Клітина людини будову та функції. Клітинні органоїди: їх будова та функції. Виникнення еукаріотичних клітин

Всі живі істоти складаються з клітин - маленьких, оточених мембраною порожнин, заповнених концентрованим водним розчином хімічних речовин. Клітина - елементарна одиницябудови та життєдіяльності всіх живих організмів (крім вірусів, про які нерідко говорять як про неклітинні форми життя), що володіє власним обміном речовин, здатна до самостійного існування, самовідтворення та розвитку. Всі живі організми або, як багатоклітинні тварини, рослини та гриби, складаються з безлічі клітин, або, як багато найпростіших і бактерій, є одноклітинними організмами. Розділ біології, що займається вивченням будови та життєдіяльності клітин, отримав назву цитології. Вважається, що всі організми та всі складові їх клітини сталися еволюційним шляхом від загальної преДНКової клітини.

Зразкова історія клітини

Спочатку під впливом різних природних чинників (тепло, ультрафіолетове випромінювання, електричні розряди) з'явилися перші органічні сполуки, які стали матеріалом для побудови живих клітин.

Ключовим моментом в історії розвитку життя стала поява перших молекул-реплікаторів. Реплікатор – це своєрідна молекула, яка є каталізатором для синтезу своїх власних копій чи матриць, що є примітивним аналогом розмноження у тваринному світі. З найпоширеніших в даний час молекул реплікаторами є ДНК і РНК. Наприклад, молекула ДНК, поміщена в склянку з необхідними компонентами, мимоволі починає створювати свої власні копії (хоч і значно повільніше, ніж у клітині під дією спеціальних ферментів).

Поява молекул-реплікаторів запустила механізм хімічної (добіологічної) еволюції. Першим суб'єктом еволюції були швидше за все примітивні молекули РНК, що складаються всього з декількох нуклеотидів. Для цієї стадії характерні (хоча й у дуже примітивізованому вигляді) усі основні риси біологічної еволюції: розмноження, мутації, смерть, боротьба за виживання та природний відбір.

Хімічній еволюції сприяв той факт, що РНК є універсальною молекулою. Крім того, що вона є реплікатором (тобто носієм спадкової інформації), вона може виконувати функції ферментів (наприклад, ферментів, що прискорюють реплікацію, або ферментів, що розкладають конкуруючі молекули).

У якийсь момент еволюції виникли РНК-ферменти, що каталізують синтез молекул ліпідів (тобто жирів). Молекули ліпідів мають одну чудову властивість: вони полярні і мають лінійну структуру, причому товщина одного з кінців молекули більша, ніж у іншого. Тому молекули ліпідів у суспензії мимоволі збираються в оболонки, близькі формою до сферичних. Так що РНК, що синтезують ліпіди, отримали можливість оточувати себе ліпідною оболонкою, що значно покращила стійкість РНК до зовнішніх факторів.

Поступове збільшення довжини РНК призводило до появи функціональних РНК, окремі фрагменти яких виконували різні функції.

Перші поділу клітин відбувалися, певне, під впливом зовнішніх чинників. Синтез ліпідів усередині клітини приводив до збільшення її розмірів і втрати міцності, отже велика аморфна оболонка поділялася на частини під впливом механічних впливів. Надалі виник фермент, який регулює цей процес.

Усі клітинні форми життя землі можна розділити на два надцарства виходячи з будови складових їх клітин - прокаріоти (доядерні) і еукаріоти (ядерні). Прокаріотичні клітини - простіші за будовою, мабуть, вони виникли в процесі еволюції раніше. Еукаріотичні клітини - складніші, виникли пізніше. Клітини, що становлять тіло людини, є еукаріотичними. Попри різноманіття форм, організація клітин всіх живих організмів підпорядкована єдиним структурним принципам.

Живий вміст клітини – протопласт – відокремлено від навколишнього середовища плазматичною мембраною, або плазмалемою. Усередині клітина заповнена цитоплазмою, у якій розташовані різні органоїди та клітинні включення, а також генетичний матеріал у вигляді молекули ДНК. Кожен із органоїдів клітини виконує свою особливу функцію, а разом вони визначають життєдіяльність клітини загалом.

Прокаріотична клітина

Прокаріоти(від лат. pro - перед, до і грец. κάρῠον - ядро, горіх) - організми, що не володіють, на відміну від еукаріотів, оформленим клітинним ядром та іншими внутрішніми мембранними органоїдами (за винятком плоских цистерн у фотосинтезуючих видів, наприклад, у циа ). Єдина велика кільцева (у деяких видів - лінійна) дволанцюжкова молекула ДНК, в якій міститься основна частина генетичного матеріалу клітини (так званий нуклеоїд), не утворює комплексу з білками-гістонами (так званого хроматину). До прокаріотів належать бактерії, у тому числі ціанобактерії (синьо-зелені водорості), та археї. Нащадками прокаріотичних клітин є органели еукаріотичних клітин – мітохондрії та пластиди.

У прокаріотичних клітин є цитоплазматична мембрана, як і еукаріотичних. У бактерій мембрана двошарова (ліпідний бішар), у архей мембрана досить часто буває одношаровою. Мембрана архей складається з речовин, відмінних від тих, з яких складається мембрана бактерій. Поверхня клітин може бути покрита капсулою, чохлом чи слизом. У них можуть бути джгутики та ворсинки.

Рис.1. Будова типової клітини прокаріотів

Клітинне ядро, таке як у еукаріотів, у прокаріотів відсутнє. ДНК знаходиться всередині клітини, впорядковано згорнута та підтримується білками. Цей ДНК-білковий комплекс називається нуклеоїд. У еубактерій білки, які підтримують ДНК відрізняються від гістонів, які утворюють нуклеосоми (у еукаріотів). А архібактерії гістони мають, і цим вони схожі на еукаріот. Енергетичні процеси у прокаріотів йдуть у цитоплазмі та на спеціальних структурах - мезосомах (виростах клітинної мембрани, які закручені в спіраль для збільшення площі поверхні, на якій відбувається синтез АТФ). Усередині клітини можуть бути газові бульбашки, запасні речовини у вигляді гранул поліфосфатів, гранул вуглеводів, жирових крапель. Можуть бути включені сірки (які утворюються, наприклад, в результаті безкисневого фотосинтезу). У фотосинтетичних бактерій є складчасті структури, звані тілакоїдами, на яких йде фотосинтез. Таким чином, у прокаріотів, в принципі, є ті самі елементи, але без перегородок, без внутрішніх мембран. Ті перегородки, які є, є виростами клітинної мембрани.

Форма прокаріотичних клітин не така вже й різноманітна. Круглі клітини називаються коки. Таку форму можуть мати як археї, і еубактерії. Стрептококи - це коки, витягнуті в ланцюжок. Стафілококи - це «грона» коків, диплококи-коки, об'єднані по дві клітини, зошити - по чотири, і сарцини - по вісім. Паличкоподібні бактерії називаються бацилами. Дві палички – диплобацили, витягнуті в ланцюжок – стрептобацили. Ще виділяють коринеформні бактерії (з розширенням на кінцях, схожим на булаву), спірили (довгі завиті клітини), вібріони (коротенькі загнуті клітини) та спірохети (завиваються не так, як спірили). Нижче проілюстровано все вище сказане та наведено двох представників архебактерій. Хоча і археї, і бактерії відносяться до прокаріотичних (безядерних) організмів, будова їх клітин має деякі суттєві відмінності. Як було зазначено вище, бактерії мають ліпідний бислой (коли гідрофобні кінці занурені в мембрану, а заряджені головки стирчать з двох сторін назовні), а археї можуть мати моношарову мембрану (заряджені головки є з двох сторін, а всередині єдина ціла молекула; ця структура може бути жорсткішою, ніж бислой). Нижче представлено будову клітинної мембрани архебактерії.

Еукаріоти(евкаріоти) (від грец. ευ - добре, повністю і κάρῠον - ядро, горіх) - організми, що володіють, на відміну від прокаріотів, оформленим клітинним ядром, відмежованим від цитоплазми ядерною оболонкою. Генетичний матеріал укладений у кількох лінійних дволанцюгових молекулах ДНК (залежно від виду організмів їх число на ядро ​​може коливатися від двох до декількох сотень), прикріплених зсередини до мембрани клітинного ядра і які утворюють у переважній більшості (крім динофлагелят) комплекс з білками-гістонами. хроматином. У клітинах еукаріотів є система внутрішніх мембран, що утворюють, крім ядра, ряд інших органоїдів (ендоплазматична мережа, апарат Гольджі та ін.). Крім того, у переважної більшості є постійні внутрішньоклітинні симбіонти – прокаріоти – мітохондрії, а у водоростей та рослин – також і пластиди.

Тваринна клітина

Будова клітини тварини базується на трьох основних складових – ядро, цитоплазма та клітинна оболонка. Разом із ядром цитоплазма утворює протоплазму. Клітинна оболонка - це біологічна мембрана (перегородка), яка відокремлює клітину від зовнішнього середовища, служить оболонкою для клітинних органоїдів та ядра, утворює цитоплазматичні відсіки. Якщо помістити препарат під мікроскоп, то будова тваринної клітинилегко можна побачити. Клітинна оболонка містить три шари. Зовнішній та внутрішній шари білкові, а проміжний – ліпідний. При цьому ліпідний шар ділиться ще на два шари – шар гідрофобних молекул та шар гідрофільних молекул, які розташовуються у певному порядку. На поверхні клітинної мембрани розташовується особлива структура - глікоколікс, яка забезпечує вибіркову здатність мембрани. Оболонка пропускає необхідні речовини та затримує ті, що завдають шкоди.

Рис.2. Будова тваринної клітини

Будова тваринної клітини націлена на забезпечення захисної функціївже на цьому рівні. Проникнення речовин через оболонку відбувається за безпосередньої участі цитоплазматичної мембрани. Поверхня цієї мембрани досить значна за рахунок вигинів, виростів, складок та ворсинок. Цитоплазматична мембрана пропускає як дрібні частинки, Так і більші. Будова тваринної клітини характеризується наявністю цитоплазми, яка здебільшого складається з води. Цитоплазма – це вмістище для органоїдів та включень.

Крім цього цитоплазма містить і цитоскелет – білкові нитки, які беруть участь у процесі поділу клітини, відмежовують внутрішньоклітинний простір та підтримують клітинну форму, здатність скорочуватися. Важлива складова цитоплазми – гіалоплазма, яка визначає в'язкість та еластичність клітинної структури. Залежно від зовнішніх та внутрішніх факторів гіалоплазма може змінювати свою в'язкість – ставати рідкою чи гелеподібною. Вивчаючи будову тваринної клітини, не можна не звернути увагу на клітинний апарат – органоїди, які знаходяться у клітині. Всі органоїди мають власну специфічну будову, яка обумовлена ​​функціями, що виконуються.

Ядро - центральна клітинна одиниця, яка містить спадкову інформацію та бере участь в обміні речовин у самій клітині. До клітинних органоїдів відносяться ендоплазматична мережа, клітинний центр, мітохондрії, рибосоми, комплекс Гольджі, пластиди, лізосоми, вакуолі. Подібні органоїди є у будь-якій клітині, але, залежно від функції, будова тваринної клітини може відрізнятися наявністю специфічних структур.

Функції клітинних органоїдів: - Мітохондрії окислюють органічні сполуки та акумулюють хімічну енергію; - ендоплазматична мережа завдяки наявності спеціальних ферментів синтезує жири та вуглеводи, її канали сприяють транспорту речовин усередині клітини; - рибосоми синтезують білок; - комплекс Гольджі концентрує білок, ущільнює синтезовані жири, полісахариди, утворює лізосоми та готує речовини до виведення їх із клітини або безпосереднього використання в ній; - лізосоми розщеплюють вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти і жири, по суті, перетравлюючи живильні речовини, що надходять в клітину; - клітинний центр бере участь у процесі поділу клітини; - вакуолі завдяки вмісту клітинного соку підтримують тургор клітини (внутрішній тиск).

Будова клітини живого надзвичайно складна – на клітинному рівніпротікає безліч біохімічних процесів, які у сукупності забезпечують життєдіяльність організму

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

План

1. Клітина, її будова та функції

2. Вода у життєдіяльності клітини

3. Обмін речовин та енергії в клітині

4. Живлення клітини. Фотосинтез та хемосинтез

5. Генетичний код. Синтез білків у клітці

6. Регуляція транскрипції та трансляції в клітині та організмі

Список використаної літератури

1. Клітина, її будова та функції

Клітини знаходяться в міжклітинній речовині, що забезпечує їх механічну міцність, живлення та дихання. Основні частини будь-якої клітини - цитоплазма та ядро.

Клітина покрита мембраною, що складається з кількох шарів молекул, що забезпечує вибіркову проникність речовин. У цитоплазмі розташовані найдрібніші структури – органоїди. До органоїдів клітини належать: ендоплазматична мережа, рибосоми, мітохондрії, лізосоми, комплекс Гольджі, клітинний центр.

Клітина складається з поверхневого апарату, цитоплазми, ядра.

Будова тваринної клітини

Зовнішня, або плазматична мембрана- відмежовує вміст клітини від навколишнього середовища (інших клітин, міжклітинної речовини), складається з молекул ліпідів і білка, забезпечує зв'язок між клітинами, транспорт речовин, клітину (піноцитоз, фагоцитоз) і з клітини.

Цитоплазма- внутрішнє напіврідке середовище клітини, що забезпечує зв'язок між розташованими в ній ядром та органоїдами. У цитоплазмі протікають основні процеси життєдіяльності.

Органоїди клітини:

1) ендоплазматична мережа (ЕПС)- система канальців, що гілкуються, бере участь у синтезі білків, ліпідів і вуглеводів, у транспорті речовин, у клітині;

2) рибосоми- тільця, що містять рРНК, розташовані на ЕПС та в цитоплазмі, беруть участь у синтезі білка. ЕПС та рибосоми - єдиний апарат синтезу та транспорту білка;

3) мітохондрії- "Силові станції" клітини, відмежовані від цитоплазми двома мембранами. Внутрішня утворює кристи (складки), що збільшують її поверхню. Ферменти на кристалах прискорюють реакції окиснення органічних речовинта синтезу молекул АТФ, багатих на енергію;

4) комплекс Гольджі- група порожнин, відмежованих мембраною від цитоплазми, заповнених білками, жирами та вуглеводами, які або використовуються у процесах життєдіяльності, або видаляються з клітини. На мембранах комплексу здійснюється синтез жирів та вуглеводів;

5) лізосоми- тільця, заповнені ферментами, прискорюють реакції розщеплення білків до амінокислот, ліпідів до гліцерину та жирних кислот, полісахаридів до моносахаридів. У лізосомах руйнуються відмерлі частини клітини, цілі та клітини.

Клітинні включення- накопичення запасних поживних речовин: білків, жирів та вуглеводів.

Ядро- Найважливіша частина клітини.

Воно покрите двома мембранною оболонкою з порами, через які одні речовини проникають у ядро, а інші надходять у цитоплазму.

Хромосоми – основні структури ядра, носії спадкової інформації про ознаки організму. Вона передається у процесі поділу материнської клітини дочірнім клітинам, і з статевими клітинами - дочірнім організмам.

Ядро – місце синтезу ДНК, іРНК, рРНК.

Хімічний склад клітини

Клітина - елементарна одиниця життя Землі. Вона має всі ознаки живого організму: росте, розмножується, обмінюється з навколишнім середовищем речовинами та енергією, реагує на зовнішні подразники. Початок біологічної еволюції пов'язані з появою Землі клітинних форм життя. Одноклітинні організми є існуючі окремо один від одного клітини. Тіло всіх багатоклітинних - тварин і рослин - побудовано з більшої чи меншої кількості клітин, які є свого роду блоками, що становлять складний організм. Незалежно від того, чи є клітина цілісну живу систему - окремий організмабо становить лише його частину, вона наділена набором ознак і властивостей, загальним всім клітин.

У клітинах виявлено близько 60 елементів періодичної системи Менделєєва, що трапляються й у неживій природі. Це один із доказів спільності живої та неживої природи. У живих організмах найбільш поширені водень, кисень, вуглець та азот, що становлять близько 98% маси клітин. Таке обумовлено особливостями хімічних властивостейводню, кисню, вуглецю та азоту, внаслідок чого вони виявилися найбільш підходящими для утворення молекул, що виконують біологічні функції. Ці чотири елементи здатні утворювати дуже міцні ковалентні зв'язки за допомогою парування електронів, що належать двом атомам. Ковалентно пов'язані атоми вуглецю можуть формувати каркаси незліченної множини різних органічних молекул. Оскільки атоми вуглецю легко утворюють ковалентні зв'язки з киснем, воднем, азотом, а також із сіркою, органічні молекули досягають виняткової складності та різноманітності будови.

Крім чотирьох основних елементів у клітині у помітних кількостях (10-і та 100-і частки відсотка) містяться залізо, калій, натрій, кальцій, магній, хлор, фосфор та сірка. Решта елементів (цинк, мідь, йод, фтор, кобальт, марганець та інших.) перебувають у клітці у дуже малих кількостях і тому називаються мікроелементами.

Хімічні елементи входять до складу неорганічних та органічних сполук. До неорганічних сполук відносяться вода, мінеральні солі, діоксид вуглецю, кислоти та основи. Органічні сполуки – це білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, жири (ліпіди) та ліпоїди. Крім кисню, водню, вуглецю та азоту до їх складу можуть входити інші елементи. Деякі білки містять сірку. Складовою частиною нуклеїнових кислот є фосфор. Молекула гемоглобіну включає залізо, магній бере участь у побудові молекули хлорофілу. Мікроелементи, незважаючи на вкрай низький вміст живих організмів, грають важливу рольу процесах життєдіяльності. Йод входить до складу гормону щитовидної залози – тироксину, кобальт – до складу вітаміну В 12 гормон острівцевої частини підшлункової залози – інсулін – містить цинк.

Органічні речовини клітини

Білки.

Серед органічних речовин клітини білки стоять першому місці як у кількості (10 - 12% від загальної маси клітини), і за значенням. Білки є високомолекулярними полімерами (з молекулярною масою від 6000 до 1 млн. і вище), мономерами яких є амінокислоти. Живими організмами використовують 20 амінокислот, хоча їх існує значно більше. До складу будь-якої амінокислоти входить аміногрупа (-NH2), що має основні властивості, і карбоксильна група (-СООН), що має кислотні властивості. Дві амінокислоти поєднуються в одну молекулу шляхом встановлення зв'язку HN-CO з виділенням молекули води. Зв'язок між аміногрупою однієї амінокислоти та карбоксилом іншої називається пептидною.

Білки є поліпептидами, що містять десятки і сотні амінокислот. Молекули різних білків відрізняються один від одного молекулярною масою, числом, складом амінокислот та послідовністю розташування їх у поліпептидному ланцюзі. Відомо тому, що білки відрізняються великою різноманітністю, їх кількість у всіх видів живих організмів оцінюється числом 1010 – 1012.

Ланцюг амінокислотних ланок, з'єднаних ковалентними пептидними зв'язками у певній послідовності, називається первинною структурою білка.

У клітинах білки мають вигляд спірально закручених волокон чи кульок (глобул). Це пояснюється тим, що в природному білку поліпептидний ланцюжок укладений строго певним чином залежно від хімічної будови амінокислот, що входять до її складу.

Спочатку поліпептидний ланцюг згортається в спіраль. Між атомами сусідніх витків виникає тяжіння і утворюються водневі зв'язки, зокрема між NH- і СО-групами, розташовані на сусідніх витках. Ланцюжок амінокислот, закручений у вигляді спіралі, утворює вторинну структурубілка. У результаті подальшого укладання спіралі виникає специфічна кожному за білка конфігурація, звана третинної структурою. Третинна структура обумовлена ​​дією сил зчеплення між гідрофобними радикалами, що є у деяких амінокислот, і ковалентними зв'язками між SH-групами амінокислоти цистеїну (S-S-зв'язку). Кількість амінокислот гідрофобними радикалами та цистеїном, а також порядок їх розташування в поліпептидному ланцюжку специфічні для кожного білка. Отже особливості третинної структури білка визначаються його первинною структурою. Біологічну активність білок виявляє лише у вигляді третинної структури. Тому заміна навіть однієї амінокислоти в поліпептидному ланцюжку може призвести до зміни конфігурації білка і зниження або втрати його біологічної активності.

У деяких випадках білкові молекули поєднуються один з одним і можуть виконувати свою функцію лише у вигляді комплексів. Так, гемоглобін - це комплекс із чотирьох молекул і тільки в такій формі здатний приєднувати та транспортувати О. подібні агрегати є четвертинною структурою білка. За своїм складом білки поділяються на два основні класи - прості та складні. Прості білки складаються тільки з амінокислот нуклеїнові кислоти (нуклеотиди), ліпіди (ліпопротеїди), Ме (металопротеїди), Р (фосфопротеїди).

Функції білків у клітині надзвичайно різноманітні.

Одна з найважливіших – будівельна функція: білки беруть участь в утворенні всіх клітинних мембран та органоїдів клітини, а також внутрішньоклітинних структур. Винятково важливе значення має ферментативна (каталітична) роль білків. Ферменти прискорюють хімічні реакції, що протікають у клітині, в 10ки і 100ні мільйонів разів. Двигуна функціязабезпечується спеціальними скорочувальними білками. Ці білки беруть участь у всіх видах рухів, до яких здатні клітини та організми: мерехтіння вій і биття джгутиків у найпростіших, скорочення м'язів у тварин, рух листя у рослин та ін.

Транспортна функція білків полягає у приєднанні хімічних елементів(наприклад, гемоглобін приєднує О) або біологічно активних речовин(гормонів) та перенесення їх до тканин та органів тіла. Захисна функція виявляється у формі вироблення спеціальних білків, званих антитілами, у відповідь на проникнення в організм чужорідних білків або клітин. Антитіла пов'язують та знешкоджують чужорідні речовини. Білки відіграють важливу роль джерела енергії. При повному розщепленні 1г. білків виділяється 17,6 кДж (~4,2 ккал). клітина мембранна хромосома

Вуглеводи.

Вуглеводи, або сахариди - органічні речовини з загальною формулою(СН 2О)n. У більшості вуглеводів число атомів Н удвічі більше числаатомів О, як у молекулах води. Тому ці речовини були названі вуглеводами. У живій клітині вуглеводи знаходяться в кількостях, що не перевищують 1-2, іноді 5% (у печінці, м'язах). Найбільш багаті на вуглеводи рослинні клітини, де їх вміст досягає в деяких випадках 90% від маси сухої речовини (насіння, бульби картоплі і т.д.).

Вуглеводи бувають прості та складні.

Прості вуглеводи називаються моносахаридами. Залежно кількості атомів вуглеводу в молекулі моносахариды називаються тріозами, тетрозами, пентозами чи гексозами. З шести вуглецевих моносахаридів – гексоз – найбільш важливе значення мають глюкоза, фруктоза та галактоза. Глюкоза міститься у крові (0,1-0,12%). Пентози рибозу та дезоксирибозу входять до складу нуклеїнових кислот та АТФ. Якщо в одній молекулі поєднуються два моносахариди, така сполука називається дисахаридом. Харчовий цукор, що отримується з очерету або цукрових буряків, складається з однієї молекули глюкози та однієї молекули фруктози, молочний цукор - з глюкози та галактози.

Складні вуглеводи, утворені багатьма моносахаридами, називають полісахаридами. Мономером таких полісахаридів, як крохмаль, глікоген, целюлоза є глюкоза. Вуглеводи виконують дві основні функції: будівельну та енергетичну. Целюлоза утворює стінки рослинних клітин. Складний полісахарид хітин служить основним структурним компонентом зовнішнього кістяка членистоногих. Будівельну функцію хітин виконує у грибів.

Вуглеводи відіграють роль основного джерела енергії у клітині. У процесі окислення 1 р вуглеводів звільняється 17,6 кДж (~4,2 ккал). Крохмаль у рослин та глікоген у тварин відкладаються в клітинах і служать енергетичним резервом.

Нуклеїнові кислоти.

Значення нуклеїнових кислот у клітині дуже велике. Особливості їхньої хімічної будови забезпечують можливість зберігання, перенесення та передачі у спадок дочірнім клітинам інформації про структуру білкових молекул, які синтезуються в кожній тканині на певному етапі індивідуального розвитку.

Оскільки більшість властивостей та ознак клітин обумовлено білками, то зрозуміло, що стабільність нуклеїнових кислот – найважливіша умова нормальної життєдіяльності клітин та цілих організмів. Будь-які зміни структури клітин чи активності фізіологічних процесів у них, впливаючи, в такий спосіб, на життєдіяльність. Вивчення структури нуклеїнових кислот має виключно важливе значення для успадкування ознак у організмів та закономірностей функціонування, як окремих клітин, так і клітинних систем – тканин та органів.

Існують 2 типи нуклеїнових кислот - ДНК та РНК.

ДНК - полімер, що складається з двох нуклеотидних спіралей, ув'язнених так, що утворюється подвійна спіраль. Мономери молекул ДНК є нуклеотидами, що складаються з азотистої основи (аденіну, тиміну, гуаніну або цитозину), вуглеводу (дезоксирибози) та залишку фосфорної кислоти. Азотисті основи в молекулі ДНК з'єднані між собою неоднаковою кількістю Н-зв'язків і розташовуються попарно: аденін (А) завжди проти тиміну (Т), гуанін (Г) проти цитозину (Ц). Схематично розташування нуклеотидів у молекулі ДНК можна зобразити так:

Рис.1.Розташування нуклеотидів у молекулі ДНК

З рис.1. видно, що нуклеотиди пов'язані друг з одним невипадково, а вибірково. Здатність до вибіркової взаємодії аденіну з тиміном та гуаніну з цитозином називається комплементарністю. Комплементарна взаємодія певних нуклеотидів пояснюється особливостями просторового розташування атомів у їх молекулах, які дозволяють їм зближуватися та утворювати Н-зв'язки.

У полінуклеотидному ланцюжку сусідні нуклеотиди пов'язані між собою через цукор (дезоксирибозу) та залишок фосфорної кислоти. РНК так само, як і ДНК, є полімером, мономерами якого є нуклеотиди.

Азотисті основи трьох нуклеотидів ті самі, що входять до складу ДНК (А, Г, Ц); четверте – урацил (У) – присутній у молекулі РНК замість тиміну. Нуклеотиди РНК відрізняються від нуклеотидів ДНК і за будовою вуглеводу, що входить до їх складу (рибоза замість дизоксирибози).

У ланцюжку РНК нуклеотиди з'єднуються шляхом утворення ковалентних зв'язківміж рибозою одного нуклеотиду та залишком фосфорної кислоти іншого. За структурою розрізняються дві ланцюжкові РНК. Двох ланцюжкові РНК є зберігачами генетичної інформації в низки вірусів, тобто. виконують вони функції хромосом. Одна ланцюжкова РНК здійснюють перенесення інформації про структуру білків від хромосоми до місця їх синтезу та беруть участь у синтезі білків.

Існує кілька видів одноланцюгової РНК. Їх назви обумовлені виконуваною функцією чи місцем перебування у клітині. Більшість РНК цитоплазми (до 80-90%) становить рибосомальна РНК (рРНК), що міститься в рибосомах. Молекули рРНК відносно невеликі і складаються у середньому із 10 нуклеотидів.

Інший вид РНК (іРНК), які переносять до рибосом інформації про послідовність амінокислот в білках, які повинні синтезуватися. Розмір цих РНК залежить від довжини ділянки ДНК, де вони були синтезовані.

Транспортні РНК виконують кілька функций. Вони доставляють амінокислоти до місця синтезу білка, "дізнаються" (за принципом комплементарності) триплет і РНК, відповідний амінокислоті, що переноситься, здійснюють точну орієнтацію амінокислоти на рибосомі.

Жири та ліпоїди.

Жири є сполуками жирних високомолекулярних кислот і триатомного спирту гліцерину. Жири не розчиняються у воді – вони гідрофобні.

У клітці завжди є інші складні гідрофобні жироподібні речовини, звані ліпоїдами. Одна з основних функцій жирів – енергетична. У результаті розщеплення 1 р. жирів до СО 2 і Н 2О звільняється дуже багато енергії - 38,9 кДж (~9,3 ккал).

Головна функція жирів у тваринному (і частково – рослинному) світі – запасаюча.

Жири та ліпоїди виконують і будівельну функцію: вони входять до складу клітинних мембран. Завдяки поганій теплопровідності жир здатний до захисної функції. У деяких тварин (тюлені, кити) він відкладається у підшкірній жировій тканині, утворюючи шар завтовшки до 1 м. Утворення деяких ліпоїдів передує синтезу низки гормонів. Отже, цим речовин властива і функція регуляції обмінних процесів.

2. Вода у життєдіяльності клітини

Хімічні речовини, що входять до складу клітин: неорганічні (вода, мінеральні солі)

Забезпечення пружності клітини.

Наслідки втрати клітиною води – в'янення листя, висихання плодів.

Прискорення хімічних реакцій з допомогою розчинення речовин, у воді.

Забезпечення переміщення речовин: надходження більшості речовин у клітину та видалення їх з клітини у вигляді розчинів.

Забезпечення розчинення багатьох хімічних речовин (ряду солей, цукорів).

Участь у низці хімічних реакцій.

Участь у процесі теплорегуляції завдяки здатності до повільного нагрівання та повільного остигання.

Вода. Н 2Про -найпоширеніша сполука у живих організмах. Зміст її в різних клітинахколивається у досить широких межах.

Винятково важлива роль води у забезпеченні процесів життєдіяльності обумовлена ​​її фізико-хімічними властивостями.

Полярність молекул і здатність утворювати водневі зв'язки роблять воду хорошим розчинником для величезної кількостіречовин. Більшість хімічних реакцій, що протікають у клітині, може відбуватися лише у водному розчині.

Вода бере участь у багатьох хімічних перетвореннях.

Загальна кількість водневих зв'язків між молекулами води змінюється залежно від t °. При t ° танення льоду руйнується приблизно 15% водневих зв'язків, при t ° 40 ° С - половина. При переході до газоподібного стану руйнуються всі водневі зв'язки. Цим пояснюється висока питома теплоємність води. При зміні t° довкілля вода поглинає або виділяє теплоту внаслідок розриву або новоутворення водневих зв'язків.

Таким шляхом коливання t° усередині клітини виявляються меншими, ніж у навколишньому середовищі. Висока теплота випаровування лежить в основі ефективного механізмутепловіддачі у рослин та тварин.

Вода як розчинник бере участь у явищах осмосу, що відіграє важливу роль у життєдіяльності клітини організму. Осмосом називають проникнення молекул розчинника через напівпроникну мембрану в розчин будь-якої речовини.

Напівпроникними називаються мембрани, що пропускають молекули розчинника, але не пропускають молекули (або іони) розчиненої речовини. Отже, осмос - одностороння дифузія молекул води у бік розчину.

Мінеральні солі.

Більша частина неорганічних в-вклітини знаходиться у вигляді солей у дисоційованому, або у твердому стані.

Концентрація катіонів і аніонів у клітині та навколишньому середовищі неоднакова. Від концентрації солей великою мірою залежать осмотичний тиску клітині та її буферні властивості.

Буферністю називається здатність клітини підтримувати слаболужну реакцію її вмісту постійному рівні. Зміст мінеральних солей у клітині як катіонів (К+, Na+, Ca2+, Mg2+) і аніонів (--НРО|~, - Н 2РС>4, --СГ, --НСС*з). Врівноваженість вмісту катіонів та аніонів у клітині, що забезпечує сталість внутрішнього середовищаорганізму. Приклади: в клітині середовище слаболужна, всередині клітини висока концентрація іонів К+, а в навколишньої клітинисередовищі – іонів Na+. Участь мінеральних солей обміні речовин.

3 . Пробмен речовин та енергії в клітці

Енергетичний обмін у клітці

Аденозинтрифосфат (скор. АТФ, англ. АТР) - нуклеотид, що грає виключно важливу роль в обміні енергії та речовин в організмах; насамперед з'єднання відоме як універсальне джерело енергії всім біохімічних процесів, які у живих системах.

АТФ забезпечує енергією всі функції клітини: механічну роботу, біосинтезвісностей, поділ і т. д. У середньому вміст АТФ у клітині становить близько 0,05% її маси, але в тих клітинах, де витрати АТФ великі (наприклад, у клітинах печінки, поперечно) -Смугастих м'язів), її вміст може доходити до 0,5%. Синтез АТФ у клітинах відбувається головним чином у мітохондріях. Як пам'ятаєте (див. 1.7), на синтез 1 моля АТФ з АДФ необхідно витратити 40 кДж.

Енергетичний обмін у клітині поділяють на три етапи.

Перший етап – підготовчий.

Під час нього великі харчові полімерні молекули розпадаються більш дрібні фрагменти. Полісахариди розпадаються на ді- та моносахариди, білки – до амінокислот, жири – до гліцерину та жирних кислот. У ході цих перетворень енергії виділяється мало, вона розсіюється як тепла, і АТФ не утворюється.

Другий етап – неповне, без кисневе, розщеплення речовин.

На цьому етапі речовини, що утворилися під час підготовчого етапу, Розкладаються за допомогою ферментів без кисню.

Розберемо цей етап з прикладу гліколізу - ферментативного розщеплення глюкози. Гліколіз відбувається у тваринних клітинах і в деяких мікроорганізмів. Сумарно цей процес можна подати у вигляді наступного рівняння:

З 6Н 12О 6 + 2Н 3Р 04 + 2АДФ > 2С 3Н 603 + 2АТФ + 2Н 2О

Таким чином, при гліколізі з однієї молекули глюкози утворюються дві молекули, трьох - вуглецевої піровиноградної кислоти (С 3Н 4О 3), яка в багатьох клітинах, наприклад в м'язових, перетворюється на молочну кислоту (С 3Н 6О 3), причому енергії, що при цьому вивільнилася. достатньо перетворення двох молекул АДФ на дві молекули АТФ.

Незважаючи на простоту, гліколіз - процес багатоступінчастий, що налічує більше десяти стадій, що каталізуються різними ферментами. Тільки 40% енергії, що виділилася запасається клітиною у вигляді АТФ, а решта 60% - розсіюються у вигляді тепла. Завдяки багато - стадійності гліколізу, що виділяються невеликі порціїтепла не встигають нагріти клітину до небезпечного рівня.

Гліколіз відбувається у цитоплазмі клітин.

У більшості рослинних клітин та деяких грибів другий етап енергетичного обміну представлений спиртовим бродінням:

З 6Н 12О 6+2Н 3РО 4+2АДФ>2С 2Н 5ОН +2С 02 + 2АТФ + 2H2О

Вихідні продукти спиртового бродіння ті ж, що й у гліколізу, але в результаті утворюється етиловий спирт, вуглекислий газ, вода та дві молекули АТФ. Є такі мікроорганізми, які розкладають глюкозу до ацетону, оцтової кислоти та інших речовин, але у будь-якому разі "енергетичний прибуток" клітини становить дві молекули АТФ.

Третій етап енергетичного обміну – повне кисневе розщеплення, або клітинне дихання.

При цьому речовини, що утворилися на другому етапі, руйнуються до кінцевих продуктів - 2 і Н 2О. Цей етап можна уявити у наступному вигляді:

2С 3Н 6О 3 + 6О 2 + 36Н 3РО 4 + 36 АДФ > 6СО 2 + 42 Н 2О + 36АТФ.

Таким чином, окислення двох молекул трьох вуглецевої кислоти, що утворилися при ферментативному розщепленні глюкози до СО 2 і Н 2О, призводить до виділення великої кількостіенергії, достатньої освіти 36 молекул АТФ.

Клітинне дихання відбувається на кристалах мітохондрій. Коефіцієнт корисної діїцього процесу вище, ніж у гліколізу, і становить приблизно 55%. Внаслідок повного розщеплення однієї молекули глюкози утворюється 38 молекул АТФ.

Для отримання енергії в клітинах, крім глюкози, можуть бути використані інші речовини: ліпіди, білки. Однак провідна роль у енергетичному обмініу більшості організмів належить цукрам.

4 . Пхарчуванняклітини. Фотосинтез та хемосинтез

Живлення клітини відбувається в результаті цілого ряду складних хімічних реакцій, в ході яких речовини, що надійшли в клітину із зовнішнього середовища (вуглекислий газ, мінеральні солі, вода), входять до складу тіла самої клітини у вигляді білків, цукрів, жирів, олій, азотних та фосфорних сполук.

Усі живі організми, які живуть Землі, можна поділити на дві групи залежно від цього, як вони отримують необхідні їм органічні речовини.

Перша група - автотрофи, що у перекладі з грецької мовиозначає "самопитані". Вони здатні самостійно створювати всі необхідні їм для побудови клітин та процесів життєдіяльності органічні речовини з неорганічних – води, вуглекислого газу та інших. Енергію для таких складних перетворень вони отримують за рахунок сонячного світла і називаються фототрофами, або за рахунок енергії хімічних перетворень мінеральних сполук і в цьому випадку називаються хемотрофами. Але і фототрофні, і хемотрофні організми не потребують надходження ззовні органічних речовин. До автотрофів відносяться всі зелені рослини та багато бактерій.

Принципово інший спосіб отримання органічних сполук у гетеротрофів. Гетеротрофи не можуть самостійно синтезувати такі речовини з неорганічних сполук і потребують постійного поглинання готових органічних речовин ззовні. Потім вони перебудовують отримані ззовні молекули для своїх потреб.

Гетеротрофні організмизнаходяться у прямій залежності від продуктів фотосинтезу, що виробляються зеленими рослинами. Наприклад, харчуючись капустою чи картоплею, ми отримуємо речовини, синтезовані в клітинах рослини за рахунок енергії сонячного світла. Якщо ж ми харчуємося м'ясом свійських тварин, то треба пам'ятати, що ці тварини харчуються рослинними кормами: травою, зерном тощо. Таким чином, їхнє м'ясо побудоване з молекул, отриманих із рослинною їжею.

До гетеротрофів відносяться гриби, тварини та багато бактерій. Деякі клітини зеленої рослини також гетеротрофні: клітини камбію, кореня. Справа в тому, що клітини цих частин рослини не здатні до фотосинтезу та живляться за рахунок органічних речовин, синтезованих зеленими частинами рослини.

Живлення клітини: лізосоми та внутрішньоклітинне травлення

Лізосоми, кількість яких у одній клітині сягає кількох сотень, утворюють типовий простір.

Зустрічаються лізосоми різних форм та розмірів; особливим розмаїттям відрізняється їх внутрішня структура. Ця різноманітність відображена у морфологічній термінології. Існує безліч термінів для позначення частинок, які нам зараз відомі як лізосоми. Серед них: щільні тільця, залишкові тільця, цитосоми, цітосегресоми та багато інших.

З погляду хімії перетравлювати їжу означає піддавати її гідролізу, тобто. за допомогою води розщепити різні зв'язки, за допомогою яких з'єднані будівельні блоки природних макромолекул. Наприклад, пептидні зв'язки, що з'єднують амінокислоти в білках, гліколізні зв'язки, що з'єднують цукру в полісахаридах та ефірні зв'язки між кислотами та спиртами. Здебільшого ці зв'язки дуже стійкі, розриваються лише за жорстких умов температури та значеннях pH (кисле чи лужне середовище).

Живі організми не в змозі ні створити, ні витримати подібні умови, а тим часом їжу вони перетравлюють легко. І роблять це за допомогою особливих каталізаторів – гідролітичних ферментів, або гідролаз, які секретуються у травній системі. Гідролази – специфічні каталізатори. Кожна з них розщеплює лише певний тип хімічного зв'язку. Оскільки їжа зазвичай складається з багатьох компонентів із різноманітними хімічними зв'язками, для травлення необхідна одночасна узгоджена чи послідовна участь різних ферментів. І дійсно, травні соки, секретовані в шлунково-кишковий тракт, містять велике числорізних гідролаз, що дозволяє людському організму засвоювати безліч складних харчових продуктіврослинного та тваринного походження. Однак ця здатність обмежена, і людський організм не в змозі перетравлювати целюлозу.

Ці основні положення відносяться, по суті, до лізосом. У кожній лізосомі ми знаходимо цілу колекцію різних гідролаз - ідентифіковано понад 50 видів - які в сукупності здатні повністю або майже повністю перетравлювати багато основних природних речовин, включаючи білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти, їх комбінації та похідні. Однак, як і шлунково-кишковий тракт людини, лізосоми характеризуються деякими обмеженнями у своїй здатності, що перетравлює.

У кишечнику кінцеві продукти травлення (перетравлюються), "очищаються" в результаті кишкової абсорбції: вони видаляються клітинами слизової оболонки, зазвичай за допомогою активних насосів, і потрапляють у кровоносне русло. Щось подібне відбувається і у лізосомах.

Різні дрібні молекули, що утворилися в процесі перетравлення, переносяться через лізосомальну мембрану в цитоплазму, де їх використовують метаболічні системи клітини.

Але іноді перетравлення не відбувається або воно неповне і не досягає стадії, на якій його продукти можуть бути очищені. Більшість найпростіших організмів і нижчих безхребетних подібні ситуації не викликають особливих наслідків, т.к. їхні клітини мають здатність позбавлятися вмісту своїх старих лізосом, просто викидаючи його в навколишнє середовище.

У вищих тварин багато клітин не здатні спорожняти свої лізосоми таким чином. Вони перебувають у стані хронічного "запору". Саме ця серйозна вада лежить в основі численних патологічних станів, пов'язаних з перевантаженням лізосом. Диспепсія, підвищена кислотність, запор та інші розлади травлення.

Афтотрофне харчування

Життя Землі залежить від автотрофних організмів. Майже всі органічні речовини, необхідні живих клітин, виробляються у процесі фотосинтезу.

Фотосинтез(від грец. фотос - світло і синтезис - з'єднання, поєднання) - перетворення зеленими рослинами та фотосинтезуючими мікроорганізмами неорганічних речовин (води та вуглекислого газу) на органічні за рахунок сонячної енергії, яка перетворюється на енергію хімічних зв'язків у молекулах органічних речовин.

Фази фотосинтезу.

У процесі фотосинтезу енергетично бідні вода та вуглекислий газ перетворюються на енергоємну органічну речовину – глюкозу. При цьому сонячна енергія акумулюється у хімічних зв'язках цієї речовини. Крім того, у процесі фотосинтезу в атмосферу виділяється кисень, який використовують організми для дихання.

В даний час встановлено, що фотосинтез протікає у дві фази – світлову та темнову.

У світлову фазу завдяки сонячній енергії відбувається збудження молекул хлорофілу та синтез АТФ.

Одночасно з цією реакцією під впливом світла розкладається вода (Н 20) із вільного кисню (02). Цей процес назвали фотолізом (від грец. фотос – світло та лізис – розчинення). Іони водню, що утворилися, зв'язуються з особливою речовиною - переносником іонів водню (НАДФ) і використовуються в наступній фазі.

Для перебігу реакцій темпової фази наявність світла необов'язково. Джерелом енергії тут є синтезовані у світлову фазу молекули АТФ. У темповій фазі відбувається засвоєння вуглекислого газу з повітря, його відновлення іонами водню та утворення глюкози завдяки використанню енергії АТФ.

Вплив умов середовища на фотосинтез.

При фотосинтезі використовується лише 1% сонячної енергії, що падає на лист. Фотосинтез залежить від низки умов середовища. По-перше, найінтенсивніше цей процес протікає під впливом червоних променів сонячного спектра (рис. 58). Ступінь інтенсивності фотосинтезу визначається за кількістю кисню, що виділився, який витісняє воду з циліндра. Швидкість фотосинтезу залежить і від ступеня освітленості рослини. Збільшення тривалості світлового дня призводить до зростання продуктивності фотосинтезу, тобто кількості органічних речовин, що утворюються рослиною.

Значення фотосинтезу.

Продукти фотосинтезу використовуються:

· організмами як поживні речовини, джерела енергії та кисню для процесів життєдіяльності;

· У виробництві людиною продуктів харчування;

· в якості будівельного матеріалудля будівель житла, у виробництві меблів та ін.

Людство своїм існуванням завдячує фотосинтезу.

Усі запаси пального Землі - це продукти, утворені внаслідок фотосинтезу. Використовуючи вугілля та деревину, ми отримуємо енергію, яка була запасена в органічних речовинах при фотосинтезі. Одночасно в атмосферу виділяється кисень.

За підрахунками вчених, без фотосинтезу весь запас кисню було б витрачено за 3000 років.

Хемосинтез.

Крім фотосинтезу, відомий ще один спосіб отримання енергії та синтезу органічних речовин із неорганічних. Деякі бактерії здатні видобувати енергію шляхом окислення різних неорганічних речовин. Для створення органічних речовин їм не потрібне світло. Процес синтезу органічних речовин з неорганічних, що проходить завдяки енергії окиснення неорганічних речовин, називають хемосинтезом (від лат. хемія - хімія і грецьк. синтез - з'єднання, поєднання).

Хемосинтезуючі бактерії відкрили російським ученим С.Н. Виноградським. Залежно від того, при окисленні якої речовини виділяється енергія, розрізняють хемосинтезуючі залізобактерії, серобактерії та азотобактерії.

5 . Генетический код. Синтез білків у клітці

Генетичний код- єдина система запису спадкової інформації у молекулах нуклеїнових кислот як послідовності нуклеотидів. Генетичний код заснований на використанні алфавіту, що складається всього з чотирьох букв-нуклеотидів, що відрізняються азотистими основами: А, Т, Г, Ц.

Основні властивості генетичного коду такі:

1. Генетичний код триплетен. Триплет (кодон) – послідовність трьох нуклеотидів, що кодує одну амінокислоту. Оскільки до складу білків входить 20 амінокислот, то очевидно, що кожна з них не може кодуватися одним нуклеотидом (оскільки в ДНК всього чотири типи нуклеотидів, то в цьому випадку 16 амінокислот залишаються незакодованими). Двох нуклеотидів для кодування амінокислот також не вистачає, оскільки в цьому випадку може бути закодовано лише 16 амінокислот. Отже, найменше число нуклеотидів, що кодують одну амінокислоту, виявляється рівним трьом. (У цьому випадку кількість можливих триплетів нуклеотидів становить 43 = 64).

2. Надмірність (виродженість) коду є наслідком його триплетності і означає те, що одна амінокислота може кодуватися кількома триплетами (оскільки амінокислот 20 а триплетів - 64). Виняток становлять метіонін та триптофан, які кодуються лише одним триплетом. Крім того, деякі триплет виконують специфічні функції.

Так, у молекулі іРНК три з них УАА, УАГ, УГА - є термінуючими кодонами, тобто стоп-сигналами, що припиняють синтез поліпептидного ланцюга. Триплет, що відповідає метіоніну (АУГ), що стоїть на початку ланцюга ДНК, не кодує амінокислоту, а виконує функцію ініціювання (збудження) зчитування.

3. Одночасно з надмірністю коду властива властивість однозначності, яка означає, що кожному кодону відповідає лише одна певна амінокислота.

4. Код коллінеарен, тобто. послідовність нуклеотидів у гені точно відповідає послідовності амінокислот у білку.

5. Генетичний код неперекривається і компактний, тобто не містить "розділових знаків". Це означає, що процес зчитування не допускає можливості перекривання колонів (триплетів), і, розпочавшись на певному кодоні, зчитування триває безперервно триплет за триплетом аж до стоп-сигналів (термінуючих кодонів). Наприклад, в іРНК наступна послідовність азотистих основ АУГГУГЦУУААУГУГ зчитуватиметься тільки такими триплетами: АУГ, ГУГ, ЦУУ, ААУ, ГУГ, а не АУГ, УГГ, ГГУ, ГУГ тощо. або АУГ, ГГУ, УГЦ, ЦУУ д. або ще якимось чином (припустимо, кодон АУГ, розділовий знак Г, кодон УГЦ, розділовий знак У і Т. п.).

6. Генетичний код універсальний, т. е. ядерні гени всіх організмів однаково кодують інформацію про білки незалежно від рівня організації та систематичного становища цих організмів.

Синтез білків у клітці

Біосинтез білків йде у кожній живій клітині. Найбільш активний він у молодих клітинах, що ростуть, де синтезуються білки на побудову їх органоїдів, а також в секреторних клітинах, де синтезуються білки-ферменти та білки-гормони.

Основна роль визначенні структури білків належить ДНК. Відрізок ДНК, що містить інформацію про структуру одного білка, називають геном. Молекула ДНК містить кілька сотень генів. У молекулі ДНК записаний код про послідовність амінокислот у білку у вигляді нуклеотидів, що безумовно поєднуються. Код ДНК удалося розшифрувати майже повністю. Сутність його полягає у наступному. Кожній амінокислоті відповідає ділянка ланцюга ДНК з трьох нуклеотидів, що стоять поруч.

Наприклад, ділянка Т-Т-Т відповідає амінокислоті лізину, відрізок А-Ц-А - цистину, Ц-А-А - валіну н т. д. Різних амінокислот - 20, число можливих поєднань з 4 нуклеотидів по 3 і 64. Отже, триплетів з надлишком вистачає для кодування всіх амінокислот.

Синтез білка - складний багатоступінчастий процес, що є ланцюгом синтетичних реакцій, що протікають за принципом матричного синтезу.

Оскільки ДНК знаходиться в ядрі клітини, а синтез білка відбувається в цитоплазмі, існує посередник, який передає інформацію з ДНК рибосоми. Таким посередником є ​​іРНК. :

У біосинтезі білка визначають такі етапи, що йдуть у різних частинахклітини:

1. Перший етап - синтез і-РНК відбувається в ядрі, у процесі якого інформація, що міститься в гені ДНК, листується на і-РНК. Цей процес називається транскрипцією (від латів. "Транскриптик" - переписування).

2. На другому етапі відбувається з'єднання амінокислот з молекулами т-РНК, які послідовно складаються з трьох нуклеотидів - антикодонів, за допомогою яких визначається свій триплет-кодон.

3. Третій етап – це процес безпосереднього синтезу поліпептидних зв'язків, що називається трансляцією. Він відбувається у рибосомах.

4. На четвертому етапі відбувається утворення вторинної та третинної структури білка, тобто формування остаточної структури білка.

Таким чином, у процесі біосинтезу білка утворюються нові молекули білка відповідно до точної інформації, закладеної в ДНК. Цей процес забезпечує оновлення білків, процеси обміну речовин, зростання та розвиток клітин, тобто всі процеси життєдіяльності клітини.

Хромосоми (від грец. "хрому" - колір, "сома" - тіло) - дуже важливі структури ядра клітини. Відіграють головну роль процесі клітинного поділу, забезпечуючи передачу спадкової інформації від покоління до іншого. Вони є тонкими нитками ДНК, пов'язані з білками. Нитки називаються хроматидами , що складаються з ДНК, основних білків (гістонів) та кислих білків.

У клітині, що не ділиться, хромосоми заповнюють весь обсяг ядра і не видно під мікроскопом. Перед початком поділу відбувається спіралізація ДНК і кожна хромосома стає помітною під мікроскопом.

Під час спіралізації хромосоми скорочуються у десятки тисяч разів. У такому стані хромосоми виглядають як дві однакові нитки (хроматиди), що лежать поруч, з'єднані загальною ділянкою - центромірою.

Для кожного організму характерна постійна кількість та структура хромосом. У соматичних клітинах хромосоми завжди парні, тобто у ядрі є дві однакові хромосоми, що становлять одну пару. Такі хромосоми називають гомологічними, а парні набори хромосом у соматичних клітинах називають диплоїдними.

Так, диплоїдний набір хромосом у людини складається з 46 хромосом, утворюючи 23 пари. Кожна пара складається із двох однакових (гомологічних) хромосом.

Особливості будови хромосом дозволяють виділити їх 7 груп, що позначаються латинськими літерами А, В, З, D, Е, F, G. Усі пари хромосом мають порядкові номери.

У чоловіків та жінок є 22 пари однакових хромосом. Їх називають аутосоми. Чоловік та жінка відрізняються однією парою хромосом, які називають статевими. Вони позначаються літерами - велика X (група З) та маленька Y (група З,). У жіночому організмі 22 пари аутосом та одна пара (XX) статевих хромосом. У чоловіків - 22 пари аутосом н одна пара (XY) статевих хромосом.

На відміну від соматичних клітин, статеві клітини містять половинний набір хромосом, тобто містять одну хромосому кожної пари! Такий набір називають гаплоїдним. Гаплоїдний набір хромосом виникає у процесі дозрівання клітин.

6 . Регуляція транскрипції та трансляції в клітині таорганізмі

Оперон та репресор.

Відомо, що набір хромосом, тобто набір молекул ДНК, однаковий у всіх клітинах одного організму.

Отже, кожна клітина тіла здатна синтезувати будь-яку кількість кожного білка, властивого даному організму. На щастя, цього ніколи не відбувається, оскільки клітини тієї чи іншої тканини повинні мати певний набір білків, необхідний для виконання їх функції в багатоклітинному організмі, і в жодному разі не синтезувати "сторонніх" білків, які властиві клітинам інших тканин.

Так, наприклад, у клітинах кореня необхідно синтезувати рослинні гормони, а в клітинах листка – ферменти для забезпечення фотосинтезу. Чому ж у одній клітині не синтезуються відразу всі білки, інформацію про які є у її хромосомах?

Такі механізми краще вивчені у клітинах прокаріотів. Незважаючи на те, що прокаріоти - одноклітинні організми, їх транскрипція і трансляція також регулюються, тому що в один момент часу клітина може потребувати якогось білка, а в інший момент той же білок може стати для неї шкідливий.

Генетичною одиницею механізму регуляції синтезу білків слід вважати оперон, до складу якого входять один або кілька структурних генів, тобто генів, що несуть інформацію про структуру іРНК, яка, у свою чергу, несе інформацію про структуру білка. Перед цими генами, на початку оперону, розташований промотор - "посадковий майданчик" для ферменту РНК-полімерази. Між промотором і структурними генами в опероні розташовується ділянка ДНК, яка називається оператором. Якщо з оператором пов'язаний особливий білок – репресор, то РНК-полімераза не може розпочати синтез іРНК.

Механізм регуляції синтезу білка у еукаріотів.

Регуляція роботи генів у еукаріотів, особливо якщо мова йдепро багатоклітинний організм, набагато складніше. По-перше, білки, необхідні для забезпечення будь-якої функції, можуть бути закодовані в генах різних хромосом (нагадаємо, що у прокаріотів ДНК у клітині представлена ​​однією-єдиною молекулою). По-друге, у еукаріотів самі гени влаштовані складніше, ніж у прокаріотів; у них є "мовчазні" ділянки, з яких не зчитується іРНК, але здатні регулювати роботу сусідніх ділянок ДНК. По-третє, у багатоклітинному організмі необхідно точно регулювати та координувати роботу генів у клітинах різних тканин.

Ця координація складає рівні цілого організму головним чином з допомогою гормонів. Вони виробляються як у клітинах залоз внутрішньої секреції, і у клітинах багатьох інших тканин, наприклад нервової. Ці гормони зв'язуються з особливими рецепторами, які розташовані або на клітинній мембрані, або всередині клітини. В результаті взаємодії рецептора з гормоном у клітині активуються або, навпаки, репресуються ті чи інші гени, і синтез білків у цій клітині змінює свій характер. Наприклад, гормон надниркових залоз адреналін активує розпад глікогену до глюкози в клітинах м'язів, що призводить до поліпшення забезпеченості цих клітин енергією. Інший гормон, інсулін, що виділяється підшлунковою залозою, навпаки, сприяє утворенню глікогену з глюкози та запасанню його в клітинах печінки.

Слід також врахувати, що 99,9% ДНК у всіх людей однакові і тільки 0,1%, що залишилися, визначають неповторну індивідуальність кожної людини: зовнішній вигляд, особливості характеру, обміну речовин, схильність до тих чи інших захворювань, індивідуальна реакція на ліки та багато іншого.

Можна було б припустити, що частина "непрацюючих" генів у тих чи інших клітинах втрачається, руйнується. Однак цілий рядЕксперименти довів, що це не так. З клітини кишечника пуголовка за певних умов можна виростити цілу жабу, що можливо тільки в тому випадку, якщо в ядрі цієї клітини збереглася вся генетична інформаціяхоча частина її не виражалася у формі білків, поки клітина входила до складу стінки кишечника. Отже, у кожній клітці багатоклітинного організмувикористовується тільки частина генетичної інформації, що міститься в її ДНК, Отже, повинні мати місце механізми, що "включають" або "вимикають" роботу того чи іншого гена в різних клітинах.

Загальна довжина молекул ДНК, що містяться в 46 хромосомах людини, становить майже 2 метри. Якби генетично триплетним кодом було закодовано букви алфавіту, то ДНК однієї клітини людини вистачило б для шифрування 1000 товстих томів тексту!

Усі організми Землі складаються з клітин. Існують одноклітинні та багатоклітинні організми.

Без'ядерні організми називаються прокаріотами, а ядра, що мають, у своїх клітинах - еукаріотами. Зовні кожна клітина покрита біологічною мембраною. Усередині клітини знаходиться цитоплазма, в якій розташовані ядро ​​(у еукаріотів) та інші органоїди. Ядро заповнене каріоплазмою, в якій розташовуються хроматин та ядерця. Хроматин – це ДНК, пов'язана з білками, з нього під час поділу клітини утворюються хромосоми.

Хромосомний набір клітини називається каріотипом.

У цитоплазмі клітин еукаріотів розташований цитоскелет - складна система, що виконує опорну, рухову та транспортну функції. Найважливіші органоїди клітини: ядро, ендоплазматична мережа, комплекс Гольджі, рибосоми, мітохондрії, лізосоми, пластиди. Деякі клітини мають органоїди руху: джгутики, вії.

Між клітинами прокаріотів і еукаріотів є значні відмінності в будові.

Віруси є неклітинною формою життя.

Для нормальної життєдіяльності клітини та всього багатоклітинного організму необхідна сталість внутрішнього середовища, що отримала назву гомеостазу.

Гомеостаз підтримується реакціями обміну речовин, які поділяються на асиміляцію (анаболізм) та дисиміляцію (катаболізм). Усі реакції обміну речовин відбуваються за участю біологічних каталізаторів – ферментів. Кожен фермент специфічний, т. е. бере участь у регуляції певних процесів життєдіяльності. Тому в кожній клітині "працює" безліч ферментів.

Усі енергетичні витрати будь-якої клітини забезпечуються за рахунок універсальної енергетичної речовини – АТФ. АТФ утворюється за рахунок енергії, що виділяється при окисненні органічних речовин. Цей процес є багатоступінчастим, і найбільше ефективно кисневе розщеплення, що відбувається в мітохондріях.

За способом отримання необхідних для життєдіяльності органічних речовин усі клітини поділяються на автотрофи та гетеротрофи. Автотрофи поділяються на фотосинтетики та хемосинтетики, і всі вони здатні самостійно синтезувати необхідні органічні речовини. Гетеротрофи одержують більшість органічних сполук ззовні.

Фотосинтез - найважливіший процес, що лежить в основі виникнення та існування переважної більшості організмів Землі. Через війну фотосинтезу відбувається синтез складних органічних сполук з допомогою енергії випромінювання Сонця. За винятком хемосинтетиків, всі організми Землі прямо чи опосередковано залежить від фотосинтетиків.

Найважливішим процесом, що відбувається у всіх клітинах (за винятком клітин, що втратили ДНК у процесі розвитку), є синтез білка. Інформація про послідовність амінокислот, що становлять первинну структуру білка, міститься в послідовності триплетних поєднань нуклеотидів ДНК. Ген - ділянка ДНК, в якій закодовано інформацію про структуру одного білка. Транскрипція - процес синтезу іРНК, що кодує послідовність амінокислот білка. іРНК виходить з ядра (у еукаріотів) в цитоплазму, де в рибосомах відбувається формування амінокислотного ланцюжка білка. Цей процес називається трансляцією. У кожній клітині - безліч генів, проте клітина використовує лише певну частину генетичної інформації, що забезпечується наявністю в генах особливих механізмів, що включають або вимикають синтез того чи іншого білка в клітині.

Список використаної літератури

1. Даревський, І.С.; Орлов, Н.Л. Рідкісні та зникаючі тварини. Земноводні та плазуни; М.: Вища школа, 1988. – 463 c.

2. Лінней, Карл Філософія ботаніки; М.: Наука, 1989. – 456 c.

3. Опарін, А.І. Матерія. Життя. Інтелект; М.: Наука, 1977. – 208 c.

5. Еттенборо, Девід Жива планета; М.: Світ, 1988. – 328 c.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Основні органели клітки. Цитоплазма - напіврідке середовище, в якому знаходяться ядро ​​клітини та всі органоїди, її склад. Схема будови комплексу Гольджі. Органоїди руху включення (війки та джгутики). Форма та розміри ядра, його основні функції.

презентація , доданий 13.11.2014


Єдиний план будови клітин організму. Сувора впорядкованість будови ядра та цитоплазми. Клітинне ядро ​​(містище всієї генетичної інформації). Вміст клітинного ядра (хроматин). Апарат Гольджі, ендоплазматична мережа, клітинні структури.

реферат, доданий 28.07.2009


Сутність органоїдів, класифікація включень цитоплазми за функціональним призначенням. Відмінні риси рослинної та тваринної клітин, роль ядра в їхньому функціонуванні. Основні органоїди клітини: комплекс Гольджі, мітохондрії, лізосоми, пластиди.

презентація , доданий 27.12.2011


Еволюційне значення клітинного ядра – компонента еукаріотичної клітини, що містить генетичну інформацію. Структура ядра: хроматин, ядерце, каріоплазма та ядерна оболонка. Функції ядра: зберігання, передача та реалізація спадкової інформації.

презентація , доданий 21.02.2014


Ознаки та рівні організації живих організмів. Хімічна організація клітини. Неорганічні, органічні речовини та вітаміни. Будова та функції ліпідів, вуглеводів та білків. Нуклеїнові кислоти та їх типи. Молекули ДНК та РНК, їх будова та функції.

реферат, доданий 06.07.2010


Елементи будови клітини та їх характеристика. Функції мембрани, ядра, цитоплазми, клітинного центру, рибосоми, ендоплазматичної мережі, комплексу Гольджі, лізосом, мітохондрій та пластид. Відмінності у будові клітини представників різних царстворганізмів.

презентація , доданий 26.11.2013


Історія розвитку клітинної теорії, її еволюція. Будова та функції оболонки клітини, характеристика оболонки, цитоплазми, ядра. Роль плазматичної мембрани та апарату Гольджі у життєдіяльності клітин. Рибосоми та мітохондрії, їх функції та склад.

реферат, доданий 16.08.2009


Історія досліджень клітини, найбільш відомі роботивсіх часів, написані на цю тему і сучасні знання. Елементарна будова клітини, її основні складові та їх функції. Цитоплазма та її органоїди, призначення комплексу Гольджі та включень.

реферат, доданий 07.10.2009


Будова та функції клітинного ядра. Його форма, склад, будова. Дезоксирибонуклеїнова кислота – носій спадкової інформації. Механізм реплікації ДНК Процес відновлення природної структуриДНК, пошкоджена при її нормальному біосинтезі.

реферат, доданий 07.09.2015


Цитоплазма як обов'язкова частина клітини, укладена між плазматичною мембраною та ядром. Реакція середовища та особливості руху цитоплазми. Значення, функції та структура гіалоплазми. Види та роль одно- та двомембранних органоїдів живої клітини.

Елементарною та функціональною одиницеювсього живого на планеті є клітина. У цій статті Ви докладно дізнаєтеся про її будову, функції органоїдів, а також знайдете відповідь на запитання: «Чим відрізняється будова клітин рослин та тварин?».

Будова клітини

Наука, яка вивчає будову клітини та її функції, називається цитологією. Незважаючи на свої незначні розміри, ці частини організму мають складну структуру. Усередині знаходиться напіврідка речовина, що називається цитоплазмою. Тут проходять всі життєво важливі процеси та розташовуються складові - органоїди. Дізнатися про їх особливості Ви зможете надалі.

Ядро

Найважливішою частиною є ядро. Від цитоплазми його відокремлює оболонка, що складається із двох мембран. Вони є пори, щоб речовини могли потрапляти з ядра в цитоплазму і навпаки. Усередині знаходиться ядерний сік (каріоплазма), в якому розташовується ядерце та хроматин.

Мал. 1. Будова ядра.

Саме ядро ​​керує життєдіяльністю клітини та зберігає генетичну інформацію.

Функціями внутрішнього вмісту ядра є синтез білка і РНК. З них утворюються особливі органели – рибосоми.

Рибосоми

Розташовуються навколо ендоплазматичної мережі, при цьому роблячи її поверхню шорсткою. Іноді рибосоми вільно розташовуються у цитоплазмі. До їх функцій відноситься біосинтез білка.

ТОП-4 статтіякі читають разом з цією

Ендоплазматична мережа

ЕПС може мати шорстку або гладку поверхню. Шорстка поверхня утворюється за рахунок наявності рибосом на ній.

До функцій ЕПС відноситься синтез білка та внутрішнє транспортування речовин. Частина утворених білків, вуглеводів і жирів каналами ендоплазматичної мережі надходить у спеціальні ємності для зберігання. Називаються ці порожнини апаратом Гольджі, представлені у вигляді стосів «цистерн», які відокремлені від цитоплазми мембраною.

Апарат Гольджі

Найчастіше розташовується поблизу ядра. У його функції входить перетворення білка та утворення лізосом. У цьому комплексі зберігаються речовини, які були синтезовані самої клітиною потреб всього організму, і пізніше виведуть із неї.

Лізосоми представлені у вигляді травних ферментів, які укладені за допомогою мембрани у бульбашки та розносяться по цитоплазмі.

Мітохондрії

Ці органоїди покриті подвійною мембраною:

• гладка – зовнішня оболонка;
• кристи - внутрішній шар, що має складки та виступи.

Мал. 2. Будова мітохондрій.

Функціями мітохондрій є дихання та перетворення поживних речовин на енергію. У кристалах знаходиться фермент, який синтезує з поживних речовин молекули АТФ. Ця речовина є універсальним джерелом енергії для різноманітних процесів.

Клітинна стінка відокремлює та захищає внутрішній вміст від зовнішнього середовища. Вона підтримує форму, забезпечує взаємозв'язок коїться з іншими клітинами, забезпечує процес обміну речовин. Складається мембрана з подвійного шару ліпідів, між якими білки.

Порівняльна характеристика

Рослинна і тваринна клітина відрізняються одна від одної своєю будовою, розмірами та формами. А саме:

• клітинна стінка у рослинного організму має щільну будову рахунок наявності целюлози;
• у рослинної клітини є пластиди та вакуолі;
• тваринна клітина має центріолі, які мають значення у процесі поділу;
• зовнішня мембрана тваринного організму гнучка і може набувати різних форм.

Мал. 3. Схема будови рослинної та тваринної клітини.

Підсумувати знання про основні частини клітинного організму допоможе наступна таблиця:

Таблиця «Будова клітина»

Що ми дізналися?

Живий організм складається з клітин, які мають досить складну будову. Зовні вона покрита щільною оболонкою, яка захищає внутрішній вміст від впливу зовнішнього середовища. Усередині знаходиться ядро, що регулює всі процеси і зберігає генетичний код. Навколо ядра розташована цитоплазма з органоїдами, кожен із яких має свої особливості та характеристику.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.3. Усього отримано оцінок: 1227.

БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ КЛІТИНИ

Клітка - елементарна одиниця будови та життєдіяльності всіх організмів (кромевірусів, про які нерідко говорять як про неклітинні форми життя), що володіє власним обміном речовин, здатна до самостійного існування, самовідтворення та розвитку. Всі живі організми або складаються з безлічі клітин (багатоклітинні тварини, рослини і гриби), або є одноклітинними організмами (багато найпростіші і бактерії). Розділбіології, що займається вивченням будови та життєдіяльності клітин, отримав назву цитології. Останнім часом прийнято також говорити про біологію клітини, або клітинної біології.

Зазвичай розміри рослинних та тваринних клітин коливаються в межах від 5 до 20 мкм у поперечнику. Типова бактеріальна клітина значно менша – бл. 2 мкм, а найменша з відомих – 0,2 мкм.

Деякі вільноживучі клітини, наприклад, такі прості, як форамініфери, можуть досягати декількох сантиметрів; вони завжди мають багато ядер. Клітини тонких рослинних волокон досягають завдовжки одного метра, а відростки нервових клітиндосягають у великих тварин за кілька метрів. За такої довжини об'єм цих клітин невеликий, а поверхня дуже велика.

Найбільші клітини - це незапліднені яйця птахів, заповнені жовтком. Найбільше яйце (і, отже, найбільша клітина) належало вимерлому величезному птаху - епіорнісу (Aepyornis). Імовірно, його жовток важив бл. 3,5кг. Найбільше яйце у ​​видів, що нині живуть, належить страусу, його жовток важить ок. 0,5 кг

У свій час клітина розглядалася як більш-менш гомогенна крапелька органічної речовини, яку називали протоплазмою або живою субстанцією. Цей термін застарів після того, як з'ясувалося, що клітина складається з безлічі чітко відокремлених структур, що отримали назву клітинних органел («маленьких органів»).

Першою людиною, яка побачила клітини, був англійський вчений Роберт Гук (відомий нам завдяки закону Гука). У 1665 році, намагаючись зрозуміти, чому пробкове дерево так добре плаває, Гук став розглядати тонкі зрізи пробки за допомогою вдосконаленого іммікроскопа. Він виявив, що пробка розділена на безліч крихітних осередків, що нагадали йому стільники у вуликах медоносних бджіл, і він назвав ці осередки клітинами (англійською cell означає «комірка, клітинка»).

У 1675 році італійський лікарМ. Мальпіги, а 1682 року - англійський ботанікН. Грю підтвердили клітинну будову рослин. Про клітку почали говорити як про «бульбашку, наповнену живильним соком». У 1674 році голландський майстер Антоній ван Левенгук(Anton van Leeuwenhoek, 1632-1723) за допомогою мікроскопа вперше побачив у краплі води «звірятків» - живі організми, що рухаються (інфузорії, амеби, бактерії). Також Левенгук вперше спостерігав тваринні клітини – еритроцити і сперматозоїди. Таким чином, вже до початку XVIII століття вчені знали, що під великим збільшеннямрослини мають пористу будову, і бачили деякі організми, які пізніше отримали назву одноклітинних. У 1802-1808 роках французький дослідник Шарль-Франсуа Мірбель встановив, що всі рослини складаються з тканин, утворених клітинами. Б. Ламарк 1809 року

поширив ідею Мірбеля про клітинну будову та на тваринні організми. У 1825 році чеський учений. Пуркіне відкрив ядро ​​яйцеклітини птахів, а в1839 ввів термін «протоплазма». У 1831 англійський ботанікР. Броун вперше описав ядро ​​рослинної клітини, а 1833 року встановив, що ядро ​​є обов'язковим органоїдом клітини рослини. З того часу головним в організації клітин вважається не мембрана, а вміст.

Методи дослідження клітин

Вперше клітини вдалося побачити тільки після створення світлових мікроскопів, відтоді й досі мікроскопія залишається одним із найважливіших методів дослідження клітин. Світлова (оптична) мікроскопія, незважаючи на свою порівняно невелику роздільну здатність, дозволяла спостерігати за живими клітинами. У ХХ столітті була винайдена електронна мікроскопія, яка дала можливість вивчити ультраструктуру клітин.

У вивченні клітинної форми та структури першим інструментом був світловий мікроскоп. Його роздільна здатність обмежена розмірами, порівнянними з довжиною світлової хвилі (0,4-0,7 мкм для видимого світла). Однак багато елементів клітинної структури значно менші за розмірами.

Інша проблема полягає в тому, що більшість клітинних компонентів прозорі і коефіцієнт заломлення у них майже такий же, як у води. Для покращення видимості часто використовують барвники, що мають різну спорідненість до різних клітинним компонентам. Фарбування застосовують також вивчення хімії клітини. Наприклад, деякі барвники зв'язуються переважно з нуклеїновими кислотами і цим виявляють їх локалізацію в клітині. Невелика частина барвників

- їх називають прижиттєвими - може бути використана для фарбування живих клітин, але зазвичай клітини повинні бути попередньо зафіксовані (за допомогою речовин, що коагулюють білок) і тільки після цього можуть бути пофарбовані.

Перед проведенням дослідження клітини чи шматочки тканини зазвичай заливають у парафін чи пластик і потім ріжуть дуже тонкі зрізи з допомогою микротома . Такий метод широко використовується в клінічних лабораторіяхдля виявлення пухлинних клітин. Крім звичайної світлової мікроскопії, розроблені й інші оптичні методи вивчення клітини: флуоресцентна мікроскопія, фазово-контрастна мікроскопія, спектроскопія та рентгеноструктурний аналіз.

Оптична мікроскопія

В оптичному мікроскопі збільшення об'єкта досягається завдяки серії лінз, якими проходить світло. Максимальне збільшення, якого можна досягти завдяки оптичному мікроскопу, становить близько 1000. Ще однією важливою характеристикою є

дозволу лише близько 200 нм; такий дозвіл було отримано ще наприкінці

ХІХ століття. Таким чином, найменші структури, які можна спостерігати під оптичним мікроскопом, це мітохондрії та бактерії, лінійний розмір яких становить приблизно 500 нм. Однак об'єкти розміром менше 200 нм видно світловому мікроскопітільки тоді, коли вони самі випромінюють світло. Ця особливість використовується в флуоресцентної мікроскопіїколи клітинні структури або окремі білки зв'язуються зі спеціальними флуоресцентними білками або антитілами з флуоресцентними мітками. На якість зображення, отриманого за допомогою оптичного мікроскопа, впливає також контрастність - її можна збільшити, використовуючи різні методизабарвлення клітин. Для вивчення живих клітин використовують фазовоконтрастну, диференціальну інтерференційно-контрастну ітемнопольну мікроскопію. Конфокальні мікроскопи дозволяють поліпшити якість флуоресцентних зображень.

Електронна мікроскопія

У 30-х роках XX століття було сконструйовано електронний мікроскоп, в якому замість світла через об'єкт пропускається пучок електронів. Теоретична межа дозволу для сучасних електронних мікроскопів становить близько 0,002 нм, проте з практичних причин для біологічних об'єктів досягається роздільна здатність лише близько 2 нм. З допомогою електронного мікроскопа можна вивчати ультраструктуру клітин. Розрізняють два основні типи електронної мікроскопії:

скануючу та трансмісійну.

Скануюча (растрова) електронна мікроскопія (РЕМ) використовується для вивчення поверхні об'єкта. Зразки найчастіше покривають тонкою плівкою золота. РЕМ

дозволяє отримувати об'ємні зображення. Трансмісійна (просвічувальна) електронна мікроскопія (ПЕМ) - використовується для вивчення внутрішнього

будови клітини. Пучок електронів пропускається через об'єкт, попередньо оброблений важкими металами, які накопичуються у певних структурах, збільшуючи їх електронну щільність. Електрони розсіюються на ділянках клітини з більшою електронною густиною, внаслідок чого на зображеннях ці області виглядають темнішими.

Фракціонування клітин. Для встановлення функцій окремих компонентів клітини важливо виділити їх у чистому вигляді, найчастіше це робиться за допомогою методу диференціального центрифугування. Розроблено методики, що дозволяють отримати чисті фракції будь-яких клітинних органел. Отримання фракцій починається з руйнування плазмалеми та утворення гомогенату клітин. Гомогенат послідовно центрифугується при різних швидкостях, на першому етапі можна отримати чотири фракції: (1) ядер і великих уламків клітин; у супернатанті залишаться білки та дрібніші молекули. Подальше диференціальне центрифугування кожної із змішаних фракцій дозволяє отримати чисті препарати органел, до яких можна застосовувати різноманітні біохімічні та мікроскопічні методи.

Будова клітин

Усе клітинні формижиття Землі можна розділити на два надцарства виходячи з будови складових їх клітин:

прокаріоти (доядерні) - простіші за будовою;

еукаріоти (ядерні) – складніші. Клітини, що становлять тіло людини, є еукаріотичними.

Попри різноманіття форм, організація клітин всіх живих організмів підпорядкована єдиним структурним принципам.

Прокаріотична клітина

Прокаріоти (отлат. pro - перед, до ігреч. κάρῠον -ядро, горіх) - організми, що не володіють, на відміну від еукаріотів, оформленим клітинним ядром та іншими внутрішніми мембранними органоїдами (за винятком плоских цистерн у фотосинтезуючих видів, наприклад, у. Єдина велика кільцева (у деяких видів - лінійна) дволанцюжкова молекула ДНК, в якій міститься основна частина генетичного матеріалу клітини (так званий нуклеоїд) не утворює комплексу з білками-гістонами (так званого хроматину). До прокаріотів відносяться бактерії, у тому числі ціанобактерії (синьо-зелені водорості), і археї. Основний вміст клітини, що заповнює весь її об'єм, - в'язка зерниста

цитоплазма.

Еукаріотична клітина

Еукаріоти (евкаріоти) (отгреч. ευ - добре, повністю і κάρῠον - ядро, горіх)

Організми, які мають, на відміну від прокаріотів, оформленим клітинним ядром, відмежованим від цитоплазми ядерною оболонкою. Генетичний матеріал укладений у кількох лінійних дволанцюгових молекулах ДНК (залежно від виду організмів їх кількість на ядро ​​може коливатися від двох до декількох сотень), прикріплених зсередини до мембрани клітинного ядра і утворюють у переважній більшості комплекс з білками-гістонами, званий хроматином.

Будова еукаріотичної клітини. Схематичне зображеннятваринної клітини.

Деякі клітини, в основному рослинні та бактеріальні, мають зовнішню клітинну стінку. У вищих рослинвона складається із целюлози. Клітинна стінка відіграє виключно важливу роль: вона є зовнішнім каркасом, захисну оболонку, забезпечує тургор рослинних клітин: через клітинну стінку проходить вода, солі, молекули багатьох органічних речовин. У клітин тварин клітинні стінки, як правило, відсутні.

Під клітинною стінкою рослин розташована плазматична мембранаабо плазмалема. Товщина плазматичної мембрани близько 10 нм, вивчення її будови та функцій можливе лише за допомогою електронного мікроскопа.

Усередині клітина заповнена цитоплазмою, в якій розташовані різні органоїди і клітинні включення, а також генетичний матеріал у вигляді молекули ДНК. Кожен із органоїдів клітини виконує свою особливу функцію, а в сукупності всі вони визначають життєдіяльність клітини в цілому.

Плазматична мембрана забезпечує в першу чергу розмежувальну функцію по відношенню до зовнішньої

клітини середовищі. Вона є подвійний шар молекул (бімолекулярний шар, або бішар). В основному це молекули фосфоліпідів та інших близьких до них речовин. Ліпідні молекули мають подвійну природу, що виявляється в тому, як вони поводяться по відношенню до води. Голови молекул гідрофільні, тобто. мають спорідненість до води, які вуглеводневі хвости гидрофобны. Тому при змішуванні з водою ліпіди утворюють на її поверхні плівку, аналогічну плівці олії; при цьому всі молекули орієнтовані однаково: голови молекул – у воді, а вуглеводневі хвости – над її поверхнею.

У клітинній мембрані два таких шари, і в кожному з них голови молекул звернені назовні, а хвости - всередину мембрани, один до одного, не стикаючись таким чином з водою.

Крім основних ліпідних компонентів, вона містить великі білкові молекули, які здатні «плавати» в ліпідному бішарі і розташовані так, що одна їхня сторона звернена всередину клітини, а інша стикається із зовнішнім середовищем. Деякі білки знаходяться тільки на зовнішній або лише на внутрішній поверхні мембрани або лише частково занурені в ліпідний бішар.

Основна функція клітинної мембрани полягає в регуляції перенесення речовин у клітину та з клітини.

Існує кілька механізмів транспортування речовин через мембрану:

Дифузія - проникнення речовин через мембрану по градієнту концентрації (з області, де їхня концентрація вище, в область, де їхня концентрація нижче). Дифузний транспорт речовин здійснюється за участю білків мембрани, в яких є молекулярні пори (вода, іони) або за участю ліпідної фази (для жиророзчинних речовин).

Полегшена дифузія- спеціальні мембранні білки-переносники вибірково зв'язуються з тим чи іншим іоном, або молекулою та переносять їх через мембрану.

Активний транспорт. Цей механізм пов'язаний із витратами енергії та служить для перенесення речовин проти їх градієнта концентрації. Він здійснюється спеціальними

білками-переносниками, що утворюють так звані іонні насоси. Найбільш вивченим є Nа+/К+-насос у клітинах тварин, що активно викачує іони Nа назовні, поглинаючи при цьому іони К+.

У поєднанні з активним транспортом іонів у клітину через цитоплазматичну мембрану проникають різні цукри, нуклеотиди, амінокислоти.

Така виборча проникність фізіологічно дуже важлива, та її відсутність

– перше свідчення загибелі клітини. Це легко проілюструвати з прикладу буряків. Якщо живий корінь буряків занурити в холодну воду, він зберігає свій пігмент; якщо буряк кип'ятити, то клітини гинуть, стають легко проникними і втрачають пігмент, який і забарвлює воду в червоний колір.

Великі молекули типу білкових клітин може «заковтувати». Під впливом деяких білків, якщо вони присутні в рідині, що оточує клітину, у клітинній мембрані виникає вп'ячування, яке потім змикається, утворюючи бульбашку – невелику вакуоль, що містить воду та білкові молекули; після цього мембрана навколо вакуолі розривається, і вміст потрапляє усередину клітини. Такий процес називається піноцитозом (буквально «пиття клітини»), або ендоцитозом.

Більші частинки, наприклад частинки їжі, можуть поглинатися аналогічним чином під час т.зв. фагоцитозу. Як правило, вакуоля, що утворюється при фагоцитозі, більша, і їжа перетравлюється ферментами лізосом усередині вакуолі до розриву навколишньої мембрани. Такий тип харчування характерний для найпростіших, наприклад, для амеб, що поїдають бактерій.

Екзоцитоз (екзо - назовні), завдяки ньому, клітина виводить внутрішньоклітинні продукти або неперетравлені залишки, укладені у вакуолі, або бульбашки. Пухирець підходить до цитоплазматичної мембрани, зливається з нею, а його вміст виділяється в навколишнє середовище. Так виділяються травні ферменти, гормони, геміцелюлоза та ін.

Структура цитоплазми.

Рідку складову цитоплазми називають цитозолем. Під світловим мікроскопом здавалося, що клітина заповнена чимось на кшталт рідкої плазми чи золя, у якому «плавають» ядро ​​та інші органоїди. Насправді, це не так. Внутрішній простір еукаріотичної клітини суворо упорядкований. Пересування органоїдів координується за допомогою спеціалізованих транспортних систем, так званих мікротрубочок, що служать внутрішньоклітинними «дорогами», і спеціальних білків динеїнів і кінезинів, що грають роль «двигунів». Окремі білкові молекули також недифундують вільно по всьому внутрішньоклітинному просторі, а направляються в необхідні компартменти за допомогою спеціальних сигналів на їх поверхні, відомих транспортними системами клітини.

Ендоплазматичний ретикулум

В еукаріотичній клітині існує система перехідних один в одного мембранних відсіків (трубок та цистерн),

яка називається ендоплазматичним ретикулумом(або ендоплазматична мережа, ЕПР або ЕПС). Ту частину ЕПР, до мембран якого прикріплені рибосоми, відносять до гранулярного (або шорсткого) ендоплазматичного

ретикулуму, з його мембранах відбувається синтез білків. Ті компартменти, на стінках яких немає рибосом, відносять до гладкого ЕПР, що бере участь у синтезеліпідів. Внутрішні простори гладкого та гранулярного ЕПР не ізольовані, а переходять один в одного і повідомляються з просвітом ядерної оболонки. Канальці відкриваються і поверхні клітини, і эндоплазматический ретикулум, таким чином, грає роль апарату, через який зовнішнє середовище може безпосередньо взаємодіяти з усім вмістом клітини.

Крихітні тільця, звані рибосомами, покривають поверхню шорсткого ендоплазматичного ретикулуму, особливо поблизу ядра. Діаметр рибосом близько 15 нм. Кожна рибосома складається з двох неоднакових за розмірами частинок, малої та великої. Їх основна функція – синтез білків; до їх поверхні прикріплюються матрична (інформаційна) РНК та амінокислоти, пов'язані з транспортними РНК. Синтезовані білки спочатку накопичуються в каналах та порожнинах ендоплазматичної мережі, а потім транспортуються до органоїдів та ділянок клітини, де вони споживаються.

Апарат Гольджі

Апарат Гольджі (комплекс Гольджі)

є стопкою плоских мембранних мішечків, кілька розширених ближче до країв. У цистернах апарату Гольджі дозрівають деякі білки, синтезовані на мембранах гранулярного ЕПР і призначені для секреції або утвореннялізосом. Апарат Гольджі асиметричний - цистерни розташовані ближче до ядра клітини (цис-Гольджі) містять найменш зрілі білки, до цих цистерн безперервно приєднуються мембранні бульбашки-везикули, що відбруньковуються від ендоплазматичного ретикулуму. Очевидно, за допомогою таких самих бульбашок відбувається подальше переміщення білків, що дозрівають, від однієї цистерни до іншої. Зрештою від протилежного кінця органели

(Транс-Гольджі) відбруньковуються бульбашки, що містять повністю зрілі білки.

Лізосоми

Лізосоми (грец. «лізео» - розчиняю, «сома» - тіло) є невеликими округлими тільцями. Ці мембранні органоїди клітини мають овальну формуі діаметр 0,5 мкм Вони відгалужуються від апарату Гольджі і, можливо, від ендоплазматичного ретикулуму. Лізосоми містять різноманітні ферменти, які розщеплюють великі молекули: білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти. Через свою руйнівну дію ці ферменти ніби «замкнені» в лізосомах і вивільняються тільки при необхідності. Але якщо лізосома

ушкоджується від будь-яких зовнішніх впливів, то руйнується вся клітина або її частина.

При внутрішньоклітинному травленні ферменти виділяються з лізосом у травні вакуолі.

При голодуванні клітини лізосоми перетравлюють деякі органоїди, не вбиваючи клітини. Таке часткове перетравлення забезпечує клітині на якийсь час необхідний мінімум поживних речовин.

Маючи здатність до активного перетравлення харчових речовин, лізосоми беруть участь у видаленні відмираючих у процесі життєдіяльності частин клітин, цілих клітин та органів. Наприклад, зникнення хвоста у пуголовка жаб відбувається під дією ферментів лізосом. даному випадкуце нормально та корисно для організму, але іноді таке руйнування клітин носить патологічний характер. Наприклад, при вдиханні азбестового пилу вона може проникнути в клітини легень, і тоді відбувається розрив лізосом, руйнування клітин та розвивається легеневе захворювання.

Інформаційним центром клітини, місцем зберігання та відтворення спадкової інформації, яка визначає всі ознаки даної клітини та організму в цілому, є ядро ​​. Видалення ядра із клітини, як правило, веде до її швидкої загибелі. Форма та розміри ядра клітини дуже мінливі залежать від виду організму, а також від типу, віку та функціонального стануклітини. Загальний план

будови ядра однаковий у всіх клітин еукаріотів. Клітинне ядро ​​складається з ядерної оболонки, ядерного матриксу (нуклеоплазми), хроматину і ядрішка (одного або кількох). Від цитоплазми вміст ядра відокремлено подвійною мембраною або так званою ядерною оболонкою. Зовнішня мембрана у деяких місцях переходить у канали ендоплазматичного ретикулуму; до неї прикріплені рибосоми. Клітинне ядро ​​містить молекули ДНК, на яких записана генетична інформація організму. . Цим визначається провідна роль клітинного ядра у спадковості. У ядрі відбувається реплікація - подвоєння молекул ДНК, і навіть транскрипція- синтез молекул РНК на матриці ДНК. Збір карибосом також відбувається в ядрі, в спеціальних утвореннях, званих ядерцями . Ядерна оболонка пронизана безліччю пір, діаметр яких близько 90 нм. Завдяки наявності пір, що забезпечують вибіркову проникність, ядерна оболонка контролює обмін речовин між ядром та цитоплазмою.

фібрилярні структури, розташовані в цитоплазмі клітини: мікротрубочки, актинові та проміжні філаменти. Мікротрубочки беруть участь у транспорті органел, входять до складу жгутиків, з мікротрубочок будується мітотичний веретено поділу. Актинові філаменти необхідні підтримки

форми клітини, псевдоподіальні реакції. Роль проміжних філаментів, мабуть, також полягає у підтримці структури клітини. Білки цитоскелета становлять кілька десятків відсотків від маси клітинного білка.

Центріолі

Центріолі є циліндричні білкові структури, розташовані поблизу ядра клітин тварин (у рослин центріолей немає, за винятком нижчих водоростей). Центріоль являє собою циліндр, бічна поверхняякого утворена дев'ятьма наборами мікротрубочок. Кількість мікротрубочок у наборі може

коливатись для різних організмів від 1 до 3.

Навколо центріолей знаходиться так званий центр організації цитоскелета, район у якому групуються мінус кінці мікротрубочок клітини.

Перед поділом клітина містить дві центріолі, розташовані під прямим кутом один до одного. У ході мітозу вони розходяться до різних кінців клітини, формуючи полюсаверетена поділу. Післяцитокінезу кожна дочірня клітина отримує по одній центріолі, яка подвоюється до наступного поділу. Подвоєння центріолей відбувається не розподілом, а шляхом синтезу нової структури, перпендикулярна існуючій.

Мітохондрії

Мітохондрії - особливі органели клітини, основною функцією яких є синтезАТФ - Універсального носія енергії. У мітохондріях протікає окислення органічних речовин, пов'язане із синтезом

аденозинтрифосфату (АТФ). Розпад АТФ з утворенням аденозиндифосфату (АДФ) супроводжується виділенням енергії, яка витрачається на різні процеси життєдіяльності, наприклад на синтез білків та нуклеїнових кислот, транспорт речовин усередину клітини та з неї, передачу нервових імпульсів або м'язове скорочення.

Мітохондрії, таким чином, є енергетичними станціями, що переробляють «паливо» – жири та вуглеводи – у таку форму енергії, яка може бути використана клітиною, а отже, і організмом загалом.

Клітина складається з поверхневого апарату, цитоплазми, ядра.

Поверхневий апарат має мембрану, надмембранний комплекс, субмембранний комплекс.

Відповідно до рідинно-мозаїчної моделі мембранаскладається з подвійного шарумолекул ліпідів,у який вбудовані молекули білків.

Надмембранний комплекс - глікоколікс містить вуглеводи та білки.

Субмембранний комплекс представлений мікрофібрилами та мікротрубочками.

У цитоплазмі виділяють: гіалоплазму, органели загального призначення, органели спеціального призначення, включення.

Гіалоплазмаявляє собою колоїдний розчиніз ферментними системами.

Органели- життєво важливі частини клітки. Вони постійно присутні у клітині, мають певну будову та виконують певні функції.

Органели загального призначення: ендоплазматична мережа: гладка, шорстка; комплекс Гольджі, мітохондрії, рибосоми, лізосоми (первинні, вторинні), клітинний центр, пластиди (хлоропласти, хромопласти, лейкопласти);

Органели спеціального призначення: джгутики, вії, міофібрили, нейрофібрили; включення(Непостійні компоненти клітини): запасні, секреторні, специфічні.

Ядроскладається з оболонки, ядерця, каріоплазми, хроматинових структур.

Мал. 4.Будова тваринної клітини та її компоненти.

Табл. 1.Будова та функції еукаріотичної клітини

Продовження табл. 1

Продовження табл. 1

Продовження табл. 1

Продовження табл. 1

Продовження табл. 1

Продовження табл. 1

Продовження табл. 1

Продовження табл. 1

Запитання для самоконтролю

1. Що таке клітина?

2. Що таке органели клітини?

3. Що таке включення?

4. З яких складових частинскладається клітина?

5. Із чого складається поверхневий апарат клітини?

6. Яку будову має мембрана клітини?

7. Що входить до складу цитоплазми?

8. Які органели загального призначення присутні у рослинній та тваринній клітині?