Осигурява връзката на клетката с околната среда. Взаимодействието на клетката с околната среда. Нарушаване на енергийното снабдяване на клетката

КЛЕТКА

ЕПИТЕЛНА ТЪКАН.

ВИДОВЕ ТЪКАНИ.

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА НА КЛЕТКАТА.

ЛЕКЦИЯ №2.

1. Структурата и основните свойства на клетката.

2. Понятието тъкани. Видове тъкани.

3. Устройство и функции на епителната тъкан.

4. Видове епител.

Цел: познаване на структурата и свойствата на клетката, видовете тъкани. Представете класификацията на епитела и неговото местоположение в тялото. Да може да разграничава епителната тъкан по морфологични особеностиот други тъкани.

1. Клетката е елементарна жива система, в основата на устройството, развитието и живота на всички животни и растения. Науката за клетката е цитологията (гръцки cytos – клетка, logos – наука). Зоологът Т. Шван през 1839 г. за първи път формулира клетъчната теория: клетката е основната структурна единица на всички живи организми, клетките на животните и растенията са сходни по структура, няма живот извън клетката. Клетките съществуват като самостоятелни организми (протозои, бактерии) и като част от многоклетъчни организми, в които има полови клетки, които служат за размножаване, и телесни клетки (соматични), различни по структура и функции (нервни, костни, секреторни и др.). ).Размерите на човешките клетки варират от 7 микрона (лимфоцити) до 200-500 микрона (женско яйце, гладки миоцити).Всяка клетка съдържа протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини, АТФ, минерални соли и вода. От неорганичните вещества клетката съдържа най-много вода (70-80%), от органичните - протеини (10-20%).Основните части на клетката са: ядро, цитоплазма, клетъчна мембрана (цитолема).

ЯДРО ЦИТОПЛАЗМА ЦИТОЛЕМА

Нуклеоплазма - хиалоплазма

1-2 нуклеоли - органели

Хроматин (ендоплазмен ретикулум)

комплекс Ktolji

клетъчен център

митохондриите

лизозоми

със специално предназначение)

Включвания.

Ядрото на клетката се намира в цитоплазмата и е отделено от нея от ядрото

черупка - нуклеолема. Той служи като място за гени

основен химическикоето е ДНК. Ядрото регулира процесите на формиране на клетката и всички нейни жизнени функции. Нуклеоплазмата осигурява взаимодействието на различни ядрени структури, нуклеолите участват в синтеза на клетъчни протеини и някои ензими, хроматинът съдържа хромозоми с гени, които носят наследственост.

Хиалоплазма (гръцки hyalos - стъкло) - основната плазма на цитоплазмата,

е истинската вътрешна среда на клетката. Тя обединява всичко клетъчни ултраструктури(ядро, органели, включвания) и осигурява тяхното химично взаимодействие помежду си.

Органелите (органелите) са постоянни ултраструктури на цитоплазмата, които изпълняват определени функции в клетката. Те включват:

1) ендоплазмен ретикулум - система от разклонени канали и кухини, образувани от двойни мембрани, свързани с клетъчната мембрана. По стените на каналите има малки телца - рибозоми, които са центрове на синтеза на протеини;

2) комплексът К. Голджи, или вътрешният мрежест апарат, има мрежи и съдържа вакуоли с различни размери (лат. Вакуум - празен), участва в екскреторната функция на клетките и в образуването на лизозоми;

3) клетъчният център - цитоцентърът се състои от сферично плътно тяло - центросфера, вътре в което има 2 плътни тела - центриоли, свързани помежду си с мост. Той се намира по-близо до ядрото, участва в клетъчното делене, осигурявайки равномерно разпределение на хромозомите между дъщерните клетки;

4) митохондрии (гръцки mitos - нишка, chondros - зърно) приличат на зърна, пръчици, нишки. Те осъществяват синтеза на АТФ.

5) лизозоми - везикули, пълни с ензими, които регулират

метаболитни процеси в клетката и имат храносмилателна (фагоцитна) активност.

6) органели със специално предназначение: миофибрили, неврофибрили, тонофибрили, реснички, власинки, флагели, изпълняващи специфична клетъчна функция.

Цитоплазмените включвания са непостоянни образувания във формата

гранули, капки и вакуоли, съдържащи протеини, мазнини, въглехидрати, пигмент.

Клетъчната мембрана - цитолемата или плазмолемата, покрива клетката от повърхността и я отделя от околната среда. Той е полупропусклив и регулира навлизането на веществата в клетката и излизането им от нея.

Междуклетъчното вещество е разположено между клетките. В някои тъкани той е течен (например в кръвта), докато в други се състои от аморфно (безструктурно) вещество.

Всяка жива клетка има следните основни свойства:

1) метаболизъм или метаболизъм (основното жизненоважно свойство),

2) чувствителност (раздразнителност);

3) способността за възпроизвеждане (самовъзпроизвеждане);

4) способността за растеж, т.е. увеличаване на размера и обема на клетъчните структури и самата клетка;

5) способността за развитие, т.е. придобиването от клетката на специфични функции;

6) секреция, т.е. отделяне на различни вещества;

7) движение (левкоцити, хистиоцити, сперматозоиди)

8) фагоцитоза (левкоцити, макрофаги и др.).

2. Тъканта е система от клетки, сходни по произход), структура и функции. Съставът на тъканите също включва тъканна течност и отпадъчни продукти от клетките. Учението за тъканите се нарича хистология (гръцки histos - тъкан, logos - учение, наука) В съответствие с особеностите на структурата, функцията и развитието се разграничават следните видове тъкани:

1) епителен или покривен;

2) съединителна (тъкани на вътрешната среда);

3) мускулест;

4) нервен.

Специално място в човешкото тяло заемат кръвта и лимфата - течна тъкан, която изпълнява дихателни, трофични и защитни функции.

В тялото всички тъкани са тясно свързани морфологично.

и функционален. Морфологичната връзка се дължи на факта, че различни

ните тъкани са част от едни и същи органи. функционална връзка

се проявява в това, че дейността на различни тъкани, които изграждат

органи, съглас.

Клетъчни и неклетъчни елементи на тъканите в процеса на живот

дейностите се износват и умират (физиологична дегенерация)

и възстановяване (физиологична регенерация). При повреда

тъканите също се възстановяват (репаративна регенерация).

Този процес обаче не е еднакъв за всички тъкани. Епителен

ная, съединителната, гладката мускулна тъкан и кръвните клетки се регенерират

реве добре. набраздената мускулна тъкан се възстановява

само при определени условия. се възстановяват в нервната тъкан

само нервни влакна. дивизия нервни клеткив тялото на възрастен човек

лицето не е идентифицирано.

3. Епителната тъкан (епител) е тъкан, която покрива повърхността на кожата, роговицата на окото, а също така покрива всички кухини на тялото, вътрешната повърхност на кухите органи на храносмилателната, дихателната, пикочно-половата система системи, е част от повечето жлези на тялото. В тази връзка има покривен и жлезист епител.

Покривният епител, като гранична тъкан, извършва:

1) защитна функция, защитаваща подлежащите тъкани от различни външни влияния: химически, механични, инфекциозни.

2) метаболизма на тялото с околен свят, изпълняващи функциите на обмен на газ в белите дробове, абсорбция в тънките черва, екскреция на метаболитни продукти (метаболити);

3) създаване на условия за мобилност на вътрешните органи в серозни кухини: сърце, бели дробове, черва и др.

Жлезистият епител изпълнява секреторна функция, т.е. образува и отделя специфични продукти - секрети, които се използват в процесите, протичащи в тялото.

Морфологично епителната тъкан се различава от другите телесни тъкани следните знаци:

1) винаги заема гранична позиция, тъй като се намира на границата на външната и вътрешната среда на тялото;

2) това е слой от клетки - епителиоцити, които имат различна форма и структура в различните видове епител;

3) няма междуклетъчно вещество между епителните клетки и клетките

свързани помежду си чрез различни контакти.

4) епителните клетки са разположени върху базална мембрана(плочка с дебелина около 1 микрон, чрез която се отделя от подлежащата съединителна тъкан. Базалната мембрана се състои от аморфно вещество и фибриларни структури;

5) епителните клетки имат полярност, т.е. базалните и апикалните участъци на клетките имат различна структура;

6) епителът не съдържа кръвоносни съдове, така че клетъчното хранене

осъществява се чрез дифузия на хранителни вещества през базалната мембрана от подлежащите тъкани;

7) наличието на тонофибрили - нишковидни структури, които придават здравина на епителните клетки.

4. Има няколко класификации на епитела, които се основават на различни признаци: произход, структура, функции.От тях най-разпространена е морфологичната класификация, като се отчита връзката на клетките с базалната мембрана и тяхната форма върху свободна апикална (латински апекс - връх) част от епителния слой . Тази класификация отразява структурата на епитела в зависимост от неговата функция.

Еднослойният плосък епител е представен в тялото от ендотел и мезотел. Ендотелът покрива кръвоносните съдове, лимфните съдове и камерите на сърцето. Мезотелиумът покрива серозните мембрани на перитонеалната кухина, плеврата и перикарда. Единичен слой кубовиден епител покрива част от бъбречните тубули, каналите на много жлези и малките бронхи. Еднослоен призматичен епител има лигавица на стомаха, тънките и дебелите черва, матката, фалопиевите тръби, жлъчния мехур, редица канали на черния дроб, панкреаса, част

бъбречни тубули. В органите, където протичат процеси на абсорбция, епителните клетки имат смукателна граница, състояща се от голям брой микровили. Еднослоен многоредов ресничест епител покрива дихателните пътища: носната кухина, назофаринкса, ларинкса, трахеята, бронхите и др.

Стратифицираният плосък некератинизиран епител покрива външната страна на роговицата на окото и лигавицата на устната кухина и хранопровода.Слоестият плосък кератинизиран епител образува повърхностния слой на роговицата и се нарича епидермис. Преходният епител е типичен за пикочните органи: бъбречно легенче, уретери, пикочен мехур, чиито стени са подложени на значително разтягане, когато са пълни с урина.

Екзокринните жлези отделят своя секрет в кухината на вътрешните органи или върху повърхността на тялото. Те обикновено имат отделителни канали. Ендокринните жлези нямат канали и отделят секрети (хормони) в кръвта или лимфата.

Теория към задача 5 от изпита по биология

Клетъчна структура. Връзката на структурата и функциите на частите и органелите на клетката е в основата на нейната цялост

Клетъчна структура

Структурата на прокариотните и еукариотните клетки

Основните структурни компоненти на клетките са плазмената мембрана, цитоплазмата и наследствения апарат. В зависимост от особеностите на организацията се разграничават два основни типа клетки: прокариотни и еукариотни. Основната разлика между прокариотните и еукариотните клетки е организацията на техния наследствен апарат: при прокариотите той се намира директно в цитоплазмата (тази област на цитоплазмата се нарича нуклеоид) и не е отделена от него чрез мембранни структури, докато при еукариотите по-голямата част от ДНК е концентрирана в ядрото, заобиколено от двойна мембрана. Освен това генетичната информация на прокариотните клетки, разположена в нуклеоида, е записана в кръговата ДНК молекула, докато при еукариотите ДНК молекулите не са затворени.

За разлика от еукариотите, цитоплазмата на прокариотните клетки също съдържа малко количество органели, докато еукариотните клетки се характеризират със значително разнообразие от тези структури.

Структурата и функциите на биологичните мембрани

Структурата на биомембраната.Ограничаващите клетката мембрани и мембранните органели на еукариотните клетки имат общ химичен състав и структура. Те включват липиди, протеини и въглехидрати. Мембранните липиди са представени главно от фосфолипиди и холестерол. Повечето мембранни протеини са сложни протеини като гликопротеини. Въглехидратите не се срещат сами в мембраната, те са свързани с протеини и липиди. Дебелината на мембраните е 7-10 nm.

Според приетия понастоящем флуиден мозаечен модел на структурата на мембраната, липидите образуват двоен слой, или липиден двуслой, при който хидрофилните "глави" на липидните молекули са обърнати навън, а хидрофобните "опашки" са скрити вътре в мембраната. Тези „опашки“, поради своята хидрофобност, осигуряват разделянето на водните фази на вътрешната среда на клетката и нейната среда. Протеините се свързват с липидите чрез различни видове взаимодействия. Някои от протеините са разположени на повърхността на мембраната. Такива протеини се наричат периферен, или повърхностен. Други протеини са частично или напълно потопени в мембраната - това са интеграл,или потопени протеини. Мембранните протеини изпълняват структурни, транспортни, каталитични, рецепторни и други функции.

Мембраните не са като кристалите, техните компоненти са постоянно в движение, в резултат на което се появяват празнини между липидните молекули - пори, през които различни вещества могат да влизат или излизат от клетката.

Биологичните мембрани се различават по местоположението си в клетката, химическия състав и функциите си. Основните видове мембрани са плазмени и вътрешни. плазмената мембранасъдържа около 45% липиди (включително гликолипиди), 50% протеини и 5% въглехидрати. Над повърхността на мембраната изпъкват вериги от въглехидрати, които изграждат сложни протеини-гликопротеини и сложни липиди-гликолипиди. Плазмалемните гликопротеини са изключително специфични. Така например чрез тях има взаимно разпознаване на клетки, включително сперматозоиди и яйцеклетки.

На повърхността на животинските клетки въглехидратните вериги образуват тънък повърхностен слой - гликокаликс.Открит е в почти всички животински клетки, но тежестта му не е еднаква (10-50 микрона). Гликокаликсът осигурява директна връзка на клетката с външната среда, в него се извършва извънклетъчно храносмилане; рецепторите са разположени в гликокаликса. Клетките на бактериите, растенията и гъбите, в допълнение към плазмалемата, също са заобиколени от клетъчни мембрани.

Вътрешни мембраниеукариотните клетки ограничават различни части на клетката, образувайки вид "отделения" - отделения, което допринася за разделянето на различни процеси на метаболизъм и енергия. Те могат да се различават по химичен състав и функции, но запазват общия план на структурата.

Функции на мембраната:

1. Ограничаване.Състои се в това, че те отделят вътрешното пространство на клетката от външната среда. Мембраната е полупропусклива, т.е. само онези вещества, които са необходими на клетката, могат свободно да я преодолеят, докато има механизми за транспортиране на необходимите вещества.
2. 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.
3. каталитичен.Върху мембраните са разположени множество ензимни комплекси, в резултат на което върху тях протичат интензивни синтетични процеси.
4. Преобразуване на енергия.Свързан с образуването на енергия, нейното съхранение под формата на АТФ и разход.
5. Компартментализация.Мембраните също така ограничават пространството вътре в клетката, като по този начин разделят първоначалните вещества на реакцията и ензимите, които могат да извършат съответните реакции.
6. Образуване на междуклетъчни контакти.Въпреки факта, че дебелината на мембраната е толкова малка, че не може да се различи с невъоръжено око, от една страна, тя служи като доста надеждна бариера за йони и молекули, особено водоразтворими, а от друга страна , осигурява тяхното пренасяне в клетката и навън.
7. транспорт.

мембранен транспорт.Поради факта, че клетките като елементарни биологични системи са отворени системи, за осигуряване на метаболизъм и енергия, поддържане на хомеостаза, растеж, раздразнителност и други процеси е необходим пренос на вещества през мембраната - мембранен транспорт. Понастоящем транспортът на вещества през клетъчната мембрана е разделен на активна, пасивна, ендо- и екзоцитоза.

Пасивен транспорте вид транспорт, който се извършва без разход на енергия от по-висока концентрация към по-ниска. Липидоразтворимите малки неполярни молекули (O 2, CO 2) лесно проникват в клетката чрез проста дифузия. Неразтворими в липиди, включително заредени малки частици, се поемат от протеини-носители или преминават през специални канали (глюкоза, аминокиселини, K +, PO 4 3-). Този вид пасивен транспортНаречен улеснена дифузия. Водата навлиза в клетката през порите в липидната фаза, както и през специални канали, облицовани с протеини. Пренасянето на вода през мембраната се нарича осмоза.

Осмозата е изключително важна в живота на клетката, защото ако се постави в разтвор с по-висока концентрация на соли, отколкото в клетъчен разтвор, тогава водата ще започне да напуска клетката и обемът на живото съдържание ще започне да намалява . При животинските клетки клетката като цяло се свива, а при растителните цитоплазмата изостава от клетъчната стена, т.нар. плазмолиза. Когато една клетка се постави в разтвор с по-малка концентрация от цитоплазмата, водата се транспортира в обратна посока – в клетката. Съществуват обаче граници на разтегливостта на цитото плазмената мембрана, а животинската клетка в крайна сметка се разкъсва, докато в растителната клетка това не е възможно поради здравата клетъчна стена. Феноменът на запълване на цялото вътрешно пространство на клетката с клетъчно съдържание се нарича деплазмолиза. При приготвянето на лекарства, особено за интравенозно приложение, трябва да се вземе предвид концентрацията на вътреклетъчната сол, тъй като това може да доведе до увреждане на кръвните клетки (за това се използва физиологичен разтвор с концентрация 0,9% натриев хлорид). Това е не по-малко важно при култивирането на клетки и тъкани, както и органи на животни и растения.

активен транспортпротича с изразходването на енергия от АТФ от по-ниска концентрация на вещество към по-висока. Осъществява се с помощта на специални протеини-помпи. Протеините изпомпват йони K +, Na +, Ca 2+ и други през мембраната, което допринася за транспортирането на най-важните органични вещества, както и за появата на нервни импулси и др.

Ендоцитоза- това е активен процес на абсорбция на вещества от клетката, при който мембраната образува инвагинации и след това образува мембранни везикули - фагозоми, които съдържат погълнати предмети. След това първичната лизозома се слива с фагозомата, за да се образува вторична лизозома, или фаголизозома, или храносмилателна вакуола. Съдържанието на везикулата се разцепва от лизозомни ензими и продуктите на разцепване се абсорбират и асимилират от клетката. Неразградените остатъци се отстраняват от клетката чрез екзоцитоза. Има два основни типа ендоцитоза: фагоцитоза и пиноцитоза.

Фагоцитозае процес на улавяне от клетъчната повърхност и абсорбиране на твърди частици от клетката, и пиноцитоза- течности. Фагоцитозата се среща главно в животински клетки (едноклетъчни животни, човешки левкоцити), осигурява тяхното хранене и често защита на тялото. Чрез пиноцитозата се осъществява усвояването на протеини, комплекси антиген-антитяло в процеса на имунни реакции и т. н. Но много вируси навлизат в клетката и чрез пиноцитоза или фагоцитоза. В клетките на растенията и гъбите фагоцитозата е практически невъзможна, тъй като те са заобиколени от силни клетъчни мембрани.

Екзоцитозае обратният процес на ендоцитозата. Така от храносмилателните вакуоли се освобождават несмлени остатъци от храна, отстраняват се веществата, необходими за живота на клетката и на организма като цяло. Например, предаването на нервни импулси възниква поради освобождаването на химически пратеници от неврона, който изпраща импулса - посредници, а в растителните клетки по този начин се отделят спомагателни въглехидрати на клетъчната мембрана.

Клетъчни стени на растителни клетки, гъбички и бактерии.Извън мембраната клетката може да секретира здрава рамка - клетъчната мембрана,или клетъчна стена.

При растенията клетъчната стена е изградена от целулозаопаковани в пакети от 50-100 молекули. Празнините между тях се запълват с вода и други въглехидрати. Мембраната на растителната клетка е пробита от тубули - плазмодесмипрез които преминават мембраните на ендоплазмения ретикулум. Плазмодесматите транспортират вещества между клетките. Въпреки това, транспортът на вещества, като вода, може да се осъществи и по самите клетъчни стени. С течение на времето различни вещества, включително танини или подобни на мазнини вещества, се натрупват в клетъчната мембрана на растенията, което води до лигнификация или запушване на самата клетъчна стена, изместване на водата и смърт на клетъчното съдържание. Между клетъчните стени на съседните растителни клетки има желеобразни подложки - средни пластини, които ги закрепват заедно и циментират тялото на растението като цяло. Те се унищожават само в процеса на узряване на плодовете и при падане на листата.

Образуват се клетъчните стени на гъбичните клетки хитин- въглехидрат, съдържащ азот. Те са достатъчно силни и са външният скелет на клетката, но въпреки това, както при растенията, пречат на фагоцитозата.

При бактериите клетъчната стена съдържа въглехидрат с фрагменти от пептиди - муреин, но съдържанието му варира значително в различните групи бактерии. Върху клетъчната стена могат да се отделят и други полизахариди, които образуват лигавична капсула, която предпазва бактериите от външни влияния.

Обвивката определя формата на клетката, служи като механична опора, изпълнява защитна функция, осигурява осмотичните свойства на клетката, ограничавайки разтягането на живото съдържание и предотвратявайки разкъсването на клетката, което се увеличава поради притока на вода. В допълнение, водата и веществата, разтворени в нея, преодоляват клетъчната стена, преди да навлязат в цитоплазмата или, обратно, когато я напуснат, докато водата се транспортира по клетъчните стени по-бързо, отколкото през цитоплазмата.

Цитоплазма

Цитоплазмае вътрешността на клетката. В него са потопени всички органели на клетката, ядрото и различните отпадъчни продукти.

Цитоплазмата свързва всички части на клетката една с друга, в нея протичат множество метаболитни реакции. Цитоплазмата е отделена от околната среда и разделена на отделения с мембрани, т.е. клетките имат мембранна структура. Може да бъде в две състояния - зол и гел. Sol- това е полутечно, желеобразно състояние на цитоплазмата, в което жизнените процеси протичат най-интензивно и гел- по-плътно, желеобразно състояние, което възпрепятства протичането на химичните реакции и транспорта на веществата.

Течната част на цитоплазмата без органели се нарича хиалоплазма. Хиалоплазмата или цитозолът е колоиден разтвор, в който има вид суспензия от доста големи частици, като протеини, заобиколени от диполи на водни молекули. Утаяването на тази суспензия не се случва поради факта, че те имат еднакъв заряд и се отблъскват.

Органели

Органели- Това са постоянни компоненти на клетката, които изпълняват определени функции.

В зависимост от структурните особености се делят на мембранни и немембранни. Мембранаорганелите от своя страна се означават като едномембранни (ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи и лизозоми) или двойномембранни (митохондрии, пластиди и ядро). Немембранниорганелите са рибозоми, микротубули, микрофиламенти и клетъчен център. От изброените органели само рибозомите са присъщи на прокариотите.

Структурата и функциите на ядрото. Ядро- голяма двумембранна органела, разположена в центъра на клетката или в нейната периферия. Размерът на ядрото може да варира в рамките на 3-35 микрона. Формата на ядрото е по-често сферична или елипсоидна, но има и пръчковидни, вретеновидни, бобовидни, лобовидни и дори сегментирани ядра. Някои изследователи смятат, че формата на ядрото съответства на формата на самата клетка.

Повечето клетки имат едно ядро, но например в клетките на черния дроб и сърцето може да има две, а в редица неврони - до 15. Скелетните мускулни влакна обикновено съдържат много ядра, но те не са клетки в пълния смисъл на думата, тъй като те се образуват в резултат на сливането на няколко клетки.

Ядрото е заобиколено ядрена обвивка, а вътрешното му пространство е запълнено ядрен сок, или нуклеоплазма (кариоплазма)в които са потопени хроматини ядро. Ядрото изпълнява такива важни функции като съхранение и предаване на наследствена информация, както и контрол на жизнената активност на клетката.

Ролята на ядрото в предаването на наследствената информация е убедително доказана в експерименти със зелените водорасли ацетабулария. В една гигантска клетка, достигаща дължина 5 см, се различават шапка, крак и ризоид. Освен това съдържа само едно ядро, разположено в ризоида. През 30-те години на миналия век I. Hemmerling трансплантира ядрото на един вид ацетабулария със зелен цвят в ризоид на друг вид с кафяв цвят, в който ядрото е отстранено. След известно време растението с трансплантираното ядро ​​израсна с нова шапка, подобно на водораслите-донор на ядрото. В същото време шапката или дръжката, отделени от ризоида, които не съдържат ядро, умират след известно време.

ядрена обвивкаОбразува се от две мембрани – външна и вътрешна, между които има пространство. Междумембранното пространство комуникира с кухината на грубия ендоплазмен ретикулум, а външната мембрана на ядрото може да носи рибозоми. Ядрената обвивка е пронизана с многобройни пори, оградени със специални протеини. Веществата се транспортират през порите: основни протеини(включително ензими), йони, нуклеотиди и други вещества, както и РНК молекули, отпадъчни протеини, субединици на рибозоми го напускат. По този начин функциите на ядрената обвивка са отделянето на съдържанието на ядрото от цитоплазмата, както и регулирането на метаболизма между ядрото и цитоплазмата.

Нуклеоплазмасе нарича съдържанието на ядрото, в което са потопени хроматинът и ядрото. Представлява колоиден разтвор, който по химичен състав напомня на цитоплазмата. Ензимите на нуклеоплазмата катализират обмяната на аминокиселини, нуклеотиди, протеини и др. Нуклеоплазмата е свързана с хиалоплазмата чрез ядрени пори. Функциите на нуклеоплазмата, подобно на хиалоплазмата, са да осигурят взаимовръзката на всички структурни компоненти на ядрото и осъществяването на редица ензимни реакции.

хроматиннаречен набор от тънки нишки и гранули, потопени в нуклеоплазмата. Може да се открие само чрез оцветяване, тъй като индексите на пречупване на хроматина и нуклеоплазмата са приблизително еднакви. Нишковидният компонент на хроматина се нарича еухроматин, и гранулиран хетерохроматин. Еухроматинът е слабо уплътнен, тъй като от него се чете наследствена информация, докато по-спирализираният хетерохроматин е генетично неактивен.

Хроматинът е структурна модификация на хромозомите в неделящо се ядро. По този начин хромозомите постоянно присъстват в ядрото, само състоянието им се променя в зависимост от функцията, която ядрото изпълнява в момента.

Хроматинът се състои главно от нуклеопротеини (дезоксирибонуклеопротеини и рибонуклеопротеини), както и ензими, най-важните от които са свързани със синтеза на нуклеинови киселини и някои други вещества.

Функциите на хроматина се състоят, първо, в синтеза на нуклеинови киселини, специфични за даден организъм, които насочват синтеза на специфични протеини, и второ, в прехвърлянето на наследствени свойства от майчината клетка към дъщерните клетки, за които са хроматиновите нишки опаковани в хромозоми по време на деленето.

ядро- сферично тяло, ясно видимо под микроскоп с диаметър 1-3 микрона. Образува се в хроматиновите области, които кодират информация за структурата на рРНК и рибозомните протеини. Ядрото в ядрото често е едно, но в тези клетки, където протичат интензивни жизнени процеси, може да има две или повече ядра. Функциите на нуклеолите са синтез на рРНК и сглобяване на рибозомни субединици чрез комбиниране на рРНК с протеини, идващи от цитоплазмата.

Митохондриите- двумембранни органели с кръгла, овална или пръчковидна форма, въпреки че се срещат и спираловидни (в сперматозоидите). Митохондриите са с диаметър до 1 µm и дължина до 7 µm. Пространството вътре в митохондриите е изпълнено с матрица. МатрицаТова е основното вещество на митохондриите. В него са потопени кръгова ДНК молекула и рибозоми. Външната мембрана на митохондриите е гладка и непропусклива за много вещества. Вътрешната мембрана има израстъци - кристи, които увеличават повърхността на мембраните за протичане на химични реакции. На повърхността на мембраната има множество протеинови комплекси, които съставляват така наречената дихателна верига, както и ензими с форма на гъби на АТФ синтетаза. В митохондриите протича аеробният етап на дишането, по време на който се синтезира АТФ.

пластиди- големи двумембранни органели, характерни само за растителните клетки. Вътрешното пространство на пластидите е запълнено строма, или матрица. В стромата има повече или по-малко развита система от мембранни везикули - тилакоиди, които се събират на купчини - зърна, както и собствената си кръгова ДНК молекула и рибозоми. Има четири основни типа пластиди: хлоропласти, хромопласти, левкопласти и пропластиди.

Хлоропласти- Това са зелени пластиди с диаметър 3-10 микрона, ясно видими под микроскоп. Те се срещат само в зелените части на растенията – листа, млади стъбла, цветове и плодове. Хлоропластите са предимно с овална или елипсоидна форма, но могат да бъдат и с форма на чаша, спирала и дори лоб. Броят на хлоропластите в една клетка е средно от 10 до 100 броя. Въпреки това, например, в някои водорасли може да бъде един, да има значителен размер и сложна форма - тогава се нарича хроматофор. В други случаи броят на хлоропластите може да достигне няколкостотин, докато размерът им е малък. Цветът на хлоропластите се дължи на основния пигмент на фотосинтезата - хлорофил, въпреки че съдържат допълнителни пигменти - каротеноиди. Каротеноидите стават забележими едва през есента, когато хлорофилът в стареещите листа се разрушава. Основната функция на хлоропластите е фотосинтезата. Светлинните реакции на фотосинтезата се появяват върху тилакоидните мембрани, върху които са фиксирани молекулите на хлорофила, а тъмните реакции възникват в стромата, която съдържа множество ензими.

Хромопластиса жълти, оранжеви и червени пластиди, съдържащи каротеноидни пигменти. Формата на хромопластите също може да варира значително: те са тръбести, сферични, кристални и т.н. Хромопластите придават цвят на цветята и плодовете на растенията, привличайки опрашители и разпръсквачи на семена и плодове.

Левкопласти- Това са бели или безцветни пластиди, предимно с кръгла или овална форма. Те са често срещани в нефотосинтезиращите части на растенията, като ципи на листа, картофени 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 растителните клетки от пропластиди, които вече присъстват в клетките. образователна тъкани са малки двумембранни телца. В ранните етапи на развитие различни видовепластидите могат да се превръщат един в друг: когато са изложени на светлина, левкопластите на картофена грудка и хромопластите на корен от моркови стават зелени.

Пластидите и митохондриите се наричат ​​полуавтономни клетъчни органели, тъй като те имат свои собствени ДНК молекули и рибозоми, извършват протеинов синтез и се делят независимо от клетъчното делене. Тези особености се обясняват с произхода на едноклетъчните прокариотни организми. Въпреки това, "независимостта" на митохондриите и пластидите е ограничена, тъй като тяхната ДНК съдържа твърде малко гени за свободно съществуване, останалата част от информацията е кодирана в хромозомите на ядрото, което му позволява да контролира тези органели.

Ендоплазмен ретикулум (ER), или ендоплазмен ретикулум (ER), е едномембранна органела, която представлява мрежа от мембранни кухини и тубули, заемащи до 30% от съдържанието на цитоплазмата. Диаметърът на ER тубулите е около 25-30 nm. Има два вида EPS - грапав и гладък. Груб XPSноси рибозоми и е мястото, където се синтезират протеините. Гладък EPSлишени от рибозоми. Неговата функция е синтезът на липиди и въглехидрати, както и транспортирането, съхранението и изхвърлянето на токсични вещества. Той е особено развит в тези клетки, където протичат интензивни метаболитни процеси, например в клетките на черния дроб - хепатоцитите - и влакната на скелетната мускулатура. Веществата, синтезирани в EPS, се транспортират до апарата на Голджи. В ER клетъчните мембрани също се сглобяват, но образуването им завършва в апарата на Голджи.

апарат на Голджи,или комплекс Голджи, е едномембранна органела, образувана от система от плоски цистерни, тубули и везикули, завързани от тях. Структурната единица на апарата на Голджи е диктиозома- купчина резервоари, към единия полюс на който идват вещества от ER, а от противоположния полюс, след като са претърпели определени трансформации, те се пакетират в мехурчета и се изпращат до други части на клетката. Диаметърът на резервоарите е около 2 микрона, а малките мехурчета са около 20-30 микрона. Основните функции на комплекса Голджи са синтеза на определени вещества и модификация (промяна) на протеини, липиди и въглехидрати, идващи от ER, окончателното образуване на мембрани, както и транспортирането на вещества през клетката, обновяването на неговите структури и образуването на лизозоми. Апаратът на Голджи получи името си в чест на италианския учен Камило Голджи, който за първи път откри този органоид (1898 г.).

Лизозоми- малки едномембранни органели с диаметър до 1 микрон, които съдържат хидролитични ензими, участващи във вътреклетъчното храносмилане. Мембраните на лизозомите са слабо пропускливи за тези ензими, така че изпълнението на техните функции от лизозомите е много точно и целенасочено. И така, те участват активно в процеса на фагоцитоза, образувайки храносмилателни вакуоли и в случай на глад или увреждане на определени части от клетката, те ги усвояват, без да засягат други. Наскоро беше открита ролята на лизозомите в процесите на клетъчна смърт.

Вакуола- кухина в цитоплазмата на растителни и животински клетки, ограничена от мембрана и изпълнена с течност. Храносмилателните и контрактилните вакуоли се намират в протозойните клетки. Първите участват в процеса на фагоцитоза, тъй като разграждат хранителните вещества. Последните осигуряват поддържането на водно-солевия баланс поради осморегулацията. При многоклетъчните животни се срещат главно храносмилателни вакуоли.

В растителните клетки винаги има вакуоли, те са заобиколени от специална мембрана и пълни с клетъчен сок. Мембраната около вакуолата е подобна по химичен състав, структура и функции на плазмената мембрана. клетъчен сокпредставлява воден разтвор на различни неорганични и органични вещества, включително минерални соли, органични киселини, въглехидрати, протеини, гликозиди, алкалоиди и др. Вакуолата може да заема до 90% от обема на клетката и да избутва ядрото към периферията. Тази част от клетката изпълнява складова, отделителна, осмотична, защитна, лизозомна и други функции, тъй като натрупва хранителни вещества и отпадъчни продукти, осигурява водоснабдяване и поддържа формата и обема на клетката, а също така съдържа ензими за разграждането на мн. клетъчни компоненти. В допълнение, биологично активните вещества на вакуолите могат да попречат на много животни да ядат тези растения. В редица растения, поради подуването на вакуолите, клетъчният растеж се осъществява чрез разтягане.

Вакуоли има и в клетките на някои гъби и бактерии, но при гъбите те изпълняват само функцията на осморегулация, докато при цианобактериите те поддържат плаваемостта и участват в процесите на усвояване на азот от въздуха.

Рибозоми- малки немембранни органели с диаметър 15-20 микрона, състоящи се от две субединици - голяма и малка. Еукариотните рибозомни субединици се събират в ядрото и след това се транспортират до цитоплазмата. Рибозомите на прокариотите, митохондриите и пластидите са по-малки от тези на еукариотите. Рибозомните субединици включват рРНК и протеини.

Броят на рибозомите в една клетка може да достигне няколко десетки милиона: в цитоплазмата, митохондриите и пластидите те са в свободно състояние, а на грубия ER са в свързано състояние. Те участват в синтеза на протеини, по-специално те извършват процеса на транслация - биосинтезата на полипептидна верига върху молекула на иРНК. На свободни рибозоми се синтезират протеини на хиалоплазма, митохондрии, пластиди и собствени протеини на рибозоми, докато на рибозоми, прикрепени към грубия ER, протеините се транслират за екскреция от клетките, сглобяване на мембрани, образуване на лизозоми и вакуоли.

Рибозомите могат да бъдат намерени в хиалоплазмата поотделно или събрани в групи с едновременен синтез на няколко полипептидни вериги на една иРНК. Тези групи рибозоми се наричат полирибозоми, или полизоми.

микротубули- Това са цилиндрични кухи немембранни органели, които проникват в цялата цитоплазма на клетката. Диаметърът им е около 25 nm, дебелината на стената е 6-8 nm. Те са изградени от множество протеинови молекули. тубулин,които първо образуват 13 нишки, наподобяващи мъниста и след това се събират в микротубул. Микротубулите образуват цитоплазмен ретикулум, който придава форма и обем на клетката, свързва плазмената мембрана с други части на клетката, осигурява транспорт на вещества през клетката, участва в движението на клетката и вътреклетъчните компоненти, както и в деленето на генетичен материал. Те са част от клетъчния център и органелите на движението - флагели и реснички.

микрофиламенти,или микрофиламенти, също са немембранни органели, но имат нишковидна форма и се образуват не от тубулин, а актином. Те участват в процесите на мембранен транспорт, междуклетъчно разпознаване, делене на клетъчната цитоплазма и в нейното движение. В мускулните клетки взаимодействието на актинови микрофиламенти с миозинови филаменти осигурява свиване.

Микротубулите и микрофиламентите образуват вътрешния скелет на клетката цитоскелет. Това е сложна мрежа от влакна, които осигуряват механична опора за плазмената мембрана, определят формата на клетката, местоположението на клетъчните органели и тяхното движение по време на клетъчното делене.

Клетъчен център- немембранна органела, разположена в животински клетки близо до ядрото; липсва в растителните клетки. Дължината му е около 0,2–0,3 µm, а диаметърът му е 0,1–0,15 µm. Клетъчният център се състои от две центриолилежащи взаимно перпендикулярни равнини, и лъчиста сфераот микротубули. Всеки центриол се образува от девет групи микротубули, събрани по три, т.е. триплети. Клетъчният център участва в сглобяването на микротубулите, разделянето на наследствения материал на клетката, както и в образуването на флагели и реснички.

Органели на движението. Камшичетаи ресничкиса израстъци на клетки, покрити с плазмалема. Тези органели се основават на девет двойки микротубули, разположени по периферията, и две свободни микротубули в центъра. Микротубулите са свързани помежду си с различни протеини, които осигуряват координираното им отклонение от оста - трептене. Флуктуациите са зависими от енергията, тоест енергията на макроергичните връзки на АТФ се изразходва за този процес. Възстановяването на изгубени флагели и реснички е функция базални тела, или кинетозомиразположени в основата им.

Дължината на ресничките е около 10-15 nm, а дължината на флагелата е 20-50 микрона. Благодарение на строго насочените движения на камшичетата и ресничките се извършва не само движението на едноклетъчни животни, сперматозоиди и др., Но също така се освобождават дихателните пътища, яйцето се движи през фалопиевите тръби, тъй като всички тези части на човека Тялото е покрито с ресничест епител.

Включвания

Включвания- Това са непостоянни компоненти на клетката, които се образуват и изчезват в процеса на нейния живот. Те включват както резервни вещества, например зърна нишесте или протеини в растителни клетки, гликогенови гранули в животински и гъбични клетки, волутин в бактерии, мастни капки във всички видове клетки, така и отпадъчни продукти, по-специално несмлени остатъци от храна в резултат на на фагоцитозата, образувайки така наречените остатъчни тела.

Връзката на структурата и функциите на частите и органелите на клетката е в основата на нейната цялост

Всяка от частите на клетката, от една страна, е отделна структура със специфичен строеж и функции, а от друга страна, съставна част на по-сложна система, наречена клетка. По-голямата част от наследствената информация на еукариотната клетка е концентрирана в ядрото, но самото ядро ​​не е в състояние да осигури нейното изпълнение, тъй като това изисква поне цитоплазмата, която действа като основно вещество, и рибозомите, върху които се извършва този синтез . Повечето рибозоми са разположени върху гранулирания ендоплазмен ретикулум, откъдето протеините най-често се транспортират до комплекса на Голджи и след това, след модификация, до онези части на клетката, за които са предназначени, или се екскретират. Мембранното опаковане на протеини и въглехидрати може да бъде включено в мембраните на органелите и цитоплазмената мембрана, осигурявайки тяхното постоянно обновяване. Лизозомите и вакуолите, които изпълняват най-важните функции, също са изградени от комплекса на Голджи. Например, без лизозомите клетките бързо биха се превърнали в нещо като бунище от отпадъчни молекули и структури.

Всички тези процеси изискват енергия, произведена от митохондриите, а в растенията също и от хлоропластите. И въпреки че тези органели са относително автономни, тъй като имат свои собствени ДНК молекули, някои от техните протеини все още са кодирани от ядрения геном и се синтезират в цитоплазмата.

По този начин клетката е неразривно единство от съставните й компоненти, всеки от които изпълнява своя уникална функция.

Метаболизмът и преобразуването на енергия са свойства на живите организми. Енергиен и пластичен метаболизъм, тяхната връзка. Етапи на енергийния метаболизъм. Ферментация и дишане. Фотосинтезата, нейното значение, космическа роля. Фази на фотосинтезата. Светли и тъмни реакции на фотосинтезата, тяхната връзка. Хемосинтеза. Ролята на хемосинтезиращите бактерии на Земята

Метаболизъм и преобразуване на енергия - свойства на живите организми

Клетката може да се оприличи на миниатюрна химическа фабрика, в която протичат стотици и хиляди химични реакции.

Метаболизъм- набор от химични трансформации, насочени към запазване и самовъзпроизвеждане на биологични системи.

Включва приема на вещества в тялото по време на хранене и дишане, вътреклетъчен метаболизъм или метаболизъм, както и разпределението на крайните продукти на метаболизма.

Метаболизмът е неразривно свързан с процесите на преобразуване на един вид енергия в друг. Например, в процеса на фотосинтеза светлинната енергия се съхранява под формата на енергия на химичните връзки на сложни органични молекули, а в процеса на дишане се освобождава и изразходва за синтеза на нови молекули, механична и осмотична работа, се разсейва под формата на топлина и др.

Потокът от химични реакции в живите организми се осигурява от биологични катализатори от протеинова природа - ензими, или ензими. Подобно на други катализатори, ензимите ускоряват протичането на химичните реакции в клетката с десетки и стотици хиляди пъти, а понякога дори ги правят възможни, но не променят нито природата, нито свойствата на крайния продукт (продукти) на реакцията и не променят себе си. Ензимите могат да бъдат както прости, така и сложни протеини, които освен протеиновата част включват и непротеинова част - кофактор (коензим). Примери за ензими са слюнчената амилаза, която разгражда полизахаридите при продължително дъвчене, и пепсинът, който осигурява смилането на протеините в стомаха.

Ензимите се различават от непротеиновите катализатори по 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 реакция или взаимодействие с различни вещества. Освен това условията, при които протича ензимната катализа, се различават значително от тези, при които протича неензимната катализа: температурата от $37°C$ е оптимална за функционирането на ензимите в човешкото тяло, налягането трябва да е близко до атмосферното и $pH$ на средата може значително да се поколебае. Така че за амилазата е необходима алкална среда, а за пепсин - кисела.

Механизмът на действие на ензимите е да намалят енергията на активиране на веществата (субстратите), които влизат в реакцията поради образуването на междинни ензим-субстратни комплекси.

Енергиен и пластичен метаболизъм, тяхната връзка

Метаболизмът се състои от два процеса, протичащи едновременно в клетката: пластичен и енергиен обмен.

Пластичен метаболизъм (анаболизъм, асимилация)е набор от реакции на синтез, които вървят с разхода на енергия от АТФ. В процеса на пластичен обмен те се синтезират органична материя, необходими на клетката. Примери за реакции на пластичен обмен са фотосинтезата, протеиновата биосинтеза и репликацията на ДНК (самоудвояване).

Енергиен метаболизъм (катаболизъм, дисимилация)е набор от реакции, които разграждат сложните вещества на по-прости. В резултат на енергийния метаболизъм се освобождава енергия, складирана под формата на АТФ. Най-важните процеси на енергийния метаболизъм са дишането и ферментацията.

Пластмасовият и енергийният обмен са неразривно свързани, тъй като в процеса на пластичен обмен се синтезират органични вещества и това изисква енергия от АТФ, а в процеса на енергиен метаболизъм органичните вещества се разделят и се освобождава енергия, която след това ще се изразходва за процеси на синтез .

Организмите получават енергия в процеса на хранене, а освобождават я и я превръщат в достъпна форма главно в процеса на дишане. Според начина на хранене всички организми се делят на автотрофи и хетеротрофи. Автотрофиспособен самостоятелно да синтезира органични вещества от неорганични и хетеротрофиизползвайте изключително готови органични вещества.

Етапи на енергийния метаболизъм

Въпреки сложността на реакциите на енергийния метаболизъм, той условно се разделя на три етапа: подготвителен, анаеробен (безкислороден) и аеробен (кислороден).

На подготвителен етапмолекули на полизахариди, липиди, протеини, нуклеинови киселини се разграждат на по-прости, например глюкоза, глицерол и мастни киселини, аминокиселини, нуклеотиди и др. Този етап може да се проведе директно в клетките или в червата, откъдето разделените вещества се доставят с кръвен поток.

анаеробен стадийенергийният метаболизъм е придружен от по-нататъшно разделяне на мономерите на органичните съединения до още по-прости междинни продукти, например пирогроздена киселина или пируват. Не изисква наличието на кислород и за много организми, живеещи в тинята на блатата или в човешките черва, това е единственият начин за получаване на енергия. Анаеробният етап на енергийния метаболизъм протича в цитоплазмата.

Различни вещества могат да претърпят безкислородно разцепване, но глюкозата често е субстрат на реакциите. Процесът на неговото безкислородно разделяне се нарича гликолиза. По време на гликолизата молекулата на глюкозата губи четири водородни атома, т.е. окислява се и се образуват две молекули пирогроздена киселина, две молекули АТФ и две молекули на редуцирания водороден носител $NADH + H^(+)$:

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD → 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.

Образуването на АТФ от АДФ възниква поради директния трансфер на фосфатен анион от предварително фосфорилирана захар и се нарича субстратно фосфорилиране.

Аеробен етапенергийният метаболизъм може да се случи само в присъствието на кислород, докато междинните съединения, образувани в процеса на безкислородно разделяне, се окисляват до крайни продукти (въглероден диоксид и вода) и се освобождават повечето отенергия, съхранявана в химичните връзки на органичните съединения. Преминава в енергията на макроергичните връзки на 36 ATP молекули. Този етап се нарича още тъканно дишане. При липса на кислород междинните съединения се превръщат в други органични вещества, процес, наречен ферментация.

Дъх

Механизъм клетъчно дишанепоказано схематично на фиг.

Аеробното дишане се случва в митохондриите, докато пирогроздената киселина първо губи един въглероден атом, което е придружено от синтеза на един редуциращ еквивалент на $NADH + H^(+)$ и молекула на ацетил коензим А (ацетил-CoA):

$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.

Ацетил-КоА в митохондриалната матрица участва във верига от химични реакции, чиято съвкупност се нарича Цикъл на Кребс (цикъл на трикарбоксилната киселина, цикъл на лимонената киселина). По време на тези трансформации се образуват две ATP молекули, ацетил-CoA се окислява напълно до въглероден диоксид и неговите водородни йони и електрони се прикрепват към водородните носители $NADH + H^(+)$ и $FADH_2$. Носителите транспортират водородни протони и електрони до вътрешните мембрани на митохондриите, които образуват кристи. С помощта на протеини-носители водородните протони се инжектират в междумембранното пространство и електроните се прехвърлят по така наречената дихателна верига от ензими, разположени на вътрешната мембрана на митохондриите, и се изхвърлят върху кислородни атоми:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Трябва да се отбележи, че някои протеини на дихателната верига съдържат желязо и сяра.

От междумембранното пространство водородните протони се транспортират обратно към митохондриалната матрица с помощта на специални ензими - АТФ синтази, а освободената в този случай енергия се изразходва за синтеза на 34 молекули АТФ 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 по-ранен начин за получаване на енергия от дишането, но е енергийно по-малко изгоден, тъй като при ферментацията се произвеждат органични вещества, които все още са богати на енергия. Има няколко основни вида ферментация: млечна киселина, алкохол, оцетна киселина и др. Така че в скелетните мускули при липса на кислород по време на ферментацията пирогроздената киселина се редуцира до млечна киселина, докато образуваните преди това редуциращи еквиваленти се изразходват и само остават две ATP молекули:

$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.

По време на ферментация с помощта на дрожди, пирогроздена киселина в присъствието на кислород се превръща в етилов алкохол и въглероден оксид (IV):

$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.

При ферментация с помощта на микроорганизми пирогроздената киселина може да образува и оцетна, маслена, мравчена киселина и др.

ATP, получен в резултат на енергийния метаболизъм, се изразходва в клетката за различни видове работа: химическа, осмотична, електрическа, механична и регулаторна. Химическата работа се състои в биосинтеза на протеини, липиди, въглехидрати, нуклеинови киселини и други жизненоважни съединения. Осмотичната работа включва процесите на абсорбция от клетката и отстраняване от нея на вещества, които се намират в извънклетъчното пространство в концентрации, по-големи от тези в самата клетка. Електрическата работа е тясно свързана с осмотичната работа, тъй като в резултат на движението на заредени частици през мембраните се образува зарядът на мембраната и се придобиват свойствата на възбудимост и проводимост. Механичната работа е свързана с движението на вещества и структури вътре в клетката, както и на клетката като цяло. Регулаторната работа включва всички процеси, насочени към координиране на процесите в клетката.

Фотосинтезата, нейното значение, космическа роля

фотосинтезанаречен процес на преобразуване на светлинната енергия в енергията на химичните връзки на органичните съединения с участието на хлорофил.

В резултат на фотосинтезата годишно се произвеждат около 150 милиарда тона органична материя и приблизително 200 милиарда тона кислород. Този процес осигурява цикъла на въглерода в биосферата, като предотвратява натрупването на въглероден диоксид и по този начин предотвратява образуването парников ефекти прегряване на Земята. Органичните вещества, образувани в резултат на фотосинтезата, не се консумират напълно от други организми, значителна част от тях са образували минерални находища (каменни и кафяви въглища, нефт) в продължение на милиони години. Напоследък като гориво се използват и рапично масло („биодизел“) и алкохол, получен от растителни остатъци. От кислорода, под действието на електрически разряди, се образува озон, който образува озонов щит, който предпазва целия живот на Земята от вредното въздействие на ултравиолетовите лъчи.

Нашият сънародник, изключителният физиолог на растенията К. А. Тимирязев (1843-1920) нарече ролята на фотосинтезата „космическа“, тъй като тя свързва Земята със Слънцето (Космос), осигурявайки приток на енергия към планетата.

Фази на фотосинтезата. Светли и тъмни реакции на фотосинтезата, тяхната връзка

През 1905 г. английският физиолог на растенията Ф. Блекман открива, че скоростта на фотосинтезата не може да се увеличава безкрайно, някакъв фактор я ограничава. Въз основа на това той предложи съществуването на две фази на фотосинтезата: светлинаи тъмно. При нисък интензитет на светлината скоростта на светлинните реакции се увеличава пропорционално на увеличаването на интензитета на светлината и освен това тези реакции не зависят от температурата, тъй като не изискват ензими, за да протичат. Леки реакции възникват върху тилакоидните мембрани.

Скоростта на тъмните реакции, напротив, се увеличава с повишаване на температурата; обаче, при достигане на температурния праг от $30 ° C$, този растеж спира, което показва ензимния характер на тези трансформации, протичащи в стромата. Трябва да се отбележи, че светлината също има известен ефект върху тъмните реакции, въпреки факта, че те се наричат ​​тъмни.

Светлинната фаза на фотосинтезата протича върху тилакоидните мембрани, които носят няколко вида протеинови комплекси, основните от които са фотосистеми I и II, както и АТФ синтаза. Съставът на фотосистемите включва пигментни комплекси, в които освен хлорофил има и каротеноиди. Каротеноидите улавят светлината в тези области на спектъра, в които хлорофилът не го прави, и също така предпазват хлорофила от разрушаване от светлина с висок интензитет.

В допълнение към пигментните комплекси, фотосистемите включват и редица електронакцепторни протеини, които последователно пренасят електрони от молекулите на хлорофила един към друг. Последователността на тези протеини се нарича хлоропластна електротранспортна верига.

Специален комплекс от протеини също е свързан с фотосистема II, която осигурява освобождаването на кислород по време на фотосинтезата. Този отделящ кислород комплекс съдържа манганови и хлорни йони.

AT светлинна фазасветлинните кванти или фотони, попадащи върху молекулите на хлорофила, разположени върху тилакоидните мембрани, ги прехвърлят във възбудено състояние, характеризиращо се с по-висока електронна енергия. В същото време възбудени електрони от хлорофила на фотосистема I се прехвърлят чрез верига от посредници към водородния носител NADP, който след това свързва водородни протони, които винаги присъстват във воден разтвор:

$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.

Редуцираният $NADPH + H^(+)$ впоследствие ще се използва в тъмния етап. Електроните от хлорофила на фотосистема II също се прехвърлят по електронната транспортна верига, но те запълват "електронните дупки" на хлорофила на фотосистема I. Липсата на електрони в хлорофила на фотосистема II се запълва чрез отнемане на водни молекули от водата молекули, което се случва с участието на вече споменатия по-горе комплекс за освобождаване на кислород. В резултат на разграждането на водните молекули, което се нарича фотолиза, се образуват водородни протони и се отделя молекулярен кислород, който е страничен продукт на фотосинтезата:

$H_2O → 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)O_2$.

Генетична информация в клетка. Гени, генетичен код и неговите свойства. Матричен характер на биосинтетичните реакции. Биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини

Генетична информация в клетка

Възпроизвеждането на себеподобните е едно от основните свойства на живите. Поради това явление съществува сходство не само между организмите, но и между отделните клетки, както и техните органели (митохондрии и пластиди). Материалната основа на това сходство е предаването на генетична информация, криптирана в нуклеотидната последователност на ДНК, което се осъществява поради процесите на репликация на ДНК (самоудвояване). Всички характеристики и свойства на клетките и организмите се реализират благодарение на протеини, чиято структура се определя основно от нуклеотидните последователности на ДНК. Следователно биосинтезата на нуклеинови киселини и протеини е от първостепенно значение в метаболитните процеси. Структурната единица на наследствената информация е генът.

Гени, генетичен код и неговите свойства

Наследствената информация в клетката не е монолитна, тя е разделена на отделни "думи" - гени.

гене основната единица на генетичната информация.

Работата по програмата "Човешки геном", която се проведе едновременно в няколко страни и приключи в началото на този век, ни даде да разберем, че човек има само около 25-30 хиляди гена, но информацията от повечето от нашите ДНК никога не се чете, тъй като съдържа огромен брой безсмислени участъци, повторения и гени, кодиращи характеристики, които са загубили своето значение за хората (опашка, косми по тялото и т.н.). В допълнение, 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 разкодирани геномите на повече хора и стане ясно по какво се различават.

Наричат ​​се гени, кодиращи първичната структура на протеина, рибозомна или трансферна РНК структурени гени, които осигуряват активиране или потискане на четенето на информация от структурни гени - регулаторен. Въпреки това, дори структурните гени съдържат регулаторни региони.

Наследствената информация на организмите е криптирана в ДНК под формата на определени комбинации от нуклеотиди и тяхната последователност - генетичен код. Свойствата му са: триплет, специфичност, универсалност, излишък и незастъпване. Освен това в генетичния код няма препинателни знаци.

Всяка аминокиселина е кодирана в ДНК от три нуклеотида. триплетнапример метионинът е кодиран от TAC триплета, т.е. триплетния код. От друга страна, всеки триплет кодира само една аминокиселина, което е неговата специфичност или недвусмисленост. Генетичният код е универсален за всички живи организми, тоест наследствената информация за човешките протеини може да бъде разчетена от бактерии и обратно. Това свидетелства за единството на произхода на органичния свят. Само 20 аминокиселини обаче отговарят на 64 комбинации от три нуклеотида, в резултат на което 2-6 триплета могат да кодират една аминокиселина, т.е. генетичен кодизлишни или изродени. Три триплета нямат съответните аминокиселини, те се наричат стоп кодони, тъй като бележат края на синтеза на полипептидната верига.

Последователността на базите в ДНК триплетите и аминокиселините, които те кодират

*Стоп кодон, показващ края на синтеза на полипептидната верига.

Съкращения за имена на аминокиселини:

Ala - аланин

Arg - аргинин

Asn - аспарагин

Asp - аспарагинова киселина

Вал - валин

Неговият - хистидин

Gly - глицин

Gln - глутамин

Glu - глутаминова киселина

Ile - изолевцин

Leu - левцин

Лиз - лизин

Meth - метионин

Pro - пролин

Ser - серин

Tyr - тирозин

Tre - треонин

Три - триптофан

Фен - фенилаланин

цис - цистеин

Ако започнете да четете генетична информация не от първия нуклеотид в триплета, а от втория, тогава не само рамката на четене ще се измести, протеинът, синтезиран по този начин, ще бъде напълно различен не само в нуклеотидната последователност, но и в структурата и имоти. Между триплетите няма препинателни знаци, така че няма пречки за изместване на рамката за четене, което отваря възможност за възникване и поддържане на мутации.

Матричен характер на биосинтетичните реакции

Бактериалните клетки са в състояние да се дублират на всеки 20-30 минути, а еукариотните клетки - всеки ден и дори по-често, което изисква висока скорост и точност на репликацията на ДНК. Освен това всяка клетка съдържа стотици и хиляди копия на много протеини, особено ензими, следователно за тяхното възпроизвеждане методът на "парче" за тяхното производство е неприемлив. По-прогресивен начин е щамповането, което ви позволява да получите много точни копия на продукта и също така да намалите цената му. За щамповане е необходима матрица, с която се прави отпечатък.

В клетките принципът на матричния синтез е, че новите молекули на протеини и нуклеинови киселини се синтезират в съответствие с програмата, заложена в структурата на вече съществуващи молекули на същите нуклеинови киселини (ДНК или РНК).

Биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини

репликация на ДНК.ДНК е двуверижен биополимер, чиито мономери са нуклеотиди. Ако биосинтезата на ДНК протича по принципа на фотокопирането, тогава неизбежно ще възникнат множество изкривявания и грешки в наследствената информация, което в крайна сметка ще доведе до смъртта на нови организми. Следователно процесът на дублиране на ДНК е различен, по полуконсервативен начин: молекулата на ДНК се развива и на всяка от веригите се синтезира нова верига на принципа на комплементарността. Процесът на самовъзпроизвеждане на ДНК молекулата, който осигурява точното копиране на наследствената информация и предаването й от поколение на поколение, се нарича репликация(от лат. репликация- повторение). В резултат на репликацията се образуват две абсолютно точни копия на родителската ДНК молекула, всяко от които носи по едно копие на родителя.

Процесът на репликация всъщност е изключително сложен, тъй като в него участват редица протеини. Някои от тях развиват двойната спирала на ДНК, други разрушават водородните връзки между нуклеотидите на комплементарни вериги, трети (например ензимът ДНК полимераза) избират нови нуклеотиди според принципа на комплементарност и т.н. Две ДНК молекули, образувани в резултат на репликация се разделят на две по време на деленето.новообразувани дъщерни клетки.

Грешките в процеса на репликация са изключително редки, но ако се появят, те много бързо се елиминират както от ДНК полимерази, така и от специални ремонтни ензими, тъй като всяка грешка в нуклеотидната последователност може да доведе до необратима промяна в структурата и функциите на протеина. и в крайна сметка повлиява неблагоприятно жизнеспособността на нова клетка или дори индивид.

протеинова биосинтеза.Както образно се изразява изключителният философ от 19 век Ф. Енгелс: „Животът е форма на съществуване на белтъчни тела“. Структурата и свойствата на протеиновите молекули се определят от тяхната първична структура, т.е. последователността на аминокиселините, кодирани в ДНК. Не само съществуването на самия полипептид, но и функционирането на клетката като цяло зависи от точността на възпроизвеждане на тази информация, така че процесът на синтез на протеини е от голямо значение. Изглежда, че това е най-сложният процес на синтез в клетката, тъй като тук участват до триста различни ензими и други макромолекули. Освен това работи с висока скоросткоето изисква още по-голяма точност.

Има два основни етапа в протеиновата биосинтеза: транскрипция и транслация.

Транскрипция(от лат. транскрипция- пренаписване) е биосинтезата на иРНК молекули върху ДНК шаблон.

Тъй като молекулата на ДНК съдържа две антипаралелни вериги, четенето на информация от двете вериги би довело до образуването на напълно различни иРНК, следователно тяхната биосинтеза е възможна само на една от веригите, която се нарича кодираща или кодогенна, за разлика от втората, некодиращо или некодогенно. Процесът на пренаписване се осигурява от специален ензим РНК полимераза, който избира РНК нуклеотиди според принципа на комплементарност. Този процес може да се осъществи както в ядрото, така и в органели, които имат собствена ДНК - митохондрии и пластиди.

Молекулите на иРНК, синтезирани по време на транскрипцията, преминават през сложен процес на подготовка за транслация (митохондриалните и пластидните иРНК могат да останат вътре в органелите, където се извършва вторият етап от биосинтезата на протеина). В процеса на узряване на иРНК към нея се прикрепят първите три нуклеотида (AUG) и опашка от аденилови нуклеотиди, чиято дължина определя колко протеинови копия могат да бъдат синтезирани върху дадена молекула. Едва тогава зрелите иРНК напускат ядрото през ядрените пори.

Успоредно с това в цитоплазмата протича процесът на активиране на аминокиселината, по време на който аминокиселината се прикрепя към съответната свободна тРНК. Този процес се катализира от специален ензим, който консумира АТФ.

Излъчване(от лат. излъчване- трансфер) е биосинтезата на полипептидна верига върху матрица на иРНК, при която генетичната информация се превежда в последователност от аминокиселини на полипептидната верига.

Вторият етап на синтеза на протеини най-често се случва в цитоплазмата, например в грубия ендоплазмен ретикулум. За възникването му е необходимо наличието на рибозоми, активиране на тРНК, при което те прикрепват съответните аминокиселини, наличие на Mg2+ йони, както и оптимални условия на средата (температура, pH, налягане и др.).

За да започне излъчването посвещение) малка субединица на рибозомата е прикрепена към молекулата на иРНК, готова за синтез, и след това, съгласно принципа на комплементарността, тРНК, носеща аминокиселината метионин, се избира към първия кодон (AUG). Едва тогава се присъединява голямата субединица на рибозомата. В сглобената рибозома има два иРНК кодона, първият от които вече е зает. Втора тРНК, също носеща аминокиселина, се прикрепя към съседния на нея кодон, след което с помощта на ензими се образува пептидна връзка между аминокиселинните остатъци. Рибозомата премества един кодон от иРНК; първата от tRNA, освободена от аминокиселината, се връща в цитоплазмата за следващата аминокиселина и фрагмент от бъдещата полипептидна верига, така да се каже, виси върху останалата tRNA. Следващата тРНК се присъединява към новия кодон, който е в рибозомата, процесът се повтаря и стъпка по стъпка полипептидната верига се удължава, т.е. удължаване.

Край на протеиновия синтез прекратяване на договора) възниква веднага щом се срещне специфична нуклеотидна последователност в иРНК молекула, която не кодира аминокиселина (стоп кодон). След това рибозомата, иРНК и полипептидната верига се разделят, а новосинтезираният протеин придобива подходяща структура и се транспортира до частта от клетката, където ще изпълнява функциите си.

Транслацията е много енергоемък процес, тъй като енергията на една ATP молекула се изразходва за свързване на една аминокиселина към tRNA, а още няколко се използват за придвижване на рибозомата по протежение на молекулата на mRNA.

За да се ускори синтеза на определени протеинови молекули, няколко рибозоми могат да бъдат последователно прикрепени към молекулата на иРНК, които образуват една структура - полизома.

Клетката е генетичната единица на живите същества. Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции. Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и полови клетки. Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза. Митоза - делене соматични клетки. Мейоза. Фази на митоза и мейоза. Развитието на зародишните клетки при растенията и животните. Клетъчното делене е в основата на растежа, развитието и размножаването на организмите. Ролята на мейозата и митозата

Клетката е генетичната единица на живота

Въпреки факта, че нуклеиновите киселини са носител на генетична информация, реализацията на тази информация е невъзможна извън клетката, което лесно се доказва от примера на вирусите. Тези организми, често съдържащи само ДНК или РНК, не могат да се възпроизвеждат сами, за това трябва да използват наследствения апарат на клетката. Те дори не могат да проникнат в клетката без помощта на самата клетка, освен чрез използването на механизмите на мембранния транспорт или поради увреждане на клетката. Повечето вируси са нестабилни, умират след няколко часа излагане на открито. Следователно клетката е генетична единица на живо същество, която има минимален набор от компоненти за запазване, модифициране и внедряване на наследствена информация, както и нейното предаване на потомци.

Повечето от генетичната информация на еукариотната клетка се намира в ядрото. Характеристика на нейната организация е, че за разлика от ДНК на прокариотна клетка, еукариотните ДНК молекули не са затворени и образуват сложни комплекси с протеини - хромозоми.

Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции

Хромозома(от гръцки. хром- цвят, цвят и сом- тяло) е структурата на клетъчното ядро, което съдържа гени и носи определена наследствена информация за признаците и свойствата на организма.

Понякога пръстенните ДНК молекули на прокариотите също се наричат ​​хромозоми. Хромозомите са способни на самодублиране, имат структурна и функционална индивидуалност и я запазват в редица поколения. Всяка клетка носи цялата наследствена информация на тялото, но само малка част от нея работи.

Основата на хромозомата е двуверижна ДНК молекула, пълна с протеини. При еукариотите хистоновите и нехистоновите протеини взаимодействат с ДНК, докато при прокариотите хистоновите протеини отсъстват.

Хромозомите се виждат най-добре под светлинен микроскоп по време на клетъчното делене, когато в резултат на уплътняването те приемат формата на пръчковидни тела, разделени от първично стесняване - центромер — на раменете. Хромозомата също може да има вторично стесняване, което в някои случаи разделя т.нар сателит. Краищата на хромозомите се наричат теломери. Теломерите предотвратяват слепването на краищата на хромозомите и осигуряват тяхното прикрепване към ядрената мембрана в неделяща се клетка. В началото на деленето хромозомите се удвояват и се състоят от две дъщерни хромозоми - хроматидиприкрепени към центромера.

Според формата се различават равнораменни, неравнораменни и пръчковидни хромозоми. Размерите на хромозомите варират значително, но средната хромозома има размер 5 $×$ 1,4 µm.

В някои случаи хромозомите, в резултат на многобройни дублирания на ДНК, съдържат стотици и хиляди хроматиди: такива гигантски хромозоми се наричат полиетилен. Те се намират в слюнчените жлези на ларвите на Drosophila, както и в храносмилателните жлези на кръглите червеи.

Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и зародишни клетки

Според клетъчната теория клетката е единица на структурата, живота и развитието на организма. По този начин такива важни функции на живите същества като растеж, възпроизводство и развитие на организма се осигуряват на клетъчно ниво. Клетките на многоклетъчните организми могат да бъдат разделени на соматични и полови.

соматични клеткиса всички клетки на тялото, които се образуват в резултат на митотично делене.

Изследването на хромозомите позволи да се установи, че соматичните клетки на организма на всеки биологичен вид се характеризират с постоянен брой хромозоми. Например, човек има 46 от тях.Нарича се набор от хромозоми на соматични клетки диплоиден(2n), или двойно.

полови клетки, или гамети, са специализирани клетки, които служат за полово размножаване.

Гаметите винаги съдържат половината от хромозомите, отколкото в соматичните клетки (при хората - 23), така че наборът от хромозоми на зародишните клетки се нарича хаплоиден(n), или единичен. Образуването му е свързано с мейотичното клетъчно делене.

Количеството ДНК на соматичните клетки се обозначава като 2c, а това на зародишните клетки е 1c. Генетичната формула на соматичните клетки се записва като 2n2c, а пола - 1n1c.

В ядрата на някои соматични клетки броят на хромозомите може да се различава от техния брой в соматичните клетки. Ако тази разлика е по-голяма с един, два, три и т.н. хаплоидни комплекта, тогава такива клетки се наричат полиплоиден(съответно три-, тетра-, пентаплоид). В такива клетки метаболитните процеси обикновено са много интензивни.

Броят на хромозомите сам по себе си не е видоспецифична черта, тъй като различните организми могат да имат еднакъв брой хромозоми, докато сродните могат да имат различен брой. Например маларийният плазмодий и конският кръгъл червей имат две хромозоми, докато хората и шимпанзетата имат съответно 46 и 48.

Човешките хромозоми се разделят на две групи: автозоми и полови хромозоми (хетерохромозоми). Автозомаима 22 двойки в човешките соматични клетки, те са еднакви за мъжете и жените, и полови хромозомисамо една двойка, но именно тя определя пола на индивида. Има два вида полови хромозоми - X и Y. Клетките на тялото на жената носят две X хромозоми, а мъжете - X и Y.

Кариотип- това е набор от признаци на хромозомния набор на организма (броя на хромозомите, тяхната форма и размер).

Условният запис на кариотипа включва общия брой хромозоми, полови хромозоми и възможни отклоненияв набор от хромозоми. Например, кариотипът на нормален мъж е написан като 46,XY, докато кариотипът на нормална жена е 46,XX.

Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза

Клетките не възникват всеки път отново, те се образуват само в резултат на деленето на майчините клетки. След отделянето на дъщерните клетки е необходимо известно време, за да образуват органели и да придобият подходяща структура, която да осигури изпълнението на определена функция. Този период от време се нарича зреене.

Нарича се периодът от време от появата на клетка в резултат на делене до нейното разделяне или смърт клетъчен жизнен цикъл.

В еукариотните клетки жизненият цикъл е разделен на два основни етапа: интерфаза и митоза.

Интерфаза- това е периодът от време в жизнения цикъл, в който клетката не се дели и функционира нормално. Интерфазата е разделена на три периода: G 1 -, S- и G 2 -периоди.

G 1 -период(пресинтетичен, постмитотичен) е период на клетъчен растеж и развитие, през който протича активен синтез на РНК, протеини и други вещества, необходими за пълното поддържане на живота на новообразуваната клетка. До края на този период клетката може да започне да се подготвя за дублиране на ДНК.

AT S-период(синтетичен) протича процесът на репликация на ДНК. Единствената част от хромозомата, която не претърпява репликация, е центромерът, поради което получените ДНК молекули не се разминават напълно, а остават закрепени в нея и в началото на деленето хромозомата има X-образен вид. Генетичната формула на клетката след дублиране на ДНК е 2n4c. Също така в S-периода се случва удвояване на центриолите на клетъчния център.

G 2 -период(постсинтетичен, премитотичен) се характеризира с интензивен синтез на РНК, протеини и АТФ, необходими за процеса на клетъчно делене, както и отделянето на центриоли, митохондрии и пластиди. До края на интерфазата хроматинът и ядрото остават ясно различими, целостта на ядрената мембрана не се нарушава и органелите не се променят.

Някои от клетките на тялото могат да изпълняват функциите си през целия живот на тялото (невроните на нашия мозък, мускулните клетки на сърцето), докато други съществуват за кратко време, след което умират (клетките на чревния епител , клетките на епидермиса на кожата). Следователно в тялото трябва постоянно да протичат процеси на клетъчно делене и образуване на нови клетки, които да заменят мъртвите. Клетките, способни да се делят, се наричат стъбло. В човешкото тяло те се намират в червения костен мозък, в дълбоките слоеве на епидермиса на кожата и на други места. Използвайки тези клетки, можете да отгледате нов орган, да постигнете подмладяване и също да клонирате тялото. Перспективите за използване на стволови клетки са доста ясни, но моралните и етични аспекти на този проблем все още се обсъждат, тъй като в повечето случаи се използват ембрионални стволови клетки, получени от човешки фетуси, убити по време на аборт.

Продължителността на интерфазата в растителните и животинските клетки е средно 10-20 часа, докато митозата отнема около 1-2 часа.

В хода на последователните деления в многоклетъчните организми дъщерните клетки стават все по-разнообразни, тъй като те четат информация от нарастващ брой гени.

Някои клетки в крайна сметка спират да се делят и умират, което може да се дължи на завършването на определени функции, както в случая на епидермалните клетки на кожата и кръвните клетки, или на увреждане на тези клетки от фактори на околната среда, по-специално патогени. Генетично програмираната клетъчна смърт се нарича апоптозадокато случайната смърт е некроза.

Митозата е деленето на соматичните клетки. Фази на митоза

Митоза- метод за индиректно делене на соматични клетки.

По време на митозата клетката преминава през серия от последователни фази, в резултат на което всяка дъщерна клетка получава същия набор от хромозоми, както в майчината клетка.

Митозата е разделена на четири основни фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Профаза- най-дългият етап на митоза, по време на който настъпва кондензация на хроматин, в резултат на което стават видими X-образни хромозоми, състоящи се от две хроматиди (дъщерни хромозоми). В този случай ядрото изчезва, центриолите се отклоняват към полюсите на клетката и започва да се образува ахроматиновото вретено (вретено) на микротубулите. В края на профазата ядрената мембрана се разпада на отделни везикули.

AT метафазахромозомите се подреждат по екватора на клетката със своите центромери, към които са прикрепени микротубули на напълно оформено вретено на делене. На този етап на делене хромозомите са най-плътни и имат характерна форма, което дава възможност за изследване на кариотипа.

AT анафазабързата репликация на ДНК възниква в центромерите, в резултат на което хромозомите се разделят и хроматидите се отклоняват към полюсите на клетката, опънати от микротубули. Разпределението на хроматидите трябва да бъде абсолютно равно, тъй като именно този процес поддържа постоянството на броя на хромозомите в клетките на тялото.

На сцената телофазадъщерните хромозоми се събират на полюсите, деспирализират се, около тях се образуват ядрени обвивки от везикулите и нуклеолите се появяват в новообразуваните ядра.

След разделянето на ядрото настъпва разделянето на цитоплазмата - цитокинеза,по време на който има повече или по-малко равномерно разпределение на всички органели на майчината клетка.

Така в резултат на митозата от една майчина клетка се образуват две дъщерни клетки, всяка от които е генетично копие на майчината клетка (2n2c).

В болните, увредени, стареещи клетки и специализирани тъкани на тялото може да възникне малко по-различен процес на делене - амитоза. Амитозанаречено директно делене на еукариотни клетки, при което не настъпва образуването на генетично еквивалентни клетки, тъй като клетъчните компоненти са разпределени неравномерно. Среща се в растенията в ендосперма и при животните в черния дроб, хрущяла и роговицата на окото.

Мейоза. Фази на мейозата

Мейоза- това е метод на индиректно делене на първични зародишни клетки (2n2c), в резултат на което се образуват хаплоидни клетки (1n1c), най-често зародишни клетки.

За разлика от митозата, мейозата се състои от две последователни клетъчни деления, всяко предшествано от интерфаза. Първото делене на мейозата (мейоза I) се нарича намаляване, тъй като в този случай броят на хромозомите е наполовина, а второто разделение (мейоза II) - уравнение, тъй като в неговия процес броят на хромозомите се запазва.

Интерфаза Iпротича подобно на интерфазата на митозата. Мейоза Iсе разделя на четири фази: профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I. профаза IВъзникват два основни процеса: конюгация и кросингоувър. Конюгация- това е процесът на сливане на хомоложни (сдвоени) хромозоми по цялата дължина. Двойките хромозоми, образувани по време на конюгацията, се запазват до края на метафаза I.

Преминаване- взаимен обмен на хомоложни области на хомоложни хромозоми. В резултат на кръстосването хромозомите, получени от организма от двамата родители, придобиват нови комбинации от гени, което води до появата на генетично разнообразно потомство. В края на профаза I, както в профазата на митозата, ядрото изчезва, центриолите се отклоняват към полюсите на клетката и ядрената обвивка се разпада.

AT метафаза Iдвойки хромозоми се подреждат по екватора на клетката, микротубулите на вретеното на делене са прикрепени към техните центромери.

AT анафаза Iцели хомоложни хромозоми, състоящи се от две хроматиди, се отклоняват към полюсите.

AT телофаза Iоколо клъстери от хромозоми в полюсите на клетката се образуват ядрени мембрани, образуват се нуклеоли.

Цитокинеза Iосигурява разделяне на цитоплазмите на дъщерните клетки.

Дъщерните клетки, образувани в резултат на мейоза I (1n2c), са генетично хетерогенни, тъй като техните хромозоми, произволно разпръснати до полюсите на клетката, съдържат неравномерни гени.

Сравнителна характеристика на митозата и мейозата

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. AT профаза IIпротичат същите процеси като в профаза I, с изключение на конюгацията и кросинговъра.

AT метафаза IIХромозомите са разположени по екватора на клетката.

AT анафаза IIХромозомите се разделят в центромера и хроматидите се разтягат към полюсите.

AT телофаза IIядрените мембрани и нуклеолите се образуват около клъстери от дъщерни хромозоми.

След цитокинеза IIгенетичната формула на всичките четири дъщерни клетки е 1n1c, но всички те имат различен набор от гени, което е резултат от кръстосване и произволна комбинация от майчини и бащини хромозоми в дъщерните клетки.

Развитието на зародишните клетки при растенията и животните

Гаметогенеза(от гръцки. гамета- съпруга, гамети- съпруг и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели зародишни клетки.

Тъй като за половото размножаване най-често са необходими два индивида - женски и мъжки, произвеждащи различни полови клетки - яйцеклетки и сперматозоиди, то процесите на образуване на тези гамети трябва да са различни.

Естеството на процеса също зависи до голяма степен от това дали се случва в растителна или животинска клетка, тъй като при растенията се случва само митоза по време на образуването на гамети, докато при животните има както митоза, така и мейоза.

Развитието на зародишните клетки в растенията.При покритосеменните образуването на мъжки и женски зародишни клетки става в различни части на цветето - съответно тичинки и плодници.

Преди образуването на мъжки зародишни клетки - микрогаметогенеза(от гръцки. микрони- малък) - случва се микроспорогенеза, тоест образуването на микроспори в прашниците на тичинките. Този процес е свързан с мейотичното делене на майчината клетка, което води до четири хаплоидни микроспори. Микрогаметогенезата е свързана с митотичното делене на микроспорите, което дава мъжки гаметофит от две клетки - голяма вегетативен(сифоногенни) и плитки генеративен. След разделянето мъжкият гаметофит е покрит с плътни черупки и образува поленово зърно. В някои случаи, дори в процеса на узряване на цветен прашец, а понякога само след прехвърляне в стигмата на плодника, генеративната клетка се дели митотично с образуването на две неподвижни мъжки зародишни клетки - сперма. След опрашването от вегетативната клетка се образува поленова тръба, през която сперматозоидите проникват в яйчника на плодника за оплождане.

Развитието на женските зародишни клетки в растенията се нарича мегагаметогенеза(от гръцки. мегас- голям). Възниква в яйчника на плодника, който се предхожда от мегаспорогенеза, в резултат на което се образуват четири мегаспори от майчината клетка на мегаспората, лежаща в нуцелуса чрез мейотично делене. Една от мегаспорите се дели митотично три пъти, давайки началото на женския гаметофит, ембрионална торбичка с осем ядра. С последващото изолиране на цитоплазмите на дъщерните клетки, една от получените клетки се превръща в яйце, отстрани на което лежат така наречените синергиди, три антипода се образуват в противоположния край на ембрионалния сак, а в центъра , в резултат на сливането на две хаплоидни ядра се образува диплоидна централна клетка.

Развитието на зародишните клетки при животните.При животните се разграничават два процеса на образуване на зародишни клетки - сперматогенеза и оогенеза.

сперматогенеза(от гръцки. сперма, сперматозоиди- семена и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели мъжки зародишни клетки - сперматозоиди. При хората се среща в тестисите или тестисите и се разделя на четири периода: размножаване, растеж, съзряване и формиране.

AT размножителния периодпримордиалните зародишни клетки се делят митотично, което води до образуването на диплоид сперматогония. AT период на растежсперматогониите натрупват хранителни вещества в цитоплазмата, увеличават се по размер и се превръщат в първични сперматоцити, или сперматоцити от 1-ви ред. Едва след това влизат в мейоза ( период на зреене), което първо води до две вторичен сперматоцит, или сперматоцит от 2-ри ред, и след това - четири хаплоидни клетки с доста голямо количество цитоплазма - сперматиди. AT период на формиранете губят почти цялата цитоплазма и образуват флагелум, превръщайки се в сперматозоиди.

сперматозоиди, или дъвки, - много малки подвижни мъжки полови клетки с глава, шия и опашка.

AT глава, с изключение на ядрото, е акрозома- модифициран комплекс на Голджи, който осигурява разтварянето на мембраните на яйцето по време на оплождането. AT вратаима центриоли на клетъчния център и основата конска опашкаобразуват микротубули, които директно поддържат движението на сперматозоида. Той също така съдържа митохондрии, които осигуряват на спермата ATP енергия за движение.

Овогенеза(от гръцки. ООН- яйце и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели женски зародишни клетки - яйца. При хората се среща в яйчниците и се състои от три периода: размножаване, растеж и съзряване. Периоди на размножаване и растеж, подобни на тези при сперматогенезата, настъпват още по време на вътрематочно развитие. В същото време диплоидните клетки се образуват от първичните зародишни клетки в резултат на митоза. оогония, които след това се превръщат в диплоидни първични овоцити, или овоцити от 1-ви ред. Мейоза и последваща цитокинеза, протичаща в период на зреене, се характеризират с неравномерно делене на цитоплазмата на майчината клетка, така че в резултат на това първо се получава вторичен овоцит, или овоцит 2-ри ред, и първото полярно тяло, а след това от вторичния овоцит - яйцето, което запазва целия запас от хранителни вещества, и второто полярно тяло, докато първото полярно тяло е разделено на две. Полярните тела отнемат излишния генетичен материал.

При хората яйцата се произвеждат с интервал от 28-29 дни. Цикълът, свързан с узряването и освобождаването на яйцеклетките, се нарича менструален цикъл.

Яйце- голяма женска зародишна клетка, която 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 от 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 този процес може да има различно значение. По този начин клетъчното делене на ембриона, започвайки от зиготата, е биологичната основа за взаимосвързаните процеси на растеж и развитие. Подобни промени се наблюдават при човек по време на юношеството, когато броят на клетките не само се увеличава, но и настъпва качествена промяна в тялото. Възпроизвеждането на многоклетъчни организми също се основава на клетъчно делене, например по време на асексуално възпроизвеждане, поради този процес цялото тяло се възстановява от част от тялото, а по време на сексуалното размножаване се образуват зародишни клетки по време на гаметогенезата, впоследствие давайки нов организъм. Трябва да се отбележи, че основните методи за делене на еукариотни клетки - митоза и мейоза - имат различно значение в жизнения цикъл на организмите.

В резултат на митозата има равномерно разпределение на наследствения материал между дъщерните клетки - точни копия на майчините. Без митоза съществуването и растежът на многоклетъчни организми, развиващи се от една клетка, зиготата, би било невъзможно, тъй като всички клетки на такива организми трябва да съдържат една и съща генетична информация.

В процеса на делене дъщерните клетки стават все по-разнообразни по структура и функции, което се свързва с активирането на нови групи гени в тях поради междуклетъчното взаимодействие. По този начин митозата е необходима за развитието на организма.

Този метод на клетъчно делене е необходим за процесите на безполово размножаване и регенерация (възстановяване) на увредени тъкани, както и органи.

Мейозата от своя страна осигурява постоянството на кариотипа по време на сексуалното размножаване, тъй като намалява наполовина набора от хромозоми преди сексуалното възпроизвеждане, който след това се възстановява в резултат на оплождането. В допълнение, мейозата води до появата на нови комбинации от родителски гени поради кръстосване и произволна комбинация от хромозоми в дъщерните клетки. Благодарение на това потомството е генетично разнообразно, което осигурява материал за естествен подбори 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.

Третият етап от еволюцията е появата на клетката.
Молекулите на протеини и нуклеинови киселини (ДНК и РНК) образуват биологична клетка, най-малката единица на живота. Биологичните клетки са "градивните елементи" на всички живи организми и съдържат всички материални кодове на развитие.
Дълго време учените смятаха структурата на клетката за изключително проста. Съветският енциклопедичен речник тълкува понятието клетка по следния начин: „Клетката е елементарна жива система, основа на структурата и живота на всички животни и растения“. Трябва да се отбележи, че терминът „елементарна" в никакъв случай не означава „проста", а напротив, клетката е уникално фрактално Божие творение, поразително със своята сложност и в същото време с изключителната съгласуваност на работата. на всички негови елементи.
Когато успяхме да надникнем вътре с помощта на електронен микроскоп, се оказа, че устройството на най-простата клетка е толкова сложно и неразбираемо, колкото и самата Вселена. Днес вече е установено, че „Клетката е специална материя на Вселената, специална материя на Космоса“. Една единствена клетка съдържа информация, която може да бъде поставена само в няколко десетки хиляди тома на Голямата съветска енциклопедия. Тези. клетката, освен всичко друго, е огромен "биорезервоар" на информация.
Автор съвременна теориямолекулярна еволюция Манфред Айген пише: "За да се образува протеинова молекула случайно, природата ще трябва да направи около 10130 опита и да изразходва за това такъв брой молекули, който би бил достатъчен за 1027 вселени. Ако протеинът е изграден интелигентно, по такъв начин, че валидността на всеки ход да може да бъде проверена от някакъв механизъм за избор, бяха необходими само около 2000 опита.Стигаме до парадоксален извод: програмата за изграждане на "примитивна жива клетка" е кодирана някъде на ниво на елементарни частици“.
И как би могло да бъде иначе. Всяка клетка, притежаваща ДНК, е надарена със съзнание, осъзнава себе си и другите клетки и е в контакт с Вселената, като всъщност е част от нея. И въпреки че броят и разнообразието на клетките в човешкото тяло е удивително (около 70 трилиона), всички те са самоподобни, точно както всички процеси, протичащи в клетките, са самоподобни. По думите на немския учен Роланд Глейзер дизайнът на биологичните клетки е „много добре обмислен“. Кой е добре обмислен?
Отговорът е прост: протеините, нуклеиновите киселини, живите клетки и всички биологични системи са продукт на творческата дейност на интелектуалния Създател.

Какво е интересно: на атомно ниво разликите между химичен съставняма органичен или неорганичен свят. С други думи, на нивото на атома клетката е изградена от същите елементи като нежива природа. Разликите се откриват на молекулярно ниво. В живите тела, заедно с неорганични веществаи водата също са протеини, въглехидрати, мазнини, нуклеинови киселини, ензима АТФ синтаза и други органични съединения с ниско молекулно тегло.
Към днешна дата клетката е буквално разглобена на атоми с цел изследване. Все пак създайте поне един жива клетканикога не успява, защото да създадеш клетка означава да създадеш частица от живата Вселена. Академик В.П. Казначеев смята, че "клетката е космопланетен организъм ... Човешките клетки са определени системи от етерно-торсионни биоколайдери. В тези биоколайдери протичат непознати за нас процеси, материализиране на космически форми на потоци, тяхната космическа трансформация и поради това частиците се материализират".
вода.
Почти 80% от клетъчната маса е вода. Според д-р по биология С. Зенин водата, поради клъстерната си структура, е информационна матрица за управление на биохимичните процеси. В допълнение, именно водата е основната „мишена“, с която взаимодействат колебанията на звуковата честота. Подредеността на клетъчната вода е толкова висока (близка до подредеността на кристала), че се нарича течен кристал.
катерици.
Протеините играят важна роля в биологичния живот. Клетката съдържа няколко хиляди протеини, които са уникални за този тип клетки (с изключение на стволовите клетки). Способността да синтезира собствени протеини се предава по наследство от клетка на клетка и се запазва през целия живот. По време на живота на клетката протеините постепенно променят структурата си, функцията им се нарушава. Тези изразходвани протеини се отстраняват от клетката и се заменят с нови, благодарение на което жизнената активност на клетката се запазва.
На първо място, отбелязваме строителната функция на протеините, тъй като те са строителният материал, който изгражда мембраните на клетките и клетъчните органели, стените на кръвоносните съдове, сухожилията, хрущялите и др.
Сигналната функция на протеините е изключително интересна. Оказва се, че протеините могат да служат като сигнални вещества, предавайки сигнали между тъкани, клетки или организми. Сигналната функция се изпълнява от хормонални протеини. Клетките могат да комуникират помежду си на разстояние, използвайки сигнални протеини, предавани през междуклетъчното вещество.
Протеините имат и двигателна функция. Всички видове движения, на които са способни клетките, като мускулна контракция, се извършват от специални контрактилни протеини. Протеините изпълняват и транспортна функция. Те са в състояние да прикрепят различни вещества и да ги прехвърлят от едно място в клетката на друго. Например кръвният протеин хемоглобин свързва кислорода и го пренася до всички тъкани и органи на тялото. Освен това протеините имат и защитна функция. Когато в тялото се въвеждат чужди протеини или клетки, в него се произвеждат специални протеини, които свързват и неутрализират чужди клетки и вещества. И накрая, енергийната функция на протеините е, че при пълното разграждане на 1 g протеин се освобождава енергия в размер на 17,6 kJ.

Клетъчна структура.
Клетката се състои от три неразривно свързани части: мембрана, цитоплазма и ядро, като структурата и функцията на ядрото в различните периоди от живота на клетката са различни. Тъй като животът на клетката включва два периода: делене, в резултат на което се образуват две дъщерни клетки, и периодът между деленията, който се нарича интерфаза.
Клетъчната мембрана директно взаимодейства с външната среда и взаимодейства със съседните клетки. Състои се от външен слой и плазмена мембрана, разположена отдолу. Повърхностният слой на животинските клетки се нарича гликокализ. Той свързва клетките с външната среда и с всички заобикалящи я вещества. Дебелината му е под 1 микрон.

Клетъчна структура
Клетъчната мембрана е много важна част от клетката. Той държи заедно всички клетъчни компоненти и разграничава външната и вътрешната среда.
Между клетките и външната среда има постоянен обмен на вещества. Водата, различни соли под формата на отделни йони, неорганични и органични молекули навлизат в клетката от външната среда. Продуктите на метаболизма, както и веществата, синтезирани в клетката: протеини, въглехидрати, хормони, които се произвеждат в клетките на различни жлези, се екскретират във външната среда през мембраната от клетката. Транспортът на вещества е една от основните функции на плазмената мембрана.
Цитоплазма- вътрешна полутечна среда, в която протичат основните метаболитни процеси. Последните проучвания показват, че цитоплазмата не е вид разтвор, чиито компоненти взаимодействат помежду си в произволни сблъсъци. Може да се сравни с желе, което започва да "трепери" в отговор на външни влияния. Така цитоплазмата възприема и предава информация.
В цитоплазмата са разположени ядрото и различни органели, които са обединени от него в едно цяло, което осигурява тяхното взаимодействие и дейността на клетката като единна цялостна система. Ядрото е разположено в централната част на цитоплазмата. Цялата вътрешна зона на цитоплазмата е изпълнена с ендоплазмения ретикулум, който е клетъчен органоид: система от тубули, везикули и "цистерни", ограничени от мембрани. Ендоплазменият ретикулум участва в метаболитните процеси, осигурявайки транспорта на вещества от околната среда към цитоплазмата и между отделните вътреклетъчни структури, но основната му функция е участието в синтеза на протеини, който се осъществява в рибозомите. - микроскопични телца с кръгла форма с диаметър 15-20 nm. Синтезираните протеини първо се натрупват в каналите и кухините на ендоплазмения ретикулум и след това се транспортират до органелите и клетъчните места, където се консумират.
В допълнение към протеините, цитоплазмата съдържа и митохондрии, малки тела с размери 0,2-7 микрона, които се наричат ​​"електростанции" на клетките. Редокс реакциите протичат в митохондриите, осигурявайки на клетките енергия. Броят на митохондриите в една клетка варира от няколко до няколко хиляди.
Ядро- жизненоважната част на клетката, контролира синтеза на протеини и чрез тях всички физиологични процеси в клетката. В ядрото на неделяща се клетка се разграничават ядрената мембрана, ядреният сок, ядрото и хромозомите. Чрез ядрената обвивка се осъществява непрекъснат обмен на вещества между ядрото и цитоплазмата. Под ядрената обвивка - ядрен сок (полутечно вещество), който съдържа ядрото и хромозомите. Ядрото е плътно кръгло тяло, чиито размери могат да варират в широки граници от 1 до 10 микрона и повече. Състои се главно от рибонуклеопротеини; участва в образуването на рибозоми. Обикновено в клетката има 1-3 ядра, понякога до няколкостотин. Ядрото се състои от РНК и протеин.
С появата на клетката на Земята възниква Животът!

Следва продължение...

"Методика на обучението по биология" - Училищна зоология. Запознаване на студентите с използването на научни зоологични данни. Морално възпитание. Допълнително освещаване на кокошарника. Избор на методи. Жизнени процеси. Аквариумни рибки. Храна. Екологично образование. Материалност на жизнените процеси. Отрицателни резултати. Вниманието на учениците. Задължителна форма. Гледайки малки животни. Цели и задачи на биологията. История.

„Проблемно обучение в часовете по биология” – Знания. Нови учебници. Пътят към решението. проблем. Семинари. Какво е задача. Албрехт Дюрер. Проблемно обучение в часовете по биология. Нестандартни уроци. Какво се разбира под проблемно базирано обучение. Качеството на живот. Биологията като учебен предмет. Въпрос. Урок за решаване на проблеми. Намален интерес към темата. Проблемно-лабораторни занятия.

„Критично мислене в уроците по биология” – Технология на „критичното мислене”. Използване на технологията "развитие на критичното мислене". Таблица за урока. Мотивация за учене. Екосистеми. Значението на "развитие на критичното мислене". Технологични характеристики. RKM технология. Структура на урока. Основни направления. История на технологиите. Педагогически технологии. технологични правила. Задачи по биология. фотосинтеза. Техники, използвани на различни етапи от урока.

„Уроци по биология с интерактивна дъска” – Електронни учебници. Ползи за студенти. Интерактивната бяла дъска помага за предаването на информация на всеки ученик. дидактически задачи. Решаване на биологични проблеми. Ползите от работата с интерактивни дъски. Презентационна работа. Работете върху сравняването на обекти. Движещи се обекти. Използване на електронни таблици. Използването на интерактивна дъска в процеса на обучение на ученици. Ползи за учителите.

"Системно-активен подход в биологията" - Въпроси на семинара. метод на дейност. дриопитек. Извънземен начин на произход на човека. Лизозоми. Химическа организация. Голосеменни. Метаболизъм. Анализатори. Системно-дейностен подход в обучението по биология. Хромозоми. Цитоплазма. Слепота. Дължина на ухото. Човешка класификация. Скелет на бозайник. Пътищата на човешката еволюция. Митоза. повърхностен комплекс. проблемен въпрос. Ядро. Ядрена обвивка.

"Компютър по биология" - Съвместни дейности на учениците. Семейства покритосеменни. Интерактивно обучение. модели на обучение. Пример за система за оценяване. Въпроси за карта с инструкции. Пример за карта с инструкции. Изследователи. Микрогрупи. технология интерактивно обучение. Въртележка. Интерактивни технологии за обучение. Интерактивни подходи в часовете по биология. Групова форма на работа. Задачи за групи "изследователи".