Органические и неорганические вещества клетки. БАВ, синтезируемые в клетке и их значение для медицины.

Понятие биологической системы. Клетка как открытая система. Организация потоков вещества, энергии и информации в клетках многоклеточного организма. Примеры процессов самообновления, самовоспроизведения и саморегуляции в клетке.

Биологическая система – это биологические объекты различной сложности (клетки, ткани, организмы, биоценозы), имеющие, как правило, несколько уровней структурно-функциональной организации. Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, биологические системы обладают свойствами целостности, способности к саморегуляции, что и определяет их устойчивость, а также способность к адаптации по отношению к внешней среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции. Любая биологическая система является динамической – в ней постоянно протекает множество процессов, часто сильно различающихся во времени. В то же время биологическая система – открытая система, условием существования которой служит обмен энергией, веществом и информацией как между частями системы, так и с окружающей средой. Важнейшая особенность биологической системы заключается в том, что такой обмен осуществляется под контролем специальных механизмов реализации генетической информации и внутреннего управления, которые позволяют избежать «термодинамической смерти» путем использования энергии, извлекаемой из внешней среды. Примером биологической системы являются все живые организмы, населяющие нашу планету, в том числе и растения.

Клетка — элементарная структурная, функциональная и генетическая единица. Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм — одноклеточных, многоклеточных и даже неклеточных. Клетка является открытой системой, благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен в-в, использование биологической информации, размножение, св-ва наследственности и изменчивости, обуславливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Все клеточные формы жизни на Земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток:

- прокариоты (доядерные) — более простые по строению и возникли в процессе эволюции раньше;

- эукариоты (ядерные) — более сложные, возникли позже.

На уровне клетки проявляются большинство основных свойств живой материи - обмен веществ и энергии, рост, развитие, раздражение, самовоспроизведение. Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями. Так, например, выделенные актин-миозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки активно «работают» многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биологически молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок и т. д.

Клеточная теория

Важнейшим научным доказательством единства всего живого послужила клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена (1839).

Основные положения:

1. Клетка - элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.

2. Клетка - единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов.

3. Клетки всех организмов гомологичны.

4. Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.

5. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны (способность клетки путем деления дать начало любому клеточному типу организма).

Саморегуляция — свойство биологических систем автоматически устанавливать и поддерживать на определённом, относительно постоянном уровне те или иные физиологические или других биологические показатели. Примером саморегуляции на молекулярном уровне могут служить те ферментативные реакции, в которых конечный продукт, определенная концентрация которого поддерживается автоматически, влияет на активность фермента.

Самообновление, то есть способность сохранять неизменный фенотип после деления (без дифференцировки). Самообновления — разрушение лизосомами поврежденных органоидов, в замен которых образуются новые;

Самовоспроизведение — способность живого организма, его органа, ткани, клетки или клеточного органоида, или включения к образованию себе подобного. Самовоспроизведение у живых организмов происходит за счет размножения.

Органические и неорганические вещества клетки. БАВ, синтезируемые в клетке и их значение для медицины.

У всего живого, в составе клеток есть органические и неорганические вещества.

Неорганических веществ - это вода (40-98% от всего объема клетки) и минеральные вещества.

Вода в клетке выполняет множество важнейших функций: она обеспечивает упругость клетки, быстроту проходящих в ней химических реакций, перемещение поступивших веществ по клетке и их вывод, в воде растворяются многие вещества, она может участвовать в химических реакциях и именно на воде лежит ответственность за терморегуляцию всего организма, так как вода обладает неплохой теплопроводностью.

Минеральные вещества делятся на макроэлементы и микроэлементы, также в организме есть и ультрамикроэлементы,

- Макроэлементы - железо, азот, калий, магний, натрий, сера, углерод, фосфор, кальций и многие другие. - Микроэлементы - это, в большинстве своем, тяжелые металлы, такие, как бор, марганец, бром, медь, молибден, йод цинк.

- Ультрамикроэлементы - золото, уран, ртуть, радий, селен и другие.

Органические вещества — составляют 20-30% состава клетки. Они могут быть простыми (аминокислоты, глюкоза, жирные кислоты) и сложными (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды).

К органическим веществам относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул - гормонов, пигментов, АТФ и многие другие.

1) Углеводы — одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также входят в состав клеток всех других организмов. В животной клетке содержится I— 2% углеводов, в растительных в некоторых случаях — 85—90%.

Выделяют: моносахариды, или простые сахара; олигосахариды — соединения, состоящие из 2—10 последовательно соединенных молекул простых сахаров; полисахариды, состоящие более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных.

2) Белки - высокомолекулярныеорганические вещества, мономерами которых являются аминокислоты. В строении молекул белков различают 4 уровня организации: первичная структура, вторичная структура, третичная структура, четвертичная структура. Нарушение природной структуры белка называют денатурацией, возникает под воздействием высокой температуры, химических веществ, лучистой энергии и др. факторов.

Функции белка в жизни клеток и организмов: строительная (структурная), каталитическая функция, опорнодвигательная, транспортная, защитная, энергетическая, регуляторная и гормональная, рецепторная

3) Липиды - нерастворимые в воде жиры и жироподобные вещества, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. У растений - в семенах, плодах. Кроме жиров в клетках присутствуют и их производные - стероиды (холестерин, гормоны и жирорастворимые витамины А, D, К, Е, F).

Функции липидов: структурная, энергетическая, запасательная, защитная, влияют на функционирование нервной системы, источник воды для организма.

4) Нуклеиновая кислота -высокомолекулярное органическое соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации. Существует два вида нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Биологически активные вещества (БАВ) — химические вещества, обладающие высокой физиологической активностью при небольших концентрациях по отношению к определённым группам живых организмов (в первую очередь — по отношению к человеку, а также по отношению к растениям, животным, грибам и пр.) или к отдельным группам их клеток. Физиологическая активность веществ может рассматриваться как с точки зрения возможности их медицинского применения, так и с точки зрения поддержания нормальной жизнедеятельности человеческого организма либо придания группе организмов особых свойств (таких, например, как повышенная устойчивость культурных растений к болезням).

К биологически активным веществам относятся: ферменты, витамины и гормоны. Это жизненно важные и необходимые соединения, каждое из которых выполняет незаменимую и очень важную роль в жизнедеятельности организма. Переваривание и усвоение пищевых продуктов происходит при участии ферментов, синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, липидов, гормонов и других веществ в тканях организма представляет собой также совокупность ферментативных реакций. Впрочем, и любое функциональное проявление живого организма - дыхание, мышечное сокращение, нервно-психическая деятельность, размножение и т.д. - тоже непосредственно связаны с действием соответствующих ферментных систем. Их значение для человеческого организма не ограничивается рамками нормальной физиологии. В основе многих заболеваний человека лежат нарушения ферментативных процессов.

1) Гормоны - это продукты внутренней секреции, которые вырабатываются специальными железами или отдельными клетками, выделяются в кровь и разносятся по всему организму, в норме вызывая определенный биологический эффект. Сами гормоны непосредственно не влияют на какие-либо реакции клетки. Только связавшись с определенным, свойственным только ему рецептором вызывается определенная реакция.

2) Витамины — это органические соединения различной химической структуры, которые необходимы для нормального функционирования практически всех процессов в организме. Они повышают устойчивость организма к различным экстремальным факторам и инфекционным заболеваниям, способствуют обезвреживанию и выведению токсических веществ и т. д.

3) Ферменты - белки и биополимеры. Синтезируются в рибосомах. Бывают двух типов: однокомпонентные

(состоят только из белка) и двухкомпонентные (из белка и небелкового компонента: неорг и орг). Почти каждая химическая реакция в клетке катализируется особым ферментом. Ферменты участвуют в синтезе белка, ДНК и РНК. Они содержатся в слюне, в желудочном соке, в каждой клетке.

Эукариотическая клетка — форма организации живой материи. Основные структурные компоненты эукариотической клетки. Современные представления о строении и функциях биологических мембран, Принципы компартментации. Транспорт в-в через плазмолемму.

Эукариоты — домен (надцарство ) живых организмов, клетки которых содержат ядра (ядерные). К ним относятся все высшие животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток. В цитозоле любой (не только растительной) современной эукариотической клетки находятся следующие органеллы:

ядро, ЭПС, аппарат Гольджи, цитоскелет, центриоль, митохондрии, лизосомы; растительная клетка наряду с этими органеллами обязательно содержит: пластиды, вакуоли.