Клетъчна структура. Въпроси за самостоятелна работа
Карта 1
Какви органели са характерни за животинските клетки? (рибозоми, пластиди, вакуоли).
Каква функция изпълняват митохондриите? (фотосинтеза, синтез на протеини, синтез на мазнини, синтез на АТФ, транспорт на вещества).
Карта 2
Подчертайте верните отговори.
От какви молекули се състои мембраната? (въглехидрати, липиди, протеини, вода, АТФ).
Кои пластиди са безцветни? (левкопласти, хлоропласти, хромопласти).
Как се наричат вътрешните структури на митохондриите? (грани, кристи, матрица).
Карта 3
Подчертайте верните отговори.
Карта 4
Подчертайте верните отговори.
Кои цитоплазмени органели имат едномембранна структура? (външна клетъчна мембрана, ER, митохондрии, пластиди, комплекс Голджи, лизозоми).
Какви органели са общи за растителните и животинските клетки? (ER, рибозоми, митохондрии, ядро, пластиди).
Карта 5
Подчертайте верните отговори.
а) твърди или порести;
Карта 6
Подчертайте верните отговори.
Кои цитоплазмени органели имат структура с двойна мембрана? (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 хлоропластна структура съдържа пигмента хлорофил? (външна мембрана, кристи, грана, строма).
Карта 7
Подчертайте верните отговори.
За кои организми е характерно наличието на ядро? (прокариоти, еукариоти).
Кои цитоплазмени органели имат немембранна структура? (ER, 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 обвивка, 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 компонент на мембраната определя свойството селективна пропускливост? (протеини, липиди, мазнини, въглехидрати).
В кои клетъчни органели са разположени рибозомите? (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 обвивка, 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).
Какъв вид 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, йонен обмен, изолация и комуникация с околната среда).
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 и участва в синтеза на протеини и мазнини? (външна клетъчна мембрана, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи).
Карта 12
Подчертайте верните отговори.
Как се отделя клетъчната цитоплазма от околната среда? (ER мембрани, външна клетъчна мембрана, ядрена мембрана).
В коя ядрена структура се извършва сглобяването на рибозомни субединици? (ядрен сок, ядро, ядрена обвивка).
Кои пластиди съдържат пигмента хлорофил? (левкопласти, хлоропласти, хромопласти).
С появата на каква структура ядрото се отдели от цитоплазмата? (хромозоми, ядро, ядрена обвивка, ядрен сок).
Каква е структурата на митохондриите? (едномембранни, двумембранни, немембранни).
Карта 13
Подчертайте верните отговори.
Кои органели са характерни само за растителните клетки? (ER, рибозоми, пластиди, митохондрии).
От какви молекули се състои клетъчната мембрана? (протеини, липиди, въглехидрати, вода, АТФ).
Коя ядрена структура носи наследствените свойства на организма? (ядрена обвивка, 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 рибозомите? (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 цитоплазмени органели имат едномембранна структура? (външна клетъчна мембрана, ER, митохондрии, пластиди, комплекс Голджи, лизозоми).
Къде се образуват рибозомните субединици? (цитоплазма, ядро, митохондрии).
Как се наричат вътрешните структури на митохондриите? (матрикс, кристи, грана).
За кои организми е характерно наличието на ядро? (прокариоти, еукариоти).
Карта 15
Подчертайте верните отговори.
Каква функция изпълняват рибозомите? (фотосинтеза, синтез на протеини, синтез на мазнини, синтез на АТФ, транспорт на вещества).
Кои пластиди могат да бъдат оранжеви? (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 кои органели на растителни клетки се осъществява синтеза на АТФ? (хлоропласти, митохондрии, рибозоми).
В кои клетъчни органели са разположени рибозомите? (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 цитоплазмени органели имат структура с двойна мембрана? (ER, митохондрии, пластиди, апарат на Голджи).
Къде се образуват рибозомните субединици? (цитоплазма, ядро, вакуола).
Кои пластиди 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 изграждат 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).
За кои организми е характерно наличието на ядро? (прокариоти, еукариоти).
В кои клетъчни органели са разположени рибозомите? (цитоплазма, гладка ER, грапава ER, митохондрии, пластиди, ядрена обвивка).
Клетката като биологична система
Съвременна клетъчна теория, нейните основни положения, роля във формирането на съвременната естествена научна картина на света. Развитие на знанията за клетката. Клетъчната структура на организмите е в основата на единството на органичния свят, доказателство за родството на живата природа
Съвременна клетъчна теория, нейните основни положения, роля във формирането на съвременната естествена научна картина на света
Един от фундаментални понятия V съвременна биологияе идеята, че всички живи организми имат клетъчна структура. Проучване на структурата на клетката, нейната жизнена активност и взаимодействие с заобикаляща среданаучни сделки цитология, сега по-често наричана 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.
Основни принципи на клетъчната теория:
- Клетката е единица на структурата, жизнената дейност, растежа и развитието на живите организми - извън клетката няма живот.
- клетка - една система, състоящ се от много елементи, естествено свързани помежду си, представляващи определена холистична формация.
- Клетките на всички организми са сходни по своя химичен състав, структура и функции.
- Новите клетки се образуват само в резултат на деленето 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 в тях работят различни групи гени, което води до морфологично 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 присъщи модели неизбежно предполагаше универсалността на структурата на живите организми. Идентифицирането на единството на химичния състав и структурата 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 е в процес ембрионално развитиесе превърна в догма на съвременната ембриология.
Развитие на знанията за клетката
До 17 век хората не са знаели абсолютно нищо за микроструктурата на заобикалящите ги предмети и са възприемали света с невъоръжено око. Устройство за изучаване на микросвета - микроскопът - е изобретен около 1590 г. от холандските механици Г. и З. Янсен, но неговото несъвършенство не позволява да се изследват 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) усъвършенства дизайна на микроскопа и технологията за смилане на лещи и, искайки да осигури подобрено качество на изображението, изследва участъци от корк, въглен и живи растения под него. На срезовете той откри малки пори, напомнящи на пчелна пита, и ги нарече клетки (от лат. целулум- клетка, 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-изтъкнатите микроскописти М. Малпиги (1628-1694) и Н. Грю (1641-1712), които също откриват клетъчната структура на много растения.
За да се увери, че това, което Р. Хук и други учени са видели, е вярно, холандският търговец А. ван Льовенхук, който няма специално образование, самостоятелно разработи дизайн на микроскоп, който е коренно различен от съществуващия, и подобри технологията за производство на лещи. Това му позволява да постигне увеличение от 275-300 пъти и да изследва структурни детайли, които са технически недостъпни за други учени. А. ван Льовенхук беше ненадминат наблюдател: той внимателно скицира и описва това, което вижда под микроскопа, но не се стреми да го обясни. Той открива едноклетъчни организми, включително бактерии, и открива ядра, хлоропласти и удебеляване на клетъчните стени в растителните клетки, но откритията му са оценени много по-късно.
Откритията на компонентите на вътрешната структура на организмите през първата половина на 19 век следват едно след друго. G. Mohl разграничава живата материя и водната течност - клетъчния сок - в растителните клетки и открива порите. Английският ботаник Р. Браун (1773-1858) открива ядрото в клетките на орхидеите през 1831 г., след това е открито във всички растителни клетки. Чешкият учен J. Purkinje (1787-1869) въвежда термина "протоплазма", за да обозначи полутечното желатиново съдържание на клетка без ядро (1840). Белгийският ботаник М. Шлейден (1804-1881) напредва по-далеч от всички свои съвременници, които, докато изучават развитието и диференциацията на различни клетъчни структури висши растения, доказа, че всички растителни организми произхождат от една клетка. Той също така изследва закръглени ядрени тела в ядрата на клетки от люспи на лук (1842).
През 1827 г. руският ембриолог К. Баер открива яйца на хора и други бозайници, като по този начин опровергава идеята за развитието на организъм 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 излага предположението, че ако ядрото присъства във всяка формация, видима 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 още един важен момент 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 доктрината за клетката като единица на структурата, функцията и развитието на организма непрекъснато се развива. До края на 19 век, благодарение на успехите на микроскопската технология, структурата на клетката е изяснена, органелите - клетъчни части, изпълняващи различни функции - са описани, методите за образуване на нови клетки (митоза, мейоза) са изследвани, и стана ясно първостепенното значение на клетъчните структури в предаването на наследствени свойства. Използването на най-новите физикохимични методи на изследване позволи да се навлезе по-дълбоко в процесите на съхранение и предаване на наследствена информация, както и да се проучи фината структура на всяка от клетъчните структури. Всичко това допринесе за отделянето на клетъчната наука в независим клон на знанието - цитология.
Клетъчната структура на организмите, сходството на структурата на клетките на всички организми е в основата на единството на органичния свят, доказателство за родството на живата природа
Всички познати днес 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 внедрява 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 дългата 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 една страна, многоклетъчният организъм може да бъде разделен на съставните си части - клетки, но от друга страна, чрез повторното им сглобяване е невъзможно да се възстановят функциите на целия организъм, тъй като само при взаимодействието на части от в системата се появяват нови свойства. Това разкрива една от основните закономерности, които характеризират живите същества - единството на дискретното и холистичното. Малките размери и значителният брой клетки създават в многоклетъчните организми голяма повърхност, необходима за осигуряване на бърз метаболизъм. Освен това, ако една част от тялото умре, нейната цялост може да бъде възстановена чрез клетъчно възпроизвеждане. Извън клетката съхранението и предаването на наследствена информация, съхранението и предаването на енергия с последващото й превръщане в работа са невъзможни. И накрая, разделението на функциите между клетките в многоклетъчния организъм предоставя достатъчно възможности на организмите да се адаптират към околната среда и е предпоставка за увеличаване на сложността на тяхната организация.
Така установяването на единството на структурния план 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 на организмите, 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 живите същества. Всички прокариоти и редица еукариоти (много видове водорасли, гъби и протозои), които са поразителни с изключителното си разнообразие от форми и размери, са едноклетъчни. Повечето организми обаче все още са многоклетъчни. Техните клетки се специализират в изпълнението на определени функции и образуват тъкани и органи, което не може да не се отрази на техните морфологични особености. Например, човешкото тяло се състои от приблизително 10 14 клетки, представени от приблизително 200 вида, имащи голямо разнообразие от форми и размери.
Формата на клетките може да бъде кръгла, цилиндрична, кубична, призматична, дисковидна, вретеновидна, звездовидна и др. Така яйцата имат кръгла форма, епителните клетки имат цилиндрична, кубична и призматична форма, червените кръвни клетки имат формата на двойно вдлъбнат диск, клетките на мускулната тъкан имат вретеновидна форма и звездовидни клетки 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 големият размер на клетката ще попречи на обмена на вещества и енергия с околната среда и също ще усложни процесите за поддържане на хомеостазата. Някои клетки обаче могат да се видят с просто око. На първо място, това са клетките на динята и ябълковите плодове, както и яйцата на рибите и птиците. Дори ако един от линейните размери на клетката надвишава средния, всички останали отговарят на нормата. Например процесът на неврон може да надвишава 1 m дължина, но неговият диаметър все още ще съответства на средната стойност. Няма пряка връзка между размера на клетката и размера на тялото. 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 външен скелет.
Цитоплазмата е цялото съдържание на клетката, запълващо пространството между плазмената мембрана и структурата, съдържаща генетична информация. Състои се от основното вещество - хиалоплазма- и органели и включвания, потопени в него. Органоидиса постоянни компоненти на клетката, които изпълняват определени функции, а включванията са компоненти, които се появяват и изчезват по време на живота на клетката, като основно изпълняват 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 различно естество, 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, в която се съхранява генетичната информация в прокариотната клетка, се нарича нуклеоид. В цитоплазмата на прокариотните клетки има предимно един вид органели - рибозоми, а органелите, заобиколени от мембрани, напълно отсъстват. Бактериите са прокариоти.
Еукариотната клетка е клетка, в която има поне един от етапите на развитие 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 обикновено 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
Освен характеристиките, характерни за прокариотите и еукариотите, клетките на растенията, животните, гъбите и бактериите също имат редица особености. По този начин растителните клетки съдържат специфични органели - хлоропласти, които определят способността им да фотосинтезират, докато тези органели не се срещат в други организми. Разбира се, това не означава, че други организми не са способни на фотосинтеза, тъй като например при бактериите това се случва върху инвагинации на плазмената мембрана и отделни мембранни везикули в цитоплазмата.
Растителните клетки, като правило, съдържат големи вакуоли, пълни с клетъчен сок. Те се намират и в клетките на животни, гъбички и бактерии, но имат съвсем различен произход и изпълняват различни функции. Основното резервно вещество, намиращо се под формата на твърди включвания в растенията, е нишестето, в животните и гъбите е гликогенът, а в бактериите е гликогенът или волутинът.
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 по време на процеса на фагоцитоза и наличието на клетъчна стена би ги лишило от тази възможност. Химическа природаВеществото, което изгражда клетъчната стена, е различно 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 | Пулпа |
Цитоплазма | Яжте | Яжте | Яжте | Яжте |
Органоиди | Рибозоми | Мембранни и немембранни, включително клетъчния център | Мембранни и безмембранни | Мембранни и немембранни, включително пластиди |
Органоиди на движението | Камшичета и власинки | Камшичета и реснички | Камшичета и реснички | Камшичета и реснички |
Вакуоли | Рядко | Съкратителен, храносмилателен | Понякога | Централна вакуола с клетъчен сок |
Включвания | Гликоген, волутин | Гликоген | Гликоген | нишесте |
Разликите в структурата на клетките на представители на различни царства на живата природа са показани на фигурата.
Химичен състав на клетката. Макро- и микроелементи. Връзката между структурата и функциите на неорганичните и органичните вещества (протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ), които изграждат клетката. Ролята на химикалите в клетката и човешкото тяло
Химичен състав на клетката
Повечето от химичните елементи от Периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев, открити до момента, са открити в живи организми. От една страна, те не съдържат нито един елемент, който да не съществува в неживата природа, а от друга, техните концентрации 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 живот и играят жизненоважна роля в реакции.
Проучване на химичния състав на организмите и химична реакцияпротичащи в тях, науката изучава биохимия.
Трябва да се отбележи, че съдържанието на химикали в различните клетки и тъкани може да варира значително. Например, ако в животинските клетки протеините преобладават сред органичните съединения, то в растителните клетки преобладават въглехидратите.
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 |
Mg | 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 срещат в живите организми, но само 27 от тези елементи имат установени функции в клетката и организма. Останалите елементи присъстват в малки количества и очевидно влизат в тялото с храна, вода и въздух. Съдържанието на химични елементи в тялото варира значително. В зависимост от концентрацията си се делят на макроелементи и микроелементи.
Концентрацията на всеки макроелементив тялото надвишава 0,01%, а общото им съдържание е 99%. Макроелементите включват кислород, въглерод, водород, азот, фосфор, сяра, калий, калций, натрий, хлор, магнезий и желязо. Първите четири от изброените 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 макроелементи нормалното функциониране на тялото е невъзможно. Така калият, натрият и хлорът участват в процесите на възбуждане на клетките. Калият е необходим и за функционирането на много ензими и задържането на вода в клетката. Калцият се намира в клетъчните стени на растенията, костите, зъбите и черупките на мекотелите и е необходим за свиването на мускулните клетки и вътреклетъчното движение. Магнезият е компонент на хлорофила, пигмент, който позволява 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 не достига 0,1%. Микроелементите включват цинк, мед, манган, кобалт, йод, флуор и др. Цинкът е част от молекулата на панкреатичния хормон инсулин, медта е необходима за процесите на фотосинтеза и дишане. Кобалтът е компонент на витамин В12, чиято липса води до анемия. Йодът е необходим за синтеза на хормоните на щитовидната жлеза, които осигуряват нормалния метаболизъм, а флуорът е свързан с образуването на зъбния емайл.
Както дефицитът, така и излишъкът или нарушаването 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 дефицит на протеини, дефицитът на желязо причинява анемия, а липсата на йод причинява нарушаване на образуването на хормони на щитовидната жлеза и намаляване на скоростта на метаболизма. Намаляването на приема на флуорид от водата и храната до голяма степен определя нарушаването на обновяването на зъбния емайл и, като следствие, предразположението 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. Така йодът се съдържа в морските дарове и йодираната сол, калцият се съдържа в черупките на яйцата и т.н.
Връзката между структурата и функциите на неорганичните и органичните вещества (протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ), които изграждат клетката. Ролята на химикалите в клетката и човешкото тяло
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) е 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 с помощта на вода. Подобно на много други вещества, водата може да съществува в три агрегатни състояния: твърдо (лед), течно и газообразно (пара). Точката на топене на водата е $0°$С, точката на кипене е $100°$С, 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 дава възможност да участва в процесите на терморегулация. Във водната молекула водородните атоми са разположени под ъгъл от $105°$, докато споделените електронни двойки се отдръпват от по-електроотрицателния кислороден атом. Това определя диполните свойства на водните молекули (единият край е положително зареден, а другият отрицателно) и възможността за образуване на водородни връзки между водните молекули. Кохезията 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 варира и може да се промени с възрастта. Така при един месец и половина човешки ембрион съдържанието на вода в клетките достига 97,5%, при осеммесечен - 83%, при новородено намалява до 74%, а при възрастен е средно 66%. Телесните клетки обаче се различават по съдържанието на вода. 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 калиевите и натриевите йони, които улесняват преноса на веществата през мембраната и участват във възникването и провеждането на нервните импулси; 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 pH на околната среда. Йоните на минералните соли осигуряват проникването на самата вода в клетката и нейното задържане в нея. Ако концентрацията на сол 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 съединения, като киселини и оксиди. Така париеталните клетки на човешкия стомах произвеждат солна киселина, която активира храносмилателния ензим пепсин, а силициевият оксид прониква в клетъчните стени на хвощовете и образува черупките на диатомените водоеми. През последните години е изследвана и ролята на азотния оксид (II) в сигнализирането в клетките и тялото.
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 полимерните единици 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. Полизахаридите са правилни полимери, 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 се състоят основно от три химични елемента - въглерод, водород и кислород, въпреки че редица въглехидрати съдържат и 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 клетъчния метаболизъм и са част от сложните въглехидрати - олигозахариди и полизахариди.
Монозахаридите се класифицират според броя на въглеродните атоми (C3-C9), например, пентози(C 5) и хексози(C 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 и корените 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 способни да дадат реакция със сребърно огледало и да редуцират медта при добавяне на фелингова течност (смес от разтвори на меден (II) сулфат и калиев натриев тартарат) и кипене.
ДА СЕ олигозахаридивключват въглехидрати, образувани от няколко монозахаридни остатъка. Като цяло те също са силно разтворими във вода и 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 има в кореноплодите от захарно цвекло и захарна тръстика, откъдето се получават промишлено. Той служи като стандарт за сладостта на въглехидратите. лактоза, или млечна захар, образуван от остатъци от глюкоза и галактоза, се намира в майчиното и кравето мляко. Малтоза(малцова захар) се състои от две глюкозни единици. 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. В действителност нишестето се състои от два полимера - по-малко разклонената амилоза и по-разклонения амилопектин (фиг. 2.9). Мономерът както на амилозата, така и на амилопектина е глюкозата. Нишестето е основното вещество за съхранение на растенията, което се натрупва в огромни 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 няма сладък вкус. Мономерът на гликогена е глюкозата. В сравнение с молекулите на нишестето, молекулите на гликогена са още по-разклонени.
Целулоза, или целулоза, е основният поддържащ полизахарид на растенията. Мономерът на целулозата е глюкозата. Неразклонените целулозни молекули образуват снопчета, които са част от стените на растителните клетки. 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 ензими в храносмилателната система на човека, но смилането му се улеснява от бактерии в дебелото черво. В допълнение, фибрите стимулират контракциите на стените на стомашно-чревния тракт, което спомага за подобряване на функционирането му.
Хитине полизахарид, чийто мономер е азотсъдържащ монозахарид. Той е част от клетъчните стени на гъби и черупки на членестоноги. Човешката храносмилателна система също няма ензим за смилане на хитин; само някои бактерии го имат.
Функции на въглехидратите.Въглехидратите изпълняват пластични (строителни), енергийни, складови и поддържащи функции в клетката. Те образуват клетъчните стени на растения и гъби. Енергийна стойностРазграждането на 1 g въглехидрати е 17,2 kJ. Глюкоза, фруктоза, захароза, нишесте и гликоген са вещества за съхранение. Въглехидратите също могат да бъдат част от сложни липиди и протеини, образувайки гликолипиди и гликопротеини, особено в клетъчните мембрани. Не по-малко важна е ролята на въглехидратите в междуклетъчното разпознаване и възприемане на сигнали от външната среда, тъй като те функционират като рецептори като част от гликопротеините.
Липиди
Липидие химично хетерогенна група от нискомолекулни вещества с хидрофобни свойства. Тези вещества са неразтворими във вода и образуват емулсии в нея, но са силно 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, има особено много в семената и плодовете на някои растения, в черния дроб, сърцето и 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. Най-често срещаните наситени мастни киселини са палмитинова и стеаринова, а най-често срещаните ненаситени мастни киселини са олеиновата. Някои ненаситени мастни киселини не се синтезират в човешкото тяло или се синтезират в недостатъчни количества, поради което са есенциални. Остатъците от глицерол образуват хидрофилни „глави“, а остатъците от мастни киселини образуват хидрофобни „опашки“.
Мазнините изпълняват предимно складова функция в клетките и служат като източник на енергия. Богата на тях е подкожната мастна тъкан, която изпълнява ударопоглъщаща и топлоизолационна функция, а при водните животни повишават 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.
Восъци- Това са 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 покриват тялото или служат за изграждане на пчелни пити.
ДА СЕ стероидиТе включват липиди като холестерол, основен компонент на клетъчните мембрани, както и полови хормони естрадиол, тестостерон, витамин D и др.
Фосфолипиди, в допълнение към глицерол и остатъци от 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 малко. 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 разграждането на 1 g липиди се освобождават 38,9 kJ енергия. Те се съхраняват 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 радикали и взаимно разположение на функционалните групи, но само 20 от тях могат да бъдат част от протеини. Тези аминокиселини се наричат протеиногенен.
За съжаление, не всички протеиногенни аминокиселини могат да бъдат синтезирани в човешкото тяло, така че те се разделят на заменими и незаменими. Несъществени аминокиселинисе образуват в човешкото тяло в необходимото количество и незаменим- Не. Те трябва да се набавят с храната, но могат и частично да се синтезират 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 пълния набор от аминокиселини, а наличието на протеини във вегетативните части на растенията рядко надвишава 1-2% от масата. . Следователно е необходимо да се ядат протеини не само от растителен произход, 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 протеинова структура- Това линейна последователност от аминокиселинисвързани 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 разположение - появата на вторични и третични структури.
Вторична структурапредставлява пространственото разположение на протеинова молекула във формата спиралиили гънки, държани от водородни връзки между кислородните и водородните атоми на пептидни групи от различни навивки на спиралата или гънките. Много протеини съдържат повече или по-малко дълги области с вторична структура. Това са например кератините на косата и ноктите, копринен фиброин.
Третична структуракатерица ( глобула) също е форма на пространствено разположение на полипептидна верига, държана заедно чрез хидрофобни, водородни, дисулфидни (S-S) и други връзки. Той е характерен за повечето протеини в тялото, 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.
Въз основа на формата на молекулата те се различават фибриларенИ кълбовиденпротеини. Първите от тях са удължени, като колагена на съединителната тъкан или кератините на косата и ноктите. Глобуларните протеини имат формата на топка (глобула), подобно на мускулния миоглобин.
Прости и сложни протеини.Протеините могат да бъдат простоИ комплекс.Простите протеини са съставени 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 протеините.Много протеини са силно разтворими във вода, но има и такива, 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 нейната структура от протеинова молекула при запазване на нейната първична структура се нарича денатурация.
Денатурацията възниква поради промени в температурата, pH, атмосферно налягане, под въздействието 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 разрушаване на протеинова молекула се нарича унищожаване.
Функции на протеините.Протеините изпълняват редица функции в клетката: пластична (строителна), каталитична (ензимна), енергийна, сигнална (рецепторна), съкратителна (моторна), транспортна, защитна, регулаторна и складова.
Строителната 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 сигналите от околната среда и тяхното предаване в 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 въглеродния диоксид, други протеини пренасят йони и електрони. Защитната роля на протеините се свързва предимно с имунитета, тъй като протеинът интерферон е способен да унищожи много вируси, а протеините на антителата потискат 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 като резерви, като бобови растения в семена или белтъци на кокоше яйце.
Нуклеинова киселина
Нуклеинова киселинаса биополимери, чиито мономери са нуклеотиди. Понастоящем са известни два вида нуклеинови киселини: рибонуклеинова киселина (РНК) и дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК).
Нуклеотидобразуван от азотна основа, пентозен захарен остатък и остатък от ортофосфорна киселина. Характеристиките на нуклеотидите се определят главно от азотните бази, които ги съставляват, следователно, дори конвенционално, нуклеотидите се обозначават с първите букви от техните имена. Нуклеотидите могат да съдържат пет азотни бази: аденин (A), гуанин (G), тимин (T), урацил (U) и цитозин (C). Пентозните нуклеотиди - рибоза и дезоксирибоза - определят какъв нуклеотид ще се образува - рибонуклеотид или дезоксирибонуклеотид. Рибонуклеотидите са мономери на РНК, могат да действат като сигнални молекули (cAMP) и са част от високоенергийни съединения, като АТФ, и коензими, като NADP, NAD, FAD и др., а дезоксирибонуклеотидите са част от ДНК.
Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК)е двуверижен биополимер, чиито мономери са дезоксирибонуклеотиди. Дезоксирибонуклеотидите съдържат само четири азотни бази от пет възможни - аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) или цитозин (С), както и остатъци от дезоксирибоза и ортофосфорна 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 се насочват към вътрешността на молекулата. Свързването на ДНК веригите обаче не става произволно - азотните бази на различните вериги са свързани помежду си чрез водородни връзки според принципа на комплементарността: аденинът е свързан с тимина чрез две водородни връзки (A=T), а гуанинът е свързан с цитозина чрез три (G$≡C).
Бяха монтирани за нея Правилата на Chargaff:
- Броят на ДНК нуклеотидите, съдържащи аденин, е равен на броя на нуклеотидите, съдържащи тимин (A=T).
- Броят на ДНК нуклеотидите, съдържащи гуанин, е равен на броя на нуклеотидите, съдържащи цитозин (G$≡$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 една ДНК верига 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 появата на мутации. ДНК на еукариотните клетки е концентрирана в ядрото, митохондриите и пластидите, докато в прокариотните клетки се намира директно в цитоплазмата. Ядрената ДНК е в основата на хромозомите, тя е представена от отворени молекули. ДНК на митохондриите, пластидите и прокариотите е кръгла.
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 типа РНК: информационна или шаблонна (иРНК), рибозомна (рРНК) и транспортна (тРНК). Всички те се формират в процеса транскрипции- пренаписване от ДНК молекули.
ИРНК съставляват най-малката част от 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 нуклеотидни последователности, като всяка аминокиселина е кодирана от триплет нуклеотиди - кодон.
РРНК са най-разпространеният тип РНК в клетката (до 80%). Тяхното молекулно тегло е средно 3000-5000; се образуват в нуклеолите и влизат в състава на клетъчни 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 РНК в клетката е около 16%. Функцията на тРНК е да транспортира аминокиселини до мястото на протеинов синтез (рибозоми). Молекулата на tRNA има форма на лист детелина. В единия край на молекулата има място за прикрепване на аминокиселина, а в една от бримките има триплет от нуклеотиди, комплементарни на иРНК кодона и определящи коя аминокиселина ще носи тРНК - антикодон.
Всички видове РНК участват активно в процеса на внедряване на наследствена информация, която се транскрибира от ДНК в иРНК, а последната осъществява протеиновия синтез. tRNA доставя аминокиселини на рибозомите по време на протеиновия синтез, а rRNA е част от самите рибозоми.
Аденозин трифосфорна киселина (АТФ)е нуклеотид, съдържащ, в допълнение към азотната основа аденин и рибозен остатък, три остатъка от фосфорна киселина. Връзките между последните два фосфорни остатъка са високоенергийни (разцепването освобождава 42 kJ/mol енергия), докато стандартната химична връзка по време на разцепването произвежда 12 kJ/mol. Когато е необходима енергия, макроергичната връзка на АТФ се разцепва, образува 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 на редукция 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 показва, че те съдържат едни и същи химични елементи, химични вещества, които изпълняват едни и същи функции. Освен това в него ще работи част от ДНК, прехвърлена от един организъм в друг, а протеин, синтезиран от бактерии или гъбички, ще изпълнява функциите на хормон или ензим в човешкото тяло. Това е едно от доказателствата за единството на произхода на органичния свят.
Клетъчна структура. Връзката между структурата и функциите на частите и органелите на клетката е в основата на нейната цялост
Клетъчна структура
Устройство на прокариотни и еукариотни 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 клетки 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 кръгова ДНК молекула, докато при еукариотите ДНК молекулите са отворени.
За разлика от еукариотите, цитоплазмата на прокариотните клетки също съдържа малък брой органели, докато еукариотните клетки се характеризират със значително разнообразие от тези структури.
Устройство и функции 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 гликопротеините. Въглехидратите не се срещат самостоятелно в мембраната; те са свързани с протеини и липиди. Дебелината на мембраните е 7-10 nm.
Според понастоящем общоприетия модел на флуидна мозайка 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 протеини 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 кристали, 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 своето разположение в клетката, химичен състав и функции. 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 са част от сложни протеини-гликопротеини и сложни липиди-гликолипиди. Гликопротеините на плазмалемата са изключително специфични. Например, те се използват за взаимно разпознаване на клетки, включително сперматозоиди и яйцеклетки.
На повърхността на животинските клетки въглехидратните вериги образуват тънък повърхностен слой - гликокаликс.Открива се в почти всички животински клетки, но степента му на експресия варира (10-50 µm). Гликокаликсът осигурява директна комуникация между клетката и външната среда, където се извършва извънклетъчното храносмилане; Рецепторите са разположени в гликокаликса. В допълнение към плазмалемата, клетките на бактериите, растенията и гъбите също са заобиколени от клетъчни мембрани.
Вътрешни мембраниеукариотните клетки ограничават различни части на клетката, образувайки своеобразни „отделения“ - отделения, което насърчава разделянето на различни метаболитни и енергийни процеси. Те могат да се различават по химичен състав и функции, но общият им структурен план остава същият.
Функции на мембраната:
- Ограничаване.Идеята е, че те отделят вътрешното пространство на клетката от външната среда. Мембраната е полупропусклива, тоест през нея могат свободно да преминават само онези вещества, от които клетката се нуждае, и 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 са отговорни и за клетъчното разпознаване на принципа „приятел или враг“, както и за образуването на междуклетъчни връзки, най-изследваните 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 консумация.
- Компартментализация.Мембраните също ограничават пространството вътре в клетката, като по този начин разделят изходните материали за 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 просто око, тя, от една страна, служи като доста надеждна бариера за йони и молекули, особено водоразтворими, а от друга , осигурява транспортирането им в и извън клетката.
- 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 транспорт- Това е вид транспорт, който протича без разход на енергия от по-високи към по-ниски концентрации. Липидоразтворимите малки неполярни молекули (O 2, CO 2) лесно проникват в клетката чрез проста дифузия. Неразтворимите 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. Преносът на вода през мембрана се нарича чрез осмоза.
Осмозата е изключително важна в живота на една клетка, тъй като ако тя се постави в разтвор с повече висока концентрациясоли, отколкото в клетъчния разтвор, тогава водата ще започне да напуска клетката и обемът на жизненото 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, транспортът на вода се извършва в обратна посока - в клетката. Има обаче граници на разтегливостта на цитоплазмената мембрана и животинската клетка в крайна сметка се разкъсва, докато растителната клетка не позволява това да се случи поради здравата си 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 вътреклетъчната концентрация на соли, 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 на животински и растителни органи.
Активен транспортпротича с разхода на АТФ енергия от по-ниска концентрация на вещество към по-висока. Осъществява се с помощта на специални помпени протеини. Протеините изпомпват K +, Na +, Ca 2+ и други йони през мембраната, което подпомага транспортирането на основни органични вещества, както и 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 погълнатите предмети. След това първичната лизозома се слива с фагозомата и се образува вторична лизозома, или фаголизозома, или храносмилателна вакуола. Съдържанието на везикулата се смила от лизозомни ензими, а продуктите от разпада 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 в клетката прахови частици, А пиноцитоза- течности. Фагоцитозата се среща главно в животински клетки (едноклетъчни животни, човешки левкоцити), осигурява тяхното хранене и често защитава тялото. Чрез пиноцитоза, протеини, комплекси антиген-антитяло се абсорбират по време на имунни реакции и т.н. Въпреки това, много вируси също навлизат в клетката чрез пиноцитоза или фагоцитоза. В растителните и гъбичните клетки фагоцитозата е практически невъзможна, тъй като те са заобиколени от издръжливи клетъчни мембрани.
Екзоцитоза- процес, обратен на ендоцитоза. По този начин от храносмилателните вакуоли се освобождават остатъците от несмляна храна и се отстраняват веществата, необходими за живота на клетката и тялото като цяло. Например, предаването на нервни импулси възниква поради освобождаването на химически пратеници от неврона, изпращащ импулса - посредници, а в растителните клетки така се секретират спомагателните 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 основата на клетъчната стена е целулоза, опаковани в снопове от 50-100 молекули. Пространствата между тях са пълни с вода и други въглехидрати. Стената на растителната клетка е пронизана с тубули - плазмодесми, през които преминават мембраните на ендоплазмения ретикулум. Плазмодесматите осъществяват транспорта на вещества между клетките. Въпреки това, транспортът на вещества, като вода, може да се случи и по самите клетъчни стени. С течение на времето различни вещества, включително танини или подобни на мазнини вещества, се натрупват в клетъчната стена на растенията, което води до лигнификация или суберизация на самата клетъчна стена, изместване на водата и смърт на клетъчното съдържание. Между клетъчните стени на съседните растителни клетки има желеобразни разделители - средни пластини, които ги държат заедно и циментират тялото на растението като цяло. Те се унищожават само в процеса на узряване на плодовете и когато листата падат.
Образуват се клетъчните стени на гъбичните клетки хитин- въглехидрат, съдържащ азот. Те са доста силни и са външният скелет на клетката, но все пак, както при растенията, пречат на фагоцитозата.
При бактериите клетъчната стена съдържа въглехидрати с пептидни фрагменти - муреин, но съдържанието му варира значително сред различните групи бактерии. Други полизахариди също могат да се секретират върху клетъчната стена, образувайки мукозна капсула, която предпазва бактериите от външни влияния.
Мембраната 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 навлизането 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 през клетъчните стени по-бързо, отколкото през цитоплазмата.
Цитоплазма
Цитоплазма- Това е вътрешното съдържание на клетката. В нея са потопени всички клетъчни органели, ядрото и различните отпадъчни продукти.
Цитоплазмата свързва всички части на клетката една с друга и 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 химични реакции и преноса на вещества.
Течната част на цитоплазмата без органели се нарича хиалоплазма. Хиалоплазмата или цитозолът е колоиден разтвор, в който има вид суспензия от доста големи частици, например протеини, заобиколени от диполи на водни молекули. Утаяването на тази суспензия не се случва поради факта, че те имат еднакъв заряд и се отблъскват.
Органоиди
Органоиди- Това са постоянни компоненти на клетката, които изпълняват специфични функции.
В зависимост от структурните си особености се делят на мембранни и безмембранни. Мембранаорганелите от своя страна се класифицират 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.
Устройство и функции на ядрото. Ядро- голяма двойномембранна органела, разположена в центъра на клетката или в нейната периферия. Размерите на ядрото могат да варират от 3-35 микрона. Формата на ядрото най-често е сферична или елипсоидална, 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 от тях, 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 който са потопени хроматинИ ядро. Ядрото изпълнява такива важни функции като съхраняване и предаване на наследствена информация, както и контрол на живота на клетката.
Ролята на ядрото в предаването на наследствената информация е убедително доказана при опити със зеленото водорасло Acetabularia. В една гигантска клетка, достигаща дължина 5 см, се различават шапка, дръжка 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 ризоида на друг вид, с кафяв цвят, от който е отстранено ядрото. След известно време растението с трансплантираното ядро израсна нова шапка, подобно на водораслите донори на ядрото. В същото време капачката или дръжката, отделена от ризоида и несъдържаща ядро, умира след известно време.
Ядрена обвивкаобразувана 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 проникната от множество пори, облицовани със специални протеини. Транспортирането на вещества се извършва през порите: необходимите протеини (включително ензими), йони, нуклеотиди и други вещества влизат в ядрото, а РНК молекулите, изразходваните протеини и 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, химически напомнящ 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.
Хроматиннаречена колекция 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 нуклеопротеинови протеини (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 ръководят синтеза на специфични протеини, и второ, в прехвърлянето на наследствени свойства от майчината клетка към дъщерните клетки, за която цел хроматиновите нишки се опаковат в хромозоми по време на процеса на делене.
Нуклеол- сферично тяло, ясно видимо под микроскоп, с диаметър 1-3 микрона. Той се образува върху участъци от хроматин, в които е кодирана информация за структурата на рРНК и рибозомните протеини. Често в ядрото има само едно ядро, 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- двойномембранни органели с кръгла, овална или пръчковидна форма, въпреки че се срещат и спираловидни (в спермата). Диаметърът на митохондриите е до 1 µm, а дължината - до 7 µm. Пространството вътре в митохондриите е изпълнено с матрица. Матрица- Това 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 издатини - cristas, увеличавайки 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 ATP синтетаза с форма на гъби. Аеробният стадий на дишане протича в митохондриите, 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. Стромата съдържа 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 вида 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 обикновено са с овална или елипсовидна форма, но могат да бъдат и с форма на чаша, спирала или дори лоб. Броят на хлоропластите в една клетка е средно от 10 до 100 броя. Но например при някои водорасли може да е едно, да има значителни размери и сложна форма - тогава се нарича хроматофор. В други случаи броят на хлоропластите може да достигне няколкостотин, докато размерите им са малки. Цветът на хлоропластите се дължи на основния пигмент на фотосинтезата - хлорофил, въпреки че съдържат и допълнителни пигменти - каротеноиди. Каротеноидите стават забележими едва през есента, когато хлорофилът в стареещите листа се разгражда. Основната функция на хлоропластите е фотосинтезата. Светлинните реакции на фотосинтезата протичат върху тилакоидните мембрани, към които са прикрепени молекулите на хлорофила, а тъмните реакции протичат в стромата, където се съдържат множество ензими.
Хромопласти- Това са жълти, оранжеви и червени пластиди, съдържащи каротеноидни пигменти. Формата на хромопластите също може да варира значително: те могат да бъдат тръбни, сферични, кристални и т.н. Хромопластите придават цвят на цветята и плодовете на растенията, привличайки опрашители и разпространители 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, например в 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 тела с двойна мембрана. В ранните етапи на развитие различните видове пластиди са способни да се трансформират 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 органели на клетката, 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 им от едноклетъчни прокариотни организми. „Независимостта“ на митохондриите и пластидите обаче 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 EPS тубулите е около 25-30 nm. Има два вида EPS - грапав и гладък. Груб XPSноси рибозоми, където се осъществява протеиновият синтез. Гладък XPSлипсват рибозоми. Неговата функция е синтез на липиди и въглехидрати, както и транспорт, съхранение и неутрализиране на токсични вещества. Той е особено развит в тези клетки, където протичат интензивни метаболитни процеси, например в чернодробните клетки - хепатоцитите - и скелетните мускулни влакна. Веществата, синтезирани в ER, се транспортират до апарата на Голджи. Сглобяването на клетъчните мембрани също се случва в ER, но тяхното образуване е завършено в апарата на Голджи.
Апарат на Голджи,или Комплекс Голджи, е едномембранна органела, образувана от система от плоски цистерни, тубули и отделени от тях везикули. Структурната единица на апарата на Голджи е диктиозома- купчина резервоари, на единия полюс на който идват вещества от EPS, а от противоположния полюс, след като са претърпели определени трансформации, те се пакетират във везикули и се изпращат до други части на клетката. Диаметърът на резервоарите е около 2 микрона, а диаметърът на малките мехурчета е 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 в клетката, обновяване на нейните структури и образуването на лизозоми. Апаратът на Голджи получи името си в чест на италианския учен Камило Голджи, който за първи път откри този органел (1898 г.).
Лизозоми- малки едномембранни органели с диаметър до 1 μm, които съдържат хидролитични ензими, участващи във вътреклетъчното храносмилане. Мембраните на лизозомите са слабо пропускливи за тези ензими, така че лизозомите изпълняват своите функции много точно и целенасочено. По този начин 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.
Вакуолае кухина в цитоплазмата на растителни и животински клетки, ограничена от мембрана и изпълнена с течност. Храносмилателни и контрактилни вакуоли. Първите участват в процеса на фагоцитоза, тъй като в тях се случва разцепване 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 соке 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 снабдяването с вода и поддържа формата и обема на клетката, а също така съдържа ензими за разграждане на много клетъчни компоненти. В допълнение, биологично активните вещества на вакуолите могат да попречат на много животни да ядат тези растения. В редица растения, поради набъбването на вакуолите, растежът на клетките става чрез удължаване.
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 процеса на усвояване на азота 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 нуклеола и след това се транспортират в цитоплазмата. Рибозомите в прокариотите, митохондриите и пластидите са по-малки по размер от рибозомите в еукариотите. Рибозомните субединици включват рРНК и протеини.
Броят на рибозомите в една клетка може да достигне няколко десетки милиона: в цитоплазмата, митохондриите и пластидите те са в свободно състояние, а на грубия ER - в свързано състояние. Те участват в синтеза на протеини, по-специално те извършват процеса на транслация - биосинтезата на полипептидна верига върху молекула на иРНК. Свободните рибозоми синтезират протеините на хиалоплазмата, митохондриите, пластидите и техните собствени рибозомни протеини, докато рибозомите, прикрепени към грубия ER, извършват транслацията на протеини за отстраняване от клетките, сглобяването на мембраната и образуването на лизозоми и вакуоли.
Рибозомите могат да бъдат намерени поотделно в хиалоплазмата или събрани в групи по време на едновременния синтез на няколко полипептидни вериги на една иРНК. Такива 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 се образуват 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 форма и обем на клетката, свързва плазмената мембрана с други части на клетката, осигурява транспорта на вещества в клетката, участва в движението на клетката и вътреклетъчните компоненти, както и в разделяне на генетичен материал. Те са част от клетъчния център и органелите на движението - флагели и реснички.
микрофиламенти,или микронишки, също са немембранни органели, но имат нишковидна форма и се образуват не от тубулин, а актин. 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 медиира свиването.
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 микрона, а диаметърът му е 0,1-0,15 микрона. Клетъчният център се формира от две центриоли, лежащи във взаимно перпендикулярни равнини, и лъчиста сфераот микротубули. Всяка центриола е образувана от девет групи микротубули, събрани в групи от по три, т.е. триплети. Клетъчният център участва в процесите на сглобяване на микротубулите, разделянето на наследствения материал на клетката, както и в образуването на флагели и реснички.
Органели на движението. КамшичетаИ ресничкиТе представляват клетъчни израстъци, покрити с плазмалема. Основата на тези органели се състои от девет двойки микротубули, разположени по периферията, и две свободни микротубули в центъра. Микротубулите са свързани помежду си с различни протеини, осигуряващи координираното им отклонение от оста - трептене. Трептенията са зависими от енергията, тоест енергията на високоенергийните ATP връзки 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 камшичетата е 20-50 µm. Благодарение на строго насочените движения на камшичетата и ресничките се извършва не само движението на едноклетъчни животни, сперматозоиди и др., Но също така се почистват дихателните пътища, 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 по време на нейния живот. Те включват както резервни вещества, например зърна нишесте или протеини в растителни клетки, гликогенови гранули в клетки на животни и гъбички, волутин в бактерии, капки мазнини във всички видове клетки, така и отпадъчни продукти, по-специално остатъци от храна несмлени в резултат на фагоцитоза, образувайки така наречените остатъчни тела.
Връзката между 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, 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 вградено в мембраните на органелите и цитоплазмената мембрана, осигурявайки тяхното постоянно обновяване. Лизозомите и вакуолите, които изпълняват важни функции, също се отделят от комплекса на Голджи. Например, без лизозомите клетките бързо биха се превърнали в нещо като сметище за отпадъчни молекули и структури.
Проявата на всички тези процеси изисква енергия, произведена от митохондриите, а в растенията - 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 собствена 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
Една клетка може да се оприличи на миниатюрна химическа фабрика, в която протичат стотици и хиляди химически 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 изолирането на крайните метаболитни продукти.
Метаболизмът е неразривно свързан с процесите на преобразуване на един вид енергия в друг. Например, по време на процеса на фотосинтеза светлинната енергия се съхранява под формата на енергия от химични връзки на сложни органични молекули, а по време на процеса на дишане се освобождава и изразходва за синтеза на нови молекули, механична и осмотична работа, разсейва се под формата на топлина и др.
Появата на химични реакции в живите организми се осигурява благодарение на биологични катализатори от протеинова природа - ензими, или ензими. Подобно на други катализатори, ензимите ускоряват протичането на химичните реакции в клетката десетки и стотици хиляди пъти, а понякога дори ги правят възможни, но не променят естеството или свойствата на крайния продукт(и) на реакцията и правят 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 високата си специфичност на действие, значително увеличаване на скоростта на реакцията с тяхна помощ, както и способността да регулират действието чрез промяна на условията на реакцията или взаимодействието на различни вещества с тях. 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 околната среда може значително да се поколебае. Така че, за амилаза е необходимо алкална среда, а за пепсина е киселинна.
Механизмът на действие на ензимите е да намалят енергията на активиране на вещества (субстрати), които влизат в реакция 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 метаболизъм.
Пластичен метаболизъм (анаболизъм, асимилация)е набор от реакции на синтез, които включват разход на енергия от АТФ. В процеса на пластичен метаболизъм се синтезират органични вещества, необходими на клетката. Примери за реакции на пластичен обмен са фотосинтеза, биосинтеза на протеини и репликация на ДНК (самоудвояване).
Енергиен метаболизъм (катаболизъм, дисимилация)е набор от реакции, които разграждат сложните вещества на по-прости. В резултат на енергийния метаболизъм, енергията се освобождава и съхранява под формата на АТФ. Най-важните процеси на енергийния метаболизъм са дишането и ферментацията.
Пластичният и енергийният обмен са неразривно свързани, тъй като в процеса на пластичен обмен се синтезират органични вещества и това изисква енергия от АТФ, а в процеса на енергиен обмен органичните вещества се разграждат и се освобождава енергия, която след това ще се изразходва за процеси на синтез .
Организмите получават енергия в процеса на хранене, а я освобождават и 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 приготвени органични вещества.
Етапи на енергийния метаболизъм
Въпреки сложността на реакциите на енергийния метаболизъм, той условно се разделя на три етапа: подготвителен, анаеробен (без кислород) 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 случи директно в клетките или в червата, откъдето се разграждат надолу вещества се доставят чрез кръвния поток.
Анаеробна фазаенергийният метаболизъм е придружен от по-нататъшно разграждане 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 калта 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 доста често субстратът на реакциите е глюкозата. 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 фосфорилираната захар и се нарича субстратно фосфорилиране.
Аеробен етапобменът на енергия може да се извърши само в присъствието на кислород, докато междинните съединения, образувани по време на безкислородно разцепване, се окисляват до крайните продукти (въглероден диоксид и вода) и по-голямата част от енергията, съхранявана в химичните връзки на органичните съединения, се освобождава. Тя се превръща в енергия на високоенергийни връзки на 36 молекули АТФ. 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 схематично изобразен на фиг.
Аеробното дишане възниква в митохондриите, като 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 добавят към носителите на водород $NADH + H^(+)$ и $FADH_2$. Носителите транспортират водородни протони и електрони до вътрешните мембрани на митохондриите, образувайки кристи. С помощта на протеини-носители водородните протони се изпомпват в междумембранното пространство и електроните се предават през така наречената дихателна верига от ензими, разположени на вътрешната мембрана на митохондриите и изхвърляни 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 в 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 по ранен начинполучаване на енергия от дишането обаче е енергийно по-неблагоприятно, тъй като в резултат на ферментацията се образуват органични вещества, които все още са богати на енергия. Има няколко основни вида ферментация: млечнокисела, алкохолна, оцетнокисела и др. 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 ферментацията с помощта на дрожди пирогроздената 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 ферментацията с помощта на микроорганизми от пирогроздена киселина могат да се образуват и оцетна, маслена, мравчена киселина и др.
АТФ, получен в резултат на енергийния метаболизъм, се изразходва в клетката за различни видове работа: химическа, осмотична, електрическа, механична и регулаторна. Химическата работа включва 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 мембранен заряд и се придобиват свойствата на възбудимост и проводимост. Механичната работа включва движението на вещества и структури вътре в клетката, както и клетката като цяло. Регулаторната работа включва всички процеси, насочени към координиране на процесите в клетката.
Фотосинтезата, нейното значение, космическа роля
фотосинтезае процесът 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 въглеродния цикъл в биосферата, предотвратява натрупването на въглероден диоксид и по този начин предотвратява появата парников ефекти прегряване на Земята. Органичните вещества, образувани в резултат на фотосинтезата, не се консумират напълно от други организми, значителна част от тях в продължение на милиони години са образували находища на минерали (каменни и кафяви въглища, нефт). Напоследък рапичното масло („биодизел“) и алкохолът, получен от растителни остатъци, също започнаха да се използват като гориво. Озонът се образува от кислород под въздействието на електрически разряди, които образуват озонов екран, който предпазва целия живот на Земята от разрушителното 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, някои фактори я ограничават. Въз основа на това той предположи, че има 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 не изискват ензими, за да се появят. Леки реакции възникват върху тилакоидните мембрани.
Скоростта на тъмните реакции, напротив, се увеличава с повишаване на температурата, но при достигане на температурен праг от $30°C$, това увеличение 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 реакции.
Светлинната фаза на фотосинтезата се извършва върху тилакоидни мембрани, носещи няколко вида протеинови комплекси, основните от които са фотосистеми I и II, както и АТФ синтаза. Фотосистемите включват пигментни комплекси, които освен хлорофил съдържат и каротеноиди. Каротеноидите улавят светлината в области от спектъра, където 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 прехвърлят електрони от хлорофилните молекули един към друг. Последователността на тези протеини се нарича електрон-транспортна верига на хлоропластите.
Специален комплекс от протеини също е свързан с фотосистема II, която осигурява освобождаването на кислород по време на фотосинтезата. Този комплекс за освобождаване на кислород съдържа манганови и хлорни йони.
IN светлинна фазасветлинните кванти или фотони, попадащи върху молекулите на хлорофила, разположени върху тилакоидните мембрани, ги превеждат във възбудено състояние, характеризиращо се с по-висока електронна енергия. В този случай възбудените електрони от хлорофила на фотосистема I се прехвърлят чрез верига от посредници към водородния носител NADP, който свързва водородни протони, винаги присъстващи 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 пренасят 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 отнемане на водни молекули, които протича 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 реакциите на биосинтеза. Биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини
Генетична информация в клетка
Възпроизвеждането на себеподобните е едно от основните свойства на живите същества. Благодарение на това явление има 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 чрез 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 последователността на ДНК нуклеотидите. Следователно биосинтезата на нуклеинови киселини и протеини играе 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 елементарна единица генетична информация.
Работата по програмата „Човешки геном“, която се провеждаше едновременно в няколко страни и беше завършена в началото на този век, ни даде да разберем, че човек има само около 25-30 хиляди гена, но информация от по-голямата част от нашата ДНК никога не се чете, тъй като съдържа огромен брой безсмислени секции, повторения и гени, кодиращи черти, които са загубили 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, които кодират първичната структура на протеина, рибозомната или трансферната 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. Неговите свойства са: триплетност, специфичност, универсалност, излишност и незастъпване. Освен това в генетичния код няма препинателни знаци.
Всяка аминокиселина е кодирана в ДНК от три нуклеотида - тройка,например метионинът е кодиран от TAC триплета, т.е. кодът е триплет. 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 показва единството на произхода на органичния свят. Въпреки това, 64 комбинации от три нуклеотида съответстват само на 20 аминокиселини, в резултат на което една аминокиселина може да бъде кодирана от 2-6 триплета, тоест генетичният код е излишен или изроден. Три триплета нямат съответните аминокиселини, те се наричат стоп кодони, тъй като те показват 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, но и протеинът, синтезиран по този начин, ще бъде напълно различен не само в нуклеотидната последователност, но и в структура и свойства. Между триплетите няма препинателни знаци, така че няма пречки за изместване на рамката за четене, което отваря пространство за възникване и поддържане на мутации.
Матричен характер на реакциите на биосинтеза
Бактериалните клетки са способни да се удвояват на всеки 20-30 минути, а еукариотните - всеки ден и дори по-често, което изисква висока скорост и точност на репликацията на ДНК. В допълнение, всяка клетка съдържа стотици и хиляди копия на много протеини, особено ензими, следователно методът на "на парче" за тяхното производство е неприемлив за тяхното възпроизвеждане. По-прогресивен метод е щамповането, което ви позволява да получите множество точни копия на продукта и също така да намалите цената му. За щамповане е необходима матрица, от която се прави отпечатъкът.
В клетките принципът на шаблонен синтез е, че нови молекули на протеини и нуклеинови киселини се синтезират в съответствие с програмата, вградена в структурата на 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 се извършва на принципа на фотокопиране, 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 удвояване на ДНК протича по различен начин, по полуконсервативен начин: молекулата на ДНК се развива и върху всяка от веригите се синтезира нова верига според принципа на комплементарността. Процесът на самовъзпроизвеждане на ДНК молекула, осигуряващ точно 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 майчината ДНК молекула, всяка от които носи по едно копие на майчината ДНК молекула.
Процесът на репликация всъщност е изключително сложен, тъй като в него участват редица протеини. Някои от тях развиват двойната спирала на ДНК, други прекъсват водородните връзки между нуклеотидите на комплементарните вериги, трети (например ензимът ДНК полимераза) избират нови нуклеотиди на принципа на комплементарността и т.н. Две ДНК молекули се образуват като резултат от репликацията се разделят на две по време на деленето на новообразуваните дъщерни клетки.
Грешките в процеса на репликация възникват изключително рядко, 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.
Биосинтеза на протеини.Както образно се изразява изключителният философ от 19-ти 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 възпроизвеждането на тази информация зависи не само съществуването на самия полипептид, но и функционирането на клетката като цяло, така че процесът на синтез на протеини е от голямо значение. Изглежда, че това е най-сложният процес на синтез в клетката, тъй като включва до триста различни ензими и други макромолекули. Освен това тече с висока скорост, което изисква още по-голяма прецизност.
Има два основни етапа в биосинтезата на протеина: 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 нуклеотидите според принципа на комплементарност. Този процес може да се случи както в ядрото, така и в органелите, 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 протича вторият етап от биосинтезата на протеина). По време на процеса на съзряване на иРНК към нея се прикрепят първите три нуклеотида (AUG) и опашка от аденилови нуклеотиди, чиято дължина определя колко копия на протеина 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 присъединява към съответната свободна тРНК. Този процес се катализира от специален ензим и изисква АТФ.
Излъчване(от лат. излъчване- трансфер) е биосинтезата на полипептидна верига върху mRNA матрица, по време на която генетичната информация се превежда в аминокиселинната последователност на полипептидната верига.
Вторият етап на протеиновия синтез най-често се случва в цитоплазмата, например на грубия ER. 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 околната среда (температура, pH, налягане и др.).
За да започнете излъчване ( посвещение) малка рибозомна субединица е прикрепена към готова за синтез иРНК молекула и след това, съгласно принципа на комплементарност към първия кодон (AUG), се избира тРНК, носеща аминокиселината метионин. Едва след това се прикрепя голямата рибозомна субединица. В сглобената рибозома има два иРНК кодона, първият от които вече е зает. Втора тРНК, също носеща аминокиселина, се добавя към съседния кодон, след което с помощта на ензими се образува пептидна връзка между аминокиселинните остатъци. Рибозомата премества един кодон на иРНК; първата tRNA, освободена от аминокиселина, се връща в цитоплазмата след следващата аминокиселина и фрагмент от бъдещата полипептидна верига виси, така да се каже, върху останалата tRNA. Следващата тРНК се прикрепя към новия кодон, който се намира 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 в молекулата на иРНК се срещне специфична нуклеотидна последователност, 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 тРНК, а още няколко се използват за придвижване на рибозомата по протежение на молекулата на иРНК.
За да се ускори синтеза на определени протеинови молекули, няколко рибозоми могат да бъдат последователно прикрепени към молекула иРНК, които образуват една структура - полизома.
Клетката е генетичната единица на живо същество. Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции. Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и зародишни клетки. Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза. Митозата е деленето на соматичните клетки. Мейоза. Фази на митоза и мейоза. Развитие 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 живо същество.
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 независимо; за да направят това, те трябва да използват наследствения апарат на клетката. Те дори не могат да проникнат в клетка без помощта на самата клетка, освен чрез използването на мембранни транспортни механизми или поради увреждане на клетката. Повечето вируси са нестабилни; те умират само след няколко часа излагане на открито. Следователно клетката е генетична единица на живо същество, която има минимален набор от компоненти за запазване, промяна и внедряване на наследствена информация, както и нейното предаване на потомци.
Повечето от генетичната информация на еукариотната клетка се намира в ядрото. Особеността на неговата организация е, че за разлика от ДНК на прокариотна клетка, ДНК молекулите на еукариотите не са затворени и образуват сложни комплекси с протеини - хромозоми.
Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции
Хромозома(от гръцки хром- цвят, оцветяване и сома- тяло) е структурата на клетъчното ядро, което съдържа гени и носи определена наследствена информация за характеристиките и свойствата на организма.
Понякога кръговите ДНК молекули на прокариотите също се наричат хромозоми. Хромозомите са способни на самодублиране; те имат структурна и функционална индивидуалност и я запазват през поколенията. Всяка клетка носи цялата наследствена информация на тялото, но само малка част работи в нея.
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 придобиват вида на пръчковидни тела, разделени от първична стеснение - центромер — на раменете. На хромозома 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 - хроматид, закрепени в центромера.
Според формата си хромозомите се разделят на равнораменни, неравнораменни и пръчковидни хромозоми. Размерите на хромозомите варират значително, но средната хромозома има размери от 5 $×$ 1,4 микрона.
В някои случаи хромозомите, в резултат на многобройни дублирания на ДНК, съдържат стотици и хиляди хроматиди: такива гигантски хромозоми се наричат политен. 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 зародишни клетки
Според клетъчната теория клетката е единица на структурата, жизнената дейност 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 репродуктивни клетки.
Соматични клетки- това са всички клетки на тялото, образувани в резултат на митотично делене.
Изследването на хромозомите позволи да се установи, че соматичните клетки на тялото 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.
Половите клетки, или гамети, са специализирани клетки, използвани за сексуално размножаване.
Гаметите винаги съдържат половината от хромозомите, отколкото соматичните клетки (при хората - 23), следователно наборът от хромозоми на зародишните клетки се нарича хаплоиден(n), или единичен. Образуването му е свързано с мейотичното клетъчно делене.
Количеството ДНК в соматичните клетки се обозначава като 2с, а в половите клетки - 1с. Генетичната формула на соматичните клетки се записва като 2n2c, а на половите клетки - 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 от един, два, три и т.н. хаплоидни набори, тогава такива клетки се наричат полиплоиден(съответно три-, тетра-, пентаплоид). В такива клетки метаболитните процеси обикновено протичат много интензивно.
Броят на хромозомите сам по себе си не е видоспецифична характеристика, тъй като различните организми могат да имат еднакъв брой хромозоми, но сродните могат да имат различен брой. Например маларийният плазмодий и конският кръгъл червей имат по две хромозоми, докато хората и шимпанзетата имат съответно 46 и 48.
Човешките хромозоми се разделят на две групи: автозоми и полови хромозоми (хетерохромозоми). Автозомав човешките соматични клетки има 22 двойки, 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. Телесните клетки на жените носят две X хромозоми, а на мъжете - X и Y.
Кариотип- това е набор от характеристики 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 отново всеки път, те се образуват само в резултат на деленето на майчините клетки. След деленето дъщерните клетки се нуждаят от известно време, за да образуват органели и да придобият подходяща структура, която да осигури изпълнението на определена функция. Този период от време се нарича съзряване.
Нарича се периодът от време от появата на клетка в резултат на делене до нейното делене или смърт жизнения цикъл на клетката.
В еукариотните клетки жизненият цикъл е разделен на два основни етапа: интерфаза и митоза.
Интерфаза- това е период от време от жизнения цикъл, през 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. Към края на този период клетката може да започне да се подготвя да дублира своята ДНК.
IN S-период(синтетичен) възниква самият процес на репликация на ДНК. Единствената част от хромозомата, която не претърпява репликация, е центромерът, така че получените ДНК молекули не се разминават напълно, а остават задържани заедно в нея и в началото на деленето хромозомата има X-образен вид. Генетичната формула на клетка след удвояване на ДНК е 2n4c. Също така в S-периода центриолите на клетъчния център се удвояват.
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 обвивка не е нарушена и органелите не се променят.
Някои от клетките на тялото са способни 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 (чревни епителни клетки, епидермални клетки на кожата). Следователно тялото трябва постоянно да претърпява процеси на делене на клетките и образуването на нови, които да заменят мъртвите. Клетките, способни да се делят, се наричат стъбло. В човешкото тяло 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 абсолютно 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.
По време на последователни деления в многоклетъчните организми дъщерните клетки стават все по-разнообразни, тъй като четат информация от нарастващ брой гени.
Някои клетки спират да се делят с течение на времето и умират, което може да се дължи на завършването на определени функции, както в случая с клетките на епидермалната кожа и кръвните клетки, или поради увреждане на тези клетки от фактори на околната среда, по-специално патогени. Генетично програмираната клетъчна смърт се нарича апоптоза, докато случайна смърт - 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 митозата, по време на който хроматинът се кондензира, което води до 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 ахроматиново вретено (вретено на делене) от микротубули. В края на профазата ядрената мембрана се разпада на отделни везикули.
IN метафазаХромозомите са подредени по екватора на клетката със своите центромери, към които са прикрепени микротубулите на напълно оформеното вретено. На този етап на делене хромозомите са най-уплътнени и имат характерна форма, което позволява да се изследва кариотипа.
IN анафазаБързата репликация на ДНК се извършва 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 осигурява поддържането на постоянен брой хромозоми в клетките на тялото.
На сцената телофазидъщерните хромозоми се събират на полюсите, около тях се образуват деспирални, ядрени мембрани от везикули и нуклеоли се появяват в новообразуваните ядра.
След ядреното делене настъпва цитоплазмено делене - цитокинеза,по време на което се получава 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).
При 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. При растенията се намира в ендосперма, а при животните - в черния дроб, хрущяла и роговицата на окото.
Мейоза. Фази на мейозата
Мейозае метод на индиректно делене на първични зародишни клетки (2n2c), което води до образуването на хаплоидни клетки (1n1c), най-често зародишни клетки.
За разлика от митозата, мейозата се състои от две последователни клетъчни деления, всяко от които е предшествано от интерфаза. Първото делене на мейозата (мейоза I) се нарича редукционист, тъй като в този случай броят на хромозомите е наполовина, а второто разделение (мейоза II) - уравнение, тъй като в процеса му се запазва броят на хромозомите.
Интерфаза Iпротича като интерфаза на митозата. Мейоза Iсе разделя на четири фази: профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I. B профаза IВъзникват два важни процеса: конюгация и кросингоувър. Конюгация- Това е процес 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 тялото 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 мембрана се разпада.
IN метафаза Iдвойки хромозоми са подредени по протежение на екватора на клетката и вретеновидни микротубули са прикрепени към техните центромери.
IN анафаза IЦели хомоложни хромозоми, състоящи се от две хроматиди, се отклоняват към полюсите.
IN телофаза IЯдрените мембрани се образуват около клъстери от хромозоми в полюсите на клетката и се образуват нуклеоли.
Цитокинеза Iосигурява разделяне на цитоплазмите на дъщерните клетки.
Дъщерните клетки (1n2c), образувани в резултат на мейоза I, са генетично хетерогенни, тъй като техните хромозоми, произволно разпръснати в клетъчните полюси, съдържат различни 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 при деленето? | 2 соматични (2n) | 4 сексуален (n) | |
Интерфаза | Подготовка на клетката за делене, удвояване на ДНК | Много кратко, удвояването на ДНК не се случва | |
Фази | Мейоза I | Мейоза II | |
Профаза | Може да се появи хромозомна кондензация, изчезване на ядрото, разпадане на ядрената мембрана, конюгация и кросинговър | Хромозомна кондензация, изчезване на ядрото, разпадане на ядрената мембрана | |
Метафаза | Двойките хромозоми са разположени по екватора, образува се вретено | Хромозомите се подреждат по екватора, образува се вретено | |
Анафаза | Хомоложните хромозоми от две хроматиди се придвижват към полюсите | Хроматидите се движат към полюсите | |
Телофаза | Хромозомите се деспирират, образуват се нови ядрени мембрани и нуклеоли | Хромозомите се деспирират, образуват се нови ядрени мембрани 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 центромерите и хроматидите се разтягат към полюсите.
IN телофаза IIЯдрените мембрани и нуклеолите се образуват около клъстери от дъщерни хромозоми.
След цитокинеза IIГенетичната формула на четирите дъщерни клетки е 1n1c, но всички те имат различен набор от гени, което е резултат от кръстосването и произволната комбинация от хромозоми на майчините и бащините организми в дъщерните клетки.
Развитие 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 зависи до голяма степен от това дали протича в растителна или животинска клетка, тъй като при растенията се случва само митоза по време на образуването на гамети, а при животните се срещат както митоза, така и мейоза.
Развитие на зародишните клетки в растенията. U покритосеменни растенияОбразуването на мъжки и женски зародишни клетки става в различни части на цветето - съответно тичинки и плодници.
Преди образуването на мъжки репродуктивни 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 митотично делене на микроспората, което дава мъжки гаметофит от две клетки - голяма вегетативен(сифоногенни) и плитки генеративен. След разделянето мъжкият гаметофит се покрива с плътни мембрани и образува поленово зърно. В някои случаи, дори по време на процеса на узряване на цветен прашец, а понякога само след прехвърляне върху близалцето на плодника, генеративната клетка се дели митотично, за да образува 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 женския гаметофит - ембрионална торбичка с осем ядра. С последващото отделяне на цитоплазмите на дъщерните клетки, една от получените клетки се превръща в яйце, отстрани на което лежат така наречените синергиди, в противоположния край на ембрионалната торбичка се образуват три антиподи, а в центъра , в резултат на сливането на две хаплоидни ядра се образува диплоидна централна клетка.
Развитие на зародишните клетки при животните.При животните има 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 те влизат в мейоза ( период на зреене), в резултат на което се образуват първите две вторичен сперматоцит, или Сперматоцит от 2-ри ред, и след това - четири хаплоидни клетки с все още доста голямо количество цитоплазма - сперматиди. IN период на формиранете губят почти цялата си цитоплазма и образуват флагелум, превръщайки се в сперматозоиди.
сперма, или оживени, - много малки подвижни мъжки репродуктивни клетки с глава, шия и опашка.
IN глава, в допълнение към ядрото, е акрозома- модифициран комплекс на Голджи, който осигурява разтварянето на мембраните на яйцата по време на оплождането. IN маточна шийкаса центриолите на клетъчния център и основата конска опашкаобразуват микротубули, които директно подпомагат движението на спермата. Той също така съдържа митохондрии, които осигуряват на спермата ATP енергия за движение.
Оогенеза(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 възпроизводство и растеж, подобни на тези при сперматогенезата, настъпват по време на вътрематочно развитие. В този случай диплоидните клетки се образуват от първични зародишни клетки в резултат на митоза. оогония, които след това се превръщат в диплоидни първични овоцити, или Ооцити 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 Ооцит от 2-ри ред, И първото полярно тяло, а след това от вторичния овоцит - яйцето, което запазва целия запас от хранителни вещества, и второто полярно тяло, докато първото полярно тяло е разделено на две. Полярните тела поемат излишък от генетичен материал.
При хората яйцата се произвеждат с интервал от 28-29 дни. Цикълът, свързан с узряването и освобождаването на яйцеклетките, се нарича менструален.
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 мембрани, 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 разделянето на ембрионалните клетки, започвайки от зиготата, е биологичната основа на взаимосвързаните процеси на растеж и развитие. Подобни промени се наблюдават при хората в юношеска възраст, когато не само се увеличава броят на клетките, но и настъпва качествена промяна в тялото. Размножаването на многоклетъчните организми също се основава на клетъчно делене, например при безполово размножаване, благодарение на този процес се възстановява цяла част от организма, а при половото размножаване в процеса на гаметогенезата се образуват полови клетки, които впоследствие дават начало на нов организъм. Трябва да се отбележи, че основните методи за делене на еукариотна клетка - 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 е свързано с активирането на все повече и повече 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, което 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 се оказва 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 РЪКОВОДСТВО
СТРУКТУРА НА КЛЕТКАТА
ВЪПРОСИ ЗА САМОСТОЯТЕЛНА РАБОТА
заминаване за тренировъчни лагери
Ръководството беше съставено
г) сливане на пиноцитозни и фагоцитозни везикули
11. Пиноцитозата се нарича
а) абсорбция на бактерии от левкоцити
б) абсорбция на бактерии от амеби
в) проникване на капки течност през мембраната
г) сливане на малки везикули в клетката в една голяма
Илюстрирани задачи
растителна клетка
Упражнение 1.
1. Разгледайте схемата на структурата на растителна клетка.
2. Отговорете на въпросите
По какви пътища веществата могат да влизат и излизат от растителна клетка? Каква е функцията на клетъчната стена за растителна клетка? Каква роля играе вакуолата в растителната клетка? Каква роля играят хлоропластите в растителната клетка? Какво е плазмодезма? На снимката клетка от висши растения ли е или от низши? Защо така реши?
Илюстрирани задачи
животинска клетка
Задача 2.
1. Разгледайте схемата на 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 микровласинките? Коя органела може да се нарече „енергийна станция“ на клетката? Защо? Какви два вида EPS познавате?
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, покриваща цитоплазмата?
6. Кои 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 функция изпълняват рибозомите?
14. Какви пластиди съдържат растителните клетки?
15. Какво е усещането 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 основната система?
20. Какви са основните функции на ядрото?
21. Как е устроена ядрената мембрана?
22. Какви ядрени структури 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.
Плазмалема е _____________________
Ядрото е __________________________
Рецепторните протеини са __________________
Ензимните протеини са ___________________
Фагоцитозата е ___________________________
Пиноцитозата е ________________________________
2. Погледнете 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 мембранни вещества се комплексират въглехидратите? Всички еукариотни клетки имат ли ядро? Колко ДНК молекули изграждат една хромозома?
4. Решете теста.
1. Плазмената мембрана не включва:
а) протеини б) нуклеинови киселини в) въглехидрати г) липиди
2. Ако една клетка се сравнява с къща, тогава антените на покрива могат да бъдат сравнени
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. Съхранява се основната генетична информация на организма
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) бутала б) кралски камъни в) хистони г) живи камъни
Речник на термините
Автотрофи(зелени растения и някои прокариоти) са организми, способни да синтезират органични вещества от неорганични вещества. Това са организми, които получават енергия от неорганични съединения
Анаболизъм– процеси на изграждане на материята в резултат на реакции на синтез с изразходване на енергия
Биология– наука за живите системи,
Биология– наука, която изучава живите организми в системата на техните взаимоотношения с околната среда
Вируси– неклетъчни форми на живот
Гаметогенеза– процесът на образуване на мъжки и женски гамети
Гамети– зародишни клетки с хаплоиден набор от хромозоми
ген– участък от ДНК молекула (или хромозома), който определя развитието на определен признак или синтеза на една протеинова молекула
Генотип– съвкупността от всички гени на един организъм
Хетеротрофи(животни, гъби, някои прокариоти) - организми, които се хранят с чужди органични вещества
Дисимилация (катаболизъм)– енергиен обмен, който е набор от реакции на разделяне на полимери в 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 и регулиран енергиен поток
Зигота- оплодена яйцеклетка
клетка– структурна и функционална единица на живите същества
клетка– отворена система, характеризираща се с обмен на вещества и енергия с околната среда, стабилност и способност за саморегулация и самовъзпроизвеждане.
Критерии за живи системи– отличителни черти на живите същества 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. По време на мейозата от една клетка с диплоиден набор от хромозоми възникват клетки с хаплоиден набор от хромозоми
Митоза- клетъчно делене, в резултат на което двете дъщерни клетки получават диплоиден наборхромозоми
Оогенеза– процесът на развитие на женските репродуктивни клетки
Онтогенеза– индивидуално развитие на организма от момента на образуване на зиготата до смъртта на организма
Прокариоти- организми, които нямат ясно обособено 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, използвайки енергията на слънчевата светлина
Хемосинтеза– синтез на органични вещества от неорганични в организми без хлорофил. Този синтез възниква поради енергията на химичните реакции, окисляването на неорганични вещества, без освобождаване на кислород
Хемотроф s - организми, които използват енергията на химичните реакции
Цитоплазмени мутации– промени, които засягат клетъчните органели, съдържащи ДНК
Еукариоти- организми, които имат ясно изразено ядро в клетката си
Библиография
1. , . Обща биология. 10-11 клас. Урок за образователни институции. М.: Дропла, 2006
2. . Биология. Издателски център "Академия". 2006 г
3. . Биология. Задачи и упражнения. Наръчник за кандидатстващи в университети. Москва "Висше училище" 1991 г
4. , . Обща биология. Урок тест-задача към учебника за 10-11 клас в общообразователните институции. М.: Света Троица Сергиева лавра. 2010 г
5. , . Биология: тестов симулатор-самообучение за подготовка за Единния държавен изпит. 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 съждения за растителните клетки? А. Всички живи растителни клетки имат вакуоли. B. Всички живи растителни клетки имат цитоплазма и ядро. 1) само А е вярно 2) само Б е вярно 3) и двете преценки са верни 4) и двете преценки са неверни Задача № Клетки, подобни по структура, произход и функции, образуват 1) органи 2) системи от органи 3) вътрешна среда 4 ) тъкани Задача № Коригирайте следните твърдения за растителните клетки? А. Всички растителни клетки съдържат хлоропласти. Б. Всички растителни клетки имат клетъчна стена. 1) само А е вярно 2) само Б е вярно 3) и двете преценки са верни 4) и двете преценки са неправилни Задача №. Поставете липсващите термини от предложения списък в текста „Органоиди на растителна клетка“, като използвате цифрови обозначения за това. Запишете номерата на избраните отговори в текста и след това въведете получената последователност от числа (според текста) в таблицата по-долу. ОРГАНОИДИ НА РАСТИТЕЛНИТЕ КЛЕТКИ Растителните клетки съдържат зелени овални тела - (А). Молекулите (B) са способни да абсорбират светлинна енергия. Растенията, за разлика от организмите на 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) митохондрия 6) целулоза 7) гликоген 8) глюкоза Задача №. Растежът на стъблото в дебелина се извършва поради тъкани 1) дърво 2) сърцевина 3) лико 4) камбий Задача № Към неорганичните клетъчни вещества включват 1) мазнини 2) витамини 3) вода 4) въглехидрати Задача № Проводящата тъкан на растенията, през клетките на които се движат органични вещества, се състои от 1) съдове 2) ситовидни тръби 3) влакна 4) клетки с власинки Задача № Свържете характеристиките на растителната тъкан и нейния вид. За да направите това, изберете позиция от втората колона за всеки елемент от първата 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 №. Въведете липсващите термини от предложения списък в текста „Пластиди“, като използвате цифрови обозначения. Запишете номерата на избраните отговори в текста и след това въведете получената последователност от числа (според текста) в таблицата по-долу. Пластиди В растителните клетки често могат да се наблюдават пластиди с различни форми и цветове. По този начин множество зелени пластиди - (A) - осигуряват процес (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 функция не изпълнява листната маса? 1) газообмен 2) отстраняване на излишната вода 3) придаване на сила на листата 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 жизнената дейност на живите организми е (_).
Всички клетки на живите организми имат (_).
Клетките се образуват само (_).
Задача 2. „Структура на клетъчната мембрана“
Какво е означено на фигурата с числа 1 - 5?
От какви две части се състои мембраната на животинската клетка? Растителна клетка?
Каква е дебелината на плазмалемата?
Задача 3. „Структура на плазмалемата“
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Мембраната на коя клетка е на снимката? Обяснете отговора си.
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:
Какви видове транспорт са обозначени с номера 1 - 4?
Какъв вид транспорт изисква енергия?
Как мастноразтворимите вещества попадат в клетките?
Как Na + йоните се отстраняват от клетъчната цитоплазма навън?
Задача 6. Вижте снимката „Плазмолиза“
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какво се нарича плазмолиза?
Как водата се движи през клетъчната мембрана?
Причини за плазмолиза?
Задача 7. „Клетъчна обвивка“
Запишете номерата на изреченията и пропуснатите думи:
Стената на растителната 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 мембрана (_).
Поемане на прахови частици от плазмената мембрана – (_).
Улавяне на течни капчици от плазмената мембрана и изтеглянето им в клетката - (_).
Навлизането на вещества в клетката е (_), отстраняването на вещества от клетката е (_).
Транспортиране на вещества през клетъчната мембрана, което се случва с разхода на енергия ATP - (_).
Навлизането на вода в клетката по време на процеса на деплазмолиза се дължи на (_).
Плазмолизата се нарича (_).
Осмозата се нарича (_).
Задача 8. „Комплекс на Голджи и лизозоми“
Разгледайте снимката и отговорете на въпросите:
Какво е обозначено на фигурата с буквите A-B?
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?
Какви два вида EPS са известни?
Какви са основните функции на EPS?
Какви са функциите на ресничките и камшичетата?
Как ресничките се различават 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 образуват 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. „Клетъчни органоиди“
Запишете номерата на теста, срещу всеки - верните опции за отговор
**Тест 1. Едномембранните клетъчни органели включват:
Рибозоми. 6. Лизозоми.
Комплекс Голджи. 7. EPS.
**Тест 2. Клетъчните органели с двойна мембрана 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, изградени от актин и миозин.
Хлоропласти. 9. Реснички и флагели на еукариоти.
Цитоскелет. 10. Клетъчен център.
Тест 4.Отговорен за образуването на лизозоми, натрупването, модификацията и отстраняването на вещества от клетката:
Комплекс Голджи.
Клетъчен център.
Митохондриите.
Тест 5.Биосинтезата на протеини в цитоплазмата на клетката се извършва:
Митохондриите.
Хлоропласти.
Комплекс Голджи.
Рибозоми.
Тест 6.„Респираторни органоиди“, които осигуряват на клетката енергия:
Митохондриите.
Хлоропласти.
Комплекс Голджи.
Рибозоми.
Тест 7.Те разграждат сложни органични молекули до мономери, дори собствените си органели и хранителни частици, които влизат в клетката чрез фагоцитоза:
Лизозоми.
Рибозоми.
Комплекс Голджи.
Тест 8.В клетките на висшите растения липсват:
Митохондриите.
Хлоропласти.
Комплекс Голджи.
Центриоли.
Тест 9.Отговорен за образуването на цитоскелета:
Комплекс Голджи.
Клетъчен център.
Миофибрили.
Тест 10.Способен да преобразува енергията на слънчевата светлина в енергията на химичните връзки на образуваната органична материя:
Митохондриите.
Хлоропласти.
Лизозоми.
Комплекс Голджи.