Namai Trąšos Gyvūnų ląstelėse tarp organinių. Gyvųjų sistemų organinės medžiagos. Biologinių membranų struktūra ir funkcijos

Trąšos

Gyvūnų ląstelėse tarp organinių. Gyvųjų sistemų organinės medžiagos. Biologinių membranų struktūra ir funkcijos

Jie sudaro 20-30% ląstelės masės. Tai biopolimerai – baltymai, nukleino rūgštys, angliavandeniai, riebalai, ATP ir kt.

Skirtingų tipų ląstelėse yra skirtingi organinių junginių kiekiai. Augalų ląstelėse vyrauja kompleksiniai angliavandeniai, gyvūnų – baltymai ir riebalai. Nepaisant to, kiekviena organinių medžiagų grupė bet kokio tipo ląstelėse atlieka funkcijas: tiekia energiją, yra statybinė medžiaga, neša informaciją ir kt.

Baltymai. Tarp ląstelės organinių medžiagų pirmąją vietą pagal kiekį ir svarbą užima baltymai. Gyvūnams jie sudaro 50% sausos ląstelės masės.

Žmogaus kūne yra daug rūšių baltymų molekulių, kurios skiriasi viena nuo kitos ir nuo kitų organizmų baltymų.

Peptidinė jungtis:

Aminorūgščių seka molekulėje vadinama struktūra.

Pirminis yra linijinis.

Antrinė – spiralė.

Tretiniai – rutuliukai.

Kvarteras – rutuliukų (hemoglobino) sąjunga.

Struktūrinės struktūros praradimas dėl molekulės vadinamas denatūravimu. Ją sukelia temperatūros, pH, radiacijos pokyčiai. Esant nedideliam poveikiui, molekulė gali atkurti savo savybes. Jis vartojamas medicinoje (antibiotikai).

Baltymų funkcijos ląstelėje yra įvairios. Svarbiausia yra statyba. Baltymai dalyvauja visų organelių ląstelių membranų formavime. Katalizinė funkcija yra nepaprastai svarbi – visi fermentai yra baltymai. Motorinę funkciją užtikrina susitraukiantys baltymai. Transportas - susideda iš cheminių elementų pritvirtinimo ir perkėlimo į audinius. Apsauginę funkciją atlieka specialūs baltymai – leukocituose susidarantys antikūnai. Baltymai tarnauja kaip energijos šaltinis – visiškai suskaidžius 1 g baltymų, išsiskiria 11,6 kJ.

Angliavandeniai. Tai anglies, vandenilio ir deguonies junginiai. Pateikiamas cukrus. Ląstelėje yra iki 5 proc. Turtingiausios yra augalų ląstelės – iki 90% masės (bulvės, ryžiai). Jie skirstomi į paprastus ir sudėtingus. Paprastas – monocukrus (gliukozė) C 6 H 12 O 6, vynuogių cukrus, fruktozė. Disachara – (sacharozė) C] 2 H 22 O 11 runkelių ir cukranendrių cukrus. Polisachara (celiuliozė, krakmolas) (C 6 H 10 O 5) n.

Angliavandeniai daugiausia atlieka statybines ir energetines funkcijas. Oksiduojant 1 g angliavandenių išsiskiria 17,6 kJ. Krakmolas ir glikogenas yra ląstelės energijos rezervas.

Lipidai. Tai riebalai ir į riebalus panašios medžiagos ląstelėje. Jie yra glicerolio ir didelės molekulinės masės sočiųjų ir nesočiųjų rūgščių esteriai. Jie gali būti kieti ir skysti – aliejai. Augalų sėklose yra 5-15% sausųjų medžiagų.

Pagrindinė funkcija yra energija – suskaidžius 1 g riebalų išsiskiria 38,9 kJ. Riebalai yra maistinių medžiagų atsargos. Riebalai atlieka statybinę funkciją ir yra geras šilumos izoliatorius.

Nukleino rūgštys. Tai sudėtingi organiniai junginiai. Susideda iš C, H 2, O 2, N 2, P. Yra branduoliuose ir citoplazmoje.

a) DNR yra biologinis polinukleotidas, susidedantis iš dviejų nukleotidų grandinių. Nukleotidai - susideda iš 4 azoto bazių: 2 purinai - adeninas ir valinas, 2 pirimidinai - citozinas ir guaninas, taip pat cukrus - dezoksiribozė ir fosforo rūgšties likutis.

Kiekvienoje grandinėje nukleotidai yra sujungti kovalentiniais ryšiais. Nukleotidų grandinės sudaro spiralę. DNR spiralė, pripildyta baltymų, sudaro struktūrą – chromosomą.

b) RNR yra polimeras, kurio monomerai yra artimi DNR nukleotidai, azotinės bazės - A, G, C. Vietoj timino yra Uracija. RNR angliavandeniai yra ribozė, yra fosforo rūgšties liekanos.

Dvigubos RNR yra genetinės informacijos nešėjai. Vienagrandė – perneša informaciją apie aminorūgščių seką baltyme. Yra keletas vienos grandinės RNR:

Ribosominis - 3-5 tūkstančiai nukleotidų;

Informacinis - 300-30 000 nukleotidų;

Transportas - 76-85 nukleotidai.

Baltymų sintezė atliekama ribosomose, dalyvaujant visų tipų RNR.

Kontroliniai klausimai

1. Ar ląstelė yra organizmas ar jo dalis?

2. Elementari ląstelių sudėtis.

3. Vanduo ir mineralai.

4. Organinės ląstelės medžiagos.

Gyvūnai, grybai ir bakterijos

Pasirašyti	Bakterijos	Gyvūnai	Grybai	Augalai
Maisto metodas	Heterotrofinis arba autotrofinis	Heterotrofinis	Heterotrofinis	Autotrofinis
Organizacija paveldimas informacija	Prokariotai	Eukariotai	Eukariotai	Eukariotai
DNR lokalizacija	Nukleoidas, plazmidės	Branduolys, mitochondrijos	Branduolys, mitochondrijos	Branduolys, mitochondrijos, plastidai
Plazmos membrana	Yra	Yra	Yra	Yra
Ląstelių sienelės	Mureinovaya	-	Chitinovaya	Celiuliozė
Citoplazma	Yra	Yra	Yra	Yra
Organelės	Ribosomos	Membraninis ir nemembraninis, įskaitant ląstelės centrą	Membraninis ir nemembraninis	Membraniniai ir nemembraniniai, įskaitant plastidus
Judėjimo organelės	Vėliava ir gaureliai	Vėliavos ir blakstienos	Vėliavos ir blakstienos	Vėliavos ir blakstienos
Vakuolės	Retai	Susitraukiantis, virškinantis	Kartais	Centrinė vakuolė su ląstelių sultimis
Inkliuzai	Volutin	Glikogenas	Glikogenas	Krakmolas

Įvairių gyvosios gamtos karalysčių atstovų ląstelių struktūros skirtumai parodyti fig. 2.3.

Ryžiai. 2.3. Bakterijų (A), gyvūnų (B), grybų (C) ir augalų (D) ląstelių struktūra
2.3. Cheminė ląstelės organizacija. Neorganinių ir organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų, ATP), sudarančių ląstelę, struktūros ir funkcijų ryšys. Organizmų santykių pagrindimas remiantis jų ląstelių cheminės sudėties analize.
Cheminė ląstelės sudėtis.

Gyvų organizmų sudėtyje buvo rasta dauguma iki šiol aptiktų D.I.Mendelejevo periodinės elementų lentelės cheminių elementų. Viena vertus, juose nėra nei vieno elemento, kurio neegzistuotų negyvojoje gamtoje, kita vertus, jų koncentracijos negyvosios gamtos ir gyvų organizmų kūnuose labai skiriasi (2.2 lentelė).

Šie cheminiai elementai sudaro neorganines ir organines medžiagas. Nepaisant to, kad gyvuose organizmuose vyrauja neorganinės medžiagos (2.4 pav.), būtent organinės medžiagos lemia jų cheminės sudėties unikalumą ir apskritai gyvybės reiškinį, nes jas daugiausia sintetina organizmai gyvybės ir žaidimo procese. svarbus vaidmuo reakcijose.

Mokslas užsiima organizmų cheminės sudėties ir juose vykstančių cheminių reakcijų tyrimais. biochemija.

Reikėtų pažymėti, kad cheminių medžiagų kiekis skirtingose ląstelėse ir audiniuose gali labai skirtis. Pavyzdžiui, jei tarp organinių junginių gyvūnų ląstelėse vyrauja baltymai, tai augalų ląstelėse vyrauja angliavandeniai.

2.2 lentelė

Kai kurių cheminių elementų kiekis negyvojoje gamtoje ir gyvuose organizmuose, %

Cheminis elementas	Žemės pluta	Jūros vanduo	Gyvieji organizmai
O	49,2	85,8	65-75
SU	0,4	0,0035	15-18
H	1,0	10,67	8-10
N	0,04	0,37	1,5-3,0
R	0,1	0,003	0,20-1,0
S	0,15	0,09	0,15-0,2
KAM	2,35	0,04	0,15-0,4
Ca	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
Na	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
aš		0,000015	0,0001
F	0,1	2,07	0,0001

Makro ir mikroelementai

Gyvuose organizmuose yra apie 80 cheminių elementų, tačiau tik 27 iš šių elementų yra nustatyti, kad galėtų atlikti savo funkcijas ląstelėje ir organizme. Likę elementai yra nedideliais kiekiais ir, matyt, patenka į kūną su maistu, vandeniu ir oru. Cheminių elementų kiekis organizme labai skiriasi (žr. 2.2 lentelę). Pagal koncentraciją jie skirstomi į makroelementus ir mikroelementus.

Kiekvieno iš jų koncentracija makroelementų organizme viršija 0,01 proc., o bendras jų kiekis – 99 proc. Makroelementai yra deguonis, anglis, vandenilis, azotas, fosforas, siera, kalis, kalcis, natris, chloras, magnis ir geležis. Pirmieji keturi iš išvardytų elementų (deguonis, anglis, vandenilis ir azotas) taip pat vadinami organogeninis, kadangi jie yra pagrindinių organinių junginių dalis. Fosforas ir siera taip pat yra daugelio organinių medžiagų, tokių kaip baltymai ir nukleino rūgštys, komponentai. Fosforas būtinas kaulams ir dantims formuotis.

Normalus organizmo funkcionavimas neįmanomas be likusių makroelementų. Taigi, kalis, natris ir chloras dalyvauja ląstelių sužadinimo procesuose. Kalis taip pat reikalingas daugeliui fermentų funkcionavimui ir vandens sulaikymui ląstelėje. Kalcis randamas augalų ląstelių sienelėse, kauluose, dantyse ir moliuskų kiautuose ir reikalingas raumenų ląstelėms susitraukti bei tarpląsteliniam judėjimui. Magnis yra chlorofilo, pigmento, užtikrinančio fotosintezę, komponentas. Jis taip pat dalyvauja baltymų biosintezėje. Geležis, be to, kad yra hemoglobino dalis, pernešanti deguonį kraujyje, būtina kvėpavimo ir fotosintezės procesams, taip pat daugelio fermentų veiklai.

Mikroelementai organizme yra mažesnės nei 0,01 % koncentracijos, o bendra jų koncentracija ląstelėje nesiekia net 0,1 %. Mikroelementai yra cinkas, varis, manganas, kobaltas, jodas, fluoras ir kt. Cinkas yra kasos hormono insulino dalis, varis reikalingas fotosintezės ir kvėpavimo procesams. Kobaltas yra vitamino B12 komponentas, kurio trūkumas sukelia anemiją. Jodas būtinas skydliaukės hormonų, užtikrinančių normalią medžiagų apykaitos eigą, sintezei, o fluoras siejamas su danties emalio formavimusi.

Tiek trūkumas, tiek perteklius ar sutrikusi makro- ir mikroelementų apykaita lemia įvairių ligų vystymąsi. Visų pirma, kalcio ir fosforo trūkumas sukelia rachitą, azoto trūkumas - didelį baltymų trūkumą, geležies trūkumą - anemiją, o jodo trūkumas - skydliaukės hormonų susidarymo pažeidimą ir medžiagų apykaitos sumažėjimą. Sumažėjęs fluoro suvartojimas su vandeniu ir maistu daugiausia lemia dantų emalio atsinaujinimo pažeidimą ir dėl to polinkį į ėduonies atsiradimą. Švinas yra toksiškas beveik visiems organizmams. Jo perteklius sukelia negrįžtamus smegenų ir centrinės nervų sistemos pažeidimus, kurie pasireiškia regos ir klausos praradimu, nemiga, inkstų nepakankamumu, traukuliais, taip pat gali sukelti paralyžių ir ligas, tokias kaip vėžys. Ūmus apsinuodijimas švinu lydi staigios haliucinacijos ir baigiasi koma bei mirtimi.

Ryžiai. 2.4. Cheminių medžiagų kiekis ląstelėje
Makro ir mikroelementų trūkumą galima kompensuoti didinant jų kiekį maiste ir geriamajame vandenyje, taip pat vartojant vaistus. Taigi, jodo yra jūros gėrybėse ir joduotoje druskoje, kalcio – kiaušinių lukštuose ir kt.

2.3.1. Neorganinės ląstelės medžiagos.
Cheminiai ląstelės elementai sudaro įvairius junginius – neorganinius ir organinius. Prie neorganinių ląstelės medžiagų priskiriamas vanduo, mineralinės druskos, rūgštys ir kt., o organinės - baltymai, nukleino rūgštys, angliavandeniai, lipidai, ATP, vitaminai ir kt. (2.4 pav.).

Vanduo (Н 2 0) yra labiausiai paplitusi neorganinė ląstelės medžiaga, turinti unikalių fizikinių ir cheminių savybių. Ji neturi nei skonio, nei spalvos, nei kvapo. Visų medžiagų tankis ir klampumas įvertinamas vandeniu. Kaip ir daugelis kitų medžiagų, vanduo gali būti trijų agregacijos būsenų: kietos (ledo), skystos ir dujinės (garai). Vandens lydymosi temperatūra yra 0 ° C, virimo temperatūra yra 100 ° C, tačiau, ištirpus vandenyje kitoms medžiagoms, šios savybės gali pasikeisti. Vandens šiluminė talpa taip pat gana didelė – 4200 kJ/mol. K, kas suteikia jai galimybę dalyvauti termoreguliacijos procesuose. Vandens molekulėje vandenilio atomai yra 105 ° kampu, o bendras elektronų poras atitraukia labiau elektronegatyvus deguonies atomas. Tai lemia vandens molekulių dipolines savybes (vienas galas įkrautas teigiamai, o kitas – neigiamai) ir vandenilinių ryšių tarp vandens molekulių galimybė (2.5 pav.). Vandens molekulių sukibimas yra paviršiaus įtempimo, kapiliarumo ir vandens, kaip universalaus tirpiklio, savybių pagrindas. Dėl to visos medžiagos skirstomos į tirpus vandenyje (hidrofilinis) ir netirpios joje (hidrofobinis). Dėl šių unikalių savybių iš anksto nustatyta, kad vanduo tapo gyvybės Žemėje pagrindu.

Vidutinis vandens kiekis organizmo ląstelėse yra nevienodas ir gali keistis su amžiumi. Taigi pusantro mėnesio amžiaus žmogaus embriono ląstelėse vandens kiekis siekia 97,5%, aštuonių mėnesių amžiaus - 83%, naujagimio jis sumažėja iki 74%, o suaugusio žmogaus - vidutiniškai 66%. Tačiau kūno ląstelės skiriasi savo vandens kiekiu. Taigi, kauluose yra apie 20% vandens, kepenyse - 70%, o smegenyse - 86%. Apskritai galime pasakyti, kad vandens koncentracija ląstelėse yra tiesiogiai proporcinga medžiagų apykaitos intensyvumui.

Mineralinės druskos gali būti ištirpintos arba netirpintos. Tirpios druskos disocijuoja į jonus – katijonus ir anijonus. Svarbiausi katijonai yra kalio ir natrio jonai, kurie palengvina medžiagų pernešimą per membraną ir dalyvauja nervinio impulso atsiradime bei laidoje; taip pat kalcio jonai, dalyvaujantys raumenų skaidulų susitraukimo ir kraujo krešėjimo procesuose; magnis, kuris yra chlorofilo dalis; geležies, kuri yra daugelio baltymų, įskaitant hemoglobiną, dalis. Svarbiausi anijonai yra fosfato anijonas, kuris yra ATP ir nukleorūgščių dalis, ir anglies rūgšties liekana, kuri sušvelnina terpės pH svyravimus. Mineralinių druskų jonai užtikrina ir paties vandens prasiskverbimą į ląstelę, ir jo sulaikymą joje. Jei druskų koncentracija terpėje mažesnė nei ląstelėje, tai vanduo prasiskverbia į ląstelę. Taip pat jonai lemia citoplazmos buferines savybes, t.y., jos gebėjimą išlaikyti silpnai šarminio citoplazmos pH pastovumą, nepaisant nuolatinio rūgščių ir šarminių produktų susidarymo ląstelėje.

Netirpios druskos(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2 ir kt.) yra vienaląsčių ir daugialąsčių gyvūnų kaulų, dantų, kriauklių ir kiautų dalis.

Be to, organizmai gali gaminti kitus neorganinius junginius, tokius kaip rūgštys ir oksidai. Taigi žmogaus skrandžio gleivinės ląstelės gamina druskos rūgštį, kuri aktyvina virškinimo fermentą pepsiną, o silicio oksidas prasiskverbia į asiūklių ląstelių sieneles ir sudaro diatomų apvalkalą. Pastaraisiais metais taip pat buvo tiriamas azoto oksido (II) vaidmuo perduodant signalus ląstelėse ir organizme.

Organinės medžiagos ląstelėje Jie sudaro 20-30% ląstelės masės. Tai biopolimerai – baltymai, nukleino rūgštys, angliavandeniai, riebalai, ATP ir kt. Skirtingų tipų ląstelėse yra skirtingi organinių junginių kiekiai. Augalų ląstelėse vyrauja kompleksiniai angliavandeniai, gyvūnų – baltymai ir riebalai. Nepaisant to, kiekviena organinių medžiagų grupė bet kokio tipo ląstelėse atlieka funkcijas: tiekia energiją, yra statybinė medžiaga, neša informaciją ir kt. Baltymai. Tarp ląstelės organinių medžiagų pirmąją vietą pagal kiekį ir svarbą užima baltymai. Gyvūnams jie sudaro 50% sausos ląstelės masės. Žmogaus organizme yra daug rūšių baltymų molekulių, kurios skiriasi viena nuo kitos ir nuo kitų organizmų baltymų. Nepaisant didžiulės struktūros įvairovės ir sudėtingumo, baltymai susideda iš 20 aminorūgščių: Aminorūgštys turi amfoterinių savybių, todėl bendrauti tarpusavyje:

Peptidinė jungtis:

Sujungus molekules susidaro: dipeptidas, tripeptidas arba polipeptidas. Tai junginys, sudarytas iš 20 ar daugiau aminorūgščių. Aminorūgščių konversijos molekulėje tvarka yra labai įvairi. Tai leidžia egzistuoti
variantai, kurie skiriasi baltymų molekulių poreikiais ir savybėmis. Aminorūgščių seka molekulėje vadinama struktūra. Pirminis yra linijinis. Antrinė – spiralė. Tretiniai – rutuliukai. Kvarteras – rutuliukų (hemoglobino) sąjunga. Struktūrinės struktūros praradimas dėl molekulės vadinamas denatūravimu. Ją sukelia temperatūros, pH, radiacijos pokyčiai. Esant nedideliam poveikiui, molekulė gali atkurti savo savybes. Jis vartojamas medicinoje (antibiotikai). Baltymų funkcijos ląstelėje yra įvairios. Svarbiausia yra statyba. Baltymai dalyvauja visų organelių ląstelių membranų formavime. Katalizinė funkcija yra nepaprastai svarbi – visi fermentai yra baltymai. Motorinę funkciją užtikrina susitraukiantys baltymai. Transportas - susideda iš cheminių elementų pritvirtinimo ir perkėlimo į audinius. Apsauginę funkciją atlieka specialūs baltymai – leukocituose susidarantys antikūnai. Baltymai tarnauja kaip energijos šaltinis – visiškai suskaidžius 1 g baltymų, išsiskiria 11,6 kJ. Angliavandeniai. Tai anglies, vandenilio ir deguonies junginiai. Pateikiamas cukrus. Ląstelėje yra iki 5 proc. Turtingiausios yra augalų ląstelės – iki 90% masės (bulvės, ryžiai). Jie skirstomi į paprastus ir sudėtingus. Paprastas – monocukrus (gliukozė) C 6 H 12 O 6, vynuogių cukrus, fruktozė. Disachara – (sacharozė) C] 2 H 22 O 11 runkelių ir cukranendrių cukrus. Polisachara (celiuliozė, krakmolas) (C 6 H 10 O 5) n. Angliavandeniai daugiausia atlieka statybines ir energetines funkcijas. Oksiduojant 1 g angliavandenių išsiskiria 17,6 kJ. Krakmolas ir glikogenas yra ląstelės energijos rezervas. Lipidai. Tai riebalai ir į riebalus panašios medžiagos ląstelėje. Jie yra glicerolio ir didelės molekulinės masės sočiųjų ir nesočiųjų rūgščių esteriai. Jie gali būti kieti ir skysti – aliejai. Augalų sėklose yra 5-15% sausųjų medžiagų. Pagrindinė funkcija yra energija – suskaidžius 1 g riebalų išsiskiria 38,9 kJ. Riebalai yra maistinių medžiagų atsargos. Riebalai atlieka statybinę funkciją ir yra geras šilumos izoliatorius. Nukleino rūgštys. Tai sudėtingi organiniai junginiai. Susideda iš C, H 2, O 2, N 2, P. Yra branduoliuose ir citoplazmoje.
a) DNR yra biologinis polinukleotidas, susidedantis iš dviejų nukleotidų grandinių. Nukleotidai - susideda iš 4 azoto bazių: 2 purinai - adeninas ir valinas, 2 pirimidinai - citozinas ir guaninas, taip pat cukrus - dezoksiribozė ir fosforo rūgšties likutis. Kiekvienoje grandinėje nukleotidai yra sujungti kovalentiniais ryšiais. Nukleotidų grandinės sudaro spiralę. DNR spiralė, pripildyta baltymų, sudaro struktūrą – chromosomą. b) RNR yra polimeras, kurio monomerai yra artimi DNR nukleotidai, azotinės bazės - A, G, C. Vietoj timino yra Uracija. RNR angliavandeniai yra ribozė, yra fosforo rūgšties liekanos.

Dvigubos RNR yra genetinės informacijos nešėjai. Vienagrandė – perneša informaciją apie aminorūgščių seką baltyme. Yra keletas vienagrandžių RNR: - Ribosominė - 3-5 tūkstančiai nukleotidų; - Informacinis - 300-30 000 nukleotidų; - Transportas - 76-85 nukleotidai. Baltymų sintezė atliekama ribosomose, dalyvaujant visų tipų RNR.

Kontroliniai klausimai

1. Ar ląstelė yra organizmas ar jo dalis? 2. Elementari ląstelių sudėtis. 3. Vanduo ir mineralai. 4. Organinės ląstelės medžiagos. 5. Baltymai. 6. Angliavandeniai, riebalai. 7. DNR. 8. RNR.

2.2 tema Ląstelės struktūra ir funkcija

Kontroliniai klausimai

1. Ką reiškia ląstelės organizuotumo lygis? 2. Prokariotų ir eukariotų charakteristikos. 3. Prokariotų sandara. 4. Prokariotų morfologija. 5. Eukariotų sandara. 6. Branduolio struktūra ir funkcijos. 7. Kariotipas ir jo požymiai. 8. Branduolio sandara ir funkcijos. Tema 2.2.1 Golgi kompleksas, lizosomos, mitochondrijos,

ribosomos, ląstelių centras; judėjimo organelės

Citoplazma– tai vidinė pusiau skysta ląstelės aplinka, kurioje vyksta visi biocheminiai procesai. Jame yra struktūros – organelės ir tarp jų bendrauja. Organoidai turi reguliarių struktūrinių ir elgsenos ypatybių įvairiais ląstelės gyvavimo laikotarpiais ir atlieka tam tikras funkcijas. Yra visoms ląstelėms būdingos organelės – mitochondrijos, ląstelių centras, Golgi aparatas, ribosomos, EPS, lizosomos. Vienaląsčiams organizmams būdingos judėjimo organelės – žvyneliai ir blakstienos. Citoplazmoje nusėda įvairios medžiagos – inkliuzai. Tai nuolatinės struktūros, atsirandančios gyvenimo procese. Tankūs intarpai – granulės, skysti – vakuolės. Jų dydį lemia gyvybinė ląstelių veikla. Ląstelės struktūrinė organizacija grindžiama membraniniu struktūros principu. Tai reiškia, kad ląstelė daugiausia sudaryta iš membranų. Visos membranos turi panašią struktūrą. Skysčio-mozaikinės struktūros modelis laikomas priimtu: membraną sudaro dvi lipidų eilės, kuriose baltymų molekulės yra panardintos skirtinguose gyliuose. Išorinė citoplazminė membrana Jis yra visose ląstelėse ir atskiria citoplazmą nuo išorinės aplinkos, sudarydamas ląstelės paviršių. Ląstelės paviršius yra nevienalytis, skiriasi jo fiziologinės savybės. Narvas pasižymi dideliu stiprumu ir elastingumu. Citoplazminėje membranoje yra poros, pro kurias praeina medžiagų molekulės. Medžiagų patekimas į ląstelę yra procesas, sunaudojantis energiją. Ląstelės membrana yra pusiau pralaidi. Mechanizmas, užtikrinantis pusiau pralaidumą, yra osmosas. Be osmoso, per išsikišimus į ląstelę gali patekti cheminės medžiagos ir kietosios medžiagos – tai pinocetozė ir fagocitozė. Citoplazminė membrana taip pat užtikrina ryšį tarp ląstelių daugialąsčių organizmų audiniuose dėl daugybės raukšlių ir ataugų.

Ląstelė kaip biologinė sistema

Šiuolaikinė ląstelių teorija, pagrindinės jos nuostatos, vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtos mokslų pasaulio vaizdą. Žinių apie ląstelę plėtojimas. Organizmų ląstelinė struktūra yra organinio pasaulio vienybės pagrindas, gyvosios gamtos giminystės įrodymas.

Šiuolaikinė ląstelių teorija, pagrindinės jos nuostatos, vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtos mokslų pasaulio vaizdą

Viena iš pagrindinių šiuolaikinės biologijos sąvokų yra idėja, kad visi gyvi organizmai turi ląstelių struktūrą. Mokslas užsiima ląstelės sandaros, jos gyvybinės veiklos ir sąveikos su aplinka tyrimais. citologija, dabar dažniau vadinama ląstelių biologija. Citologija atsirado dėl ląstelių teorijos formulavimo (1838-1839, M. Schleiden, T. Schwann, papildyta 1855 m. R. Virchovo).

Ląstelių teorija yra apibendrinta idėja apie ląstelių, kaip gyvų vienetų, struktūrą ir funkcijas, jų dauginimąsi ir vaidmenį formuojantis daugialąsčiams organizmams.

Pagrindinės ląstelių teorijos nuostatos:

Ląstelė yra gyvų organizmų sandaros, gyvybinės veiklos, augimo ir vystymosi vienetas – už ląstelės ribų gyvybės nėra.
Ląstelė yra viena sistema, susidedanti iš daugelio natūraliai tarpusavyje susijusių elementų, kurie sudaro tam tikrą vientisą darinį.
Visų organizmų ląstelės yra panašios savo chemine sudėtimi, struktūra ir funkcijomis.
Naujos ląstelės susidaro tik dalijantis motininėms ląstelėms („ląstelė iš ląstelės“).
Daugialąsčių organizmų ląstelės formuoja audinius, organai susideda iš audinių. Viso organizmo gyvenimą lemia jį sudarančių ląstelių sąveika.
Daugialąsčių organizmų ląstelės turi pilną genų komplektą, tačiau skiriasi viena nuo kitos tuo, kad turi skirtingas genų grupes, dėl ko atsiranda ląstelių morfologinė ir funkcinė įvairovė – diferenciacija.

Sukūrus ląstelių teoriją paaiškėjo, kad ląstelė yra mažiausias gyvybės vienetas, elementari gyvoji sistema, turinti visus gyvo daikto požymius ir savybes. Ląstelių teorijos formulavimas tapo svarbiausia prielaida formuotis požiūriams į paveldimumą ir kintamumą, nes jų prigimties ir būdingų modelių identifikavimas neišvengiamai reiškė gyvų organizmų struktūros universalumą. Ląstelių cheminės sudėties ir struktūros vienovės atskleidimas buvo postūmis plėtoti idėjas apie gyvų organizmų kilmę ir jų evoliuciją. Be to, daugialąsčių organizmų atsiradimas iš vienos ląstelės embriono vystymosi procese tapo šiuolaikinės embriologijos dogma.

Žinių apie ląstelę plėtojimas

Iki XVII amžiaus žmogus visiškai nieko nežinojo apie jį supančių daiktų mikrostruktūrą ir pasaulį suvokė plika akimi. Mikropasauliui tirti skirtas prietaisas – mikroskopas – apie 1590 metus buvo išrastas olandų mechanikų G. ir Z. Jansenų, tačiau jo netobulumas neleido ištirti pakankamai mažų objektų. Tik K. Drebbelio (1572-1634) sukurtas vadinamasis kompleksinis mikroskopas prisidėjo prie pažangos šioje srityje.

1665 metais anglų mokslininkas fizikas R. Hukas (1635-1703) patobulino mikroskopo konstrukciją bei lęšių šlifavimo technologiją ir, norėdamas įsitikinti vaizdo kokybės pagerėjimu, ištyrė kamštienos pjūvius. , anglis ir gyvi augalai po ja. Pjūviuose jis aptiko mažiausias poras, primenančias korį, ir pavadino jas ląstelėmis (iš lat. ląstelė- ląstelė, ląstelė). Įdomu pastebėti, kad R. Hukas pagrindiniu ląstelės komponentu laikė ląstelės membraną.

XVII amžiaus antroje pusėje pasirodė iškiliausių mikroskopininkų M. Malpighi (1628-1694) ir N. Gru (1641-1712) darbai, kurie taip pat atrado daugelio augalų ląstelinę struktūrą.

Siekdamas įsitikinti, ar tai, ką matė R. Hooke'as ir kiti mokslininkai, yra tiesa, specialaus išsilavinimo neturėjęs olandų pirklys A. van Leeuwenhoekas savarankiškai sukūrė mikroskopo konstrukciją, kuri iš esmės skyrėsi nuo esamo, ir patobulino lęšių gamybos technologiją. Tai leido jam pasiekti 275-300 kartų padidėjimą ir atsižvelgti į tokias konstrukcines detales, kurios buvo techniškai neprieinamos kitiems mokslininkams. A. van Leeuwenhoekas buvo nepralenkiamas stebėtojas: jis kruopščiai nubraižė ir aprašė tai, ką matė pro mikroskopą, bet nesiekė to paaiškinti. Jis atrado vienaląsčius organizmus, tarp jų ir bakterijas, augalų ląstelėse aptiko branduolių, chloroplastų, sustorėjusių ląstelių sienelių, tačiau įvertinti jo atradimus jie galėjo daug vėliau.

Pirmosios XIX amžiaus pusės organizmų vidinės sandaros komponentų atradimai sekė vienas po kito. G. Molė augalų ląstelėse išskyrė gyvąją medžiagą ir vandeninį skystį – ląstelių sultis, atrado poras. Anglų botanikas R. Brownas (1773-1858) 1831 metais orchidėjų ląstelėse atrado branduolį, tada jis buvo rastas visose augalų ląstelėse. Čekų mokslininkas J. Purkinje (1787-1869) sugalvojo terminą „protoplazma“, kad apibūdintų pusiau kietą želatininį ląstelės be branduolio turinį (1840). Labiausiai pažengęs buvo belgų botanikas M. Schleidenas (1804-1881), kuris, tyrinėdamas aukštesniųjų augalų įvairių ląstelinių struktūrų raidą ir diferenciaciją, įrodė, kad visi augalų organizmai kilę iš vienos ląstelės. Jis taip pat ištyrė svogūnų žvynelių ląstelių branduolius suapvalintus mažus kūnelius - branduolius (1842).

1827 metais rusų embriologas K. Baeras atrado žmonių ir kitų žinduolių kiaušinėlius, taip paneigdamas koncepciją apie organizmo vystymąsi tik iš vyriškų lytinių ląstelių. Be to, jis įrodė daugialąsčio gyvūno organizmo susidarymą iš vienos ląstelės – apvaisinto kiaušinėlio, taip pat daugialąsčių gyvūnų embrioninio vystymosi etapų panašumą, kas bylojo apie jų kilmės vienovę. Iki XIX amžiaus vidurio sukaupta informacija reikalavo apibendrinimo, kuris tapo ląstelių teorija. Biologija savo formuluotę skolinga vokiečių zoologui T. Schwannui (1810-1882), kuris, remdamasis savo duomenimis ir M. Schleideno išvadomis apie augalų vystymąsi, iškėlė prielaidą, kad jei branduolyje yra branduolys. bet koks darinys, matomas mikroskopu, tada šis darinys yra narvas. Remdamasis šiuo kriterijumi, T. Schwann suformulavo pagrindines ląstelių teorijos nuostatas.

Vokiečių gydytojas ir patologas R. Virchow (1821-1902) į šią teoriją įtraukė dar vieną svarbią nuostatą: ląstelės atsiranda tik dalijantis pirminei ląstelei, tai yra, ląstelės susidaro tik iš ląstelių ("ląstelė iš ląstelės").

Nuo pat ląstelių teorijos sukūrimo doktrina apie ląstelę, kaip kūno struktūros, funkcijos ir vystymosi vienetą, buvo nuolat tobulinama. pabaigos mikroskopinės technologijos sėkmės dėka buvo išaiškinta ląstelės sandara, aprašytos organelės - ląstelės dalys, atliekančios įvairias funkcijas, ištirti naujų ląstelių formavimo būdai (mitozė, mejozė). , ir paaiškėjo nepaprastai svarbi ląstelių struktūrų reikšmė perduodant paveldimas savybes. Naujausių fizikinių ir cheminių tyrimų metodų panaudojimas leido gilintis į paveldimos informacijos saugojimo ir perdavimo procesus, taip pat ištirti kiekvienos ląstelės struktūrų smulkiąją struktūrą. Visa tai prisidėjo prie ląstelių mokslo atskyrimo į nepriklausomą žinių šaką - citologija.

Organizmų ląstelinė sandara, visų organizmų ląstelių sandaros panašumas – organinio pasaulio vienybės pagrindas, gyvosios gamtos santykio įrodymas

Visi šiandien žinomi gyvi organizmai (augalai, gyvūnai, grybai ir bakterijos) turi ląstelinę struktūrą. Netgi ląstelinės struktūros neturintys virusai gali daugintis tik ląstelėse. Ląstelė yra elementarus struktūrinis ir funkcinis gyvo daikto vienetas, būdingas visoms jo apraiškoms, ypač medžiagų apykaitai ir energijos konversijai, homeostazei, augimui ir vystymuisi, dauginimuisi ir dirglumui. Be to, būtent ląstelėse saugoma, apdorojama ir realizuojama paveldima informacija.

Nepaisant visų ląstelių įvairovės, jų struktūrinis planas yra tas pats: jose visose yra paveldimas aparataspanardintas į citoplazma, ir aplinkinė ląstelė plazmos membrana.

Ląstelė atsirado dėl ilgos organinio pasaulio evoliucijos. Ląstelių suvienijimas į daugialąstį organizmą nėra paprastas sumavimas, nes kiekviena ląstelė, išlaikydama visas gyvam organizmui būdingas savybes, tuo pačiu įgyja naujų savybių dėl tam tikros funkcijos atlikimo. Viena vertus, daugialąstį organizmą galima suskirstyti į jo sudedamąsias dalis – ląsteles, tačiau, kita vertus, jas vėl sujungus, neįmanoma atkurti viso organizmo funkcijų, nes tik sąveikaujant dalims atsiranda naujos sistemos savybės. Tai atskleidžia vieną iš pagrindinių gyvybę apibūdinančių dėsnių – diskretiškojo ir integralo vienybę. Mažas dydis ir didelis ląstelių skaičius daugialąsčiuose organizmuose sukuria didelį paviršių, kuris yra būtinas norint užtikrinti greitą medžiagų apykaitą. Be to, žuvus vienai organizmo daliai, jos vientisumas gali būti atstatytas dėl ląstelių dauginimosi. Už ląstelės ribų paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas, energijos saugojimas ir perdavimas su vėlesniu jos pavertimu darbu yra neįmanomas. Galiausiai, funkcijų pasidalijimas tarp ląstelių daugialąsčiame organizme suteikė daug galimybių organizmams prisitaikyti prie savo aplinkos ir buvo būtina sąlyga jų organizavimui.

Taigi visų gyvų organizmų ląstelių struktūros plano vienybės nustatymas buvo visų gyvų dalykų Žemėje kilmės vienybės įrodymas.

Ląstelių įvairovė. Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės. Augalų, gyvūnų, bakterijų, grybų ląstelių lyginamoji charakteristika Ląstelių įvairovė

Pagal ląstelių teoriją ląstelė yra mažiausias struktūrinis ir funkcinis organizmų vienetas, turintis visas gyvų būtybių savybes. Pagal ląstelių skaičių organizmai skirstomi į vienaląsčius ir daugialąsčius. Vienaląsčių organizmų ląstelės egzistuoja kaip savarankiški organizmai ir atlieka visas gyvų būtybių funkcijas. Visi prokariotai ir daugelis eukariotų (daugelis dumblių, grybų ir pirmuonių rūšių) yra vienaląsčiai, o jų formų ir dydžių įvairovė yra nepaprasta. Tačiau dauguma organizmų vis dar yra daugialąsčiai. Jų ląstelės specializuojasi atlikti tam tikras funkcijas ir formuoja audinius bei organus, kurie neatsispindi morfologiniuose požymiuose. Pavyzdžiui, žmogaus kūnas yra suformuotas iš maždaug 10 14 ląstelių, atstovaujamų apie 200 rūšių, turinčių pačių įvairiausių formų ir dydžių.

Ląstelių forma gali būti apvali, cilindrinė, kubinė, prizminė, disko formos, fusiforminė, žvaigždinė ir kt. Taigi, kiaušinėliai yra apvalios formos, epitelio ląstelės – cilindrinės, kubinės ir prizminės, kraujo eritrocitai abipus įgaubto disko formos, raumeninio audinio ląstelės yra fusiformos, o žvaigždinės - nervinio audinio ląstelės. Kai kurios ląstelės apskritai neturi pastovios formos. Tai visų pirma apima kraujo leukocitus.

Ląstelių dydžiai taip pat labai skiriasi: dauguma daugialąsčio organizmo ląstelių yra nuo 10 iki 100 mikronų, o mažiausios - 2-4 mikronų dydžio. Apatinė riba yra dėl to, kad ląstelė turi turėti minimalų medžiagų ir struktūrų rinkinį gyvybinei veiklai užtikrinti, o per didelis ląstelės dydis trukdys medžiagų ir energijos mainams su aplinka, taip pat trukdys procesams. homeostazės palaikymui. Tačiau kai kurias ląsteles galima pamatyti plika akimi. Visų pirma, tai yra arbūzų ir obelų vaisių ląstelės, taip pat žuvų ir paukščių kiaušiniai. Net jei vienas iš linijinių ląstelės matmenų viršija vidurkį, visi kiti atitinka normą. Pavyzdžiui, neurono ataugos ilgis gali viršyti 1 m, tačiau jo skersmuo vis tiek atitiks vidutinę reikšmę. Nėra tiesioginio ryšio tarp ląstelės dydžio ir kūno dydžio. Taigi, dramblio ir pelės raumenų ląstelės yra vienodo dydžio.

Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės

Kaip minėta pirmiau, ląstelės turi daug panašių funkcinių savybių ir morfologinių savybių. Kiekvienas iš jų susideda iš citoplazmos, panardintos į jį paveldimas aparatas, ir yra atskirtas nuo išorinės aplinkos plazmos membrana, arba plazmolema kad netrukdo medžiagų apykaitos ir energijos procesams. Už membranos ribų ląstelė taip pat gali turėti ląstelės sienelę, susidedančią iš įvairių medžiagų, kuri apsaugo ląstelę ir yra savotiškas jos išorinis skeletas.

Citoplazma yra visas ląstelės turinys, kuris užpildo erdvę tarp plazminės membranos ir struktūros, kurioje yra genetinė informacija. Jį sudaro pagrindinė medžiaga - hialoplazmos- ir į jį panardintos organelės bei inkliuzai. Organelės- tai nuolatiniai ląstelės komponentai, atliekantys tam tikras funkcijas, o inkliuzai – ląstelės gyvavimo metu atsirandantys ir išnykstantys komponentai, daugiausiai atliekantys saugojimo ar išskyrimo funkcijas. Inkliuzai dažnai skirstomi į kietus ir skystus. Kietuosius inkliuzus daugiausia vaizduoja granulės ir jie gali turėti skirtingą pobūdį, o vakuolės ir riebalų lašeliai laikomi skystais intarpais.

Šiuo metu yra du pagrindiniai ląstelių organizavimo tipai: prokariotinė ir eukariotinė.

Prokariotinė ląstelė neturi branduolio, jos genetinė informacija nuo citoplazmos nėra atskirta membranomis.

Citoplazmos sritis, kurioje saugoma genetinė informacija prokariotinėje ląstelėje, vadinama nukleoidas... Prokariotinių ląstelių citoplazmoje daugiausia yra vieno tipo organelių – ribosomų, o membranomis apsuptų organelių visai nėra. Bakterijos yra prokariotai.

Eukariotinė ląstelė – ląstelė, kurioje yra bent viena iš vystymosi stadijų šerdis- speciali struktūra, kurioje yra DNR.

Eukariotinių ląstelių citoplazma išsiskiria didele membraninių ir nemembraninių organelių įvairove. Eukariotų organizmai apima augalus, gyvūnus ir grybus. Prokariotinių ląstelių dydis, kaip taisyklė, yra eilės tvarka mažesnis nei eukariotinių ląstelių dydis. Dauguma prokariotų yra vienaląsčiai organizmai, o eukariotai yra daugialąsčiai.

Lyginamosios augalų, gyvūnų, bakterijų ir grybų ląstelių sandaros charakteristikos

Be prokariotams ir eukariotams būdingų savybių, augalų, gyvūnų, grybų ir bakterijų ląstelės turi ir daugybę kitų savybių. Taigi augalų ląstelėse yra specifinių organelių - chloroplastai, kurios lemia jų gebėjimą fotosintezei, o kituose organizmuose šių organelių nerasta. Žinoma, tai nereiškia, kad kiti organizmai nesugeba fotosintezės, nes, pavyzdžiui, bakterijose, tai įvyksta plazmalemos ir atskirų membraninių pūslelių invaginacijose citoplazmoje.

Augalų ląstelėse, kaip taisyklė, yra didelių vakuolių, užpildytų ląstelių sultimis. Jų taip pat yra gyvūnų, grybų ir bakterijų ląstelėse, tačiau jie yra visiškai kitokios kilmės ir atlieka skirtingas funkcijas. Pagrindinė rezervinė medžiaga, kuri būna kietų intarpų pavidalu, augaluose yra krakmolas, gyvūnuose ir grybuose – glikogenas, o bakterijose – glikogenas arba volutinas.

Dar vienas šių organizmų grupių skiriamasis bruožas – paviršinio aparato organizuotumas: gyvūnų organizmų ląstelės neturi ląstelės sienelės, jų plazminę membraną dengia tik plonytė glikokaliksė, o visos kitos – ją turi. Tai visiškai suprantama, nes gyvūnų šėrimo būdas yra susijęs su maisto dalelių gaudymu fagocitozės procese, o ląstelės sienelės buvimas atimtų iš jų šią galimybę. Medžiagos, kuri yra ląstelės sienelės dalis, cheminė prigimtis nėra vienoda skirtingoms gyvų organizmų grupėms: jei augaluose tai yra celiuliozė, tai grybuose - chitinas, o bakterijose - mureinas. Augalų, gyvūnų, grybų ir bakterijų ląstelių sandaros lyginamoji charakteristika

Pasirašyti	Bakterijos	Gyvūnai	Grybai	Augalai
Maisto metodas	Heterotrofinis arba autotrofinis	Heterotrofinis	Heterotrofinis	Autotrofinis
Paveldimos informacijos organizavimas	Prokariotai	Eukariotai	Eukariotai	Eukariotai
DNR lokalizacija	Nukleoidas, plazmidės	Branduolys, mitochondrijos	Branduolys, mitochondrijos	Branduolys, mitochondrijos, plastidai
Plazmos membrana	Yra	Yra	Yra	Yra
Ląstelių sienelės	Mureinovaya	—	Chitinovaya	Celiuliozė
Citoplazma	Yra	Yra	Yra	Yra
Organelės	Ribosomos	Membraninis ir nemembraninis, įskaitant ląstelės centrą	Membraninis ir nemembraninis	Membraniniai ir nemembraniniai, įskaitant plastidus
Judėjimo organelės	Vėliava ir gaureliai	Vėliavos ir blakstienos	Vėliavos ir blakstienos	Vėliavos ir blakstienos
Vakuolės	Retai	Susitraukiantis, virškinantis	Kartais	Centrinė vakuolė su ląstelių sultimis
Inkliuzai	Glikogenas, volutinas	Glikogenas	Glikogenas	Krakmolas

Skirtingų gyvosios gamtos karalysčių atstovų ląstelių sandaros skirtumai parodyti paveikslėlyje.

Cheminė ląstelės sudėtis. Makro ir mikroelementai. Neorganinių ir organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų, ATP), sudarančių ląstelę, struktūros ir funkcijų ryšys. Cheminių medžiagų vaidmuo ląstelėje ir žmogaus organizme

Ląstelių chemija

Gyvų organizmų sudėtyje buvo rasta dauguma iki šiol aptiktų D.I.Mendelejevo periodinės elementų lentelės cheminių elementų. Viena vertus, juose nėra nė vieno elemento, kurio neegzistuotų negyvojoje gamtoje, kita vertus, jų koncentracijos negyvosios gamtos ir gyvų organizmų kūnuose labai skiriasi.

Šie cheminiai elementai sudaro neorganines ir organines medžiagas. Nepaisant to, kad gyvuose organizmuose vyrauja neorganinės medžiagos, būtent organinės medžiagos lemia jų cheminės sudėties unikalumą ir apskritai gyvybės reiškinį, nes jas daugiausia sintetina organizmai gyvenimo procese ir vaidina svarbų vaidmenį reakcijose. .

Mokslas užsiima organizmų cheminės sudėties ir juose vykstančių cheminių reakcijų tyrimais. biochemija.

Cheminis elementas	Žemės pluta	Jūros vanduo	Gyvieji organizmai
O	49.2	85.8	65-75
C	0.4	0.0035	15-18
H	1.0	10.67	8-10
N	0.04	0.37	1.5-3.0
P	0.1	0.003	0.20-1.0
S	0.15	0.09	0.15-0.2
K	2.35	0.04	0.15-0.4
Ca	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
Na	2.4	1.14	0.02-0.03
Fe	4.2	0.00015	0.01-0.015
Zn	< 0.01	0.00015	0.0003
Cu	< 0.01	< 0.00001	0.0002
aš	< 0.01	0.000015	0.0001
F	0.1	2.07	0.0001

Makro ir mikroelementai

Gyvuose organizmuose yra apie 80 cheminių elementų, tačiau tik 27 iš šių elementų yra nustatyti, kad galėtų atlikti savo funkcijas ląstelėje ir organizme. Likę elementai yra nedideliais kiekiais ir, matyt, patenka į kūną su maistu, vandeniu ir oru. Cheminių elementų kiekis organizme labai skiriasi. Pagal koncentraciją jie skirstomi į makroelementus ir mikroelementus.

Kiekvieno iš jų koncentracija makroelementų organizme viršija 0,01 proc., o bendras jų kiekis – 99 proc. Makroelementai yra deguonis, anglis, vandenilis, azotas, fosforas, siera, kalis, kalcis, natris, chloras, magnis ir geležis. Pirmieji keturi iš išvardytų elementų (deguonis, anglis, vandenilis ir azotas) taip pat vadinami organogeninis, nes jie yra pagrindinių organinių junginių dalis. Fosforas ir siera taip pat yra daugelio organinių medžiagų, tokių kaip baltymai ir nukleino rūgštys, komponentai. Fosforas būtinas kaulams ir dantims formuotis.

Mikroelementai organizme yra mažesnės nei 0,01 % koncentracijos, o bendra jų koncentracija ląstelėje nesiekia net 0,1 %. Mikroelementai yra cinkas, varis, manganas, kobaltas, jodas, fluoras ir kt. Cinkas yra kasos hormono insulino dalis, varis reikalingas fotosintezei ir kvėpavimui. Kobaltas yra vitamino B12 komponentas, kurio trūkumas sukelia anemiją. Jodas būtinas skydliaukės hormonų, užtikrinančių normalią medžiagų apykaitos eigą, sintezei, o fluoras siejamas su danties emalio formavimusi.

Makro ir mikroelementų trūkumą galima kompensuoti didinant jų kiekį maiste ir geriamajame vandenyje, taip pat vartojant vaistus. Taigi, jodo yra jūros gėrybėse ir joduotoje druskoje, kalcio – kiaušinių lukštuose ir kt.

Neorganinių ir organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų, ATP), sudarančių ląstelę, struktūros ir funkcijų ryšys. Cheminių medžiagų vaidmuo ląstelėje ir žmogaus organizme

Neorganinės medžiagos

Cheminiai ląstelės elementai sudaro įvairius junginius – neorganinius ir organinius. Prie neorganinių ląstelės medžiagų priskiriamas vanduo, mineralinės druskos, rūgštys ir kt., o organinės – baltymai, nukleino rūgštys, angliavandeniai, lipidai, ATP, vitaminai ir kt.

Vanduo(H 2 O) yra labiausiai paplitusi neorganinė ląstelės medžiaga, turinti unikalių fizikinių ir cheminių savybių. Ji neturi nei skonio, nei spalvos, nei kvapo. Visų medžiagų tankis ir klampumas įvertinamas vandeniu. Kaip ir daugelis kitų medžiagų, vanduo gali būti trijų agregacijos būsenų: kietos (ledo), skystos ir dujinės (garai). Vandens lydymosi temperatūra yra $ 0 ° $ C, virimo temperatūra yra $ 100 ° C, tačiau kitų medžiagų ištirpimas vandenyje gali pakeisti šias charakteristikas. Vandens šiluminė talpa taip pat gana didelė – 4200 kJ/mol · K, todėl jis gali dalyvauti termoreguliacijos procesuose. Vandens molekulėje vandenilio atomai yra 105 ° $ kampu, o bendrąsias elektronų poras traukia labiau elektroneigiamas deguonies atomas. Tai lemia vandens molekulių dipolines savybes (vienas jų galas yra teigiamai įkrautas, o kitas – neigiamai) ir vandenilinių ryšių tarp vandens molekulių galimybę. Vandens molekulių sukibimas yra paviršiaus įtempimo, kapiliarumo ir vandens, kaip universalaus tirpiklio, savybių pagrindas. Dėl to visos medžiagos skirstomos į vandenyje tirpias (hidrofilines) ir vandenyje netirpias (hidrofobines). Dėl šių unikalių savybių iš anksto nustatyta, kad vanduo tapo gyvybės Žemėje pagrindu.

Mineralinės druskos gali būti ištirpusios arba neištirpusios būsenos. Tirpios druskos disocijuoja į jonus – katijonus ir anijonus. Svarbiausi katijonai yra kalio ir natrio jonai, kurie palengvina medžiagų pernešimą per membraną ir dalyvauja nervinio impulso atsiradime bei laidoje; taip pat kalcio jonai, dalyvaujantys raumenų skaidulų susitraukimo ir kraujo krešėjimo procesuose; magnis, kuris yra chlorofilo dalis; geležies, kuri yra daugelio baltymų, įskaitant hemoglobiną, dalis. Svarbiausi anijonai yra fosfato anijonas, kuris yra ATP ir nukleorūgščių dalis, ir anglies rūgšties liekana, kuri sušvelnina terpės pH svyravimus. Mineralinių druskų jonai užtikrina ir paties vandens prasiskverbimą į ląstelę, ir jo sulaikymą joje. Jei druskų koncentracija terpėje mažesnė nei ląstelėje, tai vanduo prasiskverbia į ląstelę. Taip pat jonai lemia citoplazmos buferines savybes, t.y., jos gebėjimą išlaikyti silpnai šarminio citoplazmos pH pastovumą, nepaisant nuolatinio rūgščių ir šarminių produktų susidarymo ląstelėje.

Netirpios druskos(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2 ir kt.) yra vienaląsčių ir daugialąsčių gyvūnų kaulų, dantų, kriauklių ir kiautų dalis.

Organinės medžiagos

Bendrosios ląstelės organinių medžiagų charakteristikos

Organines ląstelės medžiagas gali pavaizduoti ir palyginti paprastos, ir sudėtingesnės molekulės. Tais atvejais, kai sudėtinga molekulė (makromolekulė) susidaro iš daug pasikartojančių paprastesnių molekulių, ji vadinama polimeras, ir struktūriniai padaliniai - monomerai... Priklausomai nuo to, ar polimero vienetai kartojasi, ar ne, jie vadinami reguliarus arba netaisyklingos... Polimerai sudaro iki 90% ląstelės sausosios medžiagos masės. Jie priklauso trims pagrindinėms organinių junginių klasėms – angliavandeniams (polisacharidams), baltymams ir nukleino rūgštims. Įprasti polimerai yra polisacharidai, o baltymai ir nukleorūgštys yra netaisyklingi. Baltymuose ir nukleorūgštyse monomerų seka yra nepaprastai svarbi, nes jie atlieka informacinę funkciją.

Angliavandeniai

Angliavandeniai– Tai organiniai junginiai, kuriuose daugiausia yra trys cheminiai elementai – anglis, vandenilis ir deguonis, nors nemažai angliavandenių turi ir azoto ar sieros. Bendra angliavandenių formulė yra C m (H 2 O) n. Jie skirstomi į paprastus ir sudėtingus angliavandenius.

Paprasti angliavandeniai (monosacharidai) turi vieną cukraus molekulę, kurios negalima suskaidyti į paprastesnes. Jie yra kristalinės medžiagos, saldaus skonio ir lengvai tirpsta vandenyje. Monosacharidai aktyviai dalyvauja metabolizme ląstelėje ir yra sudėtinių angliavandenių – oligosacharidų ir polisacharidų – dalis.

Monosacharidai klasifikuojami pagal anglies atomų skaičių (C3-C9), pavyzdžiui, pentozės(C 5) ir heksozės(C 6). Pentozės apima ribozę ir dezoksiribozę. Ribose yra RNR ir ATP dalis. Dezoksiribozė yra DNR komponentas. Heksozės (C 6 H 12 O 6) yra gliukozė, fruktozė, galaktozė ir kt. gliukozė(vynuogių cukrus) yra visuose organizmuose, taip pat ir žmogaus kraujyje, nes tai yra energijos rezervas. Jis yra daugelio sudėtingų cukrų dalis: sacharozės, laktozės, maltozės, krakmolo, celiuliozės ir kt. Fruktozė(vaisių cukraus) didžiausiomis koncentracijomis yra vaisiuose, meduje, cukrinių runkelių šaknyse. Ji ne tik aktyviai dalyvauja medžiagų apykaitos procesuose, bet ir yra sacharozės bei kai kurių polisacharidų, tokių kaip insulinas, dalis.

Dauguma monosacharidų gali sukelti sidabro veidrodžio reakciją ir redukuoti varį, įpilant jaučiamojo skysčio (vario (II) sulfato ir kalio-natrio vyno rūgšties tirpalų mišinio) ir verdant.

KAM oligosacharidai apima angliavandenius, sudarytus iš kelių monosacharidų liekanų. Paprastai jie taip pat yra labai tirpūs vandenyje ir saldaus skonio. Pagal šių likučių kiekį išskiriami disacharidai (dvi likučiai), trisacharidai (trys) ir kt.. Disacharidams priskiriama sacharozė, laktozė, maltozė ir kt. Sacharozė(runkelių arba cukranendrių cukrus) susideda iš gliukozės ir fruktozės likučių, jo randama kai kurių augalų saugojimo organuose. Ypač daug sacharozės yra cukrinių runkelių ir cukranendrių šakniavaisiuose, iš kurių jie gaunami pramoniniu būdu. Jis naudojamas kaip angliavandenių saldumo etalonas. Laktozė, arba pieno cukraus, susidaręs iš gliukozės ir galaktozės likučių, randamas motinos ir karvės piene. Maltozė(salyklo cukrus) susideda iš dviejų gliukozės likučių. Jis susidaro skaidant polisacharidus augalų sėklose ir žmogaus virškinimo sistemoje, naudojamas alaus gamyboje.

Polisacharidai Tai biopolimerai, kurių monomerai yra mono- arba disacharidų liekanos. Dauguma polisacharidų netirpsta vandenyje ir skonis nesaldinti. Tai krakmolas, glikogenas, celiuliozė ir chitinas. Krakmolas Tai baltos spalvos miltelių pavidalo medžiaga, kuri nesudrėksta vandeniu, o užplikius karštu vandeniu susidaro suspensija – pasta. Iš tikrųjų krakmolas susideda iš dviejų polimerų – mažiau šakotos amilozės ir labiau šakotos amilopektino (2.9 pav.). Tiek amilozės, tiek amilopektino monomeras yra gliukozė. Krakmolas yra pagrindinė augalų saugojimo medžiaga, kuri didžiuliais kiekiais kaupiasi sėklose, vaisiuose, gumbuose, šakniastiebiuose ir kituose augalų saugojimo organuose. Kokybinė reakcija į krakmolą yra reakcija su jodu, kai krakmolas tampa mėlynai violetinis.

Glikogenas(gyvūninis krakmolas) yra atsarginis gyvūnų ir grybų polisacharidas, kurio didžiausias kiekis žmogaus organizme kaupiasi raumenyse ir kepenyse. Jis taip pat netirpsta vandenyje ir yra pikantiškas. Glikogeno monomeras yra gliukozė. Palyginti su krakmolo molekulėmis, glikogeno molekulės yra dar labiau išsišakojusios.

Celiuliozė, arba celiuliozė, Yra pagrindinis augalų polisacharidas. Celiuliozės monomeras yra gliukozė. Neišsišakojusios celiuliozės molekulės sudaro ryšulius, kurie yra augalų ląstelių sienelių dalis. Celiuliozė yra medienos pagrindas, ji naudojama statybose, tekstilės, popieriaus, alkoholio ir daugelio organinių medžiagų gamyboje. Celiuliozė yra chemiškai inertiška ir netirpsta rūgštyse ar šarmuose. Jo taip pat neskaido žmogaus virškinimo sistemos fermentai, tačiau storojoje žarnoje esančios bakterijos palengvina jo virškinimą. Be to, skaidulos skatina virškinamojo trakto sienelių susitraukimą, padeda pagerinti jo veiklą.

Chitinas Tai polisacharidas, kurio monomeras yra azoto turintis monosacharidas. Tai yra grybų ir nariuotakojų kriauklių ląstelių sienelių dalis. Žmogaus virškinimo sistemoje taip pat trūksta chitiną virškinančio fermento, jį turi tik kai kurios bakterijos.

Angliavandenių funkcijos. Angliavandeniai atlieka plastikines (statybines), energetines, kaupimo ir palaikymo funkcijas ląstelėje. Jie sudaro augalų ir grybų ląstelių sieneles. 1 g angliavandenių suskaidymo energetinė vertė yra 17,2 kJ. Gliukozė, fruktozė, sacharozė, krakmolas ir glikogenas yra saugojimo medžiagos. Angliavandeniai taip pat gali būti sudėtinių lipidų ir baltymų dalis, sudarydami glikolipidus ir glikoproteinus, ypač ląstelių membranose. Ne mažiau svarbus yra angliavandenių vaidmuo tarpląsteliniame aplinkos signalų atpažinime ir suvokime, nes jie veikia kaip receptoriai glikoproteinų sudėtyje.

Lipidai

Lipidai Tai chemiškai nevienalytė mažos molekulinės masės medžiagų grupė, pasižyminti hidrofobinėmis savybėmis. Šios medžiagos netirpsta vandenyje, sudaro jame emulsijas, bet tuo pačiu gerai tirpsta organiniuose tirpikliuose. Lipidai yra riebūs liesti, daugelis jų palieka būdingas nedžiūvimo žymes ant popieriaus. Kartu su baltymais ir angliavandeniais jie yra vienas iš pagrindinių ląstelių komponentų. Lipidų kiekis skirtingose ląstelėse yra nevienodas, ypač kai kurių augalų sėklose ir vaisiuose, kepenyse, širdyje ir kraujyje.

Priklausomai nuo molekulės struktūros, lipidai skirstomi į paprastus ir sudėtingus. KAM paprastas lipidai apima neutralius lipidus (riebalus), vaškus ir steroidus. Sudėtingas lipidai taip pat turi kitą, nelipidinį komponentą. Svarbiausi iš jų – fosfolipidai, glikolipidai ir kt.

Riebalai yra glicerolio ir aukštesnių riebalų rūgščių trihidroalkoholio esteriai. Daugumoje riebalų rūgščių yra 14-22 anglies atomai. Tarp jų yra ir sočiųjų, ir nesočiųjų, tai yra, turinčių dvigubų ryšių. Iš sočiųjų riebalų rūgščių dažniausiai randamos palmitino ir stearino rūgštys, o iš nesočiųjų – oleino. Kai kurios nesočiosios riebalų rūgštys žmogaus organizme nesintetinamos arba sintezuojamos nepakankamai, todėl yra būtinos. Glicerino likučiai sudaro hidrofilines „galvas“, o riebalų rūgščių likučiai – hidrofobines „uodegas“.

Riebalai ląstelėse atlieka daugiausia saugojimo funkciją ir yra energijos šaltinis. Juose gausu poodinio riebalinio audinio, kuris atlieka amortizavimo ir termoizoliacines funkcijas, o vandens gyvūnams taip pat didina plūdrumą. Augaliniuose riebaluose daugiausia yra nesočiųjų riebalų rūgščių, dėl to jie yra skysti ir vadinami aliejai... Aliejai randami daugelio augalų sėklose, pavyzdžiui, saulėgrąžų, sojų pupelių, rapsų ir kt.

Vaškai Yra riebalų rūgščių ir riebalų alkoholių esteriai ir mišiniai. Augaluose ant lapų paviršiaus jie sudaro plėvelę, kuri apsaugo nuo išgaravimo, ligų sukėlėjų įsiskverbimo ir kt. Daugelio gyvūnų jie dengia kūną arba padeda kurti korius.

KAM steroidai Tai yra lipidai, tokie kaip cholesterolis – esminis ląstelių membranų komponentas, taip pat lytiniai hormonai estradiolis, testosteronas, vitaminas D ir kt.

Fosfolipidai, be glicerolio ir riebalų rūgščių likučių, yra fosforo rūgšties likučių. Jie yra ląstelių membranų dalis ir suteikia jiems barjerines savybes.

Glikolipidai taip pat yra membranų komponentai, tačiau jų kiekis ten mažas. Nelipidinė glikolipidų dalis yra angliavandeniai.

Lipidų funkcijos. Lipidai ląstelėje atlieka plastikines (statybines), energetines, kaupimo, apsaugines, šalinimo ir reguliavimo funkcijas, be to, yra vitaminai. Tai yra būtinas ląstelių membranų komponentas. Suskaidžius 1 g lipidų, išsiskiria 38,9 kJ energijos. Jie saugomi įvairiuose augalų ir gyvūnų organuose. Be to, poodinis riebalinis audinys apsaugo vidaus organus nuo hipotermijos ar perkaitimo, taip pat nuo šoko. Lipidų reguliavimo funkcija yra susijusi su tuo, kad kai kurie iš jų yra hormonai. Išsiskyrimui naudojamas riebus vabzdžių kūnas.

Baltymas

Baltymas– Tai didelės molekulinės masės junginiai, biopolimerai, kurių monomerai yra aminorūgštys, susietos peptidiniais ryšiais.

Amino rūgštis vadinamas organiniu junginiu, turinčiu amino grupę, karboksilo grupę ir radikalą. Iš viso gamtoje randama apie 200 aminorūgščių, kurios skiriasi radikalais ir funkcinių grupių tarpusavio išsidėstymu, tačiau tik 20 iš jų gali būti baltymų dalis. Šios aminorūgštys vadinamos proteinogeninis.

Deja, ne visos proteinogeninės aminorūgštys gali būti susintetintos žmogaus organizme, todėl jos skirstomos į neesmines ir nepakeičiamas. Nepakeičiamos aminorūgštysžmogaus organizme susidaro reikiamas kiekis, ir nepakeičiamas– Ne. Jie turi būti su maistu, tačiau juos iš dalies gali susintetinti ir žarnyno mikroorganizmai. Visiškai nepakeičiamų aminorūgščių yra 8. Tai valinas, izoleucinas, leucinas, lizinas, metioninas, treoninas, triptofanas ir fenilalaninas. Nepaisant to, kad augaluose sintetinamos absoliučiai visos proteinogeninės aminorūgštys, augaliniai baltymai yra ydingi, nes juose nėra viso aminorūgščių rinkinio, be to, baltymų buvimas vegetacinėse augalų dalyse retai viršija 1-2 proc. masė. Todėl būtina valgyti ne tik augalinės, bet ir gyvulinės kilmės baltymus.

Dviejų aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais, seka vadinama dipeptidas, iš trijų - tripeptidas tt Tarp peptidų yra tokių svarbių junginių kaip hormonai (oksitocinas, vazopresinas), antibiotikai ir kt. Daugiau nei dvidešimties aminorūgščių grandinė vadinama polipeptidas, o polipeptidai, kuriuose yra daugiau nei 60 aminorūgščių liekanų, yra baltymai.

Baltymų struktūros organizavimo lygiai. Baltymai gali turėti pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę struktūrą.

Pirminė baltymų struktūra- tai yra linijinė aminorūgščių seka sujungtos peptidine jungtimi. Pirminė struktūra galiausiai nulemia baltymo specifiškumą ir jo unikalumą, nes net jei darysime prielaidą, kad vidutiniame baltyme yra 500 aminorūgščių liekanų, tai galimų jų derinių skaičius yra 20 500. Todėl vietos pasikeitimas bent jau viena aminorūgštis pirminėje struktūroje reiškia antrinės ir aukštesnės struktūros pasikeitimą, taip pat baltymų savybes apskritai.

Struktūriniai baltymo ypatumai lemia jo erdvinį pakavimą – antrinių ir tretinių struktūrų atsiradimą.

Antrinė struktūra yra erdvinis baltymo molekulės susilankstymas formoje spiralės arba raukšlės laikomi vandeniliniais ryšiais tarp deguonies ir vandenilio atomų skirtingų spiralės posūkių ar klosčių peptidinių grupių. Daugelyje baltymų yra daugiau ar mažiau ilgų skyrių su antrine struktūra. Tai, pavyzdžiui, plaukų ir nagų keratinas, šilko fibroinas.

Tretinė struktūra voverė ( rutuliukas) taip pat yra erdvinio polipeptidinės grandinės sulenkimo forma, kurią palaiko hidrofobinės, vandenilio, disulfidinės (S – S) ir kitos jungtys. Jis būdingas daugumai organizmo baltymų, pavyzdžiui, raumenų mioglobinui.

Kvarterinė struktūra- sudėtingiausias, sudarytas iš kelių polipeptidinių grandinių, sujungtų daugiausia tomis pačiomis jungtimis kaip ir tretinėse (hidrofobinės, joninės ir vandenilio), taip pat kitos silpnos sąveikos. Ketvirtinė struktūra būdinga keletui baltymų, tokių kaip hemoglobinas, chlorofilas ir kt.

Išskiriama molekulės forma fibrilinis ir rutuliškas baltymai. Pirmieji yra pailgi, pavyzdžiui, jungiamojo audinio kolagenas arba plaukų ir nagų keratinas. Rutuliniai baltymai yra rutulio (globulės) pavidalo, kaip raumenų mioglobinas.

Paprasti ir sudėtingi baltymai. Baltymai gali būti paprastas ir kompleksas. Paprasti baltymai susideda tik iš aminorūgščių, tuo tarpu kompleksas baltymuose (lipoproteinuose, chromoproteinuose, glikoproteinuose, nukleoproteinuose ir kt.) yra baltyminių ir nebaltyminių dalių. Chromoproteinai turi spalvotą nebaltyminę dalį. Tai apima hemoglobiną, mioglobiną, chlorofilą, citochromus ir kt. Taigi hemoglobino sudėtyje kiekviena iš keturių globino baltymo polipeptidinių grandinių yra susijusi su nebaltymine dalimi - hemu, kurio centre yra geležis. jonų, suteikiančių hemoglobinui raudoną spalvą. Nebaltyminė dalis lipoproteinai yra lipidas ir glikoproteinai- angliavandeniai. Tiek lipoproteinai, tiek glikoproteinai yra ląstelių membranų dalis. Nukleoproteinai yra baltymų ir nukleorūgščių (DNR ir RNR) kompleksai. Jie atlieka esmines paveldimos informacijos saugojimo ir perdavimo funkcijas.

Baltymų savybės. Daugelis baltymų gerai tirpsta vandenyje, tačiau kai kurie iš jų yra ir tie, kurie tirpsta tik druskų, šarmų, rūgščių ar organinių tirpiklių tirpaluose. Baltymų molekulės struktūra ir funkcinis aktyvumas priklauso nuo aplinkos sąlygų. Baltymų molekulės savo struktūros praradimas, išlaikant pirminę, vadinamas denatūravimas.

Denatūracija vyksta dėl temperatūros, pH, atmosferos slėgio pokyčių, veikiant rūgštims, šarmams, sunkiųjų metalų druskoms, organiniams tirpikliams ir kt.. Atvirkštinis antrinių ir aukštesnių struktūrų atsigavimo procesas vadinamas renatūracija tačiau tai ne visada įmanoma. Visiškas baltymo molekulės sunaikinimas vadinamas sunaikinimas.

Baltymų funkcijos. Baltymai ląstelėje atlieka daugybę funkcijų: plastinės (statybinės), katalizinės (fermentinės), energetinės, signalinės (receptoriaus), susitraukiančios (motorinės), transportavimo, apsauginės, reguliavimo ir saugojimo.

Struktūrinė baltymų funkcija yra susijusi su jų buvimu ląstelių membranose ir ląstelės struktūriniuose komponentuose. Energija – dėl to, kad suskaidžius 1 g baltymų išsiskiria 17,2 kJ energijos. Membraninių receptorių baltymai aktyviai dalyvauja aplinkos signalų suvokime ir jų perdavimu visoje ląstelėje, taip pat tarpląsteliniame atpažinime. Be baltymų ląstelių ir organizmų judėjimas apskritai yra neįmanomas, nes jie sudaro žvynelių ir blakstienų pagrindą, taip pat užtikrina raumenų susitraukimą ir tarpląstelinių komponentų judėjimą. Žmonių ir daugelio gyvūnų kraujyje esantis baltymas hemoglobinas perneša deguonį ir dalį anglies dioksido, o kiti baltymai perneša jonus ir elektronus. Apsauginis baltymų vaidmuo visų pirma yra susijęs su imunitetu, nes interferono baltymas gali sunaikinti daugybę virusų, o antikūnų baltymai slopina bakterijų ir kitų pašalinių agentų vystymąsi. Tarp baltymų ir peptidų yra daug hormonų, pavyzdžiui, kasos hormonas – insulinas, reguliuojantis gliukozės koncentraciją kraujyje. Kai kuriuose organizmuose baltymai gali kauptis, pavyzdžiui, ankštinių augalų sėklose arba vištienos kiaušinių baltymai.

Nukleino rūgštys

Nukleino rūgštys Yra biopolimerai, kurių monomerai yra nukleotidai. Šiuo metu žinomos dviejų tipų nukleino rūgštys: ribonukleino rūgštis (RNR) ir dezoksiribonukleino rūgštis (DNR).

Nukleotidas susidaro iš azoto bazės, pentozės cukraus likučių ir fosforo rūgšties liekanų. Nukleotidų ypatumus daugiausia lemia jų sudėtį sudarančios azoto bazės, todėl net ir įprastai nukleotidai žymimi pirmosiomis jų pavadinimų raidėmis. Nukleotiduose gali būti penkios azoto bazės: adeninas (A), guaninas (G), timinas (T), uracilas (U) ir citozinas (C). Nukleotidų – ribozės ir dezoksiribozės – pentozės lemia, kuris nukleotidas susidarys – ribonukleotidas ar dezoksiribonukleotidas. Ribonukleotidai yra RNR monomerai, gali veikti kaip signalinės molekulės (cAMP) ir būti didelės energijos junginių, pavyzdžiui, ATP, ir kofermentų, tokių kaip NADP, NAD, FAD ir kt., dalis, o deoksiribonukleotidai yra DNR dalis.

Dezoksiribonukleorūgštis (DNR)- dvigrandį biopolimerą, kurio monomerai yra dezoksiribonukleotidai. Dezoksiribonukleotidų sudėtyje yra tik keturios azoto bazės iš penkių galimų - adeninas (A), timinas (T), guaninas (G) arba citozinas (C), taip pat dezoksiribozės ir ortofosforo rūgšties liekanos. DNR grandinės nukleotidai yra sujungti vienas su kitu per fosforo rūgšties liekanas, sudarydami fosfodiesterio ryšį. Susidarius dvigrandei molekulei, azoto bazės nukreipiamos į molekulės vidų. Tačiau DNR grandinių susijungimas nevyksta atsitiktinai – skirtingų grandinių azotinės bazės viena su kita jungiasi vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą: adeninas su timinu jungiasi dviem vandenilio ryšiais (A = T), o guaninas su citozinas - trys (G $ ≡ $ C).

Jai buvo įsteigti Įkrovimo taisyklės:

Nukleotidų skaičius DNR, turinčioje adenino, yra lygus nukleotidų, turinčių timiną, skaičiui (A = T).
DNR nukleotidų, kuriuose yra guanino, skaičius yra lygus nukleotidų, turinčių citoziną, skaičiui (G $ ≡ $ C).
Dezoksiribonukleotidų, kuriuose yra adenino ir guanino, suma yra lygi dezoksiribonukleotidų, turinčių timiną ir citoziną, sumai (A + G = T + C).
Dezoksiribonukleotidų, turinčių adenino ir timino, sumos santykis su dezoksiribonukleotidų, turinčių guanino ir citozino, sumos santykis priklauso nuo organizmo tipo.

DNR struktūrą iššifravo F. Crickas ir D. Watsonas (1962 m. Nobelio fiziologijos arba medicinos premija). Pagal jų modelį DNR molekulė yra dešinioji dviguba spiralė. Atstumas tarp nukleotidų DNR grandinėje yra 0,34 nm.

Svarbiausia DNR savybė yra gebėjimas replikuotis (savidubliacija). Pagrindinė DNR funkcija yra paveldimos informacijos, kuri registruojama nukleotidų sekų pavidalu, saugojimas ir perdavimas. DNR molekulės stabilumą palaiko galingos remonto (atkūrimo) sistemos, tačiau net ir jos nesugeba visiškai pašalinti neigiamo poveikio, o tai galiausiai lemia mutacijų atsiradimą. Eukariotinių ląstelių DNR yra sutelkta branduolyje, mitochondrijose ir plastiduose, o prokariotinės ląstelės yra tiesiai citoplazmoje. Branduolinė DNR yra chromosomų pagrindas, ją vaizduoja neuždarytos molekulės. Mitochondrijų, plastidų ir prokariotų DNR yra apskritimo formos.

Ribonukleino rūgštis (RNR)- biopolimeras, kurio monomerai yra ribonukleotidai. Juose taip pat yra keturios azoto bazės – adeninas (A), uracilas (U), guaninas (G) arba citozinas (C), todėl skiriasi nuo DNR viena iš bazių (vietoj timino, RNR randamas uracilas). Likusią pentozės cukraus dalį ribonukleotiduose vaizduoja ribozė. RNR dažniausiai yra vienos grandinės molekulės, išskyrus kai kurias virusines. Yra trys pagrindiniai RNR tipai: informacinė arba šabloninė (mRNR, mRNR), ribosominė (rRNR) ir transportinė (tRNR). Visi jie susidaro proceso metu transkripcijos- perrašymas iš DNR molekulių.

ir RNR sudaro mažiausią RNR dalį ląstelėje (2-4%), kurią kompensuoja jų įvairovė, nes vienoje ląstelėje gali būti tūkstančiai skirtingų mRNR. Tai yra vienos grandinės molekulės, kurios yra polipeptidinių grandinių sintezės šablonai. Informacija apie baltymo struktūrą juose įrašoma nukleotidų sekų pavidalu, o kiekvieną aminorūgštį koduoja nukleotidų tripletas - kodonas.

R RNR yra gausiausias RNR tipas ląstelėje (iki 80%). Jų molekulinė masė yra vidutiniškai 3000-5000; susidaro branduoliuose ir yra ląstelių organelių – ribosomų – dalis. Atrodo, kad rRNR taip pat vaidina svarbų vaidmenį baltymų sintezėje.

T RNR yra mažiausia iš RNR molekulių, nes joje yra tik 73–85 nukleotidai. Jų dalis viso RNR kiekio ląstelėje sudaro apie 16%. tRNR funkcija yra transportuoti aminorūgštis į baltymų sintezės vietą (į ribosomas). tRNR molekulės forma primena dobilo lapą. Viename iš molekulės galų yra vieta aminorūgščių prijungimui, o vienoje iš kilpų yra nukleotidų tripletas, kuris yra komplementarus mRNR kodonui ir lemia, kurią aminorūgštį tRNR nešios. antikodonas.

Visų tipų RNR aktyviai dalyvauja įgyvendinant paveldimą informaciją, kuri iš DNR perrašoma į mRNR, o pastarojoje vyksta baltymų sintezė. Baltymų sintezės procese tRNR tiekia aminorūgštis į ribosomas, o rRNR yra pačios ribosomos dalis.

Adenozino trifosforo rūgštis (ATP) Yra nukleotidas, kuriame, be azoto bazės adenino ir ribozės liekanos, yra trys fosforo rūgšties liekanos. Ryšiai tarp paskutinių dviejų fosforo liekanų yra didelės energijos (skilimo metu išsiskiria 42 kJ / mol energijos), o standartinis cheminis ryšys po skilimo suteikia 12 kJ / mol. Jei reikia energijos, didelės energijos ATP jungtis suskaidoma, susidaro adenozino difosforo rūgštis (ADP), fosforo liekana ir išsiskiria energija:

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

ADP taip pat gali būti suskaldytas, kad susidarytų AMP (adenozino monofosforo rūgštis) ir fosforo rūgšties liekana:

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

Energijos apykaitos (kvėpavimo, fermentacijos metu), taip pat fotosintezės procese ADP prideda fosforo liekanų ir virsta ATP. ATP redukcijos reakcija vadinama fosforilinimas... ATP yra universalus energijos šaltinis visiems gyvybiškai svarbiems gyvų organizmų procesams.

Visų gyvų organizmų ląstelių cheminės sudėties tyrimas parodė, kad jose yra tie patys cheminiai elementai, cheminės medžiagos, kurios atlieka tas pačias funkcijas. Negana to, jame dirbs iš vieno organizmo į kitą perkelta DNR dalis, o bakterijų ar grybelių sintetinamas baltymas žmogaus organizme veiks kaip hormonas ar fermentas. Tai vienas iš organinio pasaulio kilmės vienovės įrodymų.

Ląstelių struktūra. Ląstelės dalių ir organelių sandaros ir funkcijų tarpusavio ryšys yra jos vientisumo pagrindas

Ląstelių struktūra

Prokariotinių ir eukariotinių ląstelių sandara

Pagrindiniai ląstelių struktūriniai komponentai yra plazminė membrana, citoplazma ir paveldimas aparatas. Atsižvelgiant į organizacijos ypatybes, išskiriami du pagrindiniai ląstelių tipai: prokariotinės ir eukariotinės. Pagrindinis skirtumas tarp prokariotinių ir eukariotinių ląstelių yra jų paveldimo aparato struktūra: prokariotuose jis yra tiesiai citoplazmoje (ši citoplazmos sritis vadinama nukleoidas) ir nėra nuo jo atskirta membraninėmis struktūromis, tuo tarpu eukariotuose didžioji dalis DNR yra sutelkta branduolyje, apsuptame dvigubos membranos. Be to, prokariotinių ląstelių genetinė informacija, esanti nukleoide, yra užfiksuota žiedinėje DNR molekulėje, o eukariotuose DNR molekulės yra atviros.

Skirtingai nuo eukariotų, prokariotinių ląstelių citoplazmoje taip pat yra nedidelis kiekis organelių, o eukariotinės ląstelės pasižymi didele šių struktūrų įvairove.

Biologinių membranų struktūra ir funkcijos

Biomembranos struktūra. Membranos, ribojančios eukariotinių ląstelių ląsteles ir membraninius organelius, turi bendrą cheminę sudėtį ir struktūrą. Jie susideda iš lipidų, baltymų ir angliavandenių. Membraninius lipidus daugiausia sudaro fosfolipidai ir cholesterolis. Dauguma membraninių baltymų yra sudėtingi baltymai, tokie kaip glikoproteinai. Angliavandeniai membranoje neatsiranda patys, jie jungiasi su baltymais ir lipidais. Membranos storis 7-10 nm.

Pagal šiuo metu visuotinai priimtą skysčio mozaikinį membranos struktūros modelį lipidai sudaro dvigubą sluoksnį arba lipidų bisluoksnis, kuriame lipidų molekulių hidrofilinės „galvutės“ yra nukreiptos į išorę, o hidrofobinės „uodegos“ yra paslėptos membranos viduje. Šios „uodegos“ dėl savo hidrofobiškumo užtikrina ląstelės vidinės aplinkos vandeninių fazių ir jos aplinkos atskyrimą. Baltymai yra susieti su lipidais per įvairias sąveikas. Kai kurie baltymai yra ant membranos paviršiaus. Tokie baltymai vadinami periferinis, arba paviršutiniškas... Kiti baltymai iš dalies arba visiškai panardinami į membraną – tai yra vientisas, arba panardinti baltymai... Membraniniai baltymai atlieka struktūrines, transportavimo, katalizines, receptorines ir kitas funkcijas.

Membranos neatrodo kaip kristalai, jų komponentai nuolat juda, dėl to tarp lipidų molekulių atsiranda plyšimai – poros, pro kurias įvairios medžiagos gali patekti į ląstelę arba iš jos išeiti.

Biologinės membranos skiriasi savo vieta ląstelėje, chemine sudėtimi ir atliekamomis funkcijomis. Pagrindiniai membranų tipai yra plazminė ir vidinė. Plazmos membrana yra apie 45% lipidų (įskaitant glikolipidus), 50% baltymų ir 5% angliavandenių. Virš membranos paviršiaus išsikiša angliavandenių grandinės, sudarančios sudėtingus baltymus-glikoproteinus ir kompleksinius lipidus-glikolipidus. Plazmalemos glikoproteinai yra labai specifiniai. Taigi, pavyzdžiui, ant jų yra abipusis ląstelių, įskaitant spermą ir kiaušinėlį, atpažinimas.

Gyvūnų ląstelių paviršiuje angliavandenių grandinės sudaro ploną paviršiaus sluoksnį - glikokaliksas. Jis randamas beveik visose gyvūnų ląstelėse, tačiau jo sunkumo laipsnis nėra vienodas (10-50 mikronų). Glikokaliksas užtikrina tiesioginį ryšį tarp ląstelės ir išorinės aplinkos, joje vyksta ekstraląstelinis virškinimas; receptoriai yra glikokalikse. Bakterijų, augalų ir grybų ląstelės, be plazmalemos, taip pat yra apsuptos ląstelių membranų.

Vidinės membranos eukariotinės ląstelės riboja skirtingas ląstelės dalis, sudarydamos savotiškus „skyrius“ - skyriai, kuris prisideda prie įvairių medžiagų apykaitos procesų ir energijos atskyrimo. Jie gali skirtis savo chemine sudėtimi ir atliekamomis funkcijomis, tačiau išlaiko bendrą sandaros planą.

Membranos funkcijos:

Ribojimas. Tai slypi tame, kad jie atskiria vidinę ląstelės erdvę nuo išorinės aplinkos. Membrana yra pusiau pralaidi, tai yra, ją laisvai įveikia tik tos medžiagos, kurios yra būtinos ląstelei, tuo tarpu yra reikalingų medžiagų transportavimo mechanizmai.
Receptorius. Pirmiausia tai siejama su aplinkos signalų suvokimu ir šios informacijos perkėlimu į ląstelę. Už šią funkciją atsakingi specialūs baltymų receptoriai. Membraniniai baltymai taip pat atsakingi už ląstelių atpažinimą pagal principą „draugas ar priešas“, taip pat už tarpląstelinių ryšių formavimąsi, iš kurių labiausiai ištirtos nervinių ląstelių sinapsės.
Katalizinis. Ant membranų yra išsidėstę daugybė fermentų kompleksų, dėl kurių jose vyksta intensyvūs sintetiniai procesai.
Energijos transformavimas. Jis susijęs su energijos susidarymu, jos kaupimu ATP pavidalu ir vartojimu.
Skirstymas. Membranos taip pat riboja erdvę ląstelės viduje, taip atskirdamos pradines reakcijos medžiagas ir fermentus, galinčius atlikti atitinkamas reakcijas.
Tarpląstelinių kontaktų formavimas. Nepaisant to, kad membranos storis yra toks mažas, kad jo negalima atskirti plika akimi, ji, viena vertus, yra pakankamai patikimas barjeras jonams ir molekulėms, ypač vandenyje tirpioms, ir kita vertus. ranka, užtikrina jų perkėlimą į ląstelę ir išorę.
Transportas.

Membranų transportavimas. Dėl to, kad ląstelės kaip elementarios biologinės sistemos yra atviros sistemos, medžiagų apykaitai ir energijai užtikrinti, homeostazei, augimui, dirglumui ir kitiems procesams palaikyti, reikalingas medžiagų pernešimas per membraną – membranos pernešimas. Šiuo metu medžiagų pernešimas per ląstelės membraną skirstomas į aktyvų, pasyvų, endo- ir egzocitozę.

Pasyvus transportas– Tai transporto būdas, vykstantis nenaudojant energijos nuo didesnės koncentracijos iki mažesnės. Lipiduose tirpios mažos nepolinės molekulės (O 2, CO 2) lengvai prasiskverbia į ląstelę paprasta difuzija... Netirpūs lipiduose, įskaitant įkrautas mažas daleles, pasiima baltymai-nešikliai arba praeina per specialius kanalus (gliukozę, aminorūgštis, K +, PO 4 3-). Šis pasyvaus transporto tipas vadinamas palengvinta difuzija... Vanduo į ląstelę patenka per poras lipidinėje fazėje, taip pat specialiais kanalais, išklotais baltymais. Vandens transportavimas per membraną vadinamas osmosas.

Osmosas yra nepaprastai svarbus ląstelės gyvenime, nes patalpinus jį į didesnės druskos koncentracijos tirpalą nei ląstelės tirpale, iš ląstelės pradės išeiti vanduo, o gyvojo turinio tūris ims mažėti. Gyvūnų ląstelėse susitraukia ląstelė kaip visuma, o augalų ląstelėse – citoplazmos atsilikimas nuo ląstelės sienelės, kuris vadinamas plazmolizė... Ląstelę patalpinus į tirpalą, kuris yra mažiau koncentruotas nei citoplazma, vanduo transportuojamas priešinga kryptimi – į ląstelę. Tačiau citoplazminės membranos tempimui yra ribos, ir gyvūno ląstelė ilgainiui plyšta, o augalo ląstelėje to neleidžia tvirta ląstelės sienelė. Reiškinys, kai ląstelės turiniu užpildo visą vidinę ląstelės erdvę, vadinamas deplazmolizė... Ruošiant vaistinius preparatus, ypač skirtus vartoti į veną, reikia atsižvelgti į tarpląstelinę druskų koncentraciją, nes tai gali pakenkti kraujo ląstelėms (tam naudojamas 0,9 % natrio chlorido koncentracijos druskos tirpalas). Tai vienodai svarbu auginant ląsteles ir audinius, taip pat gyvūnų ir augalų organus.

Aktyvus transportas sunaudojama ATP energija nuo mažesnės medžiagos koncentracijos iki didesnės. Tai atliekama naudojant specialius baltymų siurblius. Baltymai per membraną pumpuoja jonus K +, Na +, Ca 2+ ir kitus, kurie prisideda prie svarbiausių organinių medžiagų pernešimo, taip pat nervinių impulsų atsiradimo ir kt.

Endocitozė- tai aktyvus medžiagų įsisavinimo ląstelėje procesas, kurio metu membrana formuoja invaginacijas, o po to susidaro membranos pūslelės, fagosomos kuriame yra absorbuoti objektai. Tada pirminė lizosoma susilieja su fagosoma ir antrinė lizosoma, arba fagolizosoma, arba virškinimo vakuolė... Pūslelės turinį skaido lizosominiai fermentai, o skilimo produktus ląstelė sugeria ir pasisavina. Nesuvirškintos liekanos iš ląstelės pašalinamos egzocitozės būdu. Yra du pagrindiniai endocitozės tipai: fagocitozė ir pinocitozė.

Fagocitozė Ar ląstelės paviršiaus sugriebimo ir kietųjų dalelių absorbcijos procesas, ir pinocitozė-skysčiai. Fagocitozė daugiausia pasireiškia gyvūnų ląstelėse (vienaląsčių gyvūnuose, žmogaus leukocituose), ji suteikia jiems mitybą, dažnai apsaugo organizmą. Pinocitozės būdu, vykstant imuninėms reakcijoms, absorbuojami baltymai, antigeno-antikūnų kompleksai ir kt. Tačiau daugelis virusų į ląstelę patenka ir pinocitozės ar fagocitozės būdu. Augalų ir grybų ląstelėse fagocitozė praktiškai neįmanoma, nes jas supa stiprios ląstelių membranos.

Egzocitozė- procesas, priešingas endocitozei. Taigi iš virškinimo vakuolių išsiskiria nesuvirškinto maisto likučiai, pasišalina ląstelės ir viso organizmo gyvybei reikalingos medžiagos. Pavyzdžiui, nerviniai impulsai perduodami dėl to, kad impulsą siunčiantis neuronas išskiria cheminius pasiuntinius - tarpininkai, o augalų ląstelėse tokiu būdu išsiskiria pagalbiniai ląstelės membranos angliavandeniai.

Augalų, grybų ir bakterijų ląstelių sienelės. Už membranos ribų ląstelė gali išskirti stiprų karkasą - ląstelės membrana, arba ląstelių sienelės.

Augaluose ląstelės membranos pagrindas yra celiuliozė supakuoti į ryšulius po 50-100 molekulių. Tarpai tarp jų užpildyti vandeniu ir kitais angliavandeniais. Augalų ląstelės membrana yra persmelkta kanalėlių - plazmodesmata pro kuriuos praeina endoplazminio tinklo membranos. Medžiagos pernešamos tarp ląstelių išilgai plazmodesmos. Tačiau medžiagos, pavyzdžiui, vanduo, gali būti pernešamos išilgai pačių ląstelių sienelių. Laikui bėgant augalų ląstelės sienelėje kaupiasi įvairios medžiagos, įskaitant taninus ar į riebalus panašias medžiagas, o tai lemia pačios ląstelės sienelės lignėjimą arba kamštėjimą, vandens išstūmimą ir ląstelių turinio mirtį. Tarp gretimų augalų ląstelių sienelių yra į želė panašūs tarpikliai - vidurinės plokštės, kurios jas laiko kartu ir cementuoja viso augalo kūną. Jie sunaikinami tik bręstant vaisiams ir nukritus lapams.

Susidaro grybelių ląstelių sienelės chitinas- azoto turintis angliavandenis. Jie yra pakankamai stiprūs ir yra išorinis ląstelės karkasas, bet vis tiek, kaip ir augaluose, užkerta kelią fagocitozei.

Bakterijose ląstelės sienelės sudėtis apima angliavandenius su peptidų fragmentais - mureinas, tačiau jo kiekis įvairiose bakterijų grupėse labai skiriasi. Ant ląstelės sienelės gali išsiskirti ir kiti polisacharidai, kurie suformuoja gleivinę kapsulę, kuri apsaugo bakterijas nuo išorinių poveikių.

Membrana lemia ląstelės formą, atlieka mechaninės atramos funkciją, atlieka apsauginę funkciją, užtikrina ląstelės osmosines savybes, riboja gyvojo turinio tempimą ir neleidžia ląstelės plyšimui, kuris didėja dėl antplūdžio. vandens. Be to, vanduo ir jame ištirpusios medžiagos įveikia ląstelės sienelę prieš patekdamos į citoplazmą arba atvirkščiai – iš jos išeidamos, o vanduo ląstelės sienelėmis transportuojamas greičiau nei per citoplazmą.

Citoplazma

Citoplazma– tai vidinis ląstelės turinys. Į jį panardinami visi ląstelės organelės, branduolys ir įvairios atliekos.

Citoplazma jungia visas ląstelės dalis viena su kita, joje vyksta daugybė medžiagų apykaitos reakcijų. Citoplazma yra atskirta nuo aplinkos ir padalinta į skyrius membranomis, tai yra, ląstelės turi membraninę struktūrą. Jis gali būti dviejų būsenų – zolio ir gelio. Sol- tai pusiau skysta, želė pavidalo citoplazmos būsena, kurioje gyvybiniai procesai vyksta intensyviausiai, ir gelis- tankesnė, želė pavidalo būsena, trukdanti cheminių reakcijų eigai ir medžiagų transportavimui.

Skystoji citoplazmos dalis be organelių vadinama hialoplazma... Hialoplazma arba citozolis yra koloidinis tirpalas, kuriame yra gana didelių dalelių, tokių kaip baltymai, suspensija, apsupta vandens molekulių dipolių. Šios suspensijos nuosėdos neįvyksta dėl to, kad jos turi tą patį krūvį ir yra atstumiamos viena nuo kitos.

Organelės

Organelės– tai nuolatiniai ląstelės komponentai, atliekantys tam tikras funkcijas.

Priklausomai nuo struktūrinių savybių, jie skirstomi į membraninius ir nemembraninius. Membrana organelės savo ruožtu skirstomos į vienos membranos (endoplazminis tinklas, Golgi kompleksas ir lizosomos) arba dvimembranes (mitochondrijos, plastidai ir branduolys). Ne membraninis organelės yra ribosomos, mikrovamzdeliai, mikrofilamentai ir ląstelės centras. Prokariotams būdingos tik ribosomos iš išvardytų organelių.

Branduolio struktūra ir funkcijos. Šerdis- didelė dviejų membranų organelė, esanti ląstelės centre arba jos periferijoje. Branduolio dydis gali svyruoti nuo 3 iki 35 mikronų. Branduolio forma dažnai būna sferinė arba elipsoidinė, tačiau yra ir lazdelių, fusiforminių, pupelių, skiltinių ir net segmentuotų branduolių. Kai kurie tyrinėtojai mano, kad branduolio forma atitinka pačios ląstelės formą.

Dauguma ląstelių turi vieną branduolį, bet, pavyzdžiui, kepenų ir širdies ląstelėse gali būti du, o kai kuriuose neuronų – iki 15. Skeleto raumenų skaidulose dažniausiai yra daug branduolių, tačiau jos nėra ląstelės visa prasme. žodis, nes jie susidaro susiliejus kelioms ląstelėms.

Šerdis yra apsupta branduolinis apvalkalas, o jo vidinė erdvė užpildyta branduolinės sultys, arba nukleoplazma (karioplazma) kuriuose yra panardinami chromatinas ir branduolys... Branduolys atlieka tokias svarbias funkcijas kaip paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas, taip pat ląstelės gyvybinės veiklos kontrolė.

Branduolio vaidmuo perduodant paveldimą informaciją buvo įtikinamai įrodytas eksperimentais su žaliosiomis dumbliais acetabularia. Viename milžiniškame narve, kurio ilgis siekia 5 cm, išskiriama kepurė, koja ir šakniastiebis. Be to, jame yra tik vienas branduolys, esantis rizoidėje. 1930-aisiais I. Hemmerlingas vienos rūšies acetabuliarijos branduolį su žalia spalva persodino į kitos rūšies rizoidą, turintį rudą spalvą, iš kurio buvo pašalintas branduolys. Po kurio laiko augalas su persodintu branduoliu sukūrė naują kepurę, kaip branduolio donoro dumblį. Tuo pačiu metu nuo šakniastiebio atskirtas dangtelis arba stiebas, kuriame nėra branduolio, po kurio laiko mirė.

Branduolinis apvalkalas sudaryta iš dviejų membranų – išorinės ir vidinės, tarp kurių yra tarpas. Tarpmembraninė erdvė susisiekia su šiurkštaus endoplazminio tinklo ertme, o išorinėje branduolio membranoje gali būti ribosomų. Branduolinis apvalkalas yra persmelktas daugybe porų, apjuostų specialiais baltymais. Per poras pernešamos medžiagos: į branduolį patenka būtini baltymai (tarp jų ir fermentai), jonai, nukleotidai ir kitos medžiagos, iš jo išeina RNR molekulės, atliekiniai baltymai, ribosomų subvienetai. Taigi branduolio apvalkalo funkcijos yra branduolio turinio atskyrimas nuo citoplazmos, taip pat medžiagų apykaitos tarp branduolio ir citoplazmos reguliavimas.

Nukleoplazma vadinamas branduolio turiniu, į kurį panardintas chromatinas ir branduolys. Tai koloidinis tirpalas, chemiškai panašus į citoplazmą. Nukleoplazmos fermentai katalizuoja aminorūgščių, nukleotidų, baltymų ir tt mainus. Nukleoplazma yra susijusi su hialoplazma per branduolio poras. Nukleoplazmos, kaip ir hialoplazmos, funkcijos yra užtikrinti visų branduolio struktūrinių komponentų tarpusavio ryšį ir daugelio fermentinių reakcijų įgyvendinimą.

Chromatinas vadinamas plonų gijų ir granulių, panardintų į nukleoplazmą, rinkiniu. Jį galima aptikti tik dažant, nes chromatino ir nukleoplazmos lūžio rodikliai yra maždaug vienodi. Siūlinis chromatino komponentas vadinamas euchromatinas, ir granuliuotas - heterochromatinas... Euchromatinas yra silpnai sutankintas, nes iš jo skaitoma paveldima informacija, o labiau susisukęs heterochromatinas yra genetiškai neaktyvus.

Chromatinas yra struktūrinė chromosomų modifikacija nesidalijančiame branduolyje. Taigi chromosomos branduolyje yra nuolat, tik jų būsena kinta priklausomai nuo funkcijos, kurią branduolys šiuo metu atlieka.

Chromatino sudėtį daugiausia sudaro baltymai-nukleoproteinai (dezoksiribonukleoproteinai ir ribonukleoproteinai), taip pat fermentai, iš kurių svarbiausi yra susiję su nukleorūgščių ir kai kurių kitų medžiagų sinteze.

Chromatino funkcijos, pirma, yra tam tikram organizmui būdingų nukleino rūgščių, kurios nukreipia specifinių baltymų sintezę, sintezė ir, antra, paveldimų savybių perkėlimas iš motininės ląstelės į dukterinę ląstelę, kuriai chromatino gijos. Dalijimosi metu yra supakuoti į chromosomas.

Nukleolis- 1-3 mikronų skersmens sferinis kūnas, aiškiai matomas mikroskopu. Jis susidaro chromatino srityse, kuriose užkoduota informacija apie rRNR ir ribosomų baltymų struktūrą. Branduolys branduolyje dažnai yra vienas, tačiau tose ląstelėse, kuriose vyksta intensyvūs gyvybiniai procesai, branduolių gali būti du ar daugiau. Branduolių funkcijos yra rRNR sintezė ir ribosomų subvienetų surinkimas, jungiant rRNR su baltymais, gaunamais iš citoplazmos.

Mitochondrijos- Dviejų membranų organelės yra apvalios, ovalios arba lazdelės formos, nors randama ir spiralės formos (spermatozėje). Mitochondrijų skersmuo yra iki 1 mikrono, o ilgis - iki 7 mikronų. Erdvė mitochondrijų viduje užpildyta matrica. Matrica– Tai pagrindinė mitochondrijų medžiaga. Į jį panardinta žiedinė DNR molekulė ir ribosomos. Išorinė mitochondrijų membrana yra lygi ir nepralaidi daugeliui medžiagų. Vidinėje membranoje yra ataugų - crista kurie padidina membranų paviršiaus plotą cheminėms reakcijoms. Membranos paviršiuje yra daug baltymų kompleksų, sudarančių vadinamąją kvėpavimo grandinę, taip pat į grybus panašių ATP sintetazės fermentų. Mitochondrijose vyksta aerobinis kvėpavimo etapas, kurio metu sintetinamas ATP.

Plastidai- didelės dviejų membranų organelės, būdingos tik augalų ląstelėms. Užpildoma vidinė plastidų erdvė stroma, arba matrica... Stromoje yra daugiau ar mažiau išvystyta membraninių pūslelių sistema - tilakoidai kurie surenkami į krūvas - grūdai taip pat savo žiedinę DNR molekulę ir ribosomą. Yra keturi pagrindiniai plastidų tipai: chloroplastai, chromoplastai, leukoplastai ir proplastidai.

Chloroplastai- tai žali plastidai, kurių skersmuo 3-10 mikronų, aiškiai matomi mikroskopu. Jų yra tik žaliose augalų dalyse – lapuose, jaunuose stiebuose, žieduose ir vaisiuose. Chloroplastai paprastai yra ovalios arba elipsoidinės formos, bet gali būti ir kaušeliai, spiralės formos ir net skiltiniai. Vidutiniškai chloroplastų skaičius ląstelėje svyruoja nuo 10 iki 100 vienetų. Tačiau, pavyzdžiui, kai kuriuose dumbliuose jis gali turėti vieną, būti nemažo dydžio ir sudėtingos formos - tada jis vadinamas chromatoforas... Kitais atvejais chloroplastų skaičius gali siekti kelis šimtus, o jų dydis yra mažas. Chloroplasto spalvą lemia pagrindinis fotosintezės pigmentas - chlorofilas, nors juose taip pat yra papildomų pigmentų - karotinoidų... Karotinoidai išryškėja tik rudenį, kai senstančių lapų chlorofilas sunaikinamas. Pagrindinė chloroplastų funkcija yra fotosintezė. Šviesios fotosintezės reakcijos vyksta ant tilaoidinių membranų, ant kurių fiksuojamos chlorofilo molekulės, o tamsiosios – stromoje, kurioje yra daug fermentų.

Chromoplastai Tai geltoni, oranžiniai ir raudoni plastidai, turintys karotinoidinių pigmentų. Chromoplastų forma taip pat gali labai skirtis: jie yra vamzdiniai, sferiniai, kristaliniai ir kt. Chromoplastai suteikia spalvą augalų gėlėms ir vaisiams, pritraukia apdulkintojus ir sėklų bei vaisių platintojus.

Leukoplastai– Tai baltos arba bespalvės plastidės, dažniausiai apvalios arba ovalios formos. Jie plačiai paplitę nefotosintetinėse augalų dalyse, pavyzdžiui, lapo odoje, bulvių gumbuose ir kt. Juose kaupiasi maisto medžiagos, dažniausiai krakmolas, tačiau kai kuriuose augaluose tai gali būti baltymai ar aliejus.

Plastidės augalų ląstelėse susidaro iš proplastidų, kurie jau yra edukacinio audinio ląstelėse ir yra nedideli dviejų membranų kūnai. Ankstyvosiose vystymosi stadijose skirtingų tipų plastidai sugeba transformuotis vieni į kitus: veikiami šviesos, žaliuoja bulvių gumbų leukoplastai ir morkos šaknies chromoplastai.

Plastidės ir mitochondrijos vadinamos pusiau autonominėmis ląstelių organelėmis, nes turi savo DNR molekules ir ribosomas, vykdo baltymų sintezę ir dalijasi nepriklausomai nuo ląstelių dalijimosi. Šios savybės paaiškinamos kilme iš vienaląsčių prokariotinių organizmų. Tačiau mitochondrijų ir plastidų „nepriklausomybė“ yra ribota, kadangi jų DNR laisvai egzistuoti yra per mažai genų, likusi informacija yra užkoduota branduolio chromosomose, kas leidžia valdyti šiuos organelius.

Endoplazminis tinklas (EPS), arba endoplazminis tinklas (ER), Yra vienos membranos organoidas, kuris yra membraninių ertmių ir kanalėlių tinklas, užimantis iki 30% citoplazmos turinio. EPS kanalėlių skersmuo yra apie 25-30 nm. Yra dviejų tipų EPS – grubus ir lygus. Grubus EPS neša ribosomas, joje sintetinami baltymai. Sklandus EPS trūksta ribosomų. Jo funkcija yra lipidų ir angliavandenių sintezė, taip pat toksinių medžiagų transportavimas, saugojimas ir šalinimas. Jis ypač išvystytas tose ląstelėse, kuriose vyksta intensyvūs medžiagų apykaitos procesai, pavyzdžiui, kepenų ląstelėse – hepatocituose – ir griaučių raumenų skaidulose. EPS susintetintos medžiagos transportuojamos į Golgi aparatą. EPS taip pat surenkamos ląstelių membranos, tačiau jų formavimas baigiamas Golgi aparate.

Goldžio kompleksas, arba Golgi kompleksas, Ar vienos membranos organoidas, sudarytas iš plokščių cisternų, kanalėlių ir nuo jų atsiskiriančių pūslelių sistemos. Golgi aparato struktūrinis vienetas yra diktiozomas- cisternų šūsnis, į kurių vieną polių medžiagos patenka iš EPS, o iš priešingo poliaus, patyrusios tam tikras transformacijas, supakuojamos į burbulus ir siunčiamos į kitas ląstelės dalis. Talpyklų skersmuo yra apie 2 mikronus, o mažų burbuliukų skersmuo – apie 20-30 mikronų. Pagrindinės Golgi komplekso funkcijos yra tam tikrų medžiagų sintezė ir iš EPS gaunamų baltymų, lipidų ir angliavandenių modifikavimas (keitimas), galutinis membranų formavimas, taip pat medžiagų pernešimas per ląstelę, ląstelių atsinaujinimas. jo struktūras ir lizosomų susidarymą. Golgi aparatas gavo savo pavadinimą italų mokslininko Camillo Golgi garbei, kuris pirmą kartą atrado šį organoidą (1898).

Lizosomos- mažos iki 1 mikrono skersmens vienos membranos organelės, kuriose yra hidrolizinių fermentų, dalyvaujančių tarpląsteliniame virškinime. Lizosomų membranos šiems fermentams yra prastai pralaidžios, todėl lizosomos atlieka labai tiksliai ir tikslingai jų funkcijas. Taigi jie aktyviai dalyvauja fagocitozės procese, formuodami virškinimo vakuoles, o badaujant ar sugadinus tam tikras ląstelės dalis, jas virškina nepaveikdami kitų. Pastaruoju metu buvo atrastas lizosomų vaidmuo ląstelių žūties procesuose.

Vakuolė Tai augalų ir gyvūnų ląstelių citoplazmos ertmė, apribota membrana ir užpildyta skysčiu. Pirmuonių ląstelėse randamos virškinimo ir susitraukiančios vakuolės. Pirmieji dalyvauja fagocitozės procese, nes skaido maistines medžiagas. Pastarieji užtikrina vandens ir druskos balanso palaikymą dėl osmoreguliacijos. Virškinimo vakuolės daugiausia randamos daugialąsčiams gyvūnams.

Augalų ląstelėse visada yra vakuolių, juos supa speciali membrana ir užpildo ląstelių sultys. Vakuolę supanti membrana savo chemine sudėtimi, struktūra ir funkcijomis yra panaši į plazmos membraną. Ląstelių sultys yra įvairių neorganinių ir organinių medžiagų vandeninis tirpalas, įskaitant mineralines druskas, organines rūgštis, angliavandenius, baltymus, glikozidus, alkaloidus ir kt. Vakuolė gali užimti iki 90% ląstelės tūrio ir išstumti branduolį į periferiją. Ši ląstelės dalis atlieka saugojimo, išskyrimo, osmosines, apsaugines, lizosomines ir kitas funkcijas, nes kaupia maistines medžiagas ir atliekas, užtikrina vandens įsisavinimą ir ląstelės formos bei tūrio palaikymą, taip pat yra daug ląstelių skaidančių fermentų. komponentai. Be to, biologiškai aktyvios vakuolių medžiagos gali neleisti daugeliui gyvūnų valgyti šių augalų. Daugelyje augalų dėl vakuolių patinimo ląstelė auga tempiant.

Vakuolių yra ir kai kurių grybų bei bakterijų ląstelėse, tačiau grybuose jos atlieka tik osmoreguliacijos funkciją, o cianobakterijose palaiko plūdrumą ir dalyvauja azoto asimiliacijos iš oro procesuose.

Ribosomos- mažos 15-20 mikronų skersmens nemembraninės organelės, susidedančios iš dviejų subvienetų - didelio ir mažo. Eukariotinių ribosomų subvienetai surenkami branduolyje, o po to perkeliami į citoplazmą. Prokariotų, mitochondrijų ir plastidų ribosomos yra mažesnio dydžio nei eukariotų ribosomos. Ribosomų subvienetai apima rRNR ir baltymus.

Ribosomų skaičius ląstelėje gali siekti kelias dešimtis milijonų: citoplazmoje, mitochondrijose ir plastidėse jos yra laisvos, o esant grubiam EPS – surištos. Jie dalyvauja baltymų sintezėje, ypač vykdo transliacijos procesą - polipeptidinės grandinės biosintezę mRNR molekulėje. Laisvosiose ribosomose sintetinami hialoplazmos baltymai, mitochondrijos, plastidai ir jų pačių ribosomų baltymai, o ribosomose, prijungtose prie grubaus EPS, vyksta baltymų transliacija, skirta pašalinti iš ląstelių, surinkti membranas ir formuotis lizosomoms bei vakuolėms. .

Ribosomos gali būti išdėstytos hialoplazmoje atskirai arba sujungtos į grupes, tuo pačiu metu sintezuojant kelias polipeptidines grandines vienoje mRNR. Tokios ribosomų grupės vadinamos poliribosomos, arba polisomos.

Mikrovamzdeliai Ar cilindrinės tuščiavidurės nemembraninės organelės, prasiskverbiančios per visą ląstelės citoplazmą. Jų skersmuo apie 25 nm, sienelės storis 6-8 nm. Juos sudaro daugybė baltymų molekulių tubulinas, kurios iš pradžių sudaro 13 gijų, panašių į karoliukus, o paskui surenkamos į mikrovamzdelį. Mikrovamzdeliai sudaro citoplazminį tinklelį, kuris suteikia ląstelei formą ir tūrį, suriša plazminę membraną su kitomis ląstelės dalimis, užtikrina medžiagų pernešimą po visą ląstelę, dalyvauja ląstelės ir tarpląstelinių komponentų judėjime, taip pat genetinės medžiagos dalijimasis. Jie yra ląstelės centro ir judėjimo organelių – žvynelių ir blakstienų – dalis.

Mikrofilamentai, arba mikrofilamentai, taip pat yra ne membranos organelės, tačiau jos yra siūliškos formos ir susidaro ne iš tubulino, o aktinas... Jie dalyvauja membranos transportavimo, tarpląstelinio atpažinimo, ląstelės citoplazmos dalijimosi ir jos judėjimo procesuose. Raumenų ląstelėse aktino mikrofilamentų sąveika su miozino gijomis užtikrina susitraukimą.

Mikrovamzdeliai ir mikrofilamentai sudaro vidinį ląstelės karkasą - citoskeletas... Tai sudėtingas skaidulų tinklas, kuris suteikia mechaninę atramą plazminei membranai, lemia ląstelės formą, ląstelės organelių išsidėstymą ir jų judėjimą dalijantis ląstelėms.

Ląstelių centras- ne membraninis organoidas, esantis gyvūnų ląstelėse šalia branduolio; jo nėra augalų ląstelėse. Jo ilgis yra apie 0,2–0,3 µm, o skersmuo – 0,1–0,15 µm. Ląstelės centrą sudaro du centrioliai gulinčios viena kitai statmenose plokštumose, ir spinduliuojanti sfera iš mikrotubulių. Kiekvieną centriolę sudaro devynios mikrovamzdelių grupės, sudarytos iš trijų, ty trynukų. Ląstelių centras dalyvauja formuojant mikrovamzdelius, dalijantis paveldimąją ląstelės medžiagą, taip pat formuojant žvynelius ir blakstienas.

Judėjimo organelės. Flagella ir blakstienos yra ląstelių išaugos, padengtos plazmalema. Šių organelių pagrindas yra devynios poros mikrotubulių, esančių palei periferiją, ir du laisvieji mikrovamzdeliai centre. Mikrovamzdelius tarpusavyje jungia įvairūs baltymai, kurie užtikrina nuoseklų jų nukrypimą nuo ašies – svyravimą. Virpesiai yra nepastovūs, tai yra, didelės energijos ATP jungčių energija eikvojama šiam procesui. Prarastų žvynelių ir blakstienų atkūrimas yra funkcija baziniai kūnai, arba kinetozomos esančios jų bazėje.

Blakstienos ilgis yra apie 10-15 nm, o žvynelių ilgis - 20-50 mikronų. Dėl griežtai nukreiptų žvynelių ir blakstienų judesių vyksta ne tik vienaląsčių gyvūnų, spermatozoidų ir kt. judėjimas, bet ir išvalomi kvėpavimo takai, kiaušialąstė juda išilgai kiaušintakių, nes visos šios žmogaus dalys kūnas yra išklotas blakstienuotu epiteliu.

Inkliuzai

Inkliuzai– tai nestabilūs ląstelės komponentai, kurie susidaro ir išnyksta jos gyvavimo eigoje. Tai ir saugojimo medžiagos, pavyzdžiui, krakmolas arba baltyminiai grūdai augalų ląstelėse, glikogeno granulės gyvūnų ir grybų ląstelėse, volutinas bakterijose, riebalų lašai visų tipų ląstelėse ir atliekos, ypač nesuvirškinti maisto likučiai. kaip fagocitozės rezultatas.sudarantys vadinamuosius liekamuosius kūnus.

Ląstelės dalių ir organelių sandaros ir funkcijų tarpusavio ryšys yra jos vientisumo pagrindas

Kiekviena ląstelės dalis, viena vertus, yra atskira struktūra, turinti specifinę struktūrą ir funkcijas, kita vertus, sudėtingesnės sistemos, vadinamos ląstele, komponentas. Didžioji dalis paveldimos eukariotinės ląstelės informacijos yra sutelkta branduolyje, tačiau pats branduolys negali užtikrinti jos įgyvendinimo, nes tam reikia bent jau citoplazmos, kuri atlieka pagrindinę medžiagą, ir ribosomų, kuriose vyksta ši sintezė. . Dauguma ribosomų yra granuliuotame endoplazminiame tinkle, iš kurio baltymai dažniausiai transportuojami į Golgi kompleksą, o vėliau, modifikavus, į tas ląstelės dalis, kurioms jos skirtos, arba pašalinamos į išorę. Membraninės baltymų ir angliavandenių pakuotės gali būti įtrauktos į organelių membranas ir citoplazminę membraną, užtikrinant nuolatinį jų atsinaujinimą. Nuo Golgi komplekso taip pat atsiskiria ir svarbiausias funkcijas atliekančios lizosomos bei vakuolės. Pavyzdžiui, be lizosomų ląstelės greitai virstų savotišku atliekų molekulių ir struktūrų sąvartynu.

Visų šių procesų eigai reikia energijos, kurią gamina mitochondrijos, o augaluose – chloroplastai. Ir nors šios organelės yra gana autonomiškos, kadangi turi savo DNR molekules, kai kurie jų baltymai vis dar yra užkoduoti branduolinio genomo ir sintetinami citoplazmoje.

Taigi ląstelė yra jos sudedamųjų dalių, kurių kiekvienas atlieka savo unikalią funkciją, neišardoma vienybė.

Metabolizmas ir energijos konversija yra gyvų organizmų savybės. Energijos ir plastiko mainai, jų santykis. Energijos apykaitos etapai. Fermentacija ir kvėpavimas. Fotosintezė, jos reikšmė, kosminis vaidmuo. Fotosintezės fazės. Šviesios ir tamsios fotosintezės reakcijos, jų santykis. Chemosintezė. Chemosintetinių bakterijų vaidmuo Žemėje

Metabolizmas ir energijos konversija – gyvų organizmų savybės

Ląstelę galima prilyginti miniatiūrinei chemijos gamyklai, kurioje vyksta šimtai ir tūkstančiai cheminių reakcijų.

Metabolizmas- cheminių transformacijų rinkinys, skirtas biologinių sistemų išsaugojimui ir savaiminiam dauginimuisi.

Tai apima medžiagų patekimą į organizmą mitybos ir kvėpavimo metu, tarpląstelinę medžiagų apykaitą arba medžiagų apykaitą, taip pat galutinių mainų produktų paskirstymas.

Metabolizmas yra neatsiejamai susijęs su kai kurių energijos rūšių pavertimu kitomis. Pavyzdžiui, fotosintezės procese šviesos energija kaupiama sudėtingų organinių molekulių cheminių ryšių energijos pavidalu, o kvėpavimo procese ji išsiskiria ir išleidžiama naujų molekulių sintezei, mechaniniam ir osmosiniam darbui, išsisklaido šilumos pavidalu ir kt.

Cheminių reakcijų eigą gyvuose organizmuose užtikrina baltyminio pobūdžio biologiniai katalizatoriai - fermentai, arba fermentai... Kaip ir kiti katalizatoriai, fermentai cheminių reakcijų eigą ląstelėje paspartina dešimtis ir šimtus tūkstančių kartų, o kartais net ir padaro jas įmanomas, tačiau nekeičia nei galutinio reakcijos produkto (produktų) pobūdžio, nei savybių ir daro. patys nesikeičia. Fermentai gali būti ir paprasti, ir sudėtingi baltymai, kurie, be baltyminės dalies, apima ir nebaltyminius - kofaktorius (kofermentas)... Fermentų pavyzdžiai yra seilių amilazė, kuri skaido polisacharidus ilgai kramtant, ir pepsinas, leidžiantis virškinti baltymus skrandyje.

Fermentai nuo nebaltyminio pobūdžio katalizatorių skiriasi dideliu veikimo specifiškumu, reikšmingu reakcijos greičio padidėjimu jų pagalba, taip pat galimybe reguliuoti veikimą keičiant reakcijos sąlygas ar įvairių medžiagų sąveiką. su jais. Be to, sąlygos, kuriomis vyksta fermentinė katalizė, labai skiriasi nuo tų, kuriomis vyksta nefermentinė katalizė: optimali temperatūra fermentų funkcionavimui žmogaus organizme yra $ 37 ° C $, slėgis turėtų būti artimas atmosferos, o aplinkos $ pH $ gali gerokai dvejoti. Taigi amilazei reikalinga šarminė aplinka, o pepsinui – rūgštinė.

Fermentų veikimo mechanizmas yra sumažinti medžiagų (substratų), kurios patenka į reakciją, aktyvacijos energiją dėl tarpinių fermentų-substratų kompleksų susidarymo.

Energijos ir plastiko apykaita, jų ryšys

Metabolizmas susideda iš dviejų ląstelėje vienu metu vykstančių procesų: plastiko ir energijos apykaitos.

Plastinė medžiagų apykaita (anabolizmas, asimiliacija) yra sintezės reakcijų rinkinys, vykstantis naudojant ATP energiją. Plastinės apykaitos procese sintetinamos ląstelei būtinos organinės medžiagos. Plastinių medžiagų apykaitos reakcijų pavyzdžiai yra fotosintezė, baltymų biosintezė ir DNR replikacija (savaiminis padvigubėjimas).

Energijos apykaita (katabolizmas, disimiliacija) Tai sudėtingų medžiagų skilimo į paprastesnes reakcijų rinkinys. Dėl energijos apykaitos išsiskiria energija, kaupiama ATP pavidalu. Svarbiausi energijos apykaitos procesai yra kvėpavimas ir fermentacija.

Plastikas ir energijos mainai yra neatsiejamai susiję, nes plastinės apykaitos procese sintetinamos organinės medžiagos ir tam reikia ATP energijos, o energijos apykaitos procese organinės medžiagos yra suskaidomos ir išsiskiria energija, kuri vėliau bus išleista sintezės procesai.

Organizmai energiją gauna mitybos procese, ją išskiria ir paverčia prieinama forma, daugiausia kvėpavimo procese. Pagal maitinimosi būdą visi organizmai skirstomi į autotrofus ir heterotrofus. Autotrofai geba savarankiškai sintetinti organines medžiagas iš neorganinių, ir heterotrofai naudojamos tik paruoštos organinės medžiagos.

Energijos apykaitos etapai

Nepaisant energijos apykaitos reakcijų sudėtingumo, ji paprastai skirstoma į tris etapus: parengiamąjį, anaerobinį (be deguonies) ir aerobinį (deguonies).

Įjungta paruošiamasis etapas polisacharidų, lipidų, baltymų, nukleino rūgščių molekulės skyla į paprastesnes, pvz., gliukozę, glicerolį ir riebalų rūgštis, aminorūgštis, nukleotidus ir kt. Ši stadija gali vykti tiesiai ląstelėse arba žarnyne, iš kur skilimas medžiagos tiekiamos su krauju.

Anaerobinis etapas energijos apykaitą lydi tolesnis organinių junginių monomerų skilimas į dar paprastesnius tarpinius produktus, pavyzdžiui, piruvo rūgštį arba piruvatą. Tam nereikia deguonies, o daugeliui pelkių dumble ar žmogaus žarnyne gyvenančių organizmų tai yra vienintelis būdas gauti energijos. Anaerobinis energijos apykaitos etapas vyksta citoplazmoje.

Įvairios medžiagos gali skilti be oksidacijos, tačiau gliukozė dažnai yra reakcijų substratas. Jo skilimo be deguonies procesas vadinamas glikolizė... Glikolizės metu gliukozės molekulė netenka keturių vandenilio atomų, t.y. ji oksiduojasi, susidarant dviem piruvinės rūgšties molekulėms, dviem ATP molekulėms ir dviem redukuoto vandenilio nešiklio molekulėms $ NADH + H ^ (+) $:

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

ATP susidarymas iš ADP vyksta dėl tiesioginio fosfato anijono pernešimo iš iš anksto fosforilinto cukraus ir yra vadinamas substrato fosforilinimas.

Aerobinis etapas energijos mainai gali vykti tik esant deguoniui, o tarpiniai junginiai, susidarę anoksinio skilimo procese, oksiduojasi iki galutinių produktų (anglies dioksido ir vandens) ir išsiskiria didžioji dalis energijos, sukauptos organinių junginių cheminiuose ryšiuose. Jis paverčiamas 36 ATP molekulių didelės energijos ryšių energija. Šis etapas taip pat vadinamas audinių kvėpavimas... Trūkstant deguonies, tarpiniai junginiai virsta kitomis organinėmis medžiagomis, ir šis procesas vadinamas fermentacija.

Kvėpuoti

Ląstelių kvėpavimo mechanizmas schematiškai parodytas Fig.

Aerobinis kvėpavimas vyksta mitochondrijose, o piruvo rūgštis pirmiausia praranda vieną anglies atomą, o tai lydi vieno redukuojančio ekvivalento $ NADH + H ^ (+) $ ir acetilkofermento A (acetil-CoA) molekulės sintezė:

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

Acetil-CoA mitochondrijų matricoje dalyvauja cheminių reakcijų grandinėje, kurios derinys vadinamas Krebso ciklas (trikarboksirūgšties ciklas, citrinų rūgšties ciklas). Šių transformacijų metu susidaro dvi ATP molekulės, acetil-CoA visiškai oksiduojasi iki anglies dioksido, o jo vandenilio jonai ir elektronai prisijungia prie vandenilio nešėjų $ NADH + H ^ (+) $ ir $ FADH_2 $. Nešėjai perneša vandenilio protonus ir elektronus į vidines mitochondrijų membranas, kurios sudaro kristas. Nešančių baltymų pagalba vandenilio protonai įšvirkščiami į tarpmembraninę erdvę, o elektronai pernešami vadinamąja fermentų kvėpavimo grandine, esančia ant vidinės mitochondrijų membranos, ir numetami ant deguonies atomų:

$ O_2 + 2e ^ (-) → O_2 ^ - $.

Reikėtų pažymėti, kad kai kuriuose kvėpavimo grandinės baltymuose yra geležies ir sieros.

Iš tarpmembraninės erdvės vandenilio protonai, naudojant specialius fermentus – ATP sintazes, pernešami atgal į mitochondrijų matricą, o jo metu išsiskirianti energija panaudojama 34 ATP molekulių sintezei iš kiekvienos gliukozės molekulės. Šis procesas vadinamas oksidacinis fosforilinimas... Mitochondrijų matricoje vandenilio protonai reaguoja su deguonies radikalais, sudarydami vandenį:

$ 4H ^ (+) + O_2 ^ - → 2H_2O $.

Deguonies kvėpavimo reakcijų rinkinys gali būti išreikštas taip:

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

Bendra kvėpavimo lygtis atrodo taip:

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

Fermentacija

Trūkstant arba trūkstant deguonies, vyksta fermentacija. Fermentacija yra evoliuciškai ankstesnis energijos gavimo būdas nei kvėpavimas, tačiau jis energetiškai mažiau naudingas, nes fermentacijos metu susidaro organinės medžiagos, kuriose vis dar yra daug energijos. Yra keli pagrindiniai fermentacijos tipai: pieno rūgštis, alkoholinė, acto rūgštis ir kt. Taigi griaučių raumenyse, kai fermentacijos metu nėra deguonies, piruvo rūgštis redukuojama iki pieno rūgšties, o sunaudojami anksčiau susidarę redukuojantys ekvivalentai ir tik lieka dvi ATP molekulės:

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

Fermentuojant su mielių grybais, piruvinė rūgštis, esant deguoniui, paverčiama etilo alkoholiu ir anglies monoksidu (IV):

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

Fermentacijos metu su mikroorganizmų pagalba iš piruvo rūgšties taip pat gali susidaryti acto, sviesto, skruzdžių rūgštys ir kt.

ATP, gautas kaip energijos apykaitos rezultatas, ląstelėje sunaudojamas įvairiems darbams: cheminiams, osmosiniams, elektriniams, mechaniniams ir reguliavimo. Cheminis darbas apima baltymų, lipidų, angliavandenių, nukleorūgščių ir kitų gyvybiškai svarbių junginių biosintezę. Osmosinis darbas apima absorbcijos ląstelėje ir medžiagų, kurios yra ekstraląstelinėje erdvėje, koncentracijos didesnėmis nei pačioje ląstelėje, išskyrimo iš jos procesus. Elektros darbas yra glaudžiai susijęs su osmosiniu darbu, nes būtent dėl įkrautų dalelių judėjimo per membranas susidaro membranos krūvis ir įgyjamos jaudrumo bei laidumo savybės. Mechaninis darbas apima medžiagų ir struktūrų judėjimą ląstelės viduje, taip pat visą ląstelę. Reguliavimo darbas apima visus procesus, kuriais siekiama koordinuoti procesus ląstelėje.

Fotosintezė, jos reikšmė, kosminis vaidmuo

Fotosintezė vadinamas procesas, kai šviesos energija paverčiama organinių junginių cheminių ryšių energija, dalyvaujant chlorofilui.

Fotosintezės metu kasmet pagaminama apie 150 milijardų tonų organinių medžiagų ir apie 200 milijardų tonų deguonies. Šis procesas užtikrina anglies cirkuliaciją biosferoje, užkertant kelią anglies dioksido kaupimuisi ir taip užkertant kelią šiltnamio efektui bei Žemės perkaitimui. Dėl fotosintezės susidariusių organinių medžiagų kiti organizmai ne visiškai sunaudoja, nemaža jų dalis per milijonus metų susidarė mineralų (anglies ir rusvųjų anglių, naftos) telkiniuose. Pastaruoju metu kaip kuras pradedamas naudoti ir rapsų aliejus („biodyzelinas“) bei alkoholis, gaunamas iš augalų liekanų. Ozonas susidaro iš deguonies, veikiant elektros iškrovoms, kuris sudaro ozono ekraną, kuris apsaugo visą gyvybę Žemėje nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio.

Mūsų tautietis, puikus augalų fiziologas KA Timiryazev (1843–1920), fotosintezės vaidmenį pavadino „kosminiu“, nes ji jungia Žemę su Saule (erdve), suteikdama planetai energijos antplūdį.

Fotosintezės fazės. Šviesios ir tamsios fotosintezės reakcijos, jų santykis

1905 metais anglų augalų fiziologas F.Blekmanas atrado, kad fotosintezės greitis negali didėti be galo, kažkoks veiksnys jį riboja. Remdamasis tuo, jis padarė prielaidą, kad yra dvi fotosintezės fazės: šviesa ir tamsus... Esant mažam apšvietimo intensyvumui, šviesos reakcijų greitis didėja proporcingai didėjančiam šviesos intensyvumui, be to, šios reakcijos nepriklauso nuo temperatūros, nes fermentai joms tekėti nereikalingi. Ant tilaoidinių membranų vyksta šviesos reakcijos.

Tamsiųjų reakcijų greitis, priešingai, didėja kylant temperatūrai, tačiau pasiekus 30 ° C $ temperatūros slenkstį, šis augimas sustoja, o tai rodo šių stromoje vykstančių transformacijų fermentinį pobūdį. Reikėtų pažymėti, kad šviesa taip pat turi tam tikrą poveikį tamsos reakcijoms, nepaisant to, kad jos vadinamos tamsiomis.

Šviesioji fotosintezės fazė vyksta ant tilakoidų membranų, kurios turi kelių tipų baltymų kompleksus, iš kurių pagrindinės yra I ir II fotosistemos, taip pat ATP sintazė. Fotosistemose yra pigmentų kompleksų, kuriuose, be chlorofilo, yra ir karotinoidų. Karotinoidai fiksuoja šviesą tose spektro srityse, kurių chlorofilas neveikia, taip pat apsaugo chlorofilą nuo sunaikinimo didelio intensyvumo šviesoje.

Be pigmentų kompleksų, fotosistemose taip pat yra nemažai elektronų akceptorių baltymų, kurie nuosekliai perduoda elektronus vienas kitam iš chlorofilo molekulių. Šių baltymų seka vadinama chloroplastų elektronų pernešimo grandinė.

Fotosistema II taip pat siejama su specialiu baltymų kompleksu, kuris užtikrina deguonies išsiskyrimą fotosintezės metu. Šiame deguonį išskiriančiame komplekse yra mangano ir chloro jonų.

V šviesos fazėšviesos kvantai arba fotonai, patekę ant chlorofilo molekulių, esančių ant tilakoido membranų, perkelia jas į sužadintą būseną, kuriai būdinga didesnė elektronų energija. Šiuo atveju I fotosistemos chlorofilo sužadinti elektronai per tarpininkų grandinę perduodami vandenilio nešikliui NADP, kuris prijungia vandenilio protonus, kurie visada yra vandeniniame tirpale:

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

Atkurta $ NADPH + H ^ (+) $ vėliau bus naudojama tamsiojoje stadijoje. Elektronai iš II fotosistemos chlorofilo taip pat pernešami elektronų transportavimo grandine, tačiau jie užpildo I fotosistemos chlorofilo „elektronų skyles“. II fotosistemos chlorofilo elektronų trūkumas užpildomas dėl pasitraukimo iš vandens molekulių. dalyvaujant jau minėtam deguonį išskiriančiam kompleksui. Dėl vandens molekulių irimo, kuris vadinamas fotolizė susidaro vandenilio protonai ir išsiskiria molekulinis deguonis, kuris yra fotosintezės šalutinis produktas:

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

Genetinė informacija ląstelėje. Genai, genetinis kodas ir jo savybės. Biosintezės reakcijų matricinė prigimtis. Baltymų ir nukleorūgščių biosintezė

Genetinė informacija ląstelėje

Savo rūšies dauginimasis yra viena iš pagrindinių gyvų būtybių savybių. Dėl šio reiškinio panašumas yra ne tik tarp organizmų, bet ir tarp atskirų ląstelių, taip pat jų organelių (mitochondrijų ir plastidžių). Šio panašumo materialusis pagrindas yra genetinės informacijos, užkoduotos DNR nukleotidų sekoje, perdavimas, kuris vykdomas DNR replikacijos (savaiminio dvigubinimo) procesais. Visos ląstelių ir organizmų savybės ir savybės realizuojamos baltymų dėka, kurių struktūrą pirmiausia lemia DNR nukleotidų sekos. Todėl medžiagų apykaitos procesuose itin svarbią reikšmę turi nukleorūgščių ir baltymų biosintezė. Genas yra paveldimos informacijos struktūrinis vienetas.

Genai, genetinis kodas ir jo savybės

Paveldima informacija ląstelėje nėra monolitinė, ji suskaidoma į atskirus „žodžius“ – genus.

Gene Yra elementarus genetinės informacijos vienetas.

Žmogaus genomo programos darbai, kurie vienu metu buvo vykdomi keliose šalyse ir buvo baigti šio amžiaus pradžioje, leido suprasti, kad žmogus turi tik apie 25-30 tūkstančių genų, tačiau informacija iš daugumos mūsų DNR yra niekada neskaityta, nes jame yra daugybė beprasmių skyrių, pakartojimų ir genų, koduojančių žmogui prasmę praradusius bruožus (uodega, kūno plaukai ir kt.). Be to, buvo iššifruoti keli genai, atsakingi už paveldimų ligų vystymąsi, taip pat tiksliniai vaistų genai. Tačiau įgyvendinant šią programą gautų rezultatų praktinis pritaikymas atidedamas, kol bus iškoduoti didesnio skaičiaus žmonių genomai ir paaiškės, kuo jie vis dėlto skiriasi.

Vadinami genai, koduojantys pirminę baltymo struktūrą, ribosominę arba transportinę RNR struktūrinės ir genai, kurie aktyvuoja arba slopina informacijos skaitymą iš struktūrinių genų, reguliavimo... Tačiau net struktūriniuose genuose yra reguliavimo regionų.

Paveldima organizmų informacija yra užkoduota DNR tam tikrų nukleotidų ir jų sekų derinių pavidalu - genetinis kodas... Jo savybės: trigubumas, specifiškumas, universalumas, pertekliškumas ir nepersidengimas. Be to, genetiniame kode nėra skyrybos ženklų.

Kiekvieną aminorūgštį DNR koduoja trys nukleotidai - trynukas, pavyzdžiui, metioniną užkoduoja TAC tripletas, tai yra, kodas yra tripletas. Kita vertus, kiekvienas tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį, kuri yra jos specifiškumas arba vienareikšmiškumas. Genetinis kodas yra universalus visiems gyviems organizmams, tai yra, paveldimą informaciją apie žmogaus baltymus gali perskaityti bakterijos ir atvirkščiai. Tai liudija organinio pasaulio kilmės vienovę. Tačiau 64 trijų nukleotidų deriniai atitinka tik 20 aminorūgščių, todėl vieną aminorūgštį gali koduoti 2–6 tripletai, tai yra, genetinis kodas yra perteklinis arba išsigimęs. Trys tripletai neturi atitinkamų aminorūgščių, jie vadinami stop kodonai, nes jie rodo polipeptidinės grandinės sintezės pabaigą.

DNR tripletų bazių seka ir jų koduojamos aminorūgštys

* Stop kodonas, reiškiantis polipeptidinės grandinės sintezės pabaigą.

Aminorūgščių pavadinimų santrumpos:

Ala – alaninas

Arg – argininas

Asn – asparaginas

Asp – asparto rūgštis

Velenas – valinas

Jo – histidinas

Gly – glicinas

Gln – glutaminas

Glu - glutamo rūgštis

Ile – izoleucinas

Leu – leucinas

Liz - lizinas

Metas – metioninas

Pro - prolinas

Ser - serinas

Tiras – tirozinas

Tre – treoninas

Trys – triptofanas

Fenas – fenilalaninas

Cis – cisteinas

Jei genetinę informaciją pradėsite skaityti ne nuo pirmojo tripleto nukleotido, o nuo antrojo, tuomet pasislinks ne tik skaitymo rėmas – taip susintetintas baltymas bus visiškai kitoks ne tik nukleotidų seka, bet ir struktūra bei savybėmis. Tarp trynukų nėra skyrybos ženklų, todėl nėra jokių kliūčių perstumti skaitymo rėmelį, o tai atveria galimybes atsirasti ir išsaugoti mutacijas.

Biosintezės reakcijų matricinė prigimtis

Bakterijų ląstelės geba padvigubėti kas 20-30 minučių, o eukariotų – kasdien ar net dažniau, o tam reikalingas didelis DNR replikacijos greitis ir tikslumas. Be to, kiekvienoje ląstelėje yra šimtai ir tūkstančiai daugelio baltymų, ypač fermentų, kopijų, todėl „gabalinis“ jų gamybos būdas yra nepriimtinas jų dauginimuisi. Progresyvesnis metodas yra štampavimas, leidžiantis gauti daugybę tikslių gaminio kopijų ir, be to, sumažinti jo kainą. Antspaudavimui reikalinga matrica, su kuria daromas įspaudas.

Ląstelėse matricos sintezės principas yra tas, kad naujos baltymų ir nukleorūgščių molekulės sintetinamos pagal programą, numatytą tų pačių nukleorūgščių (DNR arba RNR) jau egzistuojančių molekulių struktūroje.

Baltymų ir nukleorūgščių biosintezė

DNR replikacija. DNR yra dvigrandis biopolimeras, kurio monomerai yra nukleotidai. Jei DNR biosintezė vyktų pagal fotokopijavimo principą, neišvengiamai atsirastų daugybė paveldimos informacijos iškraipymų ir klaidų, kurios galiausiai sukeltų naujų organizmų mirtį. Todėl DNR dubliavimosi procesas yra skirtingas, pusiau konservatyvus būdas: DNR molekulė išsisuka ir ant kiekvienos gijos pagal komplementarumo principą susintetinama nauja grandinė. DNR molekulės savaiminio dauginimosi procesas, užtikrinantis tikslų paveldimos informacijos kopijavimą ir jos perdavimą iš kartos į kartą, vadinamas replikacija(iš lat. replikacija- kartojimas). Dėl replikacijos susidaro dvi absoliučiai tikslios motinos DNR molekulės kopijos, kurių kiekviena turi po vieną motinos kopiją.

Replikacijos procesas iš tikrųjų yra labai sudėtingas, nes jame dalyvauja daugybė baltymų. Vieni jų išvynioja dvigubą DNR spiralę, kiti nutraukia vandenilinius ryšius tarp komplementarių grandinių nukleotidų, treti (pavyzdžiui, fermentas DNR polimerazė) parenka naujus nukleotidus pagal komplementarumo principą ir t.t. Susidarė dvi DNR molekulės. dėl replikacijos dalijimosi procese išsiskiria dvi naujai suformuotos dukterinės ląstelės.

Klaidos replikacijos procese pasitaiko itin retai, tačiau jei pasitaiko, jas labai greitai pašalina tiek DNR polimerazės, tiek specialūs remonto fermentai, nes bet kokia nukleotidų sekos klaida gali sukelti negrįžtamus baltymo struktūros ir funkcijų pokyčius. ir galiausiai neigiamai veikia naujos ląstelės ar net individo gyvybingumą.

Baltymų biosintezė. Kaip vaizdžiai pasakė iškilus XIX amžiaus filosofas F. Engelsas: „Gyvenimas yra baltyminių kūnų egzistavimo forma“. Baltymų molekulių struktūrą ir savybes lemia jų pirminė struktūra, tai yra DNR užkoduotų aminorūgščių seka. Nuo šios informacijos atkūrimo tikslumo priklauso ne tik paties polipeptido egzistavimas, bet ir visos ląstelės funkcionavimas, todėl baltymų sintezės procesas turi didelę reikšmę. Tai, matyt, yra pats sudėtingiausias sintezės procesas ląstelėje, nes čia dalyvauja iki trijų šimtų skirtingų fermentų ir kitų makromolekulių. Be to, jis teka dideliu greičiu, o tai reikalauja dar didesnio tikslumo.

Yra du pagrindiniai baltymų biosintezės etapai: transkripcija ir transliacija.

Transkripcija(iš lat. transkripcija- perrašymas) yra mRNR molekulių biosintezė DNR matricoje.

Kadangi DNR molekulėje yra dvi antilygiagrečios grandinės, nuskaitant informaciją iš abiejų gijų susidarytų visiškai skirtingos mRNR, todėl jų biosintezė galima tik vienoje iš grandinių, kuri vadinama koduojančia arba kodogenine, priešingai nei antroji. nekoduojantys arba nekodogeniški. Perrašymo procesą užtikrina specialus fermentas RNR polimerazė, kuris atrenka RNR nukleotidus pagal komplementarumo principą. Šis procesas gali vykti tiek branduolyje, tiek savo DNR turinčiose organelėse – mitochondrijose ir plastidėse.

Transkripcijos procese susintetintos mRNR molekulės pereina sudėtingą paruošimo transliacijai procesą (mitochondrijų ir plastidų mRNR gali likti organelių viduje, kur vyksta antrasis baltymų biosintezės etapas). iRNR brendimo procese prie jo pritvirtinami pirmieji trys nukleotidai (AUG) ir adenilo nukleotidų uodega, kurios ilgis lemia, kiek baltymo kopijų galima susintetinti tam tikroje molekulėje. Tik tada subrendusios mRNR palieka branduolį per branduolio poras.

Lygiagrečiai citoplazmoje vyksta aminorūgščių aktyvacijos procesas, kurio metu aminorūgštis prisijungia prie atitinkamos laisvos tRNR. Šį procesą katalizuoja specialus fermentas, jam išleidžiama ATP.

Transliacija(iš lat. vertimo- perdavimas) yra polipeptidinės grandinės biosintezė mRNR matricoje, kurios metu genetinė informacija paverčiama polipeptidinės grandinės aminorūgščių seka.

Antrasis baltymų sintezės etapas dažniausiai vyksta citoplazmoje, pavyzdžiui, esant grubiam EPS. Jo eigai reikalingas ribosomų buvimas, tRNR aktyvacija, kurios metu jos prijungia atitinkamas aminorūgštis, Mg2 + jonų buvimas, taip pat optimalios aplinkos sąlygos (temperatūra, pH, slėgis ir kt.).

Norėdami pradėti transliuoti ( inicijavimas) mažasis ribosomos subvienetas prijungiamas prie sintezei paruoštos mRNR molekulės, o tada pagal komplementarumo pirmajam kodonui (AUG) principą parenkama tRNR, nešanti aminorūgštį metioniną. Tik po to prijungiamas didelis ribosomos subvienetas. Surinktoje ribosomoje yra du mRNR kodonai, iš kurių pirmasis jau užimtas. Antroji tRNR, taip pat turinti aminorūgštį, yra prijungta prie gretimo kodono, po kurios naudojant fermentus tarp aminorūgščių liekanų susidaro peptidinis ryšys. Ribosoma perkelia vieną mRNR kodoną; pirmoji iš tRNR, išlaisvinta iš aminorūgšties, grįžta į citoplazmą kitai aminorūgščiai, o būsimos polipeptidinės grandinės fragmentas tarsi kabo ant likusios tRNR. Kita tRNR prijungiama prie naujo kodono ribosomoje, procesas kartojamas ir žingsnis po žingsnio polipeptidinė grandinė pailginama, tai yra, tai vyksta. pailgėjimas.

Baltymų sintezės pabaiga ( nutraukimas) atsiranda, kai tik mRNR molekulėje aptinkama specifinė nukleotidų seka, kuri nekoduoja aminorūgšties (stop kodonas). Po to atskiriama ribosoma, iRNR ir polipeptidinė grandinė, o naujai susintetintas baltymas įgauna atitinkamą struktūrą ir yra transportuojamas į tą ląstelės dalį, kurioje atliks savo funkcijas.

Vertimas yra labai daug energijos reikalaujantis procesas, nes vienos ATP molekulės energija išleidžiama vienos aminorūgšties prijungimui prie tRNR, o dar kelios naudojamos ribosomai perkelti išilgai mRNR molekulės.

Norint pagreitinti tam tikrų baltymų molekulių sintezę, prie mRNR molekulės gali būti paeiliui prijungtos kelios ribosomos, kurios sudaro vieną struktūrą - polisomas.

Ląstelė yra genetinis gyvo daikto vienetas. Chromosomos, jų sandara (forma ir dydis) ir funkcijos. Chromosomų skaičius ir jų rūšies pastovumas. Somatinės ir lytinės ląstelės. Ląstelių gyvenimo ciklas: tarpfazė ir mitozė. Mitozė yra somatinių ląstelių dalijimasis. Mejozė. Mitozės ir mejozės fazės. Augalų ir gyvūnų lytinių ląstelių vystymasis. Ląstelių dalijimasis yra organizmų augimo, vystymosi ir dauginimosi pagrindas. Mejozės ir mitozės vaidmuo

Ląstelė yra genetinis gyvybės vienetas

Nepaisant to, kad nukleorūgštys yra genetinės informacijos nešėjas, šios informacijos įgyvendinimas už ląstelės ribų yra neįmanomas, o tai nesunkiai įrodo virusų pavyzdys. Šie organizmai, dažnai turintys tik DNR arba RNR, negali patys daugintis, tam jie turi naudoti paveldimą ląstelės aparatą. Jie net negali patekti į ląstelę be pačios ląstelės pagalbos, nebent naudojant membranos transportavimo mechanizmus arba dėl ląstelių pažeidimo. Dauguma virusų yra nestabilūs, jie miršta jau po kelių valandų buvimo lauke. Vadinasi, ląstelė yra genetinis gyvo organizmo vienetas, turintis minimalų komponentų rinkinį, reikalingą paveldimos informacijos išsaugojimui, modifikavimui ir įgyvendinimui, taip pat jos perdavimui palikuonims.

Didžioji dalis eukariotinės ląstelės genetinės informacijos yra sutelkta branduolyje. Jo organizavimo ypatybė yra ta, kad, skirtingai nei prokariotinės ląstelės DNR, eukariotinės DNR molekulės nėra uždaros ir sudaro sudėtingus kompleksus su baltymais - chromosomas.

Chromosomos, jų sandara (forma ir dydis) ir funkcijos

Chromosoma(iš graikų kalbos. chromas- spalva, spalva ir šamas- kūnas) yra ląstelės branduolio struktūra, kurioje yra genų ir yra tam tikra paveldima informacija apie organizmo savybes ir savybes.

Kartais prokariotų žiedinės DNR molekulės dar vadinamos chromosomomis. Chromosomos gali savaime padvigubėti, turi struktūrinį ir funkcinį individualumą ir išlaiko jį kartoms. Kiekviena ląstelė neša visą paveldimą kūno informaciją, tačiau joje veikia tik nedidelė dalis.

Chromosomos pagrindas yra dvigrandė DNR molekulė, kupina baltymų. Eukariotuose histono ir nehistono baltymai sąveikauja su DNR, o prokariotuose histono baltymų nėra.

Chromosomos geriausiai matomos šviesos mikroskopu ląstelių dalijimosi metu, kai dėl sutankinimo jos įgauna lazdelės formos kūnus, atskirtus pirminiu susiaurėjimu. centromeras — ant pečių... Chromosomoje taip pat gali būti antrinis susiaurėjimas, kuris kai kuriais atvejais atskiria vadinamąjį palydovas... Chromosomų galai vadinami telomerų... Telomerai neleidžia chromosomų galams sulipti ir užtikrina jų prisitvirtinimą prie branduolio membranos nesidalijančioje ląstelėje. Dalijimosi pradžioje chromosomos padvigubėja ir susideda iš dviejų dukterinių chromosomų - chromatidės tvirtinamas centromeroje.

Pagal formą išskiriamos vienodos rankos, nelygios rankos ir lazdelės formos chromosomos. Chromosomų dydžiai labai skiriasi, tačiau vidutinė chromosoma yra 5 $ × $ 1,4 μm.

Kai kuriais atvejais chromosomose dėl daugybės DNR dubliavimosi yra šimtai ir tūkstančiai chromatidžių: tokios milžiniškos chromosomos vadinamos politenija... Jų yra Drosophila lervų seilių liaukose, taip pat apvaliųjų kirmėlių virškinimo liaukose.

Chromosomų skaičius ir jų rūšies pastovumas. Somatinės ir lytinės ląstelės

Pagal ląstelių teoriją ląstelė yra organizmo sandaros, gyvybinės veiklos ir vystymosi vienetas. Taigi tokios esminės gyvų būtybių funkcijos kaip organizmo augimas, dauginimasis ir vystymasis yra užtikrinamos ląstelių lygmeniu. Daugialąsčių organizmų ląstelės gali būti skirstomos į somatines ir reprodukcines ląsteles.

Somatinės ląstelės- tai visos kūno ląstelės, kurios susidaro dėl mitozinio dalijimosi.

Chromosomų tyrimas leido nustatyti, kad kiekvienos biologinės rūšies organizmo somatinėms ląstelėms būdingas pastovus chromosomų skaičius. Pavyzdžiui, žmogus turi 46. Somatinių ląstelių chromosomų rinkinys vadinamas diploidas(2n) arba dvigubai.

Lytinės ląstelės, arba gametos, Yra specializuotos ląstelės, kurios tarnauja lytiniam dauginimuisi.

Lytinėse ląstelėse visada yra perpus mažiau chromosomų nei somatinėse ląstelėse (žmogaus - 23), todėl lytinių ląstelių chromosomų rinkinys vadinamas haploidas(n) arba vienas. Jo susidarymas yra susijęs su mejoziniu ląstelių dalijimusi.

Somatinių ląstelių DNR kiekis žymimas 2c, o lytinių ląstelių - 1c. Somatinių ląstelių genetinė formulė rašoma kaip 2n2c, o lytinių – 1n1c.

Kai kurių somatinių ląstelių branduoliuose chromosomų skaičius gali skirtis nuo jų skaičiaus somatinėse ląstelėse. Jei šis skirtumas didesnis vienu, dviem, trimis ir pan., haploidinės aibės, tada tokios ląstelės vadinamos poliploidas(atitinkamai tri-, tetra-, pentaploidas). Tokiose ląstelėse medžiagų apykaitos procesai dažniausiai būna labai intensyvūs.

Chromosomų skaičius savaime nėra rūšiai būdingas požymis, nes skirtingi organizmai gali turėti tiek pat chromosomų, o giminingi gali skirtis. Pavyzdžiui, Plasmodium maliarija ir arklio apvaliosios kirmėlės turi dvi chromosomas, o žmonės ir šimpanzės turi atitinkamai 46 ir 48.

Žmogaus chromosomos skirstomos į dvi grupes: autosomas ir lytines chromosomas (heterochromosomas). Autosomžmogaus somatinėse ląstelėse yra 22 poros, jos yra vienodos vyrams ir moterims, ir lytinės chromosomos tik viena pora, bet būtent ji nustato individo lytį. Yra dviejų tipų lytinės chromosomos – X ir Y. Moters kūno ląstelėse yra dvi X chromosomos, o vyrų – X ir Y.

Kariotipas- Tai organizmo chromosomų rinkinio požymių rinkinys (chromosomų skaičius, jų forma ir dydis).

Sąlyginis kariotipo žymėjimas apima bendrą chromosomų, lyčių chromosomų skaičių ir galimus chromosomų rinkinio nukrypimus. Pavyzdžiui, normalaus vyro kariotipas rašomas kaip 46, XY, o normalios moters – 46, XX.

Ląstelių gyvenimo ciklas: tarpfazė ir mitozė

Ląstelės neatsiranda kiekvieną kartą iš naujo, jos susidaro tik dalijantis motininėms ląstelėms. Po atskyrimo dukterinėms ląstelėms reikia šiek tiek laiko susiformuoti organelėms ir įgyti atitinkamą struktūrą, kuri užtikrintų tam tikros funkcijos atlikimą. Šis laikotarpis vadinamas nokimo.

Laiko intervalas nuo ląstelės atsiradimo dėl dalijimosi iki jos dalijimosi ar mirties vadinamas ląstelės gyvavimo ciklas.

Eukariotinėse ląstelėse gyvenimo ciklas skirstomas į du pagrindinius etapus: tarpfazę ir mitozę.

Tarpfazė– tai gyvenimo ciklo laikotarpis, per kurį ląstelė nesidalija ir funkcionuoja normaliai. Tarpfazė skirstoma į tris periodus: G 1 -, S - ir G 2 - periodus.

G 1 -periodas(presintetinis, postmitozinis) – ląstelės augimo ir vystymosi laikotarpis, kurio metu vyksta aktyvi RNR, baltymų ir kitų medžiagų, reikalingų visaverčiai naujai susiformavusios ląstelės gyvybei palaikyti, sintezė. Šio laikotarpio pabaigoje ląstelė gali pradėti ruoštis DNR dubliavimui.

V S laikotarpis(sintetinis) vyksta pats DNR replikacijos procesas. Vienintelė chromosomos dalis, kuri nereplikuoja, yra centromeras, todėl susidariusios DNR molekulės visiškai neišsiskiria, o lieka joje pritvirtintos, o dalijimosi pradžioje chromosoma yra X formos. Ląstelės genetinė formulė po DNR dubliavimosi yra 2n4c. Taip pat S periode ląstelės centro centriolių padvigubėja.

G 2 -periodas(postsintetinis, premitozinis) pasižymi intensyvia RNR, baltymų ir ATP sinteze, būtina ląstelių dalijimosi procesui, taip pat centriolių, mitochondrijų ir plastidų atskyrimui. Iki tarpfazės pabaigos chromatinas ir branduolys išlieka gerai atskiriami, branduolio apvalkalo vientisumas nepažeidžiamas, organelės nekinta.

Kai kurios organizmo ląstelės gali atlikti savo funkcijas per visą organizmo gyvenimą (mūsų smegenų neuronai, širdies raumenų ląstelės), o kitos egzistuoja trumpai, po to miršta (žarnyno epitelio ląstelės , odos epidermio ląstelės). Todėl organizme nuolat turi vykti ląstelių dalijimosi ir naujų formavimosi procesai, kurie pakeistų mirusiuosius. Ląstelės, galinčios dalytis, vadinamos stiebas... Žmogaus organizme jų yra raudonuosiuose kaulų čiulpuose, giliuose odos epidermio sluoksniuose ir kitose vietose. Naudodami šias ląsteles galite išauginti naują organą, pasiekti atjaunėjimą, taip pat klonuoti organizmą. Kamieninių ląstelių panaudojimo perspektyvos gana aiškios, tačiau dėl moralinių ir etinių šios problemos aspektų vis dar diskutuojama, nes dažniausiai naudojamos embrioninės kamieninės ląstelės, gautos iš abortų metu nužudytų žmogaus embrionų.

Interfazės trukmė augalų ir gyvūnų ląstelėse yra vidutiniškai 10-20 valandų, o mitozė trunka apie 1-2 valandas.

Iš eilės dalijantis daugialąsčiuose organizmuose dukterinės ląstelės tampa vis įvairesnės, nes nuskaito informaciją iš vis daugiau genų.

Kai kurios ląstelės laikui bėgant nustoja dalytis ir miršta, o tai gali būti dėl tam tikrų funkcijų, pvz., odos epidermio ląstelių ir kraujo ląstelių, atlikimo arba dėl aplinkos veiksnių, ypač patogenų, pažeidimo šioms ląstelėms. Genetiškai užprogramuota ląstelių mirtis vadinama apoptozė, o atsitiktinė mirtis - nekrozė.

Mitozė yra somatinių ląstelių dalijimasis. Mitozės fazės

Mitozė- netiesioginio somatinių ląstelių dalijimosi metodas.

Mitozės metu ląstelė pereina eilę nuoseklių fazių, dėl kurių kiekviena dukterinė ląstelė gauna tą patį chromosomų rinkinį kaip ir motininėje ląstelėje.

Mitozė skirstoma į keturias pagrindines fazes: profazę, metafazę, anafazę ir telofazę. Profazė- ilgiausia mitozės stadija, kurios metu vyksta chromatino kondensacija, dėl kurios išryškėja X formos chromosomos, susidedančios iš dviejų chromatidžių (dukterinių chromosomų). Tuo pačiu metu nyksta branduolys, centrioliai nukrypsta į ląstelės polius ir pradeda formuotis mikrovamzdelių achromatino verpstė (dalijimosi verpstė). Profazės pabaigoje branduolinis apvalkalas suyra į atskirus burbulus.

V metafazė chromosomos išsirikiuoja išilgai ląstelės pusiaujo su savo centromerais, prie kurių prisitvirtina visiškai susiformavusio dalijimosi verpstės mikrovamzdeliai. Šiame dalijimosi etape chromosomos yra tankiausios ir turi būdingą formą, leidžiančią ištirti kariotipą.

V anafazė vyksta greita DNR replikacija centromeruose, ko pasekoje chromosomos suskyla ir chromatidės nukrypsta į ląstelės polius, ištemptas mikrovamzdeliais. Chromatidžių pasiskirstymas turėtų būti visiškai vienodas, nes būtent šis procesas užtikrina chromosomų skaičiaus pastovumo palaikymą kūno ląstelėse.

Ant scenos telofazė dukterinės chromosomos kaupiasi poliuose, despiralizuojasi, aplink jas iš burbuliukų susidaro branduoliniai apvalkalai, o naujai susidariusiuose branduoliuose atsiranda branduolių.

Pasidalijus branduoliui, įvyksta citoplazmos dalijimasis - citokinezė, kurio metu vyksta daugmaž tolygus visų motininės ląstelės organelių pasiskirstymas.

Taigi, dėl mitozės iš vienos motininės ląstelės susidaro dvi dukterinės ląstelės, kurių kiekviena yra motininės ląstelės genetinė kopija (2n2c).

Sergančiose, pažeistose, senstančiose ląstelėse ir specializuotuose organizmo audiniuose gali pasireikšti kiek kitoks dalijimosi procesas – amitozė. Amitozė vadinamas tiesioginiu eukariotinių ląstelių dalijimusi, kai nesusiformuoja genetiškai lygiavertės ląstelės, nes ląstelių komponentai pasiskirsto netolygiai. Jis randamas augaluose endosperme, o gyvūnuose – kepenyse, kremzlėje ir akies ragenoje.

Mejozė. Mejozės fazės

Mejozė Tai netiesioginio pirminių lytinių ląstelių (2n2c) dalijimosi metodas, dėl kurio susidaro haploidinės ląstelės (1n1c), dažniausiai lytinės ląstelės.

Skirtingai nuo mitozės, mejozė susideda iš dviejų vienas po kito einančių ląstelių dalijimosi, kurių prieš kiekvieną vyksta tarpfazė. Pirmasis mejozės padalijimas (mejozė I) vadinamas sumažinimas, nes šiuo atveju chromosomų skaičius sumažėja perpus, o antrasis dalijimasis (II mejozė) - lygtinė, nes jo proceso metu išsaugomas chromosomų skaičius.

I tarpfazė vyksta kaip mitozės tarpfazė. Mejozė I yra padalintas į keturias fazes: I fazę, I metafazę, I anafazę ir I telofazę. B I fazė vyksta du svarbūs procesai – konjugacija ir kirtimas. Konjugacija Tai homologinių (suporuotų) chromosomų susiliejimo per visą jų ilgį procesas. Konjugacijos metu susidariusios chromosomų poros išlaikomos iki I metafazės pabaigos.

Kryžminis- homologinių chromosomų homologinių sričių tarpusavio mainai. Dėl kryžminimo chromosomos, kurias kūnas gauna iš abiejų tėvų, įgyja naujų genų derinių, dėl kurių atsiranda genetiškai įvairių palikuonių. I fazės pabaigoje, kaip ir mitozės fazėje, branduolys išnyksta, centrioliai nukrypsta į ląstelės polius ir suyra branduolio apvalkalas.

V I metafazė chromosomų poros yra išsidėsčiusios išilgai ląstelės pusiaujo; prie jų centromerų yra pritvirtinti verpstės mikrovamzdeliai.

V anafazė I ištisos homologinės chromosomos, susidedančios iš dviejų chromatidžių, išsiskiria į polius.

V I telofazė aplink ląstelės polių esančias chromosomų sankaupas susidaro branduolinės membranos, formuojasi branduoliai.

Citokinezė I užtikrina dukterinių ląstelių citoplazmos atskyrimą.

Dukterinės ląstelės (1n2c), susidariusios dėl I mejozės, yra genetiškai nevienalytės, nes jų chromosomose, kurios atsitiktinai išsiskiria į ląstelės polius, yra skirtingų genų.

Lyginamosios mitozės ir mejozės charakteristikos

Pasirašyti	Mitozė	Mejozė
Kurios ląstelės pradeda dalytis?	Somatinė (2n)	Pirminės lytinės ląstelės (2n)
Padalijimų skaičius	1	2
Kiek ir kokių ląstelių susidaro dalijimosi procese?	2 somatiniai (2n)	4 seksas (n)
Tarpfazė		Ląstelės paruošimas dalijimuisi, DNR padvigubinimas	Labai trumpas, be DNR dubliavimosi
Fazės		Mejozė I	Mejozė II
Profazė		Gali įvykti chromosomų kondensacija, branduolio išnykimas, branduolio apvalkalo suirimas, konjugacija ir perėjimas	Chromosomų kondensacija, branduolio išnykimas, branduolio apvalkalo irimas
Metafazė		Chromosomų poros išsidėsčiusios išilgai pusiaujo, susidaro dalijimosi velenas	Chromosomos išsirikiuoja išilgai pusiaujo, susidaro dalijimosi velenas
Anafazė		Homologinės chromosomos iš dviejų chromatidžių išsiskiria į polius	Chromatidės išsiskiria į ašigalius
Telofazė		Chromosomos despiralizuojamos, susidaro naujos branduolio membranos ir branduoliai	Chromosomos despiralizuojamos, susidaro naujos branduolio membranos ir branduoliai

II tarpfazė labai trumpas, nes jame nėra DNR padvigubėjimo, tai yra, nėra S periodo.

Mejozė II taip pat skirstomi į keturias fazes: II fazę, II metafazę, II anafazę ir II telofazę. V II fazė vyksta tie patys procesai kaip ir I fazėje, išskyrus konjugaciją ir perėjimą.

V II metafazė chromosomos yra išilgai ląstelės pusiaujo.

V anafazė II chromosomos suskilusios į centromerus, o chromatidės jau ištemptos iki polių.

V II telofazė aplink dukterinių chromosomų sankaupas susidaro branduolinės membranos ir branduoliai.

Po to citokinezė II visų keturių dukterinių ląstelių genetinė formulė yra 1n1c, tačiau jos visos turi skirtingą genų rinkinį, kuris yra dukterinėse ląstelėse esančių motinos ir tėvo organizmų chromosomų persikryžiavimo ir atsitiktinio derinio rezultatas.

Augalų ir gyvūnų lytinių ląstelių vystymasis

Gametogenezė(iš graikų kalbos. gameta- žmona, gametos- vyras ir genezė- kilmė, atsiradimas) yra brandžių lytinių ląstelių formavimosi procesas.

Kadangi lytiniam dauginimuisi dažniausiai reikia dviejų individų – patelės ir patino, gaminančių skirtingas lytines ląsteles – kiaušinėlius ir spermatozoidus, šių lytinių ląstelių susidarymo procesai turi būti skirtingi.

Proceso pobūdis taip pat labai priklauso nuo to, ar jis vyksta augalo ar gyvūno ląstelėje, nes augaluose, formuojant lytines ląsteles, vyksta tik mitozė, o gyvūnuose - ir mitozė, ir mejozė.

Lytinių ląstelių vystymasis augaluose. Gaubtasėkliuose vyriškosios ir moteriškosios lytinės ląstelės formuojasi skirtingose žiedo dalyse – atitinkamai kuokelių ir piestelių.

Prieš susiformuojant vyriškoms lytinėms ląstelėms - mikrogametogenezė(iš graikų kalbos. mikro- mažas) - atsiranda mikrosporogenezė, tai yra mikrosporų susidarymas kuokelių dulkėse. Šis procesas yra susijęs su mejoziniu motininės ląstelės dalijimusi, dėl kurio susidaro keturios haploidinės mikrosporos. Mikrogametogenezė yra susijusi su mitoziniu mikrosporų dalijimusi, todėl vyriškas gametofitas iš dviejų ląstelių – didelės. vegetatyvinis(sifonogeninis) ir negilus generatyvinis... Po pasidalijimo vyriškasis gametofitas pasidengia tankiomis membranomis ir suformuoja žiedadulkių grūdelius. Kai kuriais atvejais, net žiedadulkių brendimo procese, o kartais tik perėjus į piestelės stigmą, generacinė ląstelė dalijasi mitotiškai, susidarant dviem nejudrioms vyriškoms lytinėms ląstelėms - sperma... Po apdulkinimo iš vegetatyvinės ląstelės susidaro žiedadulkių vamzdelis, per kurį spermatozoidai prasiskverbia į piestelės kiaušidę apvaisinti.

Moteriškų lytinių ląstelių vystymasis augaluose vadinamas megagametogenezė(iš graikų kalbos. megas- didelis). Jis atsiranda piestelės kiaušidėje, prieš kurią megasporogenezė, ko pasekoje iš branduolyje gulinčios megasporos motininės ląstelės mejozinio dalijimosi būdu susidaro keturios megasporos. Viena iš megasporų mitotiškai dalijasi tris kartus, todėl susidaro moteriškas gametofitas – embrioninis maišelis su aštuoniais branduoliais. Vėliau atsiskyrus dukterinių ląstelių citoplazmai, viena iš susidariusių ląstelių tampa kiaušialąste, kurios šonuose yra vadinamosios sinergidės, priešingame embriono maišelio gale susidaro trys antipodai ir diploidinis centrinis. ląstelė susidaro centre dėl dviejų haploidinių branduolių susiliejimo.

Lytinių ląstelių vystymasis gyvūnuose. Gyvūnams išskiriami du lytinių ląstelių susidarymo procesai – spermatogenezė ir ovogenezė.

Spermatogenezė(iš graikų kalbos. sperma, sperma- sėklos ir genezė- kilmė, atsiradimas) yra brandžių vyriškų lytinių ląstelių - spermatozoidų susidarymo procesas. Žmonėms jis atsiranda sėklidėse arba sėklidėse ir skirstomas į keturis periodus: dauginimosi, augimo, brendimo ir formavimosi.

V veisimosi laikotarpis pirminės lytinės ląstelės dalijasi mitotiškai, dėl to diploidas spermatogonija... V augimo laikotarpis spermatogonijos kaupia maistines medžiagas citoplazmoje, didėja ir virsta pirminiai spermatocitai, arba 1 eilės spermatocitai... Tik po to jie patenka į mejozę ( brendimo laikotarpis), dėl to pirmieji du antrinis spermatocitas, arba 2 eilės spermatocitai, o tada - keturios haploidinės ląstelės su vis dar pakankamai dideliu citoplazmos kiekiu - spermatidai... V formavimosi laikotarpis jie netenka beveik visos citoplazmos ir suformuoja žiuželius, virstančiais spermatozoidais.

Sperma, arba gyvas, – labai mažos judrios vyriškos reprodukcinės ląstelės su galva, kaklu ir uodega.

V galva, be šerdies, yra akrosomas- modifikuotas Golgi kompleksas, užtikrinantis kiaušinėlio membranų ištirpimą apvaisinimo metu. V kaklas yra ląstelės centro centrioliai ir pagrindas arklio uodega formuoja mikrovamzdelius, kurie tiesiogiai palaiko spermatozoidų judėjimą. Jame taip pat yra mitochondrijų, kurios suteikia spermai ATP energijos judėjimui.

Ovogenezė(iš graikų kalbos. JT- kiaušinis ir genezė- kilmė, atsiradimas) yra brandžių moterų reprodukcinių ląstelių - kiaušinėlių - susidarymo procesas. Žmonėms jis atsiranda kiaušidėse ir susideda iš trijų laikotarpių: dauginimosi, augimo ir brendimo. Reprodukcijos ir augimo periodai, panašūs į spermatogenezės laikotarpius, vyksta intrauterinio vystymosi metu. Šiuo atveju iš pirminių lytinių ląstelių dėl mitozės, diploidinės oogony, kurios vėliau virsta diploidiniais pirminiais oocitai, arba 1 eilės oocitai... Mejozė ir vėliau vykstanti citokinezė brendimo laikotarpis, pasižymi netolygiu motininės ląstelės citoplazmos pasiskirstymu, todėl galiausiai iš pradžių antrinis oocitas, arba 2 eilės oocitas, ir pirmasis poliarinis kūnas, o po to iš antrinio oocito – kiaušialąstės, kurioje išsaugo visas maistinių medžiagų atsargas, ir antrojo poliarinio kūno, o pirmasis poliarinis kūnas yra padalintas į du. Poliariniai kūnai pasisavina genetinės medžiagos perteklių.

Žmonėms kiaušinėliai gaminasi kas 28–29 dienas. Ciklas, susijęs su kiaušialąsčių brendimu ir išsiskyrimu, vadinamas menstruaciniu ciklu.

Kiaušinis- didelė moteriška reprodukcinė ląstelė, turinti ne tik haploidinį chromosomų rinkinį, bet ir didelį maistinių medžiagų tiekimą tolesniam embriono vystymuisi.

Žinduolių kiaušialąstė yra padengta keturiomis membranomis, kurios sumažina tikimybę, kad ją sugadins įvairūs veiksniai. Žmogaus kiaušialąstės skersmuo siekia 150–200 mikronų, o stručio – kelis centimetrus.

Ląstelių dalijimasis yra organizmų augimo, vystymosi ir dauginimosi pagrindas. Mitozės ir mejozės vaidmuo

Jei vienaląsčiuose organizmuose dėl ląstelių dalijimosi didėja individų skaičius, tai yra dauginimasis, tai daugialąsčiuose organizmuose šis procesas gali turėti kitokią reikšmę. Taigi embriono ląstelių dalijimasis, pradedant nuo zigotos, yra tarpusavyje susijusių augimo ir vystymosi procesų biologinis pagrindas. Panašūs pokyčiai pastebimi ir paauglystėje, kai ne tik padaugėja ląstelių, bet ir įvyksta kokybinis organizmo pokytis. Daugialąsčių organizmų dauginimasis taip pat pagrįstas ląstelių dalijimusi, pavyzdžiui, nelytinio dauginimosi metu, šio proceso dėka iš organizmo dalies atkuriama visuma, o lytinio dauginimosi metu, gametogenezės procese, formuojasi lytinės ląstelės. , kurios vėliau suteikia naują organizmą. Pažymėtina, kad pagrindiniai eukariotinių ląstelių dalijimosi metodai – mitozė ir mejozė – turi skirtingą reikšmę organizmų gyvavimo cikluose.

Dėl mitozės tarp dukterinių ląstelių tolygiai pasiskirsto paveldima medžiaga – tikslios motinos kopijos. Be mitozės daugialąsčių organizmų, besivystančių iš vienos ląstelės, zigotos, egzistavimas ir augimas būtų neįmanomas, nes visos tokių organizmų ląstelės turi turėti tą pačią genetinę informaciją.

Dalijimosi procese dukterinės ląstelės tampa vis įvairesnės struktūros ir atliekamų funkcijų, o tai siejama su vis naujų genų grupių aktyvavimu jose dėl tarpląstelinės sąveikos. Taigi mitozė yra būtina organizmo vystymuisi.

Šis ląstelių dalijimosi būdas reikalingas nelytinio dauginimosi ir pažeistų audinių bei organų regeneracijos (atstatymo) procesams.

Mejozė savo ruožtu užtikrina kariotipo pastovumą lytinio dauginimosi metu, nes prieš lytinį dauginimąsi perpus sumažėja chromosomų rinkinys, kuris vėliau atkuriamas dėl apvaisinimo. Be to, dėl mejozės atsiranda naujų tėvų genų derinių dėl kryžminimo ir atsitiktinio chromosomų derinio dukterinėse ląstelėse. Dėl šios priežasties palikuonys yra genetiškai įvairūs, o tai suteikia medžiagos natūraliai atrankai ir yra materialus evoliucijos pagrindas. Chromosomų skaičiaus, formos ir dydžio pasikeitimas, viena vertus, gali lemti įvairių organizmo vystymosi nukrypimų atsiradimą ir net jo mirtį, kita vertus, gali atsirasti daugiau individų. pritaikyti prie aplinkos.

Taigi ląstelė yra organizmų augimo, vystymosi ir dauginimosi vienetas.

Klausimas 1.
Ląstelėje yra apie 80 cheminių elementų iš periodinės D.I.Mendelejevo sistemos. Visi šie elementai randami negyvojoje gamtoje, o tai yra vienas iš gyvosios ir negyvosios gamtos bendrumo įrodymų. Tačiau gyvuose organizmuose cheminių elementų santykis kitoks nei negyvosios gamtos objektuose. Gyvame organizme dauguma elementų yra cheminių junginių pavidalo – vandenyje ištirpusių medžiagų.Tik gyvuose organizmuose yra organinių medžiagų: baltymų, riebalų, angliavandenių ir nukleino rūgščių.

2 klausimas.
Cheminė sudėtis augalų ir gyvūnų ląstelės yra panašios. Visi gyvi organizmai susideda iš tų pačių elementų – neorganinių ir organinių junginių. Tačiau skirtingų elementų turinys skirtingose ląstelėse yra skirtingas. Kiekvieno tipo ląstelėse yra nevienodas skaičius tam tikrų organinių molekulių. Augalų ląstelėse vyrauja kompleksiniai angliavandeniai (ląsteliena, krakmolas), gyvūnuose daugiau baltymų ir riebalų. Kiekviena organinių medžiagų grupė (baltymai, angliavandeniai, riebalai, nukleino rūgštys) bet kokio tipo ląstelėse atlieka jai būdingas funkcijas (nukleorūgščių saugojimas ir paveldimos informacijos perdavimas, angliavandeniai – energija ir kt.).

3 klausimas.
Ląstelėje randama daug Mendelejevo periodinės lentelės elementų. Apibrėžtos 27 iš jų funkcijos. Labiausiai paplitusios yra anglis, vandenilis, azotas, deguonis, fosforas ir siera. Jie sudaro 99% visos ląstelių masės.
Cheminiai elementai, sudarantys ląsteles, skirstomi į tris grupes: makroelementų, mikroelementų, ultramikroelementai.
1. Makroelementai: C, H, N, Ca, K, Mg, Na, Fe, S, P, C1. Šie elementai sudaro daugiau nei 99% visos ląstelių masės. Kai kurių iš jų koncentracija yra didelė. Deguonis sudaro 65–75 %; anglis - 15-18%; azoto - 1,5-3%.
2. Mikroelementai: Si, B, Co, Mo, Mn, Ni, Br, I ir kt. Jų dalis ląstelėje iš viso sudaro daugiau nei 0,1 %; kiekvieno koncentracija neviršija 0,001 %. Tai metalų jonai, kurie yra biologiškai aktyvių medžiagų (hormonų, fermentų ir kt.) dalis. Pavyzdžiui, kobaltas yra vitamino BO, C, H, N, Ca, K, Mg, Na, Fe 12 dalis, dalyvaujanti kraujodaroje, o fluoro yra dantų emalio ląstelėse.
3. Ultramikroelementai: uranas, auksas, berilis, gyvsidabris, cezis, selenas ir kt. Jų koncentracija neviršija 0,000001%. Daugelio jų fiziologinis vaidmuo nebuvo nustatytas.

4 klausimas.
Organiniai junginiai sudaro vidutiniškai 10% gyvo organizmo ląstelių masės. Tai apima biologinius polimerus - baltymus, nukleorūgštis ir angliavandenius, taip pat riebalus ir daugybę mažų molekulių.

5 klausimas.
Baltymas- didelės molekulinės masės polimerinės organinės medžiagos, lemiančios ląstelės ir viso organizmo struktūrą ir gyvybines funkcijas. Baltymai sudaro 10-18% visos ląstelės masės.
Baltymai atlieka šias funkcijas:
fermentinis (pavyzdžiui, amilazė, skaido angliavandenius);
struktūriniai (pavyzdžiui, jie yra ląstelių membranų dalis);
receptorius (pavyzdžiui, rodopsinas, skatina geresnį regėjimą);
transportavimas (pavyzdžiui, hemoglobinas, perneša deguonį arba anglies dioksidą);
apsauginiai (pavyzdžiui, imunoglobulinai dalyvauja formuojant imunitetą);
motorinė (pavyzdžiui, aktinas, miozinas, dalyvauja raumenų skaidulų susitraukime);
hormoninis (pavyzdžiui, insulinas, paverčia gliukozę glikogenu);
energijos (suskaidžius 1 g baltymų išsiskiria 4,2 kcal energijos).

6 klausimas.
Angliavandeniai atlieka pagrindinio energijos šaltinio vaidmenį ląstelėje. 1 g angliavandenių oksidacijos procese išsiskiria 17,6 kJ energijos. Krakmolas augaluose ir glikogenas gyvūnuose, nusėdęs ląstelėse, tarnauja kaip energijos rezervas. Gyvi organizmai gali kaupti angliavandenius krakmolo (augaluose) ir glikogeno (gyvūnuose ir grybuose) pavidalu. Bulvių gumbuose krakmolas gali sudaryti iki 80% masės, o gyvulių kepenų ląstelėse ir raumenyse ypač daug angliavandenių – iki 5%.
Angliavandeniai taip pat atlieka ir kitas funkcijas, pavyzdžiui, palaiko ir apsaugo. Pavyzdžiui, celiuliozė sudaro augalų ląstelių sieneles: kompleksinį polisacharidą chitinas- pagrindinis nariuotakojų išorinio skeleto struktūrinis komponentas. Chitinas taip pat atlieka grybų statybinę funkciją. Jie yra DNR, RNR ir ATP dalis dezoksiribozės ir ribozės pavidalu.

7 klausimas.
Riebalai organizme atlieka keletą funkcijų:
konstrukcinis (dalyvauk membranos konstrukcijoje);
energijos (kūne suskaidžius 1 g riebalų, išsiskiria 9,2 kcal energijos – 2,5 karto daugiau, nei suskylus tiek pat angliavandenių);
apsauginė (nuo šilumos nuostolių, mechaninių pažeidimų);
riebalai yra endogeninio vandens šaltinis (oksidavus 10 g riebalų, išsiskiria 11 g vandens). Tai labai svarbu žiemojantiems gyvūnams – dirvinėms voverėms, kiaunēm: dėl savo poodinių riebalų atsargų jos tokiu metu negali gerti iki dviejų mėnesių. Kupranugariai permainų dykumoje metu negeria iki dviejų savaičių – organizmui reikalingą vandenį išgauna iš savo kuprų – riebalų rezervuarų.
medžiagų apykaitos reguliavimas (pavyzdžiui, steroidiniai hormonai – kortikosteronas ir kt.).

8 klausimas.
Labiausiai paplitęs neorganinis junginys gyvuose organizmuose yra vanduo. Jo kiekis įvairių tipų ląstelėse yra labai įvairus: dantų emalio ląstelėse vandens yra apie 10%, o besidauginančio embriono ląstelėse – daugiau nei 90%. Medūzos kūne yra iki 98% vandens. Tačiau vidutiniškai daugialąsčiame organizme vanduo sudaro apie 80% kūno svorio. Pagrindinės jo funkcijos yra šios:
1. Universalus tirpiklis.
2. Aplinka, kurioje vyksta biocheminės reakcijos.
3. Nustato ląstelės fiziologines savybes (jos elastingumą, tūrį).
4. Dalyvauja cheminėse reakcijose.
5. Palaiko ląstelės ir viso kūno šiluminę pusiausvyrą dėl didelės šiluminės talpos ir šilumos laidumo.
6. Pagrindinė transporto priemonė medžiagoms vežti.

9 klausimas.
Angliavandenius sudaro šie natūralūs organiniai junginiai: gliukozė, fruktozė, sacharozė, maltozė, laktozė, ribozė, dezoksiribozė, chitinas, krakmolas, glikogenas ir celiuliozė.

10 klausimas.
Nukleino rūgščių reikšmė labai didelė. Jų cheminės sandaros ypatumai suteikia galimybę saugoti, perkelti į citoplazmą ir perduoti informaciją apie kiekvienoje ląstelėje sintezuojamų baltymų molekulių sandarą paveldėjimo būdu dukterinėms ląstelėms. Jie yra chromosomų dalis - specialios struktūros, esančios ląstelės branduolyje. Nukleino rūgščių taip pat yra citoplazmoje ir jos organelėse.

11 klausimas.
Žemės plutoje daugiausiai (apie 90%) yra silicio, aliuminio, deguonies ir natrio. Gyvuose organizmuose apie 98% masės sudaro keturi elementai: vandenilis, deguonis, anglis ir azotas. Tokį skirtumą lėmė išvardytų elementų cheminių savybių ypatumai, dėl kurių jie pasirodė tinkamiausi biologines funkcijas atliekančioms molekulėms formuotis. Vandenilis, deguonis, anglis ir azotas gali sudaryti stiprius cheminius ryšius, todėl susidaro daug įvairių cheminių junginių. Gyviems organizmams priskiriamos organinės medžiagos (baltymai, riebalai, angliavandeniai, nukleino rūgštys) ir neorganinės medžiagos (vanduo, mineralinės druskos).

Ląstelė kaip biologinė sistema

Šiuolaikinė ląstelių teorija, pagrindinės jos nuostatos, vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtos mokslų pasaulio vaizdą. Žinių apie ląstelę plėtojimas. Organizmų ląstelinė struktūra yra organinio pasaulio vienybės pagrindas, gyvosios gamtos giminystės įrodymas.

Šiuolaikinė ląstelių teorija, pagrindinės jos nuostatos, vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtos mokslų pasaulio vaizdą

Žinių apie ląstelę plėtojimas

Organizmų ląstelinė sandara, visų organizmų ląstelių sandaros panašumas – organinio pasaulio vienybės pagrindas, gyvosios gamtos santykio įrodymas

Ląstelių įvairovė. Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės. Augalų, gyvūnų, bakterijų, grybų ląstelių lyginamoji charakteristika Ląstelių įvairovė

Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės

Lyginamosios augalų, gyvūnų, bakterijų ir grybų ląstelių sandaros charakteristikos

Cheminė ląstelės sudėtis. Makro ir mikroelementai. Neorganinių ir organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų, ATP), sudarančių ląstelę, struktūros ir funkcijų ryšys. Cheminių medžiagų vaidmuo ląstelėje ir žmogaus organizme

Ląstelių chemija

Makro ir mikroelementai

Neorganinių ir organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų, ATP), sudarančių ląstelę, struktūros ir funkcijų ryšys. Cheminių medžiagų vaidmuo ląstelėje ir žmogaus organizme

Neorganinės medžiagos

Organinės medžiagos

Bendrosios ląstelės organinių medžiagų charakteristikos

Ląstelių struktūra. Ląstelės dalių ir organelių sandaros ir funkcijų tarpusavio ryšys yra jos vientisumo pagrindas

Ląstelių struktūra

Citoplazma

Organelės

Inkliuzai

Ląstelės dalių ir organelių sandaros ir funkcijų tarpusavio ryšys yra jos vientisumo pagrindas

Metabolizmas ir energijos konversija – gyvų organizmų savybės

Energijos ir plastiko apykaita, jų ryšys

Energijos apykaitos etapai

Kvėpuoti

Fermentacija

Fotosintezė, jos reikšmė, kosminis vaidmuo

Fotosintezės fazės. Šviesios ir tamsios fotosintezės reakcijos, jų santykis

Genetinė informacija ląstelėje. Genai, genetinis kodas ir jo savybės. Biosintezės reakcijų matricinė prigimtis. Baltymų ir nukleorūgščių biosintezė

Genetinė informacija ląstelėje

Genai, genetinis kodas ir jo savybės

Biosintezės reakcijų matricinė prigimtis

Baltymų ir nukleorūgščių biosintezė

Ląstelė yra genetinis gyvybės vienetas

Chromosomos, jų sandara (forma ir dydis) ir funkcijos

Chromosomų skaičius ir jų rūšies pastovumas. Somatinės ir lytinės ląstelės

Ląstelių gyvenimo ciklas: tarpfazė ir mitozė

Mitozė yra somatinių ląstelių dalijimasis. Mitozės fazės

Mejozė. Mejozės fazės

Augalų ir gyvūnų lytinių ląstelių vystymasis

Ląstelių dalijimasis yra organizmų augimo, vystymosi ir dauginimosi pagrindas. Mitozės ir mejozės vaidmuo

Naujiena svetainėje

Populiariausias

POPULIARIUS SKYRIUS