеток обычно при их старении. Его наличие в клетках свидетельствует о их старении и функциональной неполноценности.

Полный ответ:

Помимо мембранных и немембранных органелл в клетках могут быть клеточные включения, представляющие собой непостоянные образования, то возникающие, то исчезающие в процессе жизнедеятельности клетки. Основное место локализации включений - цитоплазма, но иногда они встречаются и в ядре.

По характеру все включения - это продукты клеточного метаболизма. Они накапливаются главным образом в форме гранул, капель и кристаллов. Химический состав включений очень разнообразен.

Липоиды обычно откладываются в клетке в виде мелких капель. Большое количество жировых капель встречается в цитоплазме ряда простейших, например инфузорий. У млекопитающих жировые капли находятся в специализированных жировых клетках, в соединительной ткани. Часто значительное количество жировых включений откладывается в результате патологических процессов, например при жировом перерождении печени. Капли жира встречаются в клетках практически всех растительных тканей, очень много жира содержится в семенах некоторых растений.

Включения полисахаридов имеют чаще всего формулу гранул разнообразных размеров. У многоклеточных животных и простейших в цитоплазме клеток встречаются отложения гликогена. Гранулы гликогена хорошо видны в световом микроскопе. Особенно велики скопления гликогена в цитоплазме поперечнополосатых мышечных волокон и в клетках печени, в нейронах. В клетках растений из полисахаридов наиболее часто откладывается крахмал. Он имеет вид гранул различной формы и размеров, причем форма крахмальных гранул специфична для каждого вида растений и для определенных тканей. Отложениями крахмала богата цитоплазма клубней картофеля, зерен злаков; каждая крахмальная гранула состоит их отдельных слоев, а каждый слой, в свою очередь, включает радиально расположенные кристаллы, почти невидимые в световой микроскоп.

Белковые включения встречаются реже, чем жировые и углеводные. Белковыми гранулами богата цитоплазма яйцеклеток, где они имеют форму пластинок, шариков, дисков, палочек. Белковые включения встречаются в цитоплазме клеток печени, клеток простейших и многих других животных.

К клеточным включениям относятся некоторые пигменты, например распространенный в тканях желтый и коричневый пигмент липофусцин, круглые гранулы которого накапливаются в процессе жизнедеятельности клеток, особенно по мере их старения. Сюда же относятся пигменты желтого и красного цвета - липохромы. Они накапливаются в виде мелких капель в клетках коркового вещества надпочечников и в некоторых клетках яичников. Пигмент ретинин входит в состав зрительного пурпура сетчатки глаза. Присутствие некоторых пигментов связано с выполнением этими клетками особых функций. Примерами могут служить красный дыхательный пигмент гемоглобин в эритроцитах крови или пигмент меланин в клетках меланофорах покровных тканей животных.

В качестве включений во многих животных клетках присутствуют гранулы секрета, вырабатываемого в клетках разных типов, в первую очередь в железистых. Секреторные включения могут быть белками, сахаридами, липопротеидами и т. д.

 

Вопрос №9

Вопрос №11

Митохондрии

Краткий обзор (из методички) – Двумембранные образование, имеющие собственную ДНК, предположительно возникли из прокариот после объединение с эукариотическими клетками в результате эволюции и последующего с ними сосуществования (симбиоза). Обеспечивают синтез АТФ за счет реакций окислительного фосфорилирования. Митохондрии контролируют внутриклеточное содержание ионов кальция, обеспечивают образование тепла, а также запрограммированной гибели клеток.

Основная часть (из инета) - Это органеллы размером с бактерию. Митохондрия ограничена двумя мембранами - гладкой внешней и складчатой внутренней, имеющей очень большую поверхность. Складки внутренней мембраны глубоко входят в матрикс митохондрий, образуя поперечный перегородки - кристы. Пространство между внешней и внутренней мембранами обычно называют межмембранным пространством. Мембраны митохондрий содержат интегральные мембранные белки. Во внешнюю мембрану входят порины, которые образуют поры и делают мембраны проницаемыми для веществ с молекулярной массой до 10 кДа. Внутренняя же мембрана митохондрий непроницаема для большинства молекул; исключение составляют О₂, СО₂, Н₂0. Внутренняя мембрана митохондрий характеризуется необычно высоким содержанием белков (75%).В их число входят транспортные белки-переносчики, ферменты, компоненты дыхательной цепи и АТФ-синтаза. Кроме того, в ней содержится необычный фосфолипид кардиолипин. Матрикс также обогащен белками, особенно ферментами цитратного цикла.

Метаболические функции Митохондрии являются «силовой станцией» клетки, поскольку за счет окислительной деградации питательных веществ в них синтезируется большая часть необходимого клетке АТФ (АТР). В митохондриях локализованы следующие метаболические процессы: превращение пирувата в ацетил-КоА, катализируемое пируватдегидрогеназным комплексом: цитратный цикл; дыхательная цепь, сопряженная с синтезом АТФ (сочетание этих процессов носит название «окислительное фосфорилирование»); расщепление жирных кислот путем β-окисления и частично цикл мочевины. Митохондрии также поставляют клетке продукты промежуточного метаболизма и действуют наряду с ЭР как депо ионов кальция, которое с помощью ионных насосов поддерживает концентрацию Са²⁺ в цитоплазме на постоянном низком уровне (ниже 1 мкмоль/л). Главной функцией митохондрий является захват богатых энергией субстратов (жирные кислоты, пируват, углеродный скелет аминокислот) из цитоплазмы и их окислительное расщепление с образованием СО₂ и Н₂О, сопряженное с синтезом АТФ.

12. Рибосомы. Полирибосомы. Митохондриальные рибосомы.

Краткий обзор:

Рибосома- немембранный двухсубъкдиничный (малая и большая субъединицы) органоид, состоящий из рРНК и белков. Рибосомы имеют сферическую или слегка эллипсоидную форму.

Полисома, или полирибосома — несколько рибосом, одновременно транслирующих одну молекулу мРНК.

Рибосомы митохондрий, или миторибосомы, ассоциированы с митохондриальным матриксом.

Основная часть:

Рибосома- немембранный двухсубъкдиничный (малая и большая субъединицы) органоид, состоящий из рРНК и белков. Рибосомы имеют сферическую или слегка эллипсоидную форму. Служит для биосинтеза белка из аминокислот. Рибосомы подразделяются на свободные и связанные с мембранами ЭПС и наружной ядерной мембраной. Свободные рибосомы синтезируют синтезируют белки для самой клетки, а связанные- на экспорт. Синтез рибосом у эукариот происходит в специальной внутриядерной структуре —ядрышке.

Полисома, или полирибосома — несколько рибосом, одновременно транслирующих одну молекулу мРНК.

Рибосомы митохондрий, или миторибосомы, ассоциированы с митохондриальным матриксом.

Вопрос №13

Аппарат Гольджи

Краткий обзор.

Аппарат Гольджи — это система внутриклеточных мембранных структур: цистерн и пузырьков, в которых накапливаются вещества, синтезированные на мембранах ЭПС.

Вещества доставляются в комплекс Гольджи в мембранных пузырьках, которые отшнуровываются от эндоплазматической сети и присоединяются к цистернам комплекса Гольджи. Здесь эти вещества претерпевают различные биохимические превращения, а затем снова упаковываются в мембранные пузырьки, и большая их часть транспортируется к цитоплазматической мембране. Мембрана пузырьков сливается с цитоплазматической мембраной, а содержимое выводится за пределы клетки посредством экзоцитоза.

В комплексе Гольджи растительных клеток синтезируются полисахариды клеточной стенки (оболочки).

Еще одна важная функция комплекса Гольджи — это образование лизосом.

Комплекс Гольджи был открыт в 1898 г. итальянским гистологом Камилло Гольджи В нервных клетках.

Основная часть.

Комплекс Гольджи — это место конденсации и накопления продуктов секреции, вырабатываемых в других участках клетки, в основном в ЭПС.

На наружной, вогнутой стороне стопки из пузырьков постоянно формируются новые цистерны, а на внутренней стороне цистерны превращаются обратно в пузырьки.

При световой микроскопии он может распределяться в виде сложных сетей или отдельных диффузно расположенных участков (диктиосом). Форма и положение органеллы не имеют принципиального значения и могут изменяться в зависимости от функционального состояния клетки.

При электронной микроскопии видно, что комплекс состоит из скоплений плоских цистерн

В целом комплекс Гольджи участвует в сегрегации — это разделение, отделение определенных частей от основной массы, и накоплении продуктов, синтезированных в ЭПС, в их химических перестройках, созревании.

Секреторная функция комплекса Гольджи заключается в том, что синтезированный на рибосомах экспортируемый белок, отделяющийся и накапливающийся внутри цистерн ЭПС, транспортируется в вакуоли пластинчатого аппарата.

Комплекс Гольджи может резко увеличиваться в размерах в клетках, активно осуществляющих секреторную функцию,обычно сопровождается развитием ЭПС, а в случае синтеза белков — ядрышка.

Во время деления клетки комплекс Гольджи распадается до отдельных цистерн или пузырьков, которые распределяются между двумя делящимися клетками и в конце телофазы восстанавливают структурную целостность органеллы.

Вне деления происходит непрерывное обновление мембранного аппарата за счет пузырьков, мигрирующих из ЭПС и дистальных цистерн диктиосомы за счет проксимальных компартментов.

о содержимого в процессе лизосомного экзоцитоза.

14. Лизосомы- одномембранные структуры, образуются путем слияния перинуклеарных эндосом,содержащих лизосомные гидролазы и лизосомные мембранные белки, с везикулами, подлежащими деградации (периферической эндосомой, фагосомой или аутофагоцитозной вакуолью).

* перинуклеарные эндосомы образуются при слиянии везикул, содержащие лизосомные гидролазы после их синтеза в гранулярной эпс и процессинга в комплексе Гольджи, и везикул, в мембрану которых встроены специфические лизосомные мембранные белки.

* периферические эндосомы образуются в результате эндоцитоза.

* мультивезикулярные тельца образуются при слиянии перинуклеарной и периферической эндосом.

* фаголизосома образуется при слиянии перинуклеарной эндосомы и фагосомы.

* аутофаголизосома образуется при слиянии перинуклеарной эндосомы и аутофагоцитозной вакуоли, содержащей подлежащие деградации эндогенные молекулы и органеллы.

* остаточные тельца - лизосомы любого типа, содержащие непереваренный материал (липофусцин, гемосидерин).

Функция:

Катализ гидролитического (в водной среде) расщепления нуклеиновых кислот, белков, жиров, полисахаридов и мукополисахаридов, других химических соединений при низких значениях pH. В цитобиологических понятиях - внутриклеточное переваривание веществ и структур.

Пероксисомы - одномембранные органеллы, пузырьки с электроноплотной сердцевиной. В составе мембраны органеллы находятся специфичные белки - пероксины, а в матриксе - более 40 ферментов, каиализирующих анаболичиские (биосинтез желчных кислот, H2O3, зависимое дыхание, деградация ксенобиотиков) процессы.

 

Первично-активный транспорт

Транспорт веществ из среды с низкой кон­центрацией в среду с более высокой концентрацией не может быть объяснен движением по градиенту, т.е. диффузией. Этот процесс осуществляется за счет энергии гидролиза АТФ или энергии, обу­словленной градиентом концентрации каких-либо ионов, чаще все­го натрия. В случае, если источником энергии для активного транс­порта веществ является гидролиз АТФ, а не перемещение через мембрану каких-то других молекул или ионов, транспорт называ­ется первично активным.

Первично-активный перенос осуществляется транспортными АТФ-азами, которые получили название ионных насосов. В клетках животных наиболее распространена Na+,K+ — АТФаза (натриевый насос), пред­ставляющая собой интегральный белок плазматической мембраны и Са2+ — АТФазы, содержащиеся в плазматической мембране сарко-(эндо)-плазматического ретикулума. Все три белка обладают общим свойством — способностью фосфорилироваться и образовывать про­межуточную фосфорилированную форму фермента. В фосфорилиро-ванном состоянии фермент может находиться в двух конформациях, которые принято обозначать Е1 и Е2.Конформация фермента — это способ пространственной ориентации (укладки) полипептидной цепи его молекулы. Две указанные конформации фермента характеризуются различным сродством к переносимым ионам, т.е. различной способ­ностью связывать транспортируемые ионы.

Вторично-активный транспорт

Вторичным активным транспортом называется перенос через мембрану вещества против гради­ента его концентрации за счет энергии градиента концентрации другого вещества, создаваемого в процессе активного транспорта. В клетках животных основным источником энергии для вторичного активного транспорта служит энергия градиента концентрации ионов натрия, который создается за счет работы Na+/K+ — АТФазы. Напри­мер, мембрана клеток слизистой оболочки тонкого кишечника со­держит белок, осуществляющий перенос (симпорт) глюкозы и Na+ в эпителиоциты. Транспорт глюкозы осуществляется лишь в том слу­чае, если Na+, одновременно с глюкозой связываясь с указанным белком, переносится по электрохимическому градиенту. Электрохи­мический градиент для Na+ поддерживается активным транспортом этих катионов из клетки.

В головном мозге работа Na+-насоса сопряжена с обратным по­глощением (реабсорбцией) медиаторов —физиологически активных веществ, которые выделяются из нервных окончаний при действии возбуждающих факторов.

В кардиомиоцитах и гладкомышечных клетках с функционирова­нием Na+, K+-АТФазы связан транспорт Са2+ через плазматическую мембрану, благодаря присутствию в мембране клеток белка, осу­ществляющего противотранспорт (антипорт) Na+ и Са2+. Ионы каль­ция переносятся чере мембрану клеток в обмен на ионы натрия и за счет энергии концентрационного градиента ионов натрия.

В клетках обнаружен белок, обменивающий внеклеточные ионы натрия на внутриклеточные протоны — Na+/H+ —обменник. Этот переносчик играет важную роль в поддержании постоянства внут­риклеточного рН. Скорость, с которой осуществляется Na+/Ca2+ и Na+/H+ — обмен, пропорциональна электрохимическому градиенту Na+ через мембрану. При уменьшении внеклеточной концентрации Na+ ингибировании Na+, K+-АТФазы сердечными гликозидами или в бескалиевой среде внутриклеточная концентрация кальция и про­тонов увеличена. Это увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ при ингибировании Na+, K+-АТФазы лежит в основе применения в клинической практике сердечных гликозидов для усиления сердеч­ных сокращений.

Различные транспортные АТФазы, локализованные в клеточных мембранах и участвующие в механизмах переноса веществ, являются основным элементом молекулярных устройств — насосов, обеспечивающих избирательное поглощение и откачивание определенных веществ (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (молекулярный транспорт) реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин — насосов и переносчиков. Транспорт неэлектролитов (моносахаридов, аминокислот и других мономеров) может сопрягаться с симпортом — транспортом другого вещества, движение которого по градиенту концентрации является источником энергии для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ.

Транспортные АТФазы- это высокомолекулярные транспортные белки, способные расщеплять АТФ с высвобождением энергии. Этот процесс служит двигателем активного транспорта. Таким образом переносятся протоны (протонный насос_ или неорганические ионы (ионный насос).

Активный транспорт осуществляется путём эндо- и экзоцитоза.
Эндоцитоз- образование пузырьков путём впячивания плазматической мембраны при поглощении твёрдых частиц (фагоцитоз) или растворённых веществ (пиноцитоз). Возникающие при этом гладкие или окаймлённые пузырьки называются фагосомами или пиносомами. Путём эндоцитоза яйцеклетки поглощают желточные белки, лейкоциты поглащают чужеродные частицы и иммуноглобулины, почечные канальцы всасывают белки из первичной мочи.
Экзоцитоз- процесс, противоположный эндоцитозу. Различные пузырьки из аппарата Гольджи, лизосом сливаются с плазматической мембраной, освобождая своё содержимое наружу. При этом мембрана пузырька может либо встраиваться в плазматическую мембрану, либо в форме пузырька возвращаться в цитоплазму.

 

Вопрос №22

Облегченная диффузия

Облегчённая диффузия осуществляется с участием компонентов мембраны (ионные каналы, белки-переносчики, анионообменники) по градиенту концентрации и без непосредственных затрат энергии; проявляет специфичность по отношению к транспортируемым молекулам.

Ионные каналы (унипорты) представлены большой̆ группой̆ гете-ромультимерных интегральных мембранных белков, обеспечивающих избирательный̆ транспорт ионов через фосфолипидный̆ бислой мембраны из клетки в межклеточное пространство и обратно. Пору канала, как правило, образуют несколько белковых субъединиц. В геноме человека закодирован синтез не менее 50 различных типов ионных каналов. Различают каналы утечки и воротные каналы.

• Каналы утечки позволяют ионам перемещаться по градиенту концентрации в клетку или из неё. Например, утечка из клетки положительно заряженных ионов калия приводит к тому, что внутренняя поверхность мембраны заряжается отрицательно относительно наружной̆.

• Воротные каналы постоянно закрыты и открываются в ответ на действие различных стимулов. Воротные каналы подразделяют на потенциалзависимые, внеклеточный̆ лиганд-активируемые, внутри-клеточный̆ лиганд-управляемые и механочувствительные, или регулируемые объёмом клетки.

◊ Натриевые каналы в возбудимых структурах (например, скелетные мышечные волокна, кардиомиоциты, нейроны) участвуют в генерации потенциала действия, присутствуют практически в любой̆ клетке, не обязательно генерирующей̆ потенциалы действия

◊ Калиевые каналы — обнаружены в плазмолемме всех клеток; их функции: поддержание мембранного потенциала, регуляция объёма клетки, модуляция электрической̆ возбудимости нервных и мышечных структур.

◊ Кальциевые каналы (каналы депо кальция) участвуют в сокращении, секреции (в т.ч. гормонов и нейромедиаторов) и множественных клеточных процессов.

◊ Хлорные каналы регулирует электрическую возбудимость плазмолеммы скелетных мышечных волокон, регуляция объёма клетки, образовании соляной̆ кислоты в желудке.

Трансмембранные белки-переносчики (симпорты) участвуют в сочетанном транспорте двух веществ, при котором движущей̆ силой̆ является перемещение по градиенту концентрации одного из веществ, например, ионов натрия. При помощи Na+ в клетку транспортируются глюкоза (симпорт Na+/глюкоза), аминокислоты (симпорт Na+/АК), фосфаты (симпорт Na+/Р), бикарбонат (симпорт Na+/HCO -), хлор (симпорт для Na+/Cl-).

Анионообменники (антипорты) — регуляторы внутриклеточного pH. Среди переносчиков этой группы хорошо изучены анионообменники Cl– на бикарбонат и Na+ на H+.

Активный транспорт

Активный транспорт происходит при участии при участии АТФаз (насосов), обеспечивающих энергозависимый̆ трансмембранный̆ перенос ионов против электрохимического градиента. Наиболее известны следующие насосы: натрий, калиевый (Na+,K+-АТФаза) антипорт, протонный (H+,K+-АТФаза) антипорт и кальциевый̆ (Ca +-АТФаза) унипорт.

• Натрий,калиевая АТФаза выкачивает Na из клетки в обмен на K, поддерживает мембранный̆ потенциал покоя и участвует в генерации потенциала действия в мембране нервных и мышечных клеток.

• Протонная, калиевая АТФаза участвуют в образовании соляной̆ кислоты (электронейтральный обмен внеклеточного K+ на внутриклеточный̆ H+) париетальными клетками желез слизистой̆ оболочки желудка

• Кальциевая АТФаза откачивает ионы кальция из цитозоля против концентрационного градиента во внутриклеточные депо кальция (цистерны гладкой̆ эндоплазматической̆ сети).

Вопрос №23

. Отличие активного транспорта веществ через клеточную мембрану от пассивного.

Краткий обзор:

Активный транспорт – перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный) или через слой клеток (трансцеллюлярный), протекающий из области низкой концентрации в область высокой, т.е. с затратой свободной энергии организма.

 

Пассивный транспорт – перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии.

Основная часть:

 

Пассивный транспорт – это транспорт через мембрану веществ из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации. Он осуществляется в двух формах: в форме простой диффузии и в форме «облегченной» диффузии. Оба этих процесса не нуждаются в энергии, идут относительно медленно и останавливаются, когда концентрация веществ по обе стороны мембраны уравняется. Скорость диффузии и сама возможность транспорта веществ через мембрану зависит (помимо концентрации) от ряда факторов: температуры, размера молекул, способности растворяться в липидах. Жирорастворимые вещества проходят через липидные слои легко, водорастворимые – с трудом. В мембране существуют специальные липидные и белковые «поры», через которые и проходит диффузия. Простая диффузия относительно медленный процесс и природа приспособила для ускорения транспорта специальные мембранные белки – переносчики. Они соединяются с транспортируемым веществом и переносят его с одной стороны мембраны на другую. Для каждой группы веществ в мембране должны быть свои переносчики. Такой процесс и называется «облегченная диффузия», протекая в десятки раз быстрее простой диффузии.

Ионный транспорт – это разн