Билет 15

1) Клетка как открытая система

А)Обмен веществ- метаболизм – процесс превращения веществ и энергии.включающий савокупность всех проткающих в клетке химических реакций,в резуьтате которых осуществляется связь ее с внешней средой. Он протекает в точном соответствии с первым законом термодинамики, согласно которому энергия не возникает и не уничтожается, она лишь переходит из одной формы в другую. анаболизм- ассимиляция –реакции синтеза сложных органических веществ из простых, протекающий с затратой энергии АТФ. катаболизм – распад и окмсление органических в-в на более простые.

фотосинтез- образование органических в-в при участии света. протекает в хлоропластах зеленых растений .имеет два этапа светофая фаза и темновая. световая фаза: свет падает на молекулу хлорофилла и возбуждает электроны которые сходят со своих орбит и с помощю спецпереносчиков в-в выходят за пределы мембраны тилакоидов.создавая отрицательно заряженное электрополе. Вместо этих электронов занимают электр. Воды,обр при разложении воды под действием света.при этом образуется О2.катионы водорода не проходят через мембрану и образуют положительно заряженные электрическое поле.при достижении критической разности потенциалов протоны водорода устремляются по протонному каналу в ферменте атф наружуюна выходе из канала создается высокий уровень енергии кот .идет на синтез АТФ.

АДФ+ Фнеорг. +Е=АТФ АТФ переходит в строму, где участвует в темновых фазах.она идет на тилакоидах гран,в строме есть углевод рибулезодифосфат-пентозаС5

1)к С5 присоединяется СО2,образуется С6,которое расщепляется на две молекулы триоз (2С3)-фосфоглицериновая кислота.2)каждая из С3 принимает по одной группе Н3РО4 от двух атф обогащая молекулы энергией.3)каждая из С3 принимает по одному атому водорода от 2 молекул НАДФ*Н 4)после этого одни триозы обьединяются,образуя угдеводы : 2С3 =С6=С6Н12О6 5)другие С3 образуют пентозы, которые вновь идут в цикл фиксации углерода(цикл кальвина)

В)энергетический обмен-катаболизм- этапы: 1этап-подготовительный.протекает в пищеварительной системе в клетках.под действием ферментов полимеры расщепляются на мономеры. 2 этап- (бескислородный, неполное окисление, гликолиз)неполное ферментативное расщепление С6Н12О6.глюкоза преврщается в 2 молекулы ПВК(пировиноградной кислоты)образуется НАД*Н и 2 молекулы АТФ.

С6Н1206+2АДФ+2 Н3РО4+2НАД=2ПВК(С3Н4О3)+2АТФ+2Н2О +4НАД*Н

Судьба пвк и над*н разная,у анаэробных брожение.в клетках растений при недостатке О2 молочная кислота.

3 этап кислородный,полное окисление.аэробное дыхание,

Пвк из цитоплазмы поступает в матрикс митохондрий, окисляясь ,она направляется в АК(ацетил Кофермент А)

Цикл кребса АК встепает в реакцию с щавелевой кислотой из 2пвк=6со2+2 атф +4 над*н электронно – транспортная цепь, цепь переноса электронов происходит на внутренней мембране крист митохондрий. образуется 34 атф и 42 Н2О

Суммарно С6Н12О6 + 6О2 + 38 АДФ +38 Н3РО4 = 6СО2+42 Н2О +

Г)Пассивным транспортом назы­вается перенос веществ через мемб­рану по градиенту их концентрации, без затраты энергии. Такой транс­порт осуществляется посредством двух основных механизмов: простой диффузии и облегченной диффузии. Путем простой диффузии транспортируются малые гид­рофобные молекулы, для которых плазматическая мембрана проница­ема. Гидрофильные молекулы и ионы, не способные самостоятельно проходить через мембрану, транс­портируются с помощью специфиче­ских белков-переносчиков. Поэтому такой механизм транспорта получил название облегченной диффузии.

Активным транспортом называ­ется перенос веществ через мембрану против их градиентов концентрации. Он осуществляется с помощью бел­ков-переносчиков и требует затрат энергии, основным источником которой служит аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Благодаря высокой эффективности и универсальности, активный транспорт играет основ­ную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой.

Примером активного транспорта, исполь­зующего энергию гидролиза АТФ для пере­качки ионов Na⁺ и К⁺ через мембрану клетки, служит работа натриево-калиевого насоса, обеспечивающего создание мембранного по­тенциала на плазматической мембране клеток животных Насос образован встроен­ными в биологические мембраны специфиче­скими белками-ферментами аденозинтрифос-фатазами, катализирующими отщепление остатков фосфорной кислоты от молекулы АТФ. В состав АТФаз входят: ферментный центр, ионный канал и структурные элемен­ты, препятствующие обратной утечке ионов в процессе работы насоса. На работу натрие­во-калиевого насоса расходуется более 1/3 АТФ, потребляемой животной клеткой. Цикл работы натриево-калиевого насоса включает следующие стадии:

— связывание Na⁺ белком-переносчиком на внутренней поверхности мембраны;

— фосфорилирование белка за счет пере­хода АТФ в АДФ и образование внутри его спи­ральной аминокислотной цепи ионного кана­ла, достаточного для прохождения Na⁺, но слишком узкого для К⁺;

— перенос по ионному каналу Na⁺ через мембрану;

— присоединение к белку К⁺ и дефосфори-лирование белка;

— закрытие натриевого и открытие более широкого калиевого ионного канала;

— перенос К⁺ по ионному каналу на внут­реннюю поверхность мембраны;

— возврат системы в исходное положение.

В процессе работы натриево-калиевого на­соса на каждые два поглощенных иона калия из клетки выводится три иона натрия. В ре­зультате этого между двумя сторонами мемб­раны возникает разность потенциалов от 20 до 100 мВ, которая необходима для поддержания жизнедеятельности клетки: сохранения отно­сительного постоянства ее внутренней среды, осморегуляции и др.

Транспортные белки, которые генерируют разность потенциалов на мембране, называют­ся электрогенными насосами. Натриево-кали-евый насос служит главной электрогенной помпой животных клеток. В клетках бактерий грибов и растений такой помпой является про­тонный насос, который активно выкачивает ионы водорода (протоны) из клетки в окружа­ющую среду.

Транспорт в мембранной упаков­ке, в зависимости от того, в каком на­правлении переносятся вещества (в клетку или из нее), подразделяет­ся на эндоцитоз и экзоцитоз.

Эндоцитозом называется процесс поглощения макромолекул и более крупных час­тиц (вирусов, бактерий, фрагментов клеток) клеткой. Эндоцитоз осуще­ствляется путем фагоцитоза и пино-цитоза

Фагоцитоз— процесс активного захвата и поглощения клеткой микроскопи­ческих живых объектов (микробов, фрагментов клеток) и других твер­дых микрочастиц. В ходе фагоцитоза клетка с помощью рецепторов распо­знает специфические молекулярные группировки фагоцитируемой части­цы . Затем в месте прикосновения час­тицы к мембране клетки образуются выросты плазмалеммы — псевдопо­дии, которые обволакивают микро­частицу со всех сторон. В результате слияния псевдоподий такая частица оказывается заключенной внутри пу­зырька, окруженного мембраной, ко­торый называется фагосомой. Фаго-сома, погружаясь в цитоплазму, мо­жет сливаться с первичной лизосо-мой, вследствие чего поглощенная клеткой органическая микрочасти­ца, например бактериальная клетка, переваривается. Путем фагоцитоза питаются амебы и ряд других про­стейших. У многоклеточных живот­ных и человека к фагоцитозу способ-

ны только немногие клетки (напри­мер, макрофаги соединительной тка­ни и лейкоциты крови). Эти клетки поглощают бактерии, а также разно­образные твердые частицы, случайно попавшие в организм и, тем самым, защищают его от болезнетворных микроорганизмов и посторонних час­тиц.

Пиноцитоз — захват клеточной поверхностью и по­глощение клеткой жидкости (в виде истинных и коллоидных растворов). Механизм этого процесса в общих чертах сходен с фагоцитозом: капля жидкости погружается в образовав­шееся углубление клеточной мемб­раны, окружается ею и оказывается в цитоплазме в виде пузырька диа­метром 0,07—2 мкм. При слиянии пузырька с лизосомой, содержащие ся в нем вещества, перевариваются до простейших органических соеди­нений.

В процессе пиноцитоза большое по площади количество мембран изыма­ется с поверхности клетки. Напри­мер, в течение часа может быть по­глощена мембрана, площадь которой вдвое превышает всю поверхность клетки. Однако компенсаторные ме­ханизмы непрерывно пополняют эту убыль, благодаря чему общая пло­щадь пдазмалеммы остается относи­тельно постоянной. Пиноцитоз — основной способ транспорта в клетку макромолекул белков, липидов и гликопротеинов. О его интенсивно­сти свидетельствует способность клетки поглощать за сутки количест­во жидкости, равное объему самой клетки.

Механизм пиноцитоза весьма сложен. Этот процесс осуществляется в специализиро­ванных областях поверхностного аппарата клетки, называемых окаймленными ямками. Они представляют собой небольшие впячива-ния плазмалеммы, под которыми находится большое количество белка клатрина. В облас­ти окаймленных ямок на поверхности клеток располагаются также многочисленные рецеп­торы, способные специфически распознавать и связывать транспортируемые молекулы. Та­кие молекулы называются лигандами. Пиноци-тоз, благодаря высокой концентрации рецеп­торов в окаймленных ямках, обеспечивает из­бирательность и эффективность транспорта специфических молекул..

Экзоцитоз— процесс выведения веществ из клетки. Вещества, подлежащие выведению из клетки, заключаются в транспортные пузырьки, кото­рые обычно образуются в комплексе Гольджи и в эндоплазматической сети и направляются к клеточной мембране. Мембрана пузырьков встраивается в нее, а содержимое их изливается за пределы клетки, либо, сохраняя связь с плазмалем-мой, включается в гликокалликс.

Существуют два типа экзоцитоза: конститутивный (основной) и регу­лируемый.

Конститутивный экзоцитоз непрерывно протека­ет во всех клетках организма. Он служит основным механизмом выведения из клетки продуктов метаболизма и постоянного восста­новления клеточной мембраны.

Регулируемый экзоцитоз осуществляется лишь в специальных клетках, выполняющих

секреторную функцию.