В чем заключается основная функция лейкоцитов

В чем заключается основная функция лейкоцитов

Лейкоциты – клетки крови, основная функция которых – бороться с инфекционными агентами.

Определение количества эритроцитов является неотъемлемой частью лейкоцитарной формулы и отдельно не производится.

Белые кровяные тельца, белые кровяные клетки.

Синонимы английские

White Blood Cell Count, WBC count, Leukocyte count, White count.

Для чего используется этот анализ?

Для выявления инфекции, воспаления или онкологического заболевания – на их наличие указывает увеличение числа лейкоцитов. Значительное же уменьшение их количества может говорить о снижении иммунитета.

Когда назначается исследование?

В случае подозрения на инфекцию, воспаление или на состояния, при которых изменяется количество лейкоцитов, а также для наблюдения за эффективностью лечения таких заболеваний.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную или капиллярную кровь.

Общая информация об исследовании

Лейкоциты – клетки крови, которые образуются в костном мозге. Основная их функция – бороться с инфекцией и повреждением тканей. Выделяют пять типов лейкоцитов, которые отличаются по внешнему виду и выполняемым функциям: эозинофилы, базофилы, нейтрофилы, лимфоциты и моноциты. Они присутствуют в организме в относительно стабильных пропорциях и, хотя их численность может значительно изменяться в течение дня, в норме обычно остаются в пределах референсных значений.

Лейкоциты образуются из стволовых клеток костного мозга и в процессе созревания проходят ряд промежуточных стадий, в ходе которых клетка и содержащееся в ней ядро уменьшаются. В кровоток должны попадать только зрелые лейкоциты. Они живут недолго, так что происходит их постоянное обновление. Производство лейкоцитов в костном мозге возрастает в ответ на любое повреждение тканей, это часть нормального воспалительного ответа. Цель воспалительного ответа – отграничение повреждения, удаление вызвавшего его причинного фактора и восстановление ткани.

Разные типы лейкоцитов имеют несколько разные функции, однако они способны к координированным взаимодействиям с использованием определенных веществ – цитокинов.

Значительное увеличение количества лейкоцитов (свыше 100 х 10 12 /л) может делать кровь более вязкой, что способно приводить к головной боли, повышению артериального давления и расстройствам зрения. Если количество нейтрофильных лейкоцитов снижается и становится меньше 1 х 10 12 /л, то возрастает риск возникновения инфекций, их течение становится более тяжелым. При этом инфекцию могут вызывать микробы, в обычном состоянии «дружественные» по отношению к организму.

Для чего используется и Когда назначается исследование?

Данное исследование обычно входит в рутинный общий анализ крови.

Повышение количества лейкоцитов (лейкоцитоз) помогает выявить инфекцию и воспаление.

Значительное увеличение количества лейкоцитов (больше 50-100 тысяч х 10 12 /л), как правило, свидетельствует о злокачественной опухоли костного мозга и требует срочного обращения к врачу.

Снижение количества лейкоцитов (лейкопения) встречается гораздо реже, чем лейкоцитоз. Оно чаще всего указывает на вирусную инфекцию, однако может быть признаком более опасных заболеваний, таких как СПИД или апластическая анемия.

Применение лучевой терапии или некоторых лекарств (в частности, цитостатиков) может приводить к снижению числа лейкоцитов, поэтому их количество отслеживается для своевременной коррекции терапии.

Помимо прочего, это исследование проводят при лечении лейкозов для оценки эффективности терапии.

Источник

Лейкоциты: что это и какую функцию выполняют

Лейкоциты представляют собой главный элемент иммунной системы. Именно они защищают организм от инфекций, а также от раковых клеток. В некоторых случаях количество лейкоцитов превышает норму. Это может быть физиологически нормальным явлением, но если человек несколько дней ощущает недомогание, ему нужно сразу обратиться к врачу.

Что такое лейкоциты

Лейкоциты представляют собой клетки крови белого цвета. Поэтому их часто называют белые кровяные тельца. Это основной компонент иммунной системы, уничтожающие чужеродных агентов – антигенов. К ним относятся: вирусы, бактерии, грибки, раковые и поврежденные клетки самого организма. Всего существует 3 вида лейкоцитов:

В свою очередь, гранулоциты подразделяются на нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Все эти клетки отличаются по своим функциям, строению и другим особенностям. Например, одни виды лейкоцитов живут несколько лет, в то время как другие – несколько дней и даже часов.

Какую функцию выполняют лейкоциты

Основная функция лейкоцитов (вне зависимости от конкретного вида) – обеспечение иммунной защиты организма. При этом каждый тип клеток выполняет собственные задачи:

Нейтрофилы уничтожают чужеродные бактерии и микроскопические грибки.

Базофилы запускают иммунную реакцию при проникновении чужеродных агентов. При этом их функция до конца остается неизученной.

Эозинофилы борются с инфекциями, которые вызываются паразитами, проникающими в организм человека.

Моноциты разрушают и способствуют выведению патогенных микроорганизмов, а также собственных клеток организма (отмерших).

Лимфоциты являются основой иммунной системы, они обеспечивают иммунный ответ, например, при проникновении вируса (в том числе реакцию повышения температуры).

Разновидностью лимфоцитов являются такие клетки:

Т-киллеры (Т-лимфоциты). Они обеспечивают разрушение поврежденных клеток организма, в том числе с генетическими мутациями. Благодаря этому ткани предотвращается рост раковых опухолей. Известно, что ежедневно в организме формируется порядка 100 тысяч опухолевых клеток. Поэтому одним из факторов рака является ослабленный иммунитет, когда Т-киллеры не могут в полном объеме выполнять свои функции.

В-лимфоциты обеспечивают иммунный ответ со стороны гуморальной системы. Они распознают чужеродных агентов и запускают специальные белки (антитела), уничтожающие их.

Норма лейкоцитов в крови у мужчин и женщин

В организме здорового человека в 1 л крови присутствует от 4 до 9*10 9 лейкоцитов, т.е. от 4 до 9 млрд единиц клеток в одном литре. Это единая норма для мужчин и женщин. Любое отклонение от приведенного диапазона может быть признаком патологии:

лейкоцитоз – увеличение количества лейкоцитов;

лейкопения – их уменьшение.

При этом небольшое нарушение нормы может иметь временный характер, что является нормальным явлением. Например, физиологический лейкоцитоз наблюдается в нескольких случаях:

после тренировки, сильной физической нагрузки;

эмоциональные всплески, психологические стрессы;

во время третьего триместра беременности;

первые 3 дня жизни ребенка;

при работе во вредных условиях (контакт с ионизирующим излучением, парами ртути, угарного газа, свинцовыми изделиями и т.п.).

Патологический лейкоцитоз: основные причины

В ряде случаев превышение нормы лейкоцитов свидетельствует о развитии патологии:

практически все инфекции (в основном связанные с бактериями и грибками, реже – вирусами);

воспалительные процессы разной природы;

лейкоз, лимфома и другие злокачественные образования;

получение травмы разных видов (физическая, электрическая, термическая).

Закончив физиологический цикл, лейкоциты поступают в селезенку, где уничтожаются и выводятся из организма. Поэтому при удалении селезенки, нарушении ее функций также наблюдается лейкоцитоз. Причем он имеет стойкий и выраженный характер (в этом случае повышается уровень лейкоцитов всех видов).

Что касается лейкопении (сниженного количества лейкоцитов в крови), она может быть одним из признаков таких болезне1 и нарушений:

истощения на фоне тяжелых патологий, длительного голодания;

иммунодефицит, в том числе связанный с ВИЧ;

тяжелые гнойно-септические состояния;

поражения костного мозга, особенно после приема лекарств или других болезней;

лучевая терапия, химиотерапия;

дефицит жизненно важных веществ – белки, витамины, минералы;

недостаточная деятельность щитовидной железы;

отдельные формы анемии;

отдельные формы лейкоза.

Симптомы и лечение патологии

Сам по себе лейкоцитоз неправильно рассматривать как отдельное заболевание, поскольку оно является признаком других патологий. При этом нарушение не имеет специфических симптомов, поэтому самостоятельно диагностировать лейкоцитоз невозможно. Обычно он проявляется рядом признаков:

повышенная температура, которая наблюдается в течение длительного периода;

часто наблюдающиеся кровоподтеки и кровотечения;

общее недомогание, повышенная утомляемость;

часто наблюдающиеся головокружения или обморочные состояния;

уменьшение аппетита, уменьшение массы тела без явных причин;

покалывание, болезненные ощущения в руках и ногах.

Если у человека несколько дней наблюдается хотя бы один из представленных симптомов, ему следует обратиться к врачу. Чем раньше будет установлена причина патологии, тем легче с ней справиться.

Для диагностики и лечения проводят развернутый анализ крови, аллергодиагностику, УЗИ, рентгенографию и другие виды исследований. Лечение назначается в зависимости от установленной причины. Например, если лейкоцитоз связан с инфекционными патологиями, врач может прописать курс антибиотиков, при наличии воспалительных процессов назначают стероиды, в отдельных случаях показан операция.

Все представленные на сайте материалы предназначены исключительно для образовательных целей и не предназначены для медицинских консультаций, диагностики или лечения. Администрация сайта, редакторы и авторы статей не несут ответственности за любые последствия и убытки, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.

Источник

Виды лейкоцитов крови и их функции

Лейкоциты – это группа форменных элементов крови, которые характеризуются отсутствием окраски, наличием ядра и способностью к передвижению. Название переводится с греческого как «белые клетки». Группа лейкоцитов неоднородна. В нее входят несколько разновидностей, которые отличаются по происхождению, развитию, внешнему виду, строению, размерам, форме ядра, функциям. Образуются лейкоциты в лимфатических узлах и костном мозге. Их основная задача – защита организма от внешних и внутренних «врагов». Находятся лейкоциты в крови и в различных органах и тканях: в миндалинах, в кишечнике, в селезенке, в печени, в легких, под кожей и слизистыми. Они могут мигрировать во все части организма.

Виды лейкоцитов

Белые клетки делятся на две группы:

Где образуются и сколько живут?

Основная часть белых клеток, а именно гранулоциты, производится красным костным мозгом из стволовых клеток. Из материнской (стволовой) образуется клетка-предшественница, затем переходит в лейкопоэтиночувствительную, которая под действием специфического гормона развивается по лейкоцитарному (белому) ряду: миелобласты – промиелоциты – миелоциты – метамиелоциты (юные формы) – палочкоядерные – сегментоядерные. Незрелые формы находятся в костном мозге, созревшие поступают в кровяное русло. Гранулоциты живут примерно 10 суток.

В лимфатических узлах вырабатываются лимфоциты и значительная часть моноцитов. Часть агранулоцитов из лимфатической системы поступает в кровь, которая их переносит к органам. Лимфоциты живут долго – от нескольких дней и до нескольких месяцев и лет. Срок жизни моноцитов – от нескольких часов до 2-4 дней.

Строение

Строение лейкоцитов разных видов отличается, и выглядят они по-разному. Общее для всех – это наличие ядра и отсутствие собственной окраски. Цитоплазма может быть зернистой или однородной.

Нейтрофилы

Нейтрофилы – полиморфноядерные лейкоциты. Они имеют круглую форму, их диаметр составляет около 12 мкм. В цитоплазме находится два вида гранул: первичные (азурофильные) и вторичные (специфические). Специфические мелкие, более светлые и составляют около 85 % от всех гранул, имеют в составе бактерицидные вещества, белок лактофферин. Аузорофильные крупнее, их содержится порядка 15 %, в них присутствуют ферменты, миелопероксидаза. В специальном красителе гранулы окрашиваются в сиреневый цвет, а цитоплазма – в розовый. Зернистость мелкая, состоит из гликогена, липидов, аминокислот, РНК, ферментов, за счет которых происходит расщепление и синтез веществ. У юных форм ядро бывает бобовидным, у палочкоядерных – в виде палочки или подковы. У зрелых клеток – сегментоядерных – оно имеет перетяжки и выглядит разделенным на сегменты, которых может быть от 3 до 5. В ядре, которое может иметь отростки (придатки) содержится много хроматина.

Эозинофилы

Эти гранулоциты достигают в диаметре 12 мкм, имеют мономорфную крупную зернистость. В цитоплазме содержатся гранулы овальной и сферической формы. Зернистость окрашивается кислыми красителями в розовый цвет, цитоплазма становится голубой. Присутствуют гранулы двух видов: первичные (азурофильные) и вторичные, или специфические, заполняющие почти всю цитоплазму. В центре гранул содержится кристаллоид, в котором находится основной белок, ферменты, пероксидаза, гистаминаза, эозинофильный катионный белок, фосфолипаза, цинк, коллагеназа, катепсин. Ядро эозинофилов состоит из двух сегментов.

Базофилы

Эта разновидность лейкоцитов с полиморфной зернистостью имеет размеры от 8 до 10 мкм. Гранулы разных размеров окрашиваются основным красителем в темный сине-фиолетовый цвет, цитоплазма – в розовый. Зернистость содержит гликоген, РНК, гистамин, гепарин, ферменты. В цитоплазме находятся органеллы: рибосомы, эндоплазматическая сеть, гликоген, митохондрии, аппарат Гольджи. Ядро чаще всего состоит из двух сегментов.

Лимфоциты

По размеру их можно разделить на три вида: крупные (от 15 до 18 мкм), средние (около 13 мкм), мелкие (6-9 мкм). Последних в крови больше всего. По форме лимфоциты овальные или круглые. Ядро крупное, занимает практически всю клетку и окрашивается в синий цвет. В небольшом количестве цитоплазмы содержится РНК, гликоген, ферменты, нуклеиновые кислоты, аденозинтрифосфат.

Моноциты

Это самые большие по размеру белые клетки, которые могут достигать в диаметре 20 мкм и более. В цитоплазме содержатся вакуоли, лизосомы, полирибосомы, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи. Ядро моноцитов крупное, неправильной, бобовидной или овальной формы, может иметь выпуклости и вмятины, окрашивается в красновато-фиолетовый. Цитоплазма приобретает под воздействием красителя серо-голубой или серо-синий цвет. В ней содержатся ферменты, сахариды, РНК.

Содержание

Лейкоциты в крови здоровых мужчин и женщин содержатся в следующем соотношении:

Абсолютный уровень лейкоцитов в крови у мужчин и женщин в норме имеет следующие значения:

Функции

Общие функции лейкоцитов следующие:

Каждому виду лейкоцитов отводятся свои функции, в том числе специфические.

Нейтрофилы

Главная роль – защита организма от инфекционных агентов. Эти клетки захватывают бактерии в свою цитоплазму и переваривают. Кроме этого, они могут вырабатывать противомикробные вещества. При проникновении инфекции в организм они устремляются к месту внедрения, накапливаются там в большом количестве, поглощают микроорганизмы и погибают сами, превращаясь в гной.

Эозинофилы

При заражении глистами эти клетки проникают в кишечник, разрушаются и выделяют токсические вещества, убивающие гельминтов. При аллергиях эозинофилы удаляют избыточный гистамин.

Базофилы

Эти лейкоциты принимают участие в формировании всех аллергических реакций. Их называют скорой помощью при укусах ядовитых насекомых и змей.

Лимфоциты

Они постоянно патрулируют организм с целью обнаружения чужеродных микроорганизмов и вышедших из-под контроля клеток собственного организма, которые могут мутировать, затем быстро делиться и образовывать опухоли. Среди них есть информаторы – макрофаги, которые постоянно перемещаются по организму, собирают подозрительные объекты и доставляют их лимфоцитам. Лимфоциты делятся на три вида:

Как подсчитывают

Уровень белых клеток (WBC) определяют во время проведения клинического анализа крови. Подсчет лейкоцитов осуществляется автоматическими счетчиками или в камере Горяева – оптического прибора, названного в честь его разработчика – профессора Казанского университета. Этот прибор отличается высокой точностью. Состоит из толстого стекла с углублением прямоугольной формы (собственно камерой), где нанесена микроскопическая сетка, и тонкого покровного стекла.

Подсчет происходит следующим образом:

Заключение

Лейкоциты – разнородная группа элементов крови, которые осуществляют защиту организма от внешних и внутренних заболеваний. Каждый вид белых клеток выполняет определенную функцию, поэтому важно, чтобы их содержание соответствовало норме. Любые отклонения могут указывать на развитие болезней. Анализ крови на лейкоциты позволяет на ранних этапах заподозрить патологию, даже если отсутствует симптоматика. Это способствует своевременной диагностике и дает больше шансов на выздоровление.

Источник

В чем заключается основная функция лейкоцитов

Современные методы лечения

Лейкоциты

ГБУ РО «КБ им. Н.А. Семашко»

Врач КЛД Е.В.Коровченко

Содержание лейкоцитов в крови в норме 4,0 – 9,0 x 10 9/л.

Количество лейкоцитов (WBC) в циркулирующей крови – важный диагностический показатель.

Содержание лейкоцитов в крови не является постоянным, а динамически изменяется в зависимости от времени суток и функционального состояния организма. Так, количество лейкоцитов обычно несколько повышается к вечеру, после приёма пищи, а также после физического и эмоционального напряжения.

К лейкоцитам относятся:

Нейтрофилы

Нейтрофилы – наиболее многочисленные из лейкоцитов – первыми начинают бороться с инфекцией и первыми появляются в месте повреждения тканей. Нейтрофилы имеют ядро, разделенное на несколько сегментов, поэтому их еще называют сегментоядерными нейтрофилами или полиморфноядерными лейкоцитами. Эти названия, однако, относятся только к зрелым нейтрофилам. Созревающие формы (юные, палочкоядерные) содержат цельное ядро.

Чаще всего уровень нейтрофилов повышен при острых бактериальных и грибковых инфекциях. Иногда в ответ на инфекцию продукция нейтрофилов увеличивается столь значительно, что в кровяное русло выходят незрелые формы нейтрофилов, увеличивается количество палочкоядерных (ядро в виде палочки). Это называется сдвигом лейкоцитарной формулы влево и свидетельствует об активности ответа костного мозга на инфекцию.

Встречается и сдвиг лейкоцитарной формулы вправо, когда количество палочкоядерных форм уменьшается и увеличивается количество сегментоядерных. Так бывает при мегалобластных анемиях, заболеваниях печени и почек.

Другие причины повышения уровня нейтрофилов:

Количество нейтрофилов может уменьшаться при:

Лимфоциты.

Лимфоциты – одно из важнейших звеньев иммунной системы, они имеют большое значение в уничтожении вирусов и борьбе с хронической инфекцией. Существует два вида лимфоцитов – Т и В (в лейкоцитарной формуле подсчета видов лейкоцитов по отдельности нет). B-лимфоциты вырабатывают антитела – специальные белки, которые связываются с чужеродными белками (антигенами), находящимися на поверхности вирусов, бактерий, грибов, простейших. Окруженные антителами клетки, содержащие антигены, доступны для нейтрофилов и моноцитов, которые убивают их. Т-лимфоциты способны разрушать зараженные клетки и препятствовать распространению инфекции. Также они распознают и уничтожают раковые клетки.

Причины повышенного уровня лимфоцитов:

Причины снижения уровня лимфоцитов:

Моноциты

Моноцитов в организме не очень много, однако они осуществляют крайне важную функцию фагоцитоза. После непродолжительной циркуляции в кровяном русле (20-40 часов) они перемещаются в ткани, где превращаются в макрофаги. Макрофаги способны уничтожать клетки, так же как нейтрофилы, и держать на своей поверхности чужеродные белки, на которые реагируют лимфоциты. Они играют роль в поддержании воспаления при некоторых хронических воспалительных заболеваниях, таких как ревматоидный артрит.

Причины повышения уровня моноцитов:

Причины снижения уровня моноцитов:

Эозинофилы

Эозинофилов в крови содержится небольшое количество, они тоже способны к фагоцитозу, однако в основном играют другую роль – борются с паразитами, а также принимают активное участие в аллергических реакциях.

Наиболее распространенные причины повышения уровня эозинофилов:

Более редкие причины их повышения:

Количество эозинофилов может снижаться при:

Базофилы

Базофилов в крови также немного. Они перемещаются в ткани, где превращаются в тучные клетки. Когда они активируются, из них выделяется гистамин, обусловливающий симптомы аллергических заболеваний. Увеличение содержания базофилов встречается редко: при онкологических заболеваниях костного мозга и лимфоузлов, истинной полицитемии, аллергических заболеваниях.

Лейкоцитарная формула имеет возрастные особенности, поэтому её сдвиги должны оцениваться с позиции возрастной нормы (это особенно важно при обследовании детей). При интерпретации результатов также следует помнить, что повышение или понижение может быть как абсолютным (меняется именно количество лейкоцитов, относящихся к данной популяции), так и относительным (меняется процентное соотношение клеток в лейкоцитарной формуле из-за изменения количества клеток, относящихся к другим субпопуляциям). Количество лейкоцитов в крови зависит от скорости притока клеток из костного мозга и скорости выхода их в ткани. Увеличение количества лейкоцитов в периферической крови выше 10,0 x10 9/л называют лейкоцитозом, уменьшение – ниже 4,0 x 10 9/л – лейкопенией.

Лейкоцитоз наблюдается при следующих заболеваниях и состояниях:

Лейкопения наблюдается при следующих заболеваниях и состояниях:

Таким образом, определение уровня лейкоцитов в крови имеет большое диагностическое значение. Низкое или высокое содержание лейкоцитов может сигнализировать о протекающей в организме патологической реакции. Правильная расшифровка анализа крови дает возможность ранней диагностики и более эффективного лечения.

Источник

Научная электронная библиотека

§ 3.1.3. Понятие о цитологии

Цитология – раздел биологии, изучающий жизнедеятельность клетки.

Множество простейших и микроорганизмов представляют собой существующие отдельно друг от друга клетки. Тела многоклеточных организмов построены из огромного числа клеток. Независимо от того, представляет собой клетка целостную живую систему, либо ее часть, она наделена набором признаков и свойств, характерных для всех клеток.

Клетка состоит из простых и сложных молекул белков, нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), липидов, углеводов, минеральных веществ и, конечно же, воды. Белкам и нуклеиновым кислотам принадлежит основная роль в синтезе из простых микромолекул сложных макромолекул, в освобождении и превращении энергии из поступающих в клетку веществ.

Клетка – основная структурно-функциональная единица живого. Клетка – биологически автономная система, способная самостоятельно осуществлять все процессы, присущие живой материи (рост, размножение, раздражимость и т. д.)

Впервые клетку наблюдал Р. Гук (1665 г., Англия) на срезах пробки через систему линз. Дальнейшее ведение микроскопических исследований принадлежит члену Королевского общества Неемии Грю (1641–1712 гг.), который собрал первый микроскоп в. Общие результаты своих исследований он изложил в четырехтомном трактате, опубликованном в 1682 г. Трактат этот носил длинное название «Анатомия растений с изложением философской истории растительного мира и несколько других докладов, прочитанных перед Королевским обществом».

Но изучение срезов тканей растительных и животных организмов в 17–18 веках носили описательный характер. Более подробное изучение жизнедеятельности клетки началось с усовершенствованием увеличительной техники в 19 веке. Немецкие ученые М. Шлейден и Т. Шванн (1839 г.) сопоставили ткани растительных и животных организмов, обнаружили общий принцип строения и роста тех и других клеток.

Позднее, благодаря открытию процессов роста и деления, а также ряда биохимических процессов клетки, сформировалась клеточная теория.

Основные положения классической клеточной теории:

1. Клетка – наименьшая структурная единица живого.

2. Все живые организмы состоят из клеток (одной – одноклеточный организм, или множества – многоклеточный организм)[34].

3. Несмотря на огромное разнообразие внешних форм, все клетки сходны между собой по внутреннему строению, химическому составу и принципам жизнедеятельности.

4. «Клетка от клетки». Новые (дочерние) клетки возникают в результате деления исходной (материнской) клетки.

Клетки многоклеточного организма объединяются в ткани, ткани – в органы, органы в системы органов.

Все вещества, входящие в состав клетки (и живого организма в целом) принято делить на две группы – группу неорганических веществ и группу органических веществ (рис. 3.4):

Рис. 3.4. Простейшая классификация веществ живых организмов.
Неорганические вещества в живой клетке представлены, прежде всего, водой, а также микро- и макроэлементами, присутствующими в составе различных солей

Воды в организме содержится, в среднем 83 %. Функции воды:

а) Вода является прекрасным растворителем. Вещества, растворенные в воде, проникают в клетку, обеспечивая ее питание.

б) Продукты обмена выводятся из организма также в виде водных растворов (см. раздел «Цитоплазма»).

в) Вода поддерживает тургор (упругость) клетки.

г) Все биохимические процессы (окисление – восстановление, синтез – разложение, каталитические реакции и т. д.) происходят в водной среде.

д) Кроме того, вода обладает большой теплоемкостью и теплопроводностью, что обеспечивает гармоничное распределение и сохранение тепла в организме.

Примеры микро- и макроэлементов приведены на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Микроэлементы и макроэлементы живого организма

Органические вещества живой клетки представляют: липиды, углеводы, белки, нуклеиновые кислоты.

Липиды – производные высших жирных кислот, химический состав которых можно представить формулой СmHnOl. К липидам, в частности, относятся жиры, химический состав которых подробно рассматривается в курсе органической химии. При этом, жидкие жиры (масла) чаще растительного происхождения (исключение – рыбий жир), твёрдые – животного происхождения (исключение – пальмовое масло).

1. Строительная. Липиды входят в состав всех биологических мембран.

2. Энергетическая. Липиды являются источником энергии для организма. При окислении 1 г липидов до СО2 и Н2О выделяется 39 кДж энергии:

[35].

Выделяющаяся при этом вода называется метаболической.

3. Теплоизоляционная. Липиды – отличный теплоизолятор. Эта функция играет большую роль при адаптации организмов к холодной среде обитания, например, моржей и тюленей в холодных водоёмах.

4. Влагообеспечивающая. Как видно из функции 2, жиры служат дополнительным источником воды в организме. Эта функция особенно важна для обитателей засушливых зон.

Углеводы, входящие в состав живых клеток, подразделяют на простые и сложные (рис. 3.6)

Рис. 3.6. Простейшая классификация углеводов, входящих в состав живых клеток

1. Энергетическая. Основным источником энергии для организма являются простые сахариды. Важнейшим из них является глюкоза. При окислении 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии. Некоторые сложные углеводы представляют собой дополнительный запас энергии. В частности, организм получает значительное количество энергии для жизнедеятельности при окислении полимерных молекул крахмала (в телах растений) или гликогена (в телах животных).

2. Строительная. Сложные углеводы являются строительным материалом для некоторых живых организмов. Например, целлюлоза входит в состав древесины, а хитин – в наружный скелет насекомых.

Белки – сложные полимеры. На долю белков приходится 50 % от сухой массы живого организма. Белки – уникальная природная форма, из которой состоят все живые организмы планеты. В организме человека встречаются 5 млн типов белков, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов. Белки состоят из аминокислот (мономеры), соединенных друг с другом в определенной последовательности, присущей только определенному организму. Всего известно 20 разновидностей аминокислот. В молекуле белка эти аминокислоты соединены друг с другом прочной пептидной связью[36]. В состав 1 молекулы белка входят от 51 до нескольких сотен аминокислот.

1. Строительная. Белки входят в состав всех вещественных биологических структур: клеток, тканей, органов, крови (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Простейшая классификация белков, реализующих строительную функцию

2. Каталитическая. Группа белков, являющихся катализаторами биохимических процессов, называется ферментами. Некоторые ферменты ускоряют протекание реакций в десятки и сотни тысяч раз. Схема работы ферментов с субстратами – веществами, вступающими в биохимический процесс, приведена на рис. 3.8.

3. Транспортная. Существует ряд белков, транспортирующих вещества к различным тканям (например, гемоглобин – белок, переносящий кислород к клеткам) и удаляющих продукты обмена. Многие молекулы (например, сахара) не способны проникнуть в клетку без помощи специфических белков-переносчиков.

Рис. 3.8. Схема работы ферментов:
а – сближение субстратов (С) с ферментом.; б – образование
фермент-субстратного комплекса; в – превращение субстратов
в продукты реакции (ПР); г – разъединение продуктов реакции и фермента

4. Гормональная. Гормоны – биологически активные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции и регулирующие физиологические процессы в организме. При недостатке гормонов возникают патологические изменения, приводящих к заболеваниям и даже гибели организма. Некоторые из гормонов являются белками.

5. Защитно-иммунная. Белки, входящие в состав иммунных клеток (лейкоцитов) обеспечивают защиту от бактерий и вирусов. Эти белки (антитела) связываются с чужеродными организму веществами, образуя комплекс, который затем удаляется из организма

7. Двигательная. Некоторые из белков, входящих в состав мышц способны сокращаться, а, значит, приводить организм в движение.

8. Энергетическая. Иногда, хотя и достаточно редко, белки могут служить дополнительным источником энергии. При окислении 1 г белка освобождается 17,6 кДж.

Нуклеиновые кислоты в живых клетках представлены двумя типами: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (ДНК).

Современная структурная модель ДНК была впервые предложена американским биологом Дж. Уотсоном совместно с английским физиком Ф. Криком в 1953 году и представляет собой две полинуклеотидные цепи, соединённых водородными связями и закрученные в спираль. В каждой цепочке содержится от пятисот до нескольких сотен тысяч нуклеотидов. Условная схема строения нуклеотида представлена на рис. 3.9.

В нуклеотидах ДНК остаток фосфорной кислоты и дезоксирибоза – неизменные составляющие, в то время как азотистых оснований существует 4 разновидности: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Поэтому каждый нуклеотид принято обозначать тем же названием, что и азотистое
основание, входящее в его состав (аденин, гуанин, цитозин, тимин). Поскольку водородные связи в ДНК могут возникать только попарно, по принципу комплементарности: аденин (А) связывается только с тимином (Т), гуанин (Г) – только с цитозином (Ц), то, зная последовательность одной цепи, можно составить последовательность второй цепи.

Рис. 3.9. Схема строения нуклеотида ДНК

При определённых условиях, перед делением клетки, ДНК объединяется с многочисленными белками в единый комплекс, который называется хромосома (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Строение реплицированной (удвоенной) хромосомы

Уникальность дезоксирибонуклеиновой кислоты состоит в том, что её молекула является хранилищем сведений о составе всех белков, вырабатываемых организмом, а, значит, содержит в себе информацию обо всех его внешних и внутренних признаках, причём, передаваемую из поколения в поколение от родителей – потомству. Биологическая передача сведений потомству о своих признаках осуществляется благодаря репликации ДНК.

Репликация ДНК – это процесс её удвоения, протекающий с участием специальных ферментов при подготовке клетки к делению. Репликацию можно условно разделить на три стадии (рис. 3.11):

1. Раскручивание двойной спирали ДНК с одного конца под действием фермента.

2. Достраивание по принципу комплементарности новых цепей на разъединившихся прежних цепях.

3. Окончательное формирование двух новых ДНК. В каждой из них одна цепь принадлежала прежней ДНК, а вторая достроена по принципу комплементарности.

Рис. 3.11. Схема репликации ДНК:
а – раскручивание двойной спирали ДНК; б – достраивание новых цепей
на разъединившихся прежних цепях; в – окончательное формирование двух новых ДНК

Таким образом, при делении клетки обе дочерние клетки получают совершено одинаковые ДНК.

Также как и ДНК, молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) представляет собой полинуклеотидную цепь. В отличие от ДНК она одноцепочечная и содержит намного меньше нуклеотидов. Другим существенным отличием РНК от ДНК является химический состав нуклеотидов: нуклеотиды РНК содержат остаток рибозы вместо дезоксирибозы (рис. 3.12) и вместо тимина в составе нуклеотидов РНК находится урацил.

Основная функция РНК – участие в синтезе белковых молекул. В зависимости от характера этого участия РНК подразделяют на матричные или информационные (мРНК), транспортные (тРНК), рибосомальные (рРНК):

– мРНК копирует с ДНК информацию о структуре белка, который нужно синтезировать и доставляет её к месту синтеза;

– (тРНК) – доставляет необходимые аминокислоты и в определенном порядке к месту синтеза белка;

– (рРНК) – входят в состав рибосом – внутриклеточных частиц, на которых и происходит синтез белка. Иногда рибосомы называют главными «рабочими» синтеза белка.

Участок ДНК, содержащий сведения о первичной структуре одного определённого белка, называется геном. Совокупность всей информации обо всех белках, хранящаяся в ДНК иногда называют генетической программой. Последовательность нуклеотидов ДНК определяет аминокислотную последовательность молекулы белка. Эта зависимость между молекулой ДНК и строением белковой молекулы называется генетический код. Генетический код известен для всех 20 аминокислот.

Рис. 3.12. Схема строения нуклеотида РНК

Процесс передачи информации генетического кода в конкретный белок протекает следующим образом:

1. С помощью специальных ферментов на поверхности гена формируется комлементарная цепь матричной РНК. В данном случае ген является матрицей с которой делается слéпок – м-РНК.

2. Образовавшаяся м-РНК перемещается к месту синтеза белка – к рибосомам.

3. Сюда же к месту сборки белковой молекулы «доставляются» посредством тРНК определенные аминокислоты, последовательность построения которых записана на мРНК. Набору из трёх азотистых оснований, который называется триплет нуклеотидов или кодон, соответствует одна и только одна аминокислота. Например, возле нуклеотидной последовательности ГГЦ может закрепиться только глицин

а возле кодона ГЦУ – только аланин

Всего в построении белковой молекулы участвует 20 различных аминокислот.

4. Между располагающимися в строго определённой последовательности аминокислотами образуется пептидная связь

и постепенно формируется молекула белка. Следует подчеркнуть, что синтез белковых молекул осуществляется при активном участии огромного количества всевозможных ферментов.

1. Что такое клетка? В чем заключается ее биологическое значение?

2. В чем заключаются основные положения клеточной теории Шлейдена – Шванна?

3. Какие вещества неорганической природы включены в состав клетки? Объясните их значение.

4. Какое значение для клетки имеют органические вещества: липиды, углеводы и белки?

5. Что такое ДНК? Расскажите о ее строении. Каково значение ДНК для клетки?

6. О чем гласит принцип комплементарности в построении молекулы ДНК?

Произвести достройку молекулы ДНК: А-Г-Г-Г-Ц-А-Т-Г-Т-Т-А-Ц-Г-Ц.

7. Задача: в молекуле ДНК 19 % цитозина. Определить количество остальных нуклеотидов.

8. В чем биологический смысл репликации ДНК?

9. В чем особенности строения РНК? Какие виды РНК встречаются в клетке и какую функцию осуществляют?

10. Каким образом происходит реализация генетической программы?
В чем ее биологический смысл?

Источник