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

Любая живая система является открытой к внешнему миру обменивая вещество, энергию и информацию.

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.

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

Липидный слой обладает 3 свойствами:

• способность к самосборке, основанная на способности липидов к растеканию.

• свойство полупроницаемости

• является диэлектриком наружный заряд + а внутренний минус

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 – основана на свойствах билипидного слоя нести различные заряды при действии раздражителя.

7. транспортная – осуществляет транспорт веществ в клетку.

Мембранный транспорт – лежит в основе потока веществ и энергии.

ОБМЕН ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ.

Метаболизм – совокупность взаимосвязанных ферментативных и не ферментативных реакций синтеза (ассимиляция - анаболизма) и распада (диссимиляция - катаболизма) веществ, протекающих в клетке.

КАТАБОЛИЗМ – энергетический обмен, процесс распада веществ, в ходе которого выделяется энергия.

Этапы энергетического обмена:

1. Подготовительный – проходит на наружной поверхности мембраны клетки.

• Углеводы – моносахариды

• Жиры – глицерин и Высшие жирные кислоты

• Белки – аминокислоты

• Нуклеиновые кислоты – нуклеотиды

Энергетический выход: энергия рассеивается в виде тепла

2. Бескислородный (анаэробный гликолиз) – проходит в цитоплазме клетки.

Глюкоза расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты.

C₆H₁₂O₆ + 2 АДФ + 2 H₃PO₄ = 2 CH₃COCOOH + 2 АТФ + 2 H₂O

Энергетический выход: образуется две молекулы АТФ.

3. Кислородный – проходит на внутренней мембране митохондрий, пировиноградная кислота расщепляется до CO₂ и H₂O.

2 C₃H₆O₃ + 6 O₂ +36 H₃PO₄ + 36 АДФ = 36 АТФ + 6 CO₂ + 42 H₂O

Энергетический выход: образуется 36 молекул АТФ.

Транспорт веществ.

Зависит от размеров частиц, полярности молекул.

1. Пассивный – проходит без затраты энергии, вещества поступают по градиенту концентрации.

• Простая диффузия – перенос вещество через поры мембраны мелкие неполярные молекулы.

• Осмос – ионное перемещение воды

• Облегченная диффузия – перенос с помощью белков-переносчиков (глюкоза, аминокислоты).

2. Активный – проходит с затратой энергии, вещества поступают против градиента концентрации.

• Первично-активный транспорт – связан с работой ионных насосов (водородные насосы, натрий-калиевые насосы, калцевые насосы)

• Вторично-активный – источником энергии служит одновременный перенос другого вещества с помощью белков-переносчиков

3. Экзоцитоз и эндоцитоз. Экзоцитоз – выделение клеток наружу (выделительная система, железы внутренней секреции). Эндоцитоз – поглощение веществ внутрь клетки. Фагоцитоз – поглощение твердых веществ. Пиноцитоз – поглощение жидких веществ.

ПОТОК ИНФОРМАЦИИ.

Благодаря наличию потока информации клетка на основе многове­кового эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвеча­ющую критериям живого, поддерживает ее во времени, а также передает в ряду поколений.

В потоке информации участвуют ядро (конкретно ДНК хромо­сом), макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму (мРНК), цитоплазматический аппарат трансляции (рибосомы и поли­сомы, т-РНК, ферменты активации аминокислот). На завершающем этапе этого потока полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную и четвертичную структуры и используются в качестве катализаторов или структурных белков. Кроме основного по объему заключенной информации ядерного генома в эукариотических клетках функционируют также геномы митохондрий, а в зеленых растениях — и хлоропластов.