Пособие для слушателей подготовительного отделения факультета иностранных учащихся Гродно 2010
|
|
Скачать 1.01 Mb.
|
|
Министерство здравоохранения Республики Беларусь УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра медицинской биологии и общей генетики Ю.Г. Амбрушкевич О.И. Левэ Введение в биологию Пособие для слушателей подготовительного отделения факультета иностранных учащихся Гродно 2010 УДК 574/577(07) ББК 28.0 А61 Рекомендовано к изданию Центральным научно-методическим советом УО «ГрГМУ» (протокол № 2 от 25 ноября 2009 г.). Авторы: ст. преподаватель кафедры медицинской биологии и общей генетики, канд. биол. наук Ю.Г. Амбрушкевич доцент кафедры медицинской биологии и общей генетики, канд. мед. наук О.И. Левэ Рецензент: доцент кафедры нормальной физиологии УО «ГрГМУ», канд. мед. наук Ю.М. Емельянчик. Амбрушкевич Ю.Г. А-61 Введение в биологию: пособие для слушателей подготовительного отделения факультета иностранных учащихся / Ю.Г. Амбрушкевич, О.И. Левэ. – Гродно: ГрГМУ, 2010. – 54 с. ISBN Пособие подготовлено в соответствии с программой по биологии для поступающих в ВУЗы. Предназначено для слушателей подготовительного отделения факультета иностранных учащихся и факультета довузовской подготовки Ответственный за выпуск: В.А.Снежицкий УДК 574/577(07) ББК 28.0 ОГЛАВЛЕНИЕ Биология как наука. Основные свойства живых организмов 5 Предмет, задачи и методы цитологии 5 Основные положения клеточной теории 6 Химический состав клетки 7 Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки 7 Органические вещества: липиды, углеводы, их роль в организме 8 Белки, их строение и функции 9 Ферменты, их роль в процессах жизнедеятельности 10 Нуклеиновые кислоты, их структура и функции 11 С  амоудвоение ДНК 12АТФ и ее значение 12 Структурная организация клетки 13 Биологические мембраны, их строение, свойства и функции. Цитоплазмати- ческая мембрана. Оболочка клетки 14 Цитоплазма: гиалоплазма, цитоскелет, органоиды, включения 16 Строение и функции органоидов, имеющих мембранное строение 16 Строение и функции органоидов, имеющих немембранное строение 19 Строение и функции клеточного ядра. Хроматин. Хромосомы 20 Кариотип и его видовая специфичность 21 Особенности строения прокариотических и эукариотических клеток 22 Особенности строения растительной и животной клеток 23 Обмен веществ и энергии - основа жизнедеятельности клетки. Взаимосвязь процессов пластического и энергетического обмена 23 Пластический обмен. Фотосинтез – синтез первичного органического вещества 24 Генетический код и его свойства. Биосинтез белка. Реакции матричного синтеза 25 Энергетический обмен: гликолиз, клеточное дыхание 27 Клеточный цикл. Подготовка клетки к делению. Прямое и непрямое деление клетки. Митоз, биологическая сущность и значение 28 Мейоз, биологическая сущность и значение 30 Типы размножения организмов. Бесполое размножение, его формы 31 Половое размножение. Половые клетки: яйцеклетки и сперматозоиды, их обра- зование и развитие 32 Развитие половых клеток 33 Оплодотворение, онтогенез, эмбриональное развитие зародыша у животных 34 Постэмбриональное развитие (прямое и непрямое) 36 ^ Генетика как наука 38 Генетические эксперименты Г. Менделя по наследованию при моногибрид- ном скрещивании: закон единообразия гибридов первого поколения и закон расщепления 38 Взаимодействие аллельных генов: типы доминирования – полное и неполное 40 Закономерности наследования при дигибридном скрещивании: закон незави- симого наследования 41 Неаллельные гены и формы их взаимодействия (комплементарность, эпистаз, полимерия) 42 Сцепление генов, эксперименты Т. Моргана по сцепленному наследова- нию. Кроссинговер 44 Представление о генетической карте хромосомы 45 Хромосомная теория наследственности 46 Генетика пола. Хромосомное определение пола. Половые хромосомы 46 Наследование признаков, сцепленных с полом 47 Изменчивость организмов, ее типы. Модификационная изменчивость (норма реакции, статистический характер закономерностей) 47 Роль генотипа и условий внешней среды в формировании фенотипа 49 Генотипическая изменчивость (мутационная и комбинативная) 49 Виды мутаций: генные, хромосомные, геномные 50 Мутации соматические и генеративные, спонтанные и индуцированные 51 Мутагенные факторы 51 Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости 52 Особенности наследственности и изменчивости человека и методы их изучения 52 Методы изучения наследственности и изменчивости 53 Перечень вопросов к вступительному экзамену по разделу «Генетика» 54 Список рекомендуемой литературы 55 ^ Биология - наука о жизни и живых организмах. Биология является комплексной наукой и включает разделы, такие как:
Живым организмам характерен ряд свойств, которые отличают их от предметов неживой природы. Свойства живых организмов:
а) Пластический обмен – это все реакции биосинтеза, которые способствуют построению клетки и обновлению ее состава. Организмы в процессе питания постоянно берут из окружающей среды и используют материалы для роста и процессов жизни. Растения и животные отличаются по способу питания. Растения - автотрофы. Они сами создают сложные органические питательные вещества из простых неорганических, используя энергию света в процессе фотосинтеза. Животные - гетеротрофы. Они используют готовые питательные вещества. б) Энергетический обмен – это все реакции расщепления органических соединений, которые обеспечивают клетку энергией. Энергию организмы получают в процессе энергетического обмена при расщеплении белков, жиров, углеводов до воды и углекислого газа. Энергия накапливается в молекулах АТФ.
Предмет, задачи и методы цитологии. Предметом изучения цитологии являются клетки прокариотических (бактерии и синезеленые водоросли) и эукариотических (протисты, грибы, растения и животные) организмов. К задачам цитологии относятся: изучение строения и функций клеток; их химического состава; обменных процессов в клетке (энергетический и пластический обмен); размножения и развития клеток; приспособления их к условиям окружающей среды. Для решения этих задач в цитологии используются следующие методы:
Цитология тесно связана с другими биологическими дисциплинами: с ботаникой, зоологией, анатомией, молекулярной биологией, экологией, эмбриологией, генетикой и другими науками. Основные положения клеточной теории. История открытия и изучения клетки связана с изобретением и усовершенствованием микроскопа. Клетка была открыта в 1665 г. Робертом Гуком, который описал клеточные стенки пробки. А.В. Левенгук впервые наблюдал одноклеточные организмы. Я. Пуркинье описал внутреннее содержимое клетки - протоплазму. Р.Броун открыл ядро. В 1839 году зоолог Т. Шванн на основе данных ботаника М. Шлейдена сформулировал основное положение клеточной теории: а) все живые организмы состоят из клеток; б) клетки животных и растений сходны по строению и химическому составу. Немец Р. Вирхов дополнил клеточную теорию положением: в) каждая клетка образуется путем деления материнской клетки. Современная клеточная теории включает следующие положения:
Изучение клетки имеет важное значение для развития всего естествознания и для медицины в частности. Так, при многих заболеваниях поражаются клетки, а знание механизмов деления клеток, протекания обменных процессов в клетке позволит разработать новые методы лечения этих болезней. ^ В клетках обнаружено около 70 химических элементов периодической системы Менделеева. Но функции выяснены только для 24 химических элементов. При этом элементы, которые есть у живых организмов, есть и в неживой природе. Это указывает на единство живой и неживой природы.
Кислород, углерод, водород и азот входят в состав органических веществ. К, Na - содержатся в клетке в виде ионов, участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Ca - необходим для свертывания крови, входит в состав костей и зубов. Mg - входит в состав хлорофилла; S – белков; P - костей, нуклеиновых кислот, АТФ; Cl - выделяющейся в желудке НCl; Fe – гемоглобина; I - гормонов щитовидной железы; F - зубной эмали; Со – витамина В12; Zn – гормона поджелудочной железы инсулина. Х   имические элементы в клетке образуют:н      еорганические вещества органические веществавода минеральные соли липиды углеводы белки нуклеиновые кислоты ^ Содержание воды в разных клетках колеблется от 20 % (в костях) до 90 % (в клетках эмбриона). По мере старения организма ее количество в клетках снижается. Важная роль воды в клетке обусловлена ее химической природой. Дипольный характер строения молекул воды объясняет их способность активно вступать во взаимодействие с различными веществами. Вода обладает следующими свойствами:
Вода в клетке выполняет важные функции:
6) является универсальным растворителем. ^ в большом количестве находятся в клетках, образующие опорные органы - раковины, хитиновый панцирь, кости. В цитоплазме других клеток они диссоциированы на ионы. Наиболее важны для клетки катионы K+, Na+ , Mg2+, Ca2+, и анионы HPO42-, H2PO4-, Cl -, HCO3- . От концентрации солей зависит поступление воды в клетку. Соли участвуют в поддержании в клетке кислотно-щелочного равновесия. Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, процессах мышечного сокращения, свертывании крови, создании осмотического давления в клетке. Так 0,9% раствор соли NaCl получил название физиологического, так как его осмотическое давление равно осмотическому давлению содержимого клетки. Он может использоваться в качестве кровезамещающей жидкости. ^ Липиды - это сложные эфиры высших карбоновых кислот и ряда спиртов. Они не растворяются в воде, а растворяются в органических растворителях. Липиды делятся на:
Функции липидов: 1. энергетическая - жиры источник энергии в клетке. При расщеплении 1 грамма выделяется 38,9 кДж энергии. 2. структурная (строительная) - липиды входят в состав биологических мембран. 3. защитная и теплоизоляционная - подкожная жировая клетчатка, защищает организм от переохлаждения и травм. 4. запасающая – жиры составляют запас питательных веществ, откладываясь в жировых клетках животных и в семенах многих растений. 5. регуляторная – некоторые гормоны (половые) являются производными холестерола. 6. смазывающая и водоотталкивающая. 7. источник метаболической воды - при окислении 100 г жира образуется 105 г воды. Это используется животными пустыни, так верблюд может не пить 10-12 дней. Углеводы - сложные органические вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они имеют общую формулу: Сn(H2O)m. В клетках животных их содержится 1-2%, а в клетках растений до 90% от массы сухого вещества. Углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). По количеству углеродных атомов моносахариды делятся на: триоза, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы. 1) пентозы (рибоза, дезоксирибоза) - входят в состав нуклеиновых кислот; 2) гексозы (глюкоза и фруктоза) содержатся во многих плодах и в меде, обусловливая их сладкий вкус. Глюкоза является основным энергетическим материалом при обмене веществ. Полисахариды образуются в процессе полимеризации двух или нескольких моносахаридов. При соединении двух моносахаридов образуются дисахариды: сахароза, состоящая из молекул глюкозы и фруктозы; лактоза, состоящая из молекул глюкозы и галактозы. К полисахаридам относятся гликоген (содержится в клетках животных); крахмал, целлюлоза (содержатся в клетках растений). Мономером гликогена, крахмала и целлюлозы является глюкоза. Функции углеводов: 1. энергетическая - углеводы источник энергии в клетке. При расщеплении 1 грамма углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. 2. строительная - из целлюлозы построены оболочки растительных клеток. 3. запасающая – полисахариды служат запасным питательным материалом. ^ Белки очень важны для жизни клетки. Они составляют 50-80 % сухого вещества клетки. По химической структуре белки - это полимеры, состоящие из мономеров. Роль мономеров выполняют аминокислоты. В состав белков входит 20 видов аминокислот. Аминокислоты у животных и человека подразделяют на заменимые, которые могут синтезироваться в организме человека, и незаменимые (лизин, валин, лейцин, метионин, триптофан, и др.), которые должны поступать с пищей. Общая формула аминокислоты: R NH2 - аминогруппа | COOH - карбоксильная группа. C  OOH СН NH 2 R - радикал, разный во всех аминокислотахАминокислоты соединяются между собой связью CO-NH (ковалентная, пептидная связь), при этом от амино- и карбоксильной группы отщепляется молекула воды: СО[OH + H]NH. Соединения из нескольких аминокислот называют пептидами. В зависимости от их количества бывают ди-, три- или полипептиды. В состав белков входит 300—500 аминокислотных остатков, есть и более крупные белки. Различия белков определяются не только составом и числом аминокислот, но и последовательностью чередования их в полипептидной цепи. Уровни организации белковых молекул: 1) первичная структура - это последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Аминокислоты соединены пептидными связями. Первичная структура специфична для каждого белка и определяется аминокислотной последовательностью, закодированной в ДНК. Замена только одной аминокислоты приводит к изменению функций белка. 2) вторичная структура - это закрученная в спираль полипептидная цепь. Витки спирали удерживаются водородными связями. 3) третичная структура - уложенная в пространстве спираль, образующая глобулу или фибриллу. Белок активен только в виде третичной структуры. Она поддерживается дисульфидными, водородными и ионными связями. 4) четвертичная структура - формируется при объединении нескольких белков, имеющих первичную, вторичную и третичную структуры. Например - белок крови гемоглобин, который состоит из четырех молекул белка глобина и небелковой части. Белки по строению бывают простые (протеины) и сложные (протеиды). Простые белки состоят только из аминокислот. Сложные имеют в своем составе кроме аминокислот другие химические соединения (например: липопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеиды и др.). При действии на белок различных химических веществ, высокой температуры происходит разрушение структуры белка. Этот процесс называется денатурацией. Процесс денатурации иногда обратим. Если прекратилось действие фактора, вызвавшего денатурацию, возможно самопроизвольное восстановление структуры белка - ренатурация. Ренатурация возможна, если не разрушилась первичная структура белка. Функции белков:
^ Ферменты - это биологически активные соединения, способные ускорять протекание биохимических реакций. По химическому строению они бывают простые и сложные. Простые ферменты состоят только из аминокислот. Сложные имеют в своем составе белковую часть (апофермент) и небелковую часть (кофермент). В качестве коферментов выступают различные органические соединения, в частности витамины. Иногда в качестве коферментов могут выступать неорганические вещества, в этом случае их называют кофакторами. Все процессы в организме протекают с участием ферментов. Так, расщепление в пищеварительном тракте компонентов пищи, протекает с участием пищеварительных ферментов. Их названия зависят от природы расщепляемого вещества: протеины расщепляют протеазы; липиды – липазы; углеводы – амилазы; нуклеиновые кислоты – нуклеазы. В настоящее время общепринятой является международная классификация ферментов в зависимости от типа реакции, которую они катализируют:
Большая часть ферментов связана с определенными клеточными структурами (ядро, митохондрии, лизосомы и др.), где и осуществляются их функции. Свойствами ферментов являются:
Механизм действия ферментов объясняет теория активного центра (в молекуле фермента имеются участки, которые осуществляют тесный контакт фермента с субстратом). Это приводит к ослаблению химических связей в молекуле субстрата и, таким образом, снижается энергия активации реакции (энергия, которая нужна для запуска биохимической реакции), следовательно, реакция протекает намного быстрее. ^ Нуклеиновые кислоты были открыты И.Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов в 1869 г. Но только в 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик предложили двухцепочечную модель строения молекулы ДНК. В природе существуют два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Молекула ДНК представляет собой две спирально закрученные одна около другой цепи. Каждая цепь ДНК - полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты. ДНК всех живых организмов образованы соединением всего лишь четырех видов нуклеотидов. Во всех четырех нуклеотидах углевод и фосфорная кислота одинаковы. Нуклеотиды отличаются только по азотистым основаниям. В состав ДНК входят азотистые основания: пуриновые: аденин, гуанин, пиримидиновые: тимин и цитозин.                  ^ Цепи ДНК соединяются по принципу комплементарности – принципу строгого соответствия одних азотистых оснований другим: аденин всегда комплементарен тимину, гуанин — цитозину. Водородные связи образуются между азотистыми основаниями. Количество азотистых оснований, содержащих тимин, равно числу азотистых оснований, которые содержат аденин. И соответственно гуанин = цитозин. Между аденином и тимином образуется 2 водородные связи, а между гуанином и цитозином -3. В каждой цепочке ДНК нуклеотиды соединяются между собой ковалентными связями, которые соединяют фосфат одного нуклеотида и дезоксирибозу другого. В эукариотической клетке основная масса ДНК находится в ядре клетки (около 99%), где она связана с белками и образует хроматин. Остальная ДНК находится в двумембранных органоидах (митохондриях и пластидах). ^ С амоудвоение ДНК. Самоудвоение (репликация, редупликация) ДНК происходит перед делением клетки в синтетический период интерфазы. С помощью фермента ДНК-полимеразы разрываются слабые водородные связи между двумя цепями ДНК, а затем к каждой, уже отдельной, цепочке достраиваются по принципу комплементарности нуклеотиды (А—Т, Г—Ц), при этом образуются уже две двухцепочечные молекулы ДНК. Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для построения новой комплементарной цепи. Репликация ДНК обеспечивает высочайшую точность воспроизведения генетической информации в поколениях клеток и организмов в целом. Иногда могут произойти ошибки в репликации ДНК, они приводят к генным мутациям. ДНК выполняет разнообразные функции: 1) хранение наследственной информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов; 2) передача наследственной информации из ядра в цитоплазму. Для этого при транскрипции иРНК снимает копию с ДНК и переносит информацию к рибосомам - месту синтеза белка; 3) воспроизведение наследственной информации при редупликации ДНК и передача наследственной информации от материнской клетки к дочерним клеткам. Молекула РНК - полимер, ее мономерами также являются нуклеотиды. В отличие от ДНК, РНК - это: 1) одноцепочечная молекула; 2) вместо углевода дезоксирибозы в РНК входит рибоза; 3) вместо азотистого основания тимин в РНК входит урацил;
Различают три вида РНК. Все они образуются в ядре клетки, а выполняют свои функции в цитоплазме. иРНК (информационная), или мРНК (матричная) - переносит информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам и непосредственно участвует в сборке молекулы полипептида на рибосомах. На долю иРНК приходится примерно 5% от общего содержания РНК клетки. тРНК (транспортная) - присоединяет и переносит аминокислоты к рибосомам содержит около 80 нуклеотидов. Существует более 20 различных тРНК, различающихся по последовательности нуклеотидов. Из общего количества РНК клетки на долю тРНК приходится около 10 %. рРНК (рибосомальная) - входит в состав рибосом. На долю рРНК приходится около 85 % от общего количества РНК клетки. ^ Важную роль в жизни клетки играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Это свободный нуклеотид, он не образует полимеров и содержит азотистое основание аденин, пятиуглеродный сахар - рибозу и три остатка фосфорной кислоты. Два остатка фосфорной кислоты соединены между собой макроэргическими связями. В процессе гидролиза (присоединения воды) АТФ расщепляется под действием ферментов до аденозиндифосфорной кислоты (АДФ), при этом выделяется 40 кДж энергии. АТФ + Н2О АДФ + Н3РО4 + 40 кДж АДФ + Н2О АМФ + Н3РО4 + 40 кДж Образуется АТФ в результате реакций фосфорилирования за счет энергии, выделяющейся в ходе энергетического обмена. Присоединение остатка фосфорной кислоты сопровождается затратой около 40 кДж энергии ^ Клетка – это структурная единица живых организмов. Строение клетки можно рассмотреть на рисунке и схеме.  КЛЕТКА   Оболочка клетки Протоплазма   Цитоплазма Ядро      Гиалоплазма Органоиды Включения-Кариолемма -Трофические -Кариоплазма -Секреторные -Хроматин Общего Специального -Эскреторные -Ядрышко назначения назначения - Пигментные   -реснички-жгутики немембранного мембранного с   троения строения-рибосомы -клеточный одномембранные двумембранные центр -комплекс Гольджи -митохондрии -лизосомы -пластиды -ЭПС -вакуоли Биологические мембраны, их строение, свойства и функции. Цитоплазматическая мембрана. Оболочка клетки. Одной из особенностей эукариотических (ядерных) клеток, является обилие биологических мембран. Мембрана является внешней частью цитоплазмы, отграничивает ядро, многие органоиды. Рассмотрим строение биологических мембран на примере плазматической мембраны (плазмалеммы), которая отграничивает содержимое клетки (протоплазму) от внешней среды. ^     Два слоя липидов Гидро-фильная часть липидов Гидрофоб-ная часть липидов  Плазмалемма состоит из двух слоев липидов, молекулы которых расположены таким образом, что их полярные «головки» (гидрофильные участки) обращены к внутренней и внешней водной среде, а их длинные неполярные «хвосты» (гидрофобные участки) находятся в глубине мембраны и обращены друг к другу. Снаружи с головками соединены периферические мембранные белки. Другие белковые молекулы погружаются в липидный слой (погруженные белки), большая часть из них - ферменты. Часть белков пронизывают мембрану насквозь (пронизывающие белки), они образуют поры, через которые химические вещества могут переходить с одной стороны мембраны на другую. Плазмалемма снаружи может быть покрыта слоем гликокаликса, основными компонентами которого служат комплексы полисахаридов с белками (гликопротеиды) и жирами (гликолипиды). Из таких же по строению мембран построены мембранные органоиды клетки. ^
Функции плазмолеммы:
а). ^ осуществляется без затрат энергии по градиенту концентрации веществ, из области с большей концентрацией веществ в область с меньшей. Путем диффузии поступают газы. Диффузию воды через мембрану называют осмосом. б). ^ Транспорт веществ осуществляется белками-переносчиками против градиента концентрации веществ с затратами энергии. Например: натрий-калиевый насос - интегральный белок, выкачивает из клетки ионы натрия в обмен на ионы калия, использует для этого энергию АТФ. Транспорт веществ в мембранной упаковке: Эндоцитоз - поглощение клеткой веществ, которые не способны проникать через мембранные поры. Плазматическая мембрана образует впячивания, которые затем отделяясь, превращаются в вакуоли. Виды эндоцитоза: фагоцитоз (захват и поглощение клеткой твердых частиц) и пиноцитоз (поглощения капелек жидкости). Экзоцитоз - процесс, обратный эндоцитозу. Таким способом осуществляется выведение из клетки различных веществ: из пищеварительных вакуолей удаляются твердые непереваренные частицы, а из секреторных клеток выводятся жидкие секреты. ^ обязательный компонент клеток растений и грибов, бактерий. Она придает клеткам механическую прочность, защищает их содержимое от повреждений и избыточной потери воды, поддерживает форму, препятствует разрыву клеток в гипотонических условиях, участвует в обмене различных ионов и транспорте веществ. Основой клеточной оболочки растений, ее каркасом, являются молекулы целлюлозы, собранные в микрофибриллы. Каркас погружен в матрикс, состоящий из гемицеллюлозы и пектиновых веществ. В зависимости от типа ткани, в состав которой входит клетка, в клеточной оболочке могут быть и другие органические вещества: лигнин (приводит к одревеснению клеточных оболочек); суберин (откладывается на оболочку изнутри и делает ее практически непроницаемой для воды и растворов, при отмирании клетки, приводит к опробкованию); кутин и воск (образуются снаружи и защищают клетки от повреждений и уменьшают испарение воды). Структурным компонентом клеточной стенки грибов является хитин. Основу клеточной стенки прокариот представляет жесткая решетка, состоящая из пептидогликана (муреина), в которую встроены другие вещества: белки, полисахариды. ^ Цитоплазма - представлена гиалоплазмой или основным веществом, в которой располагаются органоиды и включения. Гиалоплазма – жидкая часть цитоплазмы, составляет около половины объема клетки, заполняет пространство между плазмолеммой, ядерной оболочкой, органоидами; она обеспечивает клетке эластичность, вязкость, внутреннее движение. Гиалоплазма состоит из двух фаз – жидкой и твердой. Жидкая - представляет собой коллоидную систему, состоящую из воды, белков, углеводов, нуклеиновых кислот и др. веществ. В жидкой фазе имеется система тонких белковых нитей – микротрабекул, пересекающих цитоплазму в различных направлениях – это микротрабекулярная система (твердая фаза) гиалоплазмы. Вместе с микротрубочками, микрофиламентами эта система образует цитоплазматический скелет (цитоскелет) клетки. Цитоскелет придает клетке определенную форму. Функции гиалоплазмы: 1) связывает все органоиды; 2) обеспечивает обмен веществ между ними; 3) в ней протекает также ряд биохимических реакций (синтез нуклеотидов, некоторых аминокислот, жирных кислот, реакции гликолиза); 4) обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ; 5) определяет форму клетки. Органоиды - это постоянные структурные компоненты клетки, выполняющие определенные функции. Органоиды делятся на две группы:
Среди органоидов общего назначения выделяют: органоиды, имеющие мембранное строение, и органоиды, имеющие немембранное строение. ^ Пластиды - органоиды клеток растений. Они классифицируются по окраске: хлоропласты (имеют зеленый цвет, обусловленный присутствием пигмента - хлорофилла; участвуют в процессе фотосинтеза), хромопласты (имеют оранжевую, желтую, красную окраску, обусловленную пигментами каротиноидами; их присутствием объясняется окраска плодов и корнеплодов.) и лейкопласты (бесцветные пластиды, в которых откладываются запасные питательные вещества). Все виды пластид родственны, одни их виды могут превращаться в другие.  Капелька жира Хлоропласты образованы наружной и внутренней мембраной. Наружная отграничивает жидкую внутреннюю, гомогенную среду хлоропласта - строму . В строме содержатся белки, липиды, ДНК, РНК, рибосомы, трофические включения, ферменты, участвующие в фиксации СО2. Наружная мембрана гладкая, а внутренняя мембрана образует замкнутые впячивания - тилакоиды (в форме дисков). Такие тилакоиды, лежащие друг над другом, образуют грану (тилакоиды гран). Другие тилакоиды, связывающие граны между собой, называются тилакоидами стромы. В мембранах тилакоидов локализован хлорофилл, участвующий в поглощении и преобразовании энергии света. А в строме находятся биохимические системы синтеза углеводов. В ней же откладывается запасной крахмал. Функции хлоропластов: фотосинтез, синтез АТФ, автономный синтез специфичных для данного органоида белков. Митохондрии - это органоиды, имеющие форму палочек, нитей, гранул. Они присутствуют во всех эукариотических клетках. Снаружи митохондрии покрыты оболочкой, которая состоит из двух мембран: наружной гладкой и внутренней, образующей выросты - кристы (гребни), что увеличивает площадь внутренней поверхности митохондрии.  Внутреннее содержимое митохондрий – матрикс, по составу похож на гиалоплазму, там содержатся кольцевые молекулы ДНК, все виды РНК, рибосомы, аминокислоты. Между наружной и внутренней мембранами находится перимитохондриальное пространство, в нем накапливаются ионы Н+, выкачиваеммые из матрикса, что создает протонный градиент концентрации по обе стороны внутренней мембраны. На мембранах крист находятся многочисленные ферменты, обеспечивающие протекание кислородного этапа энергетического обмена. Функции митохондрий - окисление органических веществ; синтез универсального источника энергии в клетке - АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты); автономный синтез специфичных для данного органоида белков. Транспортная система клетки представлена эндоплазматической сетью и комплексом Гольджи. Она обеспечивает передвижение веществ из одной части клетки в другую или за её пределы.^ представляет собой разветвленную систему каналов, цистерн, полостей, соединенных между собой, стенки которых образованы одинарной мембраной. ЭПС пронизывает всю цитоплазму и связывает все органоиды друг с другом, а также с ядром и плазмолеммой. Эндоплазматическая сеть бывает двух типов: 1. Гранулярная эндоплазматическая сеть. На ее мембранах размещаются рибосомы. Белки, синтезируясь на рибосомах, проходят через мембрану внутрь полостей и по каналам гранулярной ЭПС транспортируются к различным клеточным органоидам. Гранулярная ЭПС связана с ядерной оболочкой и участвует в образовании оболочек новых ядер после деления клетки. 2. Гладкая эндоплазматическая сеть. В ее мембраны встроены ферменты синтеза липидов и углеводов.  Мембрана Рибосомы Функции гладкой ЭПС синтез углеводов и липидов; транспорт веществ. Продукты синтеза накапливаются в каналах ЭПС, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где используются для процессов жизнедеятельности. ^ - одномембранный органоид. Был открыт в 1898 году итальянским ученым Гольджи. Представляет собой систему плоских цистерн, которые построены из мембран. Цистерны располагаются стопками одна над другой и образуют диктиосому. По краям от цистерн отшнуровываются крупные и мелкие пузырьки. В комплекс Гольджи доставляются вещества, синтезируемые в эндоплазматической сети. Здесь образуются комплексы органических веществ, эти вещества дорабатываются, концентрируются и используются или самой клеткой, или выводятся за ее пределы (пузырьки подходят к плазматической мембране, сливаются с ней и изливают свое содержимое наружу). Комплекс Гольджи также участвует в формировании цитоплазматической мембраны и стенок клеток растений после деления; в образовании вакуолей и лизосом. Лизосомы - самые мелкие мембранные органоиды, представляют собой ограниченные мембраной пузырьки, которые содержат более 50 гидролитических ферментов, способных расщеплять белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Функции: участвуют во внутриклеточном пищеварении. Лизосомы образуются из пузырьков, отделяющихся от комплекса Гольджи. Ферменты поступают из гранулярной ЭПС. Лизосомы сливаются с пузырьками, образовавшимися при фаго- и пиноцитозе (эндоцитозе), образуют пищеварительную вакуоль. Происходит переваривание органических веществ. Лизосомы, участвующие в переваривании чужеродных веществ (пищевых частиц), попавших в клетку, называются гетерофагосомы, а участвующие в переваривании частей самой клетки - аутофагосомы. Ферменты, выходя из лизосом, могут переваривать целые клетки и органы. Этот процесс называется автолиз. Вакуоли – содержатся в растительных клетках и клетках простейших. Они отграничены мембраной, образуются из расширений ЭПС и пузырьков комплекса Гольджи. В клетках растений вакуоли заполнены клеточным соком, участвуют в регуляции водно-солевого обмена и поддержании тургорного давления. В вакуолях могут накапливаться запасные питательные вещества, продукты жизнедеятельности (отходы), фитогормоны, фитонциды, ферменты. В клетках простейших содержатся пищеварительные и сократительные (пульсирующие) вакуоли. ^ Рибосома состоит из двух субъединиц: большой и малой – состоящих из рибосомальной РНК и белка. Участвует в биосинтезе белка. При этом малая субъединица связывается с иРНК и активированными тРНК. В большой образуются пептидные связи и присоединение аминокислот к растущей полипептидной цепи. Функция – трансляция (синтез белка).     Большая субъединица рибосомы Малая субъединица рибосомы Субъединицы образуются в ядрышке отдельно и объединяются на иРНК. Часть рибосом связана с мембранами эндоплазматической сети (эти рибосомы синтезируют белки, которые поступают в комплекс Гольджи и секретируются клеткой – синтез на экспорт), а часть свободно располагается в гиалоплазме (на них синтезируются белки для собственных нужд клетки). Рибосомы могут объединяться в комплексы - полирибосомы, где они связаны между собой длинной цепочкой одной иРНК. Собственные рибосомы имеют пластиды и митохондрии. Рибосомы подразделяют на митохондриальные и более крупные цитоплазматические. ^ - состоит из двух центриолей, которые расположены перпендикулярно друг к другу, и лучистой сферы.  Каждая центриоль представляет собой цилиндр, построенный из девяти триплетов микротрубочек. Центриоли участвуют в образовании нитей митотического веретена деления, обеспечивают равноценное распределение генетического материала между дочерними клетками, растягивая хроматиды (дочерние хромосомы) в анафазе митоза. ^ представляют собой подвижные цитоплазматические выросты. Жгутики и реснички состоят из 20 микротрубочек, скольжение которых друг относительно друга, вызывает их биение. Это обеспечивает перемещение клетки или продвижение частиц. В основании жгутика и реснички находится базальное тельце, по строению идентичное с центриолями. Кроме органоидов, в цитоплазме встречаются включения — непостоянные структурные компоненты клетки. Их можно разделить на несколько групп: 1) трофические: капельки жиры, зерна крахмала; 2) секреторные: образуются в клетках желез и предназначены для выделения из клетки: гормоны, ферменты; 3) экскреторные (подлежат выведению из организма): мочевая кислота и др.; 4) пигментные: меланин (пигмент, содержащийся в клетках эпидермиса кожи). ^ Одним из основных компонентов клетки является ядро. Клетки могут содержать одно или несколько ядер, форма которых может быть различной (округлой в клетках эпидермиса кожи, овальная в мышечных волокнах, сегментированной в лейкоцитах). В ядре хранится, записанная в ДНК, наследственная информация. Ядро регулирует процессы жизнедеятельности клетки, передает информацию дочерним клеткам при делении. Ядро состоит из: 1) ядерной оболочки; 2) ядерного сока; 3) ядрышка; 4) хроматина. ^ состоит из двух мембран, между которыми располагается перинуклеарное пространство. Наружная мембрана связана с эндоплазматической сетью. На ее поверхности расположены рибосомы, где синтезируются белки, поступающие в перинуклеарное пространство. Во время деления клетки ядерная оболочка растворяется, а после деления ядер образуется из мембран эндоплазматической сети. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами (3-4 тысячи), через которые происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой. Функции ядерной оболочки: 1) отделяет наследственный материал (хромосомы) от цитоплазмы, 2) регулирует взаимодействия ядра и цитоплазмы. ^ - по составу близок к гиалоплазме, в нем содержатся белки, различные РНК, свободные нуклеотиды, продукты обмена веществ, субъединицы рибосом. В нем происходят транскрипция и процессинг мРНК и рРНК Ядрышко - непостоянные структуры (исчезают в начале деления клетки и появляются к концу деления). В их образовании участвуют хромосомы, которые несут гены, отвечающие за синтез рРНК. В ядрышке синтезируется рРНК и образуются субчастицы (субъединицы) рибосом. Хроматин – представляет собой разрыхленные деспирализованные хромосомы. Образован сетью тонких нуклеопротеидных нитей, глыбок, гранул и обеспечивает транскрипцию генов. Хроматин содержит около 40% ДНК, 40% белков гистонов (обеспечивают упаковку ДНК), 20% негистоновых белков (к ним относятся белки, ответственные за движение хромосом и белки-ферменты для синтеза ДНК и РНК). В делящихся клетках хроматиновые нити спирализуются, уплотняются, и образуют хромосомы. Хроматин подразделяют на: гетерохроматин (транскрипционно неактивный, конденсированный хроматин, располагается преимущественно по периферии ядра и вокруг ядрышек). Эухроматин – транскрипционно активная и менее конденсированная часть хроматина, локализуется в более светлых участках ядра между участками гетерохроматина. Хромосомы формируются в профазе митоза, а изучают их в метафазе, когда они максимально спирализованы и располагаются в плоскости экватора клетки. В это время хромосомы хорошо видны в световой микроскоп. Метафазные хромосомы состоят из двух сестринских хроматид (удвоение хроматид происходит в синтетический период интерфазы), соединенных друг с другом в области первичной перетяжки – центромеры (утонченный неспирализованный участок). Центромера делит хромосому на два плеча. В зависимости от расположения центромеры хромосомы бывают:
Некоторые хромосомы могут иметь вторичную перетяжку. Она отделяет участок хромосомы, который отвечает за синтез ядрышка. Этот участок хромосомы называется ядрышковым организатором. Мельчайшими структурными компонентами хромосомы являются нуклеопротеидные микрофибриллы (комплекс ДНК, связанной с белками), которые определенным образом упаковываются и спирализуются. ^ Кариотип и его видовая специфичность. Каждой клетке того или иного вида организмов свойственны определенное число, размеры, и форма хромосом. Совокупность хромосом соматической клетки, типичная для данной систематической группы, называется кариотипом. В соматических клетках присутствует диплоидный (2n) набор хромосом, где каждая хромосома имеет себе гомологичную (парную), а в половых клетках - гаплоидный (непарный, n). Гомологичными называются хромосомы, одинаковые по форме, строению, но разные по происхождению (одна материнская, другая отцовская). ^ 1. Правило постоянства числа хромосом - каждый вид растений и животных имеет определенное и постоянное число хромосом (у человека - 46, у шимпанзе- 48, мушки дрозофилы - 8). 2. Правило парности хромосом - в соматических клетках с диплоидным набором каждая хромосома имеет такую же парную гомологичную хромосому, одинаковую по размерам, форме, но разную по происхождению. Одна хромосома в паре - отцовская, другая - материнская. ^ 4. Правило непрерывности хромосом - каждая хромосома образуется при делении материнской хромосомы. Перед делением клетки происходит редупликация ДНК, в результате образуются две молекулы ДНК, из которых получаются две сестринские хроматиды. Во время деления в дочерние клетки попадает по одной хроматиде (дочерней хромосоме). Все хромосомы подразделяют на аутосомы (неполовые) и половые хромосомы. Половые - это пара хромосом, различная у мужского и женского полов. Половые хромосомы определяют формирование признаков, характерных мужскому и женскому организмам. В соматической клетке 2 половые хромосомы, а в половой –1. Аутосомы - это хромосомы, одинаковые у мужского и женского полов. В соматической клетке человека 44 аутосомы, а в половой – 22. ^ Прокариоты - это организмы, в клетках которых нет ядра. К ним относятся бактерии и цианобактерии. Эукариоты — это организмы, клетки которых имеют оформленное ядро, отграниченное от цитоплазмы ядерной оболочкой. К эукариотам относятся все животные, растения и грибы. Клетки про- и эукариот имеют много общего (вспомнить общие черты строения клетки). Но есть и принципиальные отличия.
Основные признаки прокариот: 1) отсутствует ядро, вместо ядра имеется его эквивалент - нуклеоид, лишенный ядерной оболочки и состоящий из одной молекулы ДНК, замкнутой в кольцо; 2) нет белков гистонов, которые упаковывают ДНК; 3) ДНК не имеет мозаичного строения, то есть между генами нет спейсеров - неинформативных участков; 4) трансляция быстро следует за транскрипцией, нет созревания и-РНК; 5) отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение, 6) отсутствует клеточный центр; 7) есть рибосомы; 8) есть мезосомы (впячивания плазматической мембраны), выполняющие функции мембранных органоидов; 9) характерно простое деление. У эукариот: 1) ДНК связана с белками-гистонами, образуя хроматин, который при делении клеток превращается в хромосомы, 2) ДНК имеет мозаичное строение, то есть между генами располагаются неинформативные участки - спейсеры, а гены имеют экзоны (информативные участки) и интроны (неинформативные участки), 3) у эукариот в ядре происходит дозревание и-РНК — процессинг (неинформативные участки вырезаются с помощью ферментов, а информативные сшиваются), 4) имеются все органоиды цитоплазмы, имеющие мембранное и немембранное строение, 5) клетки эукариот делятся путем митоза. ^ Клетки организмов, относящихся к царствам Растения и Животные, относятся к одному надцарству – Эукариоты, поэтому имеют много сходных черт, присущих всем эукариотическим клеткам (см. выше).
^ . Обмен веществ - это совокупность протекающих в живых организмах химических превращений, обеспечивающих рост организмов, процессы их жизнедеятельности, воспроизведение. Обмен веществ - это одно из основных свойств живых организмов. Обмен веществ включает: 1. Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) - все реакции биосинтеза, происходящие в организме. Эти реакции идут с поглощением энергии. 2. Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) - совокупность реакций ферментативного расщепления органических соединений (белков, жиров, углеводов) с образованием богатых энергией молекул АТФ. По типу питания живые организмы делятся на две группы: гетеротрофы и автотрофы. Гетеротрофы - организмы, использующие в виде пищи готовые органические вещества из окружающей среды, они не способны синтезировать органические соединения из неорганических. К ним относятся грибы, животные, многие бактерии. Автотрофы - организмы, синтезирующие из неорганических соединений органические за счет солнечной энергии (фотосинтезирующие) или энергии химических связей (хемосинтезирующие). К ним относятся зеленые растения и некоторые бактерии. Некоторые организмы в процессе эволюции приспособились к смешанному типу питания (автогетеротрофы, миксотрофы). В зависимости от условий они могут осуществлять фотосинтез или потреблять готовые органические соединения. К ним можно отнести хламидомонаду и эвглену зеленую. Основным источником энергии для всех живых организмов, живущих на Земле, служит энергия солнечного света, которую используют растения в процессе фотосинтеза, в результате которого из неорганических соединений синтезируются органические соединения. Органические вещества, синтезируемые автотрофами, используются гетеротрофами для получения энергии, необходимой для процессов жизнедеятельности. Эта энергия выделяется в процессе энергетического обмена. Энергия запасается в молекулах АТФ и используется гетеротрофами для биосинтеза свойственных им белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот. Реакции пластического и энергетического обмена в организме тесно связаны, являются основным условием жизни клетки. Это противоположные стороны единого процесса обмена веществ. Для реакций биосинтеза нужна энергия, которая поставляется в процессе энергетического обмена. При энергетическом обмене расщепляются органические соединения, образовавшиеся в результате ассимиляции, при этом выделяется энергия. Для протекания реакций энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов и структур органоидов, которые в процессе жизни постепенно разрушаются. В разные периоды жизни организма могут преобладать процессы ассимиляции или диссимиляции. Так, в растущем организме преобладают процессы ассимиляции, а в стареющем - диссимиляции. ^ Пластический обмен - это совокупность всех реакций биосинтеза, которые происходят в организме. К нему относятся фотосинтез, биосинтез белка, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Фотосинтезом называется процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии солнечного света. Этот процесс происходит в зеленых пластидах - хлоропластах при участии хлорофилла. Общее уравнение процесса фотосинтеза: 6  СО2+ 6Н2О свет С6Н12О6 + 6О2Фотосинтез представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых происходит восстановление СО2 до углеводов. Он протекает в две фазы: световую и темновую. ^ В световую фазу под влиянием фотонов солнечного света происходит переход электронов атома магния в молекуле хлорофилла на более высокий энергетический уровень. Электроны приобретают при этом энергию, которую они передают другим соединениям, а сами переходят на наружную поверхность мембраны тилакоидов. В это же время под действием света происходит фотолиз воды с образованием Н+ и ОН- . Ионы гидроксила отдают свои электроны, которые становятся на место недостающих в атоме магния, и превращаются в радикалы ОН, которые взаимодействуют между собой, образуя воду и свободный кислород. Образовавшиеся при фотолизе ионы Н+, накапливаются на внутренней поверхности мембраны тилакоидов. Создается разность потенциалов. Когда разность потенциалов достигает критического уровня (200 мВ), ионы водорода Н+ проходят через каналы фермента АТФ-синтетазы в мембране и соединяются с электронами на наружной поверхности мембраны с образование атомов Н. Выделяющаяся при этом энергия, идет на синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Атомы водорода (Н) соединяются с НАДФ и восстанавливают его до НАДФ.Н2 . Таким образом, основными событиями световой фазы являются: фотолиз воды, выделение кислорода, синтез АТФ и восстановление НАДФ. Далее наступает темновая фаза фотосинтеза, протекающая в строме хлоропластов, для которой свет не нужен. Здесь идет большое количество реакций, приводящих к синтезу сложных органических соединений за счет энергии АТФ из СО2 воздуха и водорода, который в строму приносит НАДФ.Н2. Одним из способов восстановления является цикл Кальвина. Для синтеза одной молекулы глюкозы необходимо 12 молекул НАДФ.Н2 и18 молекул АТФ. Глюкоза затем превращается в крахмал. На скорость фотосинтеза оказывают влияние: количество падающего света, оптимальное количество влаги, минеральных солей, высокая концентрация СО2, температура 20-25 градусов (для наших широт). Значение фотосинтеза. 1. При фотосинтезе растениями синтезируются органические вещества из неорганических. Эти органические вещества используются гетеротрофами для питания. 2. В процессе фотосинтеза поглощается углекислый газ, а выделяется кислород, который все живые организмы используют для дыхания. ^ Информация о структуре белка записана на молекуле ДНК с помощью генетического кода. ^ это система расположения нуклеотидов в молекуле ДНК или иРНК, несущая информацию о последовательности расположения аминокислот в молекуле белка. Участок молекулы ДНК и иРНК, состоящий из трех нуклеотидов, называется триплетом или кодоном. Кодон это последовательность из трех рядом расположенных нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту или заканчивающая синтез полипептидной цепи. Генетическому коду характерны ряд общих свойств. 1. Триплетность - каждая из аминокислот закодирована тремя последовательно расположенными нуклеотидами. 2. Универсальность - генетический код одинаков у всех живых организмов. 3. Вырожденность (избыточность, множественность) - одна аминокислота может быть закодирована двумя или более кодонами (это объясняется существованием 4 нуклеотидов, которыми можно создать 64 различные комбинации по 3 нуклеотида - 43 = 64, а аминокислот входящих в состав белка только 20). Одним триплетом шифруются только аминокислоты: метионин, который кодируется только триплетом АУГ, и триптофан - УГГ. 4. Специфичность (однозначность) - один кодон шифрует только одну аминокислоту. 5. Однонаправленность - информация считывается в одном направлении. 6. Непрерывность – при выпадении нуклеотида, его место займет нуклеотид из соседнего триплета. Это приведет к изменению порядка считывания (мутации). 7. Триплеты УАА, УАГ, УГА обозначают окончание синтеза полипептидной цепи (триплеты-терминаторы). Они находятся в конце каждого гена. Биосинтез белков происходит в цитоплазме клеток на рибосомах. В ходе биосинтеза белка можно выделить этапы: 1) транскрипция; 2) процессинг; 3) трансляция. Информация о структуре белка записана в молекуле ДНК, которая у эукариот находится в ядре и отделена ядерной оболочкой от цитоплазмы. ДНК непосредственного участия в синтезе белков не принимает. Информацию о структуре белка в цитоплазму несет и-РНК, которая по принципу комплементарности строится на матрице ДНК при участии фермента РНК-полимеразы. Переписывание информации с ДНК на иРНК называется транскрипцией. Переписывается одна нить молекулы ДНК, которая называется кодогенной. Если в переписываемой нити ДНК стоит нуклеотид с азотистым основанием гуанин (Г), то фермент РНК-полимераза включает в РНК нуклеотид, содержащий цитозин (Ц); если тимин (Т) - то аденин (А); если аденин (А) - то урацил (У). По длине каждая из молекул иРНК в сотни раз короче ДНК. Информационная РНК переписывает информацию только части молекулы ДНК - одного гена, несущего информацию о структуре белка. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре белка, называется геном. Ген у эукариот имеет мозаичное строение, в нем есть информационные участки – экзоны (кодирующие последовательности нуклеотидов, определяющие последовательность аминокислот в белке) и неинформационные участки – интроны (некодирующие последовательности между экзонами). Между генами расположены неинформационные участки, которые называются спейсеры. При транскрипции на иРНК переписываются и экзоны и интроны, частично переписываются и спейсеры. Эта иРНК не может проникнуть через поры в ядерной оболочке, она незрелая (пре-иРНК), поэтому в ядре происходит ее процессинг — дозревание (вырезание неинформационных участков и сшивание информационных), в результате чего РНК укорачивается. Зрелая иРНК проходит через поры в ядерной оболочке и направляется к месту синтеза белка (к рибосоме). Информация закодирована в виде триплетов. Один триплет (кодон) кодирует место одной аминокислоты в белковой молекуле, а последовательность триплетов кодирует последовательность аминокислот в белковой молекуле. Перевод информации с последовательности кодонов иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка называется трансляцией. В иРНК существуют триплеты: инициирующий – АУГ (определяет начало синтеза белка) и терминирующие: УАГ, УАА, УГА.      аминоацильный участок пептидильный участок антикодон. Рис. Схема биосинтеза белка (трансляции). В цитоплазме на иРНК нанизывается рибосома. Она подходит к тому месту иРНК, где расположен инициирующий кодон. Одновременно рибосома занимает участок иРНК, равный 2 триплетам. На большую субъединицу рибосомы приходят тРНК. Они имеют два важных участка: к одному из них прикрепляется определенная аминокислота, а другой, называемый антикодоном, содержит триплет нуклеотидов, комплементарный кодону иРНК. Одновременно на большой субъединице могут находиться две тРНК, одна - в пептидильном, другая — в аминоацильном (аминокислотном) участке рибосомы. Во время синтеза белка тРНК приходят в аминоацильный участок, здесь происходит узнавание аминокислот путем сопоставления антикодона и кодона, а в пептидильном образуется пептидная связь между аминокислотами. По принципу комплементарности кодоны иРНК вступают в связь с антикодонами тРНК. Например, если в иРНК будет располагаться кодон АУГ, то к нему подойдет тРНК с комплементарным антикодоном УАЦ. После этого между аминокислотами, находящимися в двух центрах рибосомы, происходит образование пептидной связи. Затем тРНК, находящаяся в пептидильном центре, покидает рибосому и «уходит» в цитоплазму за другой аминокислотой, а рибосома передвигается на следующий триплет. Образовавшийсй дипептид располагается в пептидильном центре, а в освободившийся аминоацильный центр рибосомы, приходит новая тРНК с аминокислотой. Так происходит считывание информации. Когда рибосома окажется на терминирующем триплете, синтез белка заканчивается. В секунду соединяются друг с другом до 50 аминокислот. Поэтому синтез одной молекулы белка длится всего 3—5 с. Для протекания всех этапов синтеза необходима энергией, которая поставляется за счет расщепления АТФ. В результате трансляции образуется первичная структура белка. Затем формируется вторичная, третичная, четвертичная и он начинает выполнять свои функции. Реакциями матричного синтеза называются такие процессы в клетке, где одно химическое соединение служит матрицей для построения другого (удвоение молекулы ДНК, транскрипция, обратная транскрипция, трансляция). ^ Для жизни клетки, роста, синтеза органических веществ необходима энергия, ее клетки получают при расщеплении органических веществ. Энергетический обмен (диссимиляция) - совокупность реакций ферментативного расщепления органических соединений (белков, жиров, углеводов) с образованием богатых энергией молекул АТФ. При этом сложные органические вещества превращаются в простые органические и неорганические. Этот процесс включает три этапа. Первый этап - подготовительный - протекает в цитоплазме клеток растений, в желудочно-кишечном тракте животных в процессе пищеварения, когда сложные органические соединения (полимеры) расщепляются под действием ферментов на простые органические (мономеры): жиры на глицерин и жирные кислоты, полисахариды на моносахариды, белки на аминокислоты. Этот процесс сопровождается выделением небольшого количества энергии, которая рассеивается в виде тепла. Второй этап - бескислородный (анаэробный) - идет в цитоплазме клеток. На этом этапе мономеры, образовавшиеся на подготовительном этапе, расщепляются без участия кислорода с выделением энергии. Примером является гликолиз – многоступенчатое бескислородное расщепление глюкозы. Молекула глюкозы расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты. При этом от каждой молекулы глюкозы отщепляется четыре атома водорода, которые восстанавливают НАД (переносчик водородных атомов) до НАД . Н2. На этом этапе выделяется 200 кДж энергии, из которых 40% накапливается в 2 молекулах АТФ (80 кДж), а 60% (120 кДж) рассеивается в виде тепла. С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+2С3Н4О3 + 2АТФ + 2НАД.Н2 + 2Н2О+200кДж У анаэробных организмов этот этап является конечным. Он относительно неэффективен, так как продукты расщепления содержат в себе еще большое количество энергии. Третий этап - кислородный (аэробный, дыхание) - проходит на кристах митохондрий. Представляет собой ряд последовательно идущих реакций, каждая из которых катализируется определенным ферментом. Для протекания этого этапа необходим кислород. Пировиноградная кислота подвергается дальнейшему расщеплению до углекислого газа. Одновременно происходит восстановление переносчиков водородных атомов НАД и ФАД до НАД . Н2 и ФАД . Н2 и образуется 2 молекулы АТФ. 2С3Н4О3 + 6Н2О + 8НАД+ + 2ФАД+ 6СО2 + 8НАД . Н2 + 2ФАД . Н2 + 2АТФ Атомы водорода вступают в цепь реакций, называемых электротранспортная цепь, в которой в результате переноса Н+ через внутреннюю мембрану митохондрий выделяется большое количество энергии, которая используется для синтеза 34 молекул АТФ. Для этого процесса необходим кислород, который выполняет функцию акцептора электронов, отщепившихся от протонов водорода Н+. В сумме на кислородном этапе выделяется около 2600 кДж энергии, часть её запасаетсяв 36 молекулах АТФ. Таким образом, вместе бескислородный и кислородный этапы приводят к накоплению в виде 38 молекул АТФ 1520 кДж энергии. С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 6СО2 + 38АТФ + 44Н2О + 2800 кДж Синтезированная в митохондриях АТФ по каналам эндоплазматической сети поступает в рибосомы и другие органоиды. Там АТФ превращается в АДФ и отдает накопленную энергию на синтез белков, жиров и углеводов. ^ Продолжительность жизни многоклеточного организма больше продолжительности жизни каждой отдельно взятой его клетки. Поэтому необходимым условием существования организма является постоянное обновление клеток. Это происходит путем деления ранее существовавших клеток. Различают несколько способов деления клеток. ^ - прямое деление клетки, при котором сохраняется интерфазное состояние ядра. Ядро делится путем перетяжки на две примерно равные части без образования хромосом. Амитоз встречается в клетках эпителия, скелетной мускулатуре, а также в других клетках при некоторых заболеваниях (например, в клетках злокачественных опухолей). Мейоз - разновидность митоза - особый способ деления клеток, в результате которого уменьшается число хромосом вдвое, и из клетки с диплоидным набором хромосом, образуются гаплоидные клетки. Совокупность процессов, происходящих в клетке в период подготовки клетки к делению и в период деления, называется митотическим циклом. Весь период существования клетки от момента ее образования до собственного деления или гибели называется клеточным (жизненным) циклом. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим и состоит из интерфазы и собственно деления (митоза). Интерфаза – это период подготовки клетки к делению. Она состоит из пресинтетического, синтетического и постсинтетического периодов. Пресинтетический (g1) период идет сразу за делением. В этот период синтезируются РНК, различные белки, АТФ, увеличивается число органоидов. Клетка растет, восстанавливает объем цитоплазмы и выполняет свои функции. Она содержит диплоидный набор деспирализованных хромосом, каждая хромосома состоит из одной хроматиды. Содержание генетического материала будет 2n2с (n - количество хромосом в гаплоидном наборе, с - содержание ДНК в гаплоидном наборе хромосом). ^ S) происходит редупликация (удвоение) молекул ДНК, а также синтез РНК и белков. К концу периода хромосомы из однохроматидных становятся двухроматидными и содержание генетического материала будет 2n4с. ^ G2) клетка запасается энергией, продолжается синтез РНК и белков (синтезируются белки веретена деления), содержание генетического материала остается прежним - 2n4с. После периода интерфазы клетка приступает к делению. Митоз - непрямое деление клеток. Митозом делятся соматические клетки, в результате чего дочерние клетки получают такой же набор хромосом, какой имела материнская клетка. В митозе выделяют несколько фаз: профазу, метафазу, анафазу, телофазу. В профазе происходит: 1) спирализация хромосом, к концу профазы они становятся видимыми; 2) исчезает ядрышко; 3) растворяется ядерная оболочка и хромосомы оказываются в цитоплазме; 4) центриоли расходятся к полюсам клетки и 5) формируется веретено деления (2n4с). В метафазе хромосомы максимально спирализованы и выстраиваются в плоскости экватора; каждая хромосома состоит из двух хроматид, которые соединены в области центромеры. К центромерам прикрепляются нити веретена деления. В этой фазе проводят изучение и подсчет хромосом (2n4с). В анафазе каждая хромосома делится в области центромеры на две хроматиды (дочерние хромосомы). Сокращаясь нити веретена деления растягивают хромотиды к полюсам клетки. После расхождения хромотиды можно называть дочерними хромосомами. Генетический материал в клетке – 4n4с.  Рис. Митоз животной клетки. А – интерфаза; Б-В – профаза; Г-Д – метафаза; Е – анафаза; Ж-З – телофаза. В телофазе происходят события обратные профазе: хромосомы деспирализуются и становятся невидимыми в световой микроскоп; исчезает веретено деления; формируются ядерная оболочка и ядрышко. После этого идет деление цитоплазмы (цитокинез): путем образования перетяжки в животных клетках или путем построения перегородки из мембраны в клетках растений. Органоиды при этом распределяются между клетками относительно равномерно. Содержание генетического материала в каждой образовавшейся клетке – 2n2с. ^ 1. В результате митоза дочерние клетки получают такой же набор хромосом, какой был у материнской клетки, что обеспечивает эмбриональное развитие, рост организма, процессы регенерации тканей и органов. 3. У одноклеточных организмов митоз является способом размножения. ^ Мейоз - особый способ деления клеток, в результате которого уменьшается число хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного (2n) состояния в гаплоидное (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений: первого (редукционного) и второго, причем полноценная интерфаза происходит только перед первым делением. Основные события, происходящие в интерфазе, те же, что происходят в интерфазе митоза. В мейоз так же, как и в митоз, вступают клетки с хромосомами, состоящими из двух хроматид (2n4с). |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям