Химическая организация клетки сообщение: Презентация по теме: Химическая организация клетки

План урока

I. Организационный момент.

II. Проверка домашнего задания. Подведение к формулированию новой темы.

III. Формулирование темы, целей и задач урока.

IV. Изучение нового материала.

– Пришло время подвести итоги сегодняшнего урока. Используя знания, полученные на уроке, дополните предложения. (Рисунок 15)

– Полностью ли изучен вопрос о химической организации клетки? Посмотрим, нажимая на “шарик”. Почему открылась только половина “шарика”? (Рисунки 16 и 17)

Оценивание работы обучающихся на уроке: самооценка и оценка учителя.

Повторить материал по записям тетради и в учебнике с.104-107, ответить на вопросы.

Приложение 1

Приложение 2

Конспект урока на тему «Химическая организация клетки. Неорганические вещества»

Тема: «Химическая организация клетки. Неорганические вещества»

Цели урока:

Образовательные: сформировать знания о роли химических элементов, воды, катионов, анионов, солей в жизнедеятельности клетки. Научить применять знания о химическом составе клетки для доказательства материального единства живой и неживой природы, единства органического мира.

Развивающие: формирование умений анализировать, выделять главное, сравнивать, обобщать и систематизировать.

Воспитательные: прививать навыки коммуникативного общения, воспитывать у учащихся интерес к учению, стремление добиваться успехов за счет добросовестного отношения к своему труду.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока: урок с применением компьютера.

Форма работы: индивидуальная, групповая, в парах.

Средства обучения: компьютер, мультимедийный проектор, учебное электронное издание « Лабораторный практикум Биология 6-11класс.», диск с презентацией, таблица «Вода — необычное вещество», портрет В.И.Вернадского, фломастеры, рисунки для создания проекта, клей, выставка литературы по теме.

Ход урока.

1. Орг. момент.

2. Изучение нового материала.

Винсон Браун сказал о том, что «накопление знаний подобно росту дерева» и я надеюсь, что на этом уроке мощный ствол биологических знаний каждого из вас прирастет новой веточкой знаний о химическом составе клетки, о роли химических элементов, воды, минеральных солей в жизнедеятельности клетки.

Рассматривая нахождение химических элементов на Земле, обычно принимают во внимание три сферы неживой природы: атмосферу, гидросферу, литосферу и четвертую сферу – область существования живых организмов – биосферу. Русский ученый В.И.Вернадский, проводя детальный анализ содержания элементов в земной коре и в живых организмах, пришел к выводу, что качественный состав этих объектов близок. Он предполагал , что в живом организме когда-нибудь будут

найдены все элементы периодической системы, обнаруженные в неживой

1

природе Земли. Действительно, к настоящему времени в организме человека надежно установлено присутствие около 70 элементов периодической системы.

Из таблицы « Содержание некоторых элементов в окружающей среде и в

организме человека» видно, что в живом организме преобладают

неметаллы, а в земной коре – металлы.

В зависимости от содержания в живом организме химические элементы подразделяются на несколько групп.

Фрагмент №1 (диск: учебное электронное издание) на экране:

Макроэлементы:

а) H, O, C, N — 98%

+ S, P — биоэлементы, образуют органические соединения.

б) K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl — около 2%

K, Na, Cl – проницаемость клеточных мембран, проведение нервного импульса.

P, Ca – формирование костной ткани, прочность костей.

Ca — обеспечивает свертываемость крови.

Fe – входит в состав гемоглобина

Mg — входит в состав хлорофилла у растений, в состав ферментов у животных.

Микроэлементы – содержание около 0,02%

Zn входит в состав инсулина – гормона поджелудочной железы, усиливает активность половых желез.

Cu обеспечивает рост тканей, входит в состав ферментов.

I входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы.

F входит в состав эмали зубов.

Co входит в состав витамина В12

Mn обеспечивает обмен веществ.

B отвечает за процесс роста.

Mo отвечает за использование железа , за задержку фтора в организме.

Недостаток макро- и микроэлементов приводит к различным заболеваниям. И чтобы их предотвратить, необходимо употреблять определенные продукты питания.

Кальций. После 4х главных элементов занимает пятое место. У взрослого человека за сутки из костной ткани выводится до 700мг. кальция и столько же откладывается вновь. Следовательно, костная ткань помимо опорной функции, играет роль депо кальция и фосфора, откуда организм извлекает их при недостатке поступления с пищей.

Например, при падении атмосферного давления, организму для сохранения равновесия требуется больше, чем обычно, кальция. Если его запасов в крови нет, то он усиленно извлекается из костей. Когда процесс выходит за пределы нормы, развивается патология, чаще у пожилых, и они говорят «ох, как кости болят! Это к плохой погоде…»

2

При недостатке кальция развивается остеопороз (мягкость, пористость костей), замедление роста скелета.

Необходимо употреблять молочные продукты.

При недостатке магния мускульные судороги, потеря жидкости организмом.

Продукты: овощи, фасоль, орехи, молоко, фрукты.

При недостатке хлора— сухость кожи.

Продукты: вода, поваренная соль.

При недостатке натрия – головная боль, слабая память, потеря аппетита

Продукты: помидоры, абрикосы, горох, поваренная соль.

При недостатке калия –аритмия сердечных сокращений, внезапная смерть при увеличении нагрузок.

Продукты – бананы, сухофрукты, картофель, помидоры, кабачки.

Фосфор – внешние признаки недостаточности неизвестны. Содержится в рыбе, молочных продуктах, грецких орехах, гречке.

При недостатке железа развивается анемия. Необходимо употреблять печень, мясо, зеленые листья овощей.

При недостатке фтора – разрушение зубов. Продукты- рыба, вода.

При недостатке цинка – повреждения кожи. Продукты – мясо, морские продукты.

При недостатке йода развивается зоб. Необходимо употреблять хурму, морепродукты, йодированную соль.

При недостатке меди – раковые заболевания, нарушение деятельности печени. Продукты – печень, яичный желток, цельное зерно.

При недостатке кобальта развивается злокачественная анемия. Продукты — печень, животные белки.

Есть один продукт, который совмещает в себе почти все химические элементы. Как вы думаете, что это такое? Правильно, это мед. Съедая чайную ложку меда в день, вы помогаете своему организму избежать многих проблем.

Первичное закрепление.

Фрагмент №2 (диск) на экране.

Вопрос 1.

Вопрос 2.

Вопрос 3.

Вопрос 4.

Вопрос 5.

Вода – самое распространенное вещество в живых организмах (приложение 1).

В ходе презентации, подготовленной учащимися, на экране демонстрируются слайды, на которых представлены свойства воды, функции, содержание воды в различных органах, высказывания великих людей о воде.

3

Минеральные соли.

Кроме воды, в числе неорганических веществ, входящих в состав клетки,

нужно назвать соли, представляющие собой ионные соединения. В водном растворе они диссоциируют с образованием катиона металла и аниона кислотного остатка.

Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны

Катионы: K ,Na ,Ca ,Mg .

Анионы: h3PO4, Cl ,HCO3,

Концентрация ионов на внешней поверхности клетки отличается от их концентрации на внутренней поверхности. На внешней поверхности клеточной мембраны очень высокая концентрация ионов натрия, а на внутренней поверхности высока концентрация ионов калия. Вследствие этого образуется разность потенциалов между внутренней и внешней поверхностью клеточной мембраны, что обусловливает передачу возбуждения по нерву или мышце.

Ионы кальция и магния являются активаторами многих ферментов.

От концентрации солей внутри клетки зависят ее буферные свойства. Буферность – это способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию на постоянном уровне. Буферность внутри клетки обеспечивается анионами h3PO4 и НРО4.

Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют Н2СО3 и НСО3.

Анионы слабых кислот и слабые щелочи связывают ионы водорода и гидроксид-ионы, благодаря чему реакция внутри клетки не изменяется.

Соляная кислота создает кислую среду в желудке, ускоряя переваривание белков пищи.

Ионы кальция и фосфора содержатся в костной ткани.

Минеральные соли поступают в клетки организма из внешней среды. Избыток солей вместе с водой выводится из организма во внешнюю среду.

Первичное закрепление.

1. Какие неорганические вещества входят в состав клетки?

2. Сколько процентов воды в среднем содержится в организме человека?

3. Перечислите свойства воды.

4. Назовите функции воды.

5. Что такое буферность?

6. Какими анионами она поддерживается?

7. Каковы функции катионов калия, натрия, кальция?

3. Формирование умений, навыков.

Класс делится на группы для создания проекта урока.

Задания группам:

1. Обложка.

4

2. Макроэлементы.

3. Микроэлементы.

4. Вода.

5. Минеральные соли.

Защита своих работ учащимися после выполнения.

4.Итог урока.

Комментирование оценок.

Учитель: оценка за урок, несомненно, важна для каждого из вас, но главные оценки вам поставит жизнь – за то, как вы воплощаете свои знания, в том числе и те, которые получили на сегодняшнем уроке.

Здоровье на 25% зависит от наследственности и медицины, а на 75% — от образа жизни, который вы будете вести. И завершить урок хотелось бы словами немецкого поэта и естествоиспытателя Гете: «Мало знать, надо и применять. Мало хотеть, надо и делать».

6. Домашнее задание.

Читать стр.104 – 107.Учебник.Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Биология 9кл.

Создать презентацию: 1. Макроэлементы

2. Микроэлементы

Литература:

1.Мамонтов С.Г.,Захаров В.Б., Сонин Н.И. Биология 9кл. М. Дрофа.2005

2.Скурихин И.М., Шатерников В.А. Как правильно питаться. М.

Агропромиздат.1986.

3.Соросовский образовательный журнал, №5 1998

4.Журнал «Химия в школе» №2 1991

Приложение: презентация «Вода»

5

Презентация на тему: Химическая организация клетки. Органические вещества клетки

1

Первый слайд презентации: Химическая организация клетки. Органические вещества клетки

Изображение слайда

2

Слайд 2

Изображение слайда

3

Слайд 3

Изображение слайда

4

Слайд 4: Углеводы

это обширная группа природных органических соединений, химическая структура которых часто отвечает общей формуле Cm(h3O)n (т. е. углеродвода).

Изображение слайда

5

Слайд 5

Изображение слайда

6

Слайд 6

Изображение слайда

7

Слайд 7: Липиды

обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Мономеры: глицерин + жирная кислота

Изображение слайда

8

Слайд 8: Классификация липидов

ПРОСТЫЕ Жирные кислоты Жирные альдегиды Жирные спирты СЛОЖНЫЕ Полярные Фосфолипиды Гликолипиды Фосфогликолипиды Нейтральные Воски

Изображение слайда

9

Слайд 9: Основные типы молекул мембранных липидов

Изображение слайда

10

Слайд 10: Функции липидов

Энергетическая Структурная Запасающая Защитная Регуляторная Источник экзогенной воды

Изображение слайда

11

Слайд 11

Функции жиров Пластическая или строительная. Липиды входят в состав плазматической мембраны. Энергетическая. Липиды – источники энергии в клетке. При полном расщеплении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Защитная. Жиры плохо проводят тепло. Подкожная жировая клетчатка препятствует потере тепла организмом и защищает от механических повреждений. Запасная. Жиры, окисляясь, выделяют воду. Это позволяет некоторым животным долгое время обходится без воды (верблюды в пустыне, животные в период зимней спячки).

Изображение слайда

12

Слайд 12: БЕЛКИ

Белки — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью аминокислот. Мономер белка – аминокислота БЕЛКИ

Изображение слайда

13

Слайд 13: Строение аминокислоты

Аминокислоты -органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные (1) и аминные (2) группы. R – радикал; их 20 видов Строение аминокислоты 1 2

Изображение слайда

14

Слайд 14: Структура белка

Структура Характеристика структуры Химические связи Первичная Вторичная Третичная Четвертичная

Изображение слайда

15

Слайд 15

Изображение слайда

16

Слайд 16

Первичная структура белка. Вторичная структура белка: I — а- спираль, II — структура.

Изображение слайда

17

Слайд 17: Первичная структура белка

Полипептидная цепь из последовательно соединенных аминокислотных остатков Связи: пептидные

Изображение слайда

18

Слайд 18: Вторичная структура белка

Полипептидная нить закручена в спираль α- спираль – из одной полипептидной цепи β –спираль – из нескольких полипептидных цепей Связи: водородные

Изображение слайда

19

Слайд 19: Третичная структура белка

Нить аминокислот свёртывается и образует клубок или фибриллу, специфичную для каждого белка. Связи: водородные дисульфидные гидрофобное взаимодействие

Изображение слайда

20

Слайд 20: Четвертичная структура белка

молекулы белков четвертичной структуры состоят из нескольких макромолекул белков третичной структур, свёрнутых в клубок вместе Связи: Ионные Водородные Гидрофобные связи

Изображение слайда

21

Слайд 21: Свойства белков

Денатурация (разрушение структуры белка) Ренатурация (восстановление структуры белка)

Изображение слайда

22

Слайд 22: Функции белков

Изображение слайда

23

Слайд 23: Нуклеиновые кислоты

это высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, образованные остатками нуклеотидов Мономер — нуклеотид

Изображение слайда

24

Слайд 24

Нуклеиновые кислоты Впервые нуклеиновые кислоты были обнаружены в ядре, чем и обусловлено их название ( от лат. nucleus – ядро ). Существует 2 типа нуклеиновых кислот : – ДНК ( дезоксирибонуклеиновая кислота ) ; – РНК ( рибонуклеиновая кислота ). ДНК состоит из двух спиральнозакрученных нитей. Такая модель была предложена в 1953 году Уотсоном и Криком. ДНК является биополимером, каждая нить которого состоит из мономеров – нуклеотидов.

Изображение слайда

25

Слайд 25

Изображение слайда

26

Слайд 26

Изображение слайда

27

Слайд 27

Изображение слайда

28

Слайд 28

иРНК (мРНК) тРНК рРНК Перенос генетической информации от ДНК к рибосомам Транспорт аминокислоты к месту синтеза белковый цепи, узнавание кодона на иРНК Структурная, участие в синтезе белковой цепи В цитоплазме В цитоплазме В рибосомах Виды РНК

Изображение слайда

29

Слайд 29: Функции нуклеиновых кислот

хранение генетической информации участие в реализации генетической информации (синтез белка) передача генетической информации дочерними клетками при делении клеток и организмам при их размножении

Изображение слайда

30

Слайд 30

Сравнение ДНК и РНК Сравниваемые признаки ДНК РНК Нуклеотиды Азотистые основания Кол-во полинуклеотидных цепей в молекуле Локализация в клетке

Изображение слайда

31

Слайд 31: АТФ

это соединение, представляющее собой ту химическую форму, в которой энергия, полученная в результате фотосинтеза, дыхания и брожения, становится доступной для клетки и может быть ею использована. АТФ — нуклеотид

Изображение слайда

32

Слайд 32: Строение АТФ

Азотистое основание Аденин Пентоза, Рибоза Р Р Р

Изображение слайда

33

Слайд 33: Свойства АТФ

Изображение слайда

34

Последний слайд презентации: Химическая организация клетки. Органические вещества клетки: Функции АТФ

Главная роль связана с обеспечением энергией многочисленных биохимических реакций Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль. АТФ + H 2 O → АДФ + H 3 PO 4 + энергия АТФ + H 2 O → АМФ + H 4 P 2 O 7 + энергия

Изображение слайда

Конспект урока «Химическая организация клетки. Неорганические вещества» 9 класс

8. Первые наземные животные – стегоцефалы

9. Эволюция может идти в обратном направлении.

10. Человек появился в кайнозое

Обменяйтесь тетрадями, осуществите взаимопроверку по ключу, выставите

оценки используя эталон выставления оценок.

В-1 2 4 6 8 10 В-2 1 3 5 7 9

+ + — + + — + + + —

Нет ошибок – «5»

1 ошибка – «4»

2-3 ошибки – «3»

4-5 ошибок – «2»

Поднимите руку, кто получил оценки 4 и 5.

II. Ф Н З

Мы переходим к изучению новой темы.

Тема урока: «Химическая организация клетки. Неорганические вещества»

Ребята, на партах у вас лежат основные требования ЗУН к уроку по

данной теме, посмотрите и на основе их сформируйте цели нашего урока.

Учитель обобщает цели, объявляет план урока.

Переходим к первому плану урока.

1.Химический состав клетки

Наша задача познакомиться с химическими элементами, входящими в

состав клетки.

Перед началом изучения данной темы, мне бы хотелось поставить перед

вами проблемный вопрос: « Одни и те же химические элементы

образуют живую и неживую природу?»

И в течение всего урока мы будем искать ответ на этот вопрос.

Рассказ учителя.

Ваша задача слушать и параллельно со мной записывать и зарисовывать

основную информацию:

Химический состав клетки

Микроэлементы Биоэлементы Микроэлементы

Около 98% S, P, O, H, N, C общий вклад 0,02%

H, O, C, N и др. J, Zn, Cu, F, Mn, CO и др.

Недостаток некоторых химических элементов в организме человека может

вызвать ряд заболеваний. Давайте послушаем небольшое сообщение,

которое подготовила ученица

(ваша задача слушать, основные моменты записывать в тетрадь)

2.Вода, её состав и значение.

Химическая организация клетки.

13

1. Содержание химических элементов в клетке.

2. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятель­ности клетки.

3. Органические вещества:

3.1 Углеводы, липиды. Строение и функции.

2. Белки. Строение и функции. Ферменты, их роль в процессе жизнедеятельности.

3. Нуклеиновые кислоты. Строение и функции ДНК и РНК. Редупликация ДНК. АТФ. Строение и функции. Значение АТФ в жизнедеятельности клетки.

Клетки сходны не только по строению, но и по химическому сос­таву. Это свидетельствует о единстве их происхождения.

В клетках обнаружено около 70 элементов периодической систе­мы Д.И. Менделеева, причем 24 из них являются обязательными и пос­тоянно встречаются в живых организмах.

В соответствии с процентным содержанием в клетке химические элементы можно разделить на 3 группы: макроэлементы, микроэлемен­ты и ультрамикроэлементы.

Макроэлементы составляют основную массу вещества клетки. На их долю приходится около 99 % всей массы клетки. Особенно высока концентрация четырех элементов: кислорода, углерода, азота и водо­рода ( 98% всех макроэлементов). К макроэлементам относят также элементы, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и соты­ми долями процента. Это, например, такие элементы, как калий, маг­ний, натрий, кальций, железо, сера, фосфор, хлор. Каждый из этих эле­ментов выполняет важную функцию в клетке. Кальций и фосфор участ­вуют в формировании костной ткани, определяя прочность кости. Же­лезо входит в состав гемоглобина — белка эритроцитов, участвующе­го в переносе кислорода от легких к тканям.

Микроэлементы. К ним относятся преимущественно ионы тяжелых металлов, входящие в состав ферментов, гормонов и других жизненно важных веществ. В организме эти элементы содержатся в очень не­больших количествах: от 10^-3 % до 10^-7 %; в числе таких элементов бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, бром и др. Они также важны для организма. Цинк, например, входит в молекулу гор­мона поджелудочной железы — инсулина, йод является необходимым компонентом тироксина — гормона щитовидной железы. Недостаточное содержание фтора приводит к поражению зубов кариесом.

Ультрамикроэлементы. Концентрация их не превышает 10^-7 % -10^-12 %

Физиологическая роль большинства этих элементов в организмах рас­тений, животных и клетках бактерий пока не установлена. К ним от­носится уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен и дру­гие редкие элементы.

Все перечисленные химические элементы участвуют в построении организма либо в виде ионов, либо в составе тех или иных соедине­ний — молекул неорганических и органических веществ. Напр., угле­род, водород и кислород входят в состав углеводов и жиров. В сос­таве белков к ним добавляются азот и сера, в составе нуклеиновых кислот — азот и фосфор.

Все имеющиеся в клетке соединения можно разбить на две груп­пы — неорганические и органические. К неорганическим соединениям относятся вода и минеральные соли, а к органическим — соединения углерода с молекулярной массой от 100 до нескольких сот тысяч (углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др.). Органичес­кие соединения характерны только для живых организмов, тогда как неорганические существуют и в неживой природе.

Сигнальные молекулы и клеточные рецепторы

Сигнальные молекулы и клеточные рецепторы

Клеточная связь обеспечивает регулирование биологических процессов в различных средах от одноклеточных до многоклеточных организмов.

Цели обучения

Объясните важность сотовой связи

Основные выводы

Ключевые моменты

• Способность клеток общаться с помощью химических сигналов возникла в отдельных клетках и была необходима для эволюции многоклеточных организмов.
• В многоклеточных организмах клетки постоянно отправляют и получают химические сообщения, чтобы координировать действия отдаленных органов, тканей и клеток.
• Клетки могут получать сообщение, передавать информацию через плазматическую мембрану, а затем производить изменения внутри клетки в ответ на сообщение.
• Одноклеточные организмы, такие как дрожжи и бактерии, общаются друг с другом, способствуя спариванию и координации.
• Сотовая связь разработана как средство общения с окружающей средой, создания биологических изменений и, при необходимости, обеспечения выживания.

Ключевые термины

• биопленка : тонкая пленка слизи, созданная колонией бактерий и других микроорганизмов и содержащая ее.

Введение: сигнальные молекулы и клеточные рецепторы

Представьте, какой была бы жизнь, если бы вы и окружающие не могли общаться. Вы не сможете выразить свои пожелания другим или задать вопросы, чтобы узнать больше о вашем окружении. Социальная организация зависит от общения между людьми, составляющими это общество; без общения общество развалится.

Общение — ключ к успеху : Расставались ли вы когда-нибудь с другом в толпе? Если да, то вы знаете, как сложно найти кого-то в окружении тысяч других людей. Если у вас и вашего друга есть сотовые телефоны, у вас хорошие шансы найти друг друга. Способность сотового телефона отправлять и получать сообщения делает его идеальным устройством связи.

Как и в случае с людьми, для отдельных клеток жизненно важно иметь возможность взаимодействовать с окружающей средой.Это верно независимо от того, растет ли клетка сама по себе в пруду или является одной из многих клеток, образующих более крупный организм. Чтобы правильно реагировать на внешние раздражители, клетки разработали сложные механизмы коммуникации, которые могут получать сообщение, передавать информацию через плазматическую мембрану, а затем производить изменения внутри клетки в ответ на сообщение.

В многоклеточных организмах клетки постоянно отправляют и получают химические сообщения, чтобы координировать действия отдаленных органов, тканей и клеток.Возможность быстро и эффективно отправлять сообщения позволяет ячейкам координировать и настраивать свои функции.

В то время как необходимость клеточной коммуникации у более крупных организмов кажется очевидной, даже одноклеточные организмы общаются друг с другом. Клетки дрожжей сигнализируют друг другу, чтобы способствовать спариванию. Некоторые формы бактерий координируют свои действия, чтобы сформировать большие комплексы, называемые биопленками, или организовать производство токсинов для удаления конкурирующих организмов. Способность клеток общаться с помощью химических сигналов возникла в отдельных клетках и была необходима для эволюции многоклеточных организмов.Эффективное и безошибочное функционирование систем связи жизненно важно для всех форм жизни.

Формы сигнализации

Основными типами сигнальных механизмов, встречающихся в многоклеточных организмах, являются паракринные, эндокринные, аутокринные и прямые сигналы.

Цели обучения

Опишите четыре типа передачи сигналов, обнаруженных в многоклеточных организмах

Основные выводы

Ключевые моменты

• Клетки общаются посредством различных типов сигналов, которые позволяют химическим веществам перемещаться к участкам-мишеням, чтобы вызвать ответ.
• Паракринная передача сигналов происходит между локальными клетками, где сигналы вызывают быстрые ответы и длятся лишь короткое время из-за деградации паракринных лигандов.
• Эндокринная передача сигналов происходит между отдаленными клетками и опосредуется гормонами, выделяемыми конкретными эндокринными клетками, которые перемещаются к клеткам-мишеням, вызывая более медленный и продолжительный ответ.
• Аутокринные сигналы производятся сигнальными клетками, которые также могут связываться с высвобождаемым лигандом, что означает, что сигнальная клетка и клетка-мишень могут быть одной и той же или подобной клеткой.
• Прямая передача сигналов может происходить путем передачи сигнальных молекул через щелевые соединения между соседними клетками.

Ключевые термины

• передача эндокринных сигналов : сигналы от отдаленных клеток, исходящие от эндокринных клеток, обычно производящие медленный ответ, но имеющие длительный эффект
• аутокринная передача сигналов : продуцируется сигнальными клетками, которые также могут связываться с высвобождаемым лигандом: сигнальная клетка и клетка-мишень могут быть одной и той же или подобной клеткой (префикс авто означает себя)
• паракринная сигнализация : форма клеточной сигнализации, при которой целевая клетка находится рядом (пара = рядом) с высвобождающей сигнал клеткой

Формы сигнализации

Есть четыре категории химической передачи сигналов, обнаруженных в многоклеточных организмах: паракринная передача сигналов, эндокринная передача сигналов, аутокринная передача сигналов и прямая передача сигналов через щелевые соединения.Основное различие между различными категориями передачи сигналов — это расстояние, на которое сигнал проходит через организм, чтобы достичь клетки-мишени. Также важно отметить, что не на все клетки действуют одни и те же сигналы.

Формы химической передачи сигналов : При передаче химических сигналов клетка может нацеливаться на себя (аутокринная передача сигналов), клетка, соединенная щелевыми соединениями, соседняя клетка (паракринная передача сигналов) или удаленная клетка (передача эндокринных сигналов). Паракринная передача сигналов действует на соседние клетки, эндокринная передача сигналов использует систему кровообращения для транспортировки лигандов, а аутокринная передача сигналов действует на сигнальные клетки.Передача сигналов через щелевые соединения включает в себя сигнальные молекулы, перемещающиеся непосредственно между соседними клетками.

Паракринная сигнализация

Сигналы, которые действуют локально между близко расположенными клетками, называются паракринными сигналами. Паракринные сигналы распространяются через внеклеточный матрикс. Эти типы сигналов обычно вызывают быстрые реакции, которые длятся недолго. Чтобы реакция оставалась локализованной, молекулы паракринного лиганда обычно быстро разрушаются ферментами или удаляются соседними клетками.Удаление сигналов восстановит градиент концентрации сигнала, позволяя им быстро диффундировать через внутриклеточное пространство в случае повторного высвобождения.

Одним из примеров паракринной передачи сигналов является передача сигналов через синапсы между нервными клетками. Нервная клетка состоит из тела клетки, нескольких коротких разветвленных отростков, называемых дендритами, которые получают стимулы, и длинного отростка, называемого аксоном, который передает сигналы другим нервным клеткам или мышечным клеткам. Соединение между нервными клетками, где происходит передача сигнала, называется синапсом.Синаптический сигнал — это химический сигнал, который проходит между нервными клетками. Сигналы в нервных клетках передаются быстро движущимися электрическими импульсами. Когда эти импульсы достигают конца аксона, сигнал переходит к дендриту следующей клетки путем высвобождения химических лигандов, называемых нейротрансмиттерами, пресинаптической клеткой (клеткой, излучающей сигнал). Нейромедиаторы переносятся на очень небольшие расстояния между нервными клетками, которые называются химическими синапсами. Небольшое расстояние между нервными клетками позволяет сигналу быстро распространяться; это дает возможность немедленного ответа.

Синапс : Расстояние между пресинаптической клеткой и постсинаптической клеткой, называемое синаптической щелью, очень мало и обеспечивает быструю диффузию нейромедиатора. Ферменты в синаптической щели разрушают некоторые типы нейротрансмиттеров, чтобы прервать сигнал.

Эндокринная сигнализация

Сигналы от отдаленных клеток называются эндокринными сигналами; они происходят из эндокринных клеток. В организме многие эндокринные клетки расположены в эндокринных железах, таких как щитовидная железа, гипоталамус и гипофиз.Эти типы сигналов обычно вызывают более медленную реакцию, но имеют более продолжительный эффект. Лиганды, высвобождаемые при эндокринной передаче сигналов, называются гормонами, сигнальными молекулами, которые вырабатываются в одной части тела, но влияют на другие области тела на некотором расстоянии.

Гормоны перемещаются на большие расстояния между эндокринными клетками и их клетками-мишенями через кровоток, что является относительно медленным способом перемещения по телу. Из-за своей формы транспорта гормоны разбавляются и присутствуют в низких концентрациях, когда действуют на свои клетки-мишени.Это отличается от паракринной передачи сигналов, при которой локальные концентрации лигандов могут быть очень высокими.

Автокринная сигнализация

Аутокринные сигналы производятся сигнальными клетками, которые также могут связываться с высвобождаемым лигандом. Это означает, что сигнальная ячейка и целевая ячейка могут быть одной и той же или похожей ячейкой (префикс автоматически означает себя, напоминание о том, что сигнальная ячейка отправляет сигнал самой себе). Этот тип передачи сигналов часто возникает на раннем этапе развития организма, чтобы гарантировать, что клетки развиваются в правильные ткани и принимают правильные функции.Аутокринная передача сигналов также регулирует болевые ощущения и воспалительные реакции. Кроме того, если клетка инфицирована вирусом, клетка может подать сигнал о запрограммированной гибели клетки, убивая вирус в процессе. В некоторых случаях высвобождающийся лиганд также влияет на соседние клетки одного типа. В эмбриологическом развитии этот процесс стимуляции группы соседних клеток может помочь направить дифференцировку идентичных клеток в один и тот же тип клеток, обеспечивая тем самым надлежащий результат для развития.

Прямая передача сигналов через щелевые соединения

Щелевые соединения у животных и плазмодесмы у растений — это соединения между плазматическими мембранами соседних клеток. Эти заполненные водой каналы позволяют небольшим сигнальным молекулам, называемым внутриклеточными медиаторами, диффундировать между двумя клетками. Небольшие молекулы, такие как ионы кальция (Ca ²⁺ ), могут перемещаться между клетками, но большие молекулы, такие как белки и ДНК, не могут проходить через каналы. Специфика каналов гарантирует, что ячейки остаются независимыми, но могут быстро и легко передавать сигналы.Передача сигнальных молекул сообщает о текущем состоянии клетки, которая находится непосредственно рядом с клеткой-мишенью; это позволяет группе ячеек координировать свою реакцию на сигнал, который могла получить только одна из них. У растений плазмодесмы распространены повсеместно, превращая все растение в гигантскую коммуникационную сеть.

Типы рецепторов

, внутриклеточные или поверхностные, связываются со специфическими лигандами, которые активируют многочисленные клеточные процессы.

Цели обучения

Сравнить внутренние рецепторы с рецепторами на поверхности клетки

Основные выводы

Ключевые моменты

• Внутриклеточные рецепторы расположены в цитоплазме клетки и активируются молекулами гидрофобных лигандов, которые могут проходить через плазматическую мембрану.
• Рецепторы клеточной поверхности связываются с молекулой внешнего лиганда и преобразуют внеклеточный сигнал во внутриклеточный сигнал.
• Три основные категории рецепторов клеточной поверхности включают: ионный канал, G-белок и рецепторы белков, связанных с ферментами.
• Рецепторы, связанные с ионным каналом, связывают лиганд и открывают канал через мембрану, через который проходят определенные ионы.
Рецепторы, связанные с G-белком
• , связывают лиганд и активируют мембранный белок, называемый G-белком, который затем взаимодействует либо с ионным каналом, либо с ферментом в мембране.
• Рецепторы, связанные с ферментом, представляют собой рецепторы на поверхности клетки с внутриклеточными доменами, которые связаны с ферментом.

Ключевые термины

• интегральный белок : молекула белка (или совокупность белков), постоянно прикрепленная к биологической мембране
• транскрипция : синтез РНК под руководством ДНК

Типы рецепторов

— это белковые молекулы в клетке-мишени или на ее поверхности, которые связывают лиганды.Есть два типа рецепторов: внутренние рецепторы и рецепторы на поверхности клетки.

Внутренние рецепторы

Внутренние рецепторы, также известные как внутриклеточные или цитоплазматические рецепторы, обнаруживаются в цитоплазме клетки и отвечают на молекулы гидрофобных лигандов, которые способны перемещаться через плазматическую мембрану. Попав внутрь клетки, многие из этих молекул связываются с белками, которые действуют как регуляторы синтеза мРНК, опосредуя экспрессию генов. Экспрессия генов — это клеточный процесс преобразования информации клеточной ДНК в последовательность аминокислот, которая в конечном итоге формирует белок.Когда лиганд связывается с внутренним рецептором, конформационное изменение открывает сайт связывания ДНК на белке. Комплекс лиганд-рецептор перемещается в ядро, связывается со специфическими регуляторными областями хромосомной ДНК и способствует инициации транскрипции. Внутренние рецепторы могут напрямую влиять на экспрессию генов, не передавая сигнал другим рецепторам или мессенджерам.

Внутриклеточные рецепторы : гидрофобные сигнальные молекулы обычно диффундируют через плазматическую мембрану и взаимодействуют с внутриклеточными рецепторами в цитоплазме.Многие внутриклеточные рецепторы представляют собой факторы транскрипции, которые взаимодействуют с ДНК в ядре и регулируют экспрессию генов.

Рецепторы клеточной поверхности

Рецепторы клеточной поверхности, также известные как трансмембранные рецепторы, представляют собой поверхностные, прикрепленные к мембране или интегральные белки, которые связываются с молекулами внешнего лиганда. Этот тип рецептора охватывает плазматическую мембрану и выполняет передачу сигнала, преобразовывая внеклеточный сигнал во внутриклеточный сигнал. Лиганды, которые взаимодействуют с рецепторами клеточной поверхности, не должны попадать в клетку, на которую они воздействуют.Рецепторы клеточной поверхности также называют клеточно-специфическими белками или маркерами, поскольку они специфичны для отдельных типов клеток.

Каждый рецептор клеточной поверхности состоит из трех основных компонентов: внешнего лиганд-связывающего домена (внеклеточного домена), гидрофобной области, охватывающей мембрану, и внутриклеточного домена внутри клетки. Размер и степень каждого из этих доменов широко варьируются в зависимости от типа рецептора.

Рецепторы клеточной поверхности вовлечены в большую часть передачи сигналов в многоклеточных организмах.Существует три основные категории рецепторов клеточной поверхности: рецепторы, связанные с ионным каналом, рецепторы, связанные с G-белком, и рецепторы, связанные с ферментом.

Рецепторы, связанные с ионным каналом

Рецепторы, связанные с ионным каналом, связывают лиганд и открывают канал через мембрану, через который проходят определенные ионы. Чтобы сформировать канал, этот тип рецептора клеточной поверхности имеет обширную область, охватывающую мембрану. Чтобы взаимодействовать с хвостами фосфолипидных жирных кислот, которые образуют центр плазматической мембраны, многие аминокислоты в области, охватывающей мембрану, являются гидрофобными по природе.И наоборот, аминокислоты, выстилающие внутреннюю часть канала, являются гидрофильными, что позволяет проходить воде или ионам. Когда лиганд связывается с внеклеточной областью канала, в структуре белка происходит конформационное изменение, позволяющее проходить ионам, таким как натрий, кальций, магний и водород.

Каналы закрытых ионов : каналы закрытых ионов образуют поры через плазматическую мембрану, которые открываются при связывании сигнальной молекулы. Открытая пора позволяет ионам проникать в ячейку или выходить из нее.

Рецепторы, связанные с G-белком

рецепторов, связанных с G-белком, связывают лиганд и активируют мембранный белок, называемый G-белком. Затем активированный G-белок взаимодействует либо с ионным каналом, либо с ферментом в мембране. Все рецепторы, связанные с G-белком, имеют семь трансмембранных доменов, но каждый рецептор имеет свой собственный специфический внеклеточный домен и сайт связывания G-белка.

Передача клеточных сигналов с использованием рецепторов, связанных с G-белком, происходит в виде циклической серии событий. Прежде чем лиганд свяжется, неактивный G-белок может связываться с недавно обнаруженным сайтом рецептора, специфичным для его связывания.Как только G-белок связывается с рецептором, возникающее в результате изменение формы активирует G-белок, который высвобождает GDP и улавливает GTP. Затем субъединицы G-белка расщепляются на субъединицу α и субъединицу β. В результате один или оба этих фрагмента G-белка могут активировать другие белки. Позже GTP на активной α-субъединице G-белка гидролизуется до GDP, а β-субъединица дезактивируется. Субъединицы повторно связываются с образованием неактивного G-белка, и цикл начинается заново.

G-белки : Гетеротримерные G-белки состоят из трех субъединиц: α, β и γ.Когда сигнальная молекула связывается с рецептором, связанным с G-белком, в плазматической мембране, молекула GDP, связанная с субъединицей α, обменивается на GTP. Субъединицы β и γ диссоциируют от субъединицы α, и клеточный ответ запускается либо субъединицей α, либо диссоциированной β парой. Гидролиз GTP до GDP прерывает сигнал.

Ферментативные рецепторы

Рецепторы, связанные с ферментом, представляют собой рецепторы на поверхности клетки с внутриклеточными доменами, которые связаны с ферментом.В некоторых случаях внутриклеточный домен самого рецептора представляет собой фермент, или рецептор, связанный с ферментом, имеет внутриклеточный домен, который непосредственно взаимодействует с ферментом. Связанные с ферментом рецепторы обычно имеют большие внеклеточные и внутриклеточные домены, но охватывающая мембрану область состоит из одной альфа-спиральной области пептидной цепи. Когда лиганд связывается с внеклеточным доменом, сигнал передается через мембрану и активирует фермент, который запускает цепь событий внутри клетки, которая в конечном итоге приводит к ответу.Примером этого типа рецептора, связанного с ферментом, является рецептор тирозинкиназы. Рецептор тирозинкиназы передает фосфатные группы молекулам тирозина. Сигнальные молекулы связываются с внеклеточным доменом двух близлежащих рецепторов тирозинкиназы, которые затем димеризуются. Затем к остаткам тирозина во внутриклеточном домене рецепторов добавляются фосфаты, которые затем могут передавать сигнал следующему мессенджеру в цитоплазме.

Сигнальные молекулы

Сигнальные молекулы необходимы для координации клеточных ответов, выступая в качестве лигандов и связываясь с клеточными рецепторами.

Цели обучения

Сравните и сопоставьте различные типы сигнальных молекул: гидрофобные, водорастворимые и газовые лиганды

Основные выводы

Ключевые моменты

• Сигнальные молекулы могут варьироваться от небольших белков до небольших ионов и могут быть гидрофобными, водорастворимыми или даже газообразными.
• Гидрофобные сигнальные молекулы (лиганды) могут диффундировать через плазматическую мембрану и связываться с внутренними рецепторами.
• Водорастворимые лиганды не могут свободно проходить через плазматическую мембрану из-за своей полярности и должны связываться с внеклеточным доменом рецептора на поверхности клетки.
• Другие типы лигандов могут включать газы, такие как оксид азота, который может свободно диффундировать через плазматическую мембрану и связываться с внутренними рецепторами.

Ключевые термины

• лиганд : ион, молекула или функциональная группа, которая связывается с другим химическим соединением с образованием более крупного комплекса
• гидрофобный : не имеет сродства к воде; не может впитаться или намокать водой

Сигнальные молекулы

Вырабатываемые сигнальными клетками и последующим связыванием с рецепторами в клетках-мишенях, лиганды действуют как химические сигналы, которые перемещаются к клеткам-мишеням для координации ответов.Типы молекул, которые служат лигандами, невероятно разнообразны и варьируются от небольших белков до небольших ионов, таких как кальций (Ca ²⁺ ).

Малые гидрофобные лиганды

Небольшие гидрофобные лиганды могут напрямую диффундировать через плазматическую мембрану и взаимодействовать с внутренними рецепторами. Важными членами этого класса лигандов являются стероидные гормоны. Стероиды — это липиды, которые имеют углеводородный скелет с четырьмя конденсированными кольцами; разные стероиды имеют разные функциональные группы, прикрепленные к углеродному скелету.Стероидные гормоны включают женский половой гормон эстрадиол, который является разновидностью эстрогена; мужской половой гормон тестостерон; и холестерин, который является важным структурным компонентом биологических мембран и предшественником стероидных гормонов. Другие гидрофобные гормоны включают гормоны щитовидной железы и витамин D. Чтобы быть растворимыми в крови, гидрофобные лиганды должны связываться с белками-носителями, пока они транспортируются через кровоток.

Стероидные гормоны : Стероидные гормоны имеют химическую структуру, аналогичную их предшественнику, холестерину.Поскольку эти молекулы малы и гидрофобны, они могут диффундировать прямо через плазматическую мембрану в клетку, где они взаимодействуют с внутренними рецепторами.

Водорастворимые лиганды

Водорастворимые лиганды полярны и, следовательно, не могут проходить через плазматическую мембрану без посторонней помощи; иногда они слишком велики, чтобы вообще пройти через мембрану. Вместо этого большинство водорастворимых лигандов связываются с внеклеточным доменом рецепторов клеточной поверхности. Рецепторы клеточной поверхности включают: ионные каналы, G-белок и рецепторы белков, связанных с ферментами.Связывание этих лигандов с этими рецепторами приводит к ряду клеточных изменений. Эти водорастворимые лиганды весьма разнообразны и включают небольшие молекулы, пептиды и белки.

Другие лиганды

Оксид азота (NO) — это газ, который также действует как лиганд. Он способен диффундировать прямо через плазматическую мембрану; одна из его функций — взаимодействовать с рецепторами гладких мышц и вызывать расслабление ткани. NO имеет очень короткий период полураспада; поэтому он работает только на небольших расстояниях.Нитроглицерин, средство для лечения сердечных заболеваний, запускает высвобождение NO, что приводит к расширению кровеносных сосудов (расширению), тем самым восстанавливая приток крови к сердцу.

Почему это важно: сотовая связь

Зачем нужно определять основные компоненты пути передачи сигнала?

Представьте, какой была бы жизнь, если бы вы и окружающие не могли общаться. Вы не сможете выразить свои пожелания другим или задать вопросы, чтобы узнать больше о вашем окружении.Социальная организация зависит от общения между людьми, составляющими это общество; без общения общество развалится.

Как и в случае с людьми, для отдельных клеток жизненно важно иметь возможность взаимодействовать с окружающей средой. Это верно независимо от того, растет ли клетка сама по себе в пруду или является одной из многих клеток, образующих более крупный организм. Чтобы правильно реагировать на внешние раздражители, клетки разработали сложные механизмы коммуникации, которые могут получать сообщение, передавать информацию через плазматическую мембрану, а затем производить изменения внутри клетки в ответ на сообщение.

В многоклеточных организмах клетки постоянно отправляют и получают химические сообщения, чтобы координировать действия отдаленных органов, тканей и клеток. Возможность быстро и эффективно отправлять сообщения позволяет ячейкам координировать и настраивать свои функции.

В то время как необходимость клеточной коммуникации у более крупных организмов кажется очевидной, даже одноклеточные организмы общаются друг с другом. Клетки дрожжей сигнализируют друг другу, чтобы способствовать спариванию. Некоторые формы бактерий координируют свои действия, чтобы сформировать большие комплексы, называемые биопленками, или организовать производство токсинов для удаления конкурирующих организмов.Способность клеток общаться с помощью химических сигналов возникла в отдельных клетках и была необходима для эволюции многоклеточных организмов. Эффективное и безошибочное функционирование систем связи жизненно важно для всей жизни, какой мы ее знаем.

Результаты обучения

• Различия между разными типами сигналов
• Опишите, как ячейка передает сигнал
• Опишите, как ячейка реагирует на сигнал
• Обсудить процесс передачи сигналов в одноклеточных организмах

Как клетки воспринимают сообщения и отвечают на них? Открытие основной передачи сигнала — ScienceDaily

Химический процесс, известный как ацетилирование, играет центральную роль в передаче сигнала рецептора цитокина — фундаментальный биохимический каскад внутри клеток, который контролирует активность противовирусных генов и генов, подавляющих опухоль.

Группа клеточных биологов во главе с Юджином Чином, доктором медицины, профессором-исследователем Медицинской школы Уоррена Альперта при Университете Брауна и научным сотрудником больницы Род-Айленда, сообщает о своих выводах в журнале Cell. Их результаты удивительны.

Ученым давно известно, что фосфорилирование, процесс модификации аминокислот в белках, имеет решающее значение для включения и выключения рецепторов на поверхности клеток. Чин и его команда изучали, как интерферон 1 типа связывается с рецепторным комплексом, известным как рецептор IFN-α, на поверхности клетки, чтобы вызвать иммунный ответ.Чин и его команда обнаружили, что ацетилирование, другой химический процесс, изменяющий аминокислоты, играет центральную роль в активации рецепторов интерферона.

Интерфероны играют решающую роль в защите организма от инфекций и неконтролируемого роста клеток. Интерферон 1 типа широко используется для лечения гепатитов B и C, а также таких видов рака, как меланома и лейкемия.

«Это крупное открытие в области передачи сигналов», — сказал Чин. «До сих пор фосфорилирование тирозина считалось основным фактором в передаче сигналов.Но то, что мы обнаружили, ставит под сомнение эту концепцию. В процессе мы нашли еще одного игрока — ацетилирования ».

В своих экспериментах Чин и его команда изучали, как клетки реагируют на интерферон 1 типа, белок, вырабатываемый в ответ на вирусную инфекцию или другой иммунный триггер. Исследователи обнаружили, что рецепторы интерферона 1-го типа, которые обнаружены в каждой клетке тела, вызывают цитоплазматический CREB-связывающий белок, или CBP, для продвижения на поверхность клетки. CPB ацетилирует эти рецепторы. Это, в свою очередь, запускает биохимический каскад, который привлекает больше белков для создания комплекса под названием ISGF3.Чин обнаружил, что для активации этого белкового комплекса требуется ацетилирование. Как только это происходит, комплекс перемещается к ядру клетки, чтобы включить антивирусные гены или гены, подавляющие опухоль.

Открытие ацетилирования рецепторов цитокинов знаменует собой веху в изучении передачи сигналов, процесса того, как клетки получают химические сообщения и реагируют на них.

Многие болезни, такие как диабет, рак и болезни сердца, возникают, когда передача сигнала идет неправильно. Вот почему некоторые лекарства либо подавляют, либо усиливают передачу сигналов внутри клеток, воздействуя на фосфорилирование тирозина.Показывая, что другой химический процесс имеет решающее значение для передачи сигнала, открытия Чина могут объяснить, почему некоторые противораковые или противовирусные препараты работают не на всех. Полученные данные представляют собой новую важную цель для лечения рака и вирусных инфекционных заболеваний.

В исследовательскую группу Брауна также входили Сяоли Тан, Цзинь-Сун Гао и Ин-цзе Гуань, научные сотрудники лаборатории больницы Род-Айленда, принадлежащей Чину, после получения докторской степени. Бхарат Рамратнам, доцент медицины в Brown, также помогал в исследовании вместе с Катей Маклейн, ученым из Upstate / Chemicon International Inc.

Национальный институт рака финансировал работу.

История Источник:

Материалы предоставлены Университетом Брауна . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Химия и клетки | Британское общество клеточной биологии

КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ:
Не существует такого понятия, как удобный термин «типичная клетка», НО все живые клетки имеют много общих химических реакций и физических свойств.
Химические реакции, происходящие внутри и вокруг живых клеток, подчиняются всем установленным законам химии и физики.

Общность этих свойств в клетках животных и растений во всем мире является очень важной концепцией. Считается, что большинство особенностей сохранилось на протяжении миллионов лет; многие из «предковой клетки» 3 миллиарда лет назад.

Около 99% массы живых клеток состоит из элементов углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы.Остающийся 1% включает небольшое количество элементов кальция, железа, цинка, натрия, калия, хлора, селена и йода, а также очень небольшое количество молибдена, фтора марганца и хрома.
Водород и кислород в виде воды составляют примерно 70% массы клетки.

В дополнение к воде присутствующие элементы в основном состоят из четырех основных химических групп: углеводов, белков, жиров и нуклеотидов (нуклеотиды — важные молекулы, используемые в построении РНК, ДНК и молекул передачи энергии, таких как АТФ).
Эти четыре основные группы могут образовывать другие биологически важные химические группы.

1. Углеводы могут связываться с белками с образованием гликопротеинов ( glyco от греч. Glykis, что означает сладкий). — Гликопротеины широко встречаются у животных и растений, где они помогают клеткам прикрепляться друг к другу через материал, называемый внеклеточным матриксом. У животных гликопротеины тесно связаны с очень важными волокнами коллагена.
2. Углеводы могут связываться с жирами или липидами с образованием гликолипидов — гликолипиды тесно связаны с мембранами мозга и нервных клеток
3. Жиры или липиды могут связываться с белком с образованием липопротеина — эти молекулы используются в строительстве многих биологических мембран и в транспорте пищевых жиров.
4. Нуклеотиды могут связываться с белками с образованием нуклеопротеинов . — Вирусы, рибосома (клеточная органелла) и хроматин в значительной степени являются нуклеопротеинами. Хроматин — это ДНК, связанная с белком, называемым гистоном.

КОНЦЕПЦИЯ СООБЩЕНИЙ:

1. Все живые клетки во всем мире имеют много общих химических и физических свойств. Большинство этих особенностей сохранялось миллионы лет.
2. Химические реакции внутри клеток подчиняются всем установленным законам химии и физики.
3. Большинство химических веществ в клетках представляют собой углеводы, белки, жиры или нуклеотиды, либо их комбинации или производные.

рецепторов | Национальное географическое общество

Рецепторные сайты — это белки, обычно обнаруживаемые на поверхности клеток, которые способны распознавать определенные молекулы и связываться с ними.

Клетка — это замкнутая система, которая служит основной единицей жизни. Все органы состоят из клеток разного типа.Например, кожа состоит из клеток кожи, мышцы — из мышечных клеток, а кровь — из клеток крови. Рецепторные участки можно найти в плазматической мембране клетки, которая действует как граница между внутренней и внешней средой клетки.

Молекулы, которые связываются с рецепторными участками, известны как лиганды. Гормоны, нейротрансмиттеры и лекарства являются примерами лигандов. Они могут вписываться в определенные рецепторные участки так же, как ключи могут вставляться в определенные замки.Например, дофамин связывается с рецепторами дофамина, а инсулин связывается с рецепторами инсулина, но они не могут связываться с рецепторами друг друга. Связываясь с рецепторным сайтом, лиганды способны передавать информацию из внешней среды клетки и внутрь ее.

Всякий раз, когда лиганд связывается с сайтом рецептора, он изменяет форму рецептора и запускает каскад химических реакций, известных как передача сигналов. Сообщение от лиганда проникает в клетку, что может вызвать различные реакции, включая изменения в экспрессии генов.

Мембранные рецепторы делятся на три основных класса: рецепторы, связанные с ионным каналом, рецепторы, связанные с G-белком, и рецепторы, связанные с ферментом.

Рецепторы, связанные с ионным каналом, находятся на клеточной мембране. У них есть канал, который охватывает клеточную мембрану и позволяет ионам — атомам и молекулам с отрицательным или положительным зарядом — свободно входить и выходить из клетки. Примеры ионов включают натрий и кальций. Когда лиганд связывается с рецептором на канале, канал открывается, позволяя ионам перемещаться по каналу за миллисекунды.

рецепторов, связанных с G-белками, представляют собой самый большой класс рецепторов. Эти рецепторы работают с так называемым G-белком. Рецепторы, связанные с G-белком, помогают клетке реагировать на различные вещества, такие как гормоны, нейротрансмиттеры и липиды. Многие медицинские препараты действуют путем связывания с рецепторами, связанными с G-белками.

Ферментно-связанные рецепторы — это еще один вид рецепторов на поверхности клетки. Они работают с белками, называемыми ферментами, которые играют важную роль в ускорении химических реакций в клетках.Эти реакции помогают клеткам собирать и разбирать материал, а также расти и воспроизводиться.

13.2: Организация человеческого тела

Чем человеческое тело похоже на хорошо настроенную машину?

Многие сравнивают человеческое тело с машиной. Подумайте о некоторых обычных машинах, таких как дрели и стиральные машины. Каждая машина состоит из множества частей, каждая из которых выполняет определенную работу, но все части работают вместе, чтобы выполнять общую функцию.Человеческое тело во всех отношениях похоже на машину. Фактически, это может быть самая фантастическая машина на Земле.

Человек-машина организована на разных уровнях, начиная с клетки и заканчивая всем организмом (см. рисунок ниже). На каждом более высоком уровне организации есть большая степень сложности.

Человеческий организм имеет несколько уровней организации.

Клетки

Самыми основными частями человеческой машины являются клетки — удивительные 100 триллионов их к тому времени, когда средний человек достигнет зрелого возраста! Клетки являются основными структурными и функциональными единицами в человеческом теле, как и во всех живых существах.Каждая клетка выполняет основные жизненные процессы, которые позволяют организму выжить. Многие клетки человека имеют особую форму и функции, как показано на рис. ниже. Каждый тип клетки на рисунке играет определенную роль. Например, нервные клетки имеют длинные выступы, которые помогают им передавать электрические сообщения другим клеткам. В мышечных клетках много митохондрий, которые обеспечивают энергию, необходимую для движения тела.

Различные типы клеток человеческого тела предназначены для выполнения определенных задач.Знаете ли вы функции любого из представленных здесь типов клеток?

Ткани

После клетки ткань является следующим уровнем организации в организме человека. Ткань представляет собой группу соединенных клеток, которые выполняют аналогичную функцию. Существует четыре основных типа тканей человека: эпителиальная, мышечная, нервная и соединительная ткани. Эти четыре типа тканей, которые показаны ниже на рис. , , составляют все органы человеческого тела.

Человеческое тело состоит из этих четырех типов тканей.

• Соединительная ткань состоит из клеток, образующих структуру тела. Примеры включают кость и хрящ.
• Эпителиальная ткань состоит из клеток, выстилающих внутреннюю и внешнюю поверхности тела, такие как кожа и слизистая оболочка пищеварительного тракта. Эпителиальная ткань защищает тело и его внутренние органы, выделяет такие вещества, как гормоны, и поглощает такие вещества, как питательные вещества.
• Мышечная ткань состоит из клеток, которые обладают уникальной способностью сокращаться или становиться короче.Мышцы, прикрепленные к костям, позволяют телу двигаться.
• Нервная ткань состоит из нейронов или нервных клеток, передающих электрические сообщения. Нервная ткань составляет мозг и нервы, соединяющие мозг со всеми частями тела.

Органы и системы органов

После тканей органы представляют собой следующий уровень организации человеческого тела. Орган — это структура, состоящая из двух или более типов тканей, которые работают вместе для выполнения одной и той же работы.Примеры человеческих органов включают мозг, сердце, легкие, кожу и почки. Человеческие органы организованы в системы органов, многие из которых показаны на рис. ниже. Система органов — это группа органов, которые работают вместе для выполнения сложной общей функции. Каждый орган системы выполняет часть более крупной работы.

Здесь представлены многие системы органов, из которых состоит человеческое тело. Какова общая функция каждой системы органов?

12 систем вашего тела показаны ниже ( Таблица ниже).Системы ваших органов работают не только в вашем теле. Все они должны уметь работать вместе. Например, одной из наиболее важных функций систем органов является обеспечение клеток кислородом и питательными веществами и удаление токсичных продуктов жизнедеятельности, таких как углекислый газ. Для этого работают вместе ряд систем органов, включая сердечно-сосудистую и дыхательную системы.

Резюме

• Человеческое тело организовано на разных уровнях, начиная с клетки.
• Клетки организованы в ткани, а ткани образуют органы.
• Органы подразделяются на системы органов, такие как скелетная и мышечная системы.

Обзор

1. Каковы уровни организации человеческого тела?
2. Какой тип ткани покрывает поверхность тела?
3. Каковы функции костной системы?
4. Какая система органов поддерживает тело и позволяет ему двигаться?
5. Объясните, как связаны форма и функция в клетках человека. Включите примеры.
6. Сравните и сопоставьте эпителиальные и мышечные ткани.

Как раковые клетки часто посылают неверные сигналы

Человеческое тело функционирует в значительной степени благодаря миллиардам химических сигналов, передаваемых между клетками и внутри них. Здоровые клетки обмениваются сигналами, чтобы регулировать иммунную систему, помогать мышцам и органам функционировать, а также выполняют бесконечный список биологических задач. Эти сигналы также определяют, как клетки растут и делятся, и когда они закрываются, чтобы освободить место для новых, здоровых клеток (так называемый апоптоз) — критические процессы, которые определяют все, от того, как организм лечит колено с кожным покровом до старения кожи и мозг обрабатывает боль.

Это постоянное общение настолько важно для здоровья и развития организма, что когда клеточные сигналы сбиваются, вмешательство может вызвать ряд состояний или заболеваний, таких как диабет или рак. Фактически, исследователи пришли к выводу, что многие виды рака образуются, когда эти сигналы нарушаются, перенаправляются или используются для других, более вредных целей. Эти развивающиеся идеи стали ключевым направлением исследований, которые привели к появлению новой и появляющейся линии лечения рака.

По мере того, как ученые узнают больше о том, как работают клеточные сигналы и что происходит, когда они смешиваются, они обнаружили, что перехват сигналов сломанных раковых клеток может помочь организму бороться с болезнью.Некоторые лекарства, например, предназначены для блокирования сигналов, которые раковые клетки посылают, чтобы уклониться от иммунной системы. В других случаях передача сигналов раковых клеток остается загадкой и является серьезным предметом будущих исследований. «Нам нужно многое узнать о сложностях передачи сигналов клеток, уклонении от апоптоза и других механизмах роста и регуляции клеток», — говорит доктор Памела Крилли, председатель отделения медицинской онкологии в Центрах лечения рака Америки ^®. (CTCA) и заведующий отделением медицинской онкологии нашей больницы в Филадельфии.«В то же время были достигнуты важные достижения в области биологии, онкологии и иммунологии, которые могут превратить научные открытия в методы лечения».

Получение сообщения

Клетка получает сообщения через рецепторы на своей поверхности. Рецепторы похожи на спутниковые тарелки клеток, которые получают химические сигналы через белковые молекулы или лиганды от других клеток. Когда лиганд достигает рецептора, он запускает цепную реакцию, которая позволяет сигналу проникать через поверхность клетки и достигать густой жидкости внутри, называемой цитоплазмой.Попав внутрь клетки, сообщение передается от одного фермента к другому по сигнальному пути, пока не достигнет своего пункта назначения — ядра, где находится ДНК каждой клетки. Затем ячейка выполняет инструкции, закодированные в сигнале.

В определенный день клетки тела отправляют и получают миллиарды сигналов. В некоторых раковых клетках сигналы, посылаемые для регулирования роста или инициирования апоптоза, замыкаются, что приводит к быстрому росту клеток, который может привести к опухолям. Например, рецептор 2 эпидермального фактора роста человека (HER2), обнаруженный на поверхности нормальных клеток, посылает сигналы, которые помогают клеткам расти.У некоторых пациентов с раком груди клетки производят слишком много рецепторов HER2, создавая перегрузку сигналов, которая может вызвать неконтролируемый рост.

Отмена ключевых сигналов

В то время как здоровые клетки общаются, чтобы делиться и развиваться, раковые клетки могут взять на себя эти сигнальные пути и использовать их во вред, например, чтобы помочь им расти и метастазировать. Один из самых ранних и важных сигнальных путей в организме называется «еж». Наиболее активный до нашего рождения и в детстве, путь ежа передает разнообразный набор инструкций, которые говорят организму, как развивать и поддерживать наши органы, кожу и кости.Когда мы вступаем во взрослую жизнь, путь «ежа» почти отключается — если только он не включается снова раковыми клетками. Будучи активным, сигнальный путь, который когда-то помогал телу созревать, когда мы росли, теперь может использоваться для распространения опухолей. Ученые из Калифорнии связали реактивацию пути ежа с опухолями стромы желудочно-кишечного тракта, в то время как исследователи из Северной Каролины пришли к выводу, что один из сигналов, который реактивирует этот путь, «связан со многими видами рака человека, на которые приходится до 25 процентов рака человека. летальные исходы.«

Если клеточная связь является ключом к развитию некоторых опухолей, ее также можно использовать для изменения поведения — и в некоторых случаях убить рак, считают ученые. Разработка лекарств, предназначенных для конкретного рецептора, лиганда или пути, лежит в основе некоторых целевых методов лечения, используемых для лечения ряда видов рака. Эти препараты предназначены для нарушения клеточной коммуникации:

• Нацелены на лиганд, чтобы он не мог связываться с рецептором. Например, бевацизумаб (Авастин®), используемый для лечения колоректального рака, рака груди, почек и немелкоклеточного рака легких, а также некоторых опухолей головного мозга, пытается предотвратить связывание определенного белка с рецептором, который запускает сигналы роста, прерывая общение, которое помогает раку расти и процветать.
• Нацелен на рецептор. Например, трастузумаб (Герцептин®), один из наиболее часто назначаемых лекарств от HER2-положительного рака молочной железы, предназначен для нацеливания на рецепторы дефектных белков HER2 и блокирования сигналов роста.
• Нацеливание на сигнальный путь внутри клетки. Когда рецептор активируется, он запускает фермент, известный как тирозинкиназа, который действует как переключатель для многих клеточных сигналов. Ингибиторы тирозинкиназы, такие как эрлотиниб (Tarceva®), используемые для лечения некоторых немелкоклеточных форм рака легких и рака поджелудочной железы, предназначены для удержания этого переключателя в выключенном положении.

Есть надежда, что поиск новых способов использования этих коммуникаций и изучение тонкостей сигнальных путей поможет исследователям рака разработать новые методы лечения рака, говорит доктор Крилли. «Исследование деталей сигнальных путей, — говорит она, — может дать ученым представление о новых лекарственных методах лечения, которые могут иметь важное значение».