Растительная клетка

собирается новая  цепь. Сборка новой цепи идет в точном соответствии с принципом  

комплементарности: против каждого А встает Т, против Г - Ц и т.д. Синтез новой ДНК идет благодаря деятельности фермента ДНК-полимеразы. ДНК только задает порядок  

расположения нуклеидов, а процесс репликации - удвоения - осуществляет белок - фермент. В  

результате вместо одной молекулы ДНК возникают две молекулы точно такого же  

нуклеотидного состава, как и первоначальная ДНК. Одна цепь ДНК в каждой вновь  

образовавшейся молекуле ДНК происходит из первоначальной молекулы, а другая синтезируется  

вновь. Поскольку  раскручивание спиралей, состоящих  из многих миллионов пар нуклеотидов,  

сопряжено с большим  количеством вращений и огромными  энергетическими затратами, которые  

невозможны в условиях клетки, то репликация начинается одновременно в нескольких местах  

молекулы ДНК (к  тому же ДНК-полимераза может двигаться  только по раскрученным “материнским”  

нитям и использовать их в качестве матрицы для безошибочного  синтеза “дочерних” цепей). Синтез  

новых цепей ДНК  фрагментами называется прерывистым. Важную роль играет слаженность взаимодействия множества белков, участвующих в  процессе репликации. Процесс удвоения ДНК  

происходит в клетке незадолго перед ее делением. 

  Молекула РНК  - тоже полимер, мономерами которого  являются нуклеотиды. РНК - однонитиевая молекула, построенная так же, как и одна из цепей ДНК. Нуклеотидов в РНК тоже четыре, они состоят из азотистого основания, пентозы и фосфорной кислоты. Три азотистых основания такие же, как и в ДНК: А, Г и Ц, однако вместо Т у ДНК в РНК присутствует близкий к нему по строению пиримидин - урацил (У). РНК отличается от ДНК наличием углевода: вместо дезоксирибозы ДНК в РНК присутствует углевод рибоза. Связь между нуклеотидами осуществляется как и в одной из цепей ДНК, т.е. через углевод и остаток фосфорной кислоты. Содержание РНК в клетках сильно колеблется в  

отличие от содержания ДНК, которое относительно постоянно. При синтезе белка  

количество РНК  более высокое в клетках. По выполняемым  функциям выделяют несколько  

видов РНК. Транспортные РНК (т-РНК) содержатся в основном в  цитоплазме клетки. Их функция  

заключается в доставке аминокислот в рибосомы, к месту  синтеза белка. Молекулы т-РНК - самые  

короткие и состоят из 80-100 нуклеотидов. На долю т-РНК приходится около 10% от общего  

содержания РНК  в клетке. Рибосомная РНК (р-РНК) - самая крупная, состоит из 3-5 тыс.  

нуклеотидов, входит в состав рибосомы. На долю р-РНК  приходится около 90% от общего  

содержания РНК  в клетке. Информационная РНК (и-РНК), или матричная (м-РНК), находится  в  

цитоплазме и ядре. Ее функция - перенос информации о  структуре белка от ДНК к месту  

синтеза белка в  рибосомах. На долю и-РНК приходится примерно 0.5-1% от общего  

содержания РНК  в клетке. Еще выделяют ядерные, цитоплазматические, митохондриальные  

РНК, РНК пластид. Все виды РНК синтезируются на ДНК, служащей своего рода матрицей. 

  Аденозинтрифосфорная  кислота (АТФ) также является  нуклеотидом. Она играет важную  роль в  

энергетике клетки. АТФ содержится в каждой клетке животных и растений. Количество АТФ  

колеблется и в  среднем составляет 0,04% (на сырую  массу клетки). Наибольшее количество  

АТФ содержится в  скелетных мышцах - 0,2-0,5%. АТФ состоит  из азотистого основания (аденин),  

пентозы (рибоза) и  фосфорной кислоты. АТФ отличается от других нуклеотидов тем, что  

содержит не одну, а три молекулы фосфорной кислоты. Это очень неустойчивая структура: под  

влиянием фермента в АТФ разрывается связь между  Р и О и к освободившимся связям присоединяется одна или две молекулы воды и отщепляется одна или две молекулы фосфорной кислоты. При отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ  

(аденозиндифосфорную  кислоту), а при отщеплении двух  молекул фосфорной кислоты  

АТФ переходит в  АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту). Реакция отщепления каждой молекулы  

фосфорной кислоты  сопровождается высвобождением энергии: при гидролитическом  

отщеплении двух концевых фосфатных групп выход свободной энергии на каждую из них составляет  

около 30,6 кДж, тогда  как при отщеплении третьей фосфатной  группы АТФ выделяется только 13.8  

кДж. Поэтому принято  говорить, что АДФ и АТФ содержат богатые энергией  

(высокоэнергетические) связи (их часто обозначают  знаком »). Эти связи еще называют  макроэргическими. В АТФ имеется  две макроэргические связи. Гидролиз  АТФ под  

влиянием фермента происходит следующим образом: АТФ + Н2О ® АДФ + Н3РО4.  

Аденозинтрифосфат мобилен и может доставлять энергию в любую часть клетки. В реакциях с  

участием АТФ постоянно  происходит отщепление фосфорного участка  и его присоединение, т.е.  

АТФ является связующим  звеном между дыханием и процессами, требующими затраты энергии, при  этом фосфатные группы непрерывно отщепляются  и заменяются новыми. Основной синтез АТФ происходит в митохондриях, на синтез АТФ из АДФ затрачивается  энергии (поглощается) около 40 кДж (или 10 000 г/кал) на грамм/моль, т.е. энергия  снова запасается в АТФ.

А3 Цитоплазма — сложная  многокомпонентная, пластичная, дифференцированная система, включающая ряд мембранных и немембранных структур. Именно в цитоплазме протекают основные процессы метаболизма. С помощью центрифугирования цитоплазму можно разделить на две примерно равные части. Все органоиды, как более тяжелые, окажутся в осадке. Надосадочная жидкость и будет представлять основное вещество цитоплазмы — гиалоплазму. Основная плазма, или гиалоплазма, представляет собой среду, в которую погружены все органоиды клетки. Во взаимодействии с ней и через нее осуществляются внутриклеточные транспортные процессы, а соответственно связь между отдельными органеллами. В ней протекают многие важнейшие биохимические процессы, локализованы многочисленные ферменты. 

Гиалоплазма — не бесструктурная масса. Она имеет дифференцированную сложную, но легко перестраивающуюся структуру, от состояния которой зависят такие процессы жизнедеятельности, как внутриклеточный транспорт везикул и органелл, активность ферментативных процессов, их пространственная локализация. Структура гиалоплазмы раскрыта благодаря применению имму-нофлуоресцентной микроскопии. Гиалоплазма включает сложную сеть белков (цитоскелет), состоящую из микрофиламентов и микротрубочек. Цитоскелет играет важную роль в процессах митоза, мейоза, внутриклеточного движения цитоплазмы (циклоза), образования клеточных стенок, транспорте воды и др. 

Микрофиламенты — тонкие белковые нити диаметром 5—7 нм, представляющие собой длинные цепочки глобулярного белка актина. Обнаружены также особые белки, связывающие между собой микрофиламенты с образованием сети. Именно от связывающих белков зависит организация микрофиламентов. Вся эта структура очень лабильна. Под влиянием различных воздействий (большое значение имеет концентрация кальция) микрофиламенты распадаются на отдельные фрагменты и вновь собираются. Это определяет такие свойства цитоплазматического матрикса, как изменения вязкости, подвижность, переход из состояния геля в золь и обратно. 

Микротрубочки —  полые цилиндрические органеллы  диаметром 20—25 нм, достигающие в длину нескольких микрометров. Предполагают, что стенки микротрубочек толщиной 5—8 нм состоят из цепочек глобулярного белка тубулина, свернутых спирально. Микротрубочки могут разрушаться и снова возникать. С микротрубочками связано движение цитоплазмы, участие в различного рода перемещениях органелл. Предполагается участие микротрубочек в построении клеточных стенок. 

Рибосомы — это  компактные рибонуклеопротеидные частицы  диаметром около 20 нм, лишенные мембран. Они состоят из белка и особого типа рибонуклеиновой кислоты — рибосомальной (рРНК). В каждой клетке несколько десятков тысяч рибосом. Они расположены не только в цитоплазме, но и в ядре, в митохондриях, в пластидах. В связи с этим различают два типа рибосом: 80S — цито-плазматические и 70S — локализованные в органеллах. Рибосомы прокариот имеют также коэффициент седиментации 70S (коэффициент седиментации характеризует скорость осаждения частиц при ультрацентрифугировании). Основная функция рибосом — синтез белка. Рибосомы состоят из двух субъединиц: большой и малой. В большую субъединицу входят одна высокомолекулярная РНК и две низкомолекулярные, в малую субъединицу — одна молекула высокомолекулярной РНК. В состав рибосом входит также несколько десятков разных молекул белка. РНК и белки объединены в рибосомах в нуклеопротеидный тяж. Рибосомальная РНК представляет одинарную цепочку нуклеотидов, однако в результате взаимодействия между отдельными звеньями цепочка частично спирализована. Спирализованные участки составляют примерно 70% от всей длины цепочки, они непостоянны, возникают и разрушаются. Образование рибосом происходит путем самосборки. Работами А.С. Спирина показана возможность частичной реконструкции рибосомальных частиц из составляющих их РНК и белка. Составные части рибосом образуются в ядре. Так, рРНК синтезируется в ядре, используя в качестве матрицы ядерную ДНК, а рибосомальные белки синтезируются в ядрышке. Синтез рРНК и рибосомального белка строго скоординирован, благодаря чему в клетке никогда не образуется избыточного количества этих соединений. Предполагают, что тяж РНК определенным образом свернут и по неспирализованным участкам с ним взаимодействуют молекулы белка. В основном связь между молекулами РНК и белками осуществляется с помощью иона Mg+2. Двухвалентные катионы магния и кальция обеспечивают также ассоциацию субъединиц рибосом. Рибосомы могут находиться в цитоплазме в свободном состоянии, а могут прикрепляться к мембранам эндоплазматического ретикулума (шероховатый ЭПР). При синтезе белка несколько рибосом могут связываться молекулой матричной, или информационной РНК в полисому (полирибосому). Это обеспечивает одновременное транслирование одной молекулы мРНК несколькими рибосомами. 

Мембраны. 

Трудно переоценить  значение мембран в жизни клетки и организма. Мембраны отделяют внутреннюю среду от внешней, разделяют клетку на отдельные компартменты (отсеки). Мембраны определяют возможность проникновения в клетку и выход из нее и отдельных органелл различных веществ (проницаемость). На поверхности мембран локализованы различные рецепторы, в том числе и рецепторы гормонов. На мембране или даже в самих мембранах упорядоченно располагаются полиферментные комплексы, проходят важнейшие процессы жизнедеятельности (перенос электронов в дыхательной цепи, окислительное и фотосинтетическое фосфорилирование). Таким образом, мембраны принимают участие во всех проявлениях жизнедеятельности, включая регуляцию активности организма и его реакцию на внешние воздействия. Большинство мембран имеет сходный химический состав — примерно равное количество белков и липидов (60—40%) и небольшое количество (менее 10%) углеводов. Вместе с тем, мембраны с биосинтетической функцией, например, внутренняя мембрана митохондрий, содержат меньше липидов и больше белков, чем внешняя. Среди липидов значительная доля принадлежит фосфолипидам. Эти полярные липиды являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина. У фосфолипидов две гидроксильные группы в молекуле глицерина замещены жирными кислотами, а третья — фосфорной кислотой. К фосфорной кислоте могут быть присоединены различные полярные соединения, чаще всего аминоспирты — этаноламин или холин. Важнейшим свойством молекул фосфолипидов является полярность, так как они содержат полярную гидрофильную головку (глицерин, фосфорная кислота, аминоспирт) и два гидрофобных углеводородных хвоста. В мембранах растительной клетки важное значение имеет фосфатидилглицерин, содержащий в своем составе не аминоспирт, а глицерин. Это главный фосфолипид фотосинтетического аппарата растений и единственный фосфолипид цианобактерий. От фосфолипидов во многом зависит проницаемость мембран; они поддерживают ее структуру. Фосфолипиды влияют на активность белков — ферментов, входящих в состав мембран, изменяя их конформацию, а также создавая гидрофобную среду, благоприятствующую их действию. Наряду с фосфолипидами в состав мембран входят глико- и сульфо-липиды. Гликолипиды, характерные для растительной клетки, вместо остатка фосфорной кислоты содержат производные Сахаров. Мембраны представляют собой тонкие (6—10 нм) замкнутые липопротеидные пласты. Вследствие этого у них нет свободных концов, и гидрофобные участки фосфолипидов не контактируют с водой. С этим же связано спонтанное образование различных везикул (пузырьков).