Уровни организации живой материи. Клетка наименьшая структурная единица живой материи

КЛЕТКА - СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Биологические мембраны
БИОЛОГИ́ЧЕСКИЕ МЕМБРА́НЫ (лат. membrana – кожица, оболочка, перепонка), структуры, ограничивающие содержимое клеток (клеточная, или плазматическая, мембрана, плазмалемма) и внутриклеточных органелл.

Функции мембран:
- отделение клетки от окружающей среды и формирование клеточных отсеков;
- контроль и регулирование транспорта веществ через мембраны;
- участие в обеспечении межклеточных взаимодействий, передаче внутрь клетки сигналов;
- преобразование энергии пищевых органических веществ в энергию химических связей молекул АТФ.

Биологические мембраны

Строение и состав мембран
Липиды:
- фосфолипиды
- гликолипиды
- холестерол
Белки:
- интегральные
- поверхностные

Липиды мембран и их функции
Липиды мембран:
- формируют липидный бислой - структурную основу мембран
- обеспечивают необходимую для функционирования мембранных белков среду
- участвуют в регулции активности ферментов
- служат «якорем» для поверхностных белков
- участвуют в передаче гормональных сигналов

Свойства липидов мембран
1. Мембранные липиды амфифильные
2. Трансмембранная асимметрия липидов
3. Жидкостность или текучесть

Белки мембран и их функции
Белки мембран могут участвовать в:
- иммунных реакциях
- взаимодействии клеток друг с другом, обеспечивая образование тканей и органов
- передаче гормональных сигналов
- избирательном транспорте веществ в клетку и из клетки
- качестве ферментов в превращениях веществ
- образовании окаймленных ямок, обеспечивающих эндоцитоз

Функции транспорта веществ через мембраны
1. Поддержание в клетке гомеостаза
2. Необходим для работы ферментов
3. Доставка субстратов
4. Выведение токсических промежуточных метаболитов и конечных веществ
5. Секреция биологически активных веществ
6. Создание ионных градиентов

Пассивный унипорт

Активный симпорт

Активный антипорт

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

Первично-активный транспорт
Первично-активный транспорт - это перенос лигандов против градиента концентрации при участии транспортных АТФ-аз (ионных насосов)

Эндоцитоз - перенос вещества из среды в клетку вместе с частью плазматической мембраны называют «эндоцитоз». Путём эндоцитоза (фагоцитоза) клетки могут
поглощать большие частицы, такие как вирусы, бактерии или обломки клеток.
Захват больших частиц осуществляется в основном специализированными
клетками - фагоцитами.

Фагоцитоз - это процесс, при котором клетки захватывают и переваривают твёрдые частицы. Фагоцитоз, наряду с пиноцитозом, является одним из видов эндоцитоза.
Пиноцитоз - 1) захват клеточной поверхностью жидкости с содержащимися в ней веществами; 2) процесс поглощения и внутриклеточного разрушения макромолекул.

Цикл эндоцитоза начинается в определённых участках плазматической мембраны, называемых «окаймлённые ямки». На долю окаймлённых ямок
приходится всего 1-2% общей площади
мембраны. Белок клатрин образует решётчатые структуры, связанные с углублениями на поверхности
плазматической мембраны.

Экзоцитоз
Макромолекулы, например белки плазмы крови, пептидные гормоны,пищеварительные ферменты, белки внеклеточного матрикса, липопротеиновые комплексы, синтезируются в клетках и затем секретируются в межклеточное пространство или кровь. Но мембрана непроницаема для таких макромолекул или комплексов, их секреция происходит путём экзоцитоза.

Особенность экзоцитоза в том, что секретируемые вещества локализуются в пузырьках и не смешиваются с другими макромолекулами или органеллами клетки. В ходе экзоцитоза содержимое секреторных пузырьков выделяется во внеклеточное пространство, когда они сливаются с плазматической мембраной.

Малые органические молекулы и макромолекулы клеток

Глюкоза

Жирные кислоты

Аминокислоты

Нуклеотиды

Нуклеиновые кислоты

Белки

Полисахариды

Липиды

В состоянии покоя сарколемма (мембрана) мышечного волокна поляризована или, другими словами, имеется определенный мембранный потенциал покоя. Снаружи мембраны заряд положительный, а внутри – отрицательный. Разность потенциалов между наружной и внутренней оболочками мембраны мышечного волокна составляет 90 мВ. В тканевой жидкости, окружающей мышечные волокна, выше концентрация ионов натрия (Na+), а в саркоплазме мышечного волокна – ионов калия (К+). Однако положительно заряженные ионы К+ не полностью уравновешивают анионы (отрицательно заряженные ионы), содержащиеся в саркоплазме мышечного волокна, это обусловливает отрицательный заряд мембраны мышечного волокна (то есть ее внутренней оболочки).

После того, как нервный импульс доходит до синапса (концевой пластинки), соединяющего нервное и мышечное волокна, в синаптическую щель выделяется ацетилхолин. Ацетилхолин проникает (диффундирует) через синаптическую щель и прикрепляется к рецепторам ацетилхолина в области концевой пластинки (месте контакта мотонейрона и мышечного волокна). В результате этого открываются каналы, через которые в мышечное волокно входят ионы Na+ и выходят ионы К+. Ионов натрия в мышечное волокно входит больше, чем выходит из волокна ионов К+. При этом в области концевой пластинки потенциал наружной оболочки мышечного волокна становится отрицательным, а внутренней – положительным. Поэтому мембрана в области концевой пластинки деполяризуется (то есть изменяет свою полярность) и возникает потенциал концевой пластинки.

Потенциал действия
Возникшая волна деполяризации передается вдоль оболочки мышечного волокна. При этом все больше открывается каналов натрия и все больше ионов Na+ входит внутрь волокна. Скорость проникновения ионов Na+ внутрь мышечного волокна очень высокая — несколько миллионов ионов в секунду. Каналы калия, однако остаются закрытыми. Через каналы натрия ионы К+ пройти не могут. Это связано с тем, что ионы Na+ имеют диаметр 0,1 нм, а ионы К+ — 0,13 нм. Этот кратковременный процесс (не более 1-2 мс) деполяризации мышечного волокна называется потенциалом действия. Разность потенциалов между оболочками мышечного волокна доходит до 120-130 мВ.

Волна деполяризации через Т-трубочки достигает саркоплазматического ретикулума, и из него в саркоплазму выделяются ионы кальция (Ca2+) начинается процесс сокращения мышечного волокна.
Следует заметить, что процесс распространения волны деполяризации вдоль мышечного волокна можно зарегистрировать посредством электромиографии.

Реполяризация
После прохождения волны деполяризации, каналы натрия закрываются и открываются каналы калия. Ионы К+ начинают выходить из мышечного волокна, так как они заряжены положительно, а снаружи мембрана заряжена отрицательно. Потенциал действия снижается. Мембрана мышечного волокна восстанавливает свою полярность. Это называется реполяризацией. Вновь снаружи она заряжена положительно, а внутри – отрицательно. Однако существуют отличия от первоначального состояния мышечного волокна, так как снаружи мышечного волокна теперь много ионов К+, а внутри мышечного волокна много ионов Na+ .