Головна · Дисбактеріоз · Конспект уроку біології на тему: "Поділ клітин, їх зростання та розвиток, спеціалізація. Властивості дратівливості та збудливості". Клітина, її будова, хімічний склад, життєві характеристики. Активізація опорних знань

Конспект уроку біології на тему: "Поділ клітин, їх зростання та розвиток, спеціалізація. Властивості дратівливості та збудливості". Клітина, її будова, хімічний склад, життєві характеристики. Активізація опорних знань

Тема уроку: Розподіл клітин, їх зростання та розвиток, спеціалізація. Властивості дратівливості та збудливості.

Ціль:продовжити формування знань про процеси життєдіяльності клітини

Завдання:

Освітні:сприяти ознайомленню з процесами життєдіяльності клітини, розкриття взаємозв'язків між будовою та функціями клітини.

Розвиваючі:продовжити формування умінь обговорювати проблему, систематизувати, виділяти головне, порівнювати, пояснювати нові поняття, аналізувати результати своєї діяльності, робити висновки, творче мислення, монологічну мову, уміння публічно виступати.

Виховні:виховувати дбайливе ставлення до свого організму, інтерес до предмета, почуття колективізму, навички самоорганізації, самоаналізу та взаємодопомоги, співробітництва.

Очікувані результати:знають процеси життєдіяльності клітин, вміють пояснювати поняття, доводити відповіді.

Тип уроку:вивчення нового матеріалу із первинним закріпленням отриманих знань.

Форми роботи:індивідуальна, парна, групова.

Методи:словесний, наочний, практичний, проблемно-пошуковий, інтерактивний.

Ключові ідеї:розподіл клітин, їх зростання та розвиток, спеціалізація, властивості подразливості та збудливості.

Обладнання та ресурси:таблиці, слайдова презентація, сигнальні картки, оціночні листи, екран настрою, смайли, стікери, маркери, фломастери, кольорові олівці, аркуші паперу А3, А4.

Етапи уроку та стратегії

Дії вчителя

Дії учнів

Вступ

Тренінг «Подаруй тепло своїй долоні»

Привітання вчителя та психологічний настрій.

Створення позитивного мікроклімату, за хвилину настрою, програмування учнів на успіх.

Психологічний настрій учнів подальшу діяльність.

Презентація

Поділ на групи (1 хв)

Рівень А

1. Фарбувальні речовини рослинної клітини називаються:

а) целюлозою в) гемоглобіном

с) клітинним соком; д) цитоплазмою; е) пігментом.

2. Яка структура міститься у цитоплазмі клітини малюнку:

а) хлоропласти

в) хромосоми

д) вакуоля

е) вакуоля

3. Дайте визначення поняттям:

а) цитологія – … в) лізосома – … с) рибосома-…

Рівень В

4. Знайдіть відповідність між назвами клітинних структур і відповідними ознаками.

Рівень С

5. Доведіть, що клітина – жива структура.

За кольором стікерів поділяються на групи.

Основна частина

Робота у групах

Складання постера

Фізхвилинка

Індивідуальна робота

Проблемна ситуація

Довести, що клітина має ознаки живого організму

Визначаємо цілі уроку

Життя це сукупність явищ, що відбуваються в організмах.

Вивчіть, обговоріть основні процеси життєдіяльності клітини, заповніть таблицю та виступіть зі звітом.

Назва процесу

Його характеристика

а). Творче завдання:

Складіть схему поділу клітин.

У вас лежать картки, що розрізають, з яких необхідно правильно розкласти етапи, перевірка на екрані.

б). Усно:

Які процеси протікають у клітині?

Що спільного між вашим організмом та клітиною?

Чи може жити одна клітка?

Домашнє завдання

1.§ 4, питання

2.Скласти 5 тестових питань

Відповідаючи на запитання, вирішують проблемну ситуацію.

Взаємооцінювання груп

Самооцінювання

Записують завдання у щоденник.

Висновок

Завжди корисно оцінити себе, визначити труднощі і знайти шляхи їх подолання

Сумативне оцінювання

Рефлексія

Попрошу висловити свою думку про сьогоднішній урок

Підсумки уроку

Самоаналіз діяльності та самооцінка

Учні піднімають сигнальні картки


У ядрі знаходяться ниткоподібні утворення – хромосоми. Кожна хромосома утворює із однієї довгої молекули ДНК, відповідальної за передачу спадкової інформації. ділянки молекули ДНК становлять гени. Кожен ген займає у хромосомі строго певне місце та відповідає за ту чи іншу функцію.


Цитоплазма – внутрішнє напівжирне середовище клітини. Органелли – дрібні структури, які у цитоплазмі. (ендоплазматична мережа, рибосоми, мітохондрії. Лізосоми, комплекс Гольджі, клітинний центр.) Кожна органела виконує певну функцію, забезпечуючи життєдіяльність клітини.




Неорганічні речовини ВодаМінеральні речовини Необхідна для всіх життєвих процесів У водному розчині відбуваються хімічні взаємодії в клітинах З водою з клітини видаляються речовини, що утворюються в результаті хімічних реакцій. Входять до складу біологічно активних речовин Найважливіші для процесів життєдіяльності: солі калію, магнію, кальцію.


Органічні речовини Органічні речовини ОписФункції БілкиНайбільші речовини Будівельна Захисна Прискорює хімічні реакції Роль біологічних каталізаторів Жири та вуглеводи Менш складна будова, ніж у білків Будівельна Джерело енергії Нуклеїнові кислоти Утворюються в клітинному ядрі Беруть участь у зберіганні та передачі


Життєві властивості клітини: Обмін речовин (з міжклітинної речовини в клітину постійно надходять поживні речовини та кисень). Дисиміляція Асиміляція (руйнування складних (освіта складних з простих). органічних речовин до більш простих.) Зростання та розмноження шляхом розподілу. Тривалість життя від кількох годин до десятків років. Збудливість – стан, у якому переходять клітини стану спокою.


КЛІТИНА – ЕЛЕМЕНТАРНА БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА. СТРУКТУРНО – ФУНКЦІОНАЛЬНА ОРГАНІЗАЦІЯ ПРО- та ЕУКАРІОТИЧНИХ КЛІТИН.

Клітина – основна структурно – функціональна одиниця всіх живих організмів, елементарна жива система. Клітина може існувати як окремий організм (бактерії, найпростіші, деякі водорості та гриби) або у складі тканин багатоклітинних тварин, рослин, грибів. Лише віруси є неклітинні форми життя, здатні здійснювати свій життєвий цикл лише всередині клітин господаря. Уявлення про клітину як елементарну структуру живих організмів, відоме як клітинна теорія, склалося поступово в XIX ст. внаслідок мікроскопічних досліджень.

^ Клітинна теорія.


Клітинна теорія - це узагальнені уявлення про будову клітин як одиниць живого, про їх розмноження та роль у формуванні багатоклітинних організмів.

Появі та формулюванню окремих положень клітинної теорії передував тривалий (більше трьохсот років) період накопичення спостережень над будовою різних одноклітинних та багатоклітинних організмів рослин та тварин. Цей період пов'язаний з розвитком та удосконаленням різних оптичних методів дослідження.

Клітинна теорія була сформульована ботаніком М. Шлейденом та зоологом Т. Шванном у 1838-1839 р.р. У 1858 р. Р. Вірхов обгрунтував принцип наступності клітин шляхом поділу («кожна клітина із клітини»). Створення клітинної теорії стало найважливішою подією в біології, одним із вирішальних доказів єдності живої природи.

Клітинна теорія постулює:


    Клітина – елементарна одиниця живого;


    Клітини різних організмів гомологічні за своєю будовою;


    Розмноження клітин відбувається шляхом поділу вихідної клітини;


    Багатоклітинні організми являють собою складні ансамблі клітин, об'єднані в цілісні, інтегровані системи тканин та органів, підпорядкованих та пов'язаних між собою міжклітинними, гуморальними та нервовими формами регуляції.


З сучасних позицій можна додати ще одне становище:

    ^ Клітина – елементарна одиниця живого.


Живому властивий ряд сукупних ознак, таких, як здатність до відтворення (репродукції), зростання, використання та трансформація енергії, метаболізм (асиміляція та дисиміляція), збудливість, дратівливість, мінливість та ін. Таку сукупність ознак можна виявити на клітинному рівні. Немає меншої одиниці живого, ніж клітка. Можна виділити з клітини окремі її компоненти або молекули і переконатися, що багато з них мають специфічні функціональні особливості, але тільки клітина в цілому є найменшою одиницею, що володіє всіма властивостями живого.

    ^ Клітини різних організмів гомологічні за своєю будовою .


Термін «гомологічність» позначає подібність за корінними властивостями та відмінність за другорядними. Гомологічність будови клітин спостерігається всередині кожного з типів клітин: прокаріотичного та еукаріотичного. Добре відома різноманітність клітин як бактеріальних, так і вищих організмів. Така одночасна подібність будови та різноманітність форм визначається тим, що клітинні функції можна поділити на дві групи: обов'язкові та факультативні. Обов'язкові функції, створені задля підтримку життєздатності самих клітин, здійснюються спеціальними внутрішньоклітинними структурами, подібними в різних типів клітин.

Різниця клітин пов'язана зі спеціалізацією їх функцій, з розвитком спеціальних клітинних апаратів (наприклад, фібрилярні компоненти в м'язових клітинах, тигроїди та відростки зі спеціальними структурами передачі нервового імпульсу (синапс)).

    ^ Розмноження клітин відбувається шляхом поділу вихідної клітини.


Формулювання цього становища пов'язані з ім'ям Р. Вірхова. Розмноження клітин прокаріотичних та еукаріотичних організмів відбувається лише шляхом поділу вихідної клітини, якому передує відтворення її генетичного матеріалу (редуплікація ДНК).

    Багатоклітинні організми є складними ансамблями клітин, об'єднаними в цілісні, інтегровані системи тканин і органів, підпорядкованих і пов'язаних між собою міжклітинними, гуморальними і нервовими формами регуляції.


Справді, клітина – це одиниця функціонування багатоклітинному організмі. Але клітини об'єднані у функціональні системи, у тканини та органи, які перебувають у взаємному зв'язку один з одним. Спеціалізація елементів багатоклітинного організму, розчленованість його функцій, дають йому великі можливості пристосування для розмноження окремих індивідуумів, задля збереження виду.

    ^ У клітині міститься вся генетична інформація про будову та функції організму.


Цей постулат з'явився після вивчення будови та функцій ДНК, яка є носієм генетичної інформації клітини.

^ Ш. Хімічний склад клітини.


    Клітини живих організмів подібні як за своєю будовою, а й у хімічному складу. Подібність у будові та хімічному складі клітин свідчить про єдність їхнього походження.


За складом входять у клітину речовини поділяються на органічні та неорганічні.

^ ІІ. 1. Неорганічні речовини.

На першому місці по масі у клітині стоїть вода (приблизно 2/3 маси клітини). Вода має велике значення у життєдіяльності клітини. Багато елементів у клітинах містяться у вигляді іонів. Найчастіше зустрічаються катіони: K+, Na+, Ca2+ Mg2+, та аніони: H2PO4-, Cl-, HCO3-. Вміст катіонів та аніонів у клітинах зазвичай значно відрізняється від вмісту їх у позаклітинному середовищі.

Мінеральні солі (наприклад фосфат кальцію) можуть входити до складу міжклітинної речовини, раковин молюсків та забезпечувати міцність цих утворень.

^ ІІІ.2. Органічні речовини

Характерні лише живого. Органічні сполуки представлені в клітині простими малими молекулами (амінокислоти, моно- та олігосахариди, жирні кислоти, азотисті основи), та макромолекулами біополімерів (білки, ліпіди, полісахариди, нуклеїнові кислоти). Молекули біополімерів складаються з низькомолекулярних сполук (мономерів), що повторюються, ковалентно пов'язаних між собою.

1. Білки
Білки мають іншу назву - протеїни («протос» - перший, головний, грецьк.), що підкреслює їхнє першорядне значення для життя.
На відміну від речовин, що зазвичай зустрічаються, білки мають ряд істотних особливостей. Насамперед, у них величезна молекулярна маса. Молекулярна маса такої органічної речовини, як етиловий спирт дорівнює 46, оцтової кислоти - 60, бензолу - 78 і т. д. Молекулярна маса одного з білків яйця дорівнює 36 000; а одного з білків м'язів досягає 1500 000. Зрозуміло, що в порівнянні з молекулами спирту або бензолу та багатьох інших органічних сполук молекула білка - велетень. У її побудові беруть участь тисячі атомів. Для того, щоб підкреслити гігантські розміри такої молекули, її зазвичай називають макромолекулою (макрос - великий, грец.).
Серед органічних сполук білки найскладніші. Вони відносяться до групи сполук, які називають полімерами. Молекула будь-якого полімеру являє собою довгий ланцюг, в якому багаторазово повторюється та сама порівняно проста структура, звана мономером. Якщо позначити мономер буквою А, структура полімеру може бути записана так: А-А-А-А-А-А-А. У природі, крім білків, існує багато інших полімерів, наприклад: целюлоза, крохмаль, каучук, нуклеїнові кислоти та ін. В останні роки хіміки створили безліч штучних полімерів: поліетилен, капрон, лавсан та ін. мономерів, та його структура саме така, як у наведеної вище схемою. Білки ж, на відміну від звичайних полімерів, побудовані хоч і з подібних структурою, але не цілком однакових мономерів.
Мономерами білка є амінокислоти. У складі білкових полімерів виявлено 20 різних амінокислот. Кожна амінокислота має особливу будову, властивості та назву. Для того щоб зрозуміти, в чому полягає схожість між амінокислотами і чим вони відрізняються один від одного, нижче наведені формули двох з них:H 3 C NH 2 CH CH NH 2 CH – CH 2 - C - COOH C - OH C - CH 2 - C - COOH
CH 3 H HC HC H
Лейцин Тирозін
Як видно з формул, у кожній амінокислоті міститься те саме угруповання:

H - C - NH

 2 COOH
До неї входить аміногрупа (NH 2 ) та карбоксильна група (СООН). Наявність обох цих груп в амінокислотах надає їм амфотерних властивостей, оскільки аміногрупи властиві основні (лужні) властивості, а карбоксилу - кислотні. Змістом аміногрупи та карбоксильною схожість між амінокислотами і обмежується. Решта молекули у них різна і називається радикалом.
Радикали у різних амінокислот різні; в одних - вуглеводневі ланцюги, в інших - бензольні кільця і ​​т.д.
Зчеплення амінокислот при утворенні білкового полімеру відбувається через загальне для них угруповання. З аміногрупи однієї амінокислоти і карбоксилу інший виділяється молекула води, і за рахунок валентностей, що звільнилися, залишки амінокислот з'єднуються.
Між амінокислотами, що з'єдналися, виникає зв'язок NH-СО, звана пептидним зв'язком, а з'єднання, що утворилося, називається пептидом. З двох амінокислот утворюється дипептид (димер), із трьох амінокислот таким же чином виникає трипептид (тример), з багатьох - поліпептид (полімер). Природний білок і є поліпептид, тобто ланцюг з декількох десятків або сотень амінокислотних ланок. Білки різняться між собою і за складом амінокислот, і за кількістю амінокислотних ланок, і за порядком прямування їх у ланцюзі. Якщо позначити кожну амінокислоту буквою, вийде алфавіт із 20 букв. Спробуйте тепер скласти з цих букв фрази зі 100, 200, 300 букв. Кожна така фраза і буде відповідати якомусь одному білку. Достатньо переставити одну літеру - і сенс фрази спотвориться, вийде нова фраза і, відповідно, новий ізомер білка. Легко уявити, яке гігантське число варіантів можна при цьому отримати. Дійсно, кількість різних білків, що містяться в клітинах тварин та рослин, винятково велика.
Будова молекули білка . Якщо врахувати, що розмір кожної амінокислотної ланки становить близько 3 А, то очевидно, що макромолекула білка, яка складається з декількох сотень амінокислотних ланок, повинна була б довгий ланцюг. Насправді макромолекули білка мають вигляд кульок (глобул). Отже, у нативному білку («нативус» - природний, лат.) поліпептидний ланцюг якимось чином закручений, якось укладений. Дослідження показують, що у укладанні поліпептидного ланцюга немає нічого випадкового чи хаотичного, кожному білку притаманний певний, завжди постійний характер укладання. У складній структурі білкової макромолекули розрізняють кілька рівнів організації. Першим, найпростішим із них є сам поліпептидний ланцюг, тобто ланцюг амінокислотних ланок, пов'язаних між собою пептидними зв'язками. Ця структура називається первинною структурою білка; в ній усі зв'язки ковалентні, тобто найміцніші хімічні зв'язки. Наступним, вищим рівнем організації є вторинна структура, де білкова нитка закручується як спіралі. Витки спіралі розташовуються тісно, ​​і між атомами та амінокислотними радикалами, що знаходяться на сусідніх витках, виникає тяжіння. Зокрема, між пептидними зв'язками, розташованими на сусідніх витках, утворюються водневі зв'язки (між NH- та СО-групами). Водневі зв'язки значно слабші за ковалентні, але, повторені багаторазово, вони дають міцне зчеплення. Поліпептидна спіраль, «прошита» численними водневими зв'язками, є досить стійкою структурою. Вторинна структура білка піддається подальшому укладання. Вона згортається химерно, але цілком виразно і в кожного білка суворо специфічно. В результаті виникає унікальна конфігурація, яка називається третинною структурою білка. Зв'язки, що підтримують третинну структуру, ще слабші за водневі. Вони називаються гідрофобними. Це – сили зчеплення між неполярними молекулами чи неполярними радикалами. Такі радикали зустрічаються у низки амінокислот. З тієї ж причини, з якої розпилені у воді частинки олії або якоїсь іншої гідрофобної речовини злипаються в крапельки, відбувається злипання гідрофобних радикалів поліпептидного ланцюга. Хоча гідрофобні сили зчеплення відносяться до найслабших зв'язків, але завдяки їх численності вони в сумі дають значну енергію взаємодії. Участь слабких зв'язків у підтримці унікальної структури білкової макромолекули забезпечує достатню її стійкість і водночас високу рухливість. У деяких білків у підтримці білкової макромолекули істотну роль відіграють так звані S-S (ес-ес зв'язки) - міцні ковалентні зв'язки, що виникають між віддаленими ділянками поліпептидного ланцюга.
З'ясування всіх деталей будови білкової макромолекули, тобто повна характеристика її первинної, вторинної та третинної структури, - дуже складна та тривала робота. Однак для низки білків ці дані вже отримані. На малюнку 66 зображено структуру білка рибонуклеази. Рибонуклеаза – один із перших білків, структура якого розшифрована повністю. Як видно з малюнка 66, первинна структура рибонуклеази утворена 124 залишками амінокислот. Рахунок амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюгу прийнято вести від амінокислоти, що зберегла NH 2 -групу (N - кінець ланцюга), останньою амінокислотою вважається амінокислота, що зберегла карбоксильну групу (С - кінець ланцюга). Таким чином, перша за рахунком амінокислота рибонуклеази - лізин, друга - глютамінова кислота і т. д. Достатньо виключити або переставити одну амінокислоту в ланцюзі - і замість рибонуклеази виникне інший білок з іншими властивостями.
Для спрощення малюнку не показано, як закручується в спіраль полипептидная ланцюг, а третинна структура зображено у площині паперу. Зверніть увагу на «зшивки» між 26-ю та 87-ю амінокислотами, між 66-ю та 73-ю, між 56-ю та 111-ю, між 40-ю та 97-ю. У цих місцях між радіолами амінокислоти цистеїну, що знаходяться на віддалених ділянках поліпептидного ланцюга, утворюються -S-S-зв'язки.
Денатурація білка . Чим вище рівень організації білка, тим слабше підтримують його зв'язки. Під впливом різних фізичних та хімічних факторів - високої температури, дії хімічних речовин, променистої енергії та ін. - «слабкі» зв'язки рвуться, структури білка - третинна, вторинна - деформуються, руйнуються та властивості його змінюються. Порушення унікальної нативної структури білка називається денатурацією. Ступінь денатурації білка залежить від інтенсивності впливу на нього різних факторів: чим інтенсивніший вплив, тим глибша денатурація.
При слабкому вплив зміна білка може обмежитися частковим розгортанням третинної структури. При сильнішому вплив макромолекула може повністю розгорнутися і залишитися у формі своєї первинної структури (рис. 67).
Різні білки дуже відрізняються один від одного за легкістю, з якою вони денатуруються. Денатурація яєчного білка відбувається, наприклад, при 60-70°З, а скоротливий білок м'язів денатурується близько 45°С. Багато білків денатуруються від дії нікчемних концентрацій хімічних речовин, а деякі навіть від незначної механічної дії.
Як показують дослідження, процес денатурації оборотний, тобто денатурований білок може перейти назад в нативний. Навіть повністю розгорнута макромолекула білка здатна спонтанно відновити свою структуру. Звідси випливає, що це особливості будови макромолекули нативного білка визначаються його первинної структурою, т. е. складом амінокислот і порядком їхнього прямування в ланцюзі.
Роль білків у клітині. Значення білків для життя велике і різноманітне. На першому місці стоїть їхня каталітична функція. Швидкість хімічної реакції залежить від природи реагуючих речовин та їх концентрації. Хімічна активність клітинних речовин, зазвичай, невелика. Концентрації їх у клітині здебільшого незначні. Таким чином, реакції \ у клітині мали б протікати нескінченно повільно. Тим часом відомо, що хімічні реакції у клітині йдуть зі значною швидкістю. Це досягається завдяки наявності у клітині каталізаторів. Усі клітинні каталізатори – білки. Вони називаються біокаталізаторами, а найчастіше їх називають ферментами. Каталітична активність ферментів надзвичайно велика. Так, наприклад, фермент каталаза, що каталізує реакцію розпаду перекису водню, прискорює цю реакцію 10 11 разів. За хімічною структурою ферменти нічим не відрізняються від білків, що не володіють ферментативними функціями: ті й інші побудовані зі звичайних амінокислот, ті й інші мають вторинну, третинну і т. д. структури. Найчастіше ферменти каталізують перетворення речовин, розміри молекул яких проти макромолекулами ферментів дуже малі. Наприклад, фермент каталаза має молекулярну масу близько 100 000, а перекис водню, розпад якої каталізує каталаза, всього 34. Таке співвідношення між розмірами ферменту та його субстрату (речовини, на яке діє фермент) наводить на думку, що каталітична активність ферментів визначається не всією його молекулою, а якоюсь невеликою її ділянкою. Ця ділянка називається активним центром ферменту. Очевидно, активний центр є якимось поєднанням груп, що лежать на розташованих поруч поліпептидних ланцюгах у третинній структурі ферменту. Таке уявлення добре пояснює те що, що з денатурації ферменту він позбавляється своєї каталітичної активності. Очевидно, при порушенні третинної структури взаємне розташування поліпептидних ланцюгів змінюється, структура активного центру спотворюється і фермент позбавляється активності. Майже кожна хімічна реакція у клітині каталізується своїм спеціальним ферментом. Структура активного центру та структура субстрату точно відповідають один одному. Вони підходять один до одного як ключ до замку. Завдяки наявності просторової відповідності між структурою активного центру ферменту та структурою субстрату вони можуть тісно зблизитися між собою, що забезпечує можливість реакції між ними.
Крім каталітичної функції, дуже важливою є рухова функція білків. Всі види рухів, до яких здатні клітини та організми, - скорочення м'язів у вищих тварин, мерехтіння вій у найпростіших, рухові реакції рослин та ін. - Виконуються особливими скоротливими білками.
Ще одна функція білків – транспортна. Білок крові гемоглобін приєднує кисень і розносить його по всьому тілу.
При запровадженні чужорідних речовин чи клітин у організм у ньому відбувається вироблення особливих білків, званих антитілами, які пов'язують і знешкоджують чужорідні речовини. У цьому випадку білки виконують захисну функцію.
Істотно значення білків як джерела енергії. Білки розпадаються у клітині до амінокислот. Частина амінокислот використовується для синтезу білків, частина ж піддається глибокому розщепленню, під час якого звільняється енергія. При розщепленні 1 г білка звільняється 17,6 кДж (4,2 ккал).
Білки – це матеріал, з якого складається клітина. Білки беруть участь у побудові зовнішньої оболонки клітини, внутрішньоклітинних мембран. У вищих організмів з білків утворені кровоносні судини, рогівка ока, сухожилля, хрящ, волосся.
Таким чином, крім каталітичної, рухової, транспортної, захисної та енергетичної функції, білкам належить ще й структурна функція.
2. Вуглеводи
У тваринній клітині вуглеводи містяться в невеликій кількості-близько 1% (від маси сухої речовини). У клітинах печінки та м'язах вміст їх більш високий – до 5%. Найбільш багаті на вуглеводи рослинні клітини. У листі, насінні, бульбах картоплі і т. д. вуглеводи становлять майже 90%.
Вуглеводи є органічні сполуки, до складу яких входять вуглець, водень і кисень.
Вуглеводи поділяються на прості та складні. Прості вуглеводи називаються інакше моносахаридами, складні полісахаридами. Полісахариди представляють полімери, у яких роль мономерів грають моносахариди.
Моносахаріди. Для того, щоб мати уявлення про хімічну будову моносахаридів, наводимо структурну формулу одного з них:
O H OH OH OH OH
C – C – C – C – C – CH 2 OH
H H H H
Назви моносахаридів мають закінчення «озу». Коренем слова служить число С-атомів у молекулі або якась властивість моносахариду. Таким чином, назви «тріозу», «тетрозу», «пентозу», «гексозу» тощо вказують на кількість атомів вуглецю в молекулі моносахариду, а назва «глюкоза» - на солодкий смак цього моносахариду («глікос» - солодкий , грецьк:), «фруктоза» - на зміст цього моносахариду у фруктах («фруктус» - плоди, лат.).
Всі моносахариди - безбарвні речовини, добре розчинні у воді, майже всі вони мають приємний солодкий смак.
Найпоширенішімоносахариди - гексози, пентози та тріози. З гексоз особливо важливі глюкоза, фруктоза та галактоза. Глюкоза та фруктоза містяться у багатьох продуктах у вільному стані. Солодкий смак багатьох фруктів та ягід, а також меду залежить від присутності в них глюкози та фруктози. Глюкоза міститься також у крові (0,1%). Глюкоза, фруктоза та галактоза входять до складу багатьох ді- та полісахаридів. З пентоз важливі рибозу та дезоксирибозу. Обидві у вільному стані не зустрічаються. Вони входять до складу нуклеїнових кислот та АТФ.
Полісахариди. З двох моносахаридів утворюється дисахарид, з трьох – трисахарид, з багатьох – полісахарид. Ді- і трисахариди, подібно до моносахаридів, добре розчинні у воді, мають солодкий смак. Зі збільшенням числа мономерних ланок розчинність полісахаридів зменшується, солодкий смак зникає.
З дисахаридів усім відомий харчовий цукор, званий часто також тростинним цукром, буряковим цукром або сахарозою. Сахароза утворена з молекули глюкози та молекули фруктози. Широко поширений молочний цукор, що міститься в молоці всіх ссавців. Молочний цукор утворений із молекули глюкози та молекули галактози. З полісахаридів мономер крохмалю - глюкоза. На відміну від звичайних полімерів, в яких мономерні ланки слідують один за одним і утворюють витягнутий ланцюг, крохмаль є гіллястим полімером. Зі структурою крохмалю подібна структура глікогену, що міститься в печінці та м'язах тварин. Мономером глікогену, як і крохмалю, є глюкоза.
Найпоширеніший у природі вуглевод - клітковина (целюлоза). Деревина – майже чиста целюлоза. За своєю структурою целюлоза - це звичайний витягнутий у довгий ланцюг полімер. Мономер целюлози – глюкоза: кожна молекула целюлози складається приблизно із 150-200 молекул глюкози.
Біологічна роль вуглеводів. Вуглеводи відіграють роль джерела енергії, необхідної для здійснення клітиною різних форм активності. Будь-яка діяльність - рух, секреція, біосинтез, світіння і т. д. - потребує витрати енергії. Вуглеводи піддаються в клітині глибокого розщеплення та окислення і перетворюються на найпростіші продукти: СО 2 та Н 2 О. У ході цього процесу звільняється енергія. При повному розщепленні та окисленні 1 г вуглеводів звільняється 17,6 кДж (4,2 ккал).
Крім енергетичної ролі, вуглеводи виконують і будівельну функцію: з вуглеводу клітковини складаються стінки рослинних клітин.
3. Жири та ліпоїди
Вміст жиру в клітинах зазвичай невеликий і становить 5-15% від маси сухої речовини. Існують, проте, клітини, жиру яких майже 90%. Ці клітини містяться у жировій тканині. У тварин жирова тканина знаходиться під шкірою та в сальнику. Жир міститься в молоці всіх тварин, причому у деяких з них вміст жиру в молоці досягає 40% (у самки дельфіна). У ряду рослин велика кількість жиру зосереджена в насінні та плодах, наприклад у соняшнику, волоського горіха.
Найбільш примітною властивістю жиру є різко виражений гідрофобний характер, тобто нездатність розчинятися у воді. Для розчинення жиру використовуються неводні розчинники: бензин, ефір, ацетон.
З хімічного боку жири є сполуками гліцерину (трехатомного спирту) з високомолекулярними органічними кислотами. Залишок гліцерину, що міститься в жирі, має гідрофільні властивості, залишки ж високомолекулярних жирних кислот - 3 довгі вуглеводневі ланцюги - різко гідрофобні. Якщо на поверхню води нанести краплю жиру, вона розтікається по ній, утворюючи найтонший шар. Встановлено, що в такому шарі жиру до води звернені гідрофільні залишки гліцерину, а з води частоколом стирчать вгору вуглеводневі ланцюги. Таким чином, розташування молекул жиру у водному середовищі мимоволі впорядковується та визначається молекулярною структурою жиру.
Крім жиру, в клітині зазвичай є досить велика кількість речовин, що володіють, як і жири, сильно гідрофобними властивостями. Ці речовини називаються ліпоїдами («ліпос» - жир, «ейдос» - вид, грец.).
За хімічною структурою деякі ліпоїди подібні до жиру. До таких ліпоїдів відносяться, наприклад, фосфатиди. Фосфатиди виявлені у всіх клітинах. Особливо багато їх міститься у жовтку яйця, у клітинах мозкової тканини.
Біологічна роль жиру різноманітна. Насамперед, має бути відзначено його значення як джерела енергії. Жири, як і вуглеводи, здатні розщеплюватися у клітині до простих продуктів (СО 2 та Н 2 О), і в ході цього процесу звільняється велика кількість енергії 38,9 кДж (9,3 ккал) на 1 г жиру. Єдиною їжею новонароджених у ссавців є молоко. Енергоємність молока визначається головним чином вмістом у ньому жиру. Тварини та рослини відкладають жир у запас і витрачають його у разі потреби. Це має значення для тварин, що пристосувалися до тривалого позбавлення їжі, наприклад для впадаючих в холодну пору року в сплячку або здійснюють тривалі переходи через місцевість, позбавлену джерел живлення (верблюди в пустелі). Високий вміст жиру в насінні необхідний для забезпечення енергією рослини, що розвивається, доки у ньому не зміцниться і почне функціонувати коренева система.
Крім енергетичної функції, жири та ліпоїди виконують структурні та захисні функції. Жири та ліпоїди нерозчинні у воді. Найтонший їхній шар входить до складу клітинних мембран. Це створює перешкоду для змішування вмісту клітини з навколишнім середовищем, а також вмісту окремих частин клітини між собою.
Жир погано проводить тепло. Він відкладається під шкірою, утворюючи у деяких тварин (наприклад, тюленів, китів) значні скупчення (товщиною до 1 л).

Клітинна будова рослинного організму

На зорі розвитку життя Землі всі клітинні форми були представлені бактеріями. Вони всмоктували органічні речовини, розчинені у первинному океані через поверхню тіла.

Згодом деякі бактерії пристосувалися виробляти органічні речовини з неорганічних. Для цього вони використали енергію сонячного світла. Виникла перша екологічна система, у якій ці організми були виробниками. Внаслідок цього в атмосфері Землі з'явився кисень, що виділяється цими організмами. З його допомогою можна з тієї ж їжі отримати набагато більше енергії, а додаткову енергію використовувати на ускладнення будови тіла: поділ тіла на частини.

У природі існують як одноклітинні рослини, і багатоклітинні. Наприклад, у підводному світі можна зустріти одноклітинні водорості, які мають усі функції притаманні живому організму.

Багатоклітинна особина - це не просто набір клітин, а єдиний організм, здатний утворювати різні тканини, органи, які взаємодіють один з одним.

Будова рослинної клітини у всіх рослин однакова і складається з тих самих компонентів. Її склад наступний:

оболонка (пластинка, міжклітинник, плазмодесми та плазмолеми, тонопласт);

вакуолі;

цитоплазма (мітохондрії; хлоропласти та інші органоїди);

ядро (ядерна оболонка, ядерце, хроматин).

Мал. 1. Будова клітини рослини.

Протоплазма - Це жива речовина організму; в ній протікають найскладніші реакції обміну, характерні для життя.

У протоплазмі знаходиться велика кількість мембран-плівок, в освіті яких велику роль відіграють сполуки білків із фосфатидами (жироподібними речовинами). Завдяки наявності мембран у протоплазми є величезні внутрішні поверхні, на яких і протікають процеси адсорбції (поглинання) та десорбції (виділення) речовин та їх пересування, що відбуваються з великою швидкістю.

Велика кількість мембран, що розділяють вміст клітини, дозволяє різним речовинам, що знаходяться в клітині, не перемішуватися та пересуватися одночасно у протилежних напрямках.

Однак фізико-хімічні властивості мембран є непостійними; вони безперервно змінюються залежно від внутрішніх та зовнішніх умов, що дає можливість саморегулювання біохімічних процесів.

Дуже складний. Вона складається з органічних та неорганічних сполук, що знаходяться як у колоїдному, так і в розчиненому стані.

Зручним об'єктом для вивчення хімічного складу протоплазми є плазмодій фікоміцетів, що є голою, позбавленою оболонки протоплазмою.

Хімічний склад протоплазми вищих рослин близький до наведеного вище, але може змінюватися залежно від виду, віку і органу рослини.

У протоплазмі міститься до 80% води (у протоплазмі насіння, що покоїться - 5-15%). Вона просочує всю колоїдну систему протоплазми, будучи її структурним елементом. У протоплазмі постійно відбуваються хімічні реакції, для протікання яких необхідно, щоб реагуючі сполуки були в розчині.

Основною частиною протоплазми єцитоплазма , Що являє собою напіврідкий вміст клітини і заповнює її внутрішній простір.

У цитоплазмі розташовані ядро, пластиди, мітохондрії (хондріосоми), рибосоми та апарат Гольджі.

Зовнішня мембрана цитоплазми, що межує з клітинною оболонкою, називається плазмалемою. Плазмалемма легко пропускає воду та багато іони, але затримує великі молекули.

На межі цитоплазми з вакуоллю теж утворюється мембрана, яка називається тонопластом.

У цитоплазмі розташована ендоплазматична мережа, що являє собою систему розгалужених мембран, з'єднаних із зовнішньою мембраною. Мембрани ендоплазматичної мережі утворюють канали та розширення, на поверхні яких і протікають усі хімічні реакції.

Найважливіші властивості цитоплазми - в'язкість та еластичність. В'язкість цитоплазми змінюється залежно від температури: у разі підвищення температури в'язкість зменшується і, навпаки, при зниженні — збільшується. При великій в'язкості обмін речовин у клітині знижується, при малій — зростає.

Еластичність цитоплазми проявляється у її здатності повертатися до вихідної форми після деформації, що свідчить про певну структуру цитоплазми.

Цитоплазма здатна до руху, який тісно пов'язаний з навколишніми умовами. Основу руху становить скоротливість білків цитоплазми клітин. Підвищення температури прискорює рух цитоплазми, відсутність кисню зупиняє його. Ймовірно, рух цитоплазми тісно пов'язаний із перетворенням речовин та енергії в рослині.

Здатність цитоплазми реагувати на зовнішні умови та пристосовуватися до них називається дратівливістю.

Наявність подразливості характеризує живий організм. Реакція у відповідь цитоплазми на вплив температури, світла і вологи вимагає витрати енергії, яка виділяється в процесі дихання. Листочки сором'язливої ​​мімози при механічному роздратуванні швидко складаються, але при частому повторенні роздратування перестають на нього реагувати; останнє, мабуть, пояснюється нестачею енергії. Подразливість цитоплазми-основа всіх видів руху та інших явищ життєдіяльності росл.

Ядро - Найважливіший і найбільший органоїд клітини. Розміри ядра залежать від виду рослини та стану клітини (у вищих рослин у середньому від 5 до 25 мк). Форма ядра найчастіше куляста, у витягнутих клітин - овальна.

Жива клітина зазвичай має лише одне ядро, але у вищих рослин сильно витягнуті клітини (з яких утворюються луб'яні волокна) містять кілька ядер. У молодих клітинах, що не мають вакуолі, ядро ​​зазвичай займає центральне положення, у дорослих при утворенні вакуолей воно відсувається до периферії.

Ядро є колоїдною системою, але більш в'язкою, ніж цитоплазма. Воно відрізняється від цитоплазми та за хімічним складом; в ядрі містяться основні та кислі білки та різні ферменти, а також велика кількість нуклеїнових кислот, дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) та рибонуклеїнова кислота (РНК). ДНК переважає в ядрі і зазвичай не міститься в цитоплазмі.

Ядро відокремлюється від цитоплазми тонкою оболонкою або ядерною мембраною, в якій знаходяться отвори - пори. Через пори здійснюється обмін між ядром та цитоплазмою. Під мембраною знаходиться ядерний сік, в який занурені одне або кілька ядер і хромосоми. У ядерці містяться рибонуклеїнова кислота (РНК), яка бере участь у синтезі білка, і білки, що містять фосфор.

Ядро бере участь у всіх життєвих процесах клітини; при його видаленні клітка відмирає.

Пластиди є лише у рослинних клітинах. Вони добре видно у звичайний мікроскоп, оскільки більш щільні та інакше заломлюють світло, ніж цитоплазма.
У дорослій рослинній клітині розрізняють 3 типи пластид:

хлоропласти, що мають зелене забарвлення,

хлоропласти жовті або оранжеві,

лейкопласти - безбарвні.

Розміри пластид залежать від виду рослини і коливаються від 3-4 до 15-30 мк. Лейкопласти зазвичай дрібніші від хлоропластів і хромопластів.

Мітохондрії зустрічаються у всіх живих клітинах і розташовані у цитоплазмі. Форма їх дуже різноманітна і мінлива, розміри 02-5 мк. Кількість мітохондрій у клітині коливається від десятків до кількох тисяч. Вони щільніші, ніж цитоплазма, і мають інший хімічний склад; у них міститься 30-40% білка, 28-38% ліпоїдів та 1 - .6% рибонуклеїнової кислоти.

Мітохондрії пересуваються в клітині разом із цитоплазмою, але в деяких клітинах, мабуть, вони здатні і до самостійного руху. Роль мітохондрій в обміні речовин клітини дуже велика.

Мітохондрії є центрами, в яких відбувається дихання та утворення макроергічних зв'язків, що містяться в аденозинтрифосфорній кислоті (АТФ) і мають великий запас енергії (стор. 70, 94-96).

Звільнення і перенесення енергії, що утворюється, відбуваються за участю великої кількості ферментів, що знаходяться в мітохондріях.

У цитоплазмі знаходитьсяапарат Гольджі , Форма якого різна в різних клітинах Він може бути у вигляді дисків, паличок, зернят. Апарат Гольджі має багато порожнин, оточених двошаровою оболонкою. Роль його зводиться до накопичення та виведення з клітини різних речовин, що виробляються клітиною.

Рибосоми - це субмікроскопічні частинки, що мають форму зернят розміром до 0,015 мк. Рибосоми містять багато білка (до 55%) і багаті на рибонуклеїнову кислоту (35%), що становить 65% усієї рибонуклеїнової кислоти (РНК), що знаходиться в клітині.

У рибосомах із амінокислот синтезуються білки, що можливо лише за наявності РНК. Рибосоми знаходяться в цитоплазмі, ядрі, пластидах і, можливо, в мітохондріях.

Характерна ознака рослинної клітини – наявність міцної оболонки, яка надає клітині певної форми та оберігає протоплазму від пошкоджень. Оболонка може зростати лише за участю протоплазми.Клітинна оболонка Молодих клітин складається в основному з целюлози (клітковини), геміцелюлоз та пектинових речовин.

Молекули целюлози мають вигляд довгих ланцюжків, зібраних у міцели, розташування яких неоднакове у різних клітин. У волокон льону, конопель та інших, що є витягнутими в довжину клітини, міцели целюлози розташовані вздовж клітини під деяким кутом. У клітин з однаковим діаметром міцели розташовані у всіх напрямках у вигляді сітки. У міжміцелярних просторах оболонки знаходиться вода.

У процесі життя рослинного організму у будові клітинної оболонки можуть відбуватися зміни: оболонка може товщати та хімічно змінюватися. Потовщення оболонки йде зсередини за рахунок життєдіяльності протоплазми, причому воно відбувається не по всій внутрішній поверхні клітини; завжди залишаються не потовщені місця - пори, що складаються лише з тонкої целюлозної оболонки.

Через пори, розташовані в сусідніх клітинах один проти одного, проходять найтонші нитки цитоплазми - плазмодесми, завдяки яким здійснюється обмін між клітинами. Однак при дуже сильному потовщенні оболонок різко утруднюється обмін, в клітці залишається дуже мало протоплазми, і такі клітини відмирають, наприклад льону луб'яні волокна і коноплі.

В оболонці клітини можуть відбуватися хімічні зміни залежно від характеру рослинної тканини. У покривних тканинах – епідермісі – відбувається кутинізація. При цьому в міжміцелярних просторах целюлозної оболонки накопичується кутин - жироподібна речовина, що важко проникне для газів і води.

Однак кутинізація не призводить до відмирання клітин, оскільки відкладення кутину не захоплюють усієї поверхні клітини. У клітинах покривної тканини кутинізується лише зовнішня стінка, утворюючи так звану кутикулу.

В оболонках клітин може також відкладатися суберин - пробкова речовина, теж жироподібна і непроникна для води та газів. Відкладення суберину, або опробковение, відбувається швидко по поверхні оболонки, це порушує обмін клітини і призводить до її відмирання. Може відбуватися й одревення оболонки. У цьому випадку вона просочується лігніном, який призводить до зупинки росту клітини, а в подальшому, при сильнішому одревінні, і до її відмирання.

Молода рослинна клітина повністю заповнена протоплазмою, але зі зростанням клітини у ній з'являються вакуолі, заповненіклітинним соком . Спочатку вакуолі виникають у великій кількості у вигляді дрібних крапельок, потім окремі вакуолі починають зливатися в одну центральну та протоплазма відтісняється до стінок клітини.

Зміни, що відбуваються в рослинній клітині при її зростанні

— молода клітка,

— утворення вакуолей,

— злиття вакуолей та відтіснення протоплазми до оболонки.

Клітинний сік, що заповнює вакуолю, є водним розчином органічних і мінеральних речовин. У ньому можуть знаходитися цукру, органічні та мінеральні кислоти та їх солі, ферменти, розчинні білки та пігменти. Дуже часто в клітинному соку трапляється пігмент антоціан, забарвлення якого змінюється в залежності від реакції середовища.