Обмен веществ в клетках. Раздражимость клеток

Обновлено: 17.05.2024

Обмен веществ – это процесс поглощения клеткой нужных ей веществ, их сложных превращений внутри и выведения ненужных веществ в окружающую среду.

Раздражимость – способность клеток живых организмов реагировать на внешнее и внутреннее воздействия изменением своих физико-химических и физиологических свойств.

Деление клетки – процесс образования из родительской клетки двух и более дочерних клеток.

Рост клетки – это увеличение объёма, массы и размера клетки.

Обязательная и дополнительная литература по теме

Биология. 5–6 классы. Пасечник В. В., Суматохин С. В., Калинова Г. С. и др. / Под ред. Пасечника В. В. М.: Просвещение, 2019
Биология. 6 класс. Теремов А. В., Славина Н. В. М.: Бином, 2019.
Биология. 5 класс. Мансурова С. Е., Рохлов В. С., Мишняева Е. Ю. М.: Бином, 2019.
Биология. 5 класс. Суматохин С. В., Радионов В. Н. М.: Бином, 2014.
Биология. 6 класс. Беркинблит М. Б., Глаголев С. М., Малеева Ю. В., Чуб В. В. М.: Бином, 2014.
Биология. 6 класс. Трайтак Д. И., Трайтак Н. Д. М.: Мнемозина, 2012.
Биология. 6 класс. Ловягин С. Н., Вахрушев А. А., Раутиан А. С. М.: Баласс, 2013.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Живые клетки дышат, питаются, растут и размножаются. Вещества, необходимые для жизнедеятельности клеток, поступают в них сквозь клеточную мембрану в виде растворов из внешней среды и других клеток. Причём мембрана хорошо пропускает в клетку одни вещества (например, воду) и задерживает другие. В клетках живых организмов постоянно происходят разнообразные реакции. Если их ход нарушается, то это может привести к серьёзным изменениям жизнедеятельности клетки. Так, получаемые извне органические и минеральные вещества используются клетками для образования необходимых им веществ и построения клеточных структур. При распаде органических веществ выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности клетки. Движению питательных веществ внутри клетки способствует цитоплазма. Чем активнее жизнедеятельность клетки, тем больше скорость движения цитоплазмы.

Для клеток, как и всего живого на Земле, характеры обмен веществ и энергии, рост и размножения. Клетки живых организмов дышат, питаются, растут, обладают способностью к размножению.

Движение цитоплазмы внутри клетки способствует перемещению питательных веществ и воздуха. Чем активнее жизнедеятельность клетки, тем больше скорость движения цитоплазмы. Нередко живые растущие клетки всех органов растения меняют форму. Их оболочки округляются и местами отходят друг от друга. В этих участках межклеточное вещество разрушается. Возникают межклетники, заполненные воздухом.

Для клеток характерно такое свойство всех живых организмов, как раздражимость, то есть они реагируют на внешние и внутренние воздействия. Одноклеточные организмы, реагируя на условия среды, могут изменять свою форму, двигаться в сторону пищи или, наоборот, покидать места, где условия неблагоприятны.

В результате деления и роста клеток происходит рост организма у целом. Деление клетки – необходимый процесс постоянного обновления клеток. Поскольку происходит увеличение количества клеток, этот процесс считается размножением клеток.

Обмен веществ в клетках. Раздражимость клеток

Система реактивности клетки. Воспроизведение клеток.

Комплекс структур, обеспечивающий клетке свойства раздражимости и реактивности, тесно связан с плазмолеммой. Он представлен рецепторами, интегральными белками-переносчиками плазмолеммы, белковыми насосами и гликопротеинами гликокаликса. Эти структуры выполняют функции восприятия (рецепции) и передачи (трансдукции) сигналов.

Таким образом, рецепторная функция плазмолеммы адаптирует клетку к внешним условиям, способствует восприятию регулирующих факторов и сохранению постоянства внутриклеточного гомеостаза и жизнеспособности.

Кроме рецепторов, расположенных в плазмолемме, существует большая группа внутриклеточных рецепторов, например, в цитоплазме — к стероидным гормонам, рецепторы на мембранах митохондрий, комплекса Гольджи, ядра и др. Все они участвуют в метаболических реакциях клетки, играя важную роль в трансмембранном переносе веществ.

С помощью рецепторов обеспечивается специфический, или рецепторно-опосредованный, эндоцитоз. При специфическом эндоцитозе клетка избирательно поглощает те вещества (лиганды), к которым имеет рецепторы в составе плазмолеммы. Рецепторы, связывая лиганд, способны активно смещаться в плазмолемме и накапливаться в зонах эндоцитозных ямок. Вокруг эндоцитозной ямки и в последующем вокруг эндосомы концентрируется слой белка — клатрина, роль которого состоит в том, чтобы препятствовать слиянию эндосом. В процессе продвижения эндосом по клетке клатриновая оболочка исчезает и отдельные эндосомы получают возможность сливаться друг с другом и формировать вакуоли. Обязательным при рецепторно-опосредованном эндоцитозе является возвращение рецептор-содержащего фрагмента мембраны эндосомы в состав плазмолеммы.

Воспроизведение клеток

Период жизни большинства клеток тканей человека колеблется в широких пределах.
Следует различать клетки с короткой продолжительностью жизни. Последняя равна времени от одного деления до другого и включает период подготовки к митозу — автосинтетическую интерфазу, и собственно митоз. Однако в гистогенезе большинство клеток после определенного числа делений переходит в гетеросинтетическую интерфазу, которая включает время роста, дифференцировки, функционирования, старения и смерти. При этом продолжительность жизни клетки возрастает. Например, клетки нервной ткани живут долго, сравнимо с продолжительностью жизни организма.

Основным способом деления животных клеток является митоз. Митозу предшествует автосинтетическая интерфаза. В последней выделяются три периода: 1) G1(от англ. gap — промежуток) — постмитотический, пресинтетический, во время которого отсутствует синтез ДНК; 2) S — синтетический, на протяжении которого в хромосомах клеточного ядра осуществляется синтез новой молекулы ДНК; 3) G2 — премитотический, постсинтетический, в течение которого клетка готовится к митозу. Продолжительность указанных периодов в интерфазе различных клеток неодинакова. S-период следует считать одним из ключевых периодов, так как без синтеза ДНК невозможны митотическое деление и последующее образование дочерних клеток, идентичных по объему генетической информации исходной материнской клетке.

В процессе подготовки клетки к митозу во время S-периода интерфазы происходит удвоение молекул ДНК. Это явление принято называть репликацией ДНК. После окончания S-периода количество ДНК в ядре становится равным 4 с, тогда как содержание ДНК в одном ядре в неделящихся диплоидных клетках составляет 2 с.

Следовательно, после завершения митоза в дочерние клетки попадают по одной родительской и комплементарной ей новой (дочерней) цепи ДНК. Так в каждой дочерней клетке сохраняется исходная двухцепочечная структура молекулы ДНК — генетическая копия родительской.

Цикл клеточной репродукции регулируется многочисленными вне- и внутриклеточными механизмами. К внеклеточным относятся влияния на клетку цитокинов, факторов роста, гормональных и неирогенных стимулов. Роль внутриклеточных регуляторов играют специфические белки цитоплазмы. В течение каждого клеточного цикла существуют несколько критических точек, соответствующих переходу клетки из одного периода цикла в другой. Ключевое значение в прохождении каждого периода цикла и в подготовке клетки к вступлению в следующий период имеет сочетанное влияние внутриклеточных белков (Gi-циклины, S-циклины, М-циклины и др.).

Таким образом, все критические точки цикла клеточной репродукции находятся под контролем комплекса внутриклеточных специализированных белков. Мутации генов, кодирующих некоторые из них, называются онкогенными. Например, в норме белок Р53 ("блюститель генома") воспринимает нарушение структуры ДНК и останавливает клетку в G1 или С2-периодах цикла. В случае, если невозможна репарация ДНК, то белок Р53 инициирует гибель клетки путем апоптоза. Существуют и другие белки, участвующие в регуляции синтеза и репарации ДНК, благодаря которым прерывается клеточный цикл (например, за счет блока расхождения сестринских хроматид в анафазе митоза).

В митозе выделяют четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Каждая из этих фаз характеризуется определенными изменениями в структуре ядра и цитоплазмы делящейся клетки.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Обмен веществ — поступление в клетку веществ, их усвоение и выведение продуктов жизнедеятельности. Вещества из внешней среды поступают через цитоплазматическую мембрану н по каналам эндоплазматическои сети или непосредственно по гиалоплазме транспортируются к клеточным органоидам и ядру. Их дальнейшие превращения происходят под воздействием многочисленных ферментов, которые синтезируются в клетке на рибосомах эндоплазматическои сети.

Энергия, необходимая для процессов обмена, вырабатывается, накапливается и распределяется митохондриями. Продукты жизнедеятельности клетки по каналам эндоплазматическои сети поступают к цитоплазматической мембране, через которую и выводятся, либо образуют в цитоплазме клеточные включения. Белковые секреты обычно транспортируются к пластинчатому комплексу, в котором накапливаются и обособляются в виде секреторных гранул.

Разнообразные ферменты, способные расщеплять (гидролизировать) макромолекулярные комплексы клетки, содержатся в лизосомах. При разрыве лизосомноп мембраны (например, в результате повреждения клетки) ферменты высвобождаются и происходит переваривание ими клеточного содержимого. Этим можно объяснить лизис мертвых или умирающих клеток.

Раздражимость — свойство клеток отвечать на воздействие окружающей среды. Формы раздражимости различны: возбудимость нервных и мышечных клеток, секретообразованпе, выделение секрета и др. Более простой реакцией на внешние воздействия является внутреннее перемещение частей клетки, в результате чего осуществляется и функция движения клетки вцелом. Движение клетки может быть также результатом сокращения миофибрилл, биения ресничек или жгутиков в ответ на раздражители.

Жизненный цикл клетки начинается с момента ее образования (в результате деления материнской клетки), включает процессы роста и дифференциации и заканчивается у одних клеток делением, у других старением и смертью. В быстро делящихся клетках период между двумя делениями (интерфаза) короткий. У клеток, утративших способность к делению, интерфаза является основным периодом жизненного цикла, длительность ее может совпадать со сроком жизни организма (например, у невроцитов).

Различают непрямое деление клеток — митоз или кариокинез и прямое деление — амитоз. Специализированной формой митоза является эндомитоз. У половых клеток имеет место особый вид деления — мейоз.

Митоз — наиболее распространенный способ деления, в результате которого каждая из двух дочерних клеток получает такой же набор хромосом, какой имела материнская клетка (2n). Во время этого процесса происходит полная перестройка ядра, протекающая в закономерной последовательности и состоящая из ряда постепенно сменяющихся стадий: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

В ранней профазе происходит заметное увеличение ядра и появление хромосом в виде спирализованных тонких нитей, сплетенных наподобие клубка, равномерно заполняющего ядро. По мере развития профазы хромосомы прогрессивно спирализуются, что обусловливает их укорочение и уплотнение; при этом связь между хроматидами ослабевает; к концу профазы они располагаются параллельно друг другу, оставаясь соединенными только в области центромеров (перетяжек). Окончание профазы связано с разрушением оболочки ядра, исчезновением ядрышка и появлением митотического веретена с двумя полюсами, формирующегося из центросомы.

В метафазе максимально укороченные хромосомы, направляемые своими центромерами, постепенно передвигаются к экватору веретена, где они располагаются в одной плоскости точно посередине между полюсами. Хромосомы связаны с нитями веретена при помощи иентромер. В этот период число, размеры и форму хромосом легко определить, рассматривая их со стороны полюсов.

Переход из метафазы в анафазу выражен четко. Одновременно во всех хромосомах удваиваются центромеры. Они двигаются к противоположным полюсам, увлекая за собой разъединившиеся сестринские хроматиды, которые с этого момента называются сестринскими хромосомами.

Обмен веществ и энергии. Питание. Анаболизм. Катаболизм.

Обмен веществ и энергии лежит в основе всех проявлений жизнедеятельности и представляет собой совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.

Для поддержания жизнедеятельности в процессе обмена веществ и энергии обеспечиваются пластические и энергетические потребности организма. Пластические потребности удовлетворяются за счет веществ, используемых для построения биологических структур, а энергетические — путем преобразования химической энергии поступающих в организм питательных веществ в энергию макроэргических (АТФ и другие молекулы) и восстановленных (НАДФ • Н — никотин-амид-адениндинуклеотидфосфат) соединений. Их энергия используется организмом для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, а также компонентов клеточных мембран и органелл клетки, для выполнения деятельности клеток, связанной с использованием химической, электрической и механической энергии.

Обмен веществ и энергии (метаболизм) в организме человека — совокупность взаимосвязанных, но разнонаправленных процессов: анаболизма (ассимиляции) и катаболизма (диссимиляции).

Анаболизм — это совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей. Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргических соединений и их накопление.

Катаболизм — это совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ (с использованием части из них в качестве предшественников биосинтеза) и до конечных продуктов метаболизма (с образованием макроэргических и восстановленных соединений).

Взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей организма. Сопряжение анаболических и катаболических процессов в организме могут осуществлять различные вещества, но главную роль в этом сопряжении играют АТФ, НАДФ • Н. В отличие от других посредников метаболических превращений АТФ циклически рефосфорилируется, а НАДФ • Н — восстанавливается, что обеспечивает непрерывность процессов катаболизма и анаболизма.

Обеспечение энергией процессов жизнедеятельности осуществляется за счет анаэробного (бескислородного) и аэробного (с использованием кислорода) катаболизма поступающих в организм с пищей белков, жиров и углеводов. В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Лактат — промежуточный продукт обмена. В химических связях его молекулы аккумулировано значительное количество энергии. Энергии, образующейся в ходе анаэробного обмена, недостаточно для осуществления процессов жизнедеятельности животных организмов. За счет анаэробного гликолиза могут удовлетворяться лишь относительно кратковременные энергетические потребности клетки.

В организме животных и человека в процессе аэробного обмена органические вещества, в том числе продукты анаэробного обмена, окисляются до конечных продуктов — С02 и Н20. Общее количество молекул АТФ, образующихся при окислении 1 моля глюкозы до С02 и Н20, составляет 25,5 моля. При окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов. Так, при окислении 1 моля пальмитиновой кислоты образуется 91,8 моля АТФ. Количество молей АТФ, образующихся при полном окислении аминокислот и углеводов, примерно одинаково. АТФ играет в организме роль внутренней «энергетической валюты» и аккумулятора химической энергии клеток.

Основным источником энергии восстановления для реакции биосинтеза жирных кислот, холестерина, аминокислот, стероидных гормонов, предшественников синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот является НАДФ • Н. Образование этого вещества осуществляется в цитоплазме клетки в процессе фосфоглюконатного пути катаболизма глюкозы. При таком расщеплении из 1 моля глюкозы образуется 12 молей НАДФ • Н.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия или временного превалирования одного из них. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а катаболических — к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста. В детском возрасте преобладают процессы анаболизма, а в старческом — катаболизма. У взрослых людей эти процессы находятся в равновесии. Их соотношение зависит также от состояния здоровья, выполняемой человеком физической или психоэмоциональной деятельности.

Урок 7. Жизнедеятельность клетки

Читайте также: