Клетъчна структура. Въпроси за самостоятелна работа
Карта 1
Какви органели са характерни за животинските клетки? (рибозоми, пластиди, вакуоли).
Каква е функцията на митохондриите? (фотосинтеза, синтез на протеини, синтез на мазнини, синтез на АТФ, транспорт на вещества).
Карта 2
Подчертайте верните отговори.
Какви молекули изграждат мембраната? (въглехидрати, липиди, протеини, вода, АТФ).
Кои пластиди са безцветни? (левкопласти, хлоропласти, хромопласти).
Как се наричат вътрешните структури на митохондриите? (зърна, кристи, матрица).
Карта 3
Подчертайте верните отговори.
Карта 4
Подчертайте верните отговори.
Кои органели на цитоплазмата имат едномембранна структура? (външна клетъчна мембрана, EPS, митохондрии, пластиди, комплекс Голджи, лизозоми).
Какви органели са общи за растителните и животинските клетки? (EPS, рибозоми, митохондрии, ядро, пластиди).
Карта 5
Подчертайте верните отговори.
а) твърди или порести;
Карта 6
Подчертайте верните отговори.
Кои органели на цитоплазмата имат двумембранна структура? (външна клетъчна мембрана, EPS, митохондрии, пластиди, комплекс Голджи).
Къде се намират молекули в митохондриите?
а) ДНК (кристи, външна мембрана, вътрешна среда);
б) РНК (кристи, външна мембрана, вътрешна среда).
Коя структура на хлоропласта съдържа пигмента хлорофил? (външна мембрана, кристи, грана, строма).
Карта 7
Подчертайте верните отговори.
Какви организми имат ядро? (прокариоти, еукариоти).
Кои органели на цитоплазмата имат немембранна структура? (EPS, митохондрии, пластиди, рибозоми, лизозоми).
Къде се образуват рибозомните субединици? (цитоплазма, ядро, вакуоли).
Каква е структурата на митохондриите? (едномембранни, двумембранни, немембранни).
Карта 8
Подчертайте верните отговори.
Коя ядрена структура носи наследствените свойства на организма? (ядрена мембрана, ядрен сок, хромозоми, нуклеоли).
а) фотосинтеза (левкопласти, хлоропласти, хромопласти);
б) натрупване на нишесте (левкопласти, хлоропласти, хромопласти).
Каква е структурата на митохондриите? (едномембранни, двумембранни, немембранни).
От колко субединици се състои една рибозома? (едно две три четири).
Какво представлява ядрената обвивка?
а) твърди или порести;
б) едномембранни или двумембранни.
Карта 9
Подчертайте верните отговори.
Кой от компонентите на мембраната определя свойството селективна пропускливост? (протеини, липиди, мазнини, въглехидрати).
Кои клетъчни органели съдържат рибозоми? (цитоплазма, гладка ER, грапава ER, митохондрии, пластиди, ядрена обвивка).
В коя част от митохондриите се извършва окисление? органична материя? (кристи, външна мембрана, вътрешна среда).
С появата на каква структура ядрото се отдели от цитоплазмата? (хромозоми, ядро, ядрена мембрана, ядрен сок).
Карта 10
Подчертайте верните отговори.
В кои клетъчни органели се осъществява синтеза на АТФ?
а) в растителни клетки (хлоропласти, митохондрии, рибозоми);
б) в животински клетки (хлоропласти, митохондрии, рибозоми).
Кои клетъчни органели съдържат пигмента хлорофил? (митохондрии, хлоропласти, левкопласти, хромопласти).
Каква мембрана е ядрената обвивка? (единично твърдо или двойно поресто).
Карта 11
Подчертайте верните отговори.
Какви характеристики на живата клетка зависят от функционирането на клетъчната мембрана? (селективна пропускливост, абсорбция и задържане на вода, йонообмен, изолация от околната среда и връзка с нея).
От колко субединици се състои една рибозома? (едно две три четири).
В коя част на митохондриите протича окислението на органичните вещества? (кристи, външна мембрана, вътрешна среда).
Какви органели са общи за растителните и животинските клетки? (рибозоми, вакуоли, митохондрии, ядро, пластиди).
Каква клетъчна структура свързва органелите в едно цяло, транспортира вещества, участва в синтеза на протеини и мазнини? (външна клетъчна мембрана, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи).
Карта 12
Подчертайте верните отговори.
Как цитоплазмата на клетката се отделя от околната среда? (EPS мембрани, външна клетъчна мембрана, ядрена обвивка).
В коя от ядрените структури се извършва сглобяването на рибозомните субединици? (ядрен сок, ядро, ядрена мембрана).
Кои пластиди съдържат пигмента хлорофил? (левкопласти, хлоропласти, хромопласти).
С появата на каква структура ядрото се отдели от цитоплазмата? (хромозоми, ядро, ядрена мембрана, ядрен сок).
Каква е структурата на митохондриите? (едномембранни, двумембранни, немембранни).
Карта 13
Подчертайте верните отговори.
Какви органели се намират само в растителните клетки? (EPS, рибозоми, пластиди, митохондрии).
Какви молекули изграждат клетъчната мембрана? (протеини, липиди, въглехидрати, вода, АТФ).
Коя ядрена структура носи наследствените свойства на организма? (ядрена мембрана, ядрен сок, хромозоми, нуклеоли).
Къде се извършва синтезът на АТФ? (кристи, вътрешна среда на митохондриите, външна мембрана на митохондриите, външни митохондрии).
Какво е включено в рибозомата? (протеини, липиди, въглехидрати, ДНК, РНК).
Карта 14
Подчертайте верните отговори.
Защо митохондриите се наричат "електростанции на клетките"? (извършват протеинов синтез, синтез на АТФ, синтез на въглехидрати, синтез на мазнини).
Кои органели на цитоплазмата имат едномембранна структура? (външна клетъчна мембрана, EPS, митохондрии, пластиди, комплекс Голджи, лизозоми).
Къде се образуват рибозомните субединици? (цитоплазма, ядро, митохондрии).
Как се наричат вътрешните структури на митохондриите? (матрикс, кристи, зърна).
Какви организми имат ядро? (прокариоти, еукариоти).
Карта 15
Подчертайте верните отговори.
Каква е функцията на рибозомите? (фотосинтеза, синтез на протеини, синтез на мазнини, синтез на АТФ, транспорт на вещества).
Кой от пластидите може да бъде оранжев? (левкопласти, хлоропласти, хромопласти).
В коя част на ядрото се намира ДНК молекулата? (ядрен сок, хромозоми, ядрена обвивка, ядро).
Към коя група органели принадлежат пластидите? (едномембранни, двумембранни, немембранни).
Карта 16
Подчертайте верните отговори.
В какви органели на растителните клетки се осъществява синтеза на АТФ? (хлоропласти, митохондрии, рибозоми).
Кои клетъчни органели съдържат рибозоми? (цитоплазма, гладка ER, грапава ER, митохондрии, пластиди, ядрена обвивка).
Каква е структурата на митохондриите? (едномембранни, двумембранни, немембранни).
Каква част от хлоропласта съдържа ДНК и рибозоми? (външна мембрана, грана, вътрешна среда, строма).
Какви са функциите на клетъчното ядро? (съхранение и предаване на наследствена информация, участие в клетъчното делене, участие в синтеза на ДНК и РНК).
Карта 17
Подчертайте верните отговори.
Кои органели на цитоплазмата имат двумембранна структура? (EPS, митохондрии, пластиди, апарат на Голджи).
Къде се образуват рибозомните субединици? (цитоплазма, ядро, вакуола).
Кои от пластидите изпълняват следните функции:
а) натрупване на нишесте (левкопласти, хлоропласти, хромопласти).
б) фотосинтеза (левкопласти, хлоропласти, хромопласти);
Какви органели са общи за растителните и животинските клетки? (рибозоми, вакуоли, митохондрии, ядро, пластиди).
Какви компоненти са включени в ядрото? (митохондрии, хромозоми, ядро, пластиди).
Карта 18
Подчертайте верните отговори.
В кои клетъчни органели се извършва само протеинов синтез? (пластиди, рибозоми, митохондрии, комплекс Голджи).
В коя част на митохондриите протича окислението на органичните вещества? (кристи, външна мембрана, вътрешна среда).
Коя органела свързва съдържанието на клетката в едно цяло, осъществява синтеза на протеини и мазнини и участва в транспорта на вещества? (външна клетъчна мембрана, ER, апарат на Голджи).
Какви организми имат ядро? (прокариоти, еукариоти).
Кои клетъчни органели съдържат рибозоми? (цитоплазма, гладка ER, грапава ER, митохондрии, пластиди, ядрена обвивка).
Клетката като биологична система
Съвременната клетъчна теория, нейните основни положения, ролята във формирането на съвременната естественонаучна картина на света. Развитие на знанията за клетката. Клетъчната структура на организмите е в основата на единството на органичния свят, доказателство за връзката на живата природа
Съвременна клетъчна теория, нейните основни положения, роля във формирането на съвременната естественонаучна картина на света
Един от фундаментални понятия V съвременна биологияе идеята, че всички живи организми имат клетъчна структура. Изследването на структурата на клетката, нейната жизнена дейност и взаимодействие с заобикаляща средазанимаващи се с наука цитологиясега обикновено се нарича клетъчна биология. Цитологията дължи появата си на формулирането на клетъчната теория (1838-1839, М. Шлейден, Т. Шван, допълнена през 1855 г. от Р. Вирхов).
клетъчна теорияе обобщена представа за структурата и функциите на клетките като живи единици, тяхното размножаване и роля в образуването на многоклетъчни организми.
Основните положения на клетъчната теория:
- Клетката е единица на структурата, жизнената дейност, растежа и развитието на живите организми - извън клетката живот няма.
- клетка - една система, състоящ се от набор от елементи, естествено свързани помежду си, представляващи определена холистична формация.
- Клетките на всички организми са сходни по своя химичен състав, структура и функции.
- Нови клетки се образуват само в резултат на делене на майчините клетки („клетка от клетка“).
- Клетките на многоклетъчните организми образуват тъкани, а органите са изградени от тъкани. Животът на организма като цяло се определя от взаимодействието на съставните му клетки.
- Клетките на многоклетъчните организми имат пълен набор от гени, но се различават една от друга по това, че за тях работят различни групи гени, което води до морфологичното и функционално разнообразие на клетките - диференциация.
Благодарение на създаването на клетъчната теория стана ясно, че клетката е най-малката единица на живота, елементарна жива система, която има всички признаци и свойства на живите същества. Формулирането на клетъчната теория стана най-важната предпоставка за развитието на възгледите за наследствеността и променливостта, тъй като идентифицирането на тяхната природа и присъщите им закони неизбежно предполагаше универсалността на структурата на живите организми. Разкриването на единството на химичния състав и структурния план на клетките послужи като тласък за развитието на идеи за произхода на живите организми и тяхната еволюция. В допълнение, произходът на многоклетъчните организми от една клетка в процеса ембрионално развитиесе превърна в догма на съвременната ембриология.
Развитие на знанията за клетката
До 17 век човекът не е знаел нищо за микроструктурата на заобикалящите го предмети и е възприемал света с невъоръжено око. Инструментът за изучаване на микросвета, микроскопът, е изобретен приблизително през 1590 г. от холандските механици Г. и З. Янсен, но неговото несъвършенство прави невъзможно изследването на достатъчно малки обекти. Само създаването на негова основа на така наречения комбиниран микроскоп от К. Дреббел (1572-1634) допринесе за напредъка в тази област.
През 1665 г. английският физик Р. Хук (1635-1703) подобрява дизайна на микроскопа и технологията за смилане на лещи и, искайки да се увери, че качеството на изображението се подобрява, той изследва срезове от корк, въглен и живи растения под то. На срезовете той намери най-малките пори, наподобяващи пчелна пита, и ги нарече клетки (от лат. целулаклетка, клетка). Интересно е да се отбележи, че Р. Хук смята клетъчната мембрана за основен компонент на клетката.
През втората половина на 17 век се появяват трудовете на най-видните микроскописти М. Малпиги (1628-1694) и Н. Гру (1641-1712), които също откриват клетъчната структура на много растения.
За да се увери, че видяното от Р. Хук и други учени е вярно, холандският търговец А. ван Льовенхук, който не е имал специално образование, самостоятелно разработи дизайн на микроскоп, който е коренно различен от съществуващия, и подобри производството на лещи. технология. Това му позволи да постигне увеличение от 275-300 пъти и да разгледа такива детайли на структурата, които бяха технически недостъпни за други учени. А. ван Льовенхук беше ненадминат наблюдател: той внимателно скицира и описва това, което вижда под микроскоп, но не се стреми да го обясни. Той открива едноклетъчни организми, включително бактерии, открива ядра, хлоропласти, удебеления на клетъчните стени в растителните клетки, но откритията му могат да бъдат оценени много по-късно.
Откритията на компонентите на вътрешната структура на организмите през първата половина на 19 век следват едно след друго. G. Mol разграничава в растителните клетки жива материя и водниста течност - клетъчен сок, открива пори. Английският ботаник Р. Браун (1773-1858) открива ядрото в клетките на орхидеята през 1831 г., след което е открито във всички растителни клетки. Чешкият учен J. Purkinje (1787-1869) въвежда термина "протоплазма" (1840) за обозначаване на полутечното желатиново съдържание на клетка без ядро. Белгийският ботаник М. Шлейден (1804-1881) напредва по-далеч от всички свои съвременници, които, изучавайки развитието и диференциацията на различни клетъчни структури висши растения, доказа, че всички растителни организми произлизат от една клетка. Той също така разглежда заоблени ядрени тела в ядрата на клетки от люспи на лук (1842).
През 1827 г. руският ембриолог К. Баер открива яйцеклетките на хора и други бозайници, като по този начин опровергава идеята за развитието на организма изключително от мъжки полови клетки. Освен това той доказва образуването на многоклетъчен животински организъм от една клетка - оплодена яйцеклетка, както и сходството на етапите на ембрионалното развитие на многоклетъчните животни, което предполага единството на техния произход. Информацията, натрупана до средата на 19 век, изисква обобщение, което се превръща в клетъчната теория. Биологията дължи формулировката си на немския зоолог Т. Шван (1810-1882), който въз основа на собствените си данни и заключенията на М. Шлейден за развитието на растенията предполага, че ако ядрото присъства във всяко образувание, видимо под микроскоп, тогава тази формация е клетка. Въз основа на този критерий Т. Шван формулира основните положения на клетъчната теория.
Немският лекар и патолог Р. Вирхов (1821-1902) въвежда друго важно предложение в тази теория: клетките възникват само чрез разделяне на първоначалната клетка, т.е. клетките се образуват само от клетки („клетка от клетка“).
От създаването на клетъчната теория учението за клетката като единица от структурата, функцията и развитието на организма непрекъснато се развива. До края на 19 век, благодарение на напредъка на микроскопската техника, се изяснява структурата на клетката, описват се органелите - части от клетката, които изпълняват различни функции, методите за образуване на нови клетки (митоза, мейоза) изследвани и стана ясно първостепенното значение на клетъчните структури при предаването на наследствени свойства. Използването на най-новите физични и химични методи на изследване позволи да се навлезе в процесите на съхранение и предаване на наследствена информация, както и да се изследва фината структура на всяка от клетъчните структури. Всичко това допринесе за отделянето на науката за клетката в независим клон на знанието - цитология.
Клетъчната структура на организмите, сходството на структурата на клетките на всички организми - основата на единството на органичния свят, доказателство за връзката на живата природа
Всички известни в момента живи организми (растения, животни, гъби и бактерии) имат клетъчна структура. Дори вируси, които нямат клетъчна структура, могат да се възпроизвеждат само в клетки. Клетката е елементарна структура функционална единицаживот, който е присъщ на всички негови прояви, по-специално на метаболизма и енергийните трансформации, хомеостазата, растежа и развитието, възпроизводството и раздразнителността. В същото време именно в клетките се съхранява, обработва и реализира наследствената информация.
Въпреки цялото разнообразие от клетки, структурният план за тях е един и същ: всички те съдържат наследствен апаратпотопен в цитоплазма, и околната клетка плазмената мембрана.
Клетката възниква в резултат на дълга еволюция на органичния свят. Обединяването на клетките в многоклетъчен организъм не е просто сумиране, тъй като всяка клетка, запазвайки всички характеристики, присъщи на живия организъм, в същото време придобива нови свойства поради изпълнението на определена функция от нея. От една страна, многоклетъчният организъм може да бъде разделен на съставните си части - клетки, но от друга страна, събирайки ги отново, е невъзможно да се възстановят функциите на цялостен организъм, тъй като нови свойства се появяват само при взаимодействието на части на системата. Това проявява една от основните закономерности, които характеризират живота, единството на дискретното и интегралното. Малкият размер и значителният брой клетки създават голяма повърхност в многоклетъчните организми, което е необходимо за осигуряване на бърз метаболизъм. Освен това, в случай на смърт на една част от тялото, неговата цялост може да бъде възстановена поради възпроизвеждането на клетките. Извън клетката е невъзможно съхраняването и предаването на наследствена информация, съхраняването и предаването на енергия с последващото й превръщане в работа. И накрая, разделението на функциите между клетките в многоклетъчния организъм предоставя широки възможности на организмите да се адаптират към околната среда и е предпоставка за усложняване на тяхната организация.
По този начин установяването на единството на плана на структурата на клетките на всички живи организми послужи като доказателство за единството на произхода на целия живот на Земята.
разнообразие от клетки. Прокариотни и еукариотни клетки. Сравнителна характеристика на клетките на растения, животни, бактерии, гъби. Разнообразие от клетки
Според клетъчната теория клетката е най-малката структурна и функционална единица от организми, която притежава всички свойства на живо същество. Според броя на клетките организмите се делят на едноклетъчни и многоклетъчни. Клетките на едноклетъчните организми съществуват като независими организми и изпълняват всички функции на живо същество. Всички прокариоти и редица еукариоти (много видове водорасли, гъби и протозои) са едноклетъчни, които удивляват с изключително разнообразие от форми и размери. Повечето организми обаче все още са многоклетъчни. Техните клетки са специализирани да изпълняват определени функции и да образуват тъкани и органи, което не може да не се отрази в морфологичните характеристики. Например, човешкото тяло се състои от около 10 14 клетки, представени от около 200 вида, имащи голямо разнообразие от форми и размери.
Формата на клетките може да бъде кръгла, цилиндрична, кубична, призматична, дисковидна, вретеновидна, звездовидна и др. нервна тъкан. Редица клетки изобщо нямат постоянна форма. Те включват, на първо място, кръвни левкоцити.
Размерите на клетките също варират значително: повечето клетки на многоклетъчен организъм имат размери от 10 до 100 микрона, а най-малките - 2-4 микрона. Долната граница се дължи на факта, че клетката трябва да има минимален набор от вещества и структури, за да осигури жизненоважна дейност, а твърде големите размери на клетката ще възпрепятстват обмена на вещества и енергия с околната среда, а също така ще възпрепятстват процесите на поддържане хомеостаза. Някои клетки обаче могат да се видят с просто око. На първо място, това са клетките на плодовете на динята и ябълковите дървета, както и яйцата на рибите и птиците. Дори ако един от линейните размери на клетката надвишава средния, всички останали отговарят на нормата. Например, дължината на невронен израстък може да надвишава 1 m, но неговият диаметър все още ще съответства на средната стойност. Няма пряка връзка между размера на клетката и размера на тялото. И така, мускулните клетки на слон и мишка са с еднакъв размер.
Прокариотни и еукариотни клетки
Както бе споменато по-горе, клетките имат много подобни функционални свойства и морфологични характеристики. Всяка от тях се състои от цитоплазма, потопена в нея наследствен апарат, и отделени от външната среда плазмената мембрана, или плазмалема, който не пречи на процеса на метаболизъм и енергия. Извън мембраната клетката може да има и клетъчна стена, състояща се от различни вещества, която служи за защита на клетката и е вид неин външен скелет.
Цитоплазмата е цялото съдържание на клетката, което запълва пространството между плазмената мембрана и структурата, съдържаща генетична информация. Състои се от основното вещество - хиалоплазма- и органели и включвания, потопени в него. Органели- това са постоянни компоненти на клетката, които изпълняват определени функции, а включванията са компоненти, които се появяват и изчезват по време на живота на клетката, изпълнявайки главно функции за съхранение или екскреция. Включванията често се разделят на твърди и течни. Твърдите включвания са представени главно от гранули и могат да бъдат от различен характер, докато вакуолите и мастните капки се считат за течни включвания.
Понастоящем има два основни типа клетъчна организация: прокариотна и еукариотна.
Прокариотната клетка няма ядро; нейната генетична информация не е отделена от цитоплазмата чрез мембрани.
Областта от цитоплазмата, която съхранява генетичната информация в прокариотната клетка, се нарича нуклеоид. В цитоплазмата на прокариотните клетки се намират предимно един вид органели, рибозоми, а органели, заобиколени от мембрани, липсват напълно. Бактериите са прокариоти.
Еукариотната клетка е клетка, в която поне на един от етапите на развитие има сърцевина- специална структура, в която се намира ДНК.
Цитоплазмата на еукариотните клетки се отличава със значително разнообразие от мембранни и немембранни органели. Еукариотните организми включват растения, животни и гъби. Размерът на прокариотните клетки, като правило, е с порядък по-малък от размера на еукариотните клетки. Повечето прокариоти са едноклетъчни организми, докато еукариотите са многоклетъчни.
Сравнителна характеристика на структурата на клетките на растения, животни, бактерии и гъби
В допълнение към характеристиките, характерни за прокариотите и еукариотите, клетките на растенията, животните, гъбите и бактериите имат редица други особености. И така, растителните клетки съдържат специфични органели - хлоропласти, които определят способността им за фотосинтеза, докато в други организми тези органели не се срещат. Разбира се, това не означава, че други организми не са способни на фотосинтеза, тъй като например при бактериите това се случва върху инвагинации на плазмалемата и отделни мембранни везикули в цитоплазмата.
Растителните клетки обикновено съдържат големи вакуоли, пълни с клетъчен сок. В клетките на животни, гъбички и бактерии те също се срещат, но имат съвсем различен произход и изпълняват различни функции. Основното резервно вещество, намиращо се под формата на твърди включвания, е нишестето в растенията, гликогенът в животните и гъбите и гликогенът или волутинът в бактериите.
Друга отличителна черта на тези групи организми е организацията на повърхностния апарат: клетките на животинските организми нямат клетъчна стена, тяхната плазмена мембрана е покрита само с тънък гликокаликс, докато всички останали го имат. Това е напълно разбираемо, тъй като начинът на хранене на животните е свързан с улавянето на хранителни частици в процеса на фагоцитоза и наличието на клетъчна стена би ги лишило от тази възможност. Химическа природаВеществото, което изгражда клетъчната стена, не е едно и също в различните групи живи организми: ако при растенията това е целулоза, то при гъбите е хитин, а при бактериите е муреин. Сравнителна характеристика на структурата на клетките на растения, животни, гъби и бактерии
знак | бактерии | Животни | гъби | растения |
Метод на хранене | хетеротрофен или автотрофен | Хетеротрофен | Хетеротрофен | автотрофен |
Организация на наследствената информация | прокариоти | еукариоти | еукариоти | еукариоти |
ДНК локализация | Нуклеоиди, плазмиди | ядро, митохондрии | ядро, митохондрии | Ядро, митохондрии, пластиди |
плазмената мембрана | Яжте | Яжте | Яжте | Яжте |
клетъчна стена | Мурейновая | — | Хитинов | Целулозен |
Цитоплазма | Яжте | Яжте | Яжте | Яжте |
Органели | Рибозоми | Мембранни и немембранни, включително клетъчния център | Мембранни и безмембранни | Мембранни и немембранни, включително пластиди |
Органели на движението | Камшичета и власинки | Камшичета и реснички | Камшичета и реснички | Камшичета и реснички |
Вакуоли | Рядко | контрактилен, храносмилателен | Понякога | Централна вакуола с клетъчен сок |
Включвания | Гликоген, волутин | Гликоген | Гликоген | нишесте |
Разликите в структурата на клетките на представители на различни царства на дивата природа са показани на фигурата.
Химическият състав на клетката. Макро- и микроелементи. Връзката на структурата и функциите на неорганични и органични вещества (протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ), които изграждат клетката. Ролята на химикалите в клетката и човешкия организъм
Химическият състав на клетката
В състава на живите организми са открити повечето химични елементи от Периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев, открити досега. От една страна, те не съдържат нито един елемент, който не би бил в неживата природа, а от друга страна концентрацията им в телата нежива природаи живите организми се различават значително.
Тези химични елементи образуват неорганични и органични вещества. Въпреки факта, че неорганичните вещества преобладават в живите организми, именно органичните вещества определят уникалността на техния химичен състав и феномена на живота като цяло, тъй като те се синтезират главно от организмите в процеса на жизнена дейност и играят важна роля в реакции.
Проучване на химичния състав на организмите и химична реакцияпротичаща в тях, се занимава с наука биохимия.
Трябва да се отбележи, че съдържанието на химикали в различните клетки и тъкани може да варира значително. Например, докато протеините преобладават сред органичните съединения в животинските клетки, въглехидратите преобладават в растителните клетки.
Химичен елемент | земната кора | Морска вода | Живи организми |
О | 49.2 | 85.8 | 65-75 |
° С | 0.4 | 0.0035 | 15-18 |
з | 1.0 | 10.67 | 8-10 |
н | 0.04 | 0.37 | 1.5-3.0 |
П | 0.1 | 0.003 | 0.20-1.0 |
С | 0.15 | 0.09 | 0.15-0.2 |
К | 2.35 | 0.04 | 0.15-0.4 |
ок | 3.25 | 0.05 | 0.04-2.0 |
кл | 0.2 | 0.06 | 0.05-0.1 |
мг | 2.35 | 0.14 | 0.02-0.03 |
Na | 2.4 | 1.14 | 0.02-0.03 |
Fe | 4.2 | 0.00015 | 0.01-0.015 |
Zn | < 0.01 | 0.00015 | 0.0003 |
Cu | < 0.01 | < 0.00001 | 0.0002 |
аз | < 0.01 | 0.000015 | 0.0001 |
Е | 0.1 | 2.07 | 0.0001 |
Макро- и микроелементи
Около 80 химични елемента се намират в живите организми, но само 27 от тези елементи имат своите функции в клетката и организма. Останалите елементи присъстват в следи и изглежда се поглъщат чрез храната, водата и въздуха. Съдържанието на химични елементи в тялото варира значително. В зависимост от концентрацията те се делят на макронутриенти и микроелементи.
Концентрацията на всеки макроелементив тялото надвишава 0,01%, а общото им съдържание е 99%. Макронутриентите включват кислород, въглерод, водород, азот, фосфор, сяра, калий, калций, натрий, хлор, магнезий и желязо. Първите четири от тези елементи (кислород, въглерод, водород и азот) също се наричат органогенен, тъй като са част от основните органични съединения. Фосфорът и сярата също са компоненти на редица органични вещества, като протеини и нуклеинови киселини. Фосфорът е от съществено значение за образуването на кости и зъби.
Без останалите макронутриенти нормалното функциониране на организма е невъзможно. И така, калият, натрият и хлорът участват в процесите на възбуждане на клетките. Калият е необходим и за функционирането на много ензими и за задържането на вода в клетката. Калцият се намира в клетъчните стени на растенията, костите, зъбите и черупките на мекотелите и е необходим за мускулната контракция и вътреклетъчното движение. Магнезият е компонент на хлорофила - пигментът, който осигурява протичането на фотосинтезата. Участва и в биосинтезата на протеини. Желязото, освен че е част от хемоглобина, който пренася кислорода в кръвта, е необходимо за процесите на дишане и фотосинтеза, както и за функционирането на много ензими.
микроелементисе съдържат в тялото в концентрации под 0,01%, а общата им концентрация в клетката дори не достига 0,1%. Микроелементите включват цинк, мед, манган, кобалт, йод, флуор и др. Цинкът е част от молекулата на хормона на панкреаса инсулин, медта е необходима за фотосинтезата и дишането. Кобалтът е компонент на витамин В12, чиято липса води до анемия. Йодът е необходим за синтеза на хормоните на щитовидната жлеза, които осигуряват нормалното протичане на метаболизма, а флуорът е свързан с образуването на зъбния емайл.
Както липсата, така и излишъкът или нарушението на метаболизма на макро- и микроелементите водят до развитие различни заболявания. По-специално, липсата на калций и фосфор причинява рахит, липсата на азот причинява тежък протеинов дефицит, недостигът на желязо причинява анемия, а липсата на йод причинява нарушение на образуването на хормони на щитовидната жлеза и намаляване на скоростта на метаболизма. Намаляването на приема на флуор с вода и храна до голяма степен причинява нарушение на обновяването на зъбния емайл и в резултат на това предразположение към кариес. Оловото е токсично за почти всички организми. Излишъкът му причинява необратими увреждания на мозъка и централната нервна система, което се проявява със загуба на зрение и слух, безсъние, бъбречна недостатъчност, гърчове, а също така може да доведе до парализа и заболявания като рак. Острото отравяне с олово е придружено от внезапни халюцинации и завършва с кома и смърт.
Недостигът на макро- и микроелементи може да се компенсира чрез увеличаване на съдържанието им в храната и питейната вода, както и чрез приемане на лекарства. И така, йодът се намира в морски дарове и йодирана сол, калций в черупки от яйца и др.
Връзката на структурата и функциите на неорганични и органични вещества (протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ), които изграждат клетката. Ролята на химикалите в клетката и човешкия организъм
неорганични вещества
Химичните елементи на клетката образуват различни съединения – неорганични и органични. Неорганичните вещества на клетката включват вода, минерални соли, киселини и др., а органичните вещества включват протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ, витамини и др.
вода(H 2 O) - най-често срещаното неорганично вещество на клетката, което има уникални физикохимични свойства. Няма нито вкус, нито цвят, нито мирис. Плътността и вискозитетът на всички вещества се оценяват по вода. Подобно на много други вещества, водата може да бъде в три агрегатни състояния: твърдо (лед), течно и газообразно (пара). Точката на топене на водата е $0°$C, точката на кипене е $100°$C, но разтварянето на други вещества във вода може да промени тези характеристики. Топлинният капацитет на водата също е доста висок - 4200 kJ / mol K, което й позволява да участва в процесите на терморегулация. Във водната молекула водородните атоми са разположени под ъгъл от $105°$, докато общите електронни двойки се отдръпват от по-електроотрицателния кислороден атом. Това определя диполните свойства на водните молекули (единият им край е положително зареден, а другият отрицателно) и възможността за образуване на водородни връзки между водните молекули. Адхезията на водните молекули е в основата на явлението повърхностно напрежение, капилярността и свойствата на водата като универсален разтворител. В резултат на това всички вещества се разделят на разтворими във вода (хидрофилни) и неразтворими в нея (хидрофобни). Благодарение на тези уникални свойства е предопределено, че водата е станала основата на живота на Земята.
Средното съдържание на вода в клетките на тялото не е еднакво и може да се промени с възрастта. И така, при човешки ембрион на месец и половина съдържанието на вода в клетките достига 97,5%, при осем месеца - 83%, при новородено намалява до 74%, а при възрастен е средно 66%. Телесните клетки обаче се различават по водно съдържание. И така, костите съдържат около 20% вода, черният дроб - 70%, а мозъкът - 86%. Като цяло може да се каже, че концентрацията на вода в клетките е правопропорционална на скоростта на метаболизма.
минерални солиможе да бъде в разтворено или неразтворено състояние. Разтворими солидисоциират на йони - катиони и аниони. Най-важните катиони са калиеви и натриеви йони, които улесняват преноса на веществата през мембраната и участват в възникването и провеждането на нервен импулс; както и калциевите йони, които участват в процесите на свиване на мускулните влакна и съсирването на кръвта; магнезий, който е част от хлорофила; желязо, което е част от редица протеини, включително хемоглобин. Най-важните аниони са фосфатният анион, който е част от АТФ и нуклеиновите киселини, и остатъкът от въглеродна киселина, който смекчава колебанията в рН на средата. Йоните на минералните соли осигуряват както проникването на самата вода в клетката, така и нейното задържане в нея. Ако концентрацията на соли в околната среда е по-ниска, отколкото в клетката, тогава водата прониква в клетката. Йоните също определят буферните свойства на цитоплазмата, т.е. нейната способност да поддържа постоянно слабо алкално рН на цитоплазмата, въпреки постоянното образуване на киселинни и алкални продукти в клетката.
Неразтворими соли(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2 и др.) влизат в състава на костите, зъбите, черупките и черупките на едноклетъчни и многоклетъчни животни.
Освен това организмите могат да произвеждат други не органични съединениякато киселини и оксиди. Така париеталните клетки на човешкия стомах произвеждат солна киселина, която активира храносмилателния ензим пепсин, а силициевият оксид импрегнира клетъчните стени на хвощовете и образува черупките на диатомите. През последните години ролята на азотния оксид (II) в сигнализирането в клетките и тялото също е изследвана.
органична материя
Обща характеристика на органичните вещества на клетката
Органичните вещества на клетката могат да бъдат представени както от относително прости молекули, така и от по-сложни. В случаите, когато сложна молекула (макромолекула) се образува от значителен брой повтарящи се по-прости молекули, тя се нарича полимер, и структурни звена - мономери. В зависимост от това дали единиците на полимерите се повтарят или не, те се класифицират като редовенили нередовен. Полимерите съставляват до 90% от масата на сухото вещество на клетката. Те принадлежат към три основни класа органични съединения – въглехидрати (полизахариди), протеини и нуклеинови киселини. Редовните полимери са полизахариди, докато протеините и нуклеиновите киселини са неправилни. В протеините и нуклеиновите киселини последователността на мономерите е изключително важна, тъй като те изпълняват информационна функция.
Въглехидрати
Въглехидрати- това са органични съединения, които включват главно три химични елемента - въглерод, водород и кислород, въпреки че редица въглехидрати също съдържат азот или сяра. Обща формулавъглехидрати - C m (H 2 O) n. Те се делят на прости и сложни въглехидрати.
Прости въглехидрати (монозахариди)съдържат една единствена захарна молекула, която не може да бъде разделена на по-прости. Това са кристални вещества, сладки на вкус и силно разтворими във вода. Монозахаридите участват активно в метаболизма в клетката и влизат в състава на сложните въглехидрати - олигозахариди и полизахариди.
Монозахаридите се класифицират по броя на въглеродните атоми (C3-C9), например, пентози(C 5) и хексози(От 6). Пентозите включват рибоза и дезоксирибоза. Рибозае част от РНК и АТФ. Дезоксирибозае компонент на ДНК. Хексозите (C 6 H 12 O 6) са глюкоза, фруктоза, галактоза и др. Глюкоза(гроздова захар) се намира във всички организми, включително и в човешката кръв, тъй като е енергиен резерв. Влиза в състава на много сложни захари: захароза, лактоза, малтоза, нишесте, целулоза и др. Фруктоза(плодова захар) се намира в най-високи концентрации в плодовете, меда, кореноплодите от захарно цвекло. Той не само участва активно в метаболитните процеси, но също така е част от захарозата и някои полизахариди, като инсулин.
Повечето монозахариди са в състояние да дадат реакция със сребърно огледало и да редуцират медта чрез добавяне на течност на Fehling (смес от разтвори на меден (II) сулфат и калиево-натриев тартарат) и кипене.
ДА СЕ олигозахаридивключват въглехидрати, образувани от няколко монозахаридни остатъка. Обикновено те също са силно разтворими във вода и са сладки на вкус. В зависимост от броя на тези остатъци се разграничават дизахариди (два остатъка), тризахариди (три) и др.. Към дизахаридите спадат захароза, лактоза, малтоза и др. захароза(цвекло или тръстикова захар) се състои от остатъци от глюкоза и фруктоза, намира се в органите за съхранение на някои растения. Особено много захароза в корените на захарното цвекло и захарната тръстика, където се получават по промишлен начин. Той служи като еталон за сладостта на въглехидратите. лактоза, или млечна захар, образуван от остатъци от глюкоза и галактоза, открити в майчиното и кравето мляко. Малтоза(малцова захар) се състои от два глюкозни остатъка. Образува се при разграждането на полизахаридите в семената на растенията и в храносмилателната система на човека и се използва при производството на бира.
полизахаридиса биополимери, чиито мономери са моно- или дизахаридни остатъци. Повечето полизахариди са неразтворими във вода и имат неподсладен вкус. Те включват нишесте, гликоген, целулоза и хитин. нишестее бяло прахообразно вещество, което не се намокря от вода, но се образува при варене топла водасуспензия - паста. Нишестето всъщност се състои от два полимера, по-малко разклонената амилоза и по-разклонения амилопектин (Фигура 2.9). Мономерът както на амилозата, така и на амилопектина е глюкозата. Нишестето е основното резервно вещество на растенията, което се натрупва в големи количества в семена, плодове, грудки, коренища и други складови органи на растенията. Качествена реакция към нишестето е реакцията с йод, при която нишестето се оцветява в синьо-виолетово.
Гликоген(животински нишесте) е резервен полизахарид на животни и гъбички, който при хората се натрупва в най-големи количества в мускулите и черния дроб. Освен това е неразтворим във вода и има неподсладен вкус. Мономерът на гликогена е глюкозата. В сравнение с молекулите на нишестето, молекулите на гликогена са още по-разклонени.
Целулоза, или целулоза, - основният референтен полизахарид на растенията. Мономерът на целулозата е глюкозата. Неразклонените целулозни молекули образуват снопове, които са част от клетъчните стени на растенията. Целулозата е в основата на дървесината, използва се в строителството, в производството на текстил, хартия, алкохол и много органични вещества. Целулозата е химически инертна и не се разтваря нито в киселини, нито в основи. Освен това не се разгражда от ензимите на човешката храносмилателна система, но бактериите в дебелото черво помагат за смилането му. В допълнение, фибрите стимулират свиването на стените на стомашно-чревния тракт, което спомага за подобряване на работата му.
Хитине полизахарид, чийто мономер е азотсъдържащ монозахарид. Той е част от клетъчните стени на гъби и черупки на членестоноги. В храносмилателната система на човека също няма ензим за смилане на хитин, има го само в някои бактерии.
Функции на въглехидратите.Въглехидратите изпълняват пластични (строителни), енергийни, складови и поддържащи функции в клетката. Те образуват клетъчните стени на растения и гъби. Енергийна стойностразделянето на 1 g въглехидрати е 17,2 kJ. Глюкоза, фруктоза, захароза, нишесте и гликоген са резервни вещества. Въглехидратите също могат да бъдат част от сложни липиди и протеини, образувайки гликолипиди и гликопротеини, по-специално в клетъчните мембрани. Не по-малко важна е ролята на въглехидратите в междуклетъчното разпознаване и възприемане на сигналите от околната среда, тъй като те действат като рецептори в състава на гликопротеините.
Липиди
Липидие химично хетерогенна група от нискомолекулни вещества с хидрофобни свойства. Тези вещества са неразтворими във вода, образуват емулсии в нея, но са лесно разтворими в органични разтворители. Липидите са мазни на пипане, много от тях оставят характерни незасъхващи следи върху хартията. Заедно с протеините и въглехидратите те са един от основните компоненти на клетките. Съдържанието на липиди в различните клетки не е еднакво, особено много от тях в семената и плодовете на някои растения, в черния дроб, сърцето, кръвта.
В зависимост от структурата на молекулата липидите се делят на прости и сложни. ДА СЕ простолипидите включват неутрални липиди (мазнини), восъци и стероиди. Комплекслипидите съдържат и друг, нелипиден компонент. Най-важните от тях са фосфолипидите, гликолипидите и др.
мазниниса естери на тривалентния алкохол глицерол и висши мастни киселини. Повечето мастни киселини съдържат 14-22 въглеродни атома. Сред тях има както наситени, така и ненаситени, тоест съдържащи двойни връзки. От наситените мастни киселини най-разпространени са палмитинова и стеаринова киселина, а от ненаситените мастни киселини - олеинова. Някои ненаситени мастни киселини не се синтезират в човешкото тяло или се синтезират в недостатъчни количества, поради което са незаменими. Остатъците от глицерол образуват хидрофилни глави, докато остатъците от мастни киселини образуват хидрофобни опашки.
Мазнините изпълняват главно складова функция в клетките и служат като източник на енергия. Те са богати на подкожна мастна тъкан, която изпълнява ударопоглъщаща и топлоизолационна функция, а при водните животни повишава и плаваемостта. Растителните мазнини съдържат предимно ненаситени мастни киселини, поради което са течни и се наричат масла. Маслата се съдържат в семената на много растения, като слънчоглед, соя, рапица и др.
Восъциса естери и смеси от мастни киселини и мастни алкохоли. При растенията те образуват филм върху повърхността на листа, който предпазва от изпарение, проникване на патогени и др. При редица животни те покриват тялото или служат за изграждане на пчелни пити.
ДА СЕ стероидивключват липиди като холестерол, основен компонент на клетъчните мембрани, както и полови хормони естрадиол, тестостерон, витамин D и др.
Фосфолипиди, в допълнение към остатъците от глицерол и мастни киселини, съдържат остатък от ортофосфорна киселина. Те са част от клетъчните мембрани и осигуряват техните бариерни свойства.
Гликолипидисъщо са компоненти на мембраните, но тяхното съдържание там е ниско. Нелипидната част на гликолипидите са въглехидрати.
Функции на липидите.Липидите изпълняват пластични (строителни), енергийни, складови, защитни, отделителни и регулаторни функции в клетката, освен това те са витамини. Той е основен компонент на клетъчните мембрани. При разделянето на 1 g липиди се освобождава 38,9 kJ енергия. Те се отлагат в резервата в различни органи на растения и животни. В допълнение, подкожната мастна тъкан предпазва вътрешните органи от хипотермия или прегряване, както и от шок. Регулаторната функция на липидите се дължи на факта, че някои от тях са хормони. Мастното тяло на насекомите служи за отделяне.
катерици
катерици- Това са високомолекулни съединения, биополимери, чиито мономери са аминокиселини, свързани с пептидни връзки.
аминокиселинанаречено органично съединение, имащо аминогрупа, карбоксилна група и радикал. Общо в природата се срещат около 200 аминокиселини, които се различават по радикалите и взаимното разположение на функционалните групи, но само 20 от тях могат да бъдат част от протеините. Тези аминокиселини се наричат протеиногенен.
За съжаление, не всички протеиногенни аминокиселини могат да бъдат синтезирани в човешкото тяло, така че те се разделят на взаимозаменяеми и незаменими. Неесенциални аминокиселинисе образуват в човешкото тяло в необходимото количество и незаменим- Не. Те трябва да идват от храната, но могат да бъдат частично синтезирани и от чревни микроорганизми. Има 8 напълно незаменими аминокиселини.Те включват валин, изолевцин, левцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Въпреки факта, че абсолютно всички протеиногенни аминокиселини се синтезират в растенията, растителните протеини са непълни, тъй като не съдържат пълен набор от аминокиселини, освен това наличието на протеини във вегетативните части на растенията рядко надвишава 1-2% от маса. Ето защо е необходимо да се ядат протеини не само от растителен, но и от животински произход.
Нарича се последователност от две аминокиселини, свързани с пептидни връзки дипептид, от три трипептиди т.н. Сред пептидите има такива важни съединения като хормони (окситоцин, вазопресин), антибиотици и др. Верига от повече от двадесет аминокиселини се нарича полипептид, а полипептидите, съдържащи повече от 60 аминокиселинни остатъка, са протеини.
Нива структурна организациякатерица.Протеините могат да имат първична, вторична, третична и кватернерна структура.
Първична структура на протеин- Това линейна аминокиселинна последователностсвързани с пептидна връзка. Първичната структура в крайна сметка определя спецификата на протеина и неговата уникалност, тъй като дори ако приемем, че средният протеин съдържа 500 аминокиселинни остатъка, тогава броят на възможните комбинации е 20 500. Следователно промяна в местоположението на поне една амино киселина в първичната структура води до промяна на вторичните и по-високите структури, както и свойствата на протеина като цяло.
Структурните особености на протеина определят неговото пространствено опаковане - появата на вторични и третични структури.
вторична структурае пространственото разположение на протеинова молекула във формата спиралиили гънкидържани от водородни връзки между кислородните и водородните атоми на пептидни групи от различни завъртания на спиралата или гънките. Много протеини съдържат повече или по-малко дълги области с вторична структура. Това са например кератините за коса и нокти, копринен фиброин.
Третична структуракатерица ( глобула) също е форма на пространствено нагъване на полипептидната верига, поддържана от хидрофобни, водородни, дисулфидни (S-S) и други връзки. Той е характерен за повечето телесни протеини, като мускулния миоглобин.
Кватернерна структура- най-сложният, образуван от няколко полипептидни вериги, свързани главно със същите връзки като в третичната (хидрофобна, йонна и водородна), както и други слаби взаимодействия. Кватернерната структура е характерна за няколко протеина, като хемоглобин, хлорофил и др.
Формата на молекулата е фибриларенИ кълбовиденпротеини. Първите от тях са удължени, като например колагена на съединителната тъкан или кератините на косата и ноктите. Глобуларните протеини са под формата на топка (глобули), подобно на мускулния миоглобин.
Прости и сложни протеини.Протеините могат да бъдат простоИ комплекс.Простите протеини са изградени само от аминокиселини, докато комплекспротеини (липопротеини, хромопротеини, гликопротеини, нуклеопротеини и др.) съдържат протеинови и непротеинови части. Хромопротеинисъдържат оцветена непротеинова част. Те включват хемоглобин, миоглобин, хлорофил, цитохроми и др. По този начин в състава на хемоглобина всяка от четирите полипептидни вериги на глобиновия протеин е свързана с непротеинова част - хем, в центъра на която има желязо йон, който придава червен цвят на хемоглобина. Непротеинова част липопротеиние липид и гликопротеини- въглехидрати. Както липопротеините, така и гликопротеините са част от клетъчните мембрани. Нуклеопротеинипредставляват комплекси от протеини и нуклеинови киселини (ДНК и РНК). Те изпълняват най-важните функции в процесите на съхранение и предаване на наследствената информация.
Свойства на протеина.Много протеини са силно разтворими във вода, но има някои сред тях, които се разтварят само в разтвори на соли, основи, киселини или органични разтворители. Структурата на протеиновата молекула и нейната функционална активност зависят от условията на околната среда. Загубата на протеинова молекула от нейната структура при запазване на първичната се нарича денатурация.
Денатурацията възниква поради промени в температурата, pH, атмосферно налягане, под действието на киселини, основи, соли на тежки метали, органични разтворители и др. Обратният процес на възстановяване на вторични и висши структури се нарича ренатурация, обаче не винаги е възможно. Пълното разграждане на белтъчната молекула се нарича унищожаване.
Функции на протеина.Протеините изпълняват редица функции в клетката: пластична (строителна), каталитична (ензимна), енергийна, сигнална (рецепторна), съкратителна (моторна), транспортна, защитна, регулаторна и складова.
Изграждащата функция на протеините е свързана с тяхното присъствие в клетъчните мембрани и структурните компоненти на клетката. Енергия - поради факта, че при разграждането на 1 g протеин се отделят 17,2 kJ енергия. Мембранните рецепторни протеини участват активно във възприемането на сигнали от околната среда и тяхното предаване през клетката, както и в междуклетъчното разпознаване. Без протеини движението на клетките и организмите като цяло е невъзможно, тъй като те формират основата на камшичетата и ресничките, а също така осигуряват мускулна контракция и движение на вътреклетъчни компоненти. В кръвта на хората и много животни протеинът хемоглобин пренася кислород и част от въглероден диоксид, докато други протеини пренасят йони и електрони. Защитната роля на протеините се свързва предимно с имунитета, тъй като протеинът интерферон е в състояние да унищожи много вируси, а протеините на антителата инхибират развитието на бактерии и други чужди агенти. Сред протеините и пептидите има много хормони, например хормонът на панкреаса инсулин, който регулира концентрацията на глюкоза в кръвта. В някои организми протеините могат да се съхраняват в резерв, както в бобовите растения в семената или протеините на пилешкото яйце.
Нуклеинова киселина
Нуклеинова киселинаса биополимери, чиито мономери са нуклеотиди. Понастоящем са известни два вида нуклеинови киселини: рибонуклеинова (РНК) и дезоксирибонуклеинова (ДНК).
Нуклеотидобразуван от азотна основа, пентозен захарен остатък и остатък от фосфорна киселина. Характеристиките на нуклеотидите се определят главно от азотните бази, които съставляват техния състав, следователно, дори условно, нуклеотидите се обозначават с първите букви от техните имена. Съставът на нуклеотидите може да включва пет азотни бази: аденин (A), гуанин (G), тимин (T), урацил (U) и цитозин (C). Нуклеотидните пентози - рибоза и дезоксирибоза - определят кой нуклеотид ще се образува - рибонуклеотид или дезоксирибонуклеотид. Рибонуклеотидите са мономери на РНК, те могат да действат като сигнални молекули (cAMP) и да бъдат част от високоенергийни съединения, като АТФ, и коензими, като NADP, NAD, FAD и др., а дезоксирибонуклеотидите са част от ДНК.
Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК)- двуверижен биополимер, чиито мономери са дезоксирибонуклеотиди. Съставът на дезоксирибонуклеотидите включва само четири азотни бази от пет възможни - аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) или цитозин (С), както и остатъци от дезоксирибоза и фосфорна киселина. Нуклеотидите във веригата на ДНК са свързани помежду си чрез остатъци от ортофосфорна киселина, образувайки фосфодиестерна връзка. Когато се образува двуверижна молекула, азотните бази са насочени навътре в молекулата. Свързването на ДНК веригите обаче не се случва случайно - азотните основи на различни вериги са свързани помежду си чрез водородни връзки според принципа на комплементарност: аденинът е свързан с тимин чрез две водородни връзки (A \u003d T), а гуанинът и цитозинът с три (G $ ≡ $ C).
За нея бяха определени Правила на Chargaff:
- Броят на ДНК нуклеотидите, съдържащи аденин, е равен на броя на нуклеотидите, съдържащи тимин (A=T).
- Броят на ДНК нуклеотидите, съдържащи гуанин, е равен на броя на нуклеотидите, съдържащи цитозин (G$≡$C).
- Сумата от дезоксирибонуклеотиди, съдържащи аденин и гуанин, е равна на сумата от дезоксирибонуклеотиди, съдържащи тимин и цитозин (A+G = T+C).
- Съотношението на сумата от дезоксирибонуклеотиди, съдържащи аденин и тимин, към сумата от дезоксирибонуклеотиди, съдържащи гуанин и цитозин, зависи от вида на организма.
Структурата на ДНК е дешифрирана от Ф. Крик и Д. Уотсън (Нобелова награда за физиология или медицина, 1962 г.). Според техния модел молекулата на ДНК е дясна двойна спирала. Разстоянието между нуклеотидите в ДНК веригата е 0,34 nm.
Най-важното свойство на ДНК е способността за репликация (самоудвояване). Основната функция на ДНК е съхранението и предаването на наследствена информация, която е записана под формата на нуклеотидни последователности. Стабилността на ДНК молекулата се поддържа от мощни системи за ремонт (възстановяване), но дори те не са в състояние напълно да премахнат неблагоприятните ефекти, което в крайна сметка води до мутации. ДНК на еукариотните клетки е концентрирана в ядрото, митохондриите и пластидите, докато прокариотните клетки са разположени директно в цитоплазмата. Ядрената ДНК е в основата на хромозомите, тя е представена от отворени молекули. ДНК на митохондриите, пластидите и прокариотите има кръгла форма.
Рибонуклеинова киселина (РНК)- биополимер, чиито мономери са рибонуклеотиди. Те също така съдържат четири азотни бази - аденин (A), урацил (U), гуанин (G) или цитозин (C), като по този начин се различават от ДНК по една от базите (вместо тимин, РНК съдържа урацил). Пентозният захарен остатък в рибонуклеотидите е представен от рибоза. РНК е предимно едноверижни молекули, с изключение на някои вирусни. Има три основни вида РНК: информационна или матрица (mRNA, mRNA), рибозомна (rRNA) и транспортна (tRNA). Всички те се формират в процеса транскрипции- пренаписване от ДНК молекули.
ИРНК съставляват най-малката фракция на РНК в клетка (2-4%), което се компенсира от тяхното разнообразие, тъй като една клетка може да съдържа хиляди различни иРНК. Това са едноверижни молекули, които са матрици за синтеза на полипептидни вериги. Информацията за структурата на протеина е записана в тях под формата на последователности от нуклеотиди, а всяка аминокиселина кодира триплет от нуклеотиди - кодон.
РРНК е най-многобройният тип РНК в клетката (до 80%). Тяхното молекулно тегло е средно 3000-5000; се образуват в нуклеолите и влизат в състава на клетъчните органели – рибозоми. rRNAs също изглежда играят роля в синтеза на протеини.
TРНК е най-малката от РНК молекулите, тъй като съдържа само 73-85 нуклеотида. Техният дял от общото количество клетъчна РНК е около 16%. Функцията на тРНК е транспортирането на аминокиселини до мястото на протеиновия синтез (върху рибозомите). Формата на тРНК молекулата наподобява лист детелина. В единия край на молекулата има място за свързване на аминокиселина, а в една от бримките има триплет от нуклеотиди, който е комплементарен на иРНК кодона и определя коя аминокиселина ще носи тРНК - антикодон.
Всички видове РНК участват активно в процеса на реализиране на наследствена информация, която се пренаписва от ДНК в иРНК, а върху последната се извършва протеинов синтез. tRNA в процеса на протеинов синтез доставя аминокиселини на рибозомите, а rRNA е част от рибозомите директно.
Аденозин трифосфорна киселина (АТФ)е нуклеотид, съдържащ, в допълнение към азотната основа на аденина и рибозния остатък, три остатъка от фосфорна киселина. Връзките между последните два фосфорни остатъка са макроергични (по време на разделянето се отделя 42 kJ / mol енергия), докато стандартната химична връзка по време на разделянето дава 12 kJ / mol. Ако е необходима енергия, макроергичната връзка на АТФ се разцепва, образуват се аденозин дифосфорна киселина (ADP), фосфорен остатък и се освобождава енергия:
ATP + H 2 O $→$ ADP + H 3 PO 4 + 42 kJ.
ADP може също да се разгради, за да образува AMP (аденозинмонофосфорна киселина) и остатък от фосфорна киселина:
ADP + H 2 O $→$ AMP + H 3 PO 4 + 42 kJ.
В процеса на енергиен метаболизъм (по време на дишане, ферментация), както и в процеса на фотосинтеза, ADP свързва фосфорен остатък и се превръща в ATP. Реакцията за възстановяване на АТФ се нарича фосфорилиране. АТФ е универсален източник на енергия за всички жизнени процеси на живите организми.
Изследването на химичния състав на клетките на всички живи организми показа, че те съдържат едни и същи химични елементи, химикали, които изпълняват едни и същи функции. Освен това част от ДНК, прехвърлена от един организъм в друг, ще работи в него, а протеин, синтезиран от бактерии или гъбички, ще действа като хормон или ензим в човешкото тяло. Това е едно от доказателствата за единството на произхода на органичния свят.
Клетъчна структура. Връзката на структурата и функциите на частите и органелите на клетката е в основата на нейната цялост
Клетъчна структура
Структурата на прокариотните и еукариотните клетки
Основните структурни компоненти на клетките са плазмената мембрана, цитоплазмата и наследствения апарат. В зависимост от особеностите на организацията се разграничават два основни типа клетки: прокариотни и еукариотни. Основната разлика между прокариотните и еукариотните клетки е организацията на техния наследствен апарат: при прокариотите той се намира директно в цитоплазмата (тази област на цитоплазмата се нарича нуклеоид) и не е отделена от него чрез мембранни структури, докато при еукариотите по-голямата част от ДНК е концентрирана в ядрото, заобиколено от двойна мембрана. Освен това генетичната информация на прокариотните клетки, разположена в нуклеоида, е записана в кръговата ДНК молекула, докато при еукариотите ДНК молекулите не са затворени.
За разлика от еукариотите, цитоплазмата на прокариотните клетки също съдържа малко количество органели, докато еукариотните клетки се характеризират със значително разнообразие от тези структури.
Структурата и функциите на биологичните мембрани
Структурата на биомембраната.Ограничаващите клетката мембрани и мембранните органели на еукариотните клетки имат общ химичен състав и структура. Те включват липиди, протеини и въглехидрати. Мембранните липиди са представени главно от фосфолипиди и холестерол. Повечето мембранни протеини са сложни протеини като гликопротеини. Въглехидратите не се срещат сами в мембраната, те са свързани с протеини и липиди. Дебелината на мембраните е 7-10 nm.
Според приетия понастоящем флуиден мозаечен модел на структурата на мембраната, липидите образуват двоен слой, или липиден двуслой, при който хидрофилните "глави" на липидните молекули са обърнати навън, а хидрофобните "опашки" са скрити вътре в мембраната. Тези „опашки“, поради своята хидрофобност, осигуряват разделянето на водните фази на вътрешната среда на клетката и нейната среда. Протеините се свързват с липидите чрез различни видове взаимодействия. Някои от протеините са разположени на повърхността на мембраната. Такива протеини се наричат периферен, или повърхностен. Други протеини са частично или напълно потопени в мембраната - това са интеграл,или потопени протеини. Мембранните протеини изпълняват структурни, транспортни, каталитични, рецепторни и други функции.
Мембраните не са като кристалите, техните компоненти са постоянно в движение, в резултат на което се появяват празнини между липидните молекули - пори, през които различни вещества могат да влизат или излизат от клетката.
Биологичните мембрани се различават по местоположението си в клетката, химическия състав и функциите си. Основните видове мембрани са плазмени и вътрешни. плазмената мембранасъдържа около 45% липиди (включително гликолипиди), 50% протеини и 5% въглехидрати. Над повърхността на мембраната изпъкват вериги от въглехидрати, които изграждат сложни протеини-гликопротеини и сложни липиди-гликолипиди. Гликопротеините на плазмалемата са изключително специфични. Така например чрез тях има взаимно разпознаване на клетки, включително сперматозоиди и яйцеклетки.
На повърхността на животинските клетки въглехидратните вериги образуват тънък повърхностен слой - гликокаликс.Открит е в почти всички животински клетки, но тежестта му не е еднаква (10-50 микрона). Гликокаликсът осигурява директна връзка на клетката с външната среда, в него се извършва извънклетъчно храносмилане; рецепторите са разположени в гликокаликса. Клетките на бактериите, растенията и гъбите, в допълнение към плазмалемата, също са заобиколени от клетъчни мембрани.
Вътрешни мембраниеукариотните клетки ограничават различни части на клетката, образувайки вид "отделения" - отделения, което допринася за разделянето на различни процеси на метаболизъм и енергия. Те могат да се различават по химичен състав и функции, но запазват общия план на структурата.
Функции на мембраната:
- Ограничаване.Състои се в това, че те отделят вътрешното пространство на клетката от външната среда. Мембраната е полупропусклива, т.е. само онези вещества, които са необходими на клетката, могат свободно да я преодолеят, докато има механизми за транспортиране на необходимите вещества.
- Рецептор.Свързва се предимно с възприемането на сигнали от околната среда и предаването на тази информация в клетката. За тази функция са отговорни специални рецепторни протеини. Мембранните протеини отговарят и за клетъчното разпознаване на принципа „приятел или враг“, както и за образуването на междуклетъчни връзки, най-изследвани от които са синапсите на нервните клетки.
- каталитичен.Върху мембраните са разположени множество ензимни комплекси, в резултат на което върху тях протичат интензивни синтетични процеси.
- Преобразуване на енергия.Свързан с образуването на енергия, нейното съхранение под формата на АТФ и разход.
- Компартментализация.Мембраните също така ограничават пространството вътре в клетката, като по този начин разделят първоначалните вещества на реакцията и ензимите, които могат да извършат съответните реакции.
- Образуване на междуклетъчни контакти.Въпреки факта, че дебелината на мембраната е толкова малка, че не може да се различи с невъоръжено око, от една страна, тя служи като доста надеждна бариера за йони и молекули, особено водоразтворими, а от друга страна, тя осигурява тяхното пренасяне в клетката и навън.
- транспорт.
мембранен транспорт.Поради факта, че клетките като елементарни биологични системи са отворени системи, за осигуряване на метаболизъм и енергия, поддържане на хомеостаза, растеж, раздразнителност и други процеси е необходим пренос на вещества през мембраната - мембранен транспорт. Понастоящем транспортът на вещества през клетъчната мембрана е разделен на активна, пасивна, ендо- и екзоцитоза.
Пасивен транспорте вид транспорт, който се извършва без разход на енергия от по-висока концентрация към по-ниска. Липидоразтворимите малки неполярни молекули (O 2, CO 2) лесно проникват в клетката чрез проста дифузия. Неразтворими в липиди, включително заредени малки частици, се поемат от протеини-носители или преминават през специални канали (глюкоза, аминокиселини, K +, PO 4 3-). Този вид пасивен транспорт се нарича улеснена дифузия. Водата навлиза в клетката през порите в липидната фаза, както и през специални канали, облицовани с протеини. Пренасянето на вода през мембраната се нарича осмоза.
Осмозата е изключително важна в живота на една клетка, тъй като ако се постави в разтвор с по висока концентрациясоли, отколкото в клетъчния разтвор, тогава водата ще започне да напуска клетката и обемът на живото съдържание ще започне да намалява. При животинските клетки клетката като цяло се свива, а при растителните цитоплазмата изостава от клетъчната стена, т.нар. плазмолиза. Когато една клетка се постави в разтвор с по-малка концентрация от цитоплазмата, водата се транспортира в обратна посока – в клетката. Има обаче граници на разтегливостта на цитоплазмената мембрана и животинската клетка в крайна сметка се разкъсва, докато в растителната клетка това не се позволява от здрава клетъчна стена. Феноменът на запълване на цялото вътрешно пространство на клетката с клетъчно съдържание се нарича деплазмолиза. При приготвянето на лекарства, особено за интравенозно приложение, трябва да се вземе предвид концентрацията на вътреклетъчната сол, тъй като това може да доведе до увреждане на кръвните клетки (за това се използва физиологичен разтвор с концентрация 0,9% натриев хлорид). Това е не по-малко важно при култивирането на клетки и тъкани, както и органи на животни и растения.
активен транспортпротича с разхода на АТФ енергия от по-ниска концентрация на вещество към по-висока. Осъществява се с помощта на специални протеини-помпи. Протеините изпомпват йони K +, Na +, Ca 2+ и други през мембраната, което допринася за транспортирането на най-важните органични вещества, както и за появата на нервни импулси и др.
Ендоцитоза- това е активен процес на абсорбция на вещества от клетката, при който мембраната образува инвагинации и след това образува мембранни везикули - фагозоми, които съдържат погълнати предмети. След това първичната лизозома се слива с фагозомата, за да се образува вторична лизозома, или фаголизозома, или храносмилателна вакуола. Съдържанието на везикулата се разцепва от лизозомни ензими и продуктите на разцепване се абсорбират и асимилират от клетката. Неразградените остатъци се отстраняват от клетката чрез екзоцитоза. Има два основни типа ендоцитоза: фагоцитоза и пиноцитоза.
Фагоцитозае процес на улавяне от клетъчната повърхност и абсорбиране от клетката прахови частици, А пиноцитоза- течности. Фагоцитозата се среща главно в животински клетки (едноклетъчни животни, човешки левкоцити), осигурява тяхното хранене и често защита на тялото. По пътя на пиноцитозата се осъществява усвояването на протеини, комплекси антиген-антитяло в процеса на имунни реакции и т. н. Но много вируси навлизат в клетката и по пътя на пиноцитоза или фагоцитоза. В клетките на растенията и гъбите фагоцитозата е практически невъзможна, тъй като те са заобиколени от силни клетъчни мембрани.
Екзоцитозае обратният процес на ендоцитозата. Така от храносмилателните вакуоли се освобождават несмлени остатъци от храна, отстраняват се веществата, необходими за живота на клетката и на организма като цяло. Например, предаването на нервни импулси възниква поради освобождаването на химически пратеници от неврона, който изпраща импулса - посредници, а в растителните клетки по този начин се отделят спомагателни въглехидрати на клетъчната мембрана.
Клетъчни стени на растителни клетки, гъбички и бактерии.Извън мембраната клетката може да секретира здрава рамка - клетъчната мембрана,или клетъчна стена.
При растенията клетъчната стена е изградена от целулозаопаковани в пакети от 50-100 молекули. Празнините между тях се запълват с вода и други въглехидрати. Мембраната на растителната клетка е пробита от тубули - плазмодесмипрез които преминават мембраните на ендоплазмения ретикулум. Плазмодесматите транспортират вещества между клетките. Въпреки това, транспортът на вещества, като вода, може да се осъществи и по самите клетъчни стени. С течение на времето различни вещества, включително танини или подобни на мазнини вещества, се натрупват в клетъчната мембрана на растенията, което води до лигнификация или запушване на самата клетъчна стена, изместване на водата и смърт на клетъчното съдържание. Между клетъчните стени на съседните растителни клетки има желеобразни подложки - средни пластини, които ги закрепват заедно и циментират тялото на растението като цяло. Те се унищожават само в процеса на узряване на плодовете и при падане на листата.
Образуват се клетъчните стени на гъбичните клетки хитин- въглехидрат, съдържащ азот. Те са достатъчно силни и са външният скелет на клетката, но все пак, както при растенията, пречат на фагоцитозата.
При бактериите клетъчната стена съдържа въглехидрат с фрагменти от пептиди - муреин, но съдържанието му варира значително в различните групи бактерии. Върху клетъчната стена могат да се отделят и други полизахариди, които образуват лигавична капсула, която предпазва бактериите от външни влияния.
Обвивката определя формата на клетката, служи като механична опора, изпълнява защитна функция, осигурява осмотичните свойства на клетката, ограничавайки разтягането на живото съдържание и предотвратявайки разкъсването на клетката, което се увеличава поради притока на вода. В допълнение, водата и веществата, разтворени в нея, преодоляват клетъчната стена, преди да навлязат в цитоплазмата или, обратно, когато я напуснат, докато водата се транспортира по клетъчните стени по-бързо, отколкото през цитоплазмата.
Цитоплазма
Цитоплазмае вътрешността на клетката. В него са потопени всички органели на клетката, ядрото и различните отпадъчни продукти.
Цитоплазмата свързва всички части на клетката една с друга, в нея протичат множество метаболитни реакции. Цитоплазмата е отделена от околната среда и разделена на отделения с мембрани, т.е. клетките имат мембранна структура. Може да бъде в две състояния - зол и гел. Sol- това е полутечно, желеобразно състояние на цитоплазмата, в което жизнените процеси протичат най-интензивно и гел- по-плътно, желеобразно състояние, което възпрепятства протичането на химичните реакции и транспорта на веществата.
Течната част на цитоплазмата без органели се нарича хиалоплазма. Хиалоплазмата или цитозолът е колоиден разтвор, в който има вид суспензия от доста големи частици, като протеини, заобиколени от диполи на водни молекули. Утаяването на тази суспензия не се случва поради факта, че те имат еднакъв заряд и се отблъскват.
Органели
Органели- Това са постоянни компоненти на клетката, които изпълняват определени функции.
В зависимост от структурните особености се делят на мембранни и немембранни. Мембранаорганелите от своя страна се означават като едномембранни (ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи и лизозоми) или двойномембранни (митохондрии, пластиди и ядро). Немембранниорганелите са рибозоми, микротубули, микрофиламенти и клетъчен център. От изброените органели само рибозомите са присъщи на прокариотите.
Структурата и функциите на ядрото. Ядро- голяма двумембранна органела, разположена в центъра на клетката или в нейната периферия. Размерът на ядрото може да варира в рамките на 3-35 микрона. Формата на ядрото е по-често сферична или елипсоидна, но има и пръчковидни, вретеновидни, бобовидни, лобовидни и дори сегментирани ядра. Някои изследователи смятат, че формата на ядрото съответства на формата на самата клетка.
Повечето клетки имат едно ядро, но например в клетките на черния дроб и сърцето може да има две, а в редица неврони - до 15. Скелетните мускулни влакна обикновено съдържат много ядра, но те не са клетки в пълния смисъл на думата, тъй като те се образуват в резултат на сливането на няколко клетки.
Ядрото е заобиколено ядрена обвивка, а вътрешното му пространство е запълнено ядрен сок, или нуклеоплазма (кариоплазма)в които са потопени хроматинИ ядро. Ядрото изпълнява такива важни функции като съхранение и предаване на наследствена информация, както и контрол на жизнената активност на клетката.
Ролята на ядрото в предаването на наследствената информация е убедително доказана в експерименти със зелените водорасли ацетабулария. В една гигантска клетка, достигаща дължина 5 см, се различават шапка, крак и ризоид. Освен това съдържа само едно ядро, разположено в ризоида. През 30-те години на миналия век I. Hemmerling трансплантира ядрото на един вид ацетабулария със зелен цвят в ризоид на друг вид с кафяв цвят, в който ядрото е отстранено. След известно време растението с трансплантираното ядро израсна нова шапка, като водорасло-донор на ядрото. В същото време шапката или дръжката, отделени от ризоида, които не съдържат ядро, умират след известно време.
ядрена обвивкаОбразува се от две мембрани – външна и вътрешна, между които има пространство. Междумембранното пространство комуникира с кухината на грубия ендоплазмен ретикулум, а външната мембрана на ядрото може да носи рибозоми. Ядрената обвивка е пронизана с многобройни пори, оградени със специални протеини. Веществата се транспортират през порите: необходимите протеини (включително ензими), йони, нуклеотиди и други вещества влизат в ядрото, а РНК молекулите, отпадъчните протеини, субединиците на рибозомите го напускат. По този начин функциите на ядрената обвивка са отделянето на съдържанието на ядрото от цитоплазмата, както и регулирането на метаболизма между ядрото и цитоплазмата.
Нуклеоплазмасе нарича съдържанието на ядрото, в което са потопени хроматинът и ядрото. Представлява колоиден разтвор, който по химичен състав напомня на цитоплазмата. Ензимите на нуклеоплазмата катализират обмяната на аминокиселини, нуклеотиди, протеини и др. Нуклеоплазмата е свързана с хиалоплазмата чрез ядрени пори. Функциите на нуклеоплазмата, подобно на хиалоплазмата, са да осигурят взаимовръзката на всички структурни компонентиядрото и осъществяването на редица ензимни реакции.
хроматиннаречен набор от тънки нишки и гранули, потопени в нуклеоплазмата. Може да се открие само чрез оцветяване, тъй като индексите на пречупване на хроматина и нуклеоплазмата са приблизително еднакви. Нишковидният компонент на хроматина се нарича еухроматин, и гранулиран хетерохроматин. Еухроматинът е слабо уплътнен, тъй като от него се чете наследствена информация, докато по-спирализираният хетерохроматин е генетично неактивен.
Хроматинът е структурна модификация на хромозомите в неделящо се ядро. По този начин хромозомите постоянно присъстват в ядрото, само състоянието им се променя в зависимост от функцията, която ядрото изпълнява в момента.
Съставът на хроматина включва главно нуклеопротеини (дезоксирибонуклеопротеини и рибонуклеопротеини), както и ензими, най-важните от които са свързани със синтеза на нуклеинови киселини и някои други вещества.
Функциите на хроматина се състоят, първо, в синтеза на нуклеинови киселини, специфични за даден организъм, които насочват синтеза на специфични протеини, и второ, в прехвърлянето на наследствени свойства от майчината клетка към дъщерните клетки, за които са хроматиновите нишки опаковани в хромозоми по време на деленето.
ядро- сферично тяло, ясно видимо под микроскоп, с диаметър 1-3 микрона. Образува се в хроматиновите области, които кодират информация за структурата на рРНК и рибозомните протеини. Ядрото в ядрото често е едно, но в тези клетки, където протичат интензивни жизнени процеси, може да има две или повече ядра. Функциите на нуклеолите са синтез на рРНК и сглобяване на рибозомни субединици чрез комбиниране на рРНК с протеини, идващи от цитоплазмата.
Митохондриите- двумембранни органели с кръгла, овална или пръчковидна форма, въпреки че се срещат и спираловидни (в сперматозоидите). Митохондриите са с диаметър до 1 µm и дължина до 7 µm. Пространството вътре в митохондриите е изпълнено с матрица. МатрицаТова е основното вещество на митохондриите. В него са потопени кръгова ДНК молекула и рибозоми. Външната мембрана на митохондриите е гладка и непропусклива за много вещества. Вътрешната мембрана има израстъци - кристи, които увеличават повърхността на мембраните за протичане на химични реакции. На повърхността на мембраната има множество протеинови комплекси, които изграждат така наречената дихателна верига, както и ензими с форма на гъби на АТФ синтетаза. В митохондриите протича аеробният етап на дишането, по време на който се синтезира АТФ.
пластиди- големи двумембранни органели, характерни само за растителните клетки. Вътрешното пространство на пластидите е запълнено строма, или матрица. В стромата има повече или по-малко развита система от мембранни везикули - тилакоиди, които се събират на купчини - зърна, както и собствената си кръгова ДНК молекула и рибозоми. Има четири основни типа пластиди: хлоропласти, хромопласти, левкопласти и пропластиди.
Хлоропласти- това са зелени пластиди с диаметър 3-10 микрона, ясно видими под микроскоп. Те се срещат само в зелените части на растенията – листа, млади стъбла, цветове и плодове. Хлоропластите са предимно с овална или елипсоидна форма, но могат да бъдат и с форма на чаша, спирала и дори лоб. Броят на хлоропластите в една клетка е средно от 10 до 100 броя. Въпреки това, например, в някои водорасли може да бъде един, да има значителен размер и сложна форма - тогава се нарича хроматофор. В други случаи броят на хлоропластите може да достигне няколкостотин, докато размерът им е малък. Цветът на хлоропластите се дължи на основния пигмент на фотосинтезата - хлорофил, въпреки че съдържат допълнителни пигменти - каротеноиди. Каротеноидите стават забележими едва през есента, когато хлорофилът в стареещите листа се разрушава. Основната функция на хлоропластите е фотосинтезата. Светлинните реакции на фотосинтезата се появяват върху тилакоидните мембрани, върху които са фиксирани молекулите на хлорофила, а тъмните реакции възникват в стромата, която съдържа множество ензими.
Хромопластиса жълти, оранжеви и червени пластиди, съдържащи каротеноидни пигменти. Формата на хромопластите също може да варира значително: те са тръбести, сферични, кристални и т.н. Хромопластите придават цвят на цветята и плодовете на растенията, привличайки опрашители и разпръсквачи на семена и плодове.
Левкопласти- това са бели или безцветни пластиди, предимно кръгли или овална форма. Те са често срещани в нефотосинтезиращите части на растенията, като кожата на листата, картофените грудки и др. Те съхраняват хранителни вещества, най-често нишесте, но в някои растения това могат да бъдат протеини или масло.
Пластидите се образуват в растителни клетки от пропластиди, които вече присъстват в клетките на образователната тъкан и са малки двумембранни тела. В ранните етапи на развитие различните видове пластиди могат да се превръщат един в друг: когато са изложени на светлина, левкопластите на картофена грудка и хромопластите на корен от моркови стават зелени.
Пластидите и митохондриите се наричат полуавтономни клетъчни органели, тъй като те имат свои собствени ДНК молекули и рибозоми, извършват протеинов синтез и се делят независимо от клетъчното делене. Тези особености се обясняват с произхода на едноклетъчните прокариотни организми. Въпреки това "независимостта" на митохондриите и пластидите е ограничена, тъй като тяхната ДНК съдържа твърде малко гени за свободно съществуване, докато останалата част от информацията е кодирана в хромозомите на ядрото, което му позволява да контролира тези органели.
Ендоплазмен ретикулум (ER), или ендоплазмен ретикулум (ER), е едномембранна органела, която представлява мрежа от мембранни кухини и тубули, заемащи до 30% от съдържанието на цитоплазмата. Диаметърът на ER тубулите е около 25-30 nm. Има два вида EPS - грапав и гладък. Груб XPSноси рибозоми и е мястото, където се синтезират протеините. Гладък EPSлишени от рибозоми. Неговата функция е синтезът на липиди и въглехидрати, както и транспортирането, съхранението и изхвърлянето на токсични вещества. Той е особено развит в тези клетки, където протичат интензивни метаболитни процеси, например в клетките на черния дроб - хепатоцитите - и влакната на скелетната мускулатура. Веществата, синтезирани в EPS, се транспортират до апарата на Голджи. В ER клетъчните мембрани също се сглобяват, но образуването им завършва в апарата на Голджи.
апарат на Голджи,или комплекс Голджи, е едномембранна органела, образувана от система от плоски цистерни, тубули и везикули, завързани от тях. Структурната единица на апарата на Голджи е диктиозома- купчина резервоари, на единия полюс на който идват вещества от ER, а от противоположния полюс, след като са претърпели определени трансформации, те се пакетират в мехурчета и се изпращат до други части на клетката. Диаметърът на резервоарите е около 2 микрона, а малките мехурчета са около 20-30 микрона. Основните функции на комплекса Голджи са синтеза на определени вещества и модификация (промяна) на протеини, липиди и въглехидрати, идващи от ER, окончателното образуване на мембрани, както и транспортирането на вещества през клетката, обновяването на неговите структури и образуването на лизозоми. Апаратът на Голджи получи името си в чест на италианския учен Камило Голджи, който пръв откри този органоид (1898 г.).
Лизозоми- малки едномембранни органели с диаметър до 1 микрон, които съдържат хидролитични ензими, участващи във вътреклетъчното храносмилане. Мембраните на лизозомите са слабо пропускливи за тези ензими, така че изпълнението на техните функции от лизозомите е много точно и целенасочено. Така че те участват активно в процеса на фагоцитоза, образувайки храносмилателни вакуоли и в случай на глад или увреждане определени частиклетките ги усвояват, без да засягат другите. Наскоро беше открита ролята на лизозомите в процесите на клетъчна смърт.
Вакуола- кухина в цитоплазмата на растителни и животински клетки, ограничена от мембрана и изпълнена с течност. В клетките на протозоите, храносмилателната и контрактилни вакуоли. Първите участват в процеса на фагоцитоза, тъй като в тях се случва разделяне хранителни вещества. Последните осигуряват поддържането на водно-солевия баланс поради осморегулацията. При многоклетъчните животни се срещат главно храносмилателни вакуоли.
В растителните клетки винаги има вакуоли, те са заобиколени от специална мембрана и пълни с клетъчен сок. Мембраната около вакуолата е подобна по химичен състав, структура и функции на плазмената мембрана. клетъчен сокпредставлява воден разтвор на различни неорганични и органични вещества, включително минерални соли, органични киселини, въглехидрати, протеини, гликозиди, алкалоиди и др. Вакуолата може да заема до 90% от обема на клетката и да избутва ядрото към периферията. Тази част от клетката изпълнява складова, отделителна, осмотична, защитна, лизозомна и други функции, тъй като натрупва хранителни вещества и отпадъчни продукти, осигурява водоснабдяване и поддържа формата и обема на клетката, а също така съдържа ензими за разграждането на мн. клетъчни компоненти. В допълнение, биологично активните вещества на вакуолите могат да попречат на много животни да ядат тези растения. В редица растения, поради подуването на вакуолите, клетъчният растеж се осъществява чрез разтягане.
Вакуоли има и в клетките на някои гъби и бактерии, но при гъбите те изпълняват само функцията на осморегулация, докато при цианобактериите те поддържат плаваемостта и участват в процесите на усвояване на азот от въздуха.
Рибозоми- малки немембранни органели с диаметър 15-20 микрона, състоящи се от две субединици - голяма и малка. Еукариотните рибозомни субединици се събират в ядрото и след това се транспортират до цитоплазмата. Рибозомите на прокариотите, митохондриите и пластидите са по-малки от тези на еукариотите. Рибозомните субединици включват рРНК и протеини.
Броят на рибозомите в клетката може да достигне няколко десетки милиона: в цитоплазмата, митохондриите и пластидите те са в свободно състояние, а на грубия ER са в свързано състояние. Те участват в синтеза на протеини, по-специално те извършват процеса на транслация - биосинтезата на полипептидна верига върху молекула на иРНК. На свободни рибозоми се синтезират протеини на хиалоплазма, митохондрии, пластиди и собствени протеини на рибозоми, докато на рибозоми, прикрепени към грубия ER, протеините се транслират за екскреция от клетките, сглобяване на мембрани, образуване на лизозоми и вакуоли.
Рибозомите могат да бъдат разположени в хиалоплазмата поотделно или събрани в групи с едновременен синтез на няколко полипептидни вериги на една иРНК. Тези групи рибозоми се наричат полирибозоми, или полизоми.
микротубули- Това са цилиндрични кухи немембранни органели, които проникват в цялата цитоплазма на клетката. Диаметърът им е около 25 nm, дебелината на стената е 6-8 nm. Те са изградени от множество протеинови молекули. тубулин,които първо образуват 13 нишки, наподобяващи мъниста и след това се събират в микротубул. Микротубулите образуват цитоплазмен ретикулум, който придава на клетката форма и обем, свързва плазмената мембрана с други части на клетката, осигурява транспорт на вещества през клетката, участва в движението на клетката и вътреклетъчните компоненти, както и в деленето на генетичен материал. Те са част от клетъчния център и органелите на движението - флагели и реснички.
микрофиламенти,или микрофиламенти, също са немембранни органели, но имат нишковидна форма и се образуват не от тубулин, а актином. Те участват в процесите на мембранен транспорт, междуклетъчно разпознаване, делене на клетъчната цитоплазма и в нейното движение. В мускулните клетки взаимодействието на актинови микрофиламенти с миозинови филаменти осигурява свиване.
Микротубулите и микрофиламентите образуват вътрешния скелет на клетката цитоскелет. Това е сложна мрежа от влакна, които осигуряват механична опора за плазмената мембрана, определят формата на клетката, местоположението на клетъчните органели и тяхното движение по време на клетъчното делене.
Клетъчен център- немембранна органела, разположена в животински клетки близо до ядрото; липсва в растителните клетки. Дължината му е около 0,2–0,3 µm, а диаметърът му е 0,1–0,15 µm. Клетъчният център се състои от две центриолилежащи във взаимно перпендикулярни равнини, и лъчиста сфераот микротубули. Всеки центриол се образува от девет групи микротубули, събрани по три, т.е. триплети. Клетъчният център участва в сглобяването на микротубулите, разделянето на наследствения материал на клетката, както и в образуването на флагели и реснички.
Органели на движението. КамшичетаИ ресничкиса израстъци на клетки, покрити с плазмалема. Тези органели се основават на девет двойки микротубули, разположени по периферията, и две свободни микротубули в центъра. Микротубулите са свързани помежду си с различни протеини, които осигуряват координираното им отклонение от оста - трептене. Флуктуациите са зависими от енергията, тоест енергията на макроергичните връзки на АТФ се изразходва за този процес. Възстановяването на изгубени флагели и реснички е функция базални тела, или кинетозомиразположени в основата им.
Дължината на ресничките е около 10-15 nm, а дължината на флагелата е 20-50 микрона. Благодарение на строго насочените движения на камшичетата и ресничките се извършва не само движението на едноклетъчни животни, сперматозоиди и др., Но и дихателните пътища се изчистват, яйцето се движи по фалопиевите тръби, тъй като всички тези части на човешкото тяло са облицовани с ресничест епител.
Включвания
Включвания- Това са непостоянни компоненти на клетката, които се образуват и изчезват в процеса на нейния живот. Те включват както резервни вещества, например зърна от нишесте или протеини в растителни клетки, гликогенови гранули в животински и гъбични клетки, волутин в бактерии, мастни капки във всички видове клетки, така и отпадъчни продукти, по-специално несмлени остатъци от храна в резултат на на фагоцитозата, образувайки така наречените остатъчни тела.
Връзката на структурата и функциите на частите и органелите на клетката е в основата на нейната цялост
Всяка от частите на клетката, от една страна, е отделна структура със специфичен строеж и функции, а от друга страна, съставна част на по-сложна система, наречена клетка. По-голямата част от наследствената информация на еукариотната клетка е концентрирана в ядрото, но самото ядро не е в състояние да осигури нейното изпълнение, тъй като това изисква поне цитоплазмата, която действа като основно вещество, и рибозомите, върху които се извършва този синтез . Повечето рибозоми са разположени върху гранулирания ендоплазмен ретикулум, откъдето протеините най-често се транспортират до комплекса на Голджи и след това, след модификация, до онези части на клетката, за които са предназначени, или се екскретират. Мембранното опаковане на протеини и въглехидрати може да бъде включено в органоидните мембрани и цитоплазмената мембрана, осигурявайки тяхното постоянно обновяване. Лизозомите и вакуолите, които изпълняват най-важните функции, също са изградени от комплекса на Голджи. Например, без лизозомите клетките бързо биха се превърнали в нещо като бунище от отпадъчни молекули и структури.
Всички тези процеси изискват енергия, произведена от митохондриите, а в растенията също и от хлоропластите. И въпреки че тези органели са относително автономни, тъй като имат свои собствени ДНК молекули, някои от техните протеини все още са кодирани от ядрения геном и се синтезират в цитоплазмата.
По този начин клетката е неразривно единство от съставните й компоненти, всеки от които изпълнява своя уникална функция.
Метаболизмът и преобразуването на енергия са свойства на живите организми. Енергиен и пластичен метаболизъм, тяхната връзка. Етапи на енергийния метаболизъм. Ферментация и дишане. Фотосинтезата, нейното значение, космическа роля. Фази на фотосинтезата. Светли и тъмни реакции на фотосинтезата, тяхната връзка. Хемосинтеза. Ролята на хемосинтезиращите бактерии на Земята
Метаболизъм и преобразуване на енергия - свойства на живите организми
Клетката може да се оприличи на миниатюрна химическа фабрика, в която протичат стотици и хиляди химични реакции.
Метаболизъм- набор от химични трансформации, насочени към запазване и самовъзпроизвеждане на биологични системи.
Включва приема на вещества в тялото по време на хранене и дишане, вътреклетъчен метаболизъм или метаболизъм, както и разпределението на крайните продукти на метаболизма.
Метаболизмът е неразривно свързан с процесите на преобразуване на един вид енергия в друг. Например, в процеса на фотосинтеза светлинната енергия се съхранява под формата на енергия на химичните връзки на сложни органични молекули, а в процеса на дишане се освобождава и изразходва за синтеза на нови молекули, механична и осмотична работа, се разсейва под формата на топлина и др.
Потокът от химични реакции в живите организми се осигурява от биологични катализатори от протеинова природа - ензими, или ензими. Подобно на други катализатори, ензимите ускоряват протичането на химичните реакции в клетката с десетки и стотици хиляди пъти, а понякога дори ги правят възможни, но не променят нито природата, нито свойствата на крайния продукт (продукти) на реакцията и не променят себе си. Ензимите могат да бъдат както прости, така и сложни протеини, които освен протеиновата част включват и непротеинова част - кофактор (коензим). Примери за ензими са слюнчената амилаза, която разгражда полизахаридите при продължително дъвчене, и пепсинът, който осигурява смилането на протеините в стомаха.
Ензимите се различават от непротеиновите катализатори по своята висока специфичност на действие, значително увеличаване на скоростта на реакцията с тяхна помощ, както и способността да регулират действието чрез промяна на условията на реакция или взаимодействие с различни вещества. Освен това условията, при които протича ензимната катализа, се различават значително от тези, при които протича неензимната катализа: оптималната температура за функциониране на ензимите в човешкото тяло е $37°C$, налягането трябва да е близко до атмосферното и $pH$ на средата може значително да се поколебае. Така че, за амилаза е необходимо алкална среда, а за пепсин - кисел.
Механизмът на действие на ензимите е да намалят енергията на активиране на веществата (субстратите), които влизат в реакцията поради образуването на междинни ензим-субстратни комплекси.
Енергиен и пластичен метаболизъм, тяхната връзка
Метаболизмът се състои от два процеса, протичащи едновременно в клетката: пластичен и енергиен обмен.
Пластичен метаболизъм (анаболизъм, асимилация)е набор от реакции на синтез, които вървят с разхода на енергия от АТФ. В процеса на пластичен метаболизъм се синтезират органични вещества, необходими на клетката. Примери за реакции на пластичен обмен са фотосинтезата, протеиновата биосинтеза и репликацията на ДНК (самоудвояване).
Енергиен метаболизъм (катаболизъм, дисимилация)е набор от реакции, които разграждат сложните вещества на по-прости. В резултат на енергийния метаболизъм се освобождава енергия, складирана под формата на АТФ. Най-важните процеси на енергийния метаболизъм са дишането и ферментацията.
Пластмасовият и енергийният обмен са неразривно свързани, тъй като в процеса на пластичен обмен се синтезират органични вещества и това изисква енергията на АТФ, а в процеса на енергиен метаболизъм органичните вещества се разделят и се освобождава енергия, която след това ще се изразходва за синтез процеси.
Организмите получават енергия в процеса на хранене, а освобождават я и я превръщат в достъпна форма главно в процеса на дишане. Според начина на хранене всички организми се делят на автотрофи и хетеротрофи. Автотрофиспособен самостоятелно да синтезира органични вещества от неорганични и хетеротрофиизползвайте изключително готови органични вещества.
Етапи на енергийния метаболизъм
Въпреки сложността на реакциите на енергийния метаболизъм, той условно се разделя на три етапа: подготвителен, анаеробен (безкислороден) и аеробен (кислороден).
На подготвителен етап молекули на полизахариди, липиди, протеини, нуклеинови киселини се разграждат на по-прости, например глюкоза, глицерол и мастни киселини, аминокиселини, нуклеотиди и др. Този етап може да се проведе директно в клетките или в червата, откъдето разделените вещества се доставят с кръвен поток.
анаеробен стадийенергийният метаболизъм е придружен от по-нататъшно разделяне на мономерите на органичните съединения до още по-прости междинни продукти, например пирогроздена киселина или пируват. Не изисква наличието на кислород и за много организми, живеещи в тинята на блатата или в човешките черва, това е единственият начин за получаване на енергия. Анаеробният етап на енергийния метаболизъм протича в цитоплазмата.
Различни вещества могат да претърпят безкислородно разцепване, но глюкозата често е субстрат на реакциите. Процесът на неговото безкислородно разделяне се нарича гликолиза. По време на гликолизата молекулата на глюкозата губи четири водородни атома, т.е. окислява се и се образуват две молекули пирогроздена киселина, две молекули АТФ и две молекули редуциран водороден носител $NADH + H^(+)$:
$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD → 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.
Образуването на АТФ от АДФ възниква поради директния трансфер на фосфатен анион от предварително фосфорилирана захар и се нарича субстратно фосфорилиране.
Аеробен етапобменът на енергия може да се осъществи само в присъствието на кислород, докато междинните съединения, образувани в процеса на безкислородно разцепване, се окисляват до крайни продукти (въглероден диоксид и вода) и по-голямата част от енергията, съхранявана в химичните връзки на органичните съединения, се освобождава . Преминава в енергията на макроергичните връзки на 36 ATP молекули. Този етап се нарича още тъканно дишане. При липса на кислород междинните съединения се превръщат в други органични вещества, процес, наречен ферментация.
Дъх
Механизмът на клетъчното дишане е показан схематично на фиг.
Аеробното дишане възниква в митохондриите, докато пирогроздената киселина първо губи един въглероден атом, което е придружено от синтеза на един редуциращ еквивалент на $NADH + H^(+)$ и молекула на ацетил коензим А (ацетил-CoA):
$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.
Ацетил-КоА в митохондриалната матрица участва във верига от химични реакции, чиято съвкупност се нарича Цикъл на Кребс (цикъл на трикарбоксилната киселина, цикъл лимонена киселина ). По време на тези трансформации се образуват две ATP молекули, ацетил-CoA се окислява напълно до въглероден диоксид и неговите водородни йони и електрони се прикрепват към водородните носители $NADH + H^(+)$ и $FADH_2$. Носителите транспортират водородни протони и електрони до вътрешните мембрани на митохондриите, които образуват кристи. С помощта на протеини-носители водородните протони се инжектират в междумембранното пространство и електроните се прехвърлят по така наречената дихателна верига от ензими, разположени на вътрешната мембрана на митохондриите, и се изхвърлят върху кислородни атоми:
$O_2+2e^(-)→O_2^-$.
Трябва да се отбележи, че някои протеини на дихателната верига съдържат желязо и сяра.
От междумембранното пространство водородните протони се транспортират обратно към митохондриалната матрица с помощта на специални ензими - АТФ синтази, а освободената в този случай енергия се изразходва за синтеза на 34 АТФ молекули от всяка молекула глюкоза. Този процес се нарича окислително фосфорилиране. В митохондриалната матрица водородните протони реагират с кислородни радикали, за да образуват вода:
$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.
Наборът от реакции на дишане на кислород може да се изрази, както следва:
$2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATP.$
Общото уравнение на дишането изглежда така:
$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATP.$
Ферментация
При липса на кислород или неговия дефицит настъпва ферментация. Ферментацията е еволюционно повече ранен начинпроизводството на енергия от дишането, но е енергийно по-малко полезно, тъй като ферментацията произвежда органични вещества, които все още са богати на енергия. Има няколко основни вида ферментация: млечнокисела, алкохолна, оцетнокисела и др. И така, в скелетни мускулипри липса на кислород по време на ферментацията, пирогроздената киселина се редуцира до млечна киселина, докато образуваните преди това редуциращи еквиваленти се изразходват и остават само две ATP молекули:
$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.
По време на ферментация с помощта на дрожди, пирогроздена киселина в присъствието на кислород се превръща в етилов алкохол и въглероден оксид (IV):
$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.
При ферментация с помощта на микроорганизми пирогроздената киселина може да образува и оцетна, маслена, мравчена киселина и др.
ATP, получен в резултат на енергийния метаболизъм, се изразходва в клетката за различни видове работа: химическа, осмотична, електрическа, механична и регулаторна. Химическата работа се състои в биосинтеза на протеини, липиди, въглехидрати, нуклеинови киселини и други жизненоважни съединения. Осмотичната работа включва процесите на абсорбция от клетката и отстраняване от нея на вещества, които се намират в извънклетъчното пространство в концентрации, по-големи от тези в самата клетка. Електрическата работа е тясно свързана с осмотичната работа, тъй като в резултат на движението на заредени частици през мембраните се образува зарядът на мембраната и се придобиват свойствата на възбудимост и проводимост. Механичната работа е свързана с движението на вещества и структури вътре в клетката, както и на клетката като цяло. Регулаторната работа включва всички процеси, насочени към координиране на процесите в клетката.
Фотосинтезата, нейното значение, космическа роля
фотосинтезанаречен процес на преобразуване на светлинната енергия в енергията на химичните връзки на органичните съединения с участието на хлорофил.
В резултат на фотосинтезата годишно се произвеждат около 150 милиарда тона органична материя и приблизително 200 милиарда тона кислород. Този процес осигурява цикъла на въглерода в биосферата, като предотвратява натрупването на въглероден диоксид и по този начин предотвратява образуването парников ефекти прегряване на Земята. Органичните вещества, образувани в резултат на фотосинтезата, не се консумират напълно от други организми, значителна част от тях са образували минерални находища (каменни и кафяви въглища, нефт) в продължение на милиони години. Напоследък като гориво се използват и рапично масло („биодизел“) и алкохол, получен от растителни остатъци. От кислорода под действието на електрически разряди се образува озон, който образува озонов щит, който предпазва целия живот на Земята от вредното въздействие на ултравиолетовите лъчи.
Нашият сънародник, изключителният физиолог на растенията К. А. Тимирязев (1843-1920) нарече ролята на фотосинтезата "космическа", тъй като тя свързва Земята със Слънцето (космос), осигурявайки приток на енергия към планетата.
Фази на фотосинтезата. Светли и тъмни реакции на фотосинтезата, тяхната връзка
През 1905 г. английският физиолог на растенията Ф. Блекман открива, че скоростта на фотосинтезата не може да се увеличава безкрайно, някакъв фактор я ограничава. Въз основа на това той предложи съществуването на две фази на фотосинтезата: светлинаИ тъмно. При нисък интензитет на светлината скоростта на светлинните реакции се увеличава пропорционално на увеличаването на интензитета на светлината и освен това тези реакции не зависят от температурата, тъй като за възникването им не са необходими ензими. Леки реакции възникват върху тилакоидните мембрани.
Скоростта на тъмните реакции, напротив, се увеличава с повишаване на температурата; обаче, при достигане на температурния праг от $30 ° C$, този растеж спира, което показва ензимния характер на тези трансформации, протичащи в стромата. Трябва да се отбележи, че светлината също има известен ефект върху тъмните реакции, въпреки факта, че те се наричат тъмни.
Светлинната фаза на фотосинтезата протича върху тилакоидни мембрани, които носят няколко вида протеинови комплекси, основните от които са фотосистеми I и II, както и АТФ синтаза. Съставът на фотосистемите включва пигментни комплекси, в които освен хлорофил има и каротеноиди. Каротеноидите улавят светлината в тези области на спектъра, в които хлорофилът не го прави, и също така предпазват хлорофила от разрушаване от светлина с висок интензитет.
В допълнение към пигментните комплекси, фотосистемите включват и редица електронакцепторни протеини, които последователно пренасят електрони от молекулите на хлорофила един към друг. Последователността на тези протеини се нарича хлоропластна електротранспортна верига.
Специален комплекс от протеини също е свързан с фотосистема II, която осигурява освобождаването на кислород по време на фотосинтезата. Този отделящ кислород комплекс съдържа манганови и хлорни йони.
IN светлинна фазасветлинните кванти или фотони, попадащи върху молекулите на хлорофила, разположени върху тилакоидните мембрани, ги прехвърлят във възбудено състояние, характеризиращо се с по-висока електронна енергия. В същото време възбудените електрони от хлорофила на фотосистема I се прехвърлят през верига от посредници към водородния носител NADP, който добавя водородни протони, които винаги присъстват във воден разтвор:
$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.
Редуцираният $NADPH + H^(+)$ впоследствие ще се използва в тъмния етап. Електроните от хлорофила на фотосистема II също се прехвърлят по електронната транспортна верига, но те запълват "електронните дупки" на хлорофила на фотосистема I. Липсата на електрони в хлорофила на фотосистема II се запълва чрез лишаване на водните молекули от водните молекули , което се случва с участието на вече споменатия по-горе комплекс за освобождаване на кислород. В резултат на разграждането на водните молекули, което се нарича фотолизасе образуват водородни протони и се отделя молекулярен кислород, който е страничен продукт на фотосинтезата:
$H_2O → 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)O_2$.
Генетична информация в клетка. Гени, генетичен код и неговите свойства. Матричен характер на биосинтетичните реакции. Биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини
Генетична информация в клетка
Възпроизвеждането на себеподобните е едно от основните свойства на живите. Поради това явление съществува сходство не само между организмите, но и между отделните клетки, както и техните органели (митохондрии и пластиди). Материалната основа на това сходство е предаването на генетична информация, криптирана в нуклеотидната последователност на ДНК, което се осъществява поради процесите на репликация на ДНК (самоудвояване). Всички характеристики и свойства на клетките и организмите се реализират благодарение на протеини, чиято структура се определя основно от нуклеотидните последователности на ДНК. Следователно биосинтезата на нуклеинови киселини и протеини е от първостепенно значение в метаболитните процеси. Структурната единица на наследствената информация е генът.
Гени, генетичен код и неговите свойства
Наследствената информация в клетката не е монолитна, тя е разделена на отделни "думи" - гени.
гене основната единица на генетичната информация.
Работата по програмата "Човешки геном", която се проведе едновременно в няколко страни и приключи в началото на този век, ни даде да разберем, че човек има само около 25-30 хиляди гена, но информацията от повечето от нашите ДНК никога не се чете, тъй като съдържа огромен брой безсмислени участъци, повторения и гени, кодиращи характеристики, които са загубили своето значение за хората (опашка, косми по тялото и т.н.). Освен това са дешифрирани редица гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целеви гени за лекарства. въпреки това практическа употребарезултатите, получени при изпълнението на тази програма, се отлагат, докато не бъдат дешифрирани геномите на повече хора и стане ясно по какво се различават.
Наричат се гени, кодиращи първичната структура на протеина, рибозомна или трансферна РНК структурени гени, които осигуряват активиране или потискане на четенето на информация от структурни гени - регулаторен. Въпреки това, дори структурните гени съдържат регулаторни региони.
Наследствената информация на организмите е криптирана в ДНК под формата на определени комбинации от нуклеотиди и тяхната последователност - генетичен код. Свойствата му са: триплет, специфичност, универсалност, излишък и незастъпване. Освен това в генетичния код няма препинателни знаци.
Всяка аминокиселина е кодирана в ДНК от три нуклеотида. триплетнапример метионинът е кодиран от TAC триплета, т.е. триплетния код. От друга страна, всеки триплет кодира само една аминокиселина, което е неговата специфичност или недвусмисленост. Генетичният код е универсален за всички живи организми, тоест наследствената информация за човешките протеини може да бъде разчетена от бактерии и обратно. Това свидетелства за единството на произхода на органичния свят. Въпреки това, 64 комбинации от три нуклеотида съответстват само на 20 аминокиселини, в резултат на което 2-6 триплета могат да кодират една аминокиселина, тоест генетичният код е излишен или изроден. Три триплета нямат съответните аминокиселини, те се наричат стоп кодони, тъй като бележат края на синтеза на полипептидната верига.
Последователността на базите в ДНК триплетите и аминокиселините, които те кодират
*Стоп кодон, показващ края на синтеза на полипептидната верига.
Съкращения за имена на аминокиселини:
Ala - аланин
Arg - аргинин
Asn - аспарагин
Asp - аспарагинова киселина
Вал - валин
Неговият - хистидин
Gly - глицин
Gln - глутамин
Glu - глутаминова киселина
Ile - изолевцин
Leu - левцин
Лиз - лизин
Meth - метионин
Pro - пролин
Ser - серин
Tyr - тирозин
Tre - треонин
Три - триптофан
Фен - фенилаланин
цис - цистеин
Ако започнете да четете генетична информация не от първия нуклеотид в триплета, а от втория, тогава не само рамката на четене ще се измести, протеинът, синтезиран по този начин, ще бъде напълно различен не само в нуклеотидната последователност, но и в структурата и имоти. Между триплетите няма препинателни знаци, така че няма пречки за изместване на рамката за четене, което отваря възможност за възникване и поддържане на мутации.
Матричен характер на биосинтетичните реакции
Бактериалните клетки са способни да се дублират на всеки 20-30 минути, а еукариотните – всеки ден и дори по-често, което изисква висока скорост и точност на репликацията на ДНК. Освен това всяка клетка съдържа стотици и хиляди копия на много протеини, особено ензими, следователно за тяхното възпроизвеждане методът на „парче“ за тяхното производство е неприемлив. По-прогресивен начин е щамповането, което ви позволява да получите много точни копия на продукта и също така да намалите цената му. За щамповане е необходима матрица, с която се прави отпечатък.
В клетките принципът на матричния синтез е, че новите молекули на протеини и нуклеинови киселини се синтезират в съответствие с програмата, заложена в структурата на вече съществуващи молекули на същите нуклеинови киселини (ДНК или РНК).
Биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини
репликация на ДНК.ДНК е двуверижен биополимер, чиито мономери са нуклеотиди. Ако биосинтезата на ДНК протича по принципа на фотокопирането, тогава неизбежно ще възникнат множество изкривявания и грешки в наследствената информация, което в крайна сметка ще доведе до смъртта на нови организми. Следователно процесът на дублиране на ДНК е различен, по полуконсервативен начин: молекулата на ДНК се развива и на всяка от веригите се синтезира нова верига на принципа на комплементарността. Процесът на самовъзпроизвеждане на ДНК молекулата, който осигурява точното копиране на наследствената информация и предаването й от поколение на поколение, се нарича репликация(от лат. репликация- повторение). В резултат на репликацията се образуват две абсолютно точни копия на родителската ДНК молекула, всяко от които носи по едно копие на родителя.
Процесът на репликация всъщност е изключително сложен, тъй като в него участват редица протеини. Някои от тях развиват двойната спирала на ДНК, други разрушават водородните връзки между нуклеотидите на комплементарни вериги, трети (например ензимът ДНК полимераза) избират нови нуклеотиди според принципа на комплементарност и т.н. Две ДНК молекули, образувани в резултат на репликация се разделят на две по време на деленето.новообразувани дъщерни клетки.
Грешките в процеса на репликация са изключително редки, но ако се появят, те много бързо се елиминират както от ДНК полимерази, така и от специални ремонтни ензими, тъй като всяка грешка в нуклеотидната последователност може да доведе до необратима промяна в структурата и функциите на протеина. и в крайна сметка оказват неблагоприятно влияние върху жизнеспособността нова клеткаили дори индивиди.
протеинова биосинтеза.Както образно се изразява изключителният философ от 19 век Ф. Енгелс: „Животът е форма на съществуване на белтъчни тела“. Структурата и свойствата на протеиновите молекули се определят от тяхната първична структура, т.е. последователността на аминокиселините, кодирани в ДНК. От точността на възпроизвеждане на тази информация зависи не само съществуването на самия полипептид, но и функционирането на клетката като цяло, поради което процесът на синтез на протеини е от голямо значение. Изглежда, че това е най-сложният процес на синтез в клетката, тъй като тук участват до триста различни ензими и други макромолекули. Освен това тече с висока скорост, което изисква още по-голяма прецизност.
Има два основни етапа в протеиновата биосинтеза: транскрипция и транслация.
Транскрипция(от лат. транскрипция- пренаписване) е биосинтезата на иРНК молекули върху ДНК матрица.
Тъй като молекулата на ДНК съдържа две антипаралелни вериги, четенето на информация от двете вериги би довело до образуването на напълно различни иРНК, следователно тяхната биосинтеза е възможна само на една от веригите, която се нарича кодираща или кодогенна, за разлика от втората, некодиращо или некодогенно. Процесът на пренаписване се осигурява от специален ензим РНК полимераза, който избира РНК нуклеотиди според принципа на комплементарност. Този процес може да се осъществи както в ядрото, така и в органели, които имат собствена ДНК - митохондрии и пластиди.
Молекулите на иРНК, синтезирани по време на транскрипцията, преминават през сложен процес на подготовка за транслация (митохондриалните и пластидните иРНК могат да останат вътре в органелите, където се извършва вторият етап от биосинтезата на протеина). В процеса на узряване на иРНК към нея се прикрепят първите три нуклеотида (AUG) и опашка от аденилови нуклеотиди, чиято дължина определя колко протеинови копия могат да бъдат синтезирани върху дадена молекула. Едва тогава зрелите иРНК напускат ядрото през ядрените пори.
Успоредно с това в цитоплазмата протича процесът на активиране на аминокиселината, по време на който аминокиселината се прикрепя към съответната свободна тРНК. Този процес се катализира от специален ензим, който консумира АТФ.
Излъчване(от лат. излъчване- трансфер) е биосинтезата на полипептидна верига върху матрица на иРНК, при която генетичната информация се превежда в последователност от аминокиселини на полипептидната верига.
Вторият етап на синтеза на протеини най-често се случва в цитоплазмата, например в грубия ендоплазмен ретикулум. За възникването му е необходимо наличието на рибозоми, активиране на тРНК, при което те прикрепват съответните аминокиселини, наличие на Mg2+ йони, както и оптимални условия на средата (температура, pH, налягане и др.).
За да започне излъчването посвещение) малка субединица на рибозомата е прикрепена към готовата за синтез иРНК молекула и след това, съгласно принципа на комплементарността, тРНК, носеща аминокиселината метионин, се избира към първия кодон (AUG). Едва тогава се присъединява голямата субединица на рибозомата. В сглобената рибозома има два иРНК кодона, първият от които вече е зает. Втора тРНК, също носеща аминокиселина, се прикрепя към съседния кодон, след което с помощта на ензими се образува пептидна връзка между аминокиселинните остатъци. Рибозомата премества един кодон на иРНК; първата от tRNA, освободена от аминокиселината, се връща в цитоплазмата за следващата аминокиселина и фрагмент от бъдещата полипептидна верига, така да се каже, виси върху останалата tRNA. Следващата тРНК се присъединява към новия кодон, който е в рибозомата, процесът се повтаря и стъпка по стъпка полипептидната верига се удължава, т.е. удължаване.
Край на протеиновия синтез прекратяване на договора) възниква веднага щом се срещне специфична нуклеотидна последователност в иРНК молекула, която не кодира аминокиселина (стоп кодон). След това рибозомата, иРНК и полипептидната верига се разделят, а новосинтезираният протеин придобива подходяща структура и се транспортира до частта от клетката, където ще изпълнява функциите си.
Транслацията е много енергоемък процес, тъй като енергията на една ATP молекула се изразходва за свързване на една аминокиселина към tRNA, а още няколко се използват за придвижване на рибозомата по протежение на молекулата на mRNA.
За да се ускори синтеза на определени протеинови молекули, няколко рибозоми могат да бъдат последователно прикрепени към молекулата на иРНК, които образуват една структура - полизома.
Клетката е генетичната единица на живите същества. Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции. Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и полови клетки. Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза. Митозата е деленето на соматичните клетки. Мейоза. Фази на митоза и мейоза. Развитието на зародишните клетки при растенията и животните. Клетъчното делене е в основата на растежа, развитието и размножаването на организмите. Ролята на мейозата и митозата
Клетката е генетичната единица на живота
Въпреки факта, че нуклеиновите киселини са носители на генетична информация, внедряването на тази информация е невъзможно извън клетката, което лесно се доказва чрез примера на вирусите. Тези организми, често съдържащи само ДНК или РНК, не могат да се възпроизвеждат сами, за това трябва да използват наследствения апарат на клетката. Те дори не могат да проникнат в клетката без помощта на самата клетка, освен чрез използване на механизмите на мембранния транспорт или поради увреждане на клетката. Повечето вируси са нестабилни, умират след няколко часа излагане на открито. Следователно клетката е генетична единица на живите, която има минимален набор от компоненти за запазване, модифициране и внедряване на наследствена информация, както и нейното предаване на потомци.
Повечето от генетичната информация на еукариотната клетка се намира в ядрото. Характеристика на нейната организация е, че за разлика от ДНК на прокариотна клетка, еукариотните ДНК молекули не са затворени и образуват сложни комплекси с протеини - хромозоми.
Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции
Хромозома(от гръцки. хром- цвят, цвят и сом- тяло) е структурата на клетъчното ядро, което съдържа гени и носи определена наследствена информация за признаците и свойствата на организма.
Понякога пръстенните ДНК молекули на прокариотите също се наричат хромозоми. Хромозомите са способни на самодублиране, имат структурна и функционална индивидуалност и я запазват в редица поколения. Всяка клетка носи цялата наследствена информация на тялото, но само малка част от нея работи.
Основата на хромозомата е двуверижна ДНК молекула, пълна с протеини. При еукариотите хистоновите и нехистоновите протеини взаимодействат с ДНК, докато при прокариотите хистоновите протеини отсъстват.
Хромозомите се виждат най-добре под светлинен микроскоп по време на клетъчното делене, когато в резултат на уплътняването те приемат формата на пръчковидни тела, разделени от първично стесняване - центромер — на раменете. Хромозомата също може да има вторично стесняване, което в някои случаи разделя т.нар сателит. Краищата на хромозомите се наричат теломери. Теломерите предотвратяват слепването на краищата на хромозомите и осигуряват тяхното прикрепване към ядрената мембрана в неделяща се клетка. В началото на деленето хромозомите се удвояват и се състоят от две дъщерни хромозоми - хроматидиприкрепени към центромера.
Според формата се различават равнораменни, неравнораменни и пръчковидни хромозоми. Размерите на хромозомите варират значително, но средната хромозома има размер 5 $×$ 1,4 µm.
В някои случаи хромозомите, в резултат на многобройни дублирания на ДНК, съдържат стотици и хиляди хроматиди: такива гигантски хромозоми се наричат полиетилен. Те се намират в слюнчените жлези на ларвите на Drosophila, както и в храносмилателните жлези на кръглите червеи.
Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и полови клетки
Според клетъчната теория клетката е единица на структурата, живота и развитието на организма. По този начин такива важни функции на живите същества като растеж, възпроизводство и развитие на организма се осигуряват на клетъчно ниво. Клетките на многоклетъчните организми могат да бъдат разделени на соматични и полови.
соматични клеткиса всички клетки на тялото, които се образуват в резултат на митотично делене.
Изследването на хромозомите позволи да се установи, че соматичните клетки на организма на всеки биологичен вид се характеризират с постоянен брой хромозоми. Например, човек има 46 от тях.Нарича се набор от хромозоми на соматични клетки диплоиден(2n), или двойно.
полови клетки, или гамети, са специализирани клетки, които служат за полово размножаване.
Гаметите винаги съдържат половината от хромозомите, отколкото в соматичните клетки (при хората - 23), така че наборът от хромозоми на зародишните клетки се нарича хаплоиден(n), или единичен. Образуването му е свързано с мейотичното клетъчно делене.
Количеството ДНК на соматичните клетки се обозначава като 2c, а това на зародишните клетки е 1c. Генетичната формула на соматичните клетки се записва като 2n2c, а пола - 1n1c.
В ядрата на някои соматични клетки броят на хромозомите може да се различава от техния брой в соматичните клетки. Ако тази разлика е по-голяма с един, два, три и т.н. хаплоидни комплекта, тогава такива клетки се наричат полиплоиден(съответно три-, тетра-, пентаплоид). В такива клетки метаболитните процеси обикновено са много интензивни.
Броят на хромозомите сам по себе си не е специфична за вида черта, тъй като различните организми могат да имат еднакъв брой хромозоми, докато сродните могат да имат различен брой. Например маларийният плазмодий и конският кръгъл червей имат две хромозоми, докато хората и шимпанзетата имат съответно 46 и 48.
Човешките хромозоми са разделени на две групи: автозоми и полови хромозоми (хетерохромозоми). Автозомаима 22 двойки в човешките соматични клетки, те са еднакви за мъжете и жените, и полови хромозомисамо една двойка, но именно тя определя пола на индивида. Има два вида полови хромозоми - X и Y. Клетките на тялото на жената носят две X хромозоми, а мъжете - X и Y.
Кариотип- това е набор от признаци на хромозомния набор на организма (броя на хромозомите, тяхната форма и размер).
Условният запис на кариотипа включва общия брой на хромозомите, половите хромозоми и възможните отклонения в набора от хромозоми. Например кариотипът на нормален мъж се записва като 46,XY и кариотипът нормална жена— 46, XX.
Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза
Клетките не възникват всеки път отново, те се образуват само в резултат на деленето на майчините клетки. След отделянето дъщерните клетки отнемат известно време, за да образуват органели и да придобият подходяща структура, която да осигури изпълнението на определена функция. Този период от време се нарича зреене.
Нарича се периодът от време от появата на клетка в резултат на делене до нейното разделяне или смърт клетъчен жизнен цикъл.
В еукариотните клетки жизненият цикъл е разделен на два основни етапа: интерфаза и митоза.
Интерфаза- това е периодът от време в жизнения цикъл, в който клетката не се дели и функционира нормално. Интерфазата е разделена на три периода: G 1 -, S- и G 2 -периоди.
G 1 -период(пресинтетичен, постмитотичен) е период на клетъчен растеж и развитие, през който протича активен синтез на РНК, протеини и други вещества, необходими за пълното поддържане на живота на новообразуваната клетка. До края на този период клетката може да започне да се подготвя за дублиране на ДНК.
IN S-период(синтетичен) протича процесът на репликация на ДНК. Единствената част от хромозомата, която не претърпява репликация, е центромерът, следователно получените ДНК молекули не се разминават напълно, но остават закрепени в нея и в началото на деленето хромозомата има X-образен вид. Генетичната формула на клетката след дублиране на ДНК е 2n4c. Също така в S-периода се случва удвояване на центриолите на клетъчния център.
G 2 -период(постсинтетичен, премитотичен) се характеризира с интензивен синтез на РНК, протеини и АТФ, необходими за процеса на клетъчно делене, както и отделянето на центриоли, митохондрии и пластиди. До края на интерфазата хроматинът и ядрото остават ясно различими, целостта на ядрената мембрана не се нарушава и органелите не се променят.
Някои от клетките на тялото могат да изпълняват функциите си през целия живот на тялото (невроните на нашия мозък, мускулните клетки на сърцето), докато други съществуват за кратко време, след което умират (клетките на чревния епител , клетките на епидермиса на кожата). Следователно в тялото трябва постоянно да протичат процеси на клетъчно делене и образуване на нови клетки, които да заменят мъртвите. Клетките, способни да се делят, се наричат стъбло. В човешкото тяло те се намират в червения костен мозък, в дълбоките слоеве на епидермиса на кожата и на други места. Използвайки тези клетки, можете да отгледате нов орган, да постигнете подмладяване и също да клонирате тялото. Перспективите за използване на стволови клетки са доста ясни, но моралните и етични аспекти на този проблем все още се обсъждат, тъй като в повечето случаи се използват ембрионални стволови клетки, получени от човешки ембриони, убити по време на аборт.
Продължителността на интерфазата в растителните и животинските клетки е средно 10-20 часа, докато митозата отнема около 1-2 часа.
В хода на последователни деления в многоклетъчните организми дъщерните клетки стават все по-разнообразни, тъй като четат информация от нарастващ брой гени.
Някои клетки в крайна сметка спират да се делят и умират, което може да се дължи на завършването на определени функции, както в случая на епидермалните клетки на кожата и кръвните клетки, или на увреждане на тези клетки от фактори на околната среда, по-специално патогени. Генетично програмираната клетъчна смърт се нарича апоптозадокато случайната смърт е некроза.
Митозата е деленето на соматичните клетки. Фази на митоза
Митоза- метод за индиректно делене на соматични клетки.
По време на митозата клетката преминава през серия от последователни фази, в резултат на което всяка дъщерна клетка получава същия набор от хромозоми, както в майчината клетка.
Митозата е разделена на четири основни фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Профаза- най-дългият етап на митоза, по време на който настъпва кондензация на хроматин, в резултат на което стават видими X-образни хромозоми, състоящи се от две хроматиди (дъщерни хромозоми). В този случай ядрото изчезва, центриолите се отклоняват към полюсите на клетката и започва да се образува ахроматиновото вретено (вретено) на микротубулите. В края на профазата ядрената мембрана се разпада на отделни везикули.
IN метафазахромозомите се подреждат по екватора на клетката със своите центромери, към които са прикрепени микротубули на напълно оформено вретено на делене. На този етап на делене хромозомите са най-плътни и имат характерна форма, което дава възможност за изследване на кариотипа.
IN анафазабързата репликация на ДНК възниква в центромерите, в резултат на което хромозомите се разделят и хроматидите се отклоняват към полюсите на клетката, опънати от микротубули. Разпределението на хроматидите трябва да бъде абсолютно равно, тъй като именно този процес поддържа постоянството на броя на хромозомите в клетките на тялото.
На сцената телофазадъщерните хромозоми се събират на полюсите, деспирализират се, около тях се образуват ядрени обвивки от везикулите и нуклеолите се появяват в новообразуваните ядра.
След разделянето на ядрото настъпва разделянето на цитоплазмата - цитокинеза,по време на който има повече или по-малко равномерно разпределение на всички органели на майчината клетка.
Така в резултат на митозата от една майчина клетка се образуват две дъщерни клетки, всяка от които е генетично копие на майчината клетка (2n2c).
В болни, увредени, стареещи клетки и специализирани тъкани на тялото може да възникне малко по-различен процес на делене - амитоза. Амитозанаречено директно делене на еукариотни клетки, при което не настъпва образуването на генетично еквивалентни клетки, тъй като клетъчните компоненти са разпределени неравномерно. Среща се в растенията в ендосперма и при животните в черния дроб, хрущяла и роговицата на окото.
Мейоза. Фази на мейозата
Мейоза- това е метод на индиректно делене на първични зародишни клетки (2n2c), в резултат на което се образуват хаплоидни клетки (1n1c), най-често зародишни клетки.
За разлика от митозата, мейозата се състои от две последователни клетъчни деления, всяко предшествано от интерфаза. Първото делене на мейозата (мейоза I) се нарича намаляване, тъй като в този случай броят на хромозомите е наполовина, а второто разделение (мейоза II) - уравнение, тъй като в неговия процес броят на хромозомите се запазва.
Интерфаза Iпротича подобно на интерфазата на митозата. Мейоза Iсе разделя на четири фази: профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I. профаза IВъзникват два основни процеса: конюгация и кросингоувър. Конюгация- това е процесът на сливане на хомоложни (сдвоени) хромозоми по цялата дължина. Двойките хромозоми, образувани по време на конюгацията, се запазват до края на метафаза I.
Преминаване- взаимен обмен на хомоложни области на хомоложни хромозоми. В резултат на кръстосването хромозомите, получени от организма от двамата родители, придобиват нови комбинации от гени, което води до появата на генетично разнообразно потомство. В края на профаза I, както в профазата на митозата, ядрото изчезва, центриолите се отклоняват към полюсите на клетката и ядрената обвивка се разпада.
IN метафаза Iдвойки хромозоми се подреждат по екватора на клетката, микротубулите на вретеното на делене са прикрепени към техните центромери.
IN анафаза Iцели хомоложни хромозоми, състоящи се от две хроматиди, се отклоняват към полюсите.
IN телофаза Iоколо клъстери от хромозоми в полюсите на клетката се образуват ядрени мембрани, образуват се нуклеоли.
Цитокинеза Iосигурява разделяне на цитоплазмите на дъщерните клетки.
Дъщерните клетки, образувани в резултат на мейоза I (1n2c), са генетично хетерогенни, тъй като техните хромозоми, произволно разпръснати до полюсите на клетката, съдържат неравномерни гени.
Сравнителна характеристика на митозата и мейозата
знак | Митоза | Мейоза | |
Кои клетки започват да се делят? | соматичен (2n) | Първични зародишни клетки (2n) | |
Брой деления | 1 | 2 | |
Колко и какви клетки се образуват в процеса на делене? | 2 соматични (2n) | 4 сексуален (n) | |
Интерфаза | Подготовка на клетката за делене, дублиране на ДНК | Много кратък, не се получава дублиране на ДНК | |
Фази | Мейоза I | Мейоза II | |
Профаза | Може да настъпи хромозомна кондензация, изчезване на ядрото, разпадане на ядрената обвивка, конюгация и кросинговър | Кондензация на хромозоми, изчезване на ядрото, разпадане на ядрената обвивка | |
метафаза | Двойките хромозоми са разположени по екватора, образува се вретено на делене | Хромозомите се подреждат по екватора, образува се вретеното на делене | |
Анафаза | Хомоложните хромозоми от две хроматиди се отклоняват към полюсите | Хроматидите се отклоняват към полюсите | |
Телофаза | Хромозомите се деспирализират, образуват се нови ядрени обвивки и нуклеоли | Хромозомите се деспирализират, образуват се нови ядрени обвивки и нуклеоли |
Интерфаза IIмного кратък, тъй като в него не се случва удвояване на ДНК, тоест няма S-период.
Мейоза IIсъщо разделен на четири фази: профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II. IN профаза IIпротичат същите процеси като в профаза I, с изключение на конюгацията и кросинговъра.
IN метафаза IIХромозомите са разположени по екватора на клетката.
IN анафаза IIХромозомите се разделят в центромера и хроматидите се разтягат към полюсите.
IN телофаза IIядрените мембрани и нуклеолите се образуват около клъстери от дъщерни хромозоми.
След цитокинеза IIгенетичната формула на всичките четири дъщерни клетки е 1n1c, но всички те имат различен набор от гени, което е резултат от кръстосване и произволна комбинация от майчини и бащини хромозоми в дъщерните клетки.
Развитието на зародишните клетки при растенията и животните
Гаметогенеза(от гръцки. гамета- съпруга, гамети- съпруг и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели зародишни клетки.
Тъй като за половото размножаване най-често са необходими два индивида - женски и мъжки, произвеждащи различни полови клетки - яйцеклетки и сперматозоиди, то процесите на образуване на тези гамети трябва да са различни.
Естеството на процеса също зависи до голяма степен от това дали се случва в растителна или животинска клетка, тъй като при растенията се случва само митоза по време на образуването на гамети, докато при животните има както митоза, така и мейоза.
Развитието на зародишните клетки в растенията.При покритосеменни растенияобразуването на мъжки и женски зародишни клетки става в различни части на цветето - съответно тичинки и плодници.
Преди образуването на мъжки зародишни клетки - микрогаметогенеза(от гръцки. микрони- малък) - случва се микроспорогенеза, тоест образуването на микроспори в прашниците на тичинките. Този процес е свързан с мейотичното делене на майчината клетка, което води до четири хаплоидни микроспори. Микрогаметогенезата е свързана с митотичното делене на микроспорите, което дава мъжки гаметофит от две клетки - голяма вегетативен(сифоногенни) и плитки генеративен. След разделянето мъжкият гаметофит е покрит с плътни черупки и образува поленово зърно. В някои случаи, дори в процеса на узряване на цветен прашец, а понякога само след прехвърляне в стигмата на плодника, генеративната клетка се дели митотично с образуването на две неподвижни мъжки зародишни клетки - сперма. След опрашването от вегетативната клетка се образува поленова тръба, през която сперматозоидите проникват в яйчника на плодника за оплождане.
Развитието на женските зародишни клетки в растенията се нарича мегагаметогенеза(от гръцки. мегас- голям). Възниква в яйчника на плодника, който се предхожда от мегаспорогенеза, в резултат на което се образуват четири мегаспори от майчината клетка на мегаспората, лежаща в нуцелуса чрез мейотично делене. Една от мегаспорите се дели митотично три пъти, давайки началото на женския гаметофит, ембрионална торбичка с осем ядра. С последващото изолиране на цитоплазмите на дъщерните клетки, една от получените клетки се превръща в яйце, отстрани на което лежат така наречените синергиди, три антиподи се образуват в противоположния край на ембрионалния сак, а в центъра , в резултат на сливането на две хаплоидни ядра се образува диплоидна централна клетка.
Развитието на зародишните клетки при животните.При животните се разграничават два процеса на образуване на зародишни клетки - сперматогенеза и оогенеза.
сперматогенеза(от гръцки. сперма, сперматозоиди- семена и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели мъжки зародишни клетки - сперматозоиди. При хората се среща в тестисите или тестисите и се разделя на четири периода: размножаване, растеж, съзряване и формиране.
IN размножителния периодпримордиалните зародишни клетки се делят митотично, което води до образуването на диплоид сперматогония. IN период на растежсперматогониите натрупват хранителни вещества в цитоплазмата, увеличават се по размер и се превръщат в първични сперматоцити, или сперматоцити от 1-ви ред. Едва след това влизат в мейоза ( период на зреене), което първо води до две вторичен сперматоцит, или сперматоцит от 2-ри ред, и след това - четири хаплоидни клетки с доста голямо количество цитоплазма - сперматиди. IN период на формиранете губят почти цялата цитоплазма и образуват флагелум, превръщайки се в сперматозоиди.
сперматозоиди, или дъвки, - много малки подвижни мъжки полови клетки с глава, шия и опашка.
IN глава, с изключение на ядрото, е акрозома- модифициран комплекс на Голджи, който осигурява разтварянето на мембраните на яйцето по време на оплождането. IN вратаима центриоли на клетъчния център и основата конска опашкаобразуват микротубули, които директно поддържат движението на сперматозоида. Той също така съдържа митохондрии, които осигуряват на спермата ATP енергия за движение.
Овогенеза(от гръцки. ООН- яйце и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели женски зародишни клетки - яйца. При хората се среща в яйчниците и се състои от три периода: размножаване, растеж и съзряване. Периоди на размножаване и растеж, подобни на тези при сперматогенезата, настъпват още по време на вътрематочно развитие. В същото време диплоидните клетки се образуват от първичните зародишни клетки в резултат на митоза. оогония, които след това се превръщат в диплоидни първични овоцити, или овоцити от 1-ви ред. Мейоза и последваща цитокинеза, протичаща в период на зреене, се характеризират с неравномерно делене на цитоплазмата на майчината клетка, така че в резултат на това първо се получава вторичен овоцит, или овоцит 2-ри ред, И първото полярно тяло, а след това от вторичния овоцит - яйцеклетката, която запазва целия запас от хранителни вещества, и второто полярно тяло, докато първото полярно тяло е разделено на две. Полярните тела отнемат излишния генетичен материал.
При хората яйцата се произвеждат с интервал от 28-29 дни. Цикълът, свързан с узряването и освобождаването на яйцеклетките, се нарича менструален цикъл.
Яйце- голяма женска полова клетка, който носи не само хаплоиден набор от хромозоми, но и значителен запас от хранителни вещества за последващото развитие на ембриона.
Яйцето при бозайниците е покрито с четири черупки, които намаляват вероятността от увреждане. различни фактори. Диаметърът на яйцето при човека достига 150-200 микрона, докато при щрауса може да бъде няколко сантиметра.
Клетъчното делене е в основата на растежа, развитието и размножаването на организмите. Ролята на митозата и мейозата
Ако при едноклетъчните организми клетъчното делене води до увеличаване на броя на индивидите, т.е. размножаване, то при многоклетъчните организми този процес може да има различно значение. По този начин клетъчното делене на ембриона, започвайки от зиготата, е биологичната основа за взаимосвързаните процеси на растеж и развитие. Подобни промени се наблюдават при човек по време на юношеството, когато броят на клетките не само се увеличава, но и настъпва качествена промяна в тялото. Възпроизвеждането на многоклетъчни организми също се основава на клетъчно делене, например по време на безполово възпроизвеждане, поради този процес цялото тяло се възстановява от част от организма, а по време на сексуалното размножаване по време на гаметогенезата се образуват зародишни клетки, които впоследствие дават нов организъм. Трябва да се отбележи, че основните методи за делене на еукариотни клетки - митоза и мейоза - имат различно значение в жизнени циклиорганизми.
В резултат на митозата има равномерно разпределение на наследствения материал между дъщерните клетки - точни копия на майчините. Без митоза съществуването и растежът на многоклетъчни организми, развиващи се от една клетка, зиготата, би било невъзможно, тъй като всички клетки на такива организми трябва да съдържат една и съща генетична информация.
В процеса на делене дъщерните клетки стават все по-разнообразни по структура и функции, което се свързва с активирането на нови групи гени в тях поради междуклетъчното взаимодействие. По този начин митозата е необходима за развитието на организма.
Този метод на клетъчно делене е необходим за процесите на безполово размножаване и регенерация (възстановяване) на увредени тъкани, както и органи.
Мейозата от своя страна осигурява постоянството на кариотипа по време на сексуалното размножаване, тъй като намалява наполовина набора от хромозоми преди сексуалното възпроизвеждане, който след това се възстановява в резултат на оплождането. В допълнение, мейозата води до появата на нови комбинации от родителски гени поради кръстосване и произволна комбинация от хромозоми в дъщерните клетки. Благодарение на това потомството е генетично разнообразно, което дава материал за естествен подбор и е материалната основа на еволюцията. Промяната в броя, формата и размера на хромозомите, от една страна, може да доведе до появата на различни отклонения в развитието на организма и дори до неговата смърт, а от друга страна, може да доведе до появата на индивиди. по-адаптирани към околната среда.
По този начин клетката е единица за растеж, развитие и възпроизводство на организмите.
Държавно бюджетно учебно заведение
"Санкт Петербург училище за олимпийски резерв № 2 (техникум)"
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКО ПОМОЩ
СТРУКТУРА НА КЛЕТКАТА
ВЪПРОСИ ЗА САМОСТОЯТЕЛНА РАБОТА
заминаване за тренировъчни лагери
Надбавката беше
г) сливане на пиноцитни и фагоцитни везикули
11. Пиноцитозата се нарича
а) абсорбция на бактерии от левкоцити
б) абсорбция на бактерии от амеби
в) проникване на течни капки през мембраната
г) сливане на малки мехурчета в клетката в едно голямо
Илюстрирани задачи
растителна клетка
Упражнение 1.
1. Помислете за структурата на растителна клетка.
2. Отговорете на въпросите
Как веществата могат да влизат и излизат от растителна клетка? Каква е функцията на клетъчната стена в растителната клетка? Каква роля играе вакуолата в растителната клетка? Каква роля играят хлоропластите в растителната клетка? Какво е плазмодезма? Фигурата показва ли клетка от висши растения или от низши? Защо така реши?
Илюстрирани задачи
клетка за животни
Задача 2.
1. Помислете за структурата на животинска клетка.
2. Отговорете на въпросите
Кои са трите основни компонента на клетката? Защо мембраната на животинската клетка е способна на ендоцитоза? Какви органели не присъстват в животинска клетка? Защо са възможни движения на микроворсите? Коя органела може да се нарече "енергийна станция" на клетката? Защо? Какви са двата вида EPS?
Въпроси за самоконтрол
Клетъчна структура
1. Какви части от клетката са изследвани с помощта на светлинен микроскоп?
2. Какви клетъчни органели са открити с помощта на електронен микроскоп?
3. От какво се състои мембраната на живата клетка?
4. Какви свойства има мембраната?
5. Какви функции изпълнява мембраната на живата клетка, която покрива цитоплазмата?
6. Какви клетъчни органели имат мембранна структура?
7. Кои органели имат двойни мембрани?
8. Кои органели нямат мембранна структура?
9. Какви органели са част от цитоплазмената система?
10. Какви са структурата и функциите на ендоплазмения ретикулум?
11. Какви са структурата и функциите на митохондриите?
12. Какви структурни характеристики на апарата на Голджи са свързани с функциите, които изпълнява?
13. Каква е функцията на рибозомите?
14. Какви пластиди съдържат растителни клетки?
15. Какво е вътрешна структурахлоропласт?
16. Какви пигменти се намират в хлоропластите и хромопластите?
17. Каква е структурата и функцията на хромопластите и левкопластите?
18. Как е устроен и функционира клетъчният център?
19. От какви компоненти се състои системата на ядрото?
20. Какви са основните функции на ядрото?
21. Как е устроена ядрената обвивка?
22. Какви структури на ядрото съдържат ДНК молекули?
23. Какво е ядрен сок? Каква е неговата функция?
24. Какво е общото между ядрения сок и хиалоплазмата?
Тренировъчни задачи
Работа 1.
1. Дефинирайте понятията.
Плазмалемата е _____________________
Ядрото е _____________________
Рецепторните протеини са __________________
Ензимните протеини са ___________________
Фагоцитозата е _________
Пиноцитозата е _________
2. Разгледайте таблицата и отговорете на въпроса.
Броят на хромозомите в някои животни и растения.
Малариен плазмодий | |||
картофи | Земен червей | ||
градинска череша | |||
Как да обясним факта, че броят на хромозомите обикновено се представя с четно число?
3. Отговорете на въпросите.
С какви вещества на мембраната въглехидратите влизат в комплекс? Всички еукариотни клетки имат ли ядро? Колко ДНК молекули изграждат една хромозома?
4. Решете теста.
1. Съставът на плазмалемата не включва:
а) протеини б) нуклеинови киселини в) въглехидрати г) липиди
2. Ако клетката се сравнява с къща, тогава могат да се сравняват антените на покрива
а) с протеини б) с нуклеинови киселини в) с въглехидрати г) с липиди
3. Плазмалема не изпълнява функции
а) създава граница с околната среда
б) предава наследствена информация от клетка на клетка
в) регулира приема и отделянето на различни вещества
г) предпазва клетките от външната среда
4. Основната генетична информация на тялото се съхранява
а) в ядрото б) в рибозомите в) в ядрото г) в мембраната
5. Хромозоми по време на клетъчното делене
а) се превръщат в тънки нишки
б) навийте на топки
в) не се променят
г) удебеляват и скъсяват
6. Белтъците, които изграждат хромозомите, се наричат
а) шапки б) кралски камъни в) хистони г) живи камъни
Речник на термините
Автотрофи(зелени растения и част от прокариоти) - организми, способни да синтезират органични вещества от неорганични вещества. Това са организми, които получават енергия от неорганични съединения.
Анаболизъм– процеси на изграждане на вещество в резултат на реакция на синтез с изразходване на енергия
Биология- науката за живите системи,
Биология- наука, която изучава живите организми в системата на техните взаимоотношения с околната среда
Вируси- неклетъчни форми на живот
Гаметогенеза- образуването на мъжки и женски гамети
Гамети- полови клетки с хаплоиден набор от хромозоми
ген- участък от ДНК молекула (или хромозома), който определя развитието на определена черта или синтеза на една протеинова молекула
Генотип- съвкупността от всички гени на един организъм
Хетеротрофи(животни, гъби, част от прокариоти) - организми, които се хранят с чужди органични вещества
Дисимилация (катаболизъм)- енергиен обмен, който е набор от реакции на разделяне на полимери до мономери, по време на които се освобождава енергия
живи тела– отворени, саморегулиращи се, самовъзпроизвеждащи се системи
живот- макромолекулна отворена система, която се характеризира с йерархична организация, способност за самовъзпроизвеждане, метаболизъм, регулиран енергиен поток
Зигота- оплодена яйцеклетка
клетка- структурна и функционална единица на обитаване
клетка- отворена система, характеризираща се с обмен на вещества и енергия с околната среда, стабилност, способност за саморегулиране и самовъзпроизвеждане.
Критерии за живи системи- отличителни черти на живото като специална форма на съществуване на материята
Преминаване- кръстосване на хромозоми по време на митоза
Мейоза- специален вид клетъчно делене, което се случва по време на половото размножаване. При мейозата клетки с хаплоиден набор от хромозоми възникват от една клетка с диплоиден набор от хромозоми.
Митоза- клетъчно делене, в резултат на което двете дъщерни клетки получават диплоиден наборхромозоми
Овогенеза- процесът на развитие на женските зародишни клетки
Онтогенеза- индивидуално развитие на организма от момента на образуване на зиготата до смъртта на организма
прокариоти- организми, които нямат добре дефинирано ядро в клетката
сперматогенеза- развитие на мъжки полови клетки
Ензими- специфични протеинови катализатори, синтезирани от живи клетки и притежаващи висока активност
фотосинтеза- набор от редокс процеси, при които сложни органични съединения се образуват от неорганични вещества чрез използване на светлинна енергия в присъствието на хлорофил ()
Фототрофи- организми, чиито клетки синтезират органични вещества от неорганични вещества поради енергията на слънчевата светлина
Хемосинтеза- синтез на органични вещества от неорганични вещества в организми без хлорофил. Този синтез възниква поради енергията на химичните реакции, окисляването на неорганични вещества, докато кислородът не се отделя.
Хемотроф s - организми, които използват енергията на химичните реакции
Цитоплазмени мутации- промени, които засягат клетъчните органели, съдържащи ДНК
еукариоти- организми, които имат добре очертано ядро в клетката
Библиография
1. , . Обща биология. 10-11 клас. Урок за образователни институции. Москва: Bustard, 2006
2. , . Биология. Издателски център "Академия". 2006 г
3. . Биология. Задачи и упражнения. Помощ за влизане в университети. Москва "Висше училище" 1991 г
4. , . Обща биология. Урочна тестова задача към учебника за 10-11 клас на учебните заведения. Москва: Света Троица Сергиева лавра. 2010 г
5. , . Биология: тестов симулатор-урок за подготовка за изпита. Ростов на Дон. Феникс. 2008 г
6. . Обща биология. Тетрадка с печатна основа за ученици от 11 клас. Саратов: Лицей. 1999 г
7. , . Биология. Обща биология.10-11 клас. Работна тетрадка. . 2011
Задачи по темата "Клетки и тъкани на растенията." Задача № Верни ли са следните преценки за растителните клетки? А. Всички живи растителни клетки имат вакуоли. Б. Всички живи растителни клетки имат цитоплазма и ядро. 1) вярно е само А 2) вярно е само Б 3) и двете преценки са верни 4) и двете преценки са неверни Задача № Клетки, сходни по структура, произход и функции, образуват 1) органи 2) системи от органи 3) вътрешна среда 4) тъкани дали следните преценки за растителните клетки? А. Всички растителни клетки съдържат хлоропласти. Б. Всички растителни клетки имат клетъчна стена. 1) само А е правилно 2) само Б е правилно 3) и двете преценки са правилни 4) и двете преценки са неправилни Запишете номерата на избраните отговори в текста и след това въведете получената последователност от числа (в текста) в таблицата по-долу. ОРГАНОИДИ НА РАСТИТЕЛНАТА КЛЕТКА Растителните клетки съдържат овални зелени тела - (А). Молекулите (B) са способни да абсорбират светлинна енергия. Растенията, за разлика от организмите в други царства, синтезират (B) от неорганични съединения. Клетъчната стена на растителната клетка се състои главно от (D). Изпълнява важни функции. 1) хромопласт 2) вакуола 3) хлоропласт 4) хлорофил 5) митохондрии 6) целулоза 7) гликоген 8) глюкоза Клетъчните вещества включват 1) мазнини 2) витамини 3) вода 4) въглехидрати Задача № Проводимата тъкан на растенията през клетки, от които се извършва движението на органични вещества, се състои от 1) съдове 2) ситовидни тръби 3) влакна 4) клетки с косми Задача №. Установете съответствие между характеристиките на растителната тъкан и нейния вид. За да направите това, за всеки елемент от първата колона изберете позиция от втората колона. Въведете номерата на избраните отговори в таблицата. ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ТЪКАНТА A) състои се от клетки, съдържащи хлоропласти B) образува се от клетки с дебели здрави стени C) действа като рамка D) изпълнява функцията за образуване на органични вещества от неорганични вещества на светлина E) служи като опора за растението E ) придава на растението постоянна форма ВИД ТЪКАН 1) механичен 2) Фотосинтетичен Задача №. Коя тъкан осигурява растежа на растението? 1) образователна 2) складова 3) проводима 4) Обвивна Задача №. Старата растителна клетка се различава от младата по това, че 1) има по-голямо ядро 2) съдържа голяма вакуола 3) е изпълнена с цитоплазма 4) включва хлоропласти Задача № Клетки, подобни по структура, произход и функции, образуват 1) органи 3) вътрешна среда 2) системи от органи 4) Тъкани Задача №. Поставете липсващите термини от предложения списък в текста „Пластиди“, като използвате цифрови обозначения за това. Запишете номерата на избраните отговори в текста и след това въведете получената последователност от числа (в текста) в таблицата по-долу. ПЛАСТИДИ В растителните клетки често могат да се наблюдават пластиди с различни форми и цветове. И така, множество зелени пластиди - (A) - осигуряват процеса (B) поради наличието на пигмент (C) в техния състав. Освен това в клетките могат да се открият пластиди, съдържащи червени, оранжеви или жълти пигменти. Такива пластиди се наричат (G). 1) хромопласт 5) вакуола 2) хлорофил 6) дишане 3) левкопласт 7) хлоропласт 4) фотосинтеза 8) каротин Задача №. Каква е функцията на листната маса? 1) газообмен 2) отстраняване на излишната вода 3) придаване на здравина на листа 4) фотосинтеза
Първият микроскоп е изобретен от Янсен през (_).
През 1665 г. Робърт Хук (_).
Антъни ван Льовенхук откри света (_).
Робърт Браун, описан в растителни клетки (_).
През 1838–1839г ботаникът Матиас Шлейден и зоологът Теодор Шван формулират (_).
Т. Шван вярва, че се образуват нови клетки (_).
През 1855 г. Рудолф Вирхов доказва, че (_).
Основната единица на структурата и дейността на живите организми е (_).
Всички клетки на живите организми имат (_).
Клетките се образуват само (_).
Задача 2. "Структурата на клетъчната мембрана"
Какво е означено на фигурата с числата 1 - 5?
Кои са двете части на мембраната на животинската клетка? растителна клетка?
Каква е дебелината на плазмалемата?
Задача 3. "Структурата на плазмалемата"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Коя клетъчна обвивка е на снимката? Обяснете отговора.
Какво е обозначено на фигурата с числа 1-6?
Какви молекули образуват гликокаликса?
Задача 4. "Електрохимичен градиент"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какво е концентрационен градиент?
Какво е електростатичен градиент?
Какво е електрохимичен градиент?
Задача 5. "Транспорт на вещества през мембраната"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Кои видове транспорт са обозначени с номера 1 - 4?
Кой вид транспорт изисква енергия?
Как мастноразтворимите вещества влизат в клетката?
Как се отстраняват Na + йони от цитоплазмата на клетката навън?
Задача 6. Разгледайте картината "Плазмолиза"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какво се нарича плазмолиза?
Как водата се движи през клетъчната мембрана?
Какви са причините за плазмолизата?
Задача 7. "Клетъчна обвивка"
Запишете номерата на изреченията и пропуснатите думи:
Обвивката на растителна клетка е представена с (_).
Образува се плазмената мембрана (_).
Те образуват хидрофобната основа на клетъчната мембрана (_).
По-голямата част от водата навлиза в клетката през клетъчната стена (_).
Улавянето на твърди частици от плазмената мембрана - (_).
Улавяне на капчици течност от плазмената мембрана и изтеглянето им в клетката - (_).
Навлизането на вещества в клетката - (_), отстраняването на веществата от клетката - (_).
Транспортирането на вещества през клетъчната мембрана, което идва с разхода на енергия от АТФ - (_).
Навлизането на вода в клетката по време на деплазмолиза се дължи на (_).
Плазмолизата се нарича (_).
Осмозата се нарича (_).
Задача 8. "Комплекс Голджи и лизозоми"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какво е обозначено с буквите A-B на фигурата?
Къде се образуват лизозомите?
Колко мембрани обграждат съдържанието на лизозомите?
Какви са размерите на лизозомите?
Какви са основните функции на лизозомите?
Задача 9. "Едномембранни органели"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какви са основните функции на комплекса Голджи?
Кои са познатите два вида EPS?
Какви са основните функции на EPS?
Какви са функциите на ресничките и камшичетата?
Как се различават ресничките от флагелите?
Задача 10. "Митохондрии"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какво се обозначава с числата 1 - 5?
Какви са основните функции на митохондриите?
Как се образуват нови митохондрии?
Каква е масата на митохондриалните рибозоми?
Какво се знае за наследствения апарат на митохондриите?
Какви са размерите на митохондриите?
Задача 11. "Пластиди"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какво се обозначава с числата 1 - 6?
Какви са основните функции на хлоропластите?
Как се образуват нови пластиди?
Каква е масата на пластидните рибозоми?
Какво е известно за наследствения апарат на хлоропластите?
Какви са размерите на хлоропластите?
Задача 12. "Взаимни преобразувания на пластиди"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Дайте примери за превръщането на пропластидите в различни видове пластиди.
Дайте примери за трансформация на левкопласти в хлоропласти и обратно.
Какви са функциите на левкопластите?
Какви са функциите на хромопластите?
Задача 13. "Немембранни органели"
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какво се обозначава с числата 1 - 5?
Какви са основните функции на клетъчния център?
Как се формират центриолите на клетъчния център?
Какво е характерно за клетъчния център на висшите растения?
Какви са функциите на микротубулите и микрофиламентите?
Къде се образуват рибозомните субединици?
Какви са функциите на рибозомите?
Какви са размерите на рибозомите?
Какво е включено в рибозомата?
Задача 14. "Органоиди на клетката"
Запишете номерата на тестовете, срещу всеки - верните отговори
**Тест 1. Едномембранните клетъчни органели включват:
Рибозоми. 6. Лизозоми.
Комплекс Голджи. 7. EPS.
**Тест 2. Двумембранните клетъчни органели включват:
Рибозоми. 6. Лизозоми.
Комплекс Голджи. 7. EPS.
Митохондриите. 8. Ядро.
Хлоропласти. 9. Реснички и флагели на еукариоти.
Цитоскелет. 10. Клетъчен център.
**Тест 3. Немембранните клетъчни органели включват:
Рибозоми. 6. Лизозоми.
Комплекс Голджи. 7. EPS.
Митохондриите. 8. Миофибрили от актин и миозин.
Хлоропласти. 9. Реснички и флагели на еукариоти.
Цитоскелет. 10. Клетъчен център.
Тест 4Отговорен за образуването на лизозоми, натрупването, модификацията и отстраняването на вещества от клетката:
Комплекс Голджи.
Клетъчен център.
Митохондриите.
Тест 5Биосинтезата на протеини в цитоплазмата на клетката се осъществява от:
Митохондриите.
Хлоропласти.
Комплекс Голджи.
Рибозоми.
Тест 6„Дихателни органели“, които осигуряват на клетката енергия:
Митохондриите.
Хлоропласти.
Комплекс Голджи.
Рибозоми.
Тест 7Те разграждат сложни органични молекули до мономери, дори собствените си органели и хранителни частици, които влизат в клетката чрез фагоцитоза:
Лизозоми.
Рибозоми.
Комплекс Голджи.
Тест 8В клетките на висшите растения липсват:
Митохондриите.
Хлоропласти.
Комплекс Голджи.
Центриоли.
Тест 9Отговорен за образуването на цитоскелета:
Комплекс Голджи.
Клетъчен център.
Миофибрили.
Тест 10Способни да преобразуват енергията на слънчевата светлина в енергията на образуваните химични връзки органични вещества:
Митохондриите.
Хлоропласти.
Лизозоми.
Комплекс Голджи.