Биология клетки

1. Образование дисульфидных связей, которые могут соединить несколько спиралей между собой. В местах образования их ослабляется водородная связь и нарушется спирализация.
2. Наличие радикалов некоторых аминокислот, которые не укладываются в спираль и образуют отдельные складки, скрещивания водородных связей.

Такие параллельно расположенные  участки - - структура, - конфигурация представляет собой складчатую структуру, которая включает параллельные цепи, связанные водородной связью. Исследования показали, если в полипептидной цепи есть остатки  Глу, Ала, Лей- образуются ά – спираль, а если Мет, Вал, Изолей, то - структура. В зависимости от характера вторичной структуры белки делятся на три группы:

1. Белки с преобладанием - структуры (гемоглобин, миоглобин)
2. Белки, упакованы по типу - структуры
3. Смешанная вторичная структура

Третичная структура – строго упорядоченная в пространстве укладка спирали и несколько участков цепи.

Каждый белок имеет  свою конфигурацию. Это связано с  тем, что свободные карбоксильные, гидроксильные, аминные и другие группы боковых радикалов, взаимодействующих  между собой с образованием амидных сложных эфирных связей. Водородные связи соединяют остатки двух соседних цепей и образуются дусульфидные мостики. Это делает структуру полужесткой.

Четвертичная структура: Объединенные двух и более субъединиц.

Третичная структура  приводит к созданию сложной активной белковой молекулы. Гемоглобин: 4 глобулы . В случае глобулы полипептидная цепь свернутая в клубок – третичная. Наличие нескольких сшивок S-S накладывает ограничение на конформацию.

Глобула формирует слабые взаимодействия (гидрофобные→ взаимодействия цепных молекул друг с другом). Собранные в пачки рассматриваются и образуются фибриллярные структуры, которые функционируют вне раствора и формируют надмолекулярные белковые структуры, которые состоят из большего количества макромолекул с невалентными взаимодействиями- это клеточные мембраны, хромосомы, глобулы, нити в молекулах.

Нуклеиновые кислоты.

Уотсон Крик – структура  ДНК, которая представляет собой  правовинтовую спираль, из двух полинуклеиновых  цепей, при этом одна цепь обвита вокруг другой. Таким образом, пары гетероциклических оснований нах-ся внутри. Обе цепи соеденены между собой водородными связями, которые возникают между гетероциклическими основаниями.

5. Молекулярная  организация биологических мембран.  Роль воды, белковых и липидных компонентов в работе мембран.

Общее (клеточная  и плазмолемма) и специфические. Болыи-во полярные. Почти все глицириды  т.е. имеются 2 остатка ж.к.

Вместо А м.б. ам.к-тный белок и холин. Если холин то лицитин  жирные к-ты име. от 14 до 22 у\в атомов. В сост-в липидов входит как насыщ-е, так и ненасыщ-е к-ты. В кл жив-х много ж.к. у раст линолевая и леноленовая. Если много холестерина—атеросклероз, разрушению мемб-н. Он придает эластичность мемб-м и способствует диффуз-ии ч\з мемб-ны. В мемб-не встречаются и нейтральные липиды и специал-е глико-кардиолипиды. Полярные липиды им. диполи и проявл-т гидрофильн-е сво-во. Им. полярную головку, кот сост-т из глицерофосфатов и хвост из не полной у\в цепи. Бимодальность отражает расположение концов, гидрофил в одну гирофоб в др. Если погруз-ть липиды в воду, то будут обр-ся мицеллы. Если конц-я липидов не большая и слить воду, то получится бимолекуляр-й  липидный слой.   Головки полимерные середина диэлектрик.

У дельная емкасть  плоского конденсата С уд= ЕЕ₀ S/d.

Рассчитана удельная емкость кл поверхности и составила 0,008 Ф/м . Фрике рассчитал толщину биполярного слоя. С- емкость клеток, Е- диэлектрическая проницаемость обол-и, Е_о-пересчитанный кооф-т, D- толщина слоя . =>6= ЕЕ₀/Суд = 4,4 нм Толщина кл стенки. При этом гидрофоб-е концы мол в бимолекуляр-м липидном слое направлены к др др. Белковые гидрофобные в разные стороны. Робинсон с пом-ю электро-го микроск-а и фиксатора выявил что белки на поверхности фибриллярные с ос- спиралями. Сколы слоев показали, что в d=7.5 нм. Это были глобулы. Т.о. белки также проникают в липидный слой. В мембр-х белки распол-ы сорбциями на поверхности, др м.б. погружены в гидрофобный слой . Комп-т мемб-ны вода . Она в 3-х сост-х : связ-я своб-я и захваченная . Наименьше подвержена внутрисвязанная, оптически не подвижна , т.е. не способна растворять какие-либо вещ-ва. Слабосвяз-я средняя по подвижности. Свобод-я входит в сост-в мемб-ны виде самой фазы и обнаруживается м\д липидными слоями. Жидкомозаичная модель мемб-ны - белки плавают на поверх-ти отдл-ми мол, »или « погруженными в мемб-ну. Белки занимают 70% пов-ти. Наблюдая подвиж-ть молекул-х комп-тов в мемб-х . 1- диффуз-е перемещение, мол липидов вдоль слоя, это латеральная дифф-я. Скорость латерал дифф-и зависит от мемб-ны, от t°.2- Трансмемб-е движ-е, это переход из одного слоя в др.

Мол белков проявл-ют подвиж-ть, то облад-ют > массой. Латеральная  дифф-я у них < чем у липидов. До 16 "¹² . Липиды могут нах-ся в основн-х фазовых сост-х : 1 гель или сосуд-е кристаллы. 2 жидкокристал-е сост-е. В естеств-х усл-х они нах-ся в жид-крист-м сост-и или фазового перехода, |с увел-ем длины цепи и |с увел-ем ст-ни ненасыщен-ти жир-х остат-в. Переход липидов зав-т от ph среды. Структур-е перестройки перехода геля в жид-крист-е сост-е в разупорядоченное сост-е. При таких переходах измен-ся площадь приход-ся на мол липидов. В молек-ле жир-х кис-т у\в цепь наход-ся в вытянутом сост-и эта форма энергетически выгодна. Наличие 2-х связей создает изгиб. Вращение вокруг нее ограниченно. Плавление липидов происходит путем поверхностной изоляции у\в цепей. Это конформац-е плавления. Наряду с трансконформацией появл-ся свернутые -гошконформации. Конформ-я поворот на 180° относительно трансконформации - участок цепи в гошконфор-ии формирует петлю. При этом цепь укорачивается, на 0,127 нм. При этом обр-ся свобод-й объем и заполн-ся липидом, объем увелич-ся. Появление одной петли не достаточно д/начала плавления, но одиночные петли помогают обр-ю петлеблоков.Это приводит к разупорядочению в у\в зоне. Двойные цепь связи м. играть роль зародышей. Обр-е петлеблоков в соседних насыщ-х кл. В этом случае для обр-я петли в ненасыщенной цепи необх-мо появление одной гошконформации при искривлении цепи на 180 °. Полиморфизм. Поляр-е части липидов, сильно взоимод-ют с водой и могут с ней смеши-ся в любых соотн-ях. Возникающ-е смеси не явл-ся не явл-ся источ-ми растворами. Они разнообр-е упоряд-е фазы с переодич-й струк-й. В зависим-ти от %-ого сод-я в воде обр-ся поверх-е струк-ры. |3-жидкоподобные

6. ЭПС, характеристика,ультраструктура,функции. Рибосомы, строение и роль в синтезе белка.

ЭПС встречается практически  у всех эукариот. Выделяют 2 типа ЭР: гранулярный(шероховатый) и гладкий.

Гранулярный ЭП:

Представлен замкнутыми мембранами,которые образуют на сечениях вытянутые мешки,цистерны или же имеют вид узких каналов. Со стороны гиалоплазмы эти мембраны покрыты мелкими темными,почти круглыми частицами,гранулами. Эти гранулы являются рибосомами,связанными с мембранами ЭР.На мембранах рибосомы расположены в виде полисом,имеющим вид плоских спиралей,розеток или гроздей.

Гранулярный ЭР является важным местом синтеза белков. Количество рибосом на ЭР четко связано с  его синтетической активностью.Рибосомы в составе полисом гиалоплазмы  синтезируют белки,необходимые для собственно клеточных нужд,для поддержания и обеспечения данной клетки.Рибосомы же связанные с мембранами ЭР, учавствуют в синтезе белка,выводимых из данной клетки.А также эти рибосомы учавствуют в процессе сегрегации,обособления этих белков,в их изоляции от основных функционирующих белков клетки. Было обнаружено,что гранулярный ЭР может синтезировать интегральные и периферические белки мембран и даже часть белков матрикса цитоплазмы.

Гладкий (агранулярный) ЭР

Часть мембраной ретикулярной системы. Он также представлен мембранными,образующими мелкие вакуоли и трубки,канальца,которые могут ветвица,сливаться друг с другом. На мембранах гладкого ЭР нет рибосом.

Было установлено непрерывность  перехода между гладкой формой ЭР и гранулярной его формой или  гранулярной в гладкую.

Гладкий ЭР является вторичным  по отношению к гранулярному ЭР.

Деятельность гладкого ЭР можно связать с метаболизмом липидов и некоторых внутриклеточных  полисахаридов.

Гладкий ЭР особенно в  большом количестве встречается  в клетках секретирующих стероиды, в клетках печени,в мышечных волокнах.

Среди высших растений гладкий  ЭР встречается в клетках тканей,учавствующих в синтезе и транспорте терпенов,стероидов  и липидов.

Рибосомы присутствуют и в прокариотических и в эукариотических  клетках. В клетках эукариот есть 2 разновидности рибосом:рибосомы собственно цитоплазмы и рибосомы локализованные в таких клеточных органоидах,как митохондриях и хлоропластах. Рибосомы прокариот имеют коффициент седементации 70S(S- константа седементации). У рибосом цитоплазмы эукариот коффициент седементации 80S.Рибосомы митохондрий 70S,но они сложнее. Митохондриальные хромосомы разных групп эукариот отличаются по коффициенту седементации.Структурная организация рибосом всех групп принципиально одинакова.Рибосома состоит из 2 суедениц: большой и малой.У рибосом 70S прокариот эти субеденицы имеют коффициент седементации соответственно 50 и 30 S,у рибосом 80S-60 и 40S.В клетках существует динамическое равновессие между субеденицами (70 S взаимно переходит 50+30S)Нетранслирующие рибосомы постояно обмениваются субеденицами. Непосредственная сборка рибосом идет лишь в момент работы. Динамическое равновесие между суеденицами можно изменить вправо или влево,изменяя содержание ионов магния(происходит их диссоциация).Субеденицы рибосом состоят из РНК и белка.РНК слогает карказ, к которому крепятся белки.

Функция рибосом:белковый синтез. В процессе инициации и-РНК  присоеденяется к малой субеденице, потом к ним ассоциирует большая  субеденица.

7. Аппарат Гольджи:  общая характеристика, строение, функции. Диктиосома. Синтетические процессы в аппарате Гольджи. Пути синтеза и выведения секреторных продуктов в клетке.

Аппарат Гольджи –  клеточный органоид. Открыт в 1898 в  нервных клетках. Присутствует во всех клетках. Строение  в разных кл варьирует (в виде сетей или отдельных диктиосом). Предсавлен 3 типами образований: диктиосомы, межцистерные трубочки, визикулы (пузырьки). Но структурная единица А.Г. – диктиосома.  А.Г. представлен мембранными структурами, собранными вместе в небольшой зоне. Отдельная зона скопления этих мембран – диктиосома. В диктиосоме плотно др. к др. расположены в виде стопки плоские мембранные мешочки или цистерны. Каждая отдельная цистерна имеет переменную толщину (в центре м/б сближения, а на концах расширения). Кол-во цистерн в стопке не превышает 5 -10.  В зоне А.Г. наблюдается множество вакуолей, кот могут отшнуровываться от цистерн. Выделяют дистальную и проксимальную часть или полюса регенерации и секреции. В проксимальной части (полюс регенерации) расположены короткие цистерны, мелкие гладкие вакуоли, зона направленная к ядру. Дистальная (полюс секреции) – к поверхности кл. Хар-ся наличием крупных вакуолей, часто содержащих продукты секреции. Отдельные диктиосомы м.б. связаны м/у собой системой вакуолей и цистерн. У растений диффузная система А.Г. Функции: - модификация белков (глюкозирование, сульфатирование, и т.п.); - упаковка секретируемых продуктов в гранулы; - в цистернах синтез полисахаридов; - формирование кл мембран; - образование лизосом и вакуолей; - в раст кл синтез гемицеллюлозы и пектины кл стенки; - выведение продуктов метаболизма из кл.  А.Г. практически лишен рибосом, располагается в живых кл вокруг центриолей. В секреторных клетках – в апекальной части и в состав входят секреторные гранулы, сетчатая форма А.Г. располагается по близости от ядра, отдельные диктиосомы по всей клетке.У низших растений диктиосомы обычно связаны с элементами ретикулума. От ретикулярных цистерн отчленяются мелкие пузырьки, которые в одной плоскости сливаются друг с другом, и таким образом формируют диктиосомные цистерны на одной стороне диктиосомы – полюс регенерации. Созревание цистерн происходит по мере их перемещения к противоположной стороне – секреторному полюсу. Оно сопровождается повышением активности цистерн, выражающейся в увеличении числа очленяемых ими пузырьков Гольлджи. В-ва, секретируемые из А.Г. при участии визикул, выносятся в периплазматическое пространство. Мембраны пузырьков слив-ся с плазмолеммой, становятся ее частью (пополняют плазмалемму), что очень важно при росте клеток растяжением=> возникает непрерывная система: гладкий эндоплазматический ретикулум – диктиосома – визикулы – плазмолемма (визикулы и плазмолемма имеют общие мембраны). Таким образом, мембранный материал, теряемый на секреторнм полюсе, постоянно пополняется на регенерационном, и число и размер цистерн в диктиосоме не меняются, а только происходит их непрерывное обновление. Такая непрерывная система выявляется только у низших растений и грибов, у высших растений источник происхождения мембран диктиосомных цистерн и пузырьков Гольджи остается неизвестным.

8. Митохондрии, строение, функции. Проблемы происхождения.  Компоненты дыхательной цепи митохондрий, их строение и функции. Альтернотивность путей перенос электронов у растений.

Молекулярный кислород способен взаимодействовать различными способами с восстонавливающимися биологическими молекулами, в результате появляются такие высокотоксичные соединения как О₂^-, Н₂О₂.  Нужны были механизмы которые «приручили» кислород. Адаптация к кислороду происходила постепенно и увенчалась созданием фосфорилирующей дыхательной цепи.

Митохондрии выполняют  роль главных центров дыхания  и восстановления оксилительной  энергии. Митохондрии растут и делятся, большинство их белков синтезируется согласно «приказам» ядра, но у  них имеется собственная генетическая ситема, примитивная, рудиментарная, кодирующая только небольшое количество белков, но все же цельная , содержит ДНК, и др. структуры необходимые для репликации, транскрипции и трансляции ген. иформации. Эта система функционирует, она даже может подвергатся мутации, которые прередаются цитоплазмой, а не ядром.

Система митохондриального  генетического аппарата имеет типичные черты бактерий. ДНК – кольцевая, рибосомы меньше цитоплазматических. Это несколько причин, в силу которых существует точка зрения о происхождении.

Гипотеза 1. фагоцит – гипотетическая гигантская прожорливая клетка, съела некоторые аэробные    бактерии, они установили выгодное симбиотическое сотрудничество. Их потомки до нас в виде митохондрий эукариот, которые полностью слились с клеткой хозяином. Гипотеза 2 -  митохондрии произошли от внутренних складок плазмалетической мембраны увеличивающейся аэробной бактерии, 3 -  независимое происхождение бактериальных и митохондриальных систем путем конвергентной эволюции.

Митохондрия имеет две мембраны  наружную и внутреннюю между которыми щелевидное пространство. Выростами непрерывной, замкнутой внутренней мембраны называются - кристы (они же от лат. Гребни) они расположены параллельно др. др.  Это приспособеление для увеличения поверхности мембраны без увеличения объема тела. Внутренняя мембрана содержит дыхательную цепь и связанные с ней системы фосфолирирования.

Полость ограниченная плотной, внутренней митохондриальной мембраной, заполнена митохондриальным матриксом. Он имеет сложный состав:  включает ферменты, аминокислоты, жирные кислоты, РНК, сукценат, витамины А, Д, Е рибосомы. Внутренняя сторона внутренней мембраны имеет микросферы. В 1 митохондрии до 100 000 может быть. Они и есть дыхательные цепочки и содержат набор компонентов дыхательной цепи.