4.Клетка как открытая живая система: потоки вещества, энергии и информации в клетке, их связь с различными клеточными структурами.

Клетка – открытая живая система, которая обменивается с окружающей средой тремя потоками: вещества, энергии и информации.

Обмен веществ клетки нужен для постоянного самообновления ее белков и структурных компонентов, клетка получает из окружающей среды пластический материал, из которого строится тело или производится определенная работа. Для процесса самообновления и совершения работы нужна энергия, универсальным источником энергии является АТФ. Поток веществ и энергии тесно связаны между собой в единый процесс внутриклеточного метаболизма. Метаболизм представлен 2 каскадами: анаболизм и катаболизм. Ассимиляция (анаболизм) или пластический обмен – усвоение необходимых для организма веществ и превращение их в соединения, аналогичные компонентам этого организма и необходимые для его жизнедеятельности. Диссимиляция (катаболизм) или энергетический обмен – при котором образованные и накопленные при ассимиляции сложные органические соединения разлагаются до более простых соединений или конечных продуктов с постепенным высвобождением энергии, без которых невозможен биосинтез.

Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспечивается механизмами энергоснабжения —брожением, фото- или хемосинтезом, дыханием.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образования АТФ. Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения (например, креатинфосфат), в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы — химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, ре-гуляторную. Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окислительного фосфорилирования, а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэробный гликолиз

Обмен энергии в клетке

Метаболизм – совокупность взаимосвязанных ферментативных и неферментативных реакций синтеза (ассимиляция, анаболизм) и распада (диссимиляция, катаболизм).

1. Катаболизм (энергетический обмен).

Этапы:

1) Подготовительный.

Проходит в пищеварительной системе; на наружной поверхности мембраны и клеток (пример: в тонком кишечнике).

Расщепление:

-углеводы -> моносахариды, -белки -> аминокислоты, -жиры -> глицерин и высшие жирные кислоты

-нуклеиновые кислоты -> нуклеотиды

Энергетический выход – рассеивается в виде тепла.

2) Бескислородный (гликолиз).

В цитоплазме клеток глюкоза расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты.

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3PO4 = 2СН3СООН + 2АТФ + 2Н2О

Энергетический выход – 2 АТФ

3) Кислородный (клеточное дыхание).

На внутренней мембране митохондрий.

ПВК расщепляется до СО2 и Н2О

-образуется ацетил-коэнзим А

-цикл Кребса (1937 г.)

-перенос ее по цепи дыхательных ферментов и окислительноефосфорилирование.

2C3Н4О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ = 36АТФ + 6СО2 + 42Н2О

Энергетический выход – 36 АТФ (около 600 кДж).

2. Анаболизм (пластический обмен).

Для гетеротрофов реакции синтеза органических веществ заключается в перестройке молекул, существующих в клетке.

Для автотрофов органические вещества синтезируются в ходе фото- и хемосинтеза.

Фотосинтез – механизм преобразования энергии солнца в энергию химических связей органических веществ.

Строение биологической мембраны – бислой липидов головками внутрь клетки, а концами обращены друг другу. Пронизывают белки на различной глубине.

Функции клеточной мембраны

1) защитная, барьерная - защита от повреждения и проницаемости вредных веществ

2) адгезивная – межклеточные контакты

3) антигенная – клетки иммунной системы могут различать чужие белки.

4) рецепторная - сигналы опознавания

5) ферментативная

6) биоэлектрическая – на свойствах билипидного слоя нести различные заряды при действие раздражителя.

7) транспортная.

Мембранный транспорт – лежит в основе потока веществ и энергии. Виды транспорта- пассивный и активный, экзо- и эндо- цитоз. Пассивный транспорт без затраты энергии по градиенту концентрации. (м-на пронизана порами)

Способы

1) простая диффузия через поры (через поры мембран; вещества, растворимые в жидкости, газы);

2) облегченная диффузия - белки переносчики

3) осмос (вода поступает в клетку)