У дома Торове В животинските клетки сред органичните. Органични вещества на живите системи. Структурата и функцията на биологичните мембрани

Торове

В животинските клетки сред органичните. Органични вещества на живите системи. Структурата и функцията на биологичните мембрани

Те съставляват 20-30% от клетъчната маса. Те включват биополимери – протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, мазнини, АТФ и др.

Различните видове клетки съдържат различни количества органични съединения. Сложните въглехидрати преобладават в растителните клетки, протеините и мазнините при животните. Независимо от това, всяка група органични вещества във всеки тип клетки изпълнява функции: осигурява енергия, е строителен материал, пренася информация и т.н.

Протеини.Сред органичните вещества на клетката протеините заемат първо място по количество и значение. При животните те представляват 50% от сухата маса на клетката.

Човешкото тяло съдържа много видове протеинови молекули, които се различават една от друга и от протеините на други организми.

Пептидна връзка:

Последователността от аминокиселини в една молекула се нарича структура.

Първичното е линейно.

Вторично - спираловидно.

Третични - глобули.

Кватернер - обединението на глобули (хемоглобин).

Загубата на структурна организация от молекула се нарича денатурация. Причинява се от промени в температурата, pH, радиация. С леко въздействие молекулата може да възстанови свойствата си. Използва се в медицината (антибиотици).

Функциите на протеините в клетката са разнообразни. Най-важното е строителството. Протеините участват в образуването на всички клетъчни мембрани в органелите. Каталитичната функция е изключително важна – всички ензими са протеини. Двигателната функция се осигурява от контрактилни протеини. Транспорт - състои се в прикрепване на химични елементи и пренасянето им в тъканите. Защитната функция се осигурява от специални протеини - антитела, образувани в левкоцитите. Протеините служат като източник на енергия – при пълно разграждане на 1 g протеин се отделят 11,6 kJ.

Въглехидрати.Това са съединения на въглерод, водород и кислород. Представено от захари. Клетката съдържа до 5%. Най-богати са растителните клетки - до 90% от масата (картофи, ориз). Те са разделени на прости и сложни. Прости - монозахариди (глюкоза) C 6 H 12 O 6, гроздова захар, фруктоза. Disachara - (захароза) C] 2 H 22 O 11 захар от цвекло и тръстика. Полизахара (целулоза, нишесте) (C 6 H 10 O 5) n.

Въглехидратите изпълняват основно строителни и енергийни функции. Когато 1 g въглехидрат се окисли, се освобождават 17,6 kJ. Нишестето и гликогенът са енергийният запас на клетката.

Липиди.Това са мазнини и подобни на мазнини вещества в клетката. Те са естери на глицерол и високомолекулни наситени и ненаситени киселини. Могат да бъдат твърди и течни - масла. Растенията съдържат в семена от 5-15% сухо вещество.

Основната функция е енергията – при разграждането на 1 g мазнини се отделят 38,9 kJ. Мазнините са складове на хранителни вещества. Мазнините имат градивна функция и са добър топлоизолатор.

Нуклеинова киселина.Това са сложни органични съединения. Състои се от C, H 2, O 2, N 2, P. Съдържа се в ядрата и цитоплазмата.

а) ДНК е биологичен полинуклеотид, състоящ се от две вериги нуклеотиди. Нуклеотиди - състоят се от 4 азотни бази: 2 пурина - аденин и валин, 2 пиримидина на цитозин и гуанин, както и захар - дезоксирибоза и остатък от фосфорна киселина.

Във всяка верига нуклеотидите са свързани с ковалентни връзки. Веригите от нуклеотиди образуват спирали. ДНК спирала, пълна с протеини, образува структура - хромозома.

б) РНК е полимер, мономерите на който са близки до ДНК нуклеотиди, азотни основи - А, G, С. Вместо тимин има Урат. РНК въглехидратът е рибоза, има остатък от фосфорна киселина.

Двуверижните РНК са носители на генетична информация. Едноверижни – носят информация за последователността на аминокиселините в протеина. Има няколко едноверижни РНК:

Рибозомна - 3-5 хиляди нуклеотида;

Информационни - 300-30 000 нуклеотида;

Транспорт - 76-85 нуклеотида.

Синтезът на протеин се извършва върху рибозоми с участието на всички видове РНК.

Контролни въпроси

1. Клетката е организъм или част от него?

2. Елементарен състав на клетките.

3. Вода и минерали.

4. Органична материя на клетката.

Животни, гъбички и бактерии

Знак	Бактерии	Животни	гъби	Растения
Начин на хранене	Хетеротрофни или автотрофни	Хетеротрофни	Хетеротрофни	Автотрофни
организация наследствени информация	Прокариоти	еукариоти	еукариоти	еукариоти
локализация на ДНК	Нуклеоид, плазмиди	Ядро, митохондрии	Ядро, митохондрии	Ядро, митохондрии, пластиди
Плазмената мембрана	Има	Има	Има	Има
Клетъчна стена	Мурейновая	-	Chitinovaya	целулоза
Цитоплазма	Има	Има	Има	Има
Органели	Рибозоми	Мембранни и немембранни, включително клетъчния център	Мембранни и немембранни	Мембранни и немембранни, включително пластиди
Органели за движение	Жгутици и въси	Жгутици и реснички	Жгутици и реснички	Жгутици и реснички
Вакуоли	Рядко	Съкратителна, храносмилателна	Понякога	Централна вакуола с клетъчен сок
Включения	Волутин	гликоген	гликоген	Нишесте

Разликите в структурата на клетките на представители на различни царства на живата природа са показани на фиг. 2.3.

Ориз. 2.3. Клетъчна структура на бактерии (A), животни (B), гъби (C) и растения (D)
2.3. Химическа организация на клетката. Връзката между структурата и функциите на неорганичните и органичните вещества (протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ), които изграждат клетката. Обосновка на връзката на организмите въз основа на анализа на химичния състав на техните клетки.
Химичният състав на клетката.

В състава на живите организми са открити повечето от химичните елементи от периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев, открити до момента. От една страна, те не съдържат нито един елемент, който не би съществувал в неживата природа, а от друга, техните концентрации в телата на неживата природа и живите организми се различават значително (табл. 2.2).

Тези химични елементи образуват неорганични и органични вещества. Въпреки факта, че в живите организми преобладават неорганичните вещества (фиг. 2.4), именно органичните вещества определят уникалността на техния химичен състав и феномена на живота като цяло, тъй като те се синтезират главно от организми в процеса на живот и игра важна роля в реакциите.

Науката се занимава с изучаване на химичния състав на организмите и протичащите в тях химични реакции. биохимия.

Трябва да се отбележи, че съдържанието на химикали в различните клетки и тъкани може да варира значително. Например, ако протеините преобладават сред органичните съединения в животинските клетки, въглехидратите преобладават в растителните клетки.

Таблица 2.2

Съдържание на някои химични елементи в неживата природа и живите организми, %

Химичен елемент	земната кора	Морска вода	Живи организми
О	49,2	85,8	65-75
С	0,4	0,0035	15-18
н	1,0	10,67	8-10
н	0,04	0,37	1,5-3,0
Р	0,1	0,003	0,20-1,0
С	0,15	0,09	0,15-0,2
ДА СЕ	2,35	0,04	0,15-0,4
ок	3,25	0,05	0,04-2,0
C1	0,2	0,06	0,05-0,1
Mg	2,35	0,14	0,02-0,03
на	2,4	1.14	0,02-0,03
Fe	4,2	0,00015	0,01-0,015
Zn		0,00015	0,0003
Cu			0,0002
аз		0,000015	0,0001
Ф	0,1	2,07	0,0001

Макро и микроелементи

В живите организми има около 80 химични елемента, но само 27 от тях са установили функциите си в клетката и тялото. Останалите елементи присъстват в малки количества и, очевидно, влизат в тялото с храна, вода и въздух. Съдържанието на химични елементи в тялото варира значително (виж Таблица 2.2). В зависимост от концентрацията си те се делят на макроелементи и микроелементи.

Концентрацията на всеки макроелементив организма надвишава 0,01%, а общото им съдържание е 99%. Макронутриентите включват кислород, въглерод, водород, азот, фосфор, сяра, калий, калций, натрий, хлор, магнезий и желязо. Първите четири от изброените елемента (кислород, въглерод, водород и азот) също се наричат органогенен,тъй като те са част от основните органични съединения. Фосфорът и сярата също са компоненти на редица органични вещества, като протеини и нуклеинови киселини. Фосфорът е от съществено значение за образуването на кости и зъби.

Нормалното функциониране на тялото е невъзможно без останалите макронутриенти. И така, калий, натрий и хлор участват в процесите на клетъчно възбуждане. Калият също е необходим за функционирането на много ензими и за задържането на вода в клетката. Калцият се намира в клетъчните стени на растенията, костите, зъбите и черупките на мекотелите и е необходим за свиването на мускулните клетки и вътреклетъчното движение. Магнезият е компонент на хлорофила, пигмент, който осигурява фотосинтезата. Той също така участва в биосинтеза на протеини. Желязото, освен че е част от хемоглобина, който пренася кислорода в кръвта, е необходимо за процесите на дишане и фотосинтеза, както и за функционирането на много ензими.

Микроелементисе съдържат в организма в концентрации под 0,01%, а общата им концентрация в клетката не достига дори 0,1%. Микроелементите включват цинк, мед, манган, кобалт, йод, флуор и др. Цинкът е част от хормона на панкреаса инсулин, медта е необходима за процесите на фотосинтеза и дишане. Кобалтът е компонент на витамин В 12, липсата на който води до анемия. Йодът е необходим за синтеза на хормони на щитовидната жлеза, които осигуряват нормалния ход на метаболизма, а флуорът е свързан с образуването на зъбния емайл.

Както дефицит, така и излишък или нарушение на метаболизма на макро- и микроелементи водят до развитие на различни заболявания. По-специално, липсата на калций и фосфор причинява рахит, липсата на азот - тежък протеинов дефицит, дефицитът на желязо - анемия и липсата на йод - нарушение на образуването на хормони на щитовидната жлеза и намаляване на скоростта на метаболизма. Намаляването на приема на флуор с вода и храна до голяма степен определя нарушението на обновяването на зъбния емайл и в резултат на това предразположението към кариес. Оловото е токсично за почти всички организми. Излишъкът му причинява необратими увреждания на мозъка и централната нервна система, което се проявява със загуба на зрение и слух, безсъние, бъбречна недостатъчност, гърчове, а също така може да доведе до парализа и заболявания като рак. Острото отравяне с олово е придружено от внезапни халюцинации и завършва с кома и смърт.

Ориз. 2.4. Съдържанието на химикали в клетката
Липсата на макро- и микроелементи може да се компенсира чрез увеличаване на съдържанието им в храната и питейната вода, както и чрез прием на лекарства. И така, йодът се намира в морски дарове и йодирана сол, калций в яйчени черупки и др.

2.3.1. Неорганични вещества на клетката.
Химичните елементи на клетката образуват различни съединения – неорганични и органични. Към неорганичните вещества на клетката спадат вода, минерални соли, киселини и др., а към органичните - белтъчини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ, витамини и др. (фиг. 2.4).

Водата (Н 2 0) е най-разпространеното неорганично вещество на клетката, което има уникални физикохимични свойства. Няма вкус, цвят, мирис. Плътността и вискозитетът на всички вещества се оценяват с вода. Подобно на много други вещества, водата може да бъде в три агрегатни състояния: твърдо (лед), течно и газообразно (пара). Точката на топене на водата е 0 ° C, точката на кипене е 100 ° C, но разтварянето на други вещества във вода може да промени тези характеристики. Топлинният капацитет на водата също е доста висок - 4200 kJ / mol. К, което й дава възможност да участва в процесите на терморегулация. В молекулата на водата водородните атоми са разположени под ъгъл от 105 °, докато общите електронни двойки се отдръпват от по-електроотрицателния кислороден атом. Това определя диполните свойства на водните молекули (единият им край е зареден положително, а другият отрицателно) и възможността за водородни връзки между водните молекули (фиг. 2.5). Адхезията на водните молекули е в основата на явлението повърхностно напрежение, капилярност и свойствата на водата като универсален разтворител. В резултат на това всички вещества се разделят на разтворимвъв вода (хидрофилна) и неразтворимв него (хидрофобни). Благодарение на тези уникални свойства е предопределено водата да е в основата на живота на Земята.

Средното съдържание на вода в клетките на тялото не е същото и може да се промени с възрастта. И така, при човешки ембрион на месец и половина съдържанието на вода в клетките достига 97,5%, при осеммесечен - 83%, при новородено намалява до 74%, а при възрастен е средно 66%. Клетките на тялото обаче се различават по съдържанието на вода. И така, костите съдържат около 20% вода, в черния дроб - 70%, а в мозъка - 86%. Като цяло можем да кажем това концентрацията на вода в клетките е право пропорционална на интензивността на метаболизма.

Минералните соли могат да бъдат разтворени или неразтворени. Разтворими солидисоциират на йони - катиони и аниони. Най-важните катиони са калиеви и натриеви йони, които улесняват пренасянето на вещества през мембраната и участват в възникването и провеждането на нервния импулс; както и калциеви йони, които участват в процесите на свиване на мускулните влакна и съсирване на кръвта; магнезий, който е част от хлорофила; желязо, което е част от редица протеини, включително хемоглобин. Най-важните аниони са фосфатният анион, който е част от АТФ и нуклеиновите киселини, и остатъкът от въглеродна киселина, който смекчава колебанията в рН на средата. Йоните на минералните соли осигуряват както проникването на самата вода в клетката, така и нейното задържане в нея. Ако концентрацията на соли в средата е по-ниска, отколкото в клетката, тогава водата прониква в клетката. Също така йоните определят буферните свойства на цитоплазмата, т.е. способността й да поддържа постоянството на слабо алкалното рН на цитоплазмата, въпреки постоянното образуване на киселинни и алкални продукти в клетката.

Неразтворими соли(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2 и др.) са част от костите, зъбите, черупките и черупките на едноклетъчни и многоклетъчни животни.

Освен това организмите могат да произвеждат други неорганични съединения като киселини и оксиди. По този начин клетките на лигавицата на човешкия стомах произвеждат солна киселина, която активира храносмилателния ензим пепсин, а силициевият оксид прониква в клетъчните стени на хвощ и образува черупката на диатомеите. През последните години се изследва и ролята на азотния оксид (II) в сигнализирането в клетките и тялото.

Органична материя в клеткатаТе съставляват 20-30% от клетъчната маса. Те включват биополимери – протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, мазнини, АТФ и др. Различните видове клетки съдържат различни количества органични съединения. Сложните въглехидрати преобладават в растителните клетки, протеините и мазнините при животните. Независимо от това, всяка група органични вещества във всеки тип клетки изпълнява функции: осигурява енергия, е строителен материал, пренася информация и т.н. Протеини.Сред органичните вещества на клетката протеините заемат първо място по количество и значение. При животните те представляват 50% от сухата маса на клетката. В човешкото тяло има много видове протеинови молекули, които се различават една от друга и от протеините на други организми. Въпреки огромното разнообразие и сложността на структурата, протеините са изградени от 20 аминокиселини: Аминокиселините имат амфотерни свойства, следователно те взаимодействат помежду си:

Пептидна връзка:

Когато се комбинират, молекулите образуват: дипептид, трипептид или полипептид. Това е съединение от 20 или повече аминокиселини. Редът на трансформация на аминокиселините в една молекула е много разнообразен. Позволява съществуване
варианти, които се различават по изискването и свойствата на протеиновите молекули. Последователността от аминокиселини в една молекула се нарича структура. Първичното е линейно. Вторично - спираловидно. Третични - глобули. Кватернер - обединението на глобули (хемоглобин). Загубата на структурна организация от молекула се нарича денатурация. Причинява се от промени в температурата, pH, радиация. С леко въздействие молекулата може да възстанови свойствата си. Използва се в медицината (антибиотици). Функциите на протеините в клетката са разнообразни. Най-важното е строителството. Протеините участват в образуването на всички клетъчни мембрани в органелите. Каталитичната функция е изключително важна – всички ензими са протеини. Двигателната функция се осигурява от контрактилни протеини. Транспорт - състои се в прикрепване на химични елементи и пренасянето им в тъканите. Защитната функция се осигурява от специални протеини - антитела, образувани в левкоцитите. Протеините служат като източник на енергия – при пълно разграждане на 1 g протеин се отделят 11,6 kJ. Въглехидрати.Това са съединения на въглерод, водород и кислород. Представено от захари. Клетката съдържа до 5%. Най-богати са растителните клетки - до 90% от масата (картофи, ориз). Те са разделени на прости и сложни. Прости - монозахариди (глюкоза) C 6 H 12 O 6, гроздова захар, фруктоза. Disachara - (захароза) C] 2 H 22 O 11 захар от цвекло и тръстика. Полизахара (целулоза, нишесте) (C 6 H 10 O 5) n. Въглехидратите изпълняват основно строителни и енергийни функции. Когато 1 g въглехидрат се окисли, се освобождават 17,6 kJ. Нишестето и гликогенът са енергийният запас на клетката. Липиди.Това са мазнини и подобни на мазнини вещества в клетката. Те са естери на глицерол и високомолекулни наситени и ненаситени киселини. Могат да бъдат твърди и течни - масла. Растенията съдържат в семена от 5-15% сухо вещество. Основната функция е енергията – при разграждането на 1 g мазнини се отделят 38,9 kJ. Мазнините са складове на хранителни вещества. Мазнините имат градивна функция и са добър топлоизолатор. Нуклеинова киселина.Това са сложни органични съединения. Състои се от C, H 2, O 2, N 2, P. Съдържа се в ядрата и цитоплазмата.
а) ДНК е биологичен полинуклеотид, състоящ се от две вериги нуклеотиди. Нуклеотиди - състоят се от 4 азотни бази: 2 пурина - аденин и валин, 2 пиримидина на цитозин и гуанин, както и захар - дезоксирибоза и остатък от фосфорна киселина. Във всяка верига нуклеотидите са свързани с ковалентни връзки. Веригите от нуклеотиди образуват спирали. ДНК спирала, пълна с протеини, образува структура - хромозома. б) РНК е полимер, мономерите на който са близки до ДНК нуклеотиди, азотни основи - А, G, С. Вместо тимин има Урат. РНК въглехидратът е рибоза, има остатък от фосфорна киселина.

Двуверижните РНК са носители на генетична информация. Едноверижни – носят информация за последователността на аминокиселините в протеина. Има няколко едноверижни РНК: - Рибозомна - 3-5 хиляди нуклеотида; - Информационни - 300-30 000 нуклеотида; - Транспорт - 76-85 нуклеотида. Синтезът на протеин се извършва върху рибозоми с участието на всички видове РНК.

Контролни въпроси

1. Клетката е организъм или част от него? 2. Елементарен състав на клетките. 3. Вода и минерали. 4. Органична материя на клетката. 5. Протеини. 6. Въглехидрати, мазнини. 7. ДНК. 8. РНК.

Тема 2.2 Структура и функция на клетката

Контролни въпроси

1. Какво се разбира под нивото на организация на клетката? 2. Характеристики на прокариотите и еукариотите. 3. Структурата на прокариотите. 4. Морфология на прокариотите. 5. Структурата на еукариотите. 6. Структурата и функциите на ядрото. 7. Кариотип и неговите особености. 8. Структурата и функциите на ядрото. Тема 2.2.1 Комплекс на Голджи, лизозоми, митохондрии,

рибозоми, клетъчен център; органели на движение

Цитоплазма- това е вътрешната полутечна среда на клетката, в която протичат всички биохимични процеси. Той съдържа структури – органели и комуникира между тях. Органоидите имат редовни структурни и поведенчески особености в различни периоди от живота на клетката и изпълняват определени функции. Има органели, характерни за всички клетки – митохондрии, клетъчен център, апарат на Голджи, рибозоми, EPS, лизозоми. Органелите на движението – жгутиците и ресничките са характерни за едноклетъчните организми. В цитоплазмата се отлагат различни вещества - включвания. Това са постоянни структури, които възникват в процеса на живот. Плътните включвания са гранули, течните са вакуоли. Размерът им се дължи на жизнената активност на клетките. Структурната организация на клетката се основава на мембранния принцип на структура. Това означава, че клетката е изградена предимно от мембрани. Всички мембрани имат подобна структура. Счита се, че е възприет модел на течно-мозаечна структура: мембраната е образувана от два реда липиди, в които протеиновите молекули са потопени на различна дълбочина. Външна цитоплазмена мембранаТой присъства във всички клетки и отделя цитоплазмата от външната среда, образувайки клетъчната повърхност. Клетъчната повърхност е хетерогенна, физиологичните й свойства са различни. Клетката има висока якост и еластичност. Цитоплазмената мембрана има пори, през които преминават молекули на веществата. Навлизането на вещества в клетката е процес, който изразходва енергия. Клетъчната мембрана е полупропусклива. Механизмът, осигуряващ полупропускливост, е осмоза. В допълнение към осмозата, химикали и твърди вещества могат да влязат в клетката поради издатини - това са пиноцетоза и фагоцитоза. Цитоплазмената мембрана също така осигурява комуникация между клетките в тъканите на многоклетъчни организми поради множество гънки и израстъци.

Клетката като биологична система

Съвременната клетъчна теория, нейните основни положения, роля във формирането на съвременната природонаучна картина на света. Развитие на знанията за клетката. Клетъчната структура на организмите е в основата на единството на органичния свят, доказателство за родството на живата природа

Съвременната клетъчна теория, нейните основни положения, роля във формирането на съвременна природонаучна картина на света

Една от основните концепции в съвременната биология е идеята, че всички живи организми имат клетъчна структура. Науката се занимава с изучаване на структурата на клетката, нейната жизнена дейност и взаимодействие с околната среда. цитология, сега по-често наричана клетъчна биология. Цитологията дължи появата си на формулировката на клетъчната теория (1838-1839, М. Шлайден, Т. Шван, допълнена през 1855 г. от Р. Вирхов).

Клетъчна теорияе обобщена представа за структурата и функциите на клетките като живи единици, тяхното възпроизвеждане и роля във формирането на многоклетъчни организми.

Основните положения на клетъчната теория:

Клетката е единица за структура, жизнена дейност, растеж и развитие на живите организми - няма живот извън клетката.
Клетката е единна система, състояща се от множество елементи, които са естествено свързани един с друг, които представляват определена интегрална формация.
Клетките на всички организми са сходни по своя химичен състав, структура и функции.
Новите клетки се образуват само в резултат на деленето на майчините клетки („клетка от клетка“).
Клетките на многоклетъчните организми образуват тъкани, органите са съставени от тъкани. Животът на организма като цяло се определя от взаимодействието на съставните му клетки.
Клетките на многоклетъчните организми имат пълен набор от гени, но се различават една от друга по това, че имат различни групи гени, което води до морфологично и функционално разнообразие на клетките – диференциация.

Благодарение на създаването на клетъчната теория стана ясно, че клетката е най-малката единица на живота, елементарна жива система, която притежава всички признаци и свойства на живо същество. Формулирането на клетъчната теория стана най-важната предпоставка за развитието на възгледите за наследствеността и променливостта, тъй като идентифицирането на тяхната природа и присъщите им закони неизбежно предполагаше универсалността на структурата на живите организми. Разкриването на единството на химичния състав и структурата на клетките послужи като тласък за развитието на идеите за произхода на живите организми и тяхната еволюция. Освен това произходът на многоклетъчните организми от една клетка в процеса на ембрионално развитие се превърна в догма на съвременната ембриология.

Развитие на знанията за клетката

До 17 век човек не е знаел изобщо нищо за микроструктурата на заобикалящите го предмети и е възприемал света с просто око. Уредът за изучаване на микросвета – микроскопът – е изобретен около 1590 г. от холандските механици Г. и З. Янсен, но несъвършенството му не позволява да се изследват достатъчно малки обекти. Единствено създаването на негова основа на така наречения сложен микроскоп от К. Дреббел (1572-1634) допринесе за напредъка в тази област.

През 1665 г. английският физик Р. Хук (1635-1703) подобрява дизайна на микроскопа и технологията за смилане на лещите и, желаейки да се убеди в подобрението на качеството на изображението, изследва срезовете от корк, въглен и живи растения под то. На срезовете той откри най-малките пори, наподобяващи пчелна пита, и ги нарече клетки (от лат. cellul- клетка, клетка). Интересно е да се отбележи, че Р. Хук смята, че клетъчната мембрана е основен компонент на клетката.

През втората половина на 17 век се появяват трудовете на най-видните микроскописти М. Малпиги (1628-1694) и Н. Гру (1641-1712), които откриват и клетъчната структура на много растения.

За да се увери, че това, което Р. Хук и други учени са видели, е вярно, холандският търговец А. ван Льовенхук, който няма специално образование, самостоятелно разработи дизайн на микроскоп, който е коренно различен от съществуващия, и подобри технологията за производство на лещи. Това му позволи да постигне увеличение от 275-300 пъти и да разгледа такива структурни детайли, които са били технически недостъпни за други учени. А. ван Льовенхук беше ненадминат наблюдател: той внимателно скицира и описа видяното под микроскоп, но не се стреми да го обясни. Той открива едноклетъчни организми, включително бактерии, намира ядра, хлоропласти, удебеляване на клетъчните стени в растителните клетки, но те успяват да оценят откритията му много по-късно.

Откритията на компонентите на вътрешната структура на организмите през първата половина на 19 век следват едно след друго. G. Mole отличава в растителните клетки живо вещество и водна течност - клетъчен сок, открити пори. Английският ботаник Р. Браун (1773-1858) през 1831 г. открива ядрото в клетките на орхидеята, след което е открито във всички растителни клетки. Чешкият учен Й. Пуркине (1787-1869) въвежда термина "протоплазма" (1840), за да обозначи полутвърдото желатиново съдържание на клетка без ядро. Най-напреднал е белгийският ботаник М. Шлейден (1804-1881), който, изучавайки развитието и диференциацията на различни клетъчни структури на висшите растения, доказва, че всички растителни организми произлизат от една клетка. Той също така изследва в ядрата на клетките на люспите на лука заоблени малки тела-нуклеоли (1842).

През 1827 г. руският ембриолог К. Баер открива яйцата на хора и други бозайници, като по този начин опровергава концепцията за развитието на организъм изключително от мъжки гамети. Освен това той доказа образуването на многоклетъчен животински организъм от една клетка - оплодено яйце, както и сходството на етапите на ембрионално развитие на многоклетъчни животни, което предполага единството на техния произход. Информацията, натрупана до средата на 19 век, изисква обобщение, което се превръща в клетъчната теория. Биологията дължи формулировката си на немския зоолог Т. Шван (1810-1882), който въз основа на собствените си данни и заключенията на М. Шлайден за развитието на растенията излага предположението, че ако в всяка формация, видима под микроскоп, тогава тази формация е клетка. Въз основа на този критерий Т. Шван формулира основните положения на клетъчната теория.

Германският лекар и патолог Р. Вирхов (1821-1902) въвежда в тази теория друга важна разпоредба: клетките възникват само чрез делене на първоначалната клетка, тоест клетките се образуват само от клетки („клетка от клетка“).

От създаването на клетъчната теория доктрината за клетката като единица от структура, функция и развитие на тялото непрекъснато се развива. До края на 19-ти век, благодарение на успехите на микроскопската технология, структурата на клетката е изяснена, описани органели - части от клетката, които изпълняват различни функции, изследвани са методите за образуване на нови клетки (митоза, мейоза). , и стана ясно първостепенното значение на клетъчните структури при предаването на наследствени свойства. Използването на най-новите физико-химични методи за изследване даде възможност да се вникнат в процесите на съхранение и предаване на наследствена информация, както и да се изучи фината структура на всяка от клетъчните структури. Всичко това допринесе за отделянето на клетъчната наука в независим клон на знанието - цитология.

Клетъчната структура на организмите, сходството на структурата на клетките на всички организми - основата на единството на органичния свят, доказателство за връзката на живата природа

Всички познати днес живи организми (растения, животни, гъби и бактерии) имат клетъчна структура. Дори вируси, които нямат клетъчна структура, могат да се възпроизвеждат само в клетките. Клетката е елементарна структурна и функционална единица на живо същество, която е присъща на всички нейни прояви, по-специално на метаболизма и преобразуването на енергия, хомеостаза, растеж и развитие, възпроизвеждане и раздразнителност. Освен това именно в клетките се съхранява, обработва и реализира наследствената информация.

Въпреки цялото разнообразие от клетки, структурният план за тях е един и същ: всички те съдържат наследствен апаратпотопен в цитоплазма, и заобикалящата я клетка плазмената мембрана.

Клетката е възникнала в резултат на дълга еволюция на органичния свят. Обединяването на клетките в многоклетъчен организъм не е просто сумиране, тъй като всяка клетка, като запазва всички характеристики, присъщи на живия организъм, в същото време придобива нови свойства поради изпълнението на определена функция. От една страна, многоклетъчният организъм може да бъде разделен на съставните му части - клетки, но от друга страна, събирайки ги отново заедно, е невъзможно да се възстановят функциите на целия организъм, тъй като само при взаимодействието на части от се появяват нови свойства на системата. Това разкрива един от основните закони, които характеризират живите същества – единството на дискретното и интегралното. Малкият размер и значителният брой клетки създават голяма повърхност в многоклетъчните организми, която е необходима за осигуряване на бърз метаболизъм. Освен това, в случай на смърт на една част от тялото, нейната цялост може да бъде възстановена поради възпроизводството на клетките. Извън клетката съхранението и предаването на наследствена информация, съхранението и преноса на енергия с последващото й превръщане в работа са невъзможни. И накрая, разделянето на функциите между клетките в многоклетъчния организъм предоставя широки възможности на организмите да се адаптират към околната среда и е предпоставка за усложняването на тяхната организация.

По този начин установяването на единството на плана на структурата на клетките на всички живи организми послужи като доказателство за единството на произхода на целия живот на Земята.

Разнообразие от клетки. Прокариотни и еукариотни клетки. Сравнителна характеристика на клетките на растения, животни, бактерии, гъби. Разнообразие на клетките

Според клетъчната теория клетката е най-малката структурна и функционална единица на организмите, която притежава всички свойства на живите същества. Според броя на клетките организмите се делят на едноклетъчни и многоклетъчни. Клетките на едноклетъчните организми съществуват като независими организми и изпълняват всички функции на живите същества. Всички прокариоти и редица еукариоти (много видове водорасли, гъби и протозои) са едноклетъчни и се отличават с изключително разнообразие от форми и размери. Въпреки това, повечето организми все още са многоклетъчни. Техните клетки се специализират в изпълнението на определени функции и образуват тъкани и органи, което не може да не се отрази в морфологични особености. Например човешкото тяло се формира от около 10 14 клетки, представени от около 200 вида, имащи голямо разнообразие от форми и размери.

Формата на клетките може да бъде кръгла, цилиндрична, кубична, призматична, дисковидна, веретенообразна, звездовидна и т. н. И така, яйцата имат закръглена форма, епителните клетки - цилиндрични, кубични и призматични, еритроцитите на кръвта имат формата на двойно вдлъбнат диск, клетките на мускулната тъкан са веретенообразни, а звездообразни - клетки на нервната тъкан. Редица клетки изобщо нямат постоянна форма. Те включват преди всичко кръвни левкоцити.

Размерите на клетките също варират значително: повечето от клетките на многоклетъчния организъм имат размери от 10 до 100 микрона, а най-малките - 2-4 микрона. Долната граница се дължи на факта, че клетката трябва да има минимален набор от вещества и структури, за да осигури жизненоважна дейност, а твърде голяма клетка ще възпрепятства обмена на вещества и енергия с околната среда, а също така ще възпрепятства процесите на поддържане хомеостаза. Някои клетки обаче могат да се видят с просто око. На първо място, те включват клетките на плодовете на динята и ябълката, както и яйцата на рибите и птиците. Дори ако едно от линейните размери на клетката надвишава средното, всички останали са нормални. Например, процесът на неврон може да надвишава 1 m дължина, но диаметърът му все пак ще съответства на средната стойност. Няма пряка връзка между размера на клетката и размера на тялото. И така, мускулните клетки на слон и мишка са с еднакъв размер.

Прокариотни и еукариотни клетки

Както бе споменато по-горе, клетките имат много подобни функционални свойства и морфологични характеристики. Всеки от тях се състои от цитоплазма, потопена в него наследствен апарат, и е отделен от външната среда плазмената мембрана, или плазмалемакоето не пречи на процеса на метаболизъм и енергия. Извън мембраната клетката може да има и клетъчна стена, състояща се от различни вещества, която служи за защита на клетката и е вид нейния външен скелет.

Цитоплазмата е цялото съдържание на клетка, което запълва пространството между плазмената мембрана и структурата, съдържаща генетична информация. Състои се от основно вещество - хиалоплазми- и органели и включвания, потопени в него. Органели- това са постоянни компоненти на клетка, които изпълняват определени функции, а включванията са компоненти, които се появяват и изчезват по време на живота на клетката, които изпълняват основно функции за съхранение или отделяне. Включенията често се разделят на твърди и течни. Твърдите включвания са представени главно от гранули и могат да имат различна природа, докато вакуолите и мастните капчици се считат за течни включвания.

Понастоящем се разграничават два основни типа клетъчна организация: прокариотна и еукариотна.

Прокариотната клетка няма ядро, нейната генетична информация не е отделена от цитоплазмата с мембрани.

Областта на цитоплазмата, която съхранява генетична информация в прокариотната клетка, се нарича нуклеоид... В цитоплазмата на прокариотните клетки има основно един вид органели - рибозоми, а органели, заобиколени от мембрани, отсъстват напълно. Бактериите са прокариоти.

Еукариотна клетка - клетка, в която има поне на един от етапите на развитие ядро- специална структура, в която се намира ДНК.

Цитоплазмата на еукариотните клетки се отличава със значително разнообразие от мембранни и немембранни органели. Еукариотните организми включват растения, животни и гъби. Размерът на прокариотните клетки, като правило, е с порядък по-малък от размера на еукариотните клетки. Повечето прокариоти са едноклетъчни организми, докато еукариотите са многоклетъчни.

Сравнителна характеристика на структурата на клетките на растения, животни, бактерии и гъби

В допълнение към характеристиките, характерни за прокариотите и еукариотите, клетките на растенията, животните, гъбите и бактериите имат и редица други характеристики. И така, растителните клетки съдържат специфични органели - хлоропласти, които определят способността им за фотосинтеза, докато в други организми тези органели не се срещат. Разбира се, това не означава, че други организми са неспособни на фотосинтеза, тъй като, например, при бактериите, това се случва при инвагинации на плазмалемата и отделни мембранни везикули в цитоплазмата.

Растителните клетки, като правило, съдържат големи вакуоли, пълни с клетъчен сок. Те се намират и в клетките на животни, гъбички и бактерии, но имат съвсем различен произход и изпълняват различни функции. Основното резервно вещество, което се среща под формата на твърди включвания, в растенията е нишестето, при животните и гъбите - гликоген, а в бактериите - гликоген или волютин.

Друга отличителна черта на тези групи организми е организацията на повърхностния апарат: клетките на животинските организми нямат клетъчна стена, тяхната плазмена мембрана е покрита само с тънък гликокаликс, докато всички останали го имат. Това е напълно разбираемо, тъй като начинът на хранене на животните е свързан с улавяне на хранителни частици в процеса на фагоцитоза, а наличието на клетъчна стена би ги лишило от тази възможност. Химическата природа на веществото, което е част от клетъчната стена, не е еднакво за различните групи живи организми: ако в растенията това е целулоза, то при гъбичките е хитин, а при бактериите е муреин. Сравнителна характеристика на структурата на клетките на растения, животни, гъби и бактерии

Знак	Бактерии	Животни	гъби	Растения
Начин на хранене	Хетеротрофни или автотрофни	Хетеротрофни	Хетеротрофни	Автотрофни
Организиране на наследствена информация	Прокариоти	еукариоти	еукариоти	еукариоти
локализация на ДНК	Нуклеоид, плазмиди	Ядро, митохондрии	Ядро, митохондрии	Ядро, митохондрии, пластиди
Плазмената мембрана	Има	Има	Има	Има
Клетъчна стена	Мурейновая	—	Chitinovaya	целулоза
Цитоплазма	Има	Има	Има	Има
Органели	Рибозоми	Мембранни и немембранни, включително клетъчния център	Мембранни и немембранни	Мембранни и немембранни, включително пластиди
Органели за движение	Жгутици и въси	Жгутици и реснички	Жгутици и реснички	Жгутици и реснички
Вакуоли	Рядко	Съкратителна, храносмилателна	Понякога	Централна вакуола с клетъчен сок
Включения	Гликоген, волютин	гликоген	гликоген	Нишесте

Разликите в структурата на клетките на представители на различни царства на живата природа са показани на фигурата.

Химичният състав на клетката. Макро и микроелементи. Връзката между структурата и функциите на неорганичните и органичните вещества (протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ), които изграждат клетката. Ролята на химикалите в клетката и човешкото тяло

Клетъчна химия

Тези химични елементи образуват неорганични и органични вещества. Въпреки факта, че неорганичните вещества преобладават в живите организми, именно органичните вещества определят уникалността на техния химичен състав и феномена на живота като цяло, тъй като те се синтезират главно от организми в процеса на живот и играят важна роля в реакциите .

Химичен елемент	земната кора	Морска вода	Живи организми
О	49.2	85.8	65-75
° С	0.4	0.0035	15-18
Х	1.0	10.67	8-10
н	0.04	0.37	1.5-3.0
П	0.1	0.003	0.20-1.0
С	0.15	0.09	0.15-0.2
К	2.35	0.04	0.15-0.4
ок	3.25	0.05	0.04-2.0
Cl	0.2	0.06	0.05-0.1
Mg	2.35	0.14	0.02-0.03
на	2.4	1.14	0.02-0.03
Fe	4.2	0.00015	0.01-0.015
Zn	< 0.01	0.00015	0.0003
Cu	< 0.01	< 0.00001	0.0002
аз	< 0.01	0.000015	0.0001
Ф	0.1	2.07	0.0001

Макро и микроелементи

В живите организми има около 80 химични елемента, но само 27 от тях са установили функциите си в клетката и тялото. Останалите елементи присъстват в малки количества и, очевидно, влизат в тялото с храна, вода и въздух. Съдържанието на химични елементи в тялото варира значително. В зависимост от концентрацията си те се делят на макроелементи и микроелементи.

Концентрацията на всеки макроелементив организма надвишава 0,01%, а общото им съдържание е 99%. Макронутриентите включват кислород, въглерод, водород, азот, фосфор, сяра, калий, калций, натрий, хлор, магнезий и желязо. Първите четири от изброените елемента (кислород, въглерод, водород и азот) също се наричат органогенни, тъй като те са част от основните органични съединения. Фосфорът и сярата също са компоненти на редица органични вещества, като протеини и нуклеинови киселини. Фосфорът е от съществено значение за образуването на кости и зъби.

Микроелементисе съдържат в организма в концентрации под 0,01%, а общата им концентрация в клетката не достига дори 0,1%. Микроелементите включват цинк, мед, манган, кобалт, йод, флуор и др. Цинкът е част от хормона на панкреаса инсулин, медта е необходима за процесите на фотосинтеза и дишане. Кобалтът е компонент на витамин В12, липсата на който води до анемия. Йодът е необходим за синтеза на хормони на щитовидната жлеза, които осигуряват нормалния ход на метаболизма, а флуорът е свързан с образуването на зъбния емайл.

Липсата на макро- и микроелементи може да се компенсира чрез увеличаване на съдържанието им в храната и питейната вода, както и чрез прием на лекарства. И така, йодът се намира в морски дарове и йодирана сол, калций в яйчени черупки и др.

Връзката между структурата и функциите на неорганичните и органичните вещества (протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ), които изграждат клетката. Ролята на химикалите в клетката и човешкото тяло

Неорганични вещества

Химичните елементи на клетката образуват различни съединения – неорганични и органични. Неорганичните вещества на клетката включват вода, минерални соли, киселини и др., а органичните - протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, АТФ, витамини и др.

Вода(H 2 O) е най-разпространеното неорганично вещество на клетката с уникални физикохимични свойства. Няма вкус, цвят, мирис. Плътността и вискозитетът на всички вещества се оценяват с вода. Подобно на много други вещества, водата може да бъде в три агрегатни състояния: твърдо (лед), течно и газообразно (пара). Точката на топене на водата е $ 0 ° $ C, точката на кипене е $ 100 ° C, но разтварянето на други вещества във вода може да промени тези характеристики. Топлинният капацитет на водата също е доста висок - 4200 kJ / mol · K, което й позволява да участва в процесите на терморегулация. В молекулата на водата водородните атоми са разположени под ъгъл от $ 105 ° $, докато общите електронни двойки се изтеглят от по-електроотрицателния кислороден атом. Това определя диполните свойства на водните молекули (единият им край е положително зареден, а другият - отрицателно) и възможността за водородни връзки между водните молекули. Адхезията на водните молекули е в основата на явлението повърхностно напрежение, капилярност и свойствата на водата като универсален разтворител. В резултат на това всички вещества се разделят на водоразтворими (хидрофилни) и неразтворими във вода (хидрофобни). Благодарение на тези уникални свойства е предопределено водата да е в основата на живота на Земята.

Минерални солиможе да бъде в разтворено или неразтворено състояние. Разтворими солидисоциират на йони - катиони и аниони. Най-важните катиони са калиеви и натриеви йони, които улесняват пренасянето на вещества през мембраната и участват в възникването и провеждането на нервния импулс; както и калциеви йони, които участват в процесите на свиване на мускулните влакна и съсирване на кръвта; магнезий, който е част от хлорофила; желязо, което е част от редица протеини, включително хемоглобин. Най-важните аниони са фосфатният анион, който е част от АТФ и нуклеиновите киселини, и остатъкът от въглеродна киселина, който смекчава колебанията в рН на средата. Йоните на минералните соли осигуряват както проникването на самата вода в клетката, така и нейното задържане в нея. Ако концентрацията на соли в средата е по-ниска, отколкото в клетката, тогава водата прониква в клетката. Също така йоните определят буферните свойства на цитоплазмата, т.е. способността й да поддържа постоянството на слабо алкалното рН на цитоплазмата, въпреки постоянното образуване на киселинни и алкални продукти в клетката.

Органична материя

Обща характеристика на органичните вещества на клетката

Органичните вещества на клетката могат да бъдат представени както от относително прости молекули, така и от по-сложни. В случаите, когато сложна молекула (макромолекула) се образува от значителен брой повтарящи се по-прости молекули, тя се нарича полимери структурни звена - мономери... В зависимост от това дали полимерните единици се повтарят или не, те се наричат редовенили нередовен... Полимерите съставляват до 90% от масата на сухото вещество на клетката. Принадлежат към три основни класа органични съединения – въглехидрати (полизахариди), протеини и нуклеинови киселини. Редовните полимери са полизахариди, докато протеините и нуклеиновите киселини са неправилни. При протеините и нуклеиновите киселини последователността на мономерите е изключително важна, тъй като те изпълняват информационна функция.

Въглехидрати

Въглехидрати- Това са органични съединения, които включват основно три химични елемента - въглерод, водород и кислород, въпреки че редица въглехидрати съдържат и азот или сяра. Общата формула на въглехидратите е C m (H 2 O) n. Те се делят на прости и сложни въглехидрати.

Прости въглехидрати (монозахариди)съдържат една молекула захар, която не може да бъде разбита на по-прости. Те са кристални вещества, сладки на вкус и лесно разтворими във вода. Монозахаридите участват активно в метаболизма в клетката и са част от сложните въглехидрати – олигозахариди и полизахариди.

Монозахаридите се класифицират по броя на въглеродните атоми (C3-C9), напр. пентози(C 5) и хексози(С 6). Пентозите включват рибоза и дезоксирибоза. рибозае част от РНК и АТФ. Дезоксирибозае компонент на ДНК. Хексозите (C 6 H 12 O 6) са глюкоза, фруктоза, галактоза и др. глюкоза(гроздова захар) се намира във всички организми, включително и в човешката кръв, тъй като е енергиен резерв. Той е част от много сложни захари: захароза, лактоза, малтоза, нишесте, целулоза и др. Фруктоза(плодова захар) в най-високи концентрации се съдържа в плодовете, меда, корените на захарното цвекло. Тя не само участва активно в метаболитните процеси, но също така е част от захарозата и някои полизахариди, като инсулин.

Повечето монозахариди са способни да дадат сребърна огледална реакция и да редуцират медта чрез добавяне на течност (смес от разтвори на меден (II) сулфат и калиево-натриев тартарат) и кипене.

ДА СЕ олигозахаридивключват въглехидрати, образувани от няколко остатъка от монозахариди. Те обикновено са също силно разтворими във вода и сладки на вкус. В зависимост от количеството на тези остатъци се разграничават дизахариди (два остатъка), тризахариди (три) и др. Към дизахаридите спадат захарозата, лактозата, малтозата и др. Захароза(цвекло или тръстикова захар) се състои от остатъци от глюкоза и фруктоза, намира се в органите за съхранение на някои растения. Захарозата е особено изобилна в кореноплодите от захарно цвекло и захарна тръстика, откъдето се добиват индустриално. Той служи като еталон за сладостта на въглехидратите. лактоза, или млечна захар, образуван от остатъци от глюкоза и галактоза, се намира в майчиното и кравето мляко. малтоза(малцова захар) се състои от два глюкозни остатъка. Образува се при разграждането на полизахаридите в семената на растенията и в храносмилателната система на човека и се използва при производството на бира.

ПолизахаридиТова са биополимери, чиито мономери са моно- или дизахаридни остатъци. Повечето полизахариди са неразтворими във вода и имат неподсладен вкус. Те включват нишесте, гликоген, целулоза и хитин. НишестеПредставлява бяло прахообразно вещество, което не се намокря с вода, но образува суспензия, когато се запари с гореща вода - паста. Всъщност нишестето се състои от два полимера – по-малко разклонена амилоза и по-разклонена амилопектин (Фигура 2.9). Мономерът както на амилозата, така и на амилопектина е глюкозата. Нишестето е основното хранително вещество на растенията, което се натрупва в огромни количества в семена, плодове, грудки, коренища и други органи за съхранение на растения. Качествена реакция към нишестето е реакцията с йод, при която нишестето става синьо-виолетово.

гликоген(животински нишесте) е резервен полизахарид на животни и гъби, който при човека се натрупва в най-големи количества в мускулите и черния дроб. Освен това е неразтворим във вода и има пикантен вкус. Гликогенният мономер е глюкоза. В сравнение с молекулите на нишестето, молекулите на гликогена са още по-разклонени.

целулоза, или целулоза, Е основният поддържащ растителен полизахарид. Целулозният мономер е глюкоза. Неразклонените целулозни молекули образуват снопове, които са част от клетъчните стени на растенията. Целулозата е основата на дървесината, използва се в строителството, в производството на текстил, хартия, алкохол и много органични вещества. Целулозата е химически инертна и не се разтваря в киселини или основи. Освен това не се разгражда от ензимите на човешката храносмилателна система, но бактериите в дебелото черво улесняват храносмилането му. Освен това фибрите стимулират свиването на стените на стомашно-чревния тракт, като спомагат за подобряване на неговата функция.

ХитинТова е полизахарид, чийто мономер е монозахарид, съдържащ азот. Той е част от клетъчните стени на гъбичките и черупките на членестоноги. В храносмилателната система на човека също липсва ензимът за смилане на хитин, само някои бактерии го имат.

Функции на въглехидратите.Въглехидратите изпълняват пластични (изграждащи), енергийни, съхраняващи и поддържащи функции в клетката. Те образуват клетъчните стени на растенията и гъбите. Енергийната стойност на разграждането на 1 g въглехидрати е 17,2 kJ. Глюкоза, фруктоза, захароза, нишесте и гликоген са складови вещества. Въглехидратите също могат да бъдат част от сложни липиди и протеини, образувайки гликолипиди и гликопротеини, по-специално в клетъчните мембрани. Не по-малко важна е ролята на въглехидратите в междуклетъчното разпознаване и възприемане на сигнали от околната среда, тъй като те функционират като рецептори в състава на гликопротеините.

Липиди

ЛипидиТова е химически хетерогенна група от нискомолекулни вещества с хидрофобни свойства. Тези вещества са неразтворими във вода, образуват емулсии в нея, но в същото време се разтварят добре в органични разтворители. Липидите са мазни на допир и много от тях оставят характерни несъхнещи следи върху хартията. Заедно с протеините и въглехидратите те са един от основните компоненти на клетките. Съдържанието на липиди в различните клетки не е еднакво, особено в семената и плодовете на някои растения, в черния дроб, сърцето и кръвта.

В зависимост от структурата на молекулата липидите се делят на прости и сложни. ДА СЕ простолипидите включват неутрални липиди (мазнини), восъци и стероиди. Комплекслипидите съдържат и друг, нелипиден компонент. Най-важните от тях са фосфолипидите, гликолипидите и др.

Мазниниса естери на тривалентен алкохол на глицерол и висши мастни киселини. Повечето мастни киселини съдържат 14-22 въглеродни атома. Сред тях има както наситени, така и ненаситени, тоест съдържащи двойни връзки. От наситените мастни киселини най-често се срещат палмитинова и стеаринова, а от ненаситените – олеинова. Някои ненаситени мастни киселини не се синтезират в човешкото тяло или се синтезират в недостатъчни количества, поради което са незаменими. Глицериновите остатъци образуват хидрофилни „глави“, а мастните киселини образуват хидрофобни „опашки“.

Мазнините изпълняват в клетките основно функция за съхранение и служат като източник на енергия. Те са богати на подкожна мастна тъкан, която изпълнява амортизационни и топлоизолационни функции, а при водните животни също повишава плаваемостта. Растителните мазнини съдържат предимно ненаситени мастни киселини, в резултат на което те са течни и се наричат масла... Маслата се намират в семената на много растения като слънчоглед, соя, рапица и др.

ВосъциТова са естери и смеси от мастни киселини и мастни алкохоли. При растенията образуват филм върху листната повърхност, който предпазва от изпаряване, проникване на патогени и пр. При редица животни покриват тялото или служат за изграждане на пчелни пити.

ДА СЕ стероидивключват липиди като холестерол - основен компонент на клетъчните мембрани, както и половите хормони естрадиол, тестостерон, витамин D и др.

Фосфолипиди, освен остатъци от глицерол и мастни киселини, съдържат остатъци от ортофосфорна киселина. Те са част от клетъчните мембрани и осигуряват техните бариерни свойства.

гликолипидиса също компоненти на мембраните, но съдържанието им там е малко. Нелипидната част на гликолипидите са въглехидратите.

Липидни функции.Липидите изпълняват пластични (изграждащи), енергийни, съхраняващи, защитни, отделителни и регулаторни функции в клетката; освен това те са витамини. Той е основен компонент на клетъчните мембрани. Когато 1 g липиди се разградят, се освобождават 38,9 kJ енергия. Те се съхраняват в различни органи на растения и животни. Освен това подкожната мастна тъкан предпазва вътрешните органи от хипотермия или прегряване, както и от шок. Регулаторната функция на липидите е свързана с факта, че някои от тях са хормони. Мастното тяло на насекомите се използва за екскреция.

катерици

катерици- това са съединения с високо молекулно тегло, биополимери, чиито мономери са аминокиселини, свързани с пептидни връзки.

Аминокиселинанаречено органично съединение с аминогрупа, карбоксилна група и радикал. Общо в природата се срещат около 200 аминокиселини, които се различават по радикали и взаимното подреждане на функционалните групи, но само 20 от тях могат да бъдат част от протеините. Тези аминокиселини се наричат протеиногенен.

За съжаление, не всички протеиногенни аминокиселини могат да се синтезират в човешкото тяло, поради което се делят на несъществени и незаменими. Незаменими аминокиселинисе образуват в човешкото тяло в необходимото количество, и незаменим- Не. Те трябва да идват от храната, но могат да бъдат и частично синтезирани от чревни микроорганизми. Има 8 напълно незаменими аминокиселини, включително валин, изолевцин, левцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Въпреки факта, че абсолютно всички протеиногенни аминокиселини се синтезират в растенията, растителните протеини са дефектни, тъй като не съдържат пълен набор от аминокиселини, освен това наличието на протеин във вегетативните части на растенията рядко надвишава 1-2% от масата. Ето защо е необходимо да се ядат протеини не само от растителен, но и от животински произход.

Нарича се последователност от две аминокиселини, свързани с пептидни връзки дипептид, от три - трипептиди др. Сред пептидите има такива важни съединения като хормони (окситоцин, вазопресин), антибиотици и др. Верига от повече от двадесет аминокиселини се нарича полипептид, а полипептидите, съдържащи повече от 60 аминокиселинни остатъка, са протеини.

Нива на протеинова структурна организация.Протеините могат да имат първична, вторична, третична и четвъртична структура.

Първична протеинова структура- това е линейна аминокиселинна последователностсвързани с пептидна връзка. Първичната структура в крайна сметка определя специфичността на протеина и неговата уникалност, тъй като дори да приемем, че средният протеин съдържа 500 аминокиселинни остатъка, тогава броят на възможните им комбинации е 20 500. Следователно промяна в местоположението на най-малко една аминокиселина в първичната структура води до промяна на вторични и висши структури, както и свойствата на протеина като цяло.

Структурните особености на протеина определят неговото пространствено сгъване – появата на вторични и третични структури.

Вторична структурае пространствено сгъване на протеинова молекула във формата спиралиили гънкизадържани от водородни връзки между кислород и водородни атоми на пептидни групи с различни завои на спиралата или гънки. Много протеини съдържат повече или по-малко дълги участъци с вторична структура. Това са например кератини за коса и нокти, копринен фиброин.

Третична структуракатерица ( глобула) също е форма на пространствено сгъване на полипептидната верига, задържана от хидрофобни, водородни, дисулфидни (S – S) и други връзки. Той е характерен за повечето протеини в тялото, като мускулния миоглобин.

Кватернерна структура- най-сложният, образуван от няколко полипептидни вериги, свързани главно със същите връзки като в третичната (хидрофобна, йонна и водородна), както и други слаби взаимодействия. Кватернерната структура е типична за малко протеини като хемоглобин, хлорофил и др.

Различава се формата на молекулата фибриларнаи кълбовиднапротеини. Първите са удължени, като колаген на съединителната тъкан или кератини на косата и ноктите. Глобуларните протеини са под формата на топка (глобула), като мускулен миоглобин.

Прости и сложни протеини.Протеините могат да бъдат простои комплекс.Простите протеини са съставени само от аминокиселини, докато комплекспротеините (липопротеини, хромопротеини, гликопротеини, нуклеопротеини и др.) съдържат протеинови и непротеинови части. Хромопротеинисъдържат оцветена непротеинова част. Те включват хемоглобин, миоглобин, хлорофил, цитохроми и др. Така в състава на хемоглобина всяка от четирите полипептидни вериги на глобиновия протеин е свързана с небелтъчна част - хем, в центъра на който има желязо йон, който придава на хемоглобина червен цвят. Небелтъчна част липопротеиние липид и гликопротеини- въглехидрати. Както липопротеините, така и гликопротеините са част от клетъчните мембрани. Нуклеопротеинипредставляват комплекси от протеини и нуклеинови киселини (ДНК и РНК). Те изпълняват основни функции при съхранението и предаването на наследствена информация.

Протеинови свойства.Много протеини са силно разтворими във вода, но някои от тях са и такива, които се разтварят само в разтвори на соли, основи, киселини или органични разтворители. Структурата на протеиновата молекула и нейната функционална активност зависят от условията на околната среда. Загубата на протеинова молекула от нейната структура при запазване на първичната се нарича денатурация.

Денатурацията възниква поради промени в температурата, pH, атмосферното налягане, под действието на киселини, основи, соли на тежки метали, органични разтворители и др. Обратният процес на възстановяване на вторичните и висшите структури се нарича ренатурацияобаче не винаги е възможно. Нарича се пълно унищожаване на протеинова молекула унищожаване.

Функции на протеините.Протеините изпълняват редица функции в клетката: пластична (изграждаща), каталитична (ензимна), енергийна, сигнална (рецепторна), контрактилна (моторна), транспортна, защитна, регулаторна и съхраняваща.

Структурната функция на протеините е свързана с тяхното присъствие в клетъчните мембрани и структурните компоненти на клетката. Енергия – поради факта, че при разграждането на 1 g протеин се освобождава 17,2 kJ енергия. Мембранните рецепторни протеини участват активно във възприемането на сигнали от околната среда и тяхното предаване в цялата клетка, както и в междуклетъчното разпознаване. Без протеини движението на клетките и организмите като цяло е невъзможно, тъй като те формират основата на жгутиците и ресничките, а също така осигуряват мускулно свиване и движение на вътреклетъчните компоненти. В кръвта на хората и много животни протеинът хемоглобин пренася кислород и част от въглеродния диоксид, докато други протеини транспортират йони и електрони. Защитната роля на протеините е свързана преди всичко с имунитета, тъй като протеинът интерферон е в състояние да унищожи много вируси, а протеините на антителата потискат развитието на бактерии и други чужди агенти. Сред протеините и пептидите има много хормони, например хормонът на панкреаса - инсулин, който регулира концентрацията на глюкоза в кръвта. В някои организми протеините могат да се съхраняват, като бобови растения в семена или протеините на пилешко яйце.

Нуклеинова киселина

Нуклеинова киселинаТова са биополимери, мономерите на които са нуклеотиди. Понастоящем са известни два вида нуклеинови киселини: рибонуклеинова киселина (РНК) и дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК).

Нуклеотидобразуван от азотна основа, остатък от пентозна захар и остатък от фосфорна киселина. Особеностите на нуклеотидите се определят главно от азотните основи, които съставляват техния състав, следователно, дори и конвенционално, нуклеотидите се обозначават с първите букви на имената им. Нуклеотидите могат да включват пет азотни бази: аденин (A), гуанин (G), тимин (T), урацил (U) и цитозин (C). Пентозите на нуклеотидите – рибоза и дезоксирибоза – определят кой нуклеотид ще се образува – рибонуклеотид или дезоксирибонуклеотид. Рибонуклеотидите са РНК мономери, могат да действат като сигнални молекули (cAMP) и да бъдат част от високоенергийни съединения, например АТФ, и коензими, като NADP, NAD, FAD и др., докато дезоксирибонуклеотидите са част от ДНК.

Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК)- двуверижен биополимер, мономерите на който са дезоксирибонуклеотиди. Съставът на дезоксирибонуклеотидите съдържа само четири азотни бази от пет възможни - аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) или цитозин (С), както и остатъци от дезоксирибоза и ортофосфорна киселина. Нуклеотидите във веригата на ДНК са свързани помежду си чрез остатъците от фосфорна киселина, образувайки фосфодиестерна връзка. Когато се образува двуверижна молекула, азотните бази се насочват към вътрешността на молекулата. Свързването на ДНК вериги обаче не се случва произволно - азотните бази на различните вериги са свързани помежду си чрез водородни връзки според принципа на комплементарността: аденинът се свързва с тимина чрез две водородни връзки (A = T), а гуанинът с цитозин - три (G $ ≡ $ C).

За нея бяха установени Правила на Chargaff:

Броят на нуклеотидите в ДНК, съдържаща аденин, е равен на броя на нуклеотидите, съдържащи тимин (A = T).
Броят на нуклеотидите в ДНК, съдържаща гуанин, е равен на броя на нуклеотидите, съдържащи цитозин (G $ ≡ $ C).
Сумата от дезоксирибонуклеотиди, съдържащи аденин и гуанин, е равна на сумата от дезоксирибонуклеотиди, съдържащи тимин и цитозин (A + G = T + C).
Съотношението на сумата на дезоксирибонуклеотидите, съдържащи аденин и тимин, към сумата на дезоксирибонуклеотидите, съдържащи гуанин и цитозин, зависи от вида на организма.

Структурата на ДНК е дешифрирана от Ф. Крик и Д. Уотсън (Нобелова награда по физиология и медицина, 1962 г.). Според техния модел молекулата на ДНК е дясна двойна спирала. Разстоянието между нуклеотидите във веригата на ДНК е 0,34 nm.

Най-важното свойство на ДНК е способността да се репликира (самодупликация). Основната функция на ДНК е съхраняването и предаването на наследствена информация, която се записва под формата на нуклеотидни последователности. Стабилността на ДНК молекулата се поддържа от мощни системи за възстановяване (възстановяване), но дори и те не са в състояние да премахнат напълно неблагоприятните влияния, което в крайна сметка води до появата на мутации. ДНК на еукариотните клетки е концентрирана в ядрото, митохондриите и пластидите, докато прокариотните клетки са разположени директно в цитоплазмата. Ядрената ДНК е основата на хромозомите; тя е представена от незатворени молекули. ДНК на митохондриите, пластидите и прокариотите е с кръгла форма.

рибонуклеинова киселина (РНК)- биополимер, чиито мономери са рибонуклеотиди. Те също така съдържат четири азотни бази - аденин (A), урацил (U), гуанин (G) или цитозин (C), като по този начин се различават от ДНК по една от основите (вместо тимин, урацилът се намира в РНК). Останалата част от пентозната захар в рибонуклеотидите е представена от рибоза. РНК е предимно едноверижни молекули, с изключение на някои вирусни. Има три основни типа РНК: информационна или матрица (тРНК, иРНК), рибозомна (рРНК) и транспортна (тРНК). Всички те се формират в процеса транскрипции- пренаписване от ДНК молекули.

иРНК представлява най-малката част от РНК в клетката (2-4%), което се компенсира от тяхното разнообразие, тъй като една клетка може да съдържа хиляди различни иРНК. Това са едноверижни молекули, които са шаблони за синтеза на полипептидни вериги. Информацията за структурата на протеина се записва в тях под формата на последователности от нуклеотиди и всяка аминокиселина се кодира от триплет от нуклеотиди - кодон.

РРНК е най-разпространеният тип РНК в клетката (до 80%). Молекулното им тегло е средно 3000-5000; се образуват в нуклеолите и са част от клетъчните органели – рибозоми. rRNA също изглежда играе роля в протеиновия синтез.

TРНК е най-малката от РНК молекулите, тъй като съдържа само 73-85 нуклеотида. Техният дял от общото количество РНК в клетката е около 16%. Функцията на tRNA е да транспортира аминокиселини до мястото на протеиновия синтез (до рибозомите). Формата на tRNA молекулата наподобява лист от детелина. В един от краищата на молекулата има място за прикрепване на аминокиселина, а в една от бримките има триплет от нуклеотиди, комплементарни на кодона на иРНК и определящи коя аминокиселина ще носи тРНК - антикодон.

Всички видове РНК участват активно в прилагането на наследствена информация, която се пренаписва от ДНК в иРНК, като върху последната се извършва синтез на протеин. В процеса на протеинов синтез, tRNA доставя аминокиселини на рибозомите, а рРНК е част от самата рибозома.

Аденозин трифосфорна киселина (АТФ)Това е нуклеотид, съдържащ освен азотната основа на аденина и рибозния остатък, три остатъка на фосфорна киселина. Връзките между последните два фосфорни остатъка са високоенергийни (при разцепване се освобождават 42 kJ/mol енергия), докато стандартната химическа връзка при разцепване дава 12 kJ/mol. Ако е необходима енергия, високоенергийната АТФ връзка се разделя, образувайки аденозин дифосфорна киселина (ADP), фосфорен остатък и енергията се освобождава:

ATP + H 2 O $ → $ ADP + H 3 PO 4 + 42 kJ.

ADP може също да се разцепи, за да образува AMP (аденозин монофосфорна киселина) и остатък от фосфорна киселина:

ADP + H 2 O $ → $ AMP + H 3 PO 4 + 42 kJ.

В процеса на енергийния метаболизъм (по време на дишане, ферментация), както и в процеса на фотосинтеза, ADP добавя фосфорен остатък и се превръща в АТФ. Реакцията на редукция на АТФ се нарича фосфорилиране... АТФ е универсален източник на енергия за всички жизнени процеси на живите организми.

Изследването на химичния състав на клетките на всички живи организми показа, че те съдържат едни и същи химични елементи, химикали, които изпълняват едни и същи функции. Освен това, част от ДНК, прехвърлена от един организъм в друг, ще работи в него, а протеинът, синтезиран от бактерии или гъбички, ще функционира като хормон или ензим в човешкото тяло. Това е едно от доказателствата за единството на произхода на органичния свят.

Клетъчна структура. Взаимната връзка 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 наследственият апарат. В зависимост от характеристиките 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 от цитоплазмата се нарича нуклеоид) и не е отделен от него с мембранни структури, докато при еукариотите по-голямата част от ДНК е концентрирана в ядрото, заобиколено от двойна мембрана. В допълнение, генетичната информация на прокариотните клетки, която е в нуклеоида, се записва 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 функцията на биологичните мембрани

Биомембранна структура.Мембраните, които ограничават клетките и мембранните органели на еукариотните клетки, имат общ химичен състав и структура. Те се състоят от 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 в мембраната сами; те са свързани с протеини и липиди. Дебелината на мембраната е 7-10 nm.

Според общоприетия понастоящем течно-мозаичен модел на мембранна структура, липидите образуват двоен слой, или липиден двуслой, при което 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 периферна, или повърхностен... Други протеини са частично или напълно потопени в мембраната - това са интеграл,или потопени протеини... Мембранните протеини изпълняват структурни, транспортни, каталитични, рецепторни и други функции.

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

Биологичните мембрани се различават по местоположението си в клетката, химичния си състав и функциите, които изпълняват. Основните видове мембрани са плазмени и вътрешни. Плазмената мембранасъдържа около 45% липиди (включително гликолипиди), 50% протеини и 5% въглехидрати. Веригите от въглехидрати, които изграждат сложни протеини-гликопротеини и сложни липиди-гликолипиди, стърчат над повърхността на мембраната. Плазмалемните гликопротеини са изключително специфични. Така например върху тях има взаимно разпознаване на клетки, включително сперматозоид и яйцеклетка.

На повърхността на животинските клетки въглехидратните вериги образуват тънък повърхностен слой - гликокаликс.Среща се в почти всички животински клетки, но степента на неговата тежест не е еднаква (10-50 микрона). Гликокаликсът осигурява пряка връзка между клетката и външната среда, в нея се извършва извънклетъчно храносмилане; рецепторите са разположени в гликокаликса. Клетките на бактериите, растенията и гъбите, освен плазмалемата, са заобиколени и от клетъчни мембрани.

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

Функции на мембраната:

Ограничаване.Тя се крие във факта, че те отделят вътрешното пространство на клетката от външната среда. Мембраната е полупропусклива, тоест свободно се преодолява само от онези вещества, които са необходими на клетката, докато има механизми за транспортиране на необходимите вещества.
Рецептор.Преди всичко се свързва с възприемането на сигналите от околната среда и пренасянето на тази информация в клетката. Специални протеинови рецептори са отговорни за тази функция. Мембранните протеини са отговорни и за клетъчното разпознаване по принципа "приятел или враг", както и за образуването на междуклетъчни връзки, най-изучавани от които са синапсите на нервните клетки.
Каталитичен.Върху мембраните са разположени множество ензимни комплекси, в резултат на което върху тях протичат интензивни синтетични процеси.
Преобразуване на енергия.Свързва се с образуването на енергия, нейното съхранение под формата на АТФ и консумация.
Компартментализация.Мембраните също така ограничават пространството вътре в клетката, като по този начин разделят първоначалните вещества на реакцията и ензимите, които могат да извършват съответните реакции.
Образуване на междуклетъчни контакти.Въпреки факта, че дебелината на мембраната е толкова малка, че не може да се различи с невъоръжено око, тя, от една страна, служи като достатъчно надеждна бариера за йони и молекули, особено водоразтворими, а от друга ръка, осигурява пренасянето им в клетката и навън.
Транспорт.

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

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

Осмозата е изключително важна за живота на клетката, тъй като 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 . В животинските клетки клетката като цяло се свива, а в растителните клетки изоставането на цитоплазмата от клетъчната стена, което се нарича плазмолиза... Когато клетката се постави в разтвор, по-малко концентриран от цитоплазмата, водата се транспортира в обратна посока - в клетката. Въпреки това, има ограничения за разтегливостта на цитоплазмената мембрана и животинската клетка в крайна сметка се разкъсва, докато в растителната клетка силната клетъчна стена не позволява това. Явлението запълване на цялото вътрешно пространство на клетката с клетъчно съдържание се нарича деплазмолиза... При приготвянето на лекарствени продукти, особено за интравенозно приложение, трябва да се има предвид концентрацията на вътреклетъчна 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 за култивирането на клетки и тъкани, както и органи на животни и растения.

Активен транспортпротича с консумацията на енергия на АТФ от по-ниска концентрация на вещество към по-висока. Извършва се с помощта на специални протеинови 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 усвояване на вещества от клетката, при който мембраната образува инвагинации и след това образува мембранни везикули - фагозомисъдържащи погълнатите обекти. След това първичната лизозома се слива с фагозома и вторична лизозома, или фаголизозома, или храносмилателна вакуола... Съдържанието на везикулата се разцепва от лизозомни ензими, а продуктите на разцепването се абсорбират и асимилират от клетката. Неразградените остатъци се отстраняват от клетката чрез екзоцитоза. Има два основни типа ендоцитоза: фагоцитоза и пиноцитоза.

ФагоцитозаТова е процесът на улавяне от клетъчната повърхност и усвояване на твърди частици от клетката, и пиноцитоза- течности. Фагоцитозата се среща главно в животинските клетки (едноклетъчни животни, човешки левкоцити), тя осигурява тяхното хранене и често защитава тялото. Чрез пиноцитоза протеини, комплекси антиген-антитяло се абсорбират в хода на имунните реакции и т. н. Много вируси обаче влизат в клетката и чрез пиноцитоза или фагоцитоза. В растителните и гъбичните клетки фагоцитозата е практически невъзможна, тъй като те са заобиколени от силни клетъчни мембрани.

Екзоцитоза- процес, противоположен на ендоцитозата. Така от храносмилателните вакуоли се освобождават несмлени хранителни остатъци, отстраняват се веществата, необходими за живота на клетката и тялото като цяло. Например, предаването на нервни импулси се осъществява поради освобождаването на химически пратеници от неврона, изпращащ импулса - медиатори, а в растителните клетки по този начин се освобождават спомагателни въглехидрати на клетъчната мембрана.

Клетъчни стени на клетки на растения, гъби и бактерии.Извън мембраната клетката може да отдели силен скелет - клетъчната мембрана,или клетъчна стена.

При растенията основата на клетъчната мембрана е целулозаопаковани в снопове от 50-100 молекули. Празнините между тях се запълват с вода и други въглехидрати. Растителната клетъчна мембрана е просмукана с тубули - плазмодесмипрез които преминават мембраните на ендоплазмения ретикулум. Транспортирането на вещества между клетките се осъществява по плазмодесмите. Въпреки това, транспортирането на вещества, например вода, може да се случи по протежение на самите клетъчни стени. С течение на времето различни вещества, включително танини или подобни на мазнини вещества, се натрупват в клетъчната стена на растенията, което води до вдървеняване или запушване на самата клетъчна стена, изместване на водата и смърт на клетъчното съдържание. Между клетъчните стени на съседните растителни клетки има желеобразни разделители - средните пластини, които ги държат заедно и циментират тялото на растението като цяло. Унищожават се само по време на узряването на плодовете и при опадане на листата.

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

При бактериите съставът на клетъчната стена включва въглехидрат с фрагменти от пептиди - муреин, обаче съдържанието му се различава значително при различните групи бактерии. Отгоре на клетъчната стена могат да се отделят и други полизахариди, образувайки лигавична капсула, която предпазва бактериите от външни влияния.

Мембраната определя формата на клетката, служи като механична опора, изпълнява защитна функция, осигурява осмотичните свойства на клетката, ограничава разширяването на живото съдържание и предотвратява разкъсването на клетката, което се увеличава поради притока на вода . Освен това водата и разтворените в нея вещества преодоляват клетъчната стена преди да влязат в цитоплазмата или, обратно, при излизане от нея, докато водата се транспортира по клетъчните стени по-бързо, отколкото през цитоплазмата.

Цитоплазма

Цитоплазма- това е вътрешното съдържание на клетката. В нея са потопени всички органели на клетката, ядрото и различни отпадни продукти.

Цитоплазмата свързва всички части на клетката помежду си, в нея протичат многобройни метаболитни реакции. Цитоплазмата е отделена от околната среда и разделена на отделения чрез мембрани, тоест клетките имат мембранна структура. Може да бъде в две състояния - зол и гел. Сол- това е полутечно, желеобразно състояние на цитоплазмата, при което жизнените процеси протичат най-интензивно, и гел- по-плътно, желеобразно състояние, което пречи на протичането на химичните реакции и транспортирането на вещества.

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

Органели

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

В зависимост от структурните особености те се делят на мембранни и немембранни. Мембранаорганелите от своя страна се класифицират като едномембранни (ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи и лизозоми) или двумембранни (митохондрии, пластиди и ядро). Немембранниорганели са рибозоми, микротубули, микрофиламенти и клетъчния център. Само рибозомите са присъщи на прокариотите от изброените органели.

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

Повечето клетки имат едно ядро, но например в чернодробните и сърдечните клетки 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 нуклеол... Ядрото изпълнява такива важни функции като съхраняване и предаване на наследствена информация, както и контрол на жизнената активност на клетката.

Ролята на ядрото в предаването на наследствена информация е убедително доказана в опити със зеленото водорасло acetabularia. В единична гигантска клетка, достигаща дължина от 5 см, се разграничават шапка, крак и ризоид. Освен това съдържа само едно ядро, разположено в ризоида. През 30-те години на миналия век И. Хемерлинг трансплантира ядрото на един вид ацетабуларии със зелен цвят в ризоида на друг вид, с кафяв цвят, от който ядрото е отстранено. След известно време растението с трансплантираното ядро развива нова капачка, като водорасло донор на ядро. В същото време капачката или стъблото, отделени от ризоида и не съдържащи ядрото, умират след известно време.

Ядрена обвивкаобразуван 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 наситена с множество пори, оградени със специални протеини. Веществата се транспортират през порите: необходимите протеини (включително ензими), йони, нуклеотиди и други вещества влизат в ядрото, а молекулите на РНК, изразходваните протеини и рибозомните субединици 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.

Нуклеоплазманаречено съдържанието на ядрото, в което са потопени хроматинът и ядрото. Това е колоиден разтвор, химически подобен на цитоплазмата. Нуклеоплазмените ензими катализират обмяната на аминокиселини, нуклеотиди, протеини и др. Нуклеоплазмата се свързва с хиалоплазмата чрез ядрени пори. Функциите на нуклеоплазмата, подобно на хиалоплазмата, са да осигуряват взаимосвързаността на всички структурни компоненти на ядрото и осъществяването на редица ензимни реакции.

хроматинсе нарича колекция от тънки нишки и гранули, потопени в нуклеоплазмата. Може да се открие само чрез оцветяване, тъй като индексите на пречупване на хроматина и нуклеоплазмата са приблизително еднакви. Филаментозният компонент на хроматина се нарича еухроматини гранулиран - хетерохроматин... Еухроматинът е слабо уплътнен, тъй като от него се чете наследствена информация, докато по-навитата хетерохроматин е генетично неактивна.

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

Съставът на хроматина включва главно протеини-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 специфични за даден организъм нуклеинови киселини, които насочват синтеза на специфични протеини, и второ, в прехвърлянето на наследствени свойства от майчината клетка към дъщерната, за която хроматинови нишки са опаковани в хромозоми по време на деленето.

Нуклеол- сферично тяло с диаметър 1-3 микрона, ясно видимо под микроскоп. Образува се върху хроматинови участъци, в които е кодирана 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 нуклеоли. Функциите на нуклеолите са синтеза на рРНК и сглобяването на рибозомни субединици чрез комбиниране на рРНК с протеини, идващи от цитоплазмата.

митохондриите- Двумембранните органели са кръгли, овални или пръчковидни, въпреки че се срещат и спираловидни (в сперматозоидите). Диаметърът на митохондриите е до 1 микрон, а дължината - до 7 микрона. Пространството вътре в митохондриите е изпълнено с матрикс. Матрица- Това е основното вещество на митохондриите. В нея са потопени кръгла ДНК молекула и рибозоми. Външната мембрана на митохондриите е гладка и непропусклива за много вещества. Вътрешната мембрана има израстъци - cristaкоито увеличават повърхностната площ на мембраните за химични реакции. На повърхността на мембраната има множество протеинови комплекси, които изграждат така наречената дихателна верига, както и подобните на гъби ензими на АТФ синтетазата. В митохондриите се извършва аеробният етап на дишане, по време на който се синтезира АТФ.

Пластиди- големи двумембранни органели, характерни само за растителните клетки. Вътрешното пространство на пластидите е запълнено строма, или матрица... Стромата съдържа повече или по-малко развита система от мембранни везикули - тилакоидикоито се събират на купчини - зърнакакто и собствената си кръгова ДНК молекула и рибозома. Има четири основни типа пластиди: хлоропласти, хромопласти, левкопласти и пропластиди.

Хлоропласти- това са зелени пластиди с диаметър 3-10 микрона, ясно видими под микроскоп. Срещат се само в зелените части на растенията – листа, млади стъбла, цветове и плодове. Хлоропластите обикновено са с овална или елипсоидна форма, но могат да бъдат и чашовидни, спираловидни и дори лопатки. Броят на хлоропластите в клетката варира средно от 10 до 100 броя. Въпреки това, например, при някои водорасли може да има такъв, да бъде със значителен размер и сложна форма - тогава се нарича хроматофор... В други случаи броят на хлоропластите може да достигне няколко стотин, докато размерът им е малък. Оцветяването на хлоропластите се дължи на основния пигмент на фотосинтезата - хлорофил, въпреки че съдържат и допълнителни пигменти - каротеноиди... Каротеноидите стават видими едва през есента, когато хлорофилът в стареещите листа е унищожен. Основната функция на хлоропластите е фотосинтезата. Светлинните реакции на фотосинтезата протичат върху тилакоидните мембрани, върху които са фиксирани молекули на хлорофила, а тъмните реакции - в стромата, която съдържа множество ензими.

ХромопластиТова са жълти, оранжеви и червени пластиди, съдържащи каротеноидни пигменти. Формата на хромопластите също може да варира значително: те са тръбни, сферични, кристални и др. Хромопластите придават цвят на цветовете и плодовете на растенията, привличайки опрашители и разпространители на семена и плодове.

Левкопласти- Това са бели или безцветни пластиди, обикновено с кръгла или овална форма. Те са широко разпространени в нефотосинтетичните части на растенията, например в обвивката на лист, картофени клубени и др. Те съхраняват хранителни вещества, най-често нишесте, но при някои растения това могат да бъдат протеини или масло.

Пластидите се образуват в растителни клетки от пропластиди, които вече присъстват в клетките на образователната тъкан и представляват малки двумембранни тела. В ранните етапи на развитие различните видове пластиди могат да се трансформират един в друг: когато са изложени на светлина, левкопластите на картофената грудка и хромопластите на корена на моркова стават зелени.

Пластидите и митохондриите се наричат полуавтономни клетъчни органели, тъй като 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 информация е кодирана в хромозомите на ядрото, което му позволява да контролира тези органели.

Ендоплазмен ретикулум (EPS), или ендоплазмен ретикулум (ER), е едномембранен органоид, който представлява мрежа от мембранни кухини и тубули, които заемат до 30% от цитоплазменото съдържание. Диаметърът на EPS тубулите е около 25-30 nm. Има два вида EPS - груб и гладък. Груб EPSноси рибозоми, върху него се синтезират протеини. Гладък EPSлипсват рибозоми. Неговата функция е синтеза на липиди и въглехидрати, както и транспортиране, съхранение и изхвърляне на токсични вещества. Той е особено развит в тези клетки, където протичат интензивни метаболитни процеси, например в чернодробните клетки - хепатоцитите - и скелетните мускулни влакна. Веществата, синтезирани в EPS, се транспортират до апарата на Голджи. В EPS клетъчните мембрани също се сглобяват, но образуването им завършва в апарата на Голджи.

Апарат на Голджи,или комплекс Голджи, Представлява едномембранен органоид, образуван от система от плоски цистерни, тубули и везикули, отделящи се от тях. Структурната единица на апарата на Голджи е диктиозома- купчина резервоари, към единия полюс на които веществата идват от EPS, а от противоположния полюс, след като са претърпели определени трансформации, те се опаковат в мехурчета и се изпращат до други части на клетката. Диаметърът на резервоарите е около 2 микрона, а диаметърът на малките мехурчета е около 20-30 микрона. Основните функции на комплекса Голджи са синтеза на определени вещества и модификацията (промяната) на протеините, липидите и въглехидратите, идващи от EPS, окончателното образуване на мембрани, както и транспортирането на вещества през клетката, обновяването на нейните структури и образуването на лизозоми. Апаратът Голджи получи името си в чест на италианския учен Камило Голджи, който за първи път открива 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, поради което изпълнението на техните функции от лизозомите е много прецизно и целенасочено. И така, те участват активно в процеса на фагоцитоза, образувайки храносмилателни вакуоли и в случай на гладуване или увреждане на определени части на клетката ги усвояват, без да засягат други. Напоследък е открита ролята на лизозомите в процесите на клетъчна смърт.

ВакуолаПредставлява кухина в цитоплазмата на растителни и животински клетки, ограничена от мембрана и пълна с течност. В клетките на протозоите се откриват храносмилателни и контрактилни вакуоли. Първите участват в процеса на фагоцитоза, тъй като разграждат хранителните вещества. Последните осигуряват поддържане на водно-солевия баланс поради осморегулация. Храносмилателните вакуоли се срещат главно при многоклетъчни животни.

Вакуолите винаги присъстват в растителните клетки, те са заобиколени от специална мембрана и са 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 изтласква ядрото към периферията. Тази част от клетката изпълнява складова, отделителна, осмотична, защитна, лизозомна и други функции, тъй като натрупва хранителни вещества и отпадни продукти, осигурява вода и поддържа формата и обема на клетката, а също така съдържа ензими за разцепване на много клетъчни компоненти. В допълнение, биологично активните вещества на вакуолите са в състояние да попречат на много животни да ядат тези растения. При редица растения, поради набъбването на вакуолите, растежът на клетките става чрез разтягане.

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

Рибозоми- малки немембранни органели с диаметър 15-20 микрона, състоящи се от две субединици - голяма и малка. Субединиците на еукариотните рибозоми се сглобяват в ядрото и след това се транспортират до цитоплазмата. Рибозомите на прокариотите, митохондриите и пластидите са по-малки по размер от рибозомите на еукариотите. Субединиците на рибозомите включват рРНК и протеини.

Броят на рибозомите в клетката може да достигне няколко десетки милиони: в цитоплазмата, митохондриите и пластидите те са в свободно състояние, а при груб EPS те са свързани. Те участват в синтеза на протеини, по-специално те осъществяват процеса на транслация - биосинтеза на полипептидната верига върху молекулата на иРНК. Върху свободните рибозоми се синтезират протеини на хиалоплазмата, митохондриите, пластидите и собствените протеини на рибозомите, докато върху рибозомите, прикрепени към грубия EPS, протеините се транслират за отстраняване от клетките, сглобяване на мембраната и образуване на лизозоми и вакуоли.

Рибозомите могат да бъдат разположени в хиалоплазмата поотделно или събрани в групи, като едновременно синтезират няколко полипептидни вериги върху една иРНК. Такива групи рибозоми се наричат полирибозоми, или полизоми.

МикротубулиТова са цилиндрични кухи немембранни органели, които проникват в цялата цитоплазма на клетката. Диаметърът им е около 25 nm, дебелината на стената е 6-8 nm. Те се образуват от множество протеинови молекули тубулин,които първо образуват 13 нишки, наподобяващи мъниста, и след това се сглобяват в микротубула. Микротубулите образуват цитоплазмен ретикулум, който придава на клетката форма и обем, свързва плазмената мембрана с други части на клетката, осигурява транспортиране на вещества в цялата клетка, участва в движението на клетката и вътреклетъчните компоненти, както и в разделяне на генетичен материал. Те са част от клетъчния център и органели на движение – жгутици и реснички.

микрофиламенти,или микрофиламенти, също са немембранни органели, но имат нишковидна форма и се образуват не от тубулин, а актин... Те участват в процесите на мембранния транспорт, междуклетъчното разпознаване, деленето на клетъчната цитоплазма и в нейното движение. В мускулните клетки взаимодействието на актинови микрофиламенти с миозинови нишки осигурява свиване.

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

Клетъчен център- немембранен органоид, разположен 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 образува от две центриолилежащи във взаимно перпендикулярни равнини, и лъчиста сфераот микротубули. Всяка центриола е образувана от девет групи микротубули, събрани в три, тоест триплети. Клетъчният център участва в сглобяването на микротубули, разделянето на наследствения материал на клетката, както и в образуването на флагели и реснички.

Органели на движението. Жгутиции ресничкиса израстъци на клетки, покрити с плазмалема. Основата на тези органели се състои от девет двойки микротубули, разположени по периферията, и две свободни микротубули в центъра. Микротубулите са свързани помежду си с различни протеини, които осигуряват последователното им отклонение от оста – трептене. Осцилациите са летливи, тоест енергията на високоенергийните връзки на АТФ се изразходва за този процес. Възстановяването на загубените флагели и реснички е функция базални тела, или кинетозомаразположени 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 жгутиците и ресничките се осъществява не само движението на едноклетъчни животни, сперматозоиди и др., но и дихателните пътища се прочистват, яйцеклетката се движи през фалопиевите тръби, тъй като всички тези части на човека тялото е облицовано с ресничести епител.

Включения

Включения- това са нестабилни компоненти на клетката, които се образуват и изчезват в хода на нейния живот. Те включват както съхраняващи вещества, например нишесте или протеинови зърна в растителните клетки, гликогенни гранули в клетките на животни и гъбички, волютин в бактерии, капки мазнини във всички видове клетки, така и отпадни продукти, по-специално неразградени хранителни остатъци в резултат на фагоцитоза.образуващи т.нар. остатъчни тела.

Взаимната връзка 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 специфична структура и функции, а от друга, компонент 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 рибозоми, върху които се осъществява този синтез . Повечето рибозоми са разположени върху гранулирания ендоплазмен ретикулум, откъдето протеините най-често се транспортират до комплекса на Голджи, а след това, след модификация, до онези части на клетката, за които са предназначени, или се екскретират. Мембранни пакети от протеини и въглехидрати могат да бъдат включени в мембраните на органелите и цитоплазмената мембрана, осигурявайки тяхното постоянно обновяване. Лизозомите и вакуолите, които изпълняват най-важните функции, също са отделени от комплекса на Голджи. Например, без лизозоми, клетките бързо биха се превърнали в един вид сметище на отпадъчни молекули и структури.

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

Така 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 обмен, тяхната връзка. Етапи на енергийния метаболизъм. Ферментация и дишане. Фотосинтезата, нейното значение, космическата роля. Фази на фотосинтеза. Светли и тъмни реакции на фотосинтезата, тяхната връзка. Хемосинтеза. Ролята на хемосинтетичните бактерии на Земята

Метаболизъм и преобразуване на енергия - свойства на живите организми

Една клетка може да се оприличи на миниатюрна химическа фабрика, в която протичат стотици и хиляди химически реакции.

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

Тя включва приема на вещества в тялото по време на хранене и дишане, вътреклетъчен метаболизъм или метаболизъм, както и разпределението на крайните продукти на размяна.

Метаболизмът е неразривно свързан с преобразуването на едни видове енергия в други. Например, в процеса на фотосинтезата светлинната енергия се съхранява под формата на енергията 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, разсейва се под формата на топлина и др.

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

Ензимите се различават от катализаторите с непротеинов характер по своята висока специфичност на действие, значително увеличаване на скоростта на реакцията с тяхна помощ, както и възможността за регулиране на действието чрез промяна на условията на реакцията или взаимодействието на различни вещества с тях. Освен това условията, при които се осъществява ензимната катализа, са значително различни от тези, при които се осъществява неензимната катализа: температурата от $ 37 ° C $ е оптимална за функционирането на ензимите в човешкото тяло, налягането трябва да бъде близко до атмосферното , а $ pH $ на околната среда може значително да се колебае. Така че за амилазата е необходима алкална среда, а за пепсин - кисела.

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

Енергиен и пластичен метаболизъм, тяхната връзка

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

Пластичен метаболизъм (анаболизъм, асимилация)е набор от реакции на синтез, които протичат с разхода на енергия на АТФ. В процеса на пластичния метаболизъм се синтезират органични вещества, необходими за клетката. Примери за пластични метаболитни реакции са фотосинтеза, протеинова биосинтеза и репликация на ДНК (самоудвояване).

Енергиен метаболизъм (катаболизъм, дисимилация)Това е съвкупност от реакции на разлагане на сложни вещества до по-прости. В резултат на енергийния метаболизъм се отделя енергия, съхранявана под формата на АТФ. Най-важните процеси на енергийния метаболизъм са дишането и ферментацията.

Пластичният и енергийният обмен са неразривно свързани, тъй като в процеса на пластичния метаболизъм се синтезират органични вещества и това изисква енергията на АТФ, а в процеса на енергийния метаболизъм органичните вещества се разделят и се отделя енергия, която след това ще се изразходва за синтезни процеси.

Организмите получават енергия в процеса на хранене, 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. Автотрофиса в състояние самостоятелно да синтезират органични вещества от неорганични и хетеротрофиизползват се само готови органични вещества.

Етапи на енергийния метаболизъм

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

На подготвителен етапмолекули полизахариди, липиди, протеини, нуклеинови киселини се разграждат до по-прости, например глюкоза, глицерол и мастни киселини, аминокиселини, нуклеотиди и т.н. Този етап може да настъпи директно в клетките или в червата, откъдето се разделя веществата се доставят с кръвния поток.

Анаеробна фазаенергийният метаболизъм е придружен от по-нататъшно разцепване на мономерите на органичните съединения до още по-прости междинни съединения, например пирогроздена киселина или пируват. Той не изисква наличието на кислород и за много организми, живеещи в калта на блатата или в човешките черва, това е единственият начин за получаване на енергия. Анаеробният етап на енергийния метаболизъм протича в цитоплазмата.

Различни вещества могат да бъдат подложени на аноксично разцепване, но глюкозата доста често е субстратът на реакциите. Процесът на неговото безкислородно разцепване се нарича гликолиза... По време на гликолизата, глюкозната молекула губи четири водородни атома, тоест се окислява, с образуването на две молекули пирогроздова киселина, две молекули на 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 ADP възниква поради директното прехвърляне на фосфатния анион от предварително фосфорилираната захар и се нарича субстратно фосфорилиране.

Аеробен етапобменът на енергия може да се осъществи само в присъствието на кислород, докато междинните съединения, образувани в процеса на аноксично разцепване, се окисляват до крайни продукти (въглероден диоксид и вода) и се освобождава по-голямата част от енергията, съхранявана в химичните връзки на органичните съединения. Преобразува се в енергията на високоенергийни връзки от 36 АТФ молекули. Този етап също се нарича тъканно дишане... При липса на кислород междинните съединения се превръщат в други органични вещества и този процес се нарича ферментация.

Дъх

Механизмът на клетъчното дишане е показан схематично на фиг.

Аеробното дишане се случва в митохондриите, докато пирогроздена киселина първо губи един въглероден атом, което е придружено от синтеза на един редуциращ еквивалент $ 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 митохондриалния матрикс участва във верига от химични реакции, чиято комбинация се нарича Цикъл на Кребс (цикъл на трикарбоксилна киселина, цикъл на лимонена киселина). По време на тези трансформации се образуват две молекули АТФ, ацетил-КоА се окислява напълно до въглероден диоксид и неговите водородни йони и електрони са прикрепени към водородните носители $ NADH + H ^ (+) $ и $ FADH_2 $. Носителите транспортират водородни протони и електрони към вътрешните митохондриални мембрани, които образуват кристи. С помощта на протеини носители водородните протони се инжектират в междумембранното пространство и електроните се пренасят по така наречената дихателна верига от ензими, разположени върху вътрешната мембрана на митохондриите и се изхвърлят върху кислородните атоми:

$ O_2 + 2e ^ (-) → O_2 ^ - $.

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

От междумембранното пространство водородните протони се транспортират обратно към митохондриалния матрикс с помощта на специални ензими - АТФ синтази, а енергията, освободена при това, се изразходва за синтеза на 34 АТФ молекули от всяка молекула глюкоза. Този процес се нарича окислително фосфорилиране... В митохондриалния матрикс водородните протони реагират с кислородните радикали, за да образуват вода:

$ 4H ^ (+) + O_2 ^ - → 2H_2O $.

Наборът от реакции на кислородно дишане може да се изрази по следния начин:

$ 2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATF. $

Общото уравнение на дишането изглежда така:

$ C_6H_ (12) O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATF. $

Ферментация

При липса или липса на кислород настъпва ферментация. Ферментацията е еволюционно по-ранен метод за получаване на енергия от дишането, но е енергийно по-малко полезна, тъй като в резултат на ферментацията се образува органична материя, която все още е богата на енергия. Има няколко основни типа ферментация: млечна, алкохолна, оцетна киселина и т.н. И така, в скелетните мускули при липса на кислород по време на ферментацията, пирогроздната киселина се редуцира до млечна киселина, докато образуваните преди това редуциращи еквиваленти се консумират и само остават две молекули АТФ:

$ 2C_3H_4O_3 + 2NADH + H ^ (+) → 2C_3N_6O_3 + 2NAD $.

Когато ферментира с помощта на гъбички от дрожди, пирогрозената 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 + НАД ^ (+) $.

При ферментацията с помощта на микроорганизми от пирогроздена киселина могат да се образуват и оцетна, маслена, мравчена киселина и др.

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

Фотосинтезата, нейното значение, космическата роля

Фотосинтезанаречен процес на преобразуване на енергията на светлината 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 около 200 милиарда тона кислород. Този процес осигурява циркулацията на въглерода в биосферата, предотвратявайки натрупването на въглероден диоксид и по този начин предотвратява появата на парников ефект и прегряване на Земята. Органичните вещества, образувани в резултат на фотосинтезата, не се консумират напълно от други организми, значителна част от тях са образували залежи на минерали (въглища и кафяви въглища, нефт) в продължение на милиони години. Напоследък като гориво започнаха да се използват и рапичното масло ("биодизел") и алкохолът, получен от растителни остатъци. Озонът се образува от кислород под действието на електрически разряди, което образува озонов екран, който предпазва целия живот на Земята от разрушителното въздействие на ултравиолетовите лъчи.

Нашият сънародник, изключителен физиолог на растенията К. А. Тимирязев (1843-1920), нарече ролята на фотосинтезата "космическа", тъй като свързва Земята със Слънцето (космическото), осигурявайки приток на енергия към планетата.

Фази на фотосинтеза. 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 изложи предположението, че има две фази на фотосинтезата: светлинаи тъмно... При ниска интензивност на осветеност скоростта на светлинните реакции се увеличава пропорционално на увеличаването на интензитета на светлината и освен това тези реакции не зависят от температурата, тъй като ензими не са необходими за техния поток. Светлинните реакции протичат върху тилакоидните мембрани.

Скоростта на тъмните реакции, напротив, се увеличава с повишаване на температурата; но при достигане на температурния праг от $ 30 ° C $ този растеж спира, което показва ензимната природа 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 мембраните на тилакоидите, които носят няколко вида протеинови комплекси, основните от които са фотосистеми I и II, както и АТФ синтаза. Фотосистемите включват пигментни комплекси, в които освен хлорофил присъстват и каротеноиди. Каротеноидите улавят светлина в области от спектъра, които хлорофилът не, и също така предпазват хлорофила от унищожаване от светлина с висок интензитет.

В допълнение към пигментните комплекси, фотосистемите включват и редица белтъци-акцептори на електрони, които последователно прехвърлят електрони един към друг от молекулите на хлорофила. Последователността на тези протеини се нарича електрон транспортна верига на хлоропластите.

Photosystem II също е свързана със специален комплекс от протеини, който осигурява освобождаването на кислород по време на фотосинтезата. Този освобождаващ кислород комплекс съдържа манганови и хлорни йони.

V светлинна фазасветлинните кванти или фотоните, попадайки върху молекули на хлорофил, разположени върху тилакоидните мембрани, ги прехвърлят във възбудено състояние, характеризиращо се с по-висока електронна енергия. В този случай възбудените електрони от хлорофила на фотосистема I се прехвърлят през верига от посредници към водородния носител NADP, който свързва водородни протони, винаги присъстващи във воден разтвор:

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

Възстановените $ NADPH + H ^ (+) $ впоследствие ще бъдат използвани в тъмната фаза. Електроните от хлорофила на фотосистема II също се пренасят по веригата за транспортиране на електрони, но те запълват „електронните дупки“ на хлорофила във фотосистема I. Липсата на електрони в хлорофила на фотосистема II се запълва поради изтеглянето от водните молекули, което се случва с участието на вече споменатия по-горе кислородо-освобождаващ комплекс. В резултат на разлагането на водните молекули, което се нарича фотолизасе образуват водородни протони и се освобождава молекулен кислород, който е страничен продукт от фотосинтезата:

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

Генетична информация в клетката. Гени, генетичен код и неговите свойства. Матрична природа на реакциите на биосинтеза. Биосинтез на протеини и нуклеинови киселини

Генетична информация в клетката

Възпроизвеждането на свой собствен вид е едно от основните свойства на живите същества. Поради това явление има прилика 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, кодирана в ДНК нуклеотидната последователност, която се осъществява чрез процесите на ДНК репликация (самоудвояване). Всички характеристики и свойства на клетките и организмите се реализират благодарение на протеините, чиято структура се определя преди всичко от нуклеотидните последователности на ДНК. Следователно биосинтезата на нуклеинови киселини и протеини е от първостепенно значение в метаболитните процеси. Генът е структурната единица на наследствената информация.

Гени, генетичен код и неговите свойства

Наследствената информация в клетката не е монолитна, тя е разбита на отделни „думи“ – гени.

генЕ елементарна единица от генетична информация.

Работата по програмата за човешкия геном, която се извършваше едновременно в няколко страни и приключи в началото на този век, ни даде разбирането, че човек има само около 25-30 хиляди гена, но информацията от по-голямата част от нашата ДНК е никога не се чете, тъй като съдържа огромен брой безсмислени секции, повторения и гени, кодиращи черти, които са загубили значението си за хората (опашка, косми по тялото и т.н.). Освен това бяха дешифрирани редица гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целеви гени за лекарства. Практическото прилагане на резултатите, получени по време на изпълнението на тази програма, обаче се отлага, докато не бъдат декодирани геномите на по-голям брой хора и стане ясно как все пак се различават.

Гени, кодиращи първичната структура на протеина, рибозомна или транспортна РНК се наричат структурнии гени, които активират или потискат четенето на информация от структурните гени - регулаторни... Въпреки това, дори структурните гени съдържат регулаторни региони.

Наследствената информация на организмите е кодирана в ДНК под формата на определени комбинации от нуклеотиди и техните последователности - генетичен код... Неговите свойства са: триплетност, специфичност, гъвкавост, излишък и неприпокриване. Освен това в генетичния код няма препинателни знаци.

Всяка аминокиселина е кодирана в ДНК от три нуклеотида - тройка,например, метионинът е кодиран от триплета TAC, тоест кодът е триплет. От друга страна, всеки триплет кодира само една аминокиселина, което го прави специфичен или недвусмислен. Генетичният код е универсален за всички живи организми, тоест наследствената информация за човешките протеини може да бъде прочетена от бактерии и обратно. Това свидетелства за единството на произхода на органичния свят. Въпреки това, 64 комбинации от нуклеотиди от три съответстват само на 20 аминокиселини, в резултат на което една аминокиселина може да бъде кодирана от 2-6 триплета, тоест генетичният код е излишен или изроден. Три тризнаци нямат съответни аминокиселини, те се наричат стоп кодони, тъй като те показват края на синтеза на полипептидната верига.

Последователността на базите в триплетите на ДНК и кодираните от тях аминокиселини

* Стоп кодон, обозначаващ края на синтеза на полипептидна верига.

Съкращения на имената на аминокиселини:

Ала - аланин

Arg - аргинин

Asn - аспарагин

Asp - аспарагинова киселина

Вал - валин

Неговият - хистидин

Gly - глицин

Gln - глутамин

Глу - глутаминова киселина

Ile - изолевцин

Leu - левцин

Лиз - лизин

Met - метионин

Про - пролин

Ser - серин

Tyr - тирозин

Тре - 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 - така синтезираният протеин ще бъде напълно различен не само по нуклеотидна последователност, но и по структура и свойства. Между тризнаците няма препинателни знаци, така че няма пречки за изместване на рамката за четене, което отваря поле за възникване и запазване на мутации.

Матрична природа на реакциите на биосинтеза

Бактериалните клетки са способни да се удвояват на всеки 20-30 минути, а еукариотните клетки - всеки ден или дори по-често, което изисква висока скорост и точност на репликацията на ДНК. В допълнение, всяка клетка съдържа стотици и хиляди копия от много протеини, особено ензими, следователно методът на тяхното производство е неприемлив за тяхното възпроизвеждане. По-прогресивен метод е щамповането, което ви позволява да получите множество точни копия на продукта и освен това да намалите цената му. За щамповане е необходима матрица, с която се прави отпечатъка.

В клетките принципът на матричния синтез е, че нови 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).

Биосинтез на протеини и нуклеинови киселини

ДНК репликация.ДНК е двуверижен биополимер, мономерите на който са нуклеотиди. Ако биосинтезата на ДНК протича на принципа на фотокопирането, тогава неизбежно биха възникнали многобройни изкривявания и грешки в наследствената информация, което в крайна сметка би довело до смъртта на нови организми. Следователно процесът на дублиране на ДНК е различен, полуконсервативен начин: ДНК молекулата се разплита и на всяка от нишките се синтезира нова верига според принципа на комплементарността. Процесът на самовъзпроизвеждане на ДНК молекула, който осигурява точното копиране на наследствената информация и нейното предаване от поколение на поколение, се нарича репликация(от лат. репликация- повторение). В резултат на репликацията се образуват две абсолютно точни копия на ДНК молекулата на майката, всяко от които носи по едно копие на майката.

Процесът на репликация всъщност е изключително сложен, тъй като в него участват редица протеини. Някои от тях развиват двойната спирала на ДНК, други разкъсват водородните връзки между нуклеотидите на комплементарните вериги, а трети (например ензимът ДНК полимераза) избират нови нуклеотиди според принципа на комплементарност и т.н. Двете молекули на ДНК образувани в резултат на репликация в процеса на делене се разминават в две новообразувани дъщерни клетки.

Грешки в процеса на репликация възникват изключително рядко, но ако се появят, те се елиминират много бързо както от ДНК полимерази, така и от специални ензими за възстановяване, тъй като всяка грешка в нуклеотидната последователност може да доведе до необратими промени в структурата и функциите на протеина и , в крайна сметка, влияят неблагоприятно върху жизнеспособността на нова клетка или дори на индивид.

Биосинтеза на протеини.Както образно се изрази 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, тоест от последователността на аминокиселините, кодирани в ДНК. От точността на възпроизвеждане на тази информация зависи не само съществуването на самия полипептид, но и функционирането на клетката като цяло, следователно процесът на протеинов синтез е от голямо значение. Очевидно това е най-сложният процес на синтез в клетката, тъй като включва до триста различни ензими и други макромолекули. Освен това той тече с висока скорост, което изисква още по-голяма прецизност.

Има два основни етапа в биосинтеза на протеини: транскрипция и транслация.

Транскрипция(от лат. транскрипция- пренаписване) е биосинтеза на тРНК молекули върху ДНК матрица.

Тъй като една ДНК молекула съдържа две антипаралелни вериги, четенето на информация от двете вериги би довело до образуването на напълно различни иРНК, следователно биосинтезата им е възможна само на една от веригите, която се нарича кодираща или кодогенна, за разлика от втората, некодиращи или некодогенни. 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.

Синтезираните в процеса на транскрипция иРНК молекули преминават през сложен процес на подготовка за транслация (митохондриалната и пластидната иРНК могат да останат вътре в органелите, където се осъществява вторият етап от биосинтеза на протеина). В процеса на съзряване на иРНК към него са прикрепени първите три нуклеотида (AUG) и опашка от аденилови нуклеотиди, чиято дължина определя колко копия на протеина могат да бъдат синтезирани върху дадена молекула. Едва тогава зрелите иРНК напускат ядрото през ядрените пори.

Успоредно с това в цитоплазмата протича процесът на активиране на аминокиселините, по време на който аминокиселината се прикрепя към съответната свободна tRNA. Този процес се катализира от специален ензим, за него се изразходва АТФ.

Излъчване(от лат. преводачески- трансфер) е биосинтеза на полипептидната верига върху матрицата на иРНК, при която се осъществява транслацията на генетичната информация в аминокиселинната последователност на полипептидната верига.

Вторият етап от протеиновия синтез най-често се случва в цитоплазмата, например върху груб EPS. За протичането му са необходими наличие на рибозоми, активиране на tRNAs, при което те прикрепят съответните аминокиселини, наличие на Mg2+ йони, както и оптимални условия на околната среда (температура, pH, налягане и др.).

За да започнете излъчване ( инициация) малката субединица на рибозомата е прикрепена към тРНК молекулата, готова за синтез, и след това тРНК, носеща аминокиселината метионин, се избира съгласно принципа на комплементарност към първия кодон (AUG). Едва след това се прикрепя голямата рибозомна субединица. В събраната рибозома има два тРНК кодона, първият от които вече е зает. Втора tRNA е прикрепена към съседния кодон, който също носи аминокиселина, след което се образува пептидна връзка между аминокиселинни остатъци с помощта на ензими. Рибозомата движи един кодон на иРНК; първата от tRNA, освободена от аминокиселината, се връща в цитоплазмата за следващата аминокиселина, а фрагментът от бъдещата полипептидна верига виси на останалата tRNA, сякаш. Следващата tRNA е прикрепена към нов кодон в рибозомата, процесът се повтаря и стъпка по стъпка полипептидната верига се удължава, т.е. удължаване.

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

Транслацията е много енергоемък процес, тъй като енергията на една молекула АТФ се изразходва за прикрепването на една аминокиселина към тРНК, а още няколко се използват за придвижване на рибозомата по протежение на молекулата на иРНК.

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

Клетката е генетична единица на живо същество. Хромозомите, тяхната структура (форма и размер) и функции. Броят на хромозомите и тяхното постоянство на видовете. Соматични и зародишни клетки. Жизненият цикъл на клетката: интерфаза и митоза. Митозата е деленето на соматичните клетки. Мейоза. Фази на митоза и мейоза. Развитието на зародишните клетки в растенията и животните. Делението на клетките е основата за растежа, развитието и възпроизводството на организмите. Ролята на мейозата и митозата

Клетката е генетична единица на живо

Въпреки факта, че нуклеиновите киселини са носител на генетична информация, прилагането на тази информация е невъзможно извън клетката, което лесно се доказва с примера на вирусите. Тези организми, често съдържащи само ДНК или РНК, не могат да се възпроизвеждат сами, за това те трябва да използват наследствения апарат на клетката. Те дори не могат да влязат в клетка без помощта на самата клетка, освен чрез използването на мембранни транспортни механизми или поради клетъчно увреждане. Повечето вируси са нестабилни; те умират само след няколко часа престой на открито. Следователно, клетката е генетична единица на живо, притежаваща минимален набор от компоненти за запазване, модифициране и прилагане на наследствена информация, както и предаването й на потомци.

Повечето от генетичната информация на еукариотната клетка е концентрирана в ядрото. Характерна особеност на неговата организация е, че за разлика от ДНК на прокариотната клетка, еукариотните ДНК молекули не са затворени и образуват сложни комплекси с протеини - хромозоми.

Хромозомите, тяхната структура (форма и размер) и функции

хромозома(от гръцки. хром- цвят, оцветяване и сом- тяло) е структурата на клетъчното ядро, която съдържа гени и носи определена наследствена информация за характеристиките и свойствата на организма.

Понякога кръговите ДНК молекули на прокариотите се наричат още хромозоми. Хромозомите са способни да се самоудвояват, имат структурна и функционална индивидуалност и я запазват за поколенията. Всяка клетка носи цялата наследствена информация на тялото, но само малка част работи в нея.

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

Хромозомите се виждат най-добре под светлинен микроскоп по време на клетъчно делене, когато в резултат на уплътняване те приемат формата на пръчковидни тела, разделени от първично стеснение - центромер — на раменете... Хромозомата може също да съдържа вторично свиване, което в някои случаи отделя т.нар сателит... Краищата на хромозомите се наричат теломери... Теломерите предотвратяват залепването на краищата на хромозомите и осигуряват прикрепването им към ядрената мембрана в неделяща се клетка. В началото на деленето хромозомите се удвояват и се състоят от две дъщерни хромозоми - хроматидизакрепени в центромера.

По отношение на формата се разграничават равни рамена, неравни рамена и пръчковидни хромозоми. Размерите на хромозомите варират значително, но средната хромозома е 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 polytenny... Те се намират в слюнчените жлези на ларвите на Drosophila, както и в храносмилателните жлези на кръглия червей.

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

Според клетъчната теория клетката е единица за структура, живот и развитие на организма. По този начин такива основни функции на живите същества като растеж, размножаване и развитие на организма се осигуряват на клетъчно ниво. Клетките на многоклетъчните организми могат да бъдат разделени на соматични и репродуктивни клетки.

Соматични клетки- това са всички клетки на тялото, които се образуват в резултат на митотично делене.

Изследването на хромозомите даде възможност да се установи, че постоянен брой хромозоми е характерен за соматичните клетки на организма на всеки биологичен вид. Например, човек има 46. Наборът от хромозоми от соматични клетки се нарича диплоиден(2n) или двойно.

Полови клетки, или гамети, Са специализирани клетки, които служат за сексуално размножаване.

Гаметите винаги съдържат наполовина по-малко хромозоми, отколкото в соматичните клетки (при хората - 23), следователно наборът от хромозоми на зародишните клетки се нарича хаплоиден(n) или единична. Образуването му е свързано с мейотичното клетъчно делене.

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

В ядрата на някои соматични клетки броят на хромозомите може да се различава от броя им в соматичните клетки. Ако тази разлика е по-голяма с едно, две, три и т.н. хаплоидни набори, тогава такива клетки се наричат полиплоид(съответно три-, тетра-, пентаплоид). В такива клетки метаболитните процеси обикновено са много интензивни.

Броят на хромозомите сам по себе си не е специфичен за вида черта, тъй като различните организми могат да имат еднакъв брой хромозоми, а свързаните могат да се различават. Например, маларията Plasmodium и конската аскарида имат две хромозоми, докато хората и шимпанзетата имат съответно 46 и 48.

Човешките хромозоми са разделени на две групи: автозоми и полови хромозоми (хетерохромозоми). Autosomв човешките соматични клетки има 22 двойки, те са еднакви за мъжете и жените, и полови хромозомисамо една двойка, но тя е тази, която определя пола на индивида. Има два вида полови хромозоми - X и Y. Клетките на женското тяло носят две X хромозоми, а на мъжете - X и Y.

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

Условното обозначение на кариотипа включва общия брой хромозоми, половите хромозоми и възможните отклонения в набора от хромозоми. Например, кариотипът на нормален мъж се записва като 46, XY, а кариотипът на нормална жена е 46, XX.

Жизненият цикъл на клетката: интерфаза и митоза

Клетките не възникват всеки път наново, те се образуват само в резултат на деленето на майчините клетки. След отделянето дъщерните клетки се нуждаят от известно време, за да образуват органели и да придобият подходящата структура, която да осигури изпълнението на специфична функция. Този период от време се нарича узряване.

Нарича се интервалът от време от появата на клетка в резултат на делене до нейното делене или смърт жизнения цикъл на клетката.

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

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

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

V S-период(синтетичен) протича самият процес на репликация на ДНК. Единствената част от хромозомата, която не претърпява репликация, е центромерата, поради което образуваните ДНК молекули не се разминават напълно, а остават прикрепени в нея, като в началото на деленето хромозомата има Х-образен вид. Генетичната формула на клетката след дублиране на ДНК е 2n4c. Също така в S-периода има 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 разделяне на центриоли, митохондрии и пластиди. До края на интерфазата хроматинът и ядрото остават добре различими, целостта на ядрената обвивка не се нарушава и органелите не се променят.

Някои от клетките на тялото са в състояние да изпълняват функциите си през целия живот на тялото (неврони на нашия мозък, мускулни клетки на сърцето), докато други съществуват за кратко време, след което умират (клетки на чревния епител , клетки на епидермиса на кожата). Следователно в тялото непрекъснато трябва да протичат процесите на клетъчно делене и образуване на нови, 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 отглеждате нов орган, да постигнете подмладяване, а също и да клонирате организъм. Перспективите за използване на стволови клетки са съвсем ясни, но моралните и етичните аспекти на този проблем все още се обсъждат, тъй като в повечето случаи се използват ембрионални стволови клетки, получени от човешки ембриони, убити по време на аборт.

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

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

С течение на времето някои клетки спират да се делят и умират, което може да се дължи на завършване 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 апоптоза, докато случайна смърт - некроза.

Митозата е деленето на соматичните клетки. Фази на митоза

митоза- метод за индиректно делене на соматични клетки.

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

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 хроматина, в резултат на което стават видими Х-образни хромозоми, състоящи се от две хроматиди (дъщерни хромозоми). В същото време ядрото изчезва, центриолите се разминават към полюсите на клетката и започва да се образува ахроматиново вретено (разделително вретено) от микротубули. В края на профазата ядрената обвивка се разпада на отделни мехурчета.

V метафазахромозомите се подреждат по екватора на клетката с техните центромери, към които са прикрепени микротубули на напълно оформено делително вретено. На този етап на делене хромозомите са най-плътни и имат характерна форма, което прави възможно изследването на кариотипа.

V анафазаима бърза репликация на ДНК в центромерите, в резултат на което хромозомите се разцепват и хроматидите се разминават към полюсите на клетката, разтегнати от микротубули. Разпределението на хроматидите трябва да бъде абсолютно равно, тъй като именно този процес осигурява поддържането на постоянството на броя на хромозомите в клетките на тялото.

На сцената телофазадъщерните хромозоми се събират на полюсите, деспирализират се, около тях се образуват ядрени мембрани от мехурчета, а в новообразуваните ядра се появяват нуклеоли.

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

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

При болни, увредени, застаряващи клетки и специализирани тъкани на тялото може да настъпи малко по-различен процес на делене – амитоза. Амитозасе нарича директно делене на еукариотни клетки, при което не се случва образуването на генетично еквивалентни клетки, тъй като клетъчните компоненти са неравномерно разпределени. Намира се в растенията в ендосперма и при животните в черния дроб, хрущяла и роговицата на окото.

Мейоза. Фази на мейоза

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

За разлика от митозата, мейозата се състои от две последователни клетъчни деления, всяко от които се предшества от интерфаза. Първото деление на мейозата (мейоза I) се нарича намаляване, тъй като в този случай броят на хромозомите се намалява наполовина, а второто деление (мейоза II) - уравнение, тъй като в процеса му се запазва броят на хромозомите.

Интерфаза Iпротича като интерфазата на митозата. Мейоза Iе разделен на четири фази: профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I. B профаза Iпротичат два важни процеса - конюгация и кръстосване. СпиранеТова е процес на сливане на хомоложни (сдвоени) хромозоми по цялата им дължина. Двойките хромозоми, образувани по време на конюгация, се запазват до края на метафаза I.

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

V метафаза Iдвойки хромозоми са подредени по екватора на клетката; вретеновидни микротубули са прикрепени към техните центромери.

V анафаза Iцели хомоложни хромозоми, състоящи се от две хроматиди, се разминават към полюсите.

V телофаза Iоколо клъстерите от хромозоми на полюсите на клетката се образуват ядрени мембрани, образуват се ядра.

Цитокинеза Iосигурява разделяне на цитоплазмата на дъщерните клетки.

Дъщерните клетки (1n2c), образувани в резултат на мейоза I, са генетично хетерогенни, тъй като техните хромозоми, които произволно се разминават към полюсите на клетката, съдържат различни гени.

Сравнителни характеристики на митозата и мейозата

Знак	митоза	Мейоза
Кои клетки започват да се делят?	соматичен (2n)	Първични зародишни клетки (2n)
Брой деления	1	2
Колко и какви клетки се образуват в процеса на делене?	2 соматични (2n)	4 пол (n)
Интерфаза		Подготовка на клетка за делене, удвояване на ДНК	Много кратък, без дублиране на ДНК
Фази		Мейоза I	Мейоза II
Профаза		Може да възникне кондензация на хромозоми, изчезване на ядрото, разпадане на ядрената обвивка, конюгация и кръстосване	Кондензация на хромозоми, изчезване на ядрото, разпадане на ядрената обвивка
Метафаза		Двойките хромозоми са разположени по екватора, образува се вретено на делене	Хромозомите се подреждат по екватора, образува се вретено на делене
анафаза		Хомоложни хромозоми от две хроматиди се разминават към полюсите	Хроматидите се разминават към полюсите
Телофаза		Хромозомите се деспирализират, образуват се нови ядрени мембрани и нуклеоли	Хромозомите се деспирализират, образуват се нови ядрени мембрани и нуклеоли

Интерфаза IIмного кратък, тъй като в него няма удвояване на ДНК, тоест няма S-период.

Мейоза IIсъщо разделени на четири фази: профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II. V профаза IIпротичат същите процеси като в профаза I, с изключение на конюгация и кръстосване.

V метафаза IIхромозомите са разположени по екватора на клетката.

V анафаза IIхромозомите са разделени в центромери и хроматидите вече са разтегнати до полюсите.

V телофаза IIоколо клъстерите на дъщерните хромозоми се образуват ядрени мембрани и нуклеоли.

След цитокинеза IIгенетичната формула на четирите дъщерни клетки е 1n1c, но всички те имат различен набор от гени, което е резултат от кръстосване и произволна комбинация от хромозомите на майчините и бащините организми в дъщерните клетки.

Развитието на зародишните клетки в 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, които произвеждат различни зародишни клетки - яйца и сперма, процесите на образуване на тези гамети трябва да са различни.

Естеството на процеса в значителна степен зависи и от това дали протича в растителна или животинска клетка, тъй като при растенията по време на образуването на гамети се случва само митоза, а при животните - 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. микро- малък) - възниква микроспорогенеза, тоест образуване на микроспори в прашниците на тичинките. Този процес е свързан с мейотично делене на майчината клетка, което води до четири хаплоидни микроспори. Микрогаметогенезата е свързана с митотично делене на микроспората, което дава мъжки гаметофит от две клетки - голяма вегетативен(сифоногенни) и плитки генеративна... След разделянето мъжкият гаметофит е покрит с плътни мембрани и образува поленово зърно. В някои случаи, дори в процеса на съзряване на прашеца, а понякога и само след пренасяне в близалцето на плодника, генеративната клетка се разделя 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 женски зародишни клетки в растенията се нарича мегагаметогенеза(от гръцки. мега- голям). Появява се в яйчника на плодника, който се предшества от мегаспорогенеза, в резултат на което от майчината клетка на мегаспората, лежаща в нуцелуса, чрез мейотично делене се образуват четири мегаспори. Една от мегаспорите се разделя митотично три пъти, давайки началото на женския гаметофит - ембрионален сак с осем ядра. С последващото отделяне на цитоплазмата на дъщерните клетки една от образуваните клетки се превръща в яйцеклетка, отстрани на която лежат така наречените синергиди, в противоположния край на ембрионалната торбичка се образуват три антипода и диплоидна централна клетка се образува в центъра в резултат на сливането на две хаплоидни ядра.

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

Сперматогенеза(от гръцки. сперма, сперма- 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.

V размножителен периодпървичните зародишни клетки се делят митотично, в резултат на което диплоидно сперматогония... V период на растежсперматогониите натрупват хранителни вещества в цитоплазмата, увеличават се по размер и се превръщат в първични сперматоцити, или Сперматоцити от 1-ви ред... Едва след това те влизат в мейоза ( период на зреене), в резултат на което две вторичен сперматоцит, или Сперматоцит от 2-ри реди след това - четири хаплоидни клетки с все още достатъчно голямо количество цитоплазма - сперматиди... V период на формиранете губят почти цялата си цитоплазма и образуват флагел, превръщайки се в сперматозоиди.

сперма, или оживен, - много малки подвижни мъжки репродуктивни клетки с глава, шия и опашка.

V глава, освен ядрото, е акрозома- модифициран комплекс на Голджи, който осигурява разтварянето на мембраните на ооцитите по време на оплождането. V вратаса центриолите на клетъчния център и основата конска опашкаобразуват микротубули, които директно подпомагат движението на сперматозоидите. Той също така съдържа митохондрии, които осигуряват на сперматозоидите АТФ енергия за движение.

Овогенеза(от гръцки. ООН- яйце и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели женски репродуктивни клетки - яйца. При хората се среща в яйчниците и се състои от три периода: размножаване, растеж и съзряване. Периодите на размножаване и растеж, подобни на тези в сперматогенезата, възникват по време на вътрематочното развитие. В този случай, от първичните зародишни клетки в резултат на митоза, диплоиден oogony, които след това се превръщат в диплоидни първични ооцити, или Ооцити от 1-ви ред... Мейоза и последваща цитокинеза, протичащи в период на зреене, се характеризират с неравномерно делене на цитоплазмата на майчината клетка, така че в крайна сметка, отначало, едно вторичен ооцит, или Яйцеклетка от 2-ри ред, и първото полярно тяло, а след това от вторичния ооцит - яйцеклетката, която запазва целия запас от хранителни вещества, и второто полярно тяло, докато първото полярно тяло е разделено на две. Полярните тела поемат излишен 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 репродуктивна клетка, която носи не само хаплоиден набор от хромозоми, но и значителен запас от хранителни вещества за последващото развитие на ембриона.

Яйцеклетката при бозайниците е покрита с четири мембрани, които намаляват вероятността от увреждане от различни фактори. Диаметърът на яйцеклетката при хората достига 150-200 микрона, докато при щрауса може да бъде няколко сантиметра.

Делението на клетките е основата за растежа, развитието и възпроизводството на организмите. Ролята на митозата и мейозата

Ако при едноклетъчните организми клетъчното делене води до увеличаване на броя на индивидите, тоест до размножаване, то при многоклетъчните организми този процес може да има различно значение. По този начин деленето на клетките в ембриона, започвайки от зиготата, е биологичната основа на взаимосвързаните процеси на растеж и развитие. Подобни промени се наблюдават при човек в юношеска възраст, 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 при асексуално размножаване благодарение на този процес се възстановява едно цяло от част от организма, а по време на сексуално размножаване, в процеса на гаметогенезата, се образуват зародишни клетки , които впоследствие дават нов организъм. Трябва да се отбележи, че основните методи за делене на еукариотни клетки - митоза и мейоза - имат различно значение в жизнените цикли на организмите.

В резултат на митозата има равномерно разпределение на наследствения материал между дъщерните клетки - точни копия на майката. Без митоза би било невъзможно съществуването и растежа на многоклетъчни организми, развиващи се от една клетка - зигота, 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 изпълнявани функции, което е свързано с активирането на все повече нови групи гени в тях поради междуклетъчното взаимодействие. По този начин митозата е от съществено значение за развитието на организма.

Този метод на клетъчно делене е необходим за процесите на асексуално размножаване и регенерация (възстановяване) на увредените тъкани и органи.

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

По този начин клетката е единицата за растеж, развитие и възпроизводство на организмите.

Въпрос 1.
Клетката съдържа около 80 химични елемента от периодичната система на Д.И.Менделеев. Всички тези елементи се намират в неживата природа, което служи като едно от доказателствата за общото между живата и неживата природа. Съотношението на химичните елементи в живите организми обаче е различно, отколкото в обектите от нежива природа. В живия организъм повечето от елементите са под формата на химични съединения - вещества, разтворени във вода.Само живите организми съдържат органични вещества: протеини, мазнини, въглехидрати и нуклеинови киселини

Въпрос 2.
Химичен съставрастителните и животинските клетки са сходни. Всички живи организми са съставени от едни и същи елементи, неорганични и органични съединения. Но съдържанието на различните елементи в различните клетки е различно. Всеки тип клетка съдържа неравен брой определени органични молекули. Растителните клетки са доминирани от сложни въглехидрати (фибри, нишесте), животните имат повече протеини и мазнини. Всяка от групите органични вещества (протеини, въглехидрати, мазнини, нуклеинови киселини) във всеки тип клетки изпълнява присъщите си функции (съхранение на нуклеинова киселина и предаване на наследствена информация, въглехидрати – енергия и др.).

Въпрос 3.
В клетката се намират много елементи от периодичната таблица на Менделеев. Дефинирани са функциите на 27 от тях. Най-често срещаните са въглерод, водород, азот, кислород, фосфор и сяра. Те съставляват 99% от общата маса на клетката.
Химическите елементи, които изграждат клетките, са разделени на три групи: макроелементи, микроелементи, ултрамикроелементи.
1. Макронутриенти: C, H, N, Ca, K, Mg, Na, Fe, S, P, C1. Тези елементи представляват повече от 99% от общата клетъчна маса. Концентрацията на някои от тях е голяма. Кислородът представлява 65-75%; въглерод - 15-18%; азот - 1,5-3%.
2. Микроелементи: Si, B, Co, Mo, Mn, Ni, Br, I и др. Делът им в клетката общо е над 0,1%; концентрацията на всеки не надвишава 0,001%. Това са метални йони, които са част от биологично активни вещества (хормони, ензими и др.). Например, кобалтът е част от витамин BO, C, H, N, Ca, K, Mg, Na, Fe 12, който участва в хематопоезата, а флуорът е в клетките на зъбния емайл.
3. Ултрамикроелементи: уран, злато, берилий, живак, цезий, селен и др. Тяхната концентрация не надвишава 0,000001%. Физиологичната роля на много от тях не е установена.

Въпрос 4.
Органичните съединения съставляват средно 10% от клетъчната маса на живия организъм. Те включват биологични полимери - протеини, нуклеинови киселини и въглехидрати, както и мазнини и редица малки молекули -

Въпрос 5.
катерици- високомолекулни полимерни органични вещества, които определят структурата и жизнените функции на клетката и на организма като цяло. Протеините съставляват 10-18% от общата клетъчна маса.
Протеините изпълняват следните функции:
ензимни (например амилаза, разгражда въглехидратите);
структурни (например, те са част от клетъчните мембрани);
рецептор (например родопсин, насърчава по-добро зрение);
транспорт (например хемоглобин, пренася кислород или въглероден диоксид);
защитни (например имуноглобулините участват във формирането на имунитет);
моторни (например актин, миозин участват в свиването на мускулните влакна);
хормонални (например инсулин, превръща глюкозата в гликоген);
енергия (при разграждане на 1 g протеин се освобождава 4,2 kcal енергия).

Въпрос 6.
Въглехидратите играят ролята на основния източник на енергия в клетката. В процеса на окисляване на 1 g въглехидрати се отделят 17,6 kJ енергия. Нишестето в растенията и гликогенът при животните, отложен в клетките, служи като енергиен резерв. Живите организми могат да съхраняват въглехидрати под формата на нишесте (в растенията) и гликоген (при животни и гъби). В картофените клубени нишестето може да представлява до 80% от масата, а при животните има особено много въглехидрати в чернодробните клетки и мускулите - до 5%.
Въглехидратите изпълняват и други функции, като подкрепа и защита. Например, целулозата образува стените на растителните клетки: сложен полизахарид хитин- основният структурен компонент на външния скелет на членестоноги. Хитинът изпълнява и строителната функция при гъбичките. Те са част от ДНК, РНК и АТФ под формата на дезоксирибоза и рибоза.

Въпрос 7.
Мазнините изпълняват редица функции в тялото:
структурни (участват в изграждането на мембраната);
енергия (при разграждането на 1 g мазнини в тялото се освобождават 9,2 kcal енергия – 2,5 пъти повече, отколкото при разграждането на същото количество въглехидрати);
защитни (срещу топлинни загуби, механични повреди);
мазнините са източник на ендогенна вода (при окисляване на 10 g мазнини се отделят 11 g вода). Това е много важно за зимуващите животни - земни катерици, мармоти: поради запасите си от подкожни мазнини, те не могат да пият по това време до два месеца. Камилите, по време на преходите в пустинята, не пият до две седмици - те извличат необходимата за тялото вода от своите гърбици - резервоари на мазнини.
регулиране на метаболизма (например стероидни хормони - кортикостерон и др.).

Въпрос 8.
Най-често срещаното неорганично съединение в живите организми е водата. Неговото съдържание и клетки от различни видове варира в широки граници: в клетките на емайла на зъбите вода около 10%, а в клетките на възпроизвеждащия ембрион - повече от 90%. В тялото на медузата има до 98% вода. Но средно в многоклетъчния организъм водата съставлява около 80% от телесното тегло. Основните му функции са както следва:
1. Универсален разтворител.
2. Средата, в която протичат биохимичните реакции.
3. Определя физиологичните свойства на клетката (нейната еластичност, обем).
4. Участва в химичните реакции.
5. Поддържа топлинното равновесие на клетката и тялото като цяло поради високия си топлинен капацитет и топлопроводимост.
6. Основно превозно средство за превоз на вещества.

Въпрос 9.
Въглехидратите включват следните естествени органични съединения: глюкоза, фруктоза, захароза, малтоза, лактоза, рибоза, дезоксирибоза, хитин, нишесте, гликоген и целулоза.

Въпрос 10.
Значението на нуклеиновите киселини е много голямо. Особеностите на тяхната химическа структура осигуряват възможност за съхранение, прехвърляне в цитоплазмата и предаване на информация за структурата на протеиновите молекули, които се синтезират във всяка клетка чрез наследяване на дъщерните клетки. Те са част от хромозомите - специални структури, разположени в клетъчното ядро. Нуклеиновите киселини се намират и в цитоплазмата и нейните органели.

Въпрос 11.
Силиций, алуминий, кислород и натрий (около 90%) са най-разпространени в земната кора. В живите организми около 98% от масата се състои от четири елемента: водород, кислород, въглерод и азот. Тази разлика се дължи на особеностите на химичните свойства на изброените елементи, в резултат на което те се оказват най-подходящи за образуването на молекули, изпълняващи биологични функции. Водородът, кислородът, въглеродът и азотът са способни да образуват силни химически връзки, което води до голямо разнообразие от химични съединения. Живите организми включват органични вещества (протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини) и неорганични вещества (вода, минерални соли).

Клетката като биологична система

Съвременната клетъчна теория, нейните основни положения, роля във формирането на съвременна природонаучна картина на света

Развитие на знанията за клетката

Разнообразие от клетки. Прокариотни и еукариотни клетки. Сравнителна характеристика на клетките на растения, животни, бактерии, гъби. Разнообразие на клетките

Прокариотни и еукариотни клетки

Сравнителна характеристика на структурата на клетките на растения, животни, бактерии и гъби

Клетъчна химия

Макро и микроелементи

Неорганични вещества

Органична материя

Обща характеристика на органичните вещества на клетката

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

Клетъчна структура

Цитоплазма

Органели

Включения

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

Метаболизъм и преобразуване на енергия - свойства на живите организми

Енергиен и пластичен метаболизъм, тяхната връзка

Етапи на енергийния метаболизъм

Дъх

Ферментация

Фотосинтезата, нейното значение, космическата роля

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

Генетична информация в клетката. Гени, генетичен код и неговите свойства. Матрична природа на реакциите на биосинтеза. Биосинтез на протеини и нуклеинови киселини

Генетична информация в клетката

Гени, генетичен код и неговите свойства

Матрична природа на реакциите на биосинтеза

Биосинтез на протеини и нуклеинови киселини

Клетката е генетична единица на живо

Хромозомите, тяхната структура (форма и размер) и функции

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

Жизненият цикъл на клетката: интерфаза и митоза

Митозата е деленето на соматичните клетки. Фази на митоза

Мейоза. Фази на мейоза

Развитието на зародишните клетки в растенията и животните

Делението на клетките е основата за растежа, развитието и възпроизводството на организмите. Ролята на митозата и мейозата

Ново в сайта

Най - известен

ПОПУЛЯРНИ РАЗДЕЛИ