Как происходит синтез строительных материалов клетки
Где синтезируются те химические соединения, из которых строится клетка, строится живой организм? На рибосомах и происходит «сборка» аминокислот в молекулы белков. Таким образом, мембраны эндоплазматической сети с сидящими на них рибосомами представляют собой своего рода сборочные цеха клетки, в которых из сырья — аминокислот — строятся молекулы белков.
Последовательность, с которой на рибосомах включаются те или иные аминокислоты в формирующуюся полипептидную цепь, а следовательно, и строение белковой молекулы, определяется строением молекулы ДНК, которое отличается видовой специфичностью, передаваемой по наследству при делении клеток, когда половинка двойной спирали ДНК переходит из клетки материнской в дочернюю.
Итак, в соответствии с информацией, «записанной» в ДНК в виде так называемого триплетного кода ее азотистых оснований, в ядре синтезируются информационные РНК. Последние из ядра выходят в цитоплазму и несут эту информацию к рибосомам. В соответствии с этой информацией аминокислоты включаются в полипептидную цепь в той или иной последовательности, синтезируются белки, специфические для данного вида организма.
Органы и железы
В организме ткани разных видов соединяются и образуют органы и железы. Органы имеют особое строение и функции; они составлены тканями двух или более видов. К органам относятся сердце, легкие, печень, мозг и желудок. Железы состоят из эпителиальной ткани и вырабатывают особые вещества. Различают два типа желез: эндокринные и экзокринньте. Эндокринные железы называют железами внутренней секреции, т.к. они выбрасывают вырабатываемые вещества — гормоны — непосредственно в кровь. Экзокринные (железы внешней секреции) — в каналы, например, пот из соответствующих желез по соответствующим каналам доходит до поверхности кожи.
Системы организма
Группы связанных между собой органов и желез, которые выполняют сходные функции, формируют системы мы организма. К ним относятся: покровная, скелетная, мышечная, респираторная (дыхательная), кровеносная (циркуляторная), пищеварительная, мочеполовая, нервная и эндокринная.
Ткани
Эпителиальная ткань
Из эпителиальной ткани состоят стенки и покровы многих органов и сосудов; различают два ее типа: простая и сложная.
Простая эпителиальная ткань состоит из одного слоя клеток, которые бывают четырех видов:
- Чешуйчатая: плоские клетки лежат шкалообразно, край к краю, в ряд, подобно кафельному полу. Чешуйчатый покров встречается у частей тела, которые мало подвержены износу и повреждению, например стенки альвеол легких в респираторной системе и стенки сердца, кровеносные и лимфатические сосуды в кровеносной системе.
- Кубовидная: кубические клетки, расположенные в ряд, формируют стенки некоторых желез. Эта ткань пропускает жидкость в процессе секреции, например при выделении пота из потовой железы.
- Столбчатая: ряд высоких клеток, которые формируют стенки многих органов пищеварительной и мочевыделительной систем. Среди столбчатых клеток — кубкообразные, которые производят водянистую жидкость — слизь.
- Реснитчатая: одинарный слой чешуйчатых, кубовидных или столбчатых клеток, имеющих выступы, называемые ресничками. Все реснички непрерывно совершают волнообразные движения в одну сторону, что позволяет веществам, например слизи или ненужным субстанциям, продвигаться по ним. Из такой ткани сформированы стенки органов дыхательной системы и репродуктивных органов. 2. Сложная эпителиальная ткань состоит из множества слоев клеток и бывает двух основных видов.
Слоистая — множество слоев чешуйчатых, кубовидных или столбчатых клеток, из которых формируется защитный слой. Клетки либо сухие и затвердевшие, либо влажные и мягкие. В первом случае клетки ороговевшие, т.е. они высохли, и получился волокнистый протеин — кератин. Мягкие клетки — не ороговевшие. Примеры твердых клеток: верхний слой кожи, волосы и ногти. Покровы из мягких клеток -слизистая оболочка рта и язык.Переходная — по строению схожа с неороговевшим слоистым эпителием, но клетки более крупные и округлые. Это делает ткань эластичной; из нее образованы такие органы, как мочевой пузырь, то есть те, которые должны растягиваться.
Как простой, так и сложный эпителий, должны прикрепляться к соединительной ткани. Место соединения двух тканей известно как нижняя мембрана.
Соединительная ткань
Бывает твердой, полутвердой и жидкой. Насчитывают 8 видов соединительной ткани: ареолярная, жировая, лимфатическая, эластичная, фиброзная, хрящевая, костная и кровяная.
- Ареолярная ткань — полутвердая, проницаемая, находится по всему телу, являясь связующей и опорной для других тканей. Она состоит из протеиновых волокон коллагена, эластина и ретикулина, которые обеспечивают ее силу, эластичность и прочность.
- Жировая ткань — полутвердая, присутствует там же, где и ареолярная, формируя изоляционный подкожный слой, который способствует сохранению телом тепла.
- Лимфатическая ткань — полутвердая, содержащая клетки, которые защищают организм, поглощая бактерии. Лимфатическая ткань формирует те органы, которые ответственны за контроль здоровья организма.
- Эластичная ткань — полутвердая, является основой эластичных волокон, которые могут растягиваться и при необходимости восстанавливать форму. Примером является желудок.
- Фиброзная ткань — прочная и твердая, состоящая из соединительных волокон из протеина коллагена. Из этой ткани образованы сухожилия, которые соединяют мышцы и кости, и связки, соединяющие кости между собой.
- Хрящевая ткань — твердая, обеспечивающая связь и защиту в форме гиалиновых хрящей, соединяющих кости с суставами, волокнистых хрящей, соединяющих кости с позвоночником, и эластичных хрящей уха.
- Костная ткань — твердая. Из нее состоят твердый, плотный компактный слой кости и несколько менее плотное губчатое вещество кости, которые вместе формируют костную систему.
- Кровь — жидкое вещество, состоящее на 55% из плазмы и на 45% из клеток. Плазма составляет основную жидкую массу крови, а клетки в ней выполняют защитную и соединительную функции.
Мышечная ткань
Мышечная ткань обеспечивает движение тела. Различают скелетную, висцеральную и кардиальную виды мышечной ткани.
- Скелетная мышечная ткань — бороздчатая. Она отвечает за сознательное движение тела, например движение при ходьбе.
- Висцеральная мышечная ткань — гладкая. Она ответственна за непроизвольные движения, такие как передвижение пищи по пищеварительной системе.
- Сердечная мышечная ткань обеспечивает пульсацию сердца — сердцебиение.
Нервная ткань
Нервная ткань выглядит как пучки волокон; она составлена клетками двух видов: нейронами и нейроглиями. Нейроны — длинные, чувствительные клетки, которые принимают сигналы и реагируют на них. Нейроглии поддерживают и защищают нейроны.
Фото насекомых и других объектов под микроскопом
Микроскопы – это уникальные инструменты, которые широко используются в наше время. Обычно обыватель ими не пользуется, однако, микроскопы ежедневно играют важную роль во многих процессах, которые помогают нашу жизнь сделать более комфортной. Некоторые исследователи, которые работают с микроскопами, частенько называют микроскопическую жизнь примитивной. Большая часть людей не имеют доступа к мощным микроскопам, чтобы наблюдать микромир самостоятельно, поэтой причине они вынуждены верить ученым на слово. Но правда ли, что микроскопическая жизнь «примитивна» ? Давайте рассмотрим некоторые объекты под микроскопом и поразимся их сложности и красоте.
(Под микроскопом фото №1)
Из эстетических качеств птиц перья являются самыми важными. Фраза «легок как перо» описывает совершенство сложной структуры пера.
(Под микроскопом фото №2)
Головной мозг состоит в основном из нейронов, каждый из которых при рассмотрении под микроскопом напоминает спрут с множеством щупальцев. Нейрон способен передавать электрические импульсы следующему нейрону!
(Под микроскопом фото №3)
В 1921 году ученый Пейнтер впервые использовал мужские половые клетки для того, чтобы под микроскопом подсчитать их количество.
(Под микроскопом фото №4)
Крылья бабочек покрыты крошечными чешуйками, образующими разные цвета и узоры. Под микроскопом они похожи на кровельную черепицу, которая имеет разнообразные перекрытия.
(Под микроскопом фото №5)
Твердая, как камень, и блестящая окаменевшая кость динозавра, в которой под микроскопом обнаруживается, что все ее полости заполнены минералами, не является доказательством того, что на ее образование обязательно ушли миллионы лет.
(Под микроскопом фото №6)
Все муравьи имеют удивительные черты дизайна. У них есть две группы челюстей — внешняя пара челюстей используется для того, чтобы переносить предметы и копать, а внутренняя пара используется для пережевывания пищи.
(Под микроскопом фото №7)
Стрекоза имеет глаз, который считается самой сложной и эффективной структурой среди всех насекомых. Два полусферических глаза, занимающие половину размера головы, дают насекомому очень широкое поле зрения. Каждый глаз состоит приблизительно из 30 000 различных линз.
(Под микроскопом фото №8)
Водомерки словно по льду легко скользят по поверхности прудов и ручьев. Как им удается «ходить по воде» и оставаться при этом полностью сухими?
(Под микроскопом фото №9)
Недавно в Китае был обнаружен окаменелый паук, который настолько замечательно сохранил свои анатомические особенности строения, что исследователи даже смогли определить его вид.
(Под микроскопом фото №10)
Медоносные пчелы летают с таким удивительным проворством, которому могли бы позавидовать пилоты, выполняющие фигуры высшего пилотажа. И при этом их навигационная «программа» упакована в мозгу, размер которого не превышает семечки кунжута.
(Под микроскопом фото №11)
Каждой частью нашего тела руководит крошечная, но между тем сложная жизнь. Исследование с помощью микроскопа глубин любого человеческого органа знакомит нас с поразительным чудом сотворения: миллионы крошечных жизненно необходимых веществ, составляющих орган, вовлечены в напряжённую деятельность. Эти крохотные существа являются клетками, основными составляющими жизни.
(Под микроскопом фото №12)
«Низшие бактерии оказываются намного сложнее, чем мы представляли раньше»
(Под микроскопом фото №13)
Диатомея – это крохотное растение размером 1/4 диаметра человеческого волоса. Каждая из них – это чудо сложного архитектурного дизайна.
(Под микроскопом фото №14)
Большинство других растений приостанавливают фотосинтез на ночное время, а криптофиты продолжают поглощать свет.
Клетки
Клетки бывают разных форм и размеров, но для всех из них есть общая схема строения.
Клетка состоит из протоплазмы, бесцветного, прозрачного желеподобного вещества, состоящего на 70% из воды и из разных органических и неорганических веществ. Большинство клеток состоят из трех основных частей: внешняя оболочка, называемая мембраной, центр — ядро и полужидкая прослойка — цитоплазма.
- Клеточная мембрана состоит из жиров и протеинов; она полупроницаема, т.е. пропускает такие вещества, как кислород и оксид углерода.
- Ядро состоит из особой протоплазмы, называемой нуклеоплазмой. Ядро часто называют «информационным центром» клетки, поскольку в нем содержится вся информация о росте, развитии и функционировании клетки в форме ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). В ДНК содержится материал, необходимый для развития хромосом, которые несут наследственную информацию от материнской клетки к дочерней. В клетках человека 46 хромосом, по 23 от каждого родителя. Ядро окружено мембраной, которая отделяет его от других структур клетки.
- В цитоплазме находится множество структур, называемых оргаиеллами, или «маленькими органами», в число которых входят: митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы, эндоплазматическая сеть и центриоли:
- Митохондрии — сферические, продолговатые структуры, которые часто именуют «энергетическими центрами», поскольку они обеспечивают клетку силой, необходимой для производства энергии.
- Рибосомы — гранулярные образования, источник протеина, необходимого клетке для роста и восстановления.
- Аппарат Гольджи состоит из 4-8 соединенных между собой мешочков, которые производят, сортируют и поставляют протеины в другие части клетки, для которых они являются источником энергии.
- Лизосомы — сферические структуры, которые вырабатывают вещества для избавления от поврежденных или изношенных частей клетки. Они являются «очистителями» клетки.
- Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, по которым вещества транспортируются внутри клетки.
- Центриоли — две тонкие цилиндрические структуры, расположенные под прямым углом. Они участвуют в формировании новых клеток.
Клетки не существуют самостоятельно; они работают в группах из подобных клеток — тканях.
Инфузория туфелька фото.
Прекрасная фотография инфузории туфельки. Фотограф – Rogelio Moreno Gill (Панама). Это гигантский микроб – его размер достигает 0,3 мм, поэтому для создания этого фото хватило микроскопа с увеличением 40 крат. Трудно поверить, но это – одноклеточное животное, оно умеет перемещаться с помощью подвижных ресничек в поисках пищи. Питается более мелкими микроорганизмами, бактериями и клетками, заглатывая их в ротовую полость. То есть мы здесь имеем дело с невидимым хищником микромира.
Диатомовые водоросли.
Победитель конкурса Small World 2013 — Wim van Egmond из Роттердама с фотографией морского планктона, увеличенного в 250 раз. Морской планктон очень богат всевозможными микроорганизмами, в данном случае мы видим спиралевидную колонию одноклеточных диатомовых водорослей Chaetoceros debilis. Между прочим, четверть массы всего живого на Земле составляют подобные микроорганизмы, из которых состоит морской и пресноводный планктон.
Жук-короед.
Мёртвый жук, которого едят клещи. Это прекрасное фото получило «похвальный отзыв» на конкурсе Small World 2013. Фотограф Nikola Rahme (Будапешт, Венгрия). Увеличение — 10х.
Морской червь.
Морской червь. Третье место на конкурсе Small World 2013. Автор — доктор Alvaro Migotto из «Центра Морской Биологии» (Сан-Паоло, Бразилия). Увеличение 20 крат.
Сорус папоротника.
Это изображение на конкурсе Nikon Small World 2013 было отмечено как «достойное упоминания». Здесь мы видим увеличенный в сто раз сорус папоротника (орган размножения папоротника, где вызревают его споры). Автор — доктор Igor Siwanowicz (США).
Лапка божьей коровки.
Щетинки на передней ноге семиточечной божьей коровки. Седьмое место на том же конкурсе. Фотограф — доктор Jan Michels (Кильский Институт Зоологии. Германия). Увеличение 20х.
Рыбьи икринки под микроскопом.
По мнению организаторов конкурса микро-фотографии от компании Nikon, эта работа так-же «достойна упоминания». Здесь мы видим икринки донной рыбы с увеличением в 7 раз. Автор — доктор Jaime Gómez-Gutiérrez (Междисциплинарный Центр Морских Наук, Мексика).
Мозговая клетка — нейрон.
Пятое место на конкурсе. Возбуждённый принятым импульсом нейрон. Вот этим мы с вами сейчас думаем! Доктор Kieran Boyle, Университет Глазго, Шотландия. Увеличение — 63х
Глаз креветки.
Глаз креветки Macrobrachium (Макробрахиум). Увеличение 140 крат. Прислала Vitoria Tobias Santos из Федерального Университета Рио-де-Жанейро. Шестое место в классификации конкурса.
Личинка кольчатого червя.
Восемнадцатое место на конкурсе. Личинка кольчатого червя, стократное увеличение. Christian Sardet, Национальный научный центр Франции.
Клещ.
«Морда» клеща.
Амёба обыкновенная.
Фото амёбы обыкновенной. Размер этого огромного микроорганизма достигает 0,5 мм, то есть люди с острым зрением могут его видеть даже невооружённым глазом! Но всё же, этот организм — одна единственная, очень сложная клетка.
В заключении — небольшое видео про инфузорию туфельку снятую через микроскоп:
«Микробы под микроскопом»
АТФ и митохондрии
Для любого процесса, происходящего внутри клетки, необходима энергия.
- Во-первых, связывание молекул аминокислот между собой — процесс, идущий с потреблением энергии, которую для этого синтеза поставляет АТФ — соединение, в образовании которого принимает участие ряд коферментных витаминов.
- Во-вторых, синтез ДНК осуществляется при участии недавно открытого фермента нолинуклеотидлигазы, для работы которого необходим НАД — кофермент, главным компонентом которого является витамин РР — никотинамид.
- В-третьих, синтез простых нуклеиновых кислот, из которых далее строятся полинуклеотиды — ДНК и РНК, требует наличия ферментов, содержащих витамин В12 и фолиацин.
- И, наконец, рибосомы, на которых происходит «сборка» молекул белка, — это образования, связанные с мембранами; неотъемлемым их структурным компонентом являются витамины.
Рассказав о «сборочных цехах» клеток, обратимся к их «силовым станциям».
Митохондрии, изолированные из клеток методом дифференционального центрифугирования, расщепляют молочную кислоту и другие продукты распада углеводов, а также аминокислот и жирных кислот до углекислоты и воды. Современная лабораторная техника позволяет получать не только цельные митохондрии, но и изолировать их мембраны. Оказалось, что в мембраны встроены ферменты, участвующие в переносе электронов в дыхательной цепи.
Более того: митохондриальные мембраны в сущности в значительной части построены из ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции. И, разумеется, присутствие в них, например, флавопротеидов означает наличие витамина В1 как компонента этих ферментов.
В митохондриях окисление продуктов обмена пищевых веществ не до конца еще выясненным способом сопряжено с синтезом АТФ — рассмотренной уже нами «разменной монеты» энергии, и ведущую роль в этом исключительно важном процессе играют митохондриальные мембраны
В последние годы при объяснении механизма превращения энергии в мембранах митохондрий большое внимание привлекают взгляды, развиваемые в работах советских ученых В. П
Скулачева и Е. А. Либермана. Они показали, что при дыхании в мембранах животных митохондрий происходит передвижение ионов, причем потоки ионов, заряженных положительно и отрицательно, направлены в противоположные стороны.
Вследствие этого между разноименно заряженными сторонами мембраны возникает потенциал. Таким образом, энергия дыхания (окисления) превращается в энергию мембранного потенциала.
Эта электрическая энергия используется для синтеза АТФ. Разряжаемая при синтезе АТФ мембрана в результате окисления новых порций продуктов распада углеводов и других пищевых веществ снова заряжается, и в ней продуцируются новые порции АТФ взамен израсходованных клеткой при различных биологических процессах.
Таким образом, если молекулы АТФ являются своего рода «разменной монетой» энергии, то митохондриальные мембраны можно сравнить с монетным двором, в котором слитки металла (энергии окисления) превращаются в денежные знаки. И этот процесс трансформации энергии протекает при участии уже упомянутых нами ранее витаминов, входящих в состав коферментов дыхания — НАД, ФАД и некоторых других.
Список источников
- www.sweli.ru
- www.origins.org.ua
- www.krugozors.ru
- xn--80aacenrmb1f7d9a.xn--p1ai