ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА КЛІТИНИ

МІХЄЄВ В. С.

МЕДИЧНА БІОЛОГІЯ І ГЕНЕТИКА КЛІТИНИ

ЧАСТИНА 1

ПОВЕРХНЕВИЙ АПАРАТ КЛІТИНИ

Зміст:

Вступ

2. Загальна характеристика клітини

3. Структура та функції клітинних мембран:

Біохімія клітинних мембран
Просторова організація біомембран

4. Структура та функції клітини тварин

Поверхневий апарат клітини
Функції поверхневого апарату клітини

ВСТУП

Життя - це спосіб існування матерії, що характеризується пов'язаною циркуляцією певних хімічних елементів у водному середовищі, рухомою енергією Сонця у напрямі збільшення впорядкованості та складності.

Основу всіх органічних речовин, включаючи біоорганічні, становитьвуглець.Це визначається здатністю його атомів взаємодіяти один з одним і формувати вуглецевий скелет молекул різноманітної величини та форми: лінійний, розгалужений, циклічний тощо. Істотним щодо вуглецю є й те, що він легко утворює хімічні зв'язки з іншими біоелементами.

p align="justify"> Важлива характеристика біогенних елементів - формування газоподібних речовин при взаємодії один з одним в умовах фізіологічних температур. Зокрема, газами є молекуливодню(Н2),азоту(N2),кисню(О2),метану(СН4),монооксиду вуглецю(СО),діоксиду вуглецю(СО2), монооксиду азоту (N0),діоксиду азоту(N02),аміаку( NНз),сірководню(Н2S),діоксиду сірки(S02).

З одного боку, газоподібні речовини під час утворення та еволюції Землі перебували над її поверхнею. Тут вони зазнавали потужного впливу сонячного випромінювання,що підвищував їх реакційноздатність. Це означає, що молекули газів з більшою ймовірністю, ніж інші молекули, брали участь у формуванні складних хімічних сполук. З іншого боку, гази мали можливість розчинятися у воді, яка утворилася шляхом взаємодії водню та кисню.

Винятком із «правила газоподібності» в наборі біоелементів єфосфор.Однак він має найважливішу властивість - здатність формувати макроергічні зв'язки, завдяки чому і зайняв своє місце в системі СНNOРS. Таку ж здатність, хоч і меншою мірою має сірка.

За визначенням життя - це циркуляція хімічних елементів. У разі мається на увазі те, що у живих системах біоелементи можуть бути у складі як органічних, і неорганічних сполук. Найважливішим у цій ситуації є динамічний аспект. У біосистемах органічні речовини трансформуються в неорганічні, у тому числі знову синтезуються органічні тощо. Наприклад,глюкозав енергетичному обміні розщеплюється доСО2 іН2Оу клітинах більшості організмів. При цьому ряд з них (рослини, деякі бактерії) здатні використовуватиСО2 іН2Оу процесахфотосинтезутахемосинтеза при утворенні глюкози.

Аналогічна ситуація характерна для органічних сполук, що містять азот, які в біосистемах перетворюються на аміак, нітрити та нітрати, що знову включаються в органічні сполуки.

Циркуляція біоелементів є сполученою, тобто. кругообіг одного елемента пов'язаний з кругообігом інших елементів. Дана особливість циркуляції визначається хімічним складом біоорганічних молекул - всі вони містятьвуглець, воденьікисень. Білки,крім цих елементів,включаютьазоті, як правило,сірку; нуклеїнові кислоти-азоттафосфор. Азот і фосфор містяться в ряді складних ліпідів і вуглеводів. Критичним моментом сполученої циркуляції є етап переходу простих неорганічних сполук в більш складні органічні.

Неминуча сполучення кругообігів різко обмежує кількість основних хімічних елементів, малих органічних сполук і полімерів, характерних для живих систем, починаючи з шести елементів СНNOРS і закінчуючи трьома типами біополімерів: полісахаридами, поліпептидами та полінуклеотидами.

Сполучена циркуляція біоелементів здійснюється у водному середовищі.Вода(Н2О) була одним із перших неорганічних речовин при утворенні Землі. Унікальні фізико-хімічні властивості молекули води, засновані на простоті будови та дипольності, визначили її центральне місце в біосистемах. Живі організми містять у собі 50-99% води, виконує важливі біологічні функції. Істотно, що молекули води є і хімічними реагентами — вода бере участь у реакціяхгідролізуігідратації,а також є продуктом реакційконденсаціїтадегідратації.

Циркуляція хімічних елементів у живих системах відбувається не спонтанно (самовільно), а під дією енергії. Це означає, що існування біосистем (життя) неможливе без припливу енергії з джерела за межами Землі. З цієї точки зору, живі системи є термодинамічно відкритими системами - вони споживають енергію для здійснення сполученої циркуляції хімічних елементів у всьому її різноманітті.

Відповідно до законів термодинаміки, енергія не може бути повністю використаною для роботи – частина енергії, отриманоїсистемою, що обов'язково виділяється цією системою у вигляді теплової енергії.

Отже, живі (відкриті) системи як поглинають, а й виділяють енергію, тобто. формують потік енергії, необхідний для кругообігу речовин. З цього випливає, що життя на Землі неможливе без потоку енергії.

У процесі виникнення найпростіших біосистем,протобіонтів(відгрец.protos - перший, bios - життя, ontos - суще, істота), на Землі найбільш потужним джерелом енергії було сонячне випромінювання. Для ефективного використання цього виду енергії протобіонтам необхідно було трансформувати її в енергію хімічних зв'язків.

Це завдання, певне, вирішувалося з допомогою залізовмісних органічних молекул, здатних транспортувати електрони, збуджені енергією Сонця. Їх перехід на нижчі енергетичні рівні забезпечував енергію для створення градієнтів іонів, наприклад, протонів (Н+). У свою чергу, енергія градієнта використовувалася для синтезу сполук з макроергічними хімічними зв'язками-макроергами.

Найпростішим макроергом є пірофосфат (аніон пірофосфорної кислоти), який, очевидно, став донором хімічної енергії в перших живих системах на Землі. Саме тому фосфор опинився у наборі біоелементів, забезпечуючи енергетику їхньої сполученої циркуляції. В ході еволюції енергетична функція пірофосфату перейшла до органічного макроергу -9 аденозинтрифосфату (АТФ), і фосфор сам включився в процеси сполученої циркуляції.

Потік енергії, що проходить через будь-яку систему, викликає її впорядкування та ускладнення. У біосистемах енергія використовується дня синтезу складних молекул із найпростіших, тобто. трансформується на енергію хімічних зв'язків. Крім того, потік енергії забезпечуєвзаємодії між молекулами, що підвищує впорядкованість системи. Завдяки цьому живі системи здатні адекватно реагувати зміни навколишнього середовища, тобто. адаптуватись до неї.

Однією з формадаптації(від латів. Adaptatio - пристосування) є ускладнення системи, перехід її на новий структурно-функціональний рівень. Це означає, що біосистеми здатні змінювати рівень організації, тобто. еволюціонувати. Крім того, живі системи не тільки зберігаються та змінюються в часі, а й збільшуються в числі – розмножуються. Розмноження є одним із варіантів ускладнення системи, яке викликається потоком енергії. Важливо, що при цьому частина змін зберігається в процесі розмноження, передається новим біосистемам, що утворюються - успадковується.

Таким чином,життя — це спосіб існування матерії у вигляді термодинамічно відкритих систем, здатних до самозбереження саморегуляції та самовідтворення.

Найпростішою системою, що має всі властивості життя, єклітина,яка представляє елементарний рівень організації живих систем -клітинний.Реально він існує у вигляді одноклітинних організмів. У ході еволюції одноклітинні організми формували колонії і потім – багатоклітинні біосистеми, багатоклітинні організми. В результаті відбувся перехід на більш складний рівень організації живих систем - багатоклітинний. Єдині за походженням організми пов'язані між собою розмноженням і утворюють елементарну еволюційну біосистему - популяцію або вид. Ця система відображає новий рівень живих систем -популяційно-видовий.

Популяції (види) різних організмів вступають один з одним у певні екологічні відносини, формуючи екологічні біосистеми, абоекосистеми.Найпростішою екосистемою єбіогеоценоз,відповіднийбіогеоценотичномурівню організації життя. Найбільша екосистема - біосфера охоплює всі біогеоценози, що існують на Землі.

Таким чином, найвищий рівень організації життя – біосферний. Саме на біосферному рівні найбільш повно реалізується пов'язана циркуляція біоелементів - кругообіг речовин, що рухається вихідно сонячною енергією.

Елементарною (найпростішою) біосистемою є клітина, тобто. клітинний рівень організації є фундамент всім складніших живих систем. Ця ситуація знайшла свій відбиток уклітинної теорії :

- всі живі організми, виключаючи віруси, складаються з клітин та продуктів їхньої життєдіяльності;

- всі клітини мають важливе подібність щодо своєї будови та базового обміну веществ;

- все нові клітини утворюються лише в результаті розподілу вже існуючих клітин;

- активність багатоклітинного організму є результатом активності його клітин та взаємодій між ними.

Перше становище клітинної теорії відбиває те, що вихідною біосистемою була клітина, з урахуванням якої під час еволюції сформувалися складніші системи (багатоклітинні). З цієї точки зору, віруси (від лат. virus - отрута) - це сильно спрощені похідні клітини, здатні функціонувати тільки як паразитичні внутрішньоклітинні форми. Важливим моментом першого положення є вказівка на неклітинні компоненти організмів. Особливе значення це має для багатоклітинних біосистем, де певні продукти, секретовані клітинами, формують основу внутрішнього середовища організму і неклітинні елементи сполучних тканин.

Друге положення клітинної теорії також відбиває єдність походження всіх клітин під час еволюції. Незважаючи на величезну різноманітність клітин, що виникла шляхом дивергенції (від лат. divergo - відхиляюся) одноклітинні організми) або диференціювання (від лат. differentia -відмінність) у багатоклітинних організмів, всі вони функціонують на основі універсальних структур і процесів метаболізму (від грец. metabole - перетворення). Таким чином, це положення постулюєгомологію(від грец. homologia - відповідність, згода) всіх клітин, як у структурному, так і в метаболічному аспектах.

У будь-якій клітині можна виявити 3 структурно-функціональні субсистеми: поверхневий апарат,цитоплазмуіядерний апарат.Енергетичний обмін клітин заснований на універсальному процесі розщеплення глюкози -гліколізі.Потік. інформації в клітинах забезпечується універсальними матричними процесами:реплікацією(синтезом ДНК),транскрипцією(синтезом РНК) татрансляцією(синтезом білка). Саме вони є основою існування та розмноження клітин.

Третє становище клітинної теорії відбиває неможливістьсамозародженняжиття Землі у час. Тим не менш, в процесі виникнення життя був неклітинний період - етап хімічної еволюції. Очевидно, на ньому відбувалося незалежне утворення ліпідів, поліпептидів і полінуклеотидів.

Найважливішим моментом хімічної еволюції було формування сферичних мембранних структур, основу яких становили ліпіди. Об'єднання біополімерів у такій мембранній сфері, ймовірно, і стало причиною утворення перших, дуже простих за будовою, біосистем - протобіонтів - еволюційних попередників клітин.

Четверте положення клітинної теорії стосується багатоклітинних організмів та підкреслює системність їх функцій, які є результатом взаємодії клітин (як контактної, так і дистантної).

Дане положення має найважливіше медичне значення - аномалії (від грец. anomalia - неправильність) функцій одних клітин можуть викликати зміни функцій інших клітин. Особливо яскраво це проявляється при дефектах клітин, що входять до складу інтегральних систем організму: нервової, ендокринної та імунної.

З положень клітинної теорії, причини більшості хвороб людини лежать на клітинному рівні. Саме тому вивчення структури та функцій клітини є обов'язковим елементом медичної освіти. У цьому аспекті завдання медика - нормалізувати роботу клітини, що змінилася, що неможливо без знань принципів організації клітин в нормі.

Понад те, знаючи «норму», можна передбачати, яких наслідків здатні призвести ті чи інші дефекти клітини. У свою чергу, дані знання дозволяють прогнозувати клітинні причини хвороби за її симптомами (від грец. Symptoma - ознака) на рівні організму.

Вгору

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА КЛІТИНИ