Εργασίες στην κυτταρολογία στις εξετάσεις στη βιολογία. Παραδείγματα εργασιών για ανεξάρτητη λύση. Η κυτταρική διαίρεση είναι η βάση για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των οργανισμών. Ο ρόλος της μίτωσης και της μείωσης

D. A. Solovkov, υποψήφιος βιολογικών επιστημών

Αυτή η επιλογή εργασιών περιέχει όλους τους κύριους τύπους εργασιών στην κυτταρολογία που βρίσκονται στη ΧΡΗΣΗ και προορίζεται κυρίως για την αυτοπροετοιμασία του αιτούντος για την επίλυση της εργασίας C5 στην εξέταση. Για ευκολία, οι εργασίες ομαδοποιούνται σύμφωνα με τις κύριες ενότητες και τα θέματα που περιλαμβάνονται στο πρόγραμμα βιολογίας (ενότητα "Κυτταρολογία"). Στο τέλος υπάρχουν απαντήσεις για αυτοέλεγχο.

Παραδείγματα εργασιών πρώτου τύπου

Παραδείγματα εργασιών του δεύτερου τύπου

Παραδείγματα εργασιών τρίτου τύπου

1. Ένα θραύσμα ενός από τους κλώνους του DNA έχει την ακόλουθη δομή: AAGCGTGTCTCAG. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα γενετικός κώδικας).
2. Ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: CCATATCCGGAT. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
3. Ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: AGTTTCTGGCAA. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
4. Ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: GATTACCTAGTT. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
5. Ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: CTATCCGCTGTC. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
6. Ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: AAGCTACAGACCC. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
7. Ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: GGTGCCCGGAAAG. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
8. Ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: CCCGTAAATTCG. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).

Παραδείγματα εργασιών τέταρτου τύπου

1. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: GAUGAGUATSUUTCAAA. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
2. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: TSGAGGUAUUUUCCUGG. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
3. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: UGUUCAAUAGGAAGG. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
4. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: CCGCAACACGCGAGC. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
5. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: ACAGUGGCCAACCCU. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
6. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: GATSAGATSUCAAGUTSU. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
7. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: UGCATSUGAACGCGUA. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
8. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: GCAGGCCCAGUUUAUAU. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
9. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).

Παραδείγματα εργασιών πέμπτου τύπου

1. Το θραύσμα DNA έχει την ακόλουθη νουκλεοτιδική αλληλουχία TATGGGCTATTG. Προσδιορίστε την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του t-RNA που συντίθεται αυτό το κομμάτικαι το αμινοξύ που θα φέρει αυτό το tRNA εάν η τρίτη τριάδα ταιριάζει με το αντικωδικόνιο tRNA. Για να λύσετε το πρόβλημα, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα.
2. Το θραύσμα DNA έχει την ακόλουθη νουκλεοτιδική αλληλουχία CAAGATTTTGTT. Ρυθμίστε την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του t-RNA που συντίθεται σε αυτό το θραύσμα και το αμινοξύ που θα φέρει αυτό το t-RNA εάν η τρίτη τριάδα αντιστοιχεί στο αντικωδικόνιο t-RNA. Για να λύσετε το πρόβλημα, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα.
3. Το θραύσμα DNA έχει την ακόλουθη νουκλεοτιδική αλληλουχία GCCAAATCCTG. Ρυθμίστε την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του t-RNA που συντίθεται σε αυτό το θραύσμα και το αμινοξύ που θα φέρει αυτό το t-RNA εάν η τρίτη τριάδα αντιστοιχεί στο αντικωδικόνιο t-RNA. Για να λύσετε το πρόβλημα, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα.
4. Το θραύσμα DNA έχει την ακόλουθη νουκλεοτιδική αλληλουχία TGTCCATCAAAC. Ρυθμίστε την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του t-RNA που συντίθεται σε αυτό το θραύσμα και το αμινοξύ που θα φέρει αυτό το t-RNA εάν η τρίτη τριάδα αντιστοιχεί στο αντικωδικόνιο t-RNA. Για να λύσετε το πρόβλημα, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα.
5. Το θραύσμα DNA έχει την ακόλουθη νουκλεοτιδική αλληλουχία CATGAAAATGAT. Ρυθμίστε την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του t-RNA που συντίθεται σε αυτό το θραύσμα και το αμινοξύ που θα φέρει αυτό το t-RNA εάν η τρίτη τριάδα αντιστοιχεί στο αντικωδικόνιο t-RNA. Για να λύσετε το πρόβλημα, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα.

Παραδείγματα εργασιών έκτου τύπου

Παραδείγματα εργασιών του έβδομου τύπου

Παράρτημα I Γενετικός κώδικας (i-RNA)

Πρώτο Ίδρυμα	Δεύτερη βάση				Τρίτο έδαφος
	Στο	ντο	ΑΛΛΑ	σολ
Στο	στεγνωτήρας μαλλιών	Ser	Tyr	cis	Στο
	στεγνωτήρας μαλλιών	Ser	Tyr	cis	ντο
	Στέφανος ανθέων	Ser	-	-	ΑΛΛΑ
	Στέφανος ανθέων	Ser	-	Τρία	σολ
ντο	Στέφανος ανθέων	Pro	gis	Arg	Στο
	Στέφανος ανθέων	Pro	gis	Arg	ντο
	Στέφανος ανθέων	Pro	Gln	Arg	ΑΛΛΑ
	Στέφανος ανθέων	Pro	Gln	Arg	σολ
ΑΛΛΑ	ile	Tre	Asn	Ser	Στο
	ile	Tre	Asn	Ser	ντο
	ile	Tre	Liz	Arg	ΑΛΛΑ
	Συνάντησε	Tre	Liz	Arg	σολ
σολ	Αξονας	Ala	Ασπίδα	gli	Στο
	Αξονας	Ala	Ασπίδα	gli	ντο
	Αξονας	Ala	Glu	gli	ΑΛΛΑ
	Αξονας	Ala	Glu	gli	σολ

Απαντήσεις

1. Α=. G=C=.
2. Α=. G=C=.
3. C=. Α=Τ=.
4. C=. Α=Τ=.
5. G=. Α=Τ=.
6. G=. Α=Τ=.
7. αμινοξέα, τριπλέτες, νουκλεοτίδια.
8. αμινοξέα, τριπλέτες, νουκλεοτίδια.
9. τρίδυμα, αμινοξύ, μόριο tRNA.
10. τριπλέτα, αμινοξέα, μόρια t-RNA.
11. τριπλέτες, αμινοξέα, μόρια t-RNA.
12. i-RNA: UUC-HCA-CGA-GUC. Αλληλουχία αμινοξέων: fen-ala-arg-val.
13. i-RNA: GGU-AUA-GGC-CUA. Αλληλουχία αμινοξέων: gly-ile-gly-ley.
14. i-RNA: UCA-AAG-CCG-GUU. Αλληλουχία αμινοξέων: ser-lys-pro-val.
15. i-RNA: CUA-AUG-GAU-CAA. Αλληλουχία αμινοξέων: leu-met-asp-gln.
16. i-RNA: GAU-AGG-CGA-CAG. Αλληλουχία αμινοξέων: asp-arg-arg-gl.
17. i-RNA: UUTs-GAU-GUTS-UGG. Αλληλουχία αμινοξέων: phen-asp-val-tree.
18. i-RNA: CCA-CHG-CCU-UUC. Αλληλουχία αμινοξέων: προ-αργ-προ-φαίνη.
19. i-RNA: GGG-CAU-UUA-AGC. Αλληλουχία αμινοξέων: gly-gis-leu-ser.
20. Θραύσμα DNA: CTACTCATGAAGTTT. Αντικωδικόνια tRNA: CUA, CUC, AUG, AAG, UUU. Αλληλουχία αμινοξέων: asp-glu-thyr-phen-lys.
21. Θραύσμα DNA: GCTCATAAGGGACC. Αντικωδικόνια t-RNA: HCC, CCA, UAA, GGG, ACC. Αλληλουχία αμινοξέων: arg-gly-ile-pro-tri.
22. Θραύσμα DNA: ACAAGTTATTCTTTC. Αντικωδικόνια t-RNA: ACA, AGU, UAU, CCU, UCC. Αλληλουχία αμινοξέων: cis-ser-ile-gly-arg.
23. Θραύσμα DNA: GGCGTTGTGTCGCTCG. Αντικωδικόνια tRNA: HGC, GUU, GUG, CHC, UCG. Αλληλουχία αμινοξέων: pro-gln-gis-ala-ser.
24. Θραύσμα DNA: TGTTCACCGGTTGGGA. Αντικωδικόνια tRNA: UGU, CAC, CHG, UUG, GGA. Αλληλουχία αμινοξέων: tre-val-ala-asn-pro.
25. Θραύσμα DNA: CTGTCTGAGTTCAGA. Αντικωδικόνια tRNA: CUG, UCU, GAG, UUC, AGA. Αλληλουχία αμινοξέων: asp-arg-ley-lys-ser.
26. Θραύσμα DNA: ACGTGACTTGCGCAT. Αντικωδικόνια t-RNA: ACH, UGA, CUU, GCH, CAU. Αλληλουχία αμινοξέων: cis-tre-glu-arg-val.
27. Θραύσμα DNA: CGTTCGGTCAAATA. Αντικωδικόνια t-RNA: CGU, CCG, HUC, AAU, AUA. Αλληλουχία αμινοξέων: ala-gly-gln-ley-tyr.
28. Θραύσμα DNA: CGATTACAAGAAATG. Αντικωδικόνια tRNA: CGA, UUA, CAA, GAA, AUG. Αλληλουχία αμινοξέων: ala-asn-val-ley-tir.
29. t-RNA: AUA-CCC-GAU-AAC. Αντικωδικόνιο GAU, κωδικόνιο i-RNA - CUA, φορητό αμινοξύ - leu.
30. t-RNA: GUU-CUA-AAA-CAA. Αντικωδικόνιο ΑΑΑ, κωδικόνιο mRNA - UUU, φερόμενο αμινοξύ - φαινίδιο.
31. t-RNA: CHG-UUU-AGG-ACU. Αντικωδικόνιο AGG, κωδικόνιο i-RNA - UCC, φορητό αμινοξύ - ser.
32. t-RNA: ACA-GGU-AGU-UUG. Αντικωδικόνιο AGU, κωδικόνιο mRNA - UCA, μεταφερόμενο αμινοξύ - ser.
33. t-RNA: GUA-CUU-UUA-CUA. Αντικωδικόνιο UUA, κωδικόνιο i-RNA - AAU, φορητό αμινοξύ - asn.
34. . Γενετικό σύνολο:
35. . Γενετικό σύνολο:
36. . Γενετικό σύνολο:
37. . Γενετικό σύνολο:
38. . Γενετικό σύνολο:
39. . Γενετικό σύνολο:
40. . Γενετικό σύνολο:
41. . Γενετικό σύνολο:
42. Δεδομένου ότι τα μόρια PVC και ATP σχηματίζονται από ένα μόριο γλυκόζης, επομένως, συντίθεται το ATP. Μετά το ενεργειακό στάδιο της αφομοίωσης, σχηματίζονται μόρια ATP (κατά τη διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης), επομένως, συντίθεται το ATP. Το συνολικό αποτέλεσμα της αφομοίωσης είναι ίσο με το ATP.
43. Δεδομένου ότι τα μόρια PVC και ATP σχηματίζονται από ένα μόριο γλυκόζης, επομένως, συντίθεται το ATP. Μετά το ενεργειακό στάδιο της αφομοίωσης, σχηματίζονται μόρια ATP (κατά τη διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης), επομένως, συντίθεται το ATP. Το συνολικό αποτέλεσμα της αφομοίωσης είναι ίσο με το ATP.
44. Δεδομένου ότι τα μόρια PVC και ATP σχηματίζονται από ένα μόριο γλυκόζης, επομένως, συντίθεται το ATP. Μετά το ενεργειακό στάδιο της αφομοίωσης, σχηματίζονται μόρια ATP (κατά τη διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης), επομένως, συντίθεται το ATP. Το συνολικό αποτέλεσμα της αφομοίωσης είναι ίσο με το ATP.
45. Τα μόρια PVC εισήλθαν στον κύκλο του Krebs, επομένως, τα μόρια της γλυκόζης κατέρρευσαν. Η ποσότητα του ATP μετά τη γλυκόλυση - μόρια, μετά το ενεργειακό στάδιο - μόρια, η συνολική επίδραση της αφομοίωσης των μορίων ATP.
46. Τα μόρια PVC εισήλθαν στον κύκλο του Krebs, επομένως, τα μόρια της γλυκόζης διαλύθηκαν. Η ποσότητα του ATP μετά τη γλυκόλυση - μόρια, μετά το ενεργειακό στάδιο - μόρια, η συνολική επίδραση της αφομοίωσης των μορίων ATP.
47. Τα μόρια PVC εισήλθαν στον κύκλο του Krebs, επομένως, τα μόρια της γλυκόζης διαλύθηκαν. Η ποσότητα του ATP μετά τη γλυκόλυση - μόρια, μετά το ενεργειακό στάδιο - μόρια, η συνολική επίδραση της αφομοίωσης των μορίων ATP.
48. Τα μόρια PVC εισήλθαν στον κύκλο του Krebs, επομένως, τα μόρια της γλυκόζης διαλύθηκαν. Η ποσότητα του ATP μετά τη γλυκόλυση - μόρια, μετά το ενεργειακό στάδιο - μόρια, η συνολική επίδραση της αφομοίωσης των μορίων ATP.

ΕΠΙΛΥΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΟΛΟΓΙΑ

Διδακτικό βοήθημα

Νέο Αδελάκοβο 2014

Συντάκτης: καθηγητής βιολογίας Λ.Ι. Ντενίσοβα

Επίλυση προβλημάτων στην κυτταρολογία. Για μαθητές των τάξεων 9-11 / γυμνάσιο GBOU v. Novoe Adelakovo "; συνθ. L.I.Denisova. – Νέο Αδελάκοβο, 2014.

Το εκπαιδευτικό βοήθημα έχει συνταχθεί για να χρησιμοποιηθεί από καθηγητές βιολογίας και μαθητές κατά την προετοιμασία τελική πιστοποίηση, καθώς και στις Ολυμπιάδες στη βιολογία. Το εγχειρίδιο περιέχει σύντομο θεωρητικό υλικό για κάθε είδος προβλήματος και παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων. Σχεδιασμένο για μαθητές των τάξεων 9-11 των εκπαιδευτικών ιδρυμάτων και καθηγητές βιολογίας.

Εισαγωγή……………………………………………………………..

2.1 Καθήκοντα σχετίζεται με τον προσδιορισμό του ποσοστού των νουκλεοτιδίων στο DNA

2.2. R

2.3. Εργασίες για την κατασκευή ενός μορίου i-RNA, αντικωδικονίων t-RNA και αλληλουχιών αμινοξέων σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα. Δουλειά

Βιβλιογραφία.

Εισαγωγή.

Η επίλυση προβλημάτων στην κυτταρολογία περιλαμβάνεται στο KIM στη βιολογία στην Ενιαία Κρατική Εξέταση (39 εργασία). Η ολοκλήρωση αυτής της εργασίας παρέχει λεπτομερή απάντηση και στοχεύει στη δοκιμή δεξιοτήτων.

• εφαρμόζουν τη γνώση σε μια νέα κατάσταση·
• να δημιουργήσουν αιτιακές σχέσεις.
• αναλύει, συστηματοποιεί και ενσωματώνει τη γνώση·
• συνοψίζουν και διατυπώνουν συμπεράσματα.

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης των αποτελεσμάτων του USE στη βιολογία, τα ακόλουθα είναι μεταξύ των κακώς διαμορφωμένων γνώσεων και δεξιοτήτων των συμμετεχόντων στην εξέταση:

1. Προσδιορισμός του συνόλου των χρωμοσωμάτων των κυττάρων στους κύκλους ανάπτυξης των φυτών.
2. προσδιορισμός του αριθμού των χρωμοσωμάτων και του DNA σε κύτταρα σε διαφορετικές φάσεις μίτωσης και μείωσης.
3. εξήγηση και αιτιολόγηση του αποτελέσματος.

Όταν σπουδάζει βιολογία βασικό επίπεδο, δεν υπάρχει αρκετός χρόνος για πρακτική ανάπτυξη επίλυσης προβλημάτων στην κυτταρολογία. Αφού περάσετε από τα σχετικά θέματα, χωρίς συνεχή επανάληψη της πρακτικής εξέλιξης της επίλυσης προβλημάτων, οι δεξιότητες ξεχνιούνται γρήγορα. Οι μαθητές μπορούν να έχουν αυτό το εγχειρίδιο πάντα στη διάθεσή τους για να θυμούνται την πορεία επίλυσης τυπικών προβλημάτων. Ειδικά στις αγροτικές περιοχές, δεν έχουν όλοι δωρεάν πρόσβαση σε πόρους του Διαδικτύου.

Οι εργασίες στην κυτταρολογία που βρίσκονται στην εξέταση μπορούν να χωριστούν σε διάφορους κύριους τύπους. Αυτός ο οδηγός προσφέρει λύσεις σε προβλήματα ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙκαι δίνονται παραδείγματα για ανεξάρτητη εργασία. Το παράρτημα περιέχει έναν πίνακα με τον γενετικό κώδικα που χρησιμοποιείται στο διάλυμα.

Δεδομένος διδακτικό βοήθημαπου συντάχθηκε για να βοηθήσει τους καθηγητές βιολογίας που σπουδάζουν στις τάξεις 9-11 των σχολείων της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης.

1.1 Βασικά σημεία που πρέπει να θυμάστε κατά την επίλυση προβλημάτων στην κυτταρολογία.

1. Κάθε αμινοξύ παρέχεται στα ριβοσώματα ενός tRNA, επομένως,ο αριθμός των αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων tRNAεμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών?
2. κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από τρία νουκλεοτίδια (μία τριάδα ή κωδικόνιο), επομένως ο αριθμός των κωδικοποιών νουκλεοτιδίων είναι πάντα τρεις φορές μεγαλύτερος, καιο αριθμός των τριπλών (κωδικόνια) είναι ίσος με τον αριθμό των αμινοξέων στην πρωτεΐνη;
3. κάθε tRNA έχει ένα αντικωδικόνιο που είναι συμπληρωματικό σε ένα κωδικόνιο mRNA, άρααριθμός αντικωδικονίων, και άρα γενικάμόρια tRNA ίσο με τον αριθμό των κωδικονίων mRNA.
4. Το mRNA είναι συμπληρωματικό σε έναν από τους κλώνους του DNA, άραο αριθμός των νουκλεοτιδίων mRNA είναι ίσος με τον αριθμό των νουκλεοτιδίων του DNA. Ο αριθμός των τριδύμων, φυσικά, θα είναι επίσης ίδιος.

Κατά την επίλυση ορισμένων προβλημάτων σε αυτήν την ενότητα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε τον πίνακα του γενετικού κώδικα. Οι κανόνες για τη χρήση του πίνακα υποδεικνύονται συνήθως στην εργασία, αλλά είναι καλύτερο να το μάθετε εκ των προτέρων. Για να προσδιορίσετε το αμινοξύ που κωδικοποιείται από μια συγκεκριμένη τριπλέτα, πρέπει να εκτελέσετε τα ακόλουθα βήματα:

1. το πρώτο νουκλεοτίδιο της τριάδας βρίσκεται στην αριστερή κάθετη σειρά,
2. το δεύτερο - στην άνω οριζόντια,
3. το τρίτο βρίσκεται στη δεξιά κάθετη σειρά.
4. το αμινοξύ που αντιστοιχεί στην τριάδα βρίσκεται στο σημείο τομής των νοητών γραμμών, που προέρχονται από νουκλεοτίδια.

1.2. Γραπτή διατύπωση επίλυσης προβλημάτων.

Απάντηση:

Ένα σημαντικό σημείο στην επίλυση εργασιών είναι η εξήγηση των ενεργειών που εκτελούνται, ειδικά εάν η εργασία λέει το εξής: "Εξηγήστε την απάντηση". Η παρουσία επεξηγήσεων επιτρέπει στον επαληθευτή να συμπεράνει ότι ο μαθητής κατανοεί το θέμα και η απουσία τους μπορεί να οδηγήσει στην απώλεια μιας πολύ σημαντικής βαθμολογίας. Η εργασία 39 υπολογίζεται σε τρεις βαθμούς, οι οποίοι απονέμονται σε περίπτωση απολύτως σωστής λύσης. Επομένως, ξεκινώντας την εργασία, πρώτα απ 'όλα, είναι απαραίτητο να προσδιορίσετε όλες τις ερωτήσεις. Ο αριθμός των απαντήσεων πρέπει να ταιριάζει.

Κεφάλαιο 2. Τύποι εργασιών στην κυτταρολογία.

2.1 Καθήκοντα σχετίζεται με τον προσδιορισμό του ποσοστού των νουκλεοτιδίων στο DNA

Ακόμη και πριν από την ανακάλυψη των Watson και Crick, το 1950, ο Αυστραλός βιοχημικός Edwin Chargaff διαπίστωσε ότιότι στο DNA οποιουδήποτε οργανισμού ο αριθμός των αδενυλ νουκλεοτιδίων είναι ίσος με τον αριθμό του θυμιδυλίου και ο αριθμός των νουκλεοτιδίων γουανυλίου είναι ίσος με τον αριθμό των νουκλεοτιδίων κυτοσυλίου (A=T, G=C) ή ο συνολικός αριθμός πουρίνης αζωτούχες βάσεις ισούται με τον συνολικό αριθμό των αζωτούχων βάσεων πυριμιδίνης (A+G=C+T).Αυτά τα μοτίβα ονομάζονται «κανόνες του Chargaff».

Το γεγονός είναι ότι όταν σχηματίζεται μια διπλή έλικα, η αζωτούχα βάση της αδενίνης σε μια αλυσίδα είναι πάντα αντίθετη από την αζωτούχα βάση της αδενίνης στην άλλη αλυσίδα, και απέναντι από τη γουανίνη είναι η κυτοσίνη, δηλαδή οι αλυσίδες DNA φαίνεται να αλληλοσυμπληρώνονται. Και αυτά τα ζευγαρωμένα νουκλεοτίδια είναι συμπληρωματικά μεταξύ τους (από το λατινικό συμπλήρωμα - προσθήκη).

Γιατί ακολουθείται αυτή η αρχή; Για να απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα, πρέπει να θυμηθούμε τη χημική φύση των αζωτούχων ετεροκυκλικών βάσεων. Η αδενίνη και η γουανίνη ανήκουν στις πουρίνες και η κυτοσίνη και η θυμίνη ανήκουν στις πυριμιδίνες, δηλαδή δεν έχουν δημιουργηθεί δεσμοί μεταξύ αζωτούχων βάσεων της ίδιας φύσης. Επιπλέον, οι συμπληρωματικές βάσεις αντιστοιχούν γεωμετρικά μεταξύ τους, δηλ. σε μέγεθος και σχήμα. Έτσι, η συμπληρωματικότητα των νουκλεοτιδίων είναι η χημική και γεωμετρική αντιστοιχία των δομών των μορίων τους μεταξύ τους.

Οι αζωτούχες βάσεις περιέχουν έντονα ηλεκτραρνητικά άτομα οξυγόνου και αζώτου, τα οποία φέρουν ένα μερικό αρνητικό φορτίο, καθώς και άτομα υδρογόνου, στα οποία προκύπτει ένα μερικό θετικό φορτίο. Λόγω αυτών των μερικών φορτίων, δημιουργούνται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των αζωτούχων βάσεων των αντιπαράλληλων αλληλουχιών του μορίου DNA.

Μια εργασία. Σε ένα μόριο DNA, υπάρχει το 23% των αδενυλ νουκλεοτιδίων του συνολικού αριθμού των νουκλεοτιδίων. Προσδιορίστε την ποσότητα νουκλεοτιδίων θυμιδυλίου και κυτοσυλίου.

Απάντηση: T=23%; C=27%

Μια εργασία Δίνεται μόριο DNA με σχετικό μοριακό βάρος 69 χιλιάδες, εκ των οποίων τα 8625 είναι νουκλεοτίδια αδενυλίου. Το σχετικό μοριακό βάρος ενός νουκλεοτιδίου είναι κατά μέσο όρο 345. Πόσα νουκλεοτίδια υπάρχουν ξεχωριστά σε αυτό το DNA; Ποιο είναι το μήκος του μορίου του;

Δεδομένος: M(r) DNA - 69000 Ποσότητα Α - 8625 Μ(r) νουκλεοτίδιο - 345 Καθορίζω: Αριθμός νουκλεοτιδίων σε DNA

Λύση : 1. Προσδιορίστε πόσα νουκλεοτίδια αδενυλίου υπάρχουν σε ένα δεδομένο μόριο DNA: 8625: 345 = 25. 2. Σύμφωνα με τον κανόνα Chargaff, A=G, δηλ. σε αυτό το μόριο DNA Α=Τ=25. 3. Προσδιορίστε πόσο από το συνολικό μοριακό βάρος αυτού του DNA είναι το μερίδιο των νουκλεοτιδίων γουανυλίου: 69.000 - (8625x2) = 51.750. 4. Προσδιορίστε τον συνολικό αριθμό των νουκλεοτιδίων γουανυλίου και κυτοσυλίου σε αυτό το DNA: 51 750:345=150. 5. Προσδιορίστε την περιεκτικότητα σε νουκλεοτίδια γουανυλίου και κυτοσυλίου χωριστά: 150:2 = 75; 6. Προσδιορίστε το μήκος αυτού του μορίου DNA: (25 + 75) x 0,34 = 34 nm.

Απάντηση : A=T=25; G=C=75; 34 nm.

2.2. R υπολογιστικές εργασίες αφιερωμένες στον προσδιορισμό του αριθμού των αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη, καθώς και του αριθμού των νουκλεοτιδίων και των τριπλών στο DNA ή το RNA.

• Τα αμινοξέα που απαιτούνται για την πρωτεϊνική σύνθεση παραδίδονται στα ριβοσώματα μέσω tRNA. Κάθε μόριο tRNA φέρει μόνο ένα αμινοξύ.
• Οι πληροφορίες σχετικά με την πρωτογενή δομή ενός μορίου πρωτεΐνης είναι κρυπτογραφημένες στο μόριο DNA.
• Κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από μια αλληλουχία τριών νουκλεοτιδίων. Αυτή η ακολουθία ονομάζεται τριπλέτα ή κωδικόνιο.

Μια εργασία: Στη μετάφραση συμμετείχαν 30 μόρια t-RNA. Προσδιορίστε τον αριθμό των αμινοξέων που συνθέτουν την πρωτεΐνη που προκύπτει, καθώς και τον αριθμό των τριδύμων και των νουκλεοτιδίων στο γονίδιο που κωδικοποιεί αυτήν την πρωτεΐνη.

Απάντηση: Αριθμός a / c - 30. Αριθμός τριδύμων - 30. Αριθμός νουκλεοτιδίων - 90.

Μια εργασία: Σύμφωνα με ορισμένους επιστήμονες, το συνολικό μήκος όλων των μορίων DNA στον πυρήνα ενός ανθρώπινου γεννητικού κυττάρου είναι περίπου 102 εκ. Πόσα ζεύγη βάσεων υπάρχουν στο DNA ενός κυττάρου (1 nm = 10–6 mm);

Απάντηση: 3x109 ζευγάρια.

2.3. Εργασίες για την κατασκευή ενός μορίου i-RNA, αντικωδικονίων t-RNA και αλληλουχιών αμινοξέων σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα. Δουλειάμε πίνακα του γενετικού κώδικα.

Μια εργασία: Το RNA περιέχει ουρακίλη αντί για θυμίνη. Η βιοσύνθεση πρωτεϊνών περιλάμβανε t-RNA με αντικωδικόνια: UUA, GHC, CHC, AUU, CGU. Προσδιορίστε την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του τμήματος κάθε αλυσίδας του μορίου DNA που φέρει πληροφορίες για το συντιθέμενο πολυπεπτίδιο και τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που περιέχουν αδενίνη, γουανίνη, θυμίνη, κυτοσίνη σε ένα μόριο DNA διπλής έλικας

Δεδομένος: T-RNA - UUA, GHC, CHC, AUU, CGU	Λύση: Τα αντικωδικόνια tRNA είναι συμπληρωματικά προς τα κωδικόνια mRNA και η αλληλουχία νουκλεοτιδίων του mRNA είναι συμπληρωματική σε έναν από τους κλώνους DNA. t-RNA: UUA, GHC, CHC, AUU, CGU i-RNA: AAU-CCG-CCG-UAA-HCA 1 κλώνος DNA: TTA-GHZ-CHC-ATT-CGT 2 κλώνος DNA: AAT-CCG-CCG-TAA-HCA. Σε ένα μόριο DNA: Αριθμός A=T=7, αριθμός G=C=8
Καθορίζω: Αλληλουχία νουκλεοτιδίων ενός τμήματος κάθε κλώνου ενός μορίου DNA Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων που περιέχουν αδενίνη, γουανίνη, θυμίνη, κυτοσίνη σε ένα μόριο DNA

Μια εργασία: ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: AAGGTSTACGTTG. Κατασκευάστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης.

Απάντηση: fen-arg-cis-asn.

Μια εργασία: Τα ριβοσώματα τοποθετήθηκαν σε δοκιμαστικό σωλήνα διαφορετικά κύτταρα, ολόκληρο το σύνολο των αμινοξέων και τα ίδια μόρια i-RNA και t-RNA, δημιούργησαν όλες τις προϋποθέσεις για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Γιατί σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα θα συντεθεί ένας τύπος πρωτεΐνης σε διαφορετικά ριβοσώματα.

Απάντηση: Στο ίδιο mRNA συντίθεται η ίδια πρωτεΐνη, αφού οι πληροφορίες είναι οι ίδιες.

• Μια εργασία: Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: GAUGAGUATSUUTCAAA. Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA.

Απάντηση : Αλληλουχία αμινοξέων - : asp-glu-thir-phen-lys. Αντικωδικόνια tRNA - CUA, CUC, AUG, AAG, UUU. Θραύσμα DNA - CTACTCATGAAGTTT

2.4 Εργασίες για τον προσδιορισμό του αριθμού των μορίων και των χρωμοσωμάτων DNA στη διαδικασία της μίτωσης και της μείωσης.

Μίτωσις - η κύρια μέθοδος διαίρεσης των ευκαρυωτικών κυττάρων, στην οποία εμφανίζεται πρώτα ο διπλασιασμός και στη συνέχεια ομοιόμορφη κατανομή μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων του κληρονομικού υλικού.

Η μίτωση είναι μια συνεχής διαδικασία στην οποία υπάρχουν τέσσερις φάσεις: πρόφαση, μετάφαση, ανάφαση και τελόφαση. Πριν από τη μίτωση, το κύτταρο προετοιμάζεται για διαίρεση ή ενδιάμεση φάση. Η περίοδος προετοιμασίας των κυττάρων για μίτωση και η ίδια η μίτωση μαζί συνθέτουνμιτωτικός κύκλος.

Ενδιάμεση φάση αποτελείται από τρεις περιόδους: προσυνθετική ή μεταμιτωτική, - G 1 , συνθετικό - S, μετασυνθετικό ή προμιτωτικό - G 2 .

Προσυνθετική περίοδος(2 n 2 c , όπου n - τον αριθμό των χρωμοσωμάτων,Με - ο αριθμός των μορίων DNA) - ανάπτυξη κυττάρων, ενεργοποίηση διεργασιών βιολογικής σύνθεσης, προετοιμασία για την επόμενη περίοδο.

Συνθετική περίοδος(2n4s ) - Αντιγραφή DNA.

ΠΡΟΣΟΧΗ!

Μετά τον διπλασιασμό, το σύνολο των χρωμοσωμάτων παραμένει διπλοειδές (2n) επειδή οι αδελφές χρωματίδες παραμένουν συνδεδεμένες στο κεντρομερίδιο.

Μετασυνθετική περίοδος(2n4s ) - προετοιμασία του κυττάρου για μίτωση, σύνθεση και συσσώρευση πρωτεϊνών και ενέργειας για την επερχόμενη διαίρεση, αύξηση του αριθμού των οργανιδίων, διπλασιασμός κεντρολίων.

Πρόφαση (2 n 4 s ) - αποσυναρμολόγηση πυρηνικών μεμβρανών, απόκλιση κεντρολίων σε διαφορετικούς πόλους του κυττάρου, σχηματισμός νημάτων ατράκτου σχάσης, "εξαφάνιση" πυρηνίδων, συμπύκνωση χρωμοσωμάτων δύο χρωματιδίων.

Μεταφάση (2 n 4 s ) - ευθυγράμμιση των πιο συμπυκνωμένων χρωμοσωμάτων δύο χρωματιδίων στο ισημερινό επίπεδο του κυττάρου (πλάκα μετάφασης), προσάρτηση των ινών της ατράκτου με το ένα άκρο στα κεντρόλια, το άλλο - στα κεντρομερή των χρωμοσωμάτων.

Ανάφαση (4 n 4 s ) - η διαίρεση των χρωμοσωμάτων δύο χρωματιδίων σε χρωματίδες και η απόκλιση αυτών των αδελφών χρωματίδων σε αντίθετους πόλους του κυττάρου (ενώοι χρωματίδες γίνονται ανεξάρτητα μονόχρωμα χρωμοσώματα).

Τελόφαση (2 n 2 s σε κάθε θυγατρικό κύτταρο) - αποσυμπύκνωση χρωμοσωμάτων, σχηματισμός πυρηνικών μεμβρανών γύρω από κάθε ομάδα χρωμοσωμάτων, αποσύνθεση των νημάτων της ατράκτου σχάσης, εμφάνιση του πυρήνα, διαίρεση του κυτταροπλάσματος (κυτταροτομή). Η κυτταροτομή σε ζωικά κύτταρα συμβαίνει λόγω του αυλακιού σχάσης, στα φυτικά κύτταρα - λόγω της κυτταρικής πλάκας.

Μείωση - αυτό είναι ιδιαίτερο τρόποδιαίρεση ευκαρυωτικών κυττάρων, που έχει ως αποτέλεσμα τη μετάβαση των κυττάρων από διπλοειδή σε απλοειδή κατάσταση. Η μείωση αποτελείται από δύο διαδοχικές διαιρέσεις που προηγούνται από μια ενιαία αντιγραφή DNA.

Πρώτη μειοτική διαίρεση (μείωση 1)ονομάζεται μείωση, επειδή κατά τη διάρκεια αυτής της διαίρεσης ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μειώνεται στο μισό: από ένα διπλοειδές κύτταρο (2 n 4 s ) σχηματίζουν δύο απλοειδή (1 n 2 c ).

Ενδιάμεση φάση 1 (στην αρχή - 2 n 2 c, στο τέλος - 2 n 4 c ) - σύνθεση και συσσώρευση ουσιών και ενέργειας που είναι απαραίτητες για την υλοποίηση και των δύο διαιρέσεων, αύξηση του μεγέθους των κυττάρων και του αριθμού των οργανιδίων, διπλασιασμός των κεντρολίων, αντιγραφή DNA, που τελειώνει στην προφάση 1.

Πρόφαση 1 (2 n 4 s ) - αποσυναρμολόγηση πυρηνικών μεμβρανών, απόκλιση κεντρολίων σε διαφορετικούς πόλους του κυττάρου, σχηματισμός νημάτων ατράκτου σχάσης, "εξαφάνιση" πυρηνόλιθων, συμπύκνωση χρωμοσωμάτων δύο χρωματιδίων, σύζευξη ομόλογων χρωμοσωμάτων και διασταύρωση.

Μεταφάση 1 (2 n 4 s ) - ευθυγράμμιση δισθενών στο ισημερινό επίπεδο του κυττάρου, προσάρτηση των νημάτων της ατράκτου σχάσης στο ένα άκρο στα κεντρόλια, στο άλλο - στα κεντρομερή των χρωμοσωμάτων.

Ανάφαση 1 (2 n 4 s ) - τυχαία ανεξάρτητηαπόκλιση των χρωμοσωμάτων δύο χρωματιδίωνσε αντίθετους πόλους του κυττάρου (από κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων, το ένα χρωμόσωμα πηγαίνει στον έναν πόλο, το άλλο στον άλλο), ανασυνδυασμός χρωμοσωμάτων.

Τελόφαση 1 (1 n 2 s σε κάθε κύτταρο) - ο σχηματισμός πυρηνικών μεμβρανών γύρω από ομάδες δύο χρωματιδικών χρωμοσωμάτων, η διαίρεση του κυτταροπλάσματος. Σε πολλά φυτά, ένα κύτταρο από την αναφάση 1 μεταβαίνει αμέσως στην προφάση 2.

Δεύτερη μειοτική διαίρεση (μείωση 2)ονομάζεται εξισωτική.

Μεσοφάση 2, ή ενδιάμεση κίνηση (1n 2c ), είναι ένα σύντομο διάλειμμα μεταξύ της πρώτης και της δεύτερης μειοτικής διαίρεσης κατά τη διάρκεια της οποίας δεν πραγματοποιείται αντιγραφή του DNA. χαρακτηριστικό των ζωικών κυττάρων.

Πρόφαση 2 (1 n 2 s ) - αποσυναρμολόγηση πυρηνικών μεμβρανών, απόκλιση κεντρολίων σε διαφορετικούς πόλους του κυττάρου, σχηματισμός νημάτων ατράκτου σχάσης.

Μεταφάση 2 (1 n 2 s ) - ευθυγράμμιση χρωμοσωμάτων δύο χρωματιδίων στο ισημερινό επίπεδο του κυττάρου (πλάκα μετάφασης), προσάρτηση των ινών της ατράκτου με το ένα άκρο στα κεντρόλια, το άλλο - στα κεντρομερή των χρωμοσωμάτων. 2 μπλοκ ωογένεσης στον άνθρωπο.

Ανάφαση 2 (2 n 2 s ) - η διαίρεση των δύο χρωματιδικών χρωμοσωμάτων σε χρωματίδες και η απόκλιση αυτών των αδελφών χρωματιδών σε αντίθετους πόλους του κυττάρου (σε αυτή την περίπτωση, οι χρωματίδες γίνονται ανεξάρτητα χρωμοσώματα μονοχρωματικού), ανασυνδυασμός χρωμοσωμάτων.

Τελόφαση 2 (1 n 1 s σε κάθε κύτταρο) - αποσυμπύκνωση των χρωμοσωμάτων, ο σχηματισμός πυρηνικών μεμβρανών γύρω από κάθε ομάδα χρωμοσωμάτων, η αποσύνθεση των νημάτων της ατράκτου σχάσης, η εμφάνιση του πυρήνα, η διαίρεση του κυτταροπλάσματος (κυτταροτομή) με το σχηματισμό τεσσάρων απλοειδών κυττάρων ως αποτέλεσμα.

Μια εργασία: Τα βοοειδή έχουν 60 χρωμοσώματα στα σωματικά τους κύτταρα. Προσδιορίστε τον αριθμό των χρωμοσωμάτων και των μορίων DNA στα κύτταρα των ωοθηκών στη μεσοφάση πριν από την έναρξη της διαίρεσης και μετά τη διαίρεση της μείωσης Ι. Εξηγήστε πώς σχηματίζεται ένας τέτοιος αριθμός χρωμοσωμάτων και μορίων DNA.

Απάντηση: Η ενδιάμεση φάση περιέχει 60 χρωμοσώματα και 120 μόρια DNA. Μετά τη μείωση I - 30 χρωμοσώματα και 60 μόρια DNA.

Μια εργασία: Το σύνολο χρωμοσωμάτων των σωματικών κυττάρων σιταριού είναι 28. Προσδιορίστε το σύνολο χρωμοσωμάτων και τον αριθμό των μορίων DNA στον πυρήνα (κύτταρο) του ωαρίου πριν από τη μείωση Ι και τη μείωση II. Εξηγήστε τα αποτελέσματα σε κάθε περίπτωση.

Απάντηση: Πριν από τη μείωση I = 28 χρωμοσώματα, 56 μόρια DNA. Πριν από τη μείωση II = 14 χρωμοσώματα, 28 μόρια DNA

Μια εργασία: Είναι γνωστό ότι τα σωματικά κύτταρα του λάχανου περιέχουν 18 χρωμοσώματα. Προσδιορίστε το σύνολο των χρωμοσωμάτων και τον αριθμό των μορίων DNA σε ένα από τα κύτταρα του ωαρίου πριν από την έναρξη της μείωσης, στην ανάφαση της μείωσης Ι και στην ανάφαση της μείωσης II. Εξηγήστε ποιες διεργασίες λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων και πώς επηρεάζουν την αλλαγή στον αριθμό του DNA και των χρωμοσωμάτων.

Απάντηση: Πριν από την έναρξη της μείωσης - 18 χρωμοσώματα, 36 μόρια DNA. Η ανάφαση Ι της μείωσης έχει 18 χρωμοσώματα και 36 μόρια DNA. Στην ανάφαση, υπάρχουν 18 χρωμοσώματα, 18 μόρια DNA.

2.5. Καθορισμός του μήκους ενός τμήματος DNA ή του αριθμού των νουκλεοτιδίων σε αυτό.

Σύμφωνα με το μοντέλο του Αμερικανού βιοχημικού J. Watson και του Άγγλου φυσικού F. Crick, τα μόρια DNA είναι δύο δεξιόστροφες πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες γύρω από έναν κοινό άξονα, ή μια διπλή έλικα. Υπάρχουν περίπου 10 υπολείμματα νουκλεοτιδίων ανά στροφή της έλικας. Οι κλώνοι σε αυτή τη διπλή έλικα είναι αντιπαράλληλοι, δηλαδή δείχνουν προς αντίθετες κατευθύνσεις, έτσι ώστε το άκρο 3" του ενός κλώνου να βρίσκεται απέναντι από το άκρο 5" του άλλου. Τα μεγέθη των μορίων DNA εκφράζονται συνήθως από τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που τα σχηματίζουν. Αυτά τα μεγέθη ποικίλλουν από αρκετές χιλιάδες ζεύγη βάσεων σε βακτηριακά πλασμίδια και μερικούς ιούς έως πολλές εκατοντάδες χιλιάδες ζεύγη βάσεων σε ανώτερους οργανισμούς.

Γραμμικό μήκος ενός νουκλεοτιδίου σε νουκλεϊκό οξύ

L n \u003d 0,34 nm \u003d 3,4 angstroms

Μέσο μοριακό βάρος ενός νουκλεοτιδίου

Mr n = 345 π.μ. (Ναί)

Μια εργασία. Το μήκος περιγράμματος ενός μορίου DNA βακτηριοφάγου είναι 17x10" 6 μ. Μετά από έκθεση σε μεταλλαξιογόνους παράγοντες, το μήκος αποδείχθηκε ότι ήταν 13,6x10-6 μ. Προσδιορίστε πόσα ζεύγη αζωτούχων βάσεων έχουν πέσει ως αποτέλεσμα μιας μετάλλαξης, εάν είναι γνωστό ότι η απόσταση μεταξύ γειτονικών νουκλεοτιδίων είναι 34x10 11 μ.

Δεδομένος: Μήκος περιγράμματος μορίου DNA - 17x10" 6 μ Μετά την έκθεση - 13,6x10-6 μ Η απόσταση μεταξύ των γειτονικών νουκλεοτιδίων είναι - 34x10 11 μ.	Λύση. 1) Υπολογίστε το συνολικό μήκος του τμήματος DNA του βακτηριοφάγου που έχει πέσει ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε μεταλλαξιογόνους παράγοντες. 17x10 "6 - 13,6x106 \u003d 3,4x10 6 (m). 2) Υπολογίστε τον αριθμό των ζευγών νουκλεοτιδίων στο θραύσμα που έπεσε: 3,4x10-6 / 34x10 "11 \u003d 104 \u003d 10 OOO (ζεύγη νουκλεοτιδίων)
Ορίστε: πόσα ζεύγη αζωτούχων βάσεων έχουν πέσει ως αποτέλεσμα μιας μετάλλαξης

Απάντηση: 10 χιλιάδες ζεύγη βάσεων.

Κεφάλαιο 4. Παραδείγματα εργασιών για ανεξάρτητη λύση.

1. Το μόριο DNA περιέχει 31% αδενίνη. Προσδιορίστε πόσα (σε%) αυτό το μόριο περιέχει άλλα νουκλεοτίδια.
2. Η μετάφραση περιελάμβανε 50 μόρια t-RNA. Προσδιορίστε τον αριθμό των αμινοξέων που συνθέτουν την πρωτεΐνη που προκύπτει, καθώς και τον αριθμό των τριδύμων και των νουκλεοτιδίων στο γονίδιο που κωδικοποιεί αυτήν την πρωτεΐνη.
3. Ένα θραύσμα DNA αποτελείται από 72 νουκλεοτίδια. Προσδιορίστε τον αριθμό των τριδύλων και των νουκλεοτιδίων στο mRNA, καθώς και τον αριθμό των αμινοξέων που συνθέτουν την πρωτεΐνη που προκύπτει.
4. Ένα θραύσμα μιας από τις αλυσίδες DNA έχει την ακόλουθη δομή: GGCTCTAGCTTTC. Δημιουργήστε i-RNA σε αυτό και προσδιορίστε την αλληλουχία αμινοξέων σε ένα θραύσμα ενός μορίου πρωτεΐνης (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
5. Το θραύσμα i-RNA έχει την ακόλουθη δομή: Προσδιορίστε τα αντικωδικόνια tRNA και την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται σε αυτό το θραύσμα. Σημειώστε επίσης το θραύσμα του μορίου DNA στο οποίο συντέθηκε αυτό το mRNA (για αυτό, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα).
6. Το θραύσμα DNA έχει την ακόλουθη νουκλεοτιδική αλληλουχία AGCCGACCTTGCCC. Ρυθμίστε την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του t-RNA που συντίθεται σε αυτό το θραύσμα και το αμινοξύ που θα φέρει αυτό το t-RNA εάν η τρίτη τριάδα αντιστοιχεί στο αντικωδικόνιο t-RNA. Για να λύσετε το πρόβλημα, χρησιμοποιήστε τον πίνακα του γενετικού κώδικα.
7. Σε ένα ζωικό κύτταρο, το διπλοειδές σύνολο των χρωμοσωμάτων είναι 20. Προσδιορίστε τον αριθμό των μορίων DNA πριν από τη μίτωση, μετά τη μίτωση, μετά την πρώτη και τη δεύτερη διαίρεση της μείωσης.
8. 15 μόρια γλυκόζης εισήλθαν σε αφομοίωση. Προσδιορίστε την ποσότητα του ATP μετά τη γλυκόλυση, μετά το ενεργειακό στάδιο και τη συνολική επίδραση της αφομοίωσης.
9. 6 μόρια PVC εισήλθαν στον κύκλο του Krebs. Προσδιορίστε την ποσότητα του ΑΤΡ μετά το ενεργειακό στάδιο, τη συνολική επίδραση της αφομοίωσης και τον αριθμό των μορίων γλυκόζης που έχουν εισέλθει στην αφομοίωση.

Απαντήσεις:

1. T=31%, G=C=19% έκαστος.
2. 50 αμινοξέα, 50 τριπλέτες, 150 νουκλεοτίδια.
3. 24 τριπλέτες, 24 αμινοξέα, 24 μόρια tRNA.
4. i-RNA: CCG-AGA-UCG-AAG. Αλληλουχία αμινοξέων: pro-arg-ser-lys.
5. Θραύσμα DNA: CGATTACAAGAAATG. Αντικωδικόνια tRNA: CGA, UUA, CAA, GAA, AUG. Αλληλουχία αμινοξέων: ala-asn-val-ley-tir.
6. t-RNA: UCG-GCU-GAA-CHG. Αντικωδικόνιο GAA, κωδικόνιο i-RNA - CUU, φορητό αμινοξύ - leu.
7. 2n=20. Γενετικό σύνολο:

1. πριν από τη μίτωση, 40 μόρια DNA.
2. μετά τη μίτωση, 20 μόρια DNA.
3. μετά την πρώτη διαίρεση της μείωσης, 20 μόρια DNA.
4. μετά τη δεύτερη διαίρεση της μείωσης, 10 μόρια DNA.

1. Δεδομένου ότι 2 μόρια PVC και 2ATP σχηματίζονται από ένα μόριο γλυκόζης, επομένως, συντίθενται 30 ATP. Μετά το ενεργειακό στάδιο της αφομοίωσης, σχηματίζονται 36 μόρια ATP (κατά τη διάσπαση 1 μορίου γλυκόζης), επομένως, συντίθενται 540 ATP. Το συνολικό αποτέλεσμα της αφομοίωσης είναι 540+30=570 ATP.
2. 6 μόρια PVC εισήλθαν στον κύκλο του Krebs, επομένως, 3 μόρια γλυκόζης αποσυντέθηκαν. Η ποσότητα του ATP μετά τη γλυκόλυση είναι 6 μόρια, μετά το ενεργειακό στάδιο - 108 μόρια, το συνολικό αποτέλεσμα της αφομοίωσης 114 μορίων ATP.

Βιβλιογραφία:

Έλεγχος εργασιών στη γενετική και Κατευθυντήριες γραμμέςγια την εφαρμογή τους. [σύνθ. L.I. Lushina, S.V. Zalyashchev, A.A. Semenov, O.N. Noskova]. - Samara: SGPU, 2007, 142σ.

http://ege-study.ru

http://licey.net

http://reshuege.ru

http://www.fipi.ru

Παράρτημα I Γενετικός κώδικας (i-RNA)

Πρώτο Ίδρυμα	Δεύτερη βάση				Τρίτο έδαφος
	στεγνωτήρας μαλλιών	Ser	Tyr	cis
	στεγνωτήρας μαλλιών	Ser	Tyr	cis
	Στέφανος ανθέων	Ser
	Στέφανος ανθέων	Ser		Τρία
	Στέφανος ανθέων	Pro	gis	Arg
	Στέφανος ανθέων	Pro	gis	Arg
	Στέφανος ανθέων	Pro	Gln	Arg
	Στέφανος ανθέων	Pro	Gln	Arg
	ile	Tre	Asn	Ser
	ile	Tre	Asn	Ser
	ile	Tre	Liz	Arg
	Συνάντησε	Tre	Liz	Arg
	Αξονας	Ala	Ασπίδα	gli
	Αξονας	Ala	Ασπίδα	gli
	Αξονας	Ala	Glu	gli
	Αξονας	Ala	Glu	gli

Το κύτταρο ως βιολογικό σύστημα

Η σύγχρονη κυτταρική θεωρία, οι κύριες διατάξεις της, ο ρόλος στη διαμόρφωση της σύγχρονης φυσικής-επιστημονικής εικόνας του κόσμου. Ανάπτυξη γνώσεων για το κύτταρο. Η κυτταρική δομή των οργανισμών είναι η βάση της ενότητας του οργανικού κόσμου, η απόδειξη της σχέσης της ζωντανής φύσης

Η σύγχρονη κυτταρική θεωρία, οι κύριες διατάξεις της, ο ρόλος στη διαμόρφωση της σύγχρονης φυσικής-επιστημονικής εικόνας του κόσμου

Μία από τις θεμελιώδεις έννοιες σε σύγχρονη βιολογίαείναι η ιδέα ότι όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν κυτταρική δομή. Η επιστήμη ασχολείται με τη μελέτη της δομής του κυττάρου, της ζωτικής του δραστηριότητας και της αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον. κυτολογίατώρα συνήθως αναφέρεται ως κυτταρική βιολογία. Η κυτταρολογία οφείλει την εμφάνισή της στη διατύπωση της κυτταρικής θεωρίας (1838-1839, M. Schleiden, T. Schwann, συμπληρωμένη το 1855 από τον R. Virchow).

κυτταρική θεωρίαείναι μια γενικευμένη ιδέα της δομής και των λειτουργιών των κυττάρων ως ζωντανών μονάδων, της αναπαραγωγής και του ρόλου τους στο σχηματισμό πολυκύτταρων οργανισμών.

Οι κύριες διατάξεις της κυτταρικής θεωρίας:

1. Ένα κύτταρο είναι μια μονάδα δομής, δραστηριότητας ζωής, ανάπτυξης και ανάπτυξης ζωντανών οργανισμών - δεν υπάρχει ζωή έξω από το κύτταρο.
2. Ένα κύτταρο είναι ένα ενιαίο σύστημα που αποτελείται από πολλά στοιχεία που συνδέονται φυσικά μεταξύ τους, αντιπροσωπεύοντας έναν ορισμένο ολοκληρωμένο σχηματισμό.
3. Τα κύτταρα όλων των οργανισμών είναι παρόμοια με τον δικό τους τρόπο. χημική σύνθεση, δομή και λειτουργία.
4. Νέα κύτταρα σχηματίζονται μόνο ως αποτέλεσμα της διαίρεσης των μητρικών κυττάρων («κύτταρο από κύτταρο»).
5. Τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών σχηματίζουν ιστούς και τα όργανα αποτελούνται από ιστούς. Η ζωή ενός οργανισμού στο σύνολό του καθορίζεται από την αλληλεπίδραση των κυττάρων που τον αποτελούν.
6. Τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών έχουν ένα πλήρες σύνολο γονιδίων, αλλά διαφέρουν μεταξύ τους στο ότι διαφορετικές ομάδες γονιδίων λειτουργούν για αυτά, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα τη μορφολογική και λειτουργική ποικιλομορφία των κυττάρων - διαφοροποίηση.

Χάρη στη δημιουργία της κυτταρικής θεωρίας, έγινε σαφές ότι το κύτταρο είναι η μικρότερη μονάδα ζωής, ένα στοιχειώδες ζωντανό σύστημα, το οποίο έχει όλα τα σημάδια και τις ιδιότητες των ζωντανών όντων. Η διατύπωση της κυτταρικής θεωρίας έγινε η πιο σημαντική προϋπόθεση για την ανάπτυξη απόψεων για την κληρονομικότητα και τη μεταβλητότητα, αφού η αναγνώριση της φύσης τους και των εγγενών τους προτύπων υποδηλώνει αναπόφευκτα την καθολικότητα της δομής των ζωντανών οργανισμών. Η αποκάλυψη της ενότητας της χημικής σύνθεσης και του δομικού σχεδίου των κυττάρων λειτούργησε ως ώθηση για την ανάπτυξη ιδεών σχετικά με την προέλευση των ζωντανών οργανισμών και την εξέλιξή τους. Επιπλέον, η προέλευση των πολυκύτταρων οργανισμών από ένα μόνο κύτταρο στη διαδικασία εμβρυϊκή ανάπτυξηέχει γίνει το δόγμα της σύγχρονης εμβρυολογίας.

Ανάπτυξη γνώσεων για το κύτταρο

Μέχρι τον 17ο αιώνα, ο άνθρωπος δεν γνώριζε απολύτως τίποτα για τη μικροδομή των αντικειμένων που τον περιβάλλουν και αντιλαμβανόταν τον κόσμο με γυμνό μάτι. Το όργανο για τη μελέτη του μικροκόσμου, το μικροσκόπιο, εφευρέθηκε περίπου το 1590 από τους Ολλανδούς μηχανικούς G. και Z. Jansen, αλλά η ατέλειά του καθιστούσε αδύνατη την εξέταση αρκετά μικρών αντικειμένων. Μόνο η δημιουργία στη βάση του του λεγόμενου σύνθετου μικροσκοπίου από τον K. Drebbel (1572-1634) συνέβαλε στην πρόοδο στον τομέα αυτό.

Το 1665, ο Άγγλος φυσικός R. Hooke (1635-1703) βελτίωσε το σχεδιασμό του μικροσκοπίου και την τεχνολογία λείανσης φακών και, θέλοντας να βεβαιωθεί ότι βελτιώθηκε η ποιότητα της εικόνας, εξέτασε τμήματα φελλού, ξυλάνθρακα και ζωντανών φυτών κάτω από το. Στα τμήματα, βρήκε τους μικρότερους πόρους που μοιάζουν με κηρήθρα και τους ονόμασε κύτταρα (από το λατ. κυτταρίνηκελί, κελί). Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ο R. Hooke θεωρούσε την κυτταρική μεμβράνη ως το κύριο συστατικό του κυττάρου.

Στο δεύτερο μισό του 17ου αιώνα εμφανίστηκαν τα έργα των πιο επιφανών μικροσκοπίων M. Malpighi (1628-1694) και N. Gru (1641-1712), οι οποίοι ανακάλυψαν επίσης την κυτταρική δομή πολλών φυτών.

Για να βεβαιωθεί ότι αυτό που είδαν ο R. Hooke και άλλοι επιστήμονες είναι αλήθεια, δεν το είχε ειδική εκπαίδευσηΟ Ολλανδός έμπορος A. van Leeuwenhoek ανέπτυξε ανεξάρτητα ένα σχέδιο μικροσκοπίου που ήταν θεμελιωδώς διαφορετικό από το υπάρχον και βελτίωσε την τεχνολογία κατασκευής φακών. Αυτό του επέτρεψε να επιτύχει μια αύξηση 275-300 φορές και να εξετάσει τέτοιες λεπτομέρειες της δομής που ήταν τεχνικά απρόσιτες για άλλους επιστήμονες. Ο A. van Leeuwenhoek ήταν ένας αξεπέραστος παρατηρητής: σκιαγράφησε προσεκτικά και περιέγραψε αυτό που είδε στο μικροσκόπιο, αλλά δεν προσπάθησε να το εξηγήσει. Ανακάλυψε μονοκύτταρους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων βακτηρίων, βρήκε πυρήνες, χλωροπλάστες, πάχυνση των κυτταρικών τοιχωμάτων στα φυτικά κύτταρα, αλλά οι ανακαλύψεις του θα μπορούσαν να αξιολογηθούν πολύ αργότερα.

Οι ανακαλύψεις των συστατικών της εσωτερικής δομής των οργανισμών στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα ακολούθησαν η μία μετά την άλλη. Ο Γ. Μολ διακρίνεται σε φυτικά κύτταρα ζωντανή ύλη και υδαρή υγρό - κυτταρικό χυμό, ανακάλυψε πόρους. Ο Άγγλος βοτανολόγος R. Brown (1773-1858) ανακάλυψε τον πυρήνα σε κύτταρα ορχιδέας το 1831 και στη συνέχεια βρέθηκε σε όλα τα φυτικά κύτταρα. Ο Τσέχος επιστήμονας J. Purkinje (1787-1869) εισήγαγε τον όρο «πρωτόπλασμα» (1840) για να αναφέρεται στο ημι-υγρό ζελατινώδες περιεχόμενο ενός κυττάρου χωρίς πυρήνα. Ο Βέλγος βοτανολόγος M. Schleiden (1804-1881) προχώρησε περισσότερο από όλους τους συγχρόνους του, οι οποίοι, μελετώντας την ανάπτυξη και τη διαφοροποίηση διαφόρων κυτταρικών δομών ανώτερων φυτών, απέδειξαν ότι όλοι οι φυτικοί οργανισμοί προέρχονται από ένα κύτταρο. Εξέτασε επίσης στρογγυλεμένα σώματα πυρήνων στους πυρήνες των κυττάρων λεπιών κρεμμυδιού (1842).

Το 1827, ο Ρώσος εμβρυολόγος K. Baer ανακάλυψε τα αυγά των ανθρώπων και άλλων θηλαστικών, διαψεύδοντας έτσι την αντίληψη ότι το σώμα αναπτύχθηκε αποκλειστικά από αρσενικούς γαμέτες. Επιπλέον, απέδειξε τον σχηματισμό ενός πολυκύτταρου ζωικού οργανισμού από ένα μόνο κύτταρο - ένα γονιμοποιημένο ωάριο, καθώς και την ομοιότητα των σταδίων της εμβρυϊκής ανάπτυξης των πολυκύτταρων ζώων, γεγονός που υποδηλώνει την ενότητα της προέλευσής τους. Πληροφορίες που συσσωρεύτηκαν για μέσα του δέκατου ένατουαιώνα, απαιτούσε γενίκευση, η οποία έγινε η κυτταρική θεωρία. Η βιολογία οφείλει τη διατύπωσή της στον Γερμανό ζωολόγο T. Schwann (1810-1882), ο οποίος, με βάση τα δικά του δεδομένα και τα συμπεράσματα του M. Schleiden για την ανάπτυξη των φυτών, πρότεινε ότι εάν υπάρχει πυρήνας σε οποιοδήποτε σχηματισμό ορατό στο μικροσκόπιο, τότε αυτός ο σχηματισμός είναι κύτταρο. Με βάση αυτό το κριτήριο, ο T. Schwann διατύπωσε τις κύριες διατάξεις της κυτταρικής θεωρίας.

Ο Γερμανός γιατρός και παθολόγος R. Virchow (1821-1902) εισήγαγε μια άλλη σημαντική διάταξη σε αυτή τη θεωρία: τα κύτταρα προκύπτουν μόνο με τη διαίρεση του αρχικού κυττάρου, δηλαδή τα κύτταρα σχηματίζονται μόνο από κύτταρα («κύτταρο από κύτταρο»).

Από τη δημιουργία της κυτταρικής θεωρίας, το δόγμα του κυττάρου ως μονάδας της δομής, της λειτουργίας και της ανάπτυξης του οργανισμού αναπτύσσεται συνεχώς. Προς την τέλη XIXαιώνα, χάρη στην πρόοδο της μικροσκοπικής τεχνολογίας, αποσαφηνίστηκε η δομή του κυττάρου, περιγράφηκαν οργανίδια - μέρη του κυττάρου που εκτελούν διάφορες λειτουργίες, μελετήθηκαν οι μέθοδοι για το σχηματισμό νέων κυττάρων (μίτωση, μείωση) και το πρωταρχικό Η σημασία των κυτταρικών δομών στη μεταφορά κληρονομικών ιδιοτήτων έγινε σαφής. Η χρήση των πιο πρόσφατων μεθόδων φυσικής και χημικής έρευνας κατέστησε δυνατή την εμβάθυνση στις διαδικασίες αποθήκευσης και μετάδοσης κληρονομικών πληροφοριών, καθώς και τη μελέτη της λεπτής δομής καθεμιάς από τις κυτταρικές δομές. Όλα αυτά συνέβαλαν στον διαχωρισμό της επιστήμης του κυττάρου σε έναν ανεξάρτητο κλάδο γνώσης - κυτολογία.

Η κυτταρική δομή των οργανισμών, η ομοιότητα της δομής των κυττάρων όλων των οργανισμών - η βάση της ενότητας του οργανικού κόσμου, απόδειξη της σχέσης της ζωντανής φύσης

Όλοι οι επί του παρόντος γνωστοί ζωντανοί οργανισμοί (φυτά, ζώα, μύκητες και βακτήρια) έχουν κυτταρική δομή. Ακόμη και οι ιοί που δεν έχουν κυτταρική δομή μπορούν να αναπαραχθούν μόνο στα κύτταρα. Ένα κύτταρο είναι μια στοιχειώδης δομική και λειτουργική μονάδα του ζωντανού, η οποία είναι εγγενής σε όλες τις εκδηλώσεις του, ιδίως στον μεταβολισμό και τη μετατροπή της ενέργειας, την ομοιόσταση, την ανάπτυξη και την ανάπτυξη, την αναπαραγωγή και την ευερεθιστότητα. Ταυτόχρονα, στα κύτταρα αποθηκεύονται, επεξεργάζονται και πραγματοποιούνται κληρονομικές πληροφορίες.

Παρά την ποικιλία των κυττάρων, το δομικό σχέδιο για αυτά είναι το ίδιο: όλα περιέχουν κληρονομικός μηχανισμόςβυθισμένος σε κυτόπλασμακαι το περιβάλλον κελί μεμβράνη πλάσματος.

Το κύτταρο προέκυψε ως αποτέλεσμα μιας μακράς εξέλιξης οργανικός κόσμος. Η ενοποίηση των κυττάρων σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό δεν είναι μια απλή άθροιση, αφού κάθε κύτταρο, ενώ διατηρεί όλα τα χαρακτηριστικά που είναι εγγενή σε έναν ζωντανό οργανισμό, ταυτόχρονα αποκτά νέες ιδιότητες λόγω της εκτέλεσης μιας συγκεκριμένης λειτουργίας από αυτό. Από τη μία πλευρά, ένας πολυκύτταρος οργανισμός μπορεί να χωριστεί στα συστατικά του μέρη - κύτταρα, αλλά από την άλλη, συνδυάζοντάς τα ξανά μαζί, είναι αδύνατο να αποκατασταθούν οι λειτουργίες ενός ενιαίου οργανισμού, καθώς νέες ιδιότητες εμφανίζονται μόνο στην αλληλεπίδραση του μέρη του συστήματος. Αυτό εκδηλώνει ένα από τα κύρια μοτίβα που χαρακτηρίζουν το ζωντανό, την ενότητα του διακριτού και του ακέραιου. Δεν μεγάλα μεγέθηκαι ένας σημαντικός αριθμός κυττάρων δημιουργεί στους πολυκύτταρους οργανισμούς μια μεγάλη επιφάνεια απαραίτητη για την εξασφάλιση ενός γρήγορου μεταβολισμού. Επιπλέον, σε περίπτωση θανάτου ενός μέρους του σώματος, η ακεραιότητά του μπορεί να αποκατασταθεί λόγω της αναπαραγωγής των κυττάρων. Έξω από το κύτταρο είναι αδύνατη η αποθήκευση και μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών, η αποθήκευση και μεταφορά ενέργειας με τη μετέπειτα μετατροπή της σε εργασία. Τέλος, η κατανομή των λειτουργιών μεταξύ κυττάρων σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό παρείχε μεγάλες ευκαιρίες στους οργανισμούς να προσαρμοστούν στο περιβάλλον τους και ήταν προϋπόθεση για την επιπλοκή της οργάνωσής τους.

Έτσι, η καθιέρωση της ενότητας του σχεδίου της δομής των κυττάρων όλων των ζωντανών οργανισμών χρησίμευσε ως απόδειξη της ενότητας της προέλευσης όλης της ζωής στη Γη.

ποικιλία κυττάρων. Προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα. Συγκριτικά χαρακτηριστικά κυττάρων φυτών, ζώων, βακτηρίων, μυκήτων Ποικιλομορφία κυττάρων

Σύμφωνα με την κυτταρική θεωρία, ένα κύτταρο είναι η μικρότερη δομική και λειτουργική μονάδα των οργανισμών, η οποία έχει όλες τις ιδιότητες ενός ζωντανού πράγματος. Ανάλογα με τον αριθμό των κυττάρων, οι οργανισμοί χωρίζονται σε μονοκύτταρους και πολυκύτταρους. Τα κύτταρα των μονοκύτταρων οργανισμών υπάρχουν ως ανεξάρτητοι οργανισμοί και εκτελούν όλες τις λειτουργίες ενός ζωντανού πράγματος. Όλοι οι προκαρυώτες είναι μονοκύτταροι και ένας αριθμός ευκαρυωτών (πολλά είδη φυκιών, μυκήτων και πρωτόζωων), που εκπλήσσουν με μια εξαιρετική ποικιλία σχημάτων και μεγεθών. Ωστόσο, οι περισσότεροι οργανισμοί εξακολουθούν να είναι πολυκύτταροι. Τα κύτταρά τους είναι εξειδικευμένα στην εκτέλεση ορισμένων λειτουργιών και σχηματίζουν ιστούς και όργανα, τα οποία δεν μπορούν παρά να αντικατοπτρίζονται στα μορφολογικά χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, το ανθρώπινο σώμα σχηματίζεται από περίπου 10 14 κύτταρα, που αντιπροσωπεύονται από περίπου 200 είδη, με μεγάλη ποικιλία σχημάτων και μεγεθών.

Το σχήμα των κυττάρων μπορεί να είναι στρογγυλό, κυλινδρικό, κυβικό, πρισματικό, σε σχήμα δίσκου, σε σχήμα ατράκτου, αστρικό κ.λπ. Έτσι, τα ωάρια είναι στρογγυλεμένα, τα επιθηλιακά κύτταρα είναι κυλινδρικά, κυβικά και πρισματικά, τα ερυθρά αιμοσφαίρια έχουν σχήμα αμφίκοιλου δίσκου, τα κύτταρα του μυϊκού ιστού έχουν σχήμα ατράκτου και τα αστρικά κύτταρα του νευρικού ιστού. Ορισμένα κύτταρα δεν έχουν καθόλου μόνιμο σχήμα. Αυτά περιλαμβάνουν, πρώτα απ 'όλα, λευκοκύτταρα του αίματος.

Τα μεγέθη των κυττάρων ποικίλλουν επίσης σημαντικά: τα περισσότερα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού έχουν μεγέθη από 10 έως 100 μικρά και τα μικρότερα - 2-4 μικρά. Το κατώτερο όριο οφείλεται στο γεγονός ότι το κύτταρο πρέπει να έχει ένα ελάχιστο σύνολο ουσιών και δομών για να εξασφαλίσει τη ζωή και τα πολύ μεγάλα κύτταρα θα εμποδίσουν την ανταλλαγή ουσιών και ενέργειας με το περιβάλλον και επίσης θα εμποδίσουν τις διαδικασίες διατήρησης της ομοιόστασης. Ωστόσο, ορισμένα κύτταρα φαίνονται με γυμνό μάτι. Πρώτα απ 'όλα, αυτά περιλαμβάνουν τα κύτταρα των καρπών καρπουζιών και μηλιών, καθώς και τα αυγά των ψαριών και των πτηνών. Ακόμα κι αν μία από τις γραμμικές διαστάσεις του κελιού υπερβαίνει τον μέσο όρο, όλες οι υπόλοιπες αντιστοιχούν στον κανόνα. Για παράδειγμα, μια έκφυση νευρώνων μπορεί να υπερβαίνει το 1 m σε μήκος, αλλά η διάμετρός του θα εξακολουθεί να αντιστοιχεί στη μέση τιμή. Δεν υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ του μεγέθους των κυττάρων και του μεγέθους του σώματος. Έτσι, τα μυϊκά κύτταρα ενός ελέφαντα και ενός ποντικιού έχουν το ίδιο μέγεθος.

Προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα κύτταρα έχουν πολλές παρόμοιες λειτουργικές ιδιότητες και μορφολογικά χαρακτηριστικά. Κάθε ένα από αυτά αποτελείται από ένα κυτταρόπλασμα βυθισμένο σε αυτό κληρονομικός μηχανισμός, και χωρίζεται από το εξωτερικό περιβάλλον μεμβράνη πλάσματος, ή πλασμάλεμα, που δεν παρεμβαίνει στη διαδικασία του μεταβολισμού και της ενέργειας. Έξω από τη μεμβράνη, το κύτταρο μπορεί επίσης να έχει ένα κυτταρικό τοίχωμα, αποτελούμενο από διάφορες ουσίες, το οποίο χρησιμεύει για την προστασία του κυττάρου και αποτελεί ένα είδος του εξωτερικού του σκελετού.

Το κυτταρόπλασμα είναι ολόκληρο το περιεχόμενο του κυττάρου που γεμίζει το χώρο μεταξύ της πλασματικής μεμβράνης και της δομής που περιέχει γενετικές πληροφορίες. Αποτελείται από την κύρια ουσία - υαλόπλασμα- και οργανίδια και εγκλείσματα βυθισμένα σε αυτό. Οργανίδια- αυτά είναι μόνιμα συστατικά του κυττάρου που εκτελούν ορισμένες λειτουργίες και τα εγκλείσματα είναι συστατικά που εμφανίζονται και εξαφανίζονται κατά τη διάρκεια της ζωής του κυττάρου, εκτελώντας κυρίως λειτουργίες αποθήκευσης ή απέκκρισης. Τα εγκλείσματα συχνά χωρίζονται σε στερεά και υγρά. Τα στερεά εγκλείσματα αντιπροσωπεύονται κυρίως από κόκκους και μπορεί να έχουν διαφορετική φύση, ενώ τα κενοτόπια και οι σταγόνες λίπους θεωρούνται ως υγρά εγκλείσματα.

Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο κύριοι τύποι κυτταρικής οργάνωσης: η προκαρυωτική και η ευκαρυωτική.

Ένα προκαρυωτικό κύτταρο δεν έχει πυρήνα· οι γενετικές του πληροφορίες δεν διαχωρίζονται από το κυτταρόπλασμα με μεμβράνες.

Η περιοχή του κυτταροπλάσματος που αποθηκεύει γενετικές πληροφορίες σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο ονομάζεται νουκλεοειδές. Στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών κυττάρων, υπάρχει κυρίως ένας τύπος οργανιδίων - τα ριβοσώματα και τα οργανίδια που περιβάλλονται από μεμβράνες απουσιάζουν εντελώς. Τα βακτήρια είναι προκαρυωτικά.

Ένα ευκαρυωτικό κύτταρο είναι ένα κύτταρο στο οποίο, τουλάχιστον σε ένα από τα στάδια ανάπτυξης, υπάρχει πυρήνας- μια ειδική δομή στην οποία βρίσκεται το DNA.

Το κυτταρόπλασμα των ευκαρυωτικών κυττάρων διακρίνεται από μια σημαντική ποικιλία μεμβρανικών και μη μεμβρανικών οργανιδίων. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί περιλαμβάνουν φυτά, ζώα και μύκητες. Το μέγεθος των προκαρυωτικών κυττάρων, κατά κανόνα, είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερο από το μέγεθος των ευκαρυωτικών κυττάρων. Οι περισσότεροι προκαρυώτες είναι μονοκύτταροι οργανισμοί, ενώ οι ευκαρυώτες πολυκύτταροι.

Συγκριτικά χαρακτηριστικά της δομής των κυττάρων φυτών, ζώων, βακτηρίων και μυκήτων

Εκτός από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των προκαρυωτών και των ευκαρυωτών, τα κύτταρα των φυτών, των ζώων, των μυκήτων και των βακτηρίων έχουν μια σειρά από άλλα χαρακτηριστικά. Έτσι, τα φυτικά κύτταρα περιέχουν συγκεκριμένα οργανίδια - χλωροπλάστες, που καθορίζουν την ικανότητά τους στη φωτοσύνθεση, ενώ σε άλλους οργανισμούς αυτά τα οργανίδια δεν βρίσκονται. Φυσικά, αυτό δεν σημαίνει ότι άλλοι οργανισμοί δεν είναι ικανοί για φωτοσύνθεση, αφού, για παράδειγμα, στα βακτήρια, εμφανίζεται σε εισβολές του πλάσματος και μεμονωμένων μεμβρανικών κυστιδίων στο κυτταρόπλασμα.

Τα φυτικά κύτταρα συνήθως περιέχουν μεγάλα κενοτόπια γεμάτα με κυτταρικό χυμό. Στα κύτταρα των ζώων, μύκητες και βακτήρια, βρίσκονται επίσης, αλλά έχουν εντελώς διαφορετική προέλευση και επιτελούν διαφορετικές λειτουργίες. Η κύρια εφεδρική ουσία που βρίσκεται με τη μορφή στερεών εγκλεισμάτων είναι το άμυλο στα φυτά, το γλυκογόνο στα ζώα και τους μύκητες και το γλυκογόνο ή η βολουτίνη στα βακτήρια.

Αλλο εγγύησηαπό αυτές τις ομάδες οργανισμών είναι η οργάνωση της επιφανειακής συσκευής: τα κύτταρα των ζωικών οργανισμών δεν έχουν κυτταρικό τοίχωμα, η πλασματική τους μεμβράνη καλύπτεται μόνο με έναν λεπτό γλυκοκάλυκα, ενώ όλοι οι υπόλοιποι τον έχουν. Αυτό είναι απολύτως κατανοητό, καθώς ο τρόπος που τρέφονται τα ζώα συνδέεται με τη σύλληψη σωματιδίων τροφής κατά τη διαδικασία της φαγοκυττάρωσης και η παρουσία κυτταρικού τοιχώματος θα τους στερούσε αυτή τη δυνατότητα. Η χημική φύση της ουσίας που συνθέτει το κυτταρικό τοίχωμα δεν είναι η ίδια σε διαφορετικές ομάδες ζωντανών οργανισμών: αν στα φυτά είναι κυτταρίνη, τότε στους μύκητες είναι χιτίνη και στα βακτήρια είναι μουρεΐνη. Συγκριτικά χαρακτηριστικά της δομής των κυττάρων φυτών, ζώων, μυκήτων και βακτηρίων

σημάδι	βακτήρια	Των ζώων	Μανιτάρια	Φυτά
Τρόπος σίτισης	ετερότροφος ή αυτότροφος	Ετεροτροφικό	Ετεροτροφικό	αυτότροφος
Οργάνωση κληρονομικών πληροφοριών	προκαρυώτες	ευκαρυωτες	ευκαρυωτες	ευκαρυωτες
Εντοπισμός DNA	Νουκλεοειδή, πλασμίδια	πυρήνας, μιτοχόνδρια	πυρήνας, μιτοχόνδρια	Πυρήνας, μιτοχόνδρια, πλαστίδια
μεμβράνη πλάσματος	Υπάρχει	Υπάρχει	Υπάρχει	Υπάρχει
κυτταρικό τοίχωμα	Μουρεινόβαγια	—	Χιτίνους	Κυτταρίνη
Κυτόπλασμα	Υπάρχει	Υπάρχει	Υπάρχει	Υπάρχει
Οργανίδια	Ριβοσώματα	Μεμβράνη και μη, συμπεριλαμβανομένου του κυτταρικού κέντρου	Μεμβράνη και μη	Μεμβράνη και μη, συμπεριλαμβανομένων των πλαστιδίων
Οργανίδια κίνησης	Μαστίγια και λάχνες	Μαστίγια και βλεφαρίδες	Μαστίγια και βλεφαρίδες	Μαστίγια και βλεφαρίδες
κενοτόπια	Σπανίως	συσταλτικός, χωνευτικός	Ωρες ωρες	Κεντρικό κενοτόπιο με κυτταρικό χυμό
εγκλείσματα	Γλυκογόνο, βολουτίνη	Γλυκογόνο	Γλυκογόνο	Αμυλο

Οι διαφορές στη δομή των κυττάρων των εκπροσώπων διαφορετικών βασιλείων της άγριας ζωής φαίνονται στο σχήμα.

Η χημική σύνθεση του κυττάρου. Μακρο- και μικροστοιχεία. Η σχέση της δομής και των λειτουργιών ανόργανων και οργανικών ουσιών (πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, λιπίδια, ATP) που συνθέτουν το κύτταρο. Ο ρόλος των χημικών στο κύτταρο και στο ανθρώπινο σώμα

Η χημική σύνθεση του κυττάρου

Τα περισσότερα από τα χημικά στοιχεία που βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς Περιοδικό σύστημαστοιχεία του D. I. Mendeleev, που ανακαλύφθηκαν μέχρι σήμερα. Αφενός, δεν περιέχουν ούτε ένα στοιχείο που δεν θα ήταν σε άψυχη φύση και, αφετέρου, οι συγκεντρώσεις τους σε σώματα άψυχης φύσης και ζωντανούς οργανισμούς διαφέρουν σημαντικά.

Αυτά τα χημικά στοιχεία σχηματίζουν ανόργανες και οργανικές ουσίες. Παρά το γεγονός ότι οι ανόργανες ουσίες κυριαρχούν στους ζωντανούς οργανισμούς, οι οργανικές ουσίες είναι αυτές που καθορίζουν τη μοναδικότητα της χημικής τους σύνθεσης και το φαινόμενο της ζωής γενικότερα, αφού συντίθενται κυρίως από οργανισμούς στη διαδικασία της ζωτικής δραστηριότητας και παίζουν σημαντικό ρόλο στη αντιδράσεις.

Η επιστήμη ασχολείται με τη μελέτη της χημικής σύστασης των οργανισμών και των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα σε αυτούς. βιοχημεία.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η περιεκτικότητα σε χημικές ουσίες σε διαφορετικά κύτταρα και ιστούς μπορεί να ποικίλλει σημαντικά. Για παράδειγμα, ενώ οι πρωτεΐνες κυριαρχούν μεταξύ των οργανικών ενώσεων στα ζωικά κύτταρα, οι υδατάνθρακες κυριαρχούν στα φυτικά κύτταρα.

Χημικό στοιχείο	φλοιός της γης	Θαλασσινό νερό	Ζωντανοί οργανισμοί
Ο	49.2	85.8	65-75
ντο	0.4	0.0035	15-18
H	1.0	10.67	8-10
Ν	0.04	0.37	1.5-3.0
Π	0.1	0.003	0.20-1.0
μικρό	0.15	0.09	0.15-0.2
κ	2.35	0.04	0.15-0.4
Ca	3.25	0.05	0.04-2.0
Cl	0.2	0.06	0.05-0.1
mg	2.35	0.14	0.02-0.03
Να	2.4	1.14	0.02-0.03
Fe	4.2	0.00015	0.01-0.015
Zn	< 0.01	0.00015	0.0003
Cu	< 0.01	< 0.00001	0.0002
Εγώ	< 0.01	0.000015	0.0001
φά	0.1	2.07	0.0001

Μακρο- και μικροστοιχεία

Περίπου 80 χημικά στοιχεία βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς, αλλά μόνο 27 από αυτά τα στοιχεία έχουν τις λειτουργίες τους στο κύτταρο και τον οργανισμό. Τα υπόλοιπα στοιχεία υπάρχουν σε ίχνη και φαίνεται να προσλαμβάνονται μέσω της τροφής, του νερού και του αέρα. Η περιεκτικότητα σε χημικά στοιχεία στο σώμα ποικίλλει σημαντικά. Ανάλογα με τη συγκέντρωση χωρίζονται σε μακροθρεπτικά και μικροστοιχεία.

Η συγκέντρωση του καθενός μακροθρεπτικά συστατικάστον οργανισμό ξεπερνά το 0,01%, και η συνολική περιεκτικότητά τους είναι 99%. Τα μακροθρεπτικά συστατικά περιλαμβάνουν οξυγόνο, άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο, φώσφορο, θείο, κάλιο, ασβέστιο, νάτριο, χλώριο, μαγνήσιο και σίδηρο. Τα πρώτα τέσσερα από αυτά τα στοιχεία (οξυγόνο, άνθρακας, υδρογόνο και άζωτο) ονομάζονται επίσης οργανογενής, αφού αποτελούν μέρος των κύριων οργανικών ενώσεων. Ο φώσφορος και το θείο είναι επίσης συστατικά μιας σειράς οργανικών ουσιών, όπως οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα. Ο φώσφορος είναι απαραίτητος για το σχηματισμό των οστών και των δοντιών.

Χωρίς τα υπόλοιπα μακροθρεπτικά συστατικά, η κανονική λειτουργία του οργανισμού είναι αδύνατη. Έτσι, το κάλιο, το νάτριο και το χλώριο εμπλέκονται στις διαδικασίες διέγερσης των κυττάρων. Το κάλιο είναι επίσης απαραίτητο για τη λειτουργία πολλών ενζύμων και τη συγκράτηση του νερού στο κύτταρο. Το ασβέστιο βρίσκεται στα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών, των οστών, των δοντιών και του κελύφους των μαλακίων και απαιτείται για τη σύσπαση των μυών και την ενδοκυτταρική κίνηση. Το μαγνήσιο είναι συστατικό της χλωροφύλλης - της χρωστικής που εξασφαλίζει τη ροή της φωτοσύνθεσης. Συμμετέχει επίσης στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Ο σίδηρος, εκτός από μέρος της αιμοσφαιρίνης, η οποία μεταφέρει οξυγόνο στο αίμα, είναι απαραίτητος για τις διαδικασίες της αναπνοής και της φωτοσύνθεσης, καθώς και για τη λειτουργία πολλών ενζύμων.

ιχνοστοιχείαπεριέχονται στον οργανισμό σε συγκεντρώσεις μικρότερες του 0,01% και η συνολική τους συγκέντρωση στο κύτταρο δεν φτάνει ούτε το 0,1%. Τα ιχνοστοιχεία περιλαμβάνουν ψευδάργυρο, χαλκό, μαγγάνιο, κοβάλτιο, ιώδιο, φθόριο κ.λπ. Ο ψευδάργυρος είναι μέρος του μορίου της παγκρεατικής ορμόνης ινσουλίνη, ο χαλκός απαιτείται για τη φωτοσύνθεση και την αναπνοή. Το κοβάλτιο είναι συστατικό της βιταμίνης Β12, η ​​απουσία της οποίας οδηγεί σε αναιμία. Το ιώδιο είναι απαραίτητο για τη σύνθεση των θυρεοειδικών ορμονών, οι οποίες διασφαλίζουν την κανονική πορεία του μεταβολισμού και το φθόριο σχετίζεται με το σχηματισμό του σμάλτου των δοντιών.

Τόσο η ανεπάρκεια όσο και η περίσσεια ή η διαταραχή του μεταβολισμού των μακρο- και μικροστοιχείων οδηγούν στην ανάπτυξη διαφόρων ασθενειών. Συγκεκριμένα, η έλλειψη ασβεστίου και φωσφόρου προκαλεί ραχίτιδα, η έλλειψη αζώτου προκαλεί σοβαρή ανεπάρκεια πρωτεΐνης, η έλλειψη σιδήρου προκαλεί αναιμία και η έλλειψη ιωδίου προκαλεί παραβίαση του σχηματισμού θυρεοειδικών ορμονών και μείωση του μεταβολικού ρυθμού. Η μείωση της πρόσληψης φθορίου με νερό και φαγητό σε μεγάλο βαθμό προκαλεί παραβίαση της ανανέωσης του σμάλτου των δοντιών και, ως εκ τούτου, προδιάθεση για τερηδόνα. Ο μόλυβδος είναι τοξικός για όλους σχεδόν τους οργανισμούς. Η περίσσευσή του προκαλεί μη αναστρέψιμες βλάβες στον εγκέφαλο και στο κεντρικό νευρικό σύστημα, που εκδηλώνεται με απώλεια όρασης και ακοής, αϋπνία, νεφρική ανεπάρκεια, επιληπτικές κρίσεις και μπορεί επίσης να οδηγήσει σε παράλυση και ασθένειες όπως ο καρκίνος. Η οξεία δηλητηρίαση από μόλυβδο συνοδεύεται από ξαφνικές παραισθήσεις και καταλήγει σε κώμα και θάνατο.

Η έλλειψη μακρο- και μικροστοιχείων μπορεί να αντισταθμιστεί με την αύξηση της περιεκτικότητάς τους στα τρόφιμα και πόσιμο νερόκαθώς και με τη λήψη φαρμάκων. Άρα, το ιώδιο βρίσκεται στα θαλασσινά και το ιωδιούχο αλάτι, το ασβέστιο στα τσόφλια των αυγών κ.λπ.

Η σχέση της δομής και των λειτουργιών ανόργανων και οργανικών ουσιών (πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, λιπίδια, ATP) που συνθέτουν το κύτταρο. Ο ρόλος των χημικών στο κύτταρο και στο ανθρώπινο σώμα

ανόργανες ουσίες

Τα χημικά στοιχεία του κυττάρου σχηματίζουν διάφορες ενώσεις - ανόργανες και οργανικές. Οι ανόργανες ουσίες του κυττάρου περιλαμβάνουν νερό, μεταλλικά άλατα, οξέα κ.λπ., και οι οργανικές ουσίες περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, λιπίδια, ATP, βιταμίνες κ.λπ.

Νερό(H 2 O) - η πιο κοινή ανόργανη ουσία του κυττάρου, η οποία έχει μοναδικές φυσικοχημικές ιδιότητες. Δεν έχει γεύση, χρώμα, μυρωδιά. Η πυκνότητα και το ιξώδες όλων των ουσιών υπολογίζονται από το νερό. Όπως πολλές άλλες ουσίες, το νερό μπορεί να βρεθεί σε τρεις καταστάσεις συνάθροισης: στερεό (πάγος), υγρό και αέριο (ατμός). Το σημείο τήξης του νερού είναι $0°$C, το σημείο βρασμού είναι $100°$C, ωστόσο, η διάλυση άλλων ουσιών στο νερό μπορεί να αλλάξει αυτά τα χαρακτηριστικά. Η θερμοχωρητικότητα του νερού είναι επίσης αρκετά υψηλή - 4200 kJ / mol K, γεγονός που καθιστά δυνατή τη συμμετοχή του στις διαδικασίες θερμορύθμισης. Σε ένα μόριο νερού, τα άτομα υδρογόνου βρίσκονται σε γωνία $105°$, ενώ τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων απομακρύνονται από το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο οξυγόνου. Αυτό καθορίζει τις διπολικές ιδιότητες των μορίων του νερού (το ένα άκρο τους είναι θετικά φορτισμένο και το άλλο αρνητικά) και τη δυνατότητα σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού. Η προσκόλληση των μορίων του νερού αποτελεί τη βάση του φαινομένου επιφανειακή τάση, τριχοειδής ικανότητα και ιδιότητες του νερού ως γενικού διαλύτη. Ως αποτέλεσμα, όλες οι ουσίες χωρίζονται σε διαλυτές στο νερό (υδρόφιλες) και αδιάλυτες σε αυτό (υδρόφοβες). Χάρη σε αυτές τις μοναδικές ιδιότητες, είναι προκαθορισμένο ότι το νερό έχει γίνει η βάση της ζωής στη Γη.

Η μέση περιεκτικότητα σε νερό στα κύτταρα του σώματος δεν είναι η ίδια και μπορεί να αλλάξει με την ηλικία. Έτσι, σε ένα ανθρώπινο έμβρυο ενάμιση μηνών, η περιεκτικότητα σε νερό στα κύτταρα φτάνει το 97,5%, σε ένα οκτάμηνο - 83%, σε ένα νεογέννητο μειώνεται στο 74%, και σε έναν ενήλικα είναι κατά μέσο όρο 66%. Ωστόσο, τα κύτταρα του σώματος διαφέρουν ως προς την περιεκτικότητα σε νερό. Έτσι, τα οστά περιέχουν περίπου 20% νερό, το συκώτι - 70%, και ο εγκέφαλος - 86%. Σε γενικές γραμμές, μπορεί να ειπωθεί ότι η συγκέντρωση του νερού στα κύτταρα είναι ευθέως ανάλογη με τον μεταβολικό ρυθμό.

ορυκτά άλαταμπορεί να είναι σε διαλυμένες ή αδιάλυτες καταστάσεις. Διαλυτά άλαταδιασπώνται σε ιόντα - κατιόντα και ανιόντα. Τα πιο σημαντικά κατιόντα είναι τα ιόντα καλίου και νατρίου, τα οποία διευκολύνουν τη μεταφορά ουσιών μέσω της μεμβράνης και συμμετέχουν στην εμφάνιση και αγωγή μιας νευρικής ώθησης. καθώς και ιόντα ασβεστίου, τα οποία συμμετέχουν στις διαδικασίες συστολής των μυϊκών ινών και της πήξης του αίματος. μαγνήσιο, το οποίο είναι μέρος της χλωροφύλλης. σίδηρο, ο οποίος αποτελεί μέρος μιας σειράς πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένης της αιμοσφαιρίνης. Τα πιο σημαντικά ανιόντα είναι το φωσφορικό ανιόν, το οποίο είναι μέρος του ATP και των νουκλεϊκών οξέων, και το υπόλειμμα ανθρακικού οξέος, το οποίο αμβλύνει τις διακυμάνσεις του pH του μέσου. Τα ιόντα ορυκτών αλάτων παρέχουν τόσο τη διείσδυση του ίδιου του νερού στο κύτταρο όσο και την κατακράτηση του σε αυτό. Εάν η συγκέντρωση των αλάτων στο περιβάλλον είναι μικρότερη από ό,τι στην κυψέλη, τότε το νερό διεισδύει στο κελί. Επίσης, τα ιόντα καθορίζουν τις ρυθμιστικές ιδιότητες του κυτταροπλάσματος, δηλαδή την ικανότητά του να διατηρεί σταθερό ελαφρώς αλκαλικό pH του κυτταροπλάσματος, παρά τον σταθερό σχηματισμό όξινων και αλκαλικών προϊόντων στο κύτταρο.

Αδιάλυτα άλατα(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2, κ.λπ.) αποτελούν μέρος των οστών, των δοντιών, των οστράκων και των οστράκων μονοκύτταρων και πολυκύτταρων ζώων.

Επιπλέον, άλλες ανόργανες ενώσεις, όπως οξέα και οξείδια, μπορούν να παραχθούν σε οργανισμούς. Έτσι, τα βρεγματικά κύτταρα του ανθρώπινου στομάχου παράγουν υδροχλωρικό οξύ, το οποίο ενεργοποιεί το πεπτικό ένζυμο πεψίνη και το οξείδιο του πυριτίου εμποτίζει τα κυτταρικά τοιχώματα της αλογοουράς και σχηματίζει κελύφη διατόμων. ΣΤΟ τα τελευταία χρόνιαΟ ρόλος του μονοξειδίου του αζώτου (II) στη σηματοδότηση στα κύτταρα και στο σώμα διερευνάται επίσης.

οργανική ύλη

Γενικά χαρακτηριστικά των οργανικών ουσιών του κυττάρου

Οι οργανικές ουσίες ενός κυττάρου μπορούν να αντιπροσωπευτούν τόσο από σχετικά απλά μόρια όσο και από πιο πολύπλοκα. Στις περιπτώσεις που ένα πολύπλοκο μόριο (μακρομόριο) σχηματίζεται από σημαντικό αριθμό επαναλαμβανόμενων απλούστερων μορίων, ονομάζεται πολυμερέςκαι δομικές μονάδες - μονομερή. Ανάλογα με το αν οι μονάδες των πολυμερών επαναλαμβάνονται ή όχι, ταξινομούνται ως τακτικόςή ακανόνιστος. Τα πολυμερή αποτελούν έως και το 90% της μάζας της ξηρής ύλης του κυττάρου. Ανήκουν σε τρεις κύριες κατηγορίες οργανικών ενώσεων - υδατάνθρακες (πολυσακχαρίτες), πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Τα κανονικά πολυμερή είναι πολυσακχαρίτες, ενώ οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα είναι ακανόνιστα. Στις πρωτεΐνες και στα νουκλεϊκά οξέα, η αλληλουχία των μονομερών είναι εξαιρετικά σημαντική, καθώς εκτελούν μια πληροφοριακή λειτουργία.

Υδατάνθρακες

Υδατάνθρακες- πρόκειται για οργανικές ενώσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν κυρίως τρία χημικά στοιχεία - άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, αν και ένας αριθμός υδατανθράκων περιέχει επίσης άζωτο ή θείο. Ο γενικός τύπος για τους υδατάνθρακες είναι C m (H 2 O) n. Διακρίνονται σε απλούς και σύνθετους υδατάνθρακες.

Απλοί υδατάνθρακες (μονοσακχαρίτες)περιέχουν ένα μόνο μόριο σακχάρου που δεν μπορεί να αναλυθεί σε απλούστερα. Πρόκειται για κρυσταλλικές ουσίες, γλυκές στη γεύση και πολύ διαλυτές στο νερό. Οι μονοσακχαρίτες παίρνουν ενεργό μέρος στο μεταβολισμό στο κύτταρο και αποτελούν μέρος των σύνθετων υδατανθράκων - ολιγοσακχαριτών και πολυσακχαριτών.

Οι μονοσακχαρίτες ταξινομούνται με βάση τον αριθμό των ατόμων άνθρακα (C 3 - C 9), για παράδειγμα, πεντόζες(Γ 5) και εξόζες(Από 6). Οι πεντόζες περιλαμβάνουν ριβόζη και δεοξυριβόζη. Ριβόζηείναι μέρος του RNA και του ATP. Δεοξυριβόζηείναι συστατικό του DNA. Οι εξόσες (C 6 H 12 O 6) είναι η γλυκόζη, η φρουκτόζη, η γαλακτόζη κ.λπ. Γλυκόζη(σάκχαρο σταφυλιού) βρίσκεται σε όλους τους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπινου αίματος, καθώς αποτελεί ενεργειακό απόθεμα. Είναι μέρος πολλών σύνθετων σακχάρων: σακχαρόζη, λακτόζη, μαλτόζη, άμυλο, κυτταρίνη κ.λπ. Φρουκτόζη(ζάχαρη φρούτων) βρίσκεται στις υψηλότερες συγκεντρώσεις στα φρούτα, το μέλι, τις καλλιέργειες ρίζας ζαχαρότευτλων. Όχι μόνο συμμετέχει ενεργά στις μεταβολικές διεργασίες, αλλά είναι επίσης μέρος της σακχαρόζης και ορισμένων πολυσακχαριτών, όπως η ινσουλίνη.

Οι περισσότεροι μονοσακχαρίτες είναι σε θέση να δώσουν μια αντίδραση καθρέφτη αργύρου και να μειώσουν τον χαλκό προσθέτοντας υγρό Fehling (ένα μείγμα διαλυμάτων θειικού χαλκού (II) και τρυγικού καλίου-νάτριου) και βράζοντας.

Προς την ολιγοσακχαρίτεςπεριλαμβάνουν υδατάνθρακες που σχηματίζονται από πολλά υπολείμματα μονοσακχαριτών. Γενικά είναι επίσης πολύ διαλυτά στο νερό και έχουν γλυκιά γεύση. Ανάλογα με τον αριθμό αυτών των υπολειμμάτων διακρίνονται οι δισακχαρίτες (δύο υπολείμματα), οι τρισακχαρίτες (τρεις) κ.λπ. Στους δισακχαρίτες περιλαμβάνονται η σακχαρόζη, η λακτόζη, η μαλτόζη κ.λπ. σακχαρόζη(ζαχαρότευτλα ή ζαχαροκάλαμο) αποτελείται από υπολείμματα γλυκόζης και φρουκτόζης, βρίσκεται στα αποθηκευτικά όργανα ορισμένων φυτών. Ιδιαίτερα πολλή σακχαρόζη στις ρίζες των ζαχαρότευτλων και του ζαχαροκάλαμου, όπου λαμβάνονται με βιομηχανικό τρόπο. Χρησιμεύει ως σημείο αναφοράς για τη γλυκύτητα των υδατανθράκων. Λακτόζη, ή ζάχαρη γάλακτος, που σχηματίζεται από υπολείμματα γλυκόζης και γαλακτόζης, που βρίσκονται στο μητρικό και αγελαδινό γάλα. Μαλτόζη(ζάχαρη βύνης) αποτελείται από δύο υπολείμματα γλυκόζης. Σχηματίζεται κατά τη διάσπαση των πολυσακχαριτών στους σπόρους των φυτών και στο ανθρώπινο πεπτικό σύστημα και χρησιμοποιείται στην παραγωγή μπύρας.

Πολυσακχαρίτεςείναι βιοπολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι κατάλοιπα μονο- ή δισακχαριτών. Οι περισσότεροι πολυσακχαρίτες είναι αδιάλυτοι στο νερό και έχουν γεύση χωρίς ζάχαρη. Αυτά περιλαμβάνουν άμυλο, γλυκογόνο, κυτταρίνη και χιτίνη. Αμυλο- Αυτή είναι μια λευκή ουσία σε σκόνη που δεν βρέχεται από το νερό, αλλά σχηματίζει ένα εναιώρημα όταν παρασκευάζεται με ζεστό νερό - μια πάστα. Το άμυλο στην πραγματικότητα αποτελείται από δύο πολυμερή, τη λιγότερο διακλαδισμένη αμυλόζη και την πιο διακλαδισμένη αμυλοπηκτίνη (Εικόνα 2.9). Το μονομερές τόσο της αμυλόζης όσο και της αμυλοπηκτίνης είναι η γλυκόζη. Το άμυλο είναι η κύρια αποθηκευτική ουσία των φυτών, η οποία συσσωρεύεται σε μεγάλες ποσότητες σε σπόρους, καρπούς, κονδύλους, ριζώματα και άλλα αποθηκευτικά όργανα των φυτών. Ποιοτική αντίδρασηΤο άμυλο είναι μια αντίδραση με ιώδιο, κατά την οποία το άμυλο γίνεται μπλε-ιώδες.

Γλυκογόνο(ζωικό άμυλο) είναι ένας αποθεματικός πολυσακχαρίτης ζώων και μυκήτων, ο οποίος στον άνθρωπο σε μεγαλύτερες ποσότητεςσυσσωρεύεται στους μύες και στο συκώτι. Είναι επίσης αδιάλυτο στο νερό και έχει γεύση χωρίς ζάχαρη. Το μονομερές του γλυκογόνου είναι η γλυκόζη. Σε σύγκριση με τα μόρια του αμύλου, τα μόρια γλυκογόνου είναι ακόμη πιο διακλαδισμένα.

Κυτταρίνη, ή κυτταρίνη, - ο κύριος πολυσακχαρίτης αναφοράς των φυτών. Το μονομερές της κυτταρίνης είναι η γλυκόζη. Τα μη διακλαδισμένα μόρια κυτταρίνης σχηματίζουν δέσμες που αποτελούν μέρος των κυτταρικών τοιχωμάτων των φυτών. Η κυτταρίνη είναι η βάση του ξύλου, χρησιμοποιείται στις κατασκευές, στην παραγωγή υφασμάτων, χαρτιού, αλκοόλης και πολλών οργανικών ουσιών. Η κυτταρίνη είναι χημικά αδρανής και δεν διαλύεται ούτε σε οξέα ούτε σε αλκάλια. Επίσης δεν διασπάται από τα ένζυμα του ανθρώπινου πεπτικού συστήματος, αλλά τα βακτήρια στο παχύ έντερο βοηθούν στην πέψη του. Επιπλέον, οι φυτικές ίνες διεγείρουν τη συστολή των τοιχωμάτων του γαστρεντερικού σωλήνα, βοηθώντας στη βελτίωση της εργασίας του.

Χιτίνηείναι ένας πολυσακχαρίτης, το μονομερές του οποίου είναι ένας μονοσακχαρίτης που περιέχει άζωτο. Αποτελεί μέρος των κυτταρικών τοιχωμάτων μυκήτων και κελύφους αρθροπόδων. Στο ανθρώπινο πεπτικό σύστημα, επίσης, δεν υπάρχει ένζυμο για την πέψη της χιτίνης, μόνο μερικά βακτήρια το έχουν.

Λειτουργίες των υδατανθράκων.Οι υδατάνθρακες εκτελούν πλαστικές (κατασκευές), ενεργειακές, αποθηκευτικές και υποστηρικτικές λειτουργίες στο κύτταρο. Σχηματίζουν τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών και των μυκήτων. Η ενεργειακή αξία της διάσπασης 1 g υδατανθράκων είναι 17,2 kJ. Η γλυκόζη, η φρουκτόζη, η σακχαρόζη, το άμυλο και το γλυκογόνο είναι εφεδρικές ουσίες. Οι υδατάνθρακες μπορούν επίσης να αποτελούν μέρος σύνθετων λιπιδίων και πρωτεϊνών, σχηματίζοντας γλυκολιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες, ιδιαίτερα στις κυτταρικές μεμβράνες. Εξίσου σημαντικός είναι ο ρόλος των υδατανθράκων στη διακυτταρική αναγνώριση και αντίληψη των περιβαλλοντικών σημάτων, καθώς λειτουργούν ως υποδοχείς στη σύνθεση των γλυκοπρωτεϊνών.

Λιπίδια

Λιπίδιαείναι μια χημικά ετερογενής ομάδα ουσιών χαμηλού μοριακού βάρους με υδρόφοβες ιδιότητες. Αυτές οι ουσίες είναι αδιάλυτες στο νερό, σχηματίζουν γαλακτώματα σε αυτό, αλλά είναι εύκολα διαλυτές σε οργανικούς διαλύτες. Τα λιπίδια είναι λιπαρά στην αφή, πολλά από αυτά αφήνουν χαρακτηριστικά μη στεγνά ίχνη στο χαρτί. Μαζί με τις πρωτεΐνες και τους υδατάνθρακες, αποτελούν ένα από τα κύρια συστατικά των κυττάρων. Η περιεκτικότητα σε λιπίδια σε διαφορετικά κύτταρα δεν είναι η ίδια, ειδικά πολλά από αυτά στους σπόρους και τους καρπούς ορισμένων φυτών, στο συκώτι, την καρδιά, το αίμα.

Ανάλογα με τη δομή του μορίου, τα λιπίδια χωρίζονται σε απλά και σύνθετα. Προς την απλόςΤα λιπίδια περιλαμβάνουν ουδέτερα λιπίδια (λίπη), κεριά και στεροειδή. ΣυγκρότημαΤα λιπίδια περιέχουν επίσης ένα άλλο, μη λιπιδικό συστατικό. Τα σημαντικότερα από αυτά είναι τα φωσφολιπίδια, τα γλυκολιπίδια κ.λπ.

Λίπηείναι εστέρες της τριυδρικής αλκοόλης γλυκερόλης και ανώτερων λιπαρών οξέων. Τα περισσότερα λιπαρά οξέα περιέχουν 14-22 άτομα άνθρακα. Ανάμεσά τους υπάρχουν και κορεσμένα και ακόρεστα, δηλαδή που περιέχουν διπλούς δεσμούς. Από τα κορεσμένα λιπαρά οξέα, το παλμιτικό και το στεατικό οξύ είναι πιο κοινά, και από τα ακόρεστα λιπαρά οξέα, το ελαϊκό. Ορισμένα ακόρεστα λιπαρά οξέα δεν συντίθενται στο ανθρώπινο σώμα ή συντίθενται σε ανεπαρκείς ποσότητες και επομένως είναι απαραίτητα. Τα υπολείμματα γλυκερίνης σχηματίζουν υδρόφιλες κεφαλές, ενώ τα υπολείμματα λιπαρών οξέων σχηματίζουν υδρόφοβες ουρές.

Τα λίπη εκτελούν κυρίως μια λειτουργία αποθήκευσης στα κύτταρα και χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας. Είναι πλούσια σε υποδόριο λιπώδη ιστό, ο οποίος εκτελεί λειτουργίες απορρόφησης κραδασμών και θερμομόνωσης, και στα υδρόβια ζώα αυξάνει επίσης την άνωση. Τα φυτικά λίπη περιέχουν ως επί το πλείστον ακόρεστα λιπαρά οξέα, με αποτέλεσμα να είναι υγρά και να ονομάζονται ελαιογραφίες. Έλαια βρίσκονται στους σπόρους πολλών φυτών, όπως ο ηλίανθος, η σόγια, η ελαιοκράμβη κ.λπ.

Κεριάείναι εστέρες και μείγματα λιπαρών οξέων και λιπαρών αλκοολών. Στα φυτά σχηματίζουν μια μεμβράνη στην επιφάνεια του φύλλου, η οποία προστατεύει από την εξάτμιση, τη διείσδυση παθογόνων κτλ. Σε ορισμένα ζώα καλύπτουν το σώμα ή χρησιμεύουν για την κατασκευή κηρηθρών.

Προς την στεροειδήπεριλαμβάνουν λιπίδια όπως η χοληστερόλη, ένα απαραίτητο συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών, καθώς και οι σεξουαλικές ορμόνες οιστραδιόλη, τεστοστερόνη, βιταμίνη D κ.λπ.

Φωσφολιπίδια, εκτός από υπολείμματα γλυκερίνης και λιπαρών οξέων, περιέχουν ένα υπόλειμμα ορθοφωσφορικού οξέος. Αποτελούν μέρος των κυτταρικών μεμβρανών και παρέχουν τις ιδιότητες φραγμού τους.

Γλυκολιπίδιααποτελούν επίσης συστατικά μεμβρανών, αλλά η περιεκτικότητά τους εκεί είναι χαμηλή. Το μη λιπιδικό μέρος των γλυκολιπιδίων είναι οι υδατάνθρακες.

Λειτουργίες λιπιδίων.Τα λιπίδια εκτελούν πλαστικές (οικοδομητικές), ενεργειακές, αποθηκευτικές, προστατευτικές, εκκριτικές και ρυθμιστικές λειτουργίες στο κύτταρο, επιπλέον, είναι βιταμίνες. Είναι απαραίτητο συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών. Κατά τη διάσπαση 1 g λιπιδίων, απελευθερώνονται 38,9 kJ ενέργειας. Αποτίθενται στο απόθεμα σε διάφορα όργανα φυτών και ζώων. Επιπλέον, ο υποδόριος λιπώδης ιστός προστατεύει εσωτερικά όργανααπό υποθερμία ή υπερθέρμανση, καθώς και σοκ. Η ρυθμιστική λειτουργία των λιπιδίων οφείλεται στο γεγονός ότι ορισμένα από αυτά είναι ορμόνες. Το λίπος σώμα των εντόμων χρησιμεύει για απέκκριση.

σκίουροι

σκίουροιείναι μακρομοριακές ενώσεις, βιοπολυμερή, τα μονομερή των οποίων είναι συνδεδεμένα με αμινοξέα πεπτιδικούς δεσμούς.

αμινοξέωνονομάζεται οργανική ένωση που έχει μια αμινομάδα, μια καρβοξυλική ομάδα και μια ρίζα. Συνολικά, υπάρχουν περίπου 200 αμινοξέα στη φύση, τα οποία διαφέρουν σε ρίζες και αμοιβαία διευθέτησηλειτουργικές ομάδες, αλλά μόνο 20 από αυτές μπορούν να αποτελούν μέρος πρωτεϊνών. Αυτά τα αμινοξέα ονομάζονται πρωτεϊνογόνο.

Δυστυχώς, δεν μπορούν να συντεθούν όλα τα πρωτεϊνογενή αμινοξέα στο ανθρώπινο σώμα, επομένως χωρίζονται σε μη απαραίτητα και αναντικατάστατα. Μη απαραίτητα αμινοξέασχηματίζονται στο ανθρώπινο σώμα στην απαιτούμενη ποσότητα και αναντικατάστατος- Οχι. Πρέπει να προέρχονται από τρόφιμα, αλλά μπορούν επίσης να συντεθούν μερικώς από εντερικούς μικροοργανισμούς. Υπάρχουν 8 πλήρως απαραίτητα αμινοξέα. Αυτά περιλαμβάνουν βαλίνη, ισολευκίνη, λευκίνη, λυσίνη, μεθειονίνη, θρεονίνη, τρυπτοφάνη και φαινυλαλανίνη. Παρά το γεγονός ότι απολύτως όλα τα πρωτεϊνογενή αμινοξέα συντίθενται στα φυτά, οι φυτικές πρωτεΐνες είναι ατελείς επειδή δεν περιέχουν ένα πλήρες σύνολο αμινοξέων, επιπλέον, η παρουσία πρωτεΐνης στα φυτικά μέρη των φυτών σπάνια υπερβαίνει το 1-2% του μάζα. Επομένως, είναι απαραίτητο να τρώτε πρωτεΐνες όχι μόνο φυτικής, αλλά και ζωικής προέλευσης.

Μια αλληλουχία δύο αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς ονομάζεται διπεπτίδιο, από τα τρία τριπεπτίδιοκ.λπ. Μεταξύ των πεπτιδίων υπάρχουν τόσο σημαντικές ενώσεις όπως ορμόνες (ωκυτοκίνη, βαζοπρεσσίνη), αντιβιοτικά κ.λπ. Μια αλυσίδα με περισσότερα από είκοσι αμινοξέα ονομάζεται πολυπεπτίδιοκαι τα πολυπεπτίδια που περιέχουν περισσότερα από 60 υπολείμματα αμινοξέων είναι πρωτεΐνες.

Επίπεδα δομική οργάνωσησκίουρος.Οι πρωτεΐνες μπορεί να έχουν πρωτογενείς, δευτεροταγείς, τριτοταγείς και τεταρτοταγείς δομές.

Πρωτογενής δομή μιας πρωτεΐνης- αυτό είναι γραμμική αλληλουχία αμινοξέωνσυνδέονται με πεπτιδικό δεσμό. Η πρωτογενής δομή τελικά καθορίζει την ειδικότητα της πρωτεΐνης και τη μοναδικότητά της, γιατί ακόμα κι αν υποθέσουμε ότι η μέση πρωτεΐνη περιέχει 500 υπολείμματα αμινοξέων, τότε ο αριθμός των πιθανών συνδυασμών είναι 20.500. Επομένως, μια αλλαγή στη θέση τουλάχιστον ενός αμινοξέος οξύ στην πρωτογενή δομή συνεπάγεται μια δευτερογενή αλλαγή ή περισσότερο ψηλές κατασκευές, καθώς και τις ιδιότητες της πρωτεΐνης στο σύνολό της.

Τα δομικά χαρακτηριστικά της πρωτεΐνης καθορίζουν τη χωρική της συσκευασία - την εμφάνιση δευτερογενών και τριτογενών δομών.

δευτερεύουσα δομήείναι η χωρική διάταξη ενός μορίου πρωτεΐνης στη μορφή σπείρεςή πτυχώσειςσυγκρατούνται από δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των ατόμων οξυγόνου και υδρογόνου των πεπτιδικών ομάδων διαφορετικών στροφών της έλικας ή των πτυχών. Πολλές πρωτεΐνες περιέχουν περισσότερο ή λιγότερο μακριές περιοχές με δευτερεύουσα δομή. Αυτές είναι, για παράδειγμα, κερατίνες μαλλιών και νυχιών, ινώδες μεταξιού.

Τριτογενής δομήσκίουρος ( αιμοσφαίριο) είναι επίσης μια μορφή χωρικής αναδίπλωσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, που συγκρατείται από υδρόφοβους, υδρογόνο, δισουλφιδικούς (S-S) και άλλους δεσμούς. Είναι χαρακτηριστικό των περισσότερων πρωτεϊνών του σώματος, όπως η μυοσφαιρίνη των μυών.

Τεταρτογενής δομή- το πιο πολύπλοκο, που σχηματίζεται από πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες που συνδέονται κυρίως με τους ίδιους δεσμούς όπως στον τριτογενή (υδρόφοβο, ιοντικό και υδρογόνο), καθώς και άλλες ασθενείς αλληλεπιδράσεις. Η τεταρτοταγής δομή είναι χαρακτηριστική για λίγες πρωτεΐνες, όπως η αιμοσφαιρίνη, η χλωροφύλλη κ.λπ.

Το σχήμα του μορίου είναι ινώδηςκαι σφαιρικόςπρωτεΐνες. Τα πρώτα από αυτά είναι επιμήκη, όπως, για παράδειγμα, το κολλαγόνο του συνδετικού ιστού ή οι κερατίνες μαλλιών και νυχιών. Οι σφαιρικές πρωτεΐνες έχουν τη μορφή μπάλας (σφαιρίδια), όπως η μυοσφαιρίνη των μυών.

Απλές και σύνθετες πρωτεΐνες.Οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι απλόςκαι συγκρότημα.Οι απλές πρωτεΐνες αποτελούνται μόνο από αμινοξέα, ενώ συγκρότημαοι πρωτεΐνες (λιποπρωτεΐνες, χρωμοπρωτεΐνες, γλυκοπρωτεΐνες, νουκλεοπρωτεΐνες κ.λπ.) περιέχουν πρωτεϊνικά και μη πρωτεϊνικά μέρη. Χρωμοπρωτεΐνεςπεριέχει ένα χρωματιστό μη πρωτεϊνικό τμήμα. Αυτά περιλαμβάνουν αιμοσφαιρίνη, μυοσφαιρίνη, χλωροφύλλη, κυτοχρώματα κ.λπ. Έτσι, στη σύνθεση της αιμοσφαιρίνης, καθεμία από τις τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες της πρωτεΐνης σφαιρίνης σχετίζεται με ένα μη πρωτεϊνικό μέρος - την αίμη, στο κέντρο της οποίας υπάρχει σίδηρος ιόν, το οποίο δίνει στην αιμοσφαιρίνη ένα κόκκινο χρώμα. Μη πρωτεϊνικό μέρος λιποπρωτεΐνεςείναι ένα λιπίδιο και γλυκοπρωτεΐνες- υδατάνθρακες. Τόσο οι λιποπρωτεΐνες όσο και οι γλυκοπρωτεΐνες αποτελούν μέρος των κυτταρικών μεμβρανών. Νουκλεοπρωτεΐνεςείναι σύμπλοκα πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων (DNA και RNA). Εκτελούν βασικές λειτουργίεςστις διαδικασίες αποθήκευσης και μετάδοσης κληρονομικών πληροφοριών.

Ιδιότητες πρωτεΐνης.Πολλές πρωτεΐνες είναι πολύ διαλυτές στο νερό, αλλά υπάρχουν μερικές από αυτές που διαλύονται μόνο σε διαλύματα αλάτων, αλκαλίων, οξέων ή οργανικών διαλυτών. Η δομή του μορίου της πρωτεΐνης και η λειτουργική του δραστηριότητα εξαρτώνται από τις συνθήκες περιβάλλον. Η απώλεια ενός μορίου πρωτεΐνης της δομής του διατηρώντας το πρωτεύον ονομάζεται μετουσίωση.

Η μετουσίωση συμβαίνει λόγω μεταβολών της θερμοκρασίας, του pH, της ατμοσφαιρικής πίεσης, υπό την επίδραση οξέων, αλκαλίων, αλάτων βαρέων μετάλλων, οργανικών διαλυτών κ.λπ. Η αντίστροφη διαδικασία αποκατάστασης δευτερογενών και ανώτερων δομών ονομάζεται αναγέννηση, ωστόσο, δεν είναι πάντα δυνατό. Η πλήρης διάσπαση ενός μορίου πρωτεΐνης ονομάζεται καταστροφή.

Λειτουργίες πρωτεΐνης.Οι πρωτεΐνες εκτελούν μια σειρά από λειτουργίες στο κύτταρο: πλαστική (κατασκευή), καταλυτική (ενζυματική), ενέργεια, σηματοδότηση (υποδοχέας), συσταλτική (κινητήρια), μεταφορά, προστατευτική, ρυθμιστική και αποθήκευση.

Η δομική λειτουργία των πρωτεϊνών σχετίζεται με την παρουσία τους στις κυτταρικές μεμβράνες και στα δομικά συστατικά του κυττάρου. Ενέργεια - λόγω του γεγονότος ότι κατά τη διάσπαση 1 g πρωτεΐνης, απελευθερώνονται 17,2 kJ ενέργειας. Οι πρωτεΐνες των μεμβρανικών υποδοχέων συμμετέχουν ενεργά στην αντίληψη των περιβαλλοντικών σημάτων και στη μετάδοσή τους μέσω του κυττάρου, καθώς και στη διακυτταρική αναγνώριση. Χωρίς πρωτεΐνες, η κίνηση των κυττάρων και των οργανισμών στο σύνολό τους είναι αδύνατη, καθώς αποτελούν τη βάση των μαστιγίων και των βλεφαρίδων και επίσης παρέχουν μυϊκή σύσπαση και κίνηση των ενδοκυτταρικών συστατικών. Στο αίμα των ανθρώπων και πολλών ζώων, η πρωτεΐνη αιμοσφαιρίνη μεταφέρει οξυγόνο και μέρος του διοξειδίου του άνθρακα, ενώ άλλες πρωτεΐνες μεταφέρουν ιόντα και ηλεκτρόνια. Ο προστατευτικός ρόλος των πρωτεϊνών σχετίζεται κυρίως με την ανοσία, καθώς η πρωτεΐνη ιντερφερόνη είναι σε θέση να καταστρέψει πολλούς ιούς και οι πρωτεΐνες αντισωμάτων καταστέλλουν την ανάπτυξη βακτηρίων και άλλων ξένων παραγόντων. Υπάρχουν πολλές ορμόνες μεταξύ των πρωτεϊνών και των πεπτιδίων, για παράδειγμα, η παγκρεατική ορμόνη ινσουλίνη, η οποία ρυθμίζει τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα. Σε ορισμένους οργανισμούς, οι πρωτεΐνες μπορούν να αποθηκευτούν σε εφεδρεία, όπως στα όσπρια στους σπόρους ή στις πρωτεΐνες ενός αυγού κοτόπουλου.

Νουκλεϊκά οξέα

Νουκλεϊκά οξέαείναι βιοπολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι νουκλεοτίδια. Επί του παρόντος, δύο τύποι νουκλεϊκών οξέων είναι γνωστοί: το ριβονουκλεϊκό (RNA) και το δεοξυριβονουκλεϊκό (DNA).

Νουκλεοτίδιοπου σχηματίζεται από μια αζωτούχα βάση, ένα υπόλειμμα σακχάρου πεντόζης και ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Τα χαρακτηριστικά των νουκλεοτιδίων καθορίζονται κυρίως από τις αζωτούχες βάσεις που συνθέτουν τη σύνθεσή τους, επομένως, ακόμη και υπό όρους, τα νουκλεοτίδια προσδιορίζονται με τα πρώτα γράμματα των ονομάτων τους. Η σύνθεση των νουκλεοτιδίων μπορεί να περιλαμβάνει πέντε αζωτούχες βάσεις: αδενίνη (Α), γουανίνη (G), θυμίνη (Τ), ουρακίλη (U) και κυτοσίνη (C). Οι πεντόζες των νουκλεοτιδίων - ριβόζη και δεοξυριβόζη - καθορίζουν ποιο νουκλεοτίδιο θα σχηματιστεί - ριβονουκλεοτίδιο ή δεοξυριβονουκλεοτίδιο. Τα ριβονουκλεοτίδια είναι μονομερή RNA, μπορούν να δράσουν ως μόρια σήματος (cAMP) και να αποτελούν μέρος ενώσεων υψηλής ενέργειας, όπως το ATP, και συνένζυμα, όπως NADP, NAD, FAD κ.λπ., και τα δεοξυριβονουκλεοτίδια αποτελούν μέρος του DNA.

Δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA)- δίκλωνο βιοπολυμερές, τα μονομερή του οποίου είναι δεοξυριβονουκλεοτίδια. Η σύνθεση των δεοξυριβονουκλεοτιδίων περιλαμβάνει μόνο τέσσερις αζωτούχες βάσεις από τις πέντε πιθανές - αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), γουανίνη (G) ή κυτοσίνη (C), καθώς και υπολείμματα δεοξυριβόζης και φωσφορικού οξέος. Τα νουκλεοτίδια στην αλυσίδα του DNA αλληλοσυνδέονται μέσω υπολειμμάτων ορθοφωσφορικού οξέος, σχηματίζοντας έναν φωσφοδιεστερικό δεσμό. Όταν σχηματίζεται ένα δίκλωνο μόριο, οι αζωτούχες βάσεις κατευθύνονται προς το εσωτερικό του μορίου. Ωστόσο, η σύνδεση των αλυσίδων DNA δεν συμβαίνει τυχαία - οι αζωτούχες βάσεις διαφορετικών αλυσίδων διασυνδέονται με δεσμούς υδρογόνου σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας: η αδενίνη συνδέεται με τη θυμίνη με δύο δεσμούς υδρογόνου (A \u003d T) και η γουανίνη και η κυτοσίνη κατά τρία (G $ ≡ $ C).

Για αυτήν είχαν στηθεί Κανόνες Chargaff:

1. Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων DNA που περιέχουν αδενίνη είναι ίσος με τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που περιέχουν θυμίνη (Α=Τ).
2. Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων DNA που περιέχουν γουανίνη είναι ίσος με τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που περιέχουν κυτοσίνη (G$≡$C).
3. Το άθροισμα των δεοξυριβονουκλεοτιδίων που περιέχουν αδενίνη και γουανίνη είναι ίσο με το άθροισμα των δεοξυριβονουκλεοτιδίων που περιέχουν θυμίνη και κυτοσίνη (A+G = T+C).
4. Η αναλογία του αθροίσματος των δεοξυριβονουκλεοτιδίων που περιέχουν αδενίνη και θυμίνη προς το άθροισμα των δεοξυριβονουκλεοτιδίων που περιέχουν γουανίνη και κυτοσίνη εξαρτάται από τον τύπο του οργανισμού.

Η δομή του DNA αποκρυπτογραφήθηκε από τους F. Crick και D. Watson ( βραβείο Νόμπελ in Physiology or Medicine, 1962). Σύμφωνα με το μοντέλο τους, το μόριο DNA είναι μια δεξιά διπλή έλικα. Η απόσταση μεταξύ των νουκλεοτιδίων στην αλυσίδα του DNA είναι 0,34 nm.

Η πιο σημαντική ιδιότητα του DNA είναι η ικανότητα αντιγραφής (αυτοδιπλασιασμός). Η κύρια λειτουργία του DNA είναι η αποθήκευση και η μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών, οι οποίες γράφονται με τη μορφή αλληλουχιών νουκλεοτιδίων. Η σταθερότητα του μορίου του DNA διατηρείται από ισχυρά συστήματα επιδιόρθωσης (ανάκτησης), αλλά ακόμη και αυτά δεν είναι σε θέση να εξαλείψουν εντελώς τις δυσμενείς επιπτώσεις, γεγονός που οδηγεί τελικά σε μεταλλάξεις. Το DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων συγκεντρώνεται στον πυρήνα, τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια, ενώ τα προκαρυωτικά κύτταρα βρίσκονται απευθείας στο κυτταρόπλασμα. Το πυρηνικό DNA είναι η βάση των χρωμοσωμάτων, αντιπροσωπεύεται από ανοιχτά μόρια. Το DNA των μιτοχονδρίων, των πλαστιδίων και των προκαρυωτών έχει κυκλικό σχήμα.

Ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA)- ένα βιοπολυμερές του οποίου τα μονομερή είναι ριβονουκλεοτίδια. Περιέχουν επίσης τέσσερις αζωτούχες βάσεις - αδενίνη (A), ουρακίλη (U), γουανίνη (G) ή κυτοσίνη (C), επομένως διαφέρουν από το DNA σε μία από τις βάσεις (αντί για θυμίνη, το RNA περιέχει ουρακίλη). Το υπόλειμμα σακχάρου πεντόζης στα ριβονουκλεοτίδια αντιπροσωπεύεται από ριβόζη. Το RNA είναι ως επί το πλείστον μονόκλωνα μόρια, με εξαίρεση ορισμένα ιικά. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι RNA: πληροφοριακό ή πρότυπο (mRNA, mRNA), ριβοσωμικό (rRNA) και μεταφορά (tRNA). Όλα αυτά σχηματίζονται στην πορεία μεταγραφές- επανεγγραφή από μόρια DNA.

καιΤα RNA αποτελούν το μικρότερο κλάσμα RNA σε ένα κύτταρο (2-4%), το οποίο αντισταθμίζεται από την ποικιλομορφία τους, καθώς ένα κύτταρο μπορεί να περιέχει χιλιάδες διαφορετικά mRNA. Πρόκειται για μονόκλωνα μόρια που είναι εκμαγεία για τη σύνθεση πολυπεπτιδικών αλυσίδων. Πληροφορίες σχετικά με τη δομή της πρωτεΐνης καταγράφονται σε αυτά με τη μορφή αλληλουχιών νουκλεοτιδίων και κάθε αμινοξύ κωδικοποιεί μια τριάδα νουκλεοτιδίων - κωδικόνιο.

RΤο RNA είναι ο πιο πολυάριθμος τύπος RNA στο κύτταρο (έως και 80%). Το μοριακό τους βάρος είναι κατά μέσο όρο 3000-5000. σχηματίζονται στους πυρήνες και αποτελούν μέρος των κυτταρικών οργανιδίων - ριβοσωμάτων. Τα rRNA φαίνεται επίσης να παίζουν ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών.

tΤο RNA είναι το μικρότερο από τα μόρια του RNA, καθώς περιέχει μόνο 73-85 νουκλεοτίδια. Το μερίδιό τους στη συνολική ποσότητα του κυτταρικού RNA είναι περίπου 16%. Η λειτουργία του tRNA είναι η μεταφορά αμινοξέων στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης (στα ριβοσώματα). Το σχήμα του μορίου tRNA μοιάζει με φύλλο τριφυλλιού. Στο ένα άκρο του μορίου υπάρχει μια θέση σύνδεσης ενός αμινοξέος και σε έναν από τους βρόχους υπάρχει μια τριάδα νουκλεοτιδίων που είναι συμπληρωματικά με το κωδικόνιο mRNA και καθορίζει ποιο αμινοξύ θα φέρει το tRNA - αντικωδικόνιο.

Όλοι οι τύποι RNA παίρνουν ενεργό μέρος στη διαδικασία υλοποίησης κληρονομικών πληροφοριών, οι οποίες ξαναγράφονται από το DNA στο mRNA και στο τελευταίο πραγματοποιείται η πρωτεϊνοσύνθεση. Το tRNA στη διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης παραδίδει αμινοξέα στα ριβοσώματα και το rRNA είναι μέρος των ριβοσωμάτων απευθείας.

Τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης (ATP)είναι ένα νουκλεοτίδιο που περιέχει, εκτός από την αζωτούχα βάση αδενίνης και ένα υπόλειμμα ριβόζης, τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος. Οι δεσμοί μεταξύ των δύο τελευταίων υπολειμμάτων φωσφόρου είναι μακροεργικοί (42 kJ / mol ενέργειας απελευθερώνονται κατά τη διάσπαση), ενώ ο τυπικός χημικός δεσμός κατά τη διάσπαση δίνει 12 kJ / mol. Εάν χρειάζεται ενέργεια, ο μακροεργικός δεσμός του ATP διασπάται, το αδενοσινοδιφωσφορικό οξύ (ADP), σχηματίζεται ένα υπόλειμμα φωσφόρου και απελευθερώνεται ενέργεια:

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

Το ADP μπορεί επίσης να διασπαστεί για να σχηματίσει AMP (αδενοσινομονοφωσφορικό οξύ) και ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος:

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

Στη διαδικασία του ενεργειακού μεταβολισμού (κατά την αναπνοή, τη ζύμωση), καθώς και στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, το ADP προσκολλά ένα υπόλειμμα φωσφόρου και μετατρέπεται σε ATP. Η αντίδραση ανάκτησης ATP ονομάζεται φωσφορυλίωση. Το ATP είναι μια παγκόσμια πηγή ενέργειας για όλες τις διαδικασίες ζωής των ζωντανών οργανισμών.

Η μελέτη της χημικής σύστασης των κυττάρων όλων των ζωντανών οργανισμών έδειξε ότι περιέχουν τα ίδια χημικά στοιχεία, ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣπου εκτελούν τις ίδιες λειτουργίες. Επιπλέον, ένα κομμάτι DNA που μεταφέρεται από έναν οργανισμό στον άλλο θα λειτουργήσει σε αυτό και μια πρωτεΐνη που συντίθεται από βακτήρια ή μύκητες θα λειτουργεί ως ορμόνη ή ένζυμο στο ανθρώπινο σώμα. Αυτή είναι μια από τις αποδείξεις της ενότητας της προέλευσης του οργανικού κόσμου.

Κυτταρική δομή. Η σχέση της δομής και των λειτουργιών των μερών και των οργανιδίων του κυττάρου είναι η βάση της ακεραιότητάς του

Κυτταρική δομή

Η δομή των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων

Τα κύρια δομικά συστατικά των κυττάρων είναι η πλασματική μεμβράνη, το κυτταρόπλασμα και η κληρονομική συσκευή. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της οργάνωσης, διακρίνονται δύο κύριοι τύποι κυττάρων: τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά. Η κύρια διαφορά μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων είναι η οργάνωση της κληρονομικής τους συσκευής: στα προκαρυωτικά βρίσκεται απευθείας στο κυτταρόπλασμα (αυτή η περιοχή του κυτταροπλάσματος ονομάζεται νουκλεοειδές) και δεν διαχωρίζεται από αυτό με μεμβρανικές δομές, ενώ στους ευκαρυώτες το μεγαλύτερο μέρος του DNA συγκεντρώνεται στον πυρήνα, που περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη. Επιπλέον, οι γενετικές πληροφορίες των προκαρυωτικών κυττάρων, που βρίσκονται στο νουκλεοειδές, καταγράφονται στο κυκλικό μόριο DNA, ενώ στους ευκαρυώτες τα μόρια DNA δεν είναι κλειστά.

Σε αντίθεση με τους ευκαρυώτες, το κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών κυττάρων περιέχει επίσης μια μικρή ποσότητα οργανιδίων, ενώ τα ευκαρυωτικά κύτταρα χαρακτηρίζονται από μια σημαντική ποικιλία αυτών των δομών.

Η δομή και οι λειτουργίες των βιολογικών μεμβρανών

Η δομή της βιομεμβράνης.Οι μεμβράνες που δεσμεύουν τα κύτταρα και τα μεμβρανικά οργανίδια των ευκαρυωτικών κυττάρων έχουν κοινή χημική σύνθεση και δομή. Περιλαμβάνουν λιπίδια, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες. Τα λιπίδια της μεμβράνης αντιπροσωπεύονται κυρίως από φωσφολιπίδια και χοληστερόλη. Οι περισσότερες μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι σύνθετες πρωτεΐνες όπως οι γλυκοπρωτεΐνες. Οι υδατάνθρακες δεν εμφανίζονται μόνοι τους στη μεμβράνη, συνδέονται με πρωτεΐνες και λιπίδια. Το πάχος των μεμβρανών είναι 7-10 nm.

Σύμφωνα με το επί του παρόντος αποδεκτό μοντέλο ρευστού μωσαϊκού δομής μεμβράνης, τα λιπίδια σχηματίζουν ένα διπλό στρώμα ή λιπιδική διπλοστιβάδα, στο οποίο τα υδρόφιλα «κεφάλια» των μορίων λιπιδίων είναι στραμμένα προς τα έξω και οι υδρόφοβες «ουρές» κρύβονται μέσα στη μεμβράνη. Αυτές οι «ουρές», λόγω της υδροφοβικότητας τους, εξασφαλίζουν τον διαχωρισμό των υδατικών φάσεων του εσωτερικού περιβάλλοντος του κυττάρου και του περιβάλλοντος του. Οι πρωτεΐνες συνδέονται με τα λιπίδια μέσω διαφόρων τύπων αλληλεπιδράσεων. Μερικές από τις πρωτεΐνες βρίσκονται στην επιφάνεια της μεμβράνης. Τέτοιες πρωτεΐνες ονομάζονται περιφερειακός, ή επιπόλαιος. Άλλες πρωτεΐνες είναι μερικώς ή πλήρως βυθισμένες στη μεμβράνη - αυτές είναι αναπόσπαστο,ή βυθισμένες πρωτεΐνες. Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες εκτελούν δομικές, μεταφορικές, καταλυτικές, υποδοχείς και άλλες λειτουργίες.

Οι μεμβράνες δεν είναι σαν τους κρυστάλλους, τα συστατικά τους βρίσκονται συνεχώς σε κίνηση, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται κενά μεταξύ των μορίων λιπιδίων - πόροι μέσω των οποίων διάφορες ουσίες μπορούν να εισέλθουν ή να εξέλθουν από το κύτταρο.

Οι βιολογικές μεμβράνες διαφέρουν ως προς τη θέση τους στο κύτταρο, τη χημική τους σύνθεση και τις λειτουργίες τους. Οι κύριοι τύποι μεμβρανών είναι το πλάσμα και οι εσωτερικές. μεμβράνη πλάσματοςπεριέχει περίπου 45% λιπίδια (συμπεριλαμβανομένων γλυκολιπιδίων), 50% πρωτεΐνες και 5% υδατάνθρακες. Αλυσίδες υδατανθράκων που συνθέτουν σύνθετες πρωτεΐνες-γλυκοπρωτεΐνες και σύνθετα λιπίδια-γλυκολιπίδια προεξέχουν πάνω από την επιφάνεια της μεμβράνης. Οι γλυκοπρωτεΐνες του πλάσματος είναι εξαιρετικά ειδικές. Έτσι, για παράδειγμα, μέσω αυτών υπάρχει μια αμοιβαία αναγνώριση των κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων του σπέρματος και των ωαρίων.

Στην επιφάνεια των ζωικών κυττάρων, αλυσίδες υδατανθράκων σχηματίζουν ένα λεπτό επιφανειακό στρώμα - γλυκοκάλυκα.Έχει βρεθεί σχεδόν σε όλα τα ζωικά κύτταρα, αλλά η σοβαρότητά του δεν είναι η ίδια (10-50 μικρά). Ο γλυκοκάλυκας παρέχει μια άμεση σύνδεση του κυττάρου με το εξωτερικό περιβάλλον· σε αυτό συμβαίνει εξωκυτταρική πέψη. οι υποδοχείς βρίσκονται στον γλυκοκάλυκα. Τα κύτταρα των βακτηρίων, των φυτών και των μυκήτων, εκτός από το πλασμάλεμα, περιβάλλονται και από κυτταρικές μεμβράνες.

Εσωτερικές μεμβράνεςτα ευκαρυωτικά κύτταρα οριοθετούν διαφορετικά μέρη του κυττάρου, σχηματίζοντας ένα είδος «διαμερισμάτων» - διαμερίσματα, που συμβάλλει στη διαίρεση διάφορες διαδικασίεςμεταβολισμού και ενέργειας. Μπορεί να διαφέρουν ως προς τη χημική σύνθεση και τις λειτουργίες, αλλά διατηρούν το γενικό σχέδιο της δομής.

Λειτουργίες μεμβράνης:

1. Περιορισμός.Συνίσταται στο γεγονός ότι διαχωρίζουν τον εσωτερικό χώρο του κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον. Η μεμβράνη είναι ημιπερατή, δηλαδή μόνο όσες ουσίες είναι απαραίτητες για το κύτταρο μπορούν ελεύθερα να την ξεπεράσουν, ενώ υπάρχουν μηχανισμοί μεταφοράς των απαραίτητων ουσιών.
2. Αισθητήριο νεύρο.Συνδέεται κυρίως με την αντίληψη των περιβαλλοντικών σημάτων και τη μεταφορά αυτών των πληροφοριών στο κύτταρο. Ειδικές πρωτεΐνες υποδοχέα είναι υπεύθυνες για αυτή τη λειτουργία. Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι επίσης υπεύθυνες για την κυτταρική αναγνώριση σύμφωνα με την αρχή του «φίλου ή εχθρού», καθώς και για το σχηματισμό μεσοκυττάριων συνδέσεων, οι πιο μελετημένες από τις οποίες είναι οι συνάψεις των νευρικών κυττάρων.
3. καταλυτικός.Στις μεμβράνες εντοπίζονται πολυάριθμα ενζυμικά σύμπλοκα, με αποτέλεσμα να λαμβάνουν χώρα εντατικές συνθετικές διεργασίες σε αυτές.
4. Μετασχηματισμός ενέργειας.Συνδέεται με το σχηματισμό ενέργειας, την αποθήκευση της με τη μορφή ATP και τις δαπάνες.
5. Διαμερισματικοποίηση.Οι μεμβράνες οριοθετούν επίσης τον χώρο μέσα στο κύτταρο, διαχωρίζοντας έτσι τις αρχικές ουσίες της αντίδρασης και τα ένζυμα που μπορούν να πραγματοποιήσουν τις αντίστοιχες αντιδράσεις.
6. Σχηματισμός μεσοκυττάριων επαφών.Παρά το γεγονός ότι το πάχος της μεμβράνης είναι τόσο μικρό που δεν μπορεί να διακριθεί με γυμνό μάτι, αφενός χρησιμεύει ως ένα αρκετά αξιόπιστο φράγμα για τα ιόντα και τα μόρια, ιδιαίτερα τα υδατοδιαλυτά, και αφετέρου , εξασφαλίζει τη μεταφορά τους μέσα στο κελί και έξω.
7. Μεταφορά.

μεταφορά μεμβράνης.Λόγω του γεγονότος ότι τα κύτταρα ως στοιχειώδη βιολογικά συστήματα είναι ανοιχτά συστήματα, για τη διασφάλιση του μεταβολισμού και της ενέργειας, τη διατήρηση της ομοιόστασης, της ανάπτυξης, της ευερεθιστότητας και άλλων διεργασιών, απαιτείται η μεταφορά ουσιών μέσω της μεμβράνης - μεταφορά μεμβράνης. Επί του παρόντος, η μεταφορά ουσιών μέσω της κυτταρικής μεμβράνης χωρίζεται σε ενεργητική, παθητική, ενδο- και εξωκυττάρωση.

Παθητική μεταφοράείναι ένα είδος μεταφοράς που πραγματοποιείται χωρίς τη δαπάνη ενέργειας από υψηλότερη συγκέντρωση σε χαμηλότερη. Λιπιδοδιαλυτά μικρά μη πολικά μόρια (O 2, CO 2) διεισδύουν εύκολα στο κύτταρο με απλή διάχυση. Τα αδιάλυτα σε λιπίδια, συμπεριλαμβανομένων των φορτισμένων μικρών σωματιδίων, συλλέγονται από πρωτεΐνες φορείς ή περνούν από ειδικά κανάλια (γλυκόζη, αμινοξέα, K+, PO 4 3-). Αυτός ο τύπος παθητικής μεταφοράς ονομάζεται διευκολυνόμενη διάχυση. Το νερό εισέρχεται στο κύτταρο μέσω των πόρων στη λιπιδική φάση, καθώς και μέσω ειδικών καναλιών επενδεδυμένων με πρωτεΐνες. Η μεταφορά νερού μέσω μιας μεμβράνης ονομάζεται ώσμωση.

Η όσμωση είναι εξαιρετικά σημαντική στη ζωή ενός κυττάρου, γιατί εάν τοποθετηθεί σε διάλυμα με μεγαλύτερη συγκέντρωση αλάτων από ό,τι σε ένα κυτταρικό διάλυμα, τότε το νερό θα αρχίσει να φεύγει από το κύτταρο και ο όγκος των ζωντανών περιεχομένων θα αρχίσει να μειώνεται. . Στα ζωικά κύτταρα, το κύτταρο στο σύνολό του συρρικνώνεται και στα φυτικά κύτταρα, το κυτταρόπλασμα υστερεί πίσω από το κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο ονομάζεται πλασμόλυση. Όταν ένα κύτταρο τοποθετείται σε ένα διάλυμα λιγότερο συμπυκνωμένο από το κυτταρόπλασμα, το νερό μεταφέρεται προς την αντίθετη κατεύθυνση - μέσα στο κύτταρο. Ωστόσο, υπάρχουν όρια στην εκτασιμότητα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης και το ζωικό κύτταρο τελικά σπάει, ενώ στο φυτικό κύτταρο αυτό δεν επιτρέπεται από ένα ισχυρό κυτταρικό τοίχωμα. Το φαινόμενο της πλήρωσης ολόκληρου του εσωτερικού χώρου του κυττάρου με κυτταρικό περιεχόμενο ονομάζεται αποπλασμόλυση. Η συγκέντρωση ενδοκυτταρικού άλατος πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την παρασκευή φαρμάκων, ειδικά για ενδοφλέβια χορήγηση, καθώς αυτό μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη στα κύτταρα του αίματος (για αυτό, χρησιμοποιείται αλατούχο διάλυμα με συγκέντρωση χλωριούχου νατρίου 0,9%). Αυτό δεν είναι λιγότερο σημαντικό για την καλλιέργεια κυττάρων και ιστών, καθώς και οργάνων ζώων και φυτών.

ενεργή μεταφοράπροχωρά με τη δαπάνη ενέργειας ATP από μια χαμηλότερη συγκέντρωση μιας ουσίας σε μια υψηλότερη. Πραγματοποιείται με τη βοήθεια ειδικών πρωτεϊνών-αντλιών. Οι πρωτεΐνες αντλούν ιόντα K +, Na +, Ca 2+ και άλλα μέσω της μεμβράνης, γεγονός που συμβάλλει στη μεταφορά των σημαντικότερων οργανικών ουσιών, καθώς και στην ανάδυση νευρικών ερεθισμάτων κ.λπ.

Ενδοκυττάρωση- αυτή είναι μια ενεργή διαδικασία απορρόφησης ουσιών από το κύτταρο, κατά την οποία η μεμβράνη σχηματίζει κολπάκια και στη συνέχεια σχηματίζει μεμβρανικά κυστίδια - φαγοσώματα, τα οποία περιέχουν απορροφημένα αντικείμενα. Το πρωτογενές λυσόσωμα στη συνέχεια συντήκεται με το φαγόσωμα για να σχηματιστεί δευτερογενές λυσόσωμα, ή φαγολυσοσώμα, ή πεπτικό κενοτόπιο. Τα περιεχόμενα του κυστιδίου διασπώνται από ένζυμα λυσοσώματος και τα προϊόντα διάσπασης απορροφώνται και αφομοιώνονται από το κύτταρο. Τα άπεπτα υπολείμματα απομακρύνονται από το κύτταρο με εξωκυττάρωση. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ενδοκυττάρωσης: η φαγοκυττάρωση και η πινοκύττωση.

Φαγοκυττάρωσηείναι η διαδικασία σύλληψης από την επιφάνεια του κυττάρου και απορρόφησης στερεών σωματιδίων από το κύτταρο, και πινοκυττάρωση- υγρά. Η φαγοκυττάρωση εμφανίζεται κυρίως σε ζωικά κύτταρα (μονοκύτταρα ζώα, ανθρώπινα λευκοκύτταρα), παρέχει τη διατροφή τους και συχνά την προστασία του οργανισμού. Μέσω της πινοκυττάρωσης γίνεται η απορρόφηση πρωτεϊνών, συμπλεγμάτων αντιγόνου-αντισώματος στη διαδικασία των ανοσολογικών αντιδράσεων κ.λπ.. Ωστόσο, πολλοί ιοί εισέρχονται στο κύτταρο και μέσω πινοκύτωσης ή φαγοκυττάρωσης. Στα κύτταρα των φυτών και των μυκήτων, η φαγοκυττάρωση είναι πρακτικά αδύνατη, αφού περιβάλλονται από ισχυρές κυτταρικές μεμβράνες.

Εξωκυττάρωσηείναι η αντίστροφη διαδικασία της ενδοκυττάρωσης. Έτσι, απελευθερώνονται άπεπτα υπολείμματα τροφής από τα πεπτικά κενοτόπια, αφαιρούνται οι ουσίες που είναι απαραίτητες για τη ζωή του κυττάρου και του οργανισμού συνολικά. Για παράδειγμα, η μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων συμβαίνει λόγω της απελευθέρωσης χημικών αγγελιοφόρων από τον νευρώνα που στέλνει την ώθηση - διαμεσολαβητέςκαι στα φυτικά κύτταρα απελευθερώνονται με αυτόν τον τρόπο βοηθητικοί υδατάνθρακες της κυτταρικής μεμβράνης.

Κυτταρικά τοιχώματα φυτικών κυττάρων, μυκήτων και βακτηρίων.Έξω από τη μεμβράνη, το κύτταρο μπορεί να εκκρίνει ένα ισχυρό πλαίσιο - κυτταρική μεμβράνη,ή κυτταρικό τοίχωμα.

Στα φυτά, το κυτταρικό τοίχωμα αποτελείται από κυτταρίνησυσκευασμένα σε δέσμες των 50-100 μορίων. Τα κενά μεταξύ τους γεμίζουν με νερό και άλλους υδατάνθρακες. Η μεμβράνη των φυτικών κυττάρων τρυπιέται από σωληνάρια - πλασμοδεσματααπό το οποίο διέρχονται οι μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου. Τα πλασμοδέσματα μεταφέρουν ουσίες μεταξύ των κυττάρων. Ωστόσο, η μεταφορά ουσιών, όπως το νερό, μπορεί επίσης να συμβεί κατά μήκος των ίδιων των κυτταρικών τοιχωμάτων. Με την πάροδο του χρόνου, διάφορες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων τανινών ή ουσιών που μοιάζουν με λίπος, συσσωρεύονται στην κυτταρική μεμβράνη των φυτών, γεγονός που οδηγεί σε λιγνίωση ή φελλό του ίδιου του κυτταρικού τοιχώματος, μετατόπιση του νερού και θάνατο του κυτταρικού περιεχομένου. Ανάμεσα στα κυτταρικά τοιχώματα των γειτονικών φυτικών κυττάρων υπάρχουν μαξιλαράκια που μοιάζουν με ζελέ - μεσαίες πλάκες που τα στερεώνουν μεταξύ τους και τσιμεντώνουν το σώμα του φυτού στο σύνολό του. Καταστρέφονται μόνο κατά τη διαδικασία ωρίμανσης των καρπών και όταν πέφτουν τα φύλλα.

Τα κυτταρικά τοιχώματα των μυκητιακών κυττάρων σχηματίζονται χιτίνη- ένας υδατάνθρακας που περιέχει άζωτο. Είναι αρκετά δυνατά και αποτελούν τον εξωτερικό σκελετό του κυττάρου, αλλά παρόλα αυτά, όπως στα φυτά, εμποδίζουν τη φαγοκυττάρωση.

Στα βακτήρια, το κυτταρικό τοίχωμα περιέχει υδατάνθρακες με θραύσματα πεπτιδίων - μουρεΐν, ωστόσο, η περιεκτικότητά του ποικίλλει σημαντικά σε διαφορετικές ομάδες βακτηρίων. Στην κορυφή του κυτταρικού τοιχώματος, άλλοι πολυσακχαρίτες μπορούν επίσης να απελευθερωθούν, σχηματίζοντας μια βλεννώδη κάψουλα που προστατεύει τα βακτήρια από εξωτερικές επιδράσεις.

Το κέλυφος καθορίζει το σχήμα του κυττάρου, χρησιμεύει ως μηχανικό στήριγμα, εκτελεί προστατευτική λειτουργία, παρέχει τις οσμωτικές ιδιότητες του κυττάρου, περιορίζοντας το τέντωμα του ζωντανού περιεχομένου και αποτρέποντας τη ρήξη του κυττάρου, η οποία αυξάνεται λόγω της εισροής νερό. Επιπλέον, το νερό και οι ουσίες που διαλύονται σε αυτό ξεπερνούν το κυτταρικό τοίχωμα πριν εισέλθουν στο κυτταρόπλασμα ή, αντίθετα, όταν φεύγουν από αυτό, ενώ το νερό μεταφέρεται κατά μήκος των κυτταρικών τοιχωμάτων ταχύτερα από ό,τι μέσω του κυτταροπλάσματος.

Κυτόπλασμα

Κυτόπλασμαείναι το εσωτερικό του κελιού. Όλα τα οργανίδια του κυττάρου, ο πυρήνας και διάφορα απόβλητα είναι βυθισμένα σε αυτό.

Το κυτταρόπλασμα συνδέει όλα τα μέρη του κυττάρου μεταξύ τους, σε αυτό λαμβάνουν χώρα πολυάριθμες μεταβολικές αντιδράσεις. Το κυτταρόπλασμα διαχωρίζεται από το περιβάλλον και χωρίζεται σε διαμερίσματα με μεμβράνες, δηλαδή τα κύτταρα έχουν δομή μεμβράνης. Μπορεί να είναι σε δύο καταστάσεις - sol και gel. Σολ- αυτή είναι μια ημι-υγρή, ζελατινώδης κατάσταση του κυτταροπλάσματος, στην οποία οι ζωτικές διεργασίες προχωρούν πιο εντατικά, και γέλη- μια πιο πυκνή, ζελατινώδης κατάσταση που εμποδίζει τη ροή των χημικών αντιδράσεων και τη μεταφορά ουσιών.

Το υγρό μέρος του κυτταροπλάσματος χωρίς οργανίδια ονομάζεται υαλόπλασμα. Το υαλόπλασμα, ή κυτταρόπλασμα, είναι ένα κολλοειδές διάλυμα στο οποίο υπάρχει ένα είδος αιωρήματος αρκετά μεγάλων σωματιδίων, όπως πρωτεΐνες, που περιβάλλονται από δίπολα μορίων νερού. Η καθίζηση αυτού του αιωρήματος δεν συμβαίνει λόγω του ότι έχουν το ίδιο φορτίο και απωθούν το ένα το άλλο.

Οργανίδια

Οργανίδια- Αυτά είναι μόνιμα συστατικά του κυττάρου που εκτελούν ορισμένες λειτουργίες.

Ανάλογα με τα δομικά χαρακτηριστικά διακρίνονται σε μεμβρανικά και μη. ΜεμβράνηΤα οργανίδια, με τη σειρά τους, αναφέρονται ως μονής μεμβράνης (ενδοπλασματικό δίκτυο, σύμπλεγμα Golgi και λυσοσώματα) ή διπλής μεμβράνης (μιτοχόνδρια, πλαστίδια και πυρήνας). Μη μεμβράνηΤα οργανίδια είναι τα ριβοσώματα, οι μικροσωληνίσκοι, τα μικρονημάτια και το κυτταρικό κέντρο. Από τα αναφερόμενα οργανίδια, μόνο τα ριβοσώματα είναι εγγενή στα προκαρυωτικά.

Η δομή και οι λειτουργίες του πυρήνα. Πυρήνας- ένα μεγάλο οργανίδιο δύο μεμβρανών που βρίσκεται στο κέντρο του κυττάρου ή στην περιφέρειά του. Το μέγεθος του πυρήνα μπορεί να ποικίλλει μεταξύ 3-35 microns. Το σχήμα του πυρήνα είναι πιο συχνά σφαιρικό ή ελλειψοειδές, αλλά υπάρχουν επίσης πυρήνες σε σχήμα ράβδου, σε σχήμα ατράκτου, σε σχήμα φασολιού, με λοβούς και ακόμη και σε τμηματικούς πυρήνες. Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι το σχήμα του πυρήνα αντιστοιχεί στο σχήμα του ίδιου του κυττάρου.

Τα περισσότερα κύτταρα έχουν έναν πυρήνα, αλλά, για παράδειγμα, στα κύτταρα του ήπατος και της καρδιάς μπορεί να υπάρχουν δύο, και σε έναν αριθμό νευρώνων - έως και 15. Οι σκελετικές μυϊκές ίνες συνήθως περιέχουν πολλούς πυρήνες, αλλά δεν είναι κύτταρα με την πλήρη έννοια του η λέξη, αφού σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της σύντηξης πολλών κυττάρων.

Ο πυρήνας περιβάλλεται πυρηνικός φάκελος, και ο εσωτερικός του χώρος γεμίζει πυρηνικό χυμό, ή πυρηνόπλασμα (καρυόπλασμα)στα οποία βυθίζονται χρωματίνηκαι πυρήνας. Ο πυρήνας εκτελεί τόσο σημαντικές λειτουργίες όπως η αποθήκευση και η μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών, καθώς και ο έλεγχος της ζωτικής δραστηριότητας των κυττάρων.

Ο ρόλος του πυρήνα στη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών έχει αποδειχθεί πειστικά σε πειράματα με την πράσινη άλγη κοτύλη. Σε ένα μόνο γιγάντιο κελί, που φτάνει τα 5 εκατοστά, διακρίνονται ένα καπέλο, ένα πόδι και ένας ριζοειδής. Επιπλέον, περιέχει μόνο έναν πυρήνα που βρίσκεται στο ριζοειδή. Στη δεκαετία του 1930, ο I. Hemmerling μεταφύτευσε τον πυρήνα ενός είδους κοτύλης με πράσινο χρώμα σε ριζοειδή άλλου είδους, με καφέ χρώμα, στο οποίο αφαιρέθηκε ο πυρήνας. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, το φυτό με τον μεταμοσχευμένο πυρήνα απέκτησε ένα νέο καπάκι, όπως το φύκι-δότης του πυρήνα. Ταυτόχρονα, το καπάκι ή το κοτσάνι που χωρίστηκε από το ριζοειδή, που δεν περιείχε πυρήνα, πέθανε μετά από κάποιο χρονικό διάστημα.

πυρηνικός φάκελοςΣχηματίζεται από δύο μεμβράνες - εξωτερική και εσωτερική, μεταξύ των οποίων υπάρχει ένας χώρος. Ο διαμεμβρανικός χώρος επικοινωνεί με την κοιλότητα του τραχιού ενδοπλασματικού δικτύου και η εξωτερική μεμβράνη του πυρήνα μπορεί να μεταφέρει ριβοσώματα. Το πυρηνικό περίβλημα είναι διαποτισμένο από πολυάριθμους πόρους, με ειδικές πρωτεΐνες. Οι ουσίες μεταφέρονται μέσω των πόρων: οι απαραίτητες πρωτεΐνες (συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων), τα ιόντα, τα νουκλεοτίδια και άλλες ουσίες εισέρχονται στον πυρήνα και τα μόρια RNA, οι απόβλητες πρωτεΐνες, οι υπομονάδες ριβοσωμάτων τον αφήνουν. Έτσι, οι λειτουργίες του πυρηνικού περιβλήματος είναι ο διαχωρισμός του περιεχομένου του πυρήνα από το κυτταρόπλασμα, καθώς και η ρύθμιση του μεταβολισμού μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος.

Πυρηνόπλασμαονομάζεται το περιεχόμενο του πυρήνα, στον οποίο είναι βυθισμένα η χρωματίνη και ο πυρήνας. Είναι ένα κολλοειδές διάλυμα, που χημικά θυμίζει το κυτταρόπλασμα. Ένζυμα του πυρηνοπλάσματος καταλύουν την ανταλλαγή αμινοξέων, νουκλεοτιδίων, πρωτεϊνών κ.λπ. Το νουκλεόπλασμα συνδέεται με το υαλόπλασμα μέσω πυρηνικών πόρων. Οι λειτουργίες του πυρηνοπλάσματος, όπως και του υαλοπλάσματος, είναι να διασφαλίζουν τη διασύνδεση όλων των δομικών συστατικών του πυρήνα και την υλοποίηση ενός αριθμού ενζυματικών αντιδράσεων.

χρωματίνηονομάζεται ένα σύνολο λεπτών νημάτων και κόκκων που βυθίζονται στο πυρηνόπλασμα. Μπορεί να ανιχνευθεί μόνο με χρώση, καθώς οι δείκτες διάθλασης της χρωματίνης και του πυρηνοπλάσματος είναι περίπου οι ίδιοι. Το νηματώδες συστατικό της χρωματίνης ονομάζεται ευχρωματίνη, και κοκκώδη ετεροχρωματίνη. Η ευχρωματίνη συμπιέζεται ασθενώς, καθώς διαβάζονται κληρονομικές πληροφορίες από αυτήν, ενώ η πιο σπειροειδής ετεροχρωματίνη είναι γενετικά ανενεργή.

Η χρωματίνη είναι μια δομική τροποποίηση των χρωμοσωμάτων σε έναν μη διαιρούμενο πυρήνα. Έτσι, τα χρωμοσώματα υπάρχουν συνεχώς στον πυρήνα· μόνο η κατάστασή τους αλλάζει ανάλογα με τη λειτουργία που εκτελεί ο πυρήνας αυτή τη στιγμή.

Η χρωματίνη αποτελείται κυρίως από νουκλεοπρωτεΐνες (δεοξυριβονουκλεοπρωτεΐνες και ριβονουκλεοπρωτεΐνες), καθώς και από ένζυμα, τα σημαντικότερα από τα οποία σχετίζονται με τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, και ορισμένες άλλες ουσίες.

Οι λειτουργίες της χρωματίνης συνίστανται, πρώτον, στη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων ειδικών για έναν δεδομένο οργανισμό, τα οποία κατευθύνουν τη σύνθεση συγκεκριμένων πρωτεϊνών και, δεύτερον, στη μεταφορά κληρονομικών ιδιοτήτων από το μητρικό κύτταρο στα θυγατρικά κύτταρα, για τα οποία είναι τα νήματα της χρωματίνης. συσκευάζονται σε χρωμοσώματα κατά τη διαίρεση.

πυρήνας- ένα σφαιρικό σώμα, καθαρά ορατό σε μικροσκόπιο με διάμετρο 1-3 μικρά. Σχηματίζεται σε περιοχές χρωματίνης που κωδικοποιούν πληροφορίες σχετικά με τη δομή του rRNA και των πρωτεϊνών του ριβοσώματος. Ο πυρήνας στον πυρήνα είναι συχνά ένας, αλλά σε εκείνα τα κύτταρα όπου λαμβάνουν χώρα έντονες ζωτικές διεργασίες, μπορεί να υπάρχουν δύο ή περισσότεροι πυρήνες. Οι λειτουργίες των πυρήνων είναι η σύνθεση του rRNA και η συγκρότηση υπομονάδων ριβοσώματος συνδυάζοντας το rRNA με πρωτεΐνες που προέρχονται από το κυτταρόπλασμα.

Μιτοχόνδρια- οργανίδια δύο μεμβρανών στρογγυλού, ωοειδούς ή ραβδοειδούς σχήματος, αν και απαντώνται και σπειροειδή (στα σπερματοζωάρια). Τα μιτοχόνδρια έχουν διάμετρο έως 1 μm και μήκος έως 7 μm. Ο χώρος μέσα στα μιτοχόνδρια είναι γεμάτος με μήτρα. ΜήτραΕίναι η κύρια ουσία των μιτοχονδρίων. Ένα κυκλικό μόριο DNA και ριβοσώματα είναι βυθισμένα σε αυτό. Η εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων είναι λεία και αδιαπέραστη από πολλές ουσίες. Η εσωτερική μεμβράνη έχει αποφύσεις - cristae, που αυξάνουν την επιφάνεια των μεμβρανών για να συμβούν χημικές αντιδράσεις. Στην επιφάνεια της μεμβράνης υπάρχουν πολυάριθμα πρωτεϊνικά σύμπλοκα που αποτελούν τη λεγόμενη αναπνευστική αλυσίδα, καθώς και ένζυμα της συνθετάσης ATP σε σχήμα μανιταριού. Στα μιτοχόνδρια λαμβάνει χώρα το αερόβιο στάδιο της αναπνοής, κατά το οποίο συντίθεται το ATP.

πλαστίδια- μεγάλα οργανίδια δύο μεμβρανών, χαρακτηριστικά μόνο για τα φυτικά κύτταρα. Ο εσωτερικός χώρος των πλαστιδίων είναι γεμάτος στρώμα, ή μήτρα. Στο στρώμα υπάρχει ένα περισσότερο ή λιγότερο ανεπτυγμένο σύστημα μεμβρανικών κυστιδίων - θυλακοειδή, που συλλέγονται σε σωρούς - δημητριακά, καθώς και το δικό του κυκλικό μόριο DNA και ριβοσώματα. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι πλαστιδίων: χλωροπλάστες, χρωμοπλάστες, λευκοπλάστες και προπλαστίδια.

Χλωροπλάστες- Πρόκειται για πράσινα πλαστίδια με διάμετρο 3-10 μικρά, ευδιάκριτα στο μικροσκόπιο. Βρίσκονται μόνο στα πράσινα μέρη των φυτών - φύλλα, νεαρούς μίσχους, άνθη και καρπούς. Οι χλωροπλάστες έχουν ως επί το πλείστον ωοειδές ή ελλειψοειδές σχήμα, αλλά μπορούν επίσης να έχουν σχήμα κυπέλλου, σπειροειδές, ακόμη και λοβωτό. Ο αριθμός των χλωροπλαστών σε ένα κύτταρο κυμαίνεται κατά μέσο όρο από 10 έως 100 τεμάχια. Ωστόσο, για παράδειγμα, σε ορισμένα φύκια μπορεί να είναι ένα, να έχει σημαντικό μέγεθος και πολύπλοκο σχήμα - τότε ονομάζεται χρωματοφόρα. Σε άλλες περιπτώσεις, ο αριθμός των χλωροπλαστών μπορεί να φτάσει αρκετές εκατοντάδες, ενώ το μέγεθός τους είναι μικρό. Το χρώμα των χλωροπλαστών οφείλεται στην κύρια χρωστική ουσία της φωτοσύνθεσης - χλωροφύλλη, αν και περιέχουν πρόσθετες χρωστικές - καροτενοειδή. Τα καροτενοειδή γίνονται αισθητά μόνο το φθινόπωρο, όταν καταστρέφεται η χλωροφύλλη στα γηράσκοντα φύλλα. Η κύρια λειτουργία των χλωροπλαστών είναι η φωτοσύνθεση. Οι φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης συμβαίνουν στις μεμβράνες των θυλακοειδών, στις οποίες είναι στερεωμένα τα μόρια της χλωροφύλλης, και οι σκοτεινές αντιδράσεις συμβαίνουν στο στρώμα, το οποίο περιέχει πολλά ένζυμα.

Χρωμοπλάστεςείναι κίτρινα, πορτοκαλί και κόκκινα πλαστίδια που περιέχουν καροτενοειδή χρωστικές. Το σχήμα των χρωμοπλαστών μπορεί επίσης να ποικίλλει σημαντικά: είναι σωληνοειδείς, σφαιρικοί, κρυσταλλικοί κ.λπ. Οι χρωμοπλάστες δίνουν χρώμα στα άνθη και τους καρπούς των φυτών, προσελκύοντας επικονιαστές και διασκορπιστές σπόρων και καρπών.

Λευκοπλάστες- Πρόκειται για λευκά ή άχρωμα πλαστίδια, κυρίως στρογγυλά ή ωοειδή. Είναι κοινά σε μη φωτοσυνθετικά μέρη φυτών, όπως φλούδες φύλλων, κόνδυλοι πατάτας κ.λπ. Αποθηκεύουν θρεπτικά συστατικά, συνήθως άμυλο, αλλά σε ορισμένα φυτά μπορεί να είναι πρωτεΐνες ή λάδι.

Τα πλαστίδια σχηματίζονται στα φυτικά κύτταρα από προπλαστίδια, τα οποία υπάρχουν ήδη στα κύτταρα του εκπαιδευτικού ιστού και είναι μικρά σώματα δύο μεμβρανών. Στα αρχικά στάδια ανάπτυξης ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙΤα πλαστίδια μπορούν να μετατραπούν μεταξύ τους: όταν εκτίθενται στο φως, οι λευκοπλάστες ενός κονδύλου πατάτας και οι χρωμοπλάστες μιας ρίζας καρότου γίνονται πράσινοι.

Τα πλαστίδια και τα μιτοχόνδρια ονομάζονται ημιαυτόνομα κυτταρικά οργανίδια, καθώς έχουν τα δικά τους μόρια DNA και ριβοσώματα, πραγματοποιούν πρωτεϊνική σύνθεση και διαιρούνται ανεξάρτητα από την κυτταρική διαίρεση. Αυτά τα χαρακτηριστικά εξηγούνται από την προέλευση από μονοκύτταρους προκαρυωτικούς οργανισμούς. Ωστόσο, η «ανεξαρτησία» των μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων είναι περιορισμένη, καθώς το DNA τους περιέχει πολύ λίγα γονίδια για ελεύθερη ύπαρξη, ενώ οι υπόλοιπες πληροφορίες κωδικοποιούνται στα χρωμοσώματα του πυρήνα, γεγονός που του επιτρέπει να ελέγχει αυτά τα οργανίδια.

Ενδοπλασματικό δίκτυο (ER), ή ενδοπλασματικό δίκτυο (ER), είναι ένα μονομεμβρανικό οργανίδιο, το οποίο είναι ένα δίκτυο μεμβρανικών κοιλοτήτων και σωληναρίων, που καταλαμβάνει έως και το 30% του περιεχομένου του κυτταροπλάσματος. Η διάμετρος των σωληναρίων ER είναι περίπου 25–30 nm. Υπάρχουν δύο τύποι EPS - τραχύ και λείο. Τραχύ XPSφέρει ριβοσώματα και είναι όπου συντίθενται οι πρωτεΐνες. Ομαλό EPSχωρίς ριβοσώματα. Η λειτουργία του είναι η σύνθεση λιπιδίων και υδατανθράκων, καθώς και η μεταφορά, αποθήκευση και διάθεση τοξικών ουσιών. Αναπτύσσεται ιδιαίτερα σε εκείνα τα κύτταρα όπου λαμβάνουν χώρα έντονες μεταβολικές διεργασίες, για παράδειγμα, στα ηπατικά κύτταρα -ηπατοκύτταρα- και στις σκελετικές μυϊκές ίνες. Οι ουσίες που συντίθενται στο EPS μεταφέρονται στη συσκευή Golgi. Στο ER συναρμολογούνται επίσης κυτταρικές μεμβράνες, αλλά ο σχηματισμός τους ολοκληρώνεται στη συσκευή Golgi.

συσκευή golgi,ή σύμπλεγμα golgi, είναι ένα οργανίδιο μιας μεμβράνης που σχηματίζεται από ένα σύστημα επίπεδων δεξαμενών, σωληναρίων και κυστιδίων που αποκολλώνται από αυτά. Η δομική μονάδα της συσκευής Golgi είναι δικτυόσωμα- μια στοίβα δεξαμενών, στον έναν πόλο του οποίου προέρχονται ουσίες από το ER και από τον αντίθετο πόλο, έχοντας υποστεί ορισμένους μετασχηματισμούς, συσκευάζονται σε φυσαλίδες και στέλνονται σε άλλα μέρη του κυττάρου. Η διάμετρος των δεξαμενών είναι περίπου 2 μικρά και οι μικρές φυσαλίδες είναι περίπου 20-30 μικρά. Οι κύριες λειτουργίες του συμπλέγματος Golgi είναι η σύνθεση ορισμένων ουσιών και η τροποποίηση (αλλαγή) πρωτεϊνών, λιπιδίων και υδατανθράκων που προέρχονται από το ER, ο τελικός σχηματισμός μεμβρανών, καθώς και η μεταφορά ουσιών μέσω του κυττάρου, η ανανέωση τις δομές του και το σχηματισμό λυσοσωμάτων. Η συσκευή Golgi πήρε το όνομά της προς τιμήν του Ιταλού επιστήμονα Camillo Golgi, ο οποίος ανακάλυψε για πρώτη φορά αυτό το οργανοειδές (1898).

Λυσοσώματα- μικρά οργανίδια μιας μεμβράνης διαμέτρου έως και 1 micron, τα οποία περιέχουν υδρολυτικά ένζυμα που εμπλέκονται στην ενδοκυτταρική πέψη. Οι μεμβράνες των λυσοσωμάτων είναι ελάχιστα διαπερατές για αυτά τα ένζυμα, επομένως η απόδοση των λειτουργιών τους από τα λυσοσώματα είναι πολύ ακριβής και στοχευμένη. Έτσι, συμμετέχουν ενεργά στη διαδικασία της φαγοκυττάρωσης, σχηματίζοντας πεπτικά κενοτόπια και σε περίπτωση ασιτίας ή βλάβης σε ορισμένα μέρη του κυττάρου, τα χωνεύουν χωρίς να επηρεάζουν άλλα. Πρόσφατα, ανακαλύφθηκε ο ρόλος των λυσοσωμάτων στις διαδικασίες κυτταρικού θανάτου.

Κυτταρικό κενό- μια κοιλότητα στο κυτταρόπλασμα των φυτικών και ζωικών κυττάρων, οριοθετημένη από μια μεμβράνη και γεμάτη με υγρό. Πεπτικά και συσταλτικά κενοτόπια βρίσκονται σε κύτταρα πρωτόζωων. Τα πρώτα συμμετέχουν στη διαδικασία της φαγοκυττάρωσης, καθώς διασπούν τα θρεπτικά συστατικά. Τα τελευταία εξασφαλίζουν τη διατήρηση της ισορροπίας νερού-αλατιού λόγω της ωσμορύθμισης. Στα πολυκύτταρα ζώα, εντοπίζονται κυρίως πεπτικά κενοτόπια.

Στα φυτικά κύτταρα, τα κενοτόπια είναι πάντα παρόντα, περιβάλλονται από μια ειδική μεμβράνη και γεμίζουν με κυτταρικό χυμό. Η μεμβράνη που περιβάλλει το κενοτόπιο είναι παρόμοια σε χημική σύνθεση, δομή και λειτουργίες με την πλασματική μεμβράνη. χυμός κυττάρωναντιπροσωπεύει ένα υδατικό διάλυμα διαφόρων ανόργανων και οργανικών ουσιών, συμπεριλαμβανομένων ανόργανων αλάτων, οργανικών οξέων, υδατανθράκων, πρωτεϊνών, γλυκοσιδών, αλκαλοειδών κ.λπ. Αυτό το τμήμα του κυττάρου εκτελεί αποθηκευτικές, απεκκριτικές, οσμωτικές, προστατευτικές, λυσοσωμικές και άλλες λειτουργίες, καθώς συσσωρεύει θρεπτικά συστατικά και άχρηστα προϊόντα, παρέχει νερό και διατηρεί το σχήμα και τον όγκο του κυττάρου και επίσης περιέχει ένζυμα για τη διάσπαση πολλών κυτταρικά συστατικά. Επιπλέον, βιολογικά δραστικές ουσίεςΤα κενοτόπια είναι σε θέση να εμποδίσουν την κατανάλωση αυτών των φυτών από πολλά ζώα. Σε ορισμένα φυτά, λόγω της διόγκωσης των κενοτοπίων, η ανάπτυξη των κυττάρων συμβαίνει με τέντωμα.

Τα κενοτόπια υπάρχουν επίσης στα κύτταρα ορισμένων μυκήτων και βακτηρίων, αλλά στους μύκητες εκτελούν μόνο τη λειτουργία της ωσμορύθμισης, ενώ στα κυανοβακτήρια διατηρούν την άνωση και συμμετέχουν στις διαδικασίες αφομοίωσης του αζώτου από τον αέρα.

Ριβοσώματα- μικρά οργανίδια χωρίς μεμβράνη με διάμετρο 15-20 μικρά, αποτελούμενα από δύο υπομονάδες - μεγάλες και μικρές. Οι ευκαρυωτικές υπομονάδες ριβοσώματος συναρμολογούνται στον πυρήνα και στη συνέχεια μεταφέρονται στο κυτταρόπλασμα. Τα ριβοσώματα των προκαρυωτών, των μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων είναι μικρότερα από αυτά των ευκαρυωτών. Οι υπομονάδες ριβοσώματος περιλαμβάνουν rRNA και πρωτεΐνες.

Ο αριθμός των ριβοσωμάτων σε ένα κύτταρο μπορεί να φτάσει αρκετές δεκάδες εκατομμύρια: στο κυτταρόπλασμα, τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια βρίσκονται σε ελεύθερη κατάσταση και στο ακατέργαστο ER βρίσκονται σε δεσμευμένη κατάσταση. Συμμετέχουν στη σύνθεση πρωτεϊνών, ειδικότερα, πραγματοποιούν τη διαδικασία της μετάφρασης - τη βιοσύνθεση μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας σε ένα μόριο mRNA. Στα ελεύθερα ριβοσώματα συντίθενται πρωτεΐνες υαλοπλάσματος, μιτοχόνδρια, πλαστίδια και δικές τους πρωτεΐνες ριβοσωμάτων, ενώ σε ριβοσώματα που συνδέονται με το τραχύ ER, οι πρωτεΐνες μεταφράζονται για απέκκριση από τα κύτταρα, συναρμολόγηση μεμβρανών, σχηματισμό λυσοσωμάτων και κενοτοπίων.

Τα ριβοσώματα μπορούν να εντοπίζονται στο υαλόπλασμα μεμονωμένα ή να συναρμολογούνται σε ομάδες με ταυτόχρονη σύνθεση πολλών πολυπεπτιδικών αλυσίδων σε ένα mRNA. Αυτές οι ομάδες ριβοσωμάτων ονομάζονται πολυριβοσώματα, ή πολυσώματα.

μικροσωληνίσκους- Πρόκειται για κυλινδρικά κούφια μη μεμβρανώδη οργανίδια που διαπερνούν ολόκληρο το κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Η διάμετρός τους είναι περίπου 25 nm, το πάχος του τοιχώματος είναι 6-8 nm. Αποτελούνται από πολλά μόρια πρωτεΐνης. τουμπουλίνη,που σχηματίζουν πρώτα 13 κλώνους που μοιάζουν με χάντρες και στη συνέχεια συναρμολογούνται σε μικροσωληνίσκο. Οι μικροσωληνίσκοι σχηματίζουν ένα κυτταροπλασματικό δίκτυο που δίνει στο κύτταρο σχήμα και όγκο, συνδέει την πλασματική μεμβράνη με άλλα μέρη του κυττάρου, παρέχει μεταφορά ουσιών μέσω του κυττάρου, συμμετέχει στην κίνηση του κυττάρου και των ενδοκυτταρικών συστατικών, καθώς και στη διαίρεση του γενετικού υλικού. Αποτελούν μέρος του κυτταρικού κέντρου και των οργανιδίων κίνησης - μαστίγια και βλεφαρίδες.

μικρονημάτια,ή μικρονημάτια, είναι επίσης οργανίδια μη μεμβράνης, ωστόσο, έχουν νηματώδες σχήμα και σχηματίζονται όχι από τουμπουλίνη, αλλά ακτίνομη. Συμμετέχουν στις διαδικασίες μεταφοράς μεμβράνης, μεσοκυττάριας αναγνώρισης, διαίρεσης του κυτταρικού κυτταροπλάσματος και στην κίνησή του. Στα μυϊκά κύτταρα, η αλληλεπίδραση των μικρονημάτων ακτίνης με τα νημάτια μυοσίνης παρέχει συστολή.

Οι μικροσωληνίσκοι και τα μικρονημάτια σχηματίζουν τον εσωτερικό σκελετό του κυττάρου κυτταροσκελετός. Είναι ένα πολύπλοκο δίκτυο ινών που παρέχουν μηχανική υποστήριξη για την πλασματική μεμβράνη, καθορίζει το σχήμα του κυττάρου, τη θέση των κυτταρικών οργανιδίων και την κίνηση τους κατά τη διαίρεση των κυττάρων.

Κέντρο κυττάρων- οργανίδιο μη μεμβράνης που βρίσκεται σε ζωικά κύτταρα κοντά στον πυρήνα. απουσιάζει στα φυτικά κύτταρα. Το μήκος του είναι περίπου 0,2-0,3 μm και η διάμετρός του είναι 0,1-0,15 μm. Το κέντρο των κυττάρων αποτελείται από δύο κεντρόλεςπου βρίσκεται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα, και ακτινοβόλο σφαίρααπό μικροσωληνίσκους. Κάθε κεντριόλιο σχηματίζεται από εννέα ομάδες μικροσωληνίσκων, που συλλέγονται σε τρία, δηλαδή τρίδυμα. Το κυτταρικό κέντρο συμμετέχει στη συναρμολόγηση μικροσωληνίσκων, στη διαίρεση του κληρονομικού υλικού του κυττάρου, καθώς και στο σχηματισμό μαστιγίων και βλεφαρίδων.

Οργανίδια κίνησης. Μαστίγιακαι βλεφαρίδεςείναι αποφύσεις κυττάρων που καλύπτονται με πλάσμα. Αυτά τα οργανίδια βασίζονται σε εννέα ζεύγη μικροσωληνίσκων που βρίσκονται κατά μήκος της περιφέρειας και σε δύο ελεύθερους μικροσωληνίσκους στο κέντρο. Οι μικροσωληνίσκοι διασυνδέονται με διάφορες πρωτεΐνες που εξασφαλίζουν τη συντονισμένη απόκλισή τους από τον άξονα - ταλάντωση. Οι διακυμάνσεις εξαρτώνται από την ενέργεια, δηλαδή, η ενέργεια των μακροεργικών δεσμών του ATP δαπανάται σε αυτή τη διαδικασία. Η αποκατάσταση των χαμένων μαστιγίων και βλεφαρίδων είναι μια λειτουργία βασικά σώματα, ή κινετοσώματαπου βρίσκονται στη βάση τους.

Το μήκος των βλεφαρίδων είναι περίπου 10-15 nm και το μήκος των μαστιγίων είναι 20-50 μικρά. Λόγω των αυστηρά κατευθυνόμενων κινήσεων των μαστιγίων και των βλεφαρίδων, δεν πραγματοποιείται μόνο η κίνηση των μονοκύτταρων ζώων, των σπερματοζωαρίων κ.λπ., αλλά και οι αεραγωγοί καθαρίζονται, το ωάριο κινείται μέσα από τις σάλπιγγες, αφού όλα αυτά τα μέρη του ανθρώπου το σώμα είναι επενδεδυμένο με βλεφαροφόρο επιθήλιο.

εγκλείσματα

εγκλείσματα- Πρόκειται για μη μόνιμα συστατικά του κυττάρου, τα οποία σχηματίζονται και εξαφανίζονται στην πορεία της ζωής του. Αυτές περιλαμβάνουν και τις δύο εφεδρικές ουσίες, για παράδειγμα, κόκκους αμύλου ή πρωτεΐνης στα φυτικά κύτταρα, κόκκους γλυκογόνου σε ζωικά και μυκητιακά κύτταρα, βολουτίνη στα βακτήρια, σταγόνες λίπους σε όλους τους τύπους κυττάρων και απόβλητα, ιδίως άπεπτα υπολείμματα τροφής ως αποτέλεσμα της φαγοκυττάρωσης. , σχηματίζοντας τα λεγόμενα υπολειμματικά σώματα.

Η σχέση της δομής και των λειτουργιών των μερών και των οργανιδίων του κυττάρου είναι η βάση της ακεραιότητάς του

Κάθε ένα από τα μέρη του κυττάρου, αφενός, είναι μια ξεχωριστή δομή με συγκεκριμένη δομή και λειτουργίες, και αφετέρου, ένα συστατικό ενός πιο πολύπλοκου συστήματος που ονομάζεται κύτταρο. Οι περισσότερες από τις κληρονομικές πληροφορίες ενός ευκαρυωτικού κυττάρου συγκεντρώνονται στον πυρήνα, αλλά ο ίδιος ο πυρήνας δεν είναι σε θέση να διασφαλίσει την εφαρμογή του, καθώς αυτό απαιτεί τουλάχιστον το κυτταρόπλασμα, το οποίο ενεργεί ως η κύρια ουσία, και τα ριβοσώματα στα οποία συμβαίνει αυτή η σύνθεση. . Τα περισσότερα ριβοσώματα βρίσκονται στο κοκκώδες ενδοπλασματικό δίκτυο, από όπου οι πρωτεΐνες μεταφέρονται συχνότερα στο σύμπλεγμα Golgi και στη συνέχεια, μετά από τροποποίηση, σε εκείνα τα μέρη του κυττάρου για τα οποία προορίζονται ή απεκκρίνονται. Η μεμβρανική συσκευασία πρωτεϊνών και υδατανθράκων μπορεί να ενσωματωθεί στις οργανοειδείς μεμβράνες και στην κυτταροπλασματική μεμβράνη, διασφαλίζοντας τη συνεχή ανανέωσή τους. Τα λυσοσώματα και τα κενοτόπια, που εκτελούν τις πιο σημαντικές λειτουργίες, είναι επίσης δεμένα από το σύμπλεγμα Golgi. Για παράδειγμα, χωρίς λυσοσώματα, τα κύτταρα θα μετατρέπονταν γρήγορα σε ένα είδος χωματερής μορίων και δομών αποβλήτων.

Όλες αυτές οι διαδικασίες απαιτούν ενέργεια που παράγεται από τα μιτοχόνδρια και, στα φυτά, επίσης από τους χλωροπλάστες. Και παρόλο που αυτά τα οργανίδια είναι σχετικά αυτόνομα, αφού έχουν τα δικά τους μόρια DNA, ορισμένες από τις πρωτεΐνες τους εξακολουθούν να κωδικοποιούνται από το πυρηνικό γονιδίωμα και να συντίθενται στο κυτταρόπλασμα.

Έτσι, το κύτταρο είναι μια αδιαχώριστη ενότητα των συστατικών του, καθένα από τα οποία επιτελεί τη δική του μοναδική λειτουργία.

Ο μεταβολισμός και η μετατροπή της ενέργειας είναι ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών. Ενέργεια και πλαστικός μεταβολισμός, η σχέση τους. Στάδια μεταβολισμού ενέργειας. Ζύμωση και αναπνοή. Φωτοσύνθεση, η σημασία της, κοσμικός ρόλος. Φάσεις φωτοσύνθεσης. Φωτεινές και σκοτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης, η σχέση τους. Χημειοσύνθεση. Ο ρόλος των χημειοσυνθετικών βακτηρίων στη Γη

Μεταβολισμός και μετατροπή ενέργειας - ιδιότητες ζωντανών οργανισμών

Το κύτταρο μπορεί να παρομοιαστεί με ένα μικροσκοπικό χημικό εργοστάσιο όπου λαμβάνουν χώρα εκατοντάδες και χιλιάδες χημικές αντιδράσεις.

Μεταβολισμός- ένα σύνολο χημικών μετασχηματισμών που στοχεύουν στη διατήρηση και την αυτοαναπαραγωγή βιολογικών συστημάτων.

Περιλαμβάνει την πρόσληψη ουσιών στο σώμα κατά τη διατροφή και την αναπνοή, τον ενδοκυτταρικό μεταβολισμό ή μεταβολισμός, καθώς και η κατανομή των τελικών προϊόντων του μεταβολισμού.

Ο μεταβολισμός είναι άρρηκτα συνδεδεμένος με τις διαδικασίες μετατροπής ενός τύπου ενέργειας σε άλλο. Για παράδειγμα, στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, η φωτεινή ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή ενέργειας χημικών δεσμών πολύπλοκων οργανικών μορίων και στη διαδικασία της αναπνοής απελευθερώνεται και δαπανάται για τη σύνθεση νέων μορίων, μηχανική και ωσμωτική εργασία. διαχέεται με τη μορφή θερμότητας κ.λπ.

Η ροή των χημικών αντιδράσεων στους ζωντανούς οργανισμούς εξασφαλίζεται από βιολογικούς καταλύτες πρωτεϊνικής φύσης - ένζυμα, ή ένζυμα. Όπως και άλλοι καταλύτες, τα ένζυμα επιταχύνουν τη ροή των χημικών αντιδράσεων στο κύτταρο κατά δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες φορές, και μερικές φορές ακόμη και τις καθιστούν δυνατές, αλλά δεν αλλάζουν ούτε τη φύση ούτε τις ιδιότητες του τελικού προϊόντος (προϊόντων) της αντίδρασης και δεν αλλάζουν οι ίδιοι. Τα ένζυμα μπορεί να είναι τόσο απλές όσο και σύνθετες πρωτεΐνες, οι οποίες, εκτός από το πρωτεϊνικό μέρος, περιλαμβάνουν επίσης ένα μη πρωτεϊνικό μέρος - συμπαράγοντας (συνένζυμο). Παραδείγματα ενζύμων είναι η αμυλάση του σάλιου, η οποία διασπά τους πολυσακχαρίτες κατά την παρατεταμένη μάσηση και η πεψίνη, η οποία εξασφαλίζει την πέψη των πρωτεϊνών στο στομάχι.

Τα ένζυμα διαφέρουν από τους μη πρωτεϊνικούς καταλύτες ως προς την υψηλή ειδικότητα δράσης τους, τη σημαντική αύξηση του ρυθμού αντίδρασης με τη βοήθειά τους, καθώς και την ικανότητα ρύθμισης της δράσης αλλάζοντας τις συνθήκες αντίδρασης ή αλληλεπιδρώντας με διάφορες ουσίες. Επιπλέον, οι συνθήκες υπό τις οποίες διεξάγεται η ενζυματική κατάλυση διαφέρουν σημαντικά από εκείνες υπό τις οποίες λαμβάνει χώρα η μη ενζυματική κατάλυση: η βέλτιστη θερμοκρασία για τη λειτουργία των ενζύμων στο ανθρώπινο σώμα είναι $37°C$, η πίεση πρέπει να είναι κοντά στην ατμοσφαιρική και η Το $pH$ του μέσου μπορεί να διστάσει σημαντικά. Έτσι, για την αμυλάση, είναι απαραίτητο ένα αλκαλικό περιβάλλον και για την πεψίνη, ένα όξινο.

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων είναι η μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης των ουσιών (υποστρωμάτων) που εισέρχονται στην αντίδραση λόγω του σχηματισμού ενδιάμεσων συμπλεγμάτων ενζύμου-υποστρώματος.

Ενέργεια και πλαστικός μεταβολισμός, η σχέση τους

Ο μεταβολισμός αποτελείται από δύο διαδικασίες που συμβαίνουν ταυτόχρονα στο κύτταρο: πλαστικές και ενεργειακές ανταλλαγές.

Πλαστικός μεταβολισμός (αναβολισμός, αφομοίωση)είναι ένα σύνολο αντιδράσεων σύνθεσης που συνδυάζονται με τη δαπάνη ενέργειας ATP. Στη διαδικασία του πλαστικού μεταβολισμού, συντίθενται οργανικές ουσίες απαραίτητες για το κύτταρο. Παραδείγματα αντιδράσεων πλαστικής ανταλλαγής είναι η φωτοσύνθεση, η βιοσύνθεση πρωτεϊνών και η αντιγραφή του DNA (αυτοδιπλασιασμός).

Ενεργειακός μεταβολισμός (καταβολισμός, αφομοίωση)είναι ένα σύνολο αντιδράσεων διάσπασης σύνθετες ουσίεςσε πιο απλούς. Ως αποτέλεσμα του ενεργειακού μεταβολισμού, απελευθερώνεται ενέργεια, που αποθηκεύεται με τη μορφή ATP. Οι πιο σημαντικές διαδικασίες του ενεργειακού μεταβολισμού είναι η αναπνοή και η ζύμωση.

Οι ανταλλαγές πλαστικού και ενέργειας είναι άρρηκτα συνδεδεμένες, καθώς οι οργανικές ουσίες συντίθενται στη διαδικασία της πλαστικής ανταλλαγής και αυτό απαιτεί ενέργεια ATP, και στη διαδικασία του ενεργειακού μεταβολισμού, οι οργανικές ουσίες διασπώνται και απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία στη συνέχεια θα δαπανηθεί για διαδικασίες σύνθεσης .

Οι οργανισμοί λαμβάνουν ενέργεια κατά τη διαδικασία της διατροφής, την απελευθερώνουν και τη μετατρέπουν σε προσιτή μορφή κυρίως κατά τη διαδικασία της αναπνοής. Σύμφωνα με τον τρόπο διατροφής, όλοι οι οργανισμοί χωρίζονται σε αυτότροφους και ετερότροφους. Αυτότροφοιικανό να συνθέτει ανεξάρτητα οργανικές ουσίες από ανόργανες, και ετερότροφαχρησιμοποιούν αποκλειστικά έτοιμες οργανικές ουσίες.

Στάδια μεταβολισμού ενέργειας

Παρά την πολυπλοκότητα των αντιδράσεων του ενεργειακού μεταβολισμού, χωρίζεται υπό όρους σε τρία στάδια: προπαρασκευαστικό, αναερόβιο (χωρίς οξυγόνο) και αερόβιο (οξυγόνο).

Στο προπαρασκευαστικό στάδιομόρια πολυσακχαριτών, λιπιδίων, πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων διασπώνται σε απλούστερα, για παράδειγμα, γλυκόζη, γλυκερίνη και λιπαρά οξέα, αμινοξέα, νουκλεοτίδια κ.λπ. Αυτό το στάδιο μπορεί να λάβει χώρα απευθείας στα κύτταρα ή στο έντερο, από όπου το Οι διασπασμένες ουσίες χορηγούνται με ροή αίματος.

αναερόβιο στάδιοο ενεργειακός μεταβολισμός συνοδεύεται από περαιτέρω διάσπαση των μονομερών οργανικών ενώσεων σε ακόμη πιο απλά ενδιάμεσα προϊόντα, για παράδειγμα, πυροσταφυλικό οξύ ή πυροσταφυλικό. Δεν απαιτεί την παρουσία οξυγόνου, και για πολλούς οργανισμούς που ζουν στη λάσπη των βάλτων ή στο ανθρώπινο έντερο, είναι ο μόνος τρόπος για να αποκτήσουν ενέργεια. Το αναερόβιο στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα.

Διάφορες ουσίες μπορούν να υποστούν διάσπαση χωρίς οξυγόνο, αλλά η γλυκόζη είναι συχνά το υπόστρωμα των αντιδράσεων. Η διαδικασία της διάσπασής του χωρίς οξυγόνο ονομάζεται γλυκόλυση. Κατά τη γλυκόλυση, το μόριο γλυκόζης χάνει τέσσερα άτομα υδρογόνου, δηλ. οξειδώνεται και σχηματίζονται δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος, δύο μόρια ATP και δύο μόρια του ανηγμένου φορέα υδρογόνου $NADH + H^(+)$:

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

Ο σχηματισμός του ATP από το ADP συμβαίνει λόγω της άμεσης μεταφοράς ενός φωσφορικού ανιόντος από ένα προηγουμένως φωσφορυλιωμένο σάκχαρο και ονομάζεται φωσφορυλίωση υποστρώματος.

Αερόμπικ Στάδιοη ανταλλαγή ενέργειας μπορεί να συμβεί μόνο παρουσία οξυγόνου, ενώ οι ενδιάμεσες ενώσεις που σχηματίζονται στη διαδικασία της διάσπασης χωρίς οξυγόνο οξειδώνονται σε τελικά προϊόντα (διοξείδιο του άνθρακα και νερό) και το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που αποθηκεύεται στους χημικούς δεσμούς των οργανικών ενώσεων απελευθερώνεται . Περνά στην ενέργεια μακροεργικών δεσμών 36 μορίων ATP. Αυτό το στάδιο ονομάζεται επίσης αναπνοή των ιστών. Ελλείψει οξυγόνου, οι ενδιάμεσες ενώσεις μετατρέπονται σε άλλες οργανικές ουσίες, μια διαδικασία που ονομάζεται ζύμωση.

Αναπνοή

Ο μηχανισμός της κυτταρικής αναπνοής φαίνεται σχηματικά στο σχ.

Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια, ενώ το πυροσταφυλικό οξύ χάνει πρώτα ένα άτομο άνθρακα, το οποίο συνοδεύεται από τη σύνθεση ενός αναγωγικού ισοδυνάμου $NADH + H^(+)$ και ενός μορίου ακετυλικού συνενζύμου Α (ακετυλ-CoA):

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

Το ακετυλο-CoA στη μιτοχονδριακή μήτρα εμπλέκεται σε μια αλυσίδα χημικών αντιδράσεων, το σύνολο των οποίων ονομάζεται Κύκλος Krebs (κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος, κύκλος κιτρικού οξέος). Κατά τη διάρκεια αυτών των μετασχηματισμών, σχηματίζονται δύο μόρια ATP, το ακετυλο-CoA οξειδώνεται πλήρως σε διοξείδιο του άνθρακα και τα ιόντα υδρογόνου και τα ηλεκτρόνια του συνδέονται με τους φορείς υδρογόνου $NADH + H^(+)$ και $FADH_2$. Οι φορείς μεταφέρουν πρωτόνια και ηλεκτρόνια υδρογόνου στις εσωτερικές μεμβράνες των μιτοχονδρίων, οι οποίες σχηματίζουν cristae. Με τη βοήθεια μεταφορικών πρωτεϊνών, πρωτόνια υδρογόνου εγχέονται στον διαμεμβρανικό χώρο και τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται κατά μήκος της λεγόμενης αναπνευστικής αλυσίδας ενζύμων που βρίσκεται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων και απορρίπτονται στα άτομα οξυγόνου:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Πρέπει να σημειωθεί ότι ορισμένες πρωτεΐνες της αναπνευστικής αλυσίδας περιέχουν σίδηρο και θείο.

Από τον διαμεμβρανικό χώρο, τα πρωτόνια υδρογόνου μεταφέρονται πίσω στη μιτοχονδριακή μήτρα με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων - συνθασών ATP, και η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση δαπανάται για τη σύνθεση 34 μορίων ATP από κάθε μόριο γλυκόζης. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση. Στη μιτοχονδριακή μήτρα, τα πρωτόνια υδρογόνου αντιδρούν με ρίζες οξυγόνου για να σχηματίσουν νερό:

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

Το σύνολο των αντιδράσεων της αναπνοής οξυγόνου μπορεί να εκφραστεί ως εξής:

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

Η συνολική εξίσωση αναπνοής μοιάζει με αυτό:

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

Ζύμωση

Σε περίπτωση απουσίας οξυγόνου ή ανεπάρκειάς του, συμβαίνει ζύμωση. Η ζύμωση είναι ένας εξελικτικά προγενέστερος τρόπος απόκτησης ενέργειας από την αναπνοή, αλλά είναι ενεργειακά λιγότερο επικερδής, καθώς η ζύμωση παράγει οργανικές ουσίες που εξακολουθούν να είναι πλούσιες σε ενέργεια. Υπάρχουν διάφοροι κύριοι τύποι ζύμωσης: γαλακτικό οξύ, αλκοόλη, οξικό οξύ κ.λπ. Έτσι, στους σκελετικούς μύες, ελλείψει οξυγόνου κατά τη ζύμωση, το πυροσταφυλικό οξύ ανάγεται σε γαλακτικό οξύ, ενώ τα προηγουμένως σχηματισμένα αναγωγικά ισοδύναμα καταναλώνονται και απομένουν μόνο δύο μόρια ATP:

$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.

Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης με τη βοήθεια μυκήτων ζύμης, το πυροσταφυλικό οξύ παρουσία οξυγόνου μετατρέπεται σε αιθυλική αλκοόλη και μονοξείδιο του άνθρακα (IV):

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

Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης με τη βοήθεια μικροοργανισμών, το πυροσταφυλικό οξύ μπορεί επίσης να σχηματίσει οξικό, βουτυρικό, μυρμηκικό οξύ κ.λπ.

Το ATP, που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα του ενεργειακού μεταβολισμού, καταναλώνεται στο κύτταρο για διαφορετικά είδηέργα: χημικά, οσμωτικά, ηλεκτρικά, μηχανικά και ρυθμιστικά. Η χημική εργασία συνίσταται στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών, λιπιδίων, υδατανθράκων, νουκλεϊκών οξέων και άλλων ζωτικών σημαντικές ενώσεις. Η ωσμωτική εργασία περιλαμβάνει τις διαδικασίες απορρόφησης από το κύτταρο και απομάκρυνσης από αυτό ουσιών που βρίσκονται στον εξωκυττάριο χώρο σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από ό,τι στο ίδιο το κύτταρο. Το ηλεκτρικό έργο σχετίζεται στενά με το οσμωτικό έργο, αφού ως αποτέλεσμα της κίνησης φορτισμένων σωματιδίων μέσω των μεμβρανών σχηματίζεται το φορτίο της μεμβράνης και αποκτώνται οι ιδιότητες διεγερσιμότητας και αγωγιμότητας. Η μηχανική εργασία σχετίζεται με την κίνηση ουσιών και δομών μέσα στο κύτταρο, καθώς και στο κύτταρο συνολικά. Το ρυθμιστικό έργο περιλαμβάνει όλες τις διαδικασίες που στοχεύουν στο συντονισμό των διαδικασιών στο κύτταρο.

Φωτοσύνθεση, η σημασία της, κοσμικός ρόλος

φωτοσύνθεσηονομάζεται η διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε ενέργεια χημικών δεσμών οργανικών ενώσεων με τη συμμετοχή της χλωροφύλλης.

Ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, παράγονται περίπου 150 δισεκατομμύρια τόνοι οργανικής ύλης και περίπου 200 δισεκατομμύρια τόνοι οξυγόνου ετησίως. Αυτή η διαδικασία εξασφαλίζει τον κύκλο του άνθρακα στη βιόσφαιρα, αποτρέποντας τη συσσώρευση διοξείδιο του άνθρακακαι έτσι αποτρέπεται η εμφάνιση του φαινομένου του θερμοκηπίου και της υπερθέρμανσης της Γης. Οι οργανικές ουσίες που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης δεν καταναλώνονται πλήρως από άλλους οργανισμούς, ένα σημαντικό μέρος αυτών σχημάτισε κοιτάσματα ορυκτών (σκληρός και καφές άνθρακας, πετρέλαιο) για εκατομμύρια χρόνια. ΣΤΟ πρόσφατους χρόνουςΩς καύσιμο άρχισαν επίσης να χρησιμοποιούνται κραμβέλαιο («βιοντίζελ») και αλκοόλη που προέρχεται από φυτικά υπολείμματα. Από το οξυγόνο, υπό τη δράση των ηλεκτρικών εκκενώσεων, σχηματίζεται το όζον, το οποίο σχηματίζει μια ασπίδα του όζοντος που προστατεύει όλη τη ζωή στη Γη από τις βλαβερές συνέπειες των υπεριωδών ακτίνων.

Ο συμπατριώτης μας, ο εξαιρετικός φυτοφυσιολόγος K. A. Timiryazev (1843-1920) αποκάλεσε τον ρόλο της φωτοσύνθεσης «κοσμικό», αφού συνδέει τη Γη με τον Ήλιο (διάστημα), παρέχοντας εισροή ενέργειας στον πλανήτη.

Φάσεις φωτοσύνθεσης. Φωτεινές και σκοτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης, η σχέση τους

Το 1905, ο Άγγλος φυσιολόγος φυτών F. Blackman ανακάλυψε ότι ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης δεν μπορεί να αυξάνεται επ 'αόριστον, κάποιος παράγοντας τον περιορίζει. Με βάση αυτό, πρότεινε την ύπαρξη δύο φάσεων φωτοσύνθεσης: φωςκαι σκοτάδι. Σε χαμηλή ένταση φωτός, η ταχύτητα των αντιδράσεων φωτός αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση της έντασης φωτός και, επιπλέον, αυτές οι αντιδράσεις δεν εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, καθώς δεν απαιτούν ένζυμα για να προχωρήσουν. Αντιδράσεις φωτός συμβαίνουν στις θυλακοειδείς μεμβράνες.

Ο ρυθμός των σκοτεινών αντιδράσεων, αντίθετα, αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας· ωστόσο, με την επίτευξη του ορίου θερμοκρασίας των $30°C$, αυτή η ανάπτυξη σταματά, γεγονός που δείχνει την ενζυματική φύση αυτών των μετασχηματισμών που συμβαίνουν στο στρώμα. Πρέπει να σημειωθεί ότι το φως έχει μια ορισμένη επίδραση και στις σκοτεινές αντιδράσεις, παρά το γεγονός ότι ονομάζονται σκοτεινές.

Η ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης προχωρά σε θυλακοειδή μεμβράνες, οι οποίες φέρουν διάφορους τύπους πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων, τα κυριότερα από τα οποία είναι τα φωτοσυστήματα I και II, καθώς και η συνθάση ATP. Η σύνθεση των φωτοσυστημάτων περιλαμβάνει σύμπλοκα χρωστικών, στα οποία, εκτός από τη χλωροφύλλη, υπάρχουν και καροτενοειδή. Τα καροτενοειδή παγιδεύουν το φως σε εκείνες τις περιοχές του φάσματος στις οποίες δεν υπάρχει χλωροφύλλη και επίσης προστατεύουν τη χλωροφύλλη από την καταστροφή από το φως υψηλής έντασης.

Εκτός από τα σύμπλοκα χρωστικών, τα φωτοσυστήματα περιλαμβάνουν επίσης έναν αριθμό πρωτεϊνών δέκτη ηλεκτρονίων που μεταφέρουν διαδοχικά ηλεκτρόνια από μόρια χλωροφύλλης το ένα στο άλλο. Η αλληλουχία αυτών των πρωτεϊνών ονομάζεται χλωροπλαστική αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Ένα ειδικό σύμπλεγμα πρωτεϊνών συνδέεται επίσης με το φωτοσύστημα II, το οποίο εξασφαλίζει την απελευθέρωση οξυγόνου κατά τη φωτοσύνθεση. Αυτό το σύμπλεγμα που αναπτύσσει οξυγόνο περιέχει ιόντα μαγγανίου και χλωρίου.

ΣΤΟ ελαφριά φάσηκβάντα φωτός, ή φωτόνια, που πέφτουν σε μόρια χλωροφύλλης που βρίσκονται στις θυλακοειδείς μεμβράνες, τα μεταφέρουν σε μια διεγερμένη κατάσταση που χαρακτηρίζεται από υψηλότερη ενέργεια ηλεκτρονίων. Ταυτόχρονα, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια από τη χλωροφύλλη του φωτοσυστήματος Ι μεταφέρονται μέσω μιας αλυσίδας ενδιάμεσων στον φορέα υδρογόνου NADP, ο οποίος προσθέτει πρωτόνια υδρογόνου, τα οποία υπάρχουν πάντα σε ένα υδατικό διάλυμα:

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

Το μειωμένο $NADPH + H^(+)$ θα χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια στο σκοτεινό στάδιο. Τα ηλεκτρόνια από τη χλωροφύλλη του φωτοσυστήματος ΙΙ μεταφέρονται επίσης κατά μήκος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων, αλλά γεμίζουν τις «ηλεκτρονικές τρύπες» στη χλωροφύλλη του φωτοσυστήματος Ι. Η έλλειψη ηλεκτρονίων στη χλωροφύλλη του φωτοσυστήματος ΙΙ συμπληρώνεται αφαιρώντας μόρια νερού από το νερό μόρια, η οποία εμφανίζεται με τη συμμετοχή του συμπλέγματος απελευθέρωσης οξυγόνου που αναφέρθηκε ήδη παραπάνω. Ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης των μορίων του νερού, η οποία ονομάζεται φωτόλυση, σχηματίζονται πρωτόνια υδρογόνου και απελευθερώνεται μοριακό οξυγόνο, το οποίο είναι υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης:

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

Γενετική πληροφορία σε ένα κύτταρο. Γονίδια, γενετικός κώδικας και οι ιδιότητές του. Φύση μήτρας βιοσυνθετικών αντιδράσεων. Βιοσύνθεση πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων

Γενετική πληροφορία σε ένα κύτταρο

Η αναπαραγωγή του είδους του είναι μια από τις θεμελιώδεις ιδιότητες των ζωντανών. Λόγω αυτού του φαινομένου, υπάρχει ομοιότητα όχι μόνο μεταξύ των οργανισμών, αλλά και μεταξύ μεμονωμένων κυττάρων, καθώς και των οργανιδίων τους (μιτοχόνδρια και πλαστίδια). Η υλική βάση αυτής της ομοιότητας είναι η μεταφορά DNA κρυπτογραφημένου στην αλληλουχία των νουκλεοτιδίων γενετικές πληροφορίες, η οποία πραγματοποιείται λόγω των διεργασιών αντιγραφής (αυτοδιπλασιασμού) του DNA. Όλα τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες των κυττάρων και των οργανισμών πραγματοποιούνται χάρη στις πρωτεΐνες, η δομή των οποίων καθορίζεται κυρίως από τις αλληλουχίες νουκλεοτιδίων του DNA. Ως εκ τούτου, η βιοσύνθεση νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών είναι ύψιστης σημασίας στις μεταβολικές διεργασίες. Η δομική μονάδα των κληρονομικών πληροφοριών είναι το γονίδιο.

Γονίδια, γενετικός κώδικας και οι ιδιότητές του

Οι κληρονομικές πληροφορίες σε ένα κύτταρο δεν είναι μονολιθικές, χωρίζονται σε ξεχωριστές «λέξεις» - γονίδια.

Γονίδιοείναι η βασική μονάδα γενετικής πληροφορίας.

Οι εργασίες για το πρόγραμμα ανθρώπινου γονιδιώματος, το οποίο πραγματοποιήθηκε ταυτόχρονα σε πολλές χώρες και ολοκληρώθηκε στην αρχή του παρόντος αιώνα, μας έδωσε να καταλάβουμε ότι ένα άτομο έχει μόνο περίπου 25-30 χιλιάδες γονίδια, αλλά οι πληροφορίες από το μεγαλύτερο μέρος του DNA μας δεν διαβάζονται ποτέ, καθώς περιέχει έναν τεράστιο αριθμό ανούσιων ενοτήτων, επαναλήψεων και γονιδίων που κωδικοποιούν χαρακτηριστικά που έχουν χάσει το νόημά τους για ανθρώπους (ουρά, τρίχες σώματος κ.λπ.). Επιπλέον, έχει αποκρυπτογραφηθεί μια σειρά από γονίδια που είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη κληρονομικών ασθενειών, καθώς και γονίδια-στόχοι φαρμάκων. Ωστόσο, η πρακτική εφαρμογή των αποτελεσμάτων που προέκυψαν κατά την εφαρμογή αυτού του προγράμματος αναβάλλεται μέχρι να αποκωδικοποιηθούν τα γονιδιώματα περισσότερων ανθρώπων και να γίνει σαφές πώς διαφέρουν.

Τα γονίδια που κωδικοποιούν την πρωτογενή δομή μιας πρωτεΐνης, ριβοσωμικού ή RNA μεταφοράς ονομάζονται κατασκευαστικόςκαι γονίδια που παρέχουν ενεργοποίηση ή καταστολή της ανάγνωσης πληροφοριών από δομικά γονίδια - ρυθμιστικές. Ωστόσο, ακόμη και τα δομικά γονίδια περιέχουν ρυθμιστικές περιοχές.

Οι κληρονομικές πληροφορίες των οργανισμών είναι κρυπτογραφημένες στο DNA με τη μορφή ορισμένων συνδυασμών νουκλεοτιδίων και της αλληλουχίας τους - γενετικός κώδικας. Οι ιδιότητές του είναι: τριπλέτα, ειδικότητα, καθολικότητα, πλεονασμός και μη επικάλυψη. Επιπλέον, δεν υπάρχουν σημεία στίξης στον γενετικό κώδικα.

Κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται στο DNA από τρία νουκλεοτίδια. τρίδυμαγια παράδειγμα, η μεθειονίνη κωδικοποιείται από την τριπλέτα TAC, δηλαδή τον κωδικό τριπλής. Από την άλλη πλευρά, κάθε τριάδα κωδικοποιεί μόνο ένα αμινοξύ, που είναι η ειδικότητα ή η ασάφειά του. Ο γενετικός κώδικας είναι παγκόσμιος για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, δηλαδή, οι κληρονομικές πληροφορίες για τις ανθρώπινες πρωτεΐνες μπορούν να διαβαστούν από τα βακτήρια και το αντίστροφο. Αυτό μαρτυρεί την ενότητα της προέλευσης του οργανικού κόσμου. Ωστόσο, 64 συνδυασμοί τριών νουκλεοτιδίων αντιστοιχούν σε μόνο 20 αμινοξέα, με αποτέλεσμα 2-6 τριάδες να μπορούν να κωδικοποιήσουν ένα αμινοξύ, δηλαδή ο γενετικός κώδικας να είναι περιττός ή εκφυλισμένος. Τρεις τρίδυμες δεν έχουν αντίστοιχα αμινοξέα, ονομάζονται κωδικόνια διακοπής, καθώς σηματοδοτούν το τέλος της σύνθεσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

Η αλληλουχία των βάσεων στο DNA τριπλέτες και τα αμινοξέα που κωδικοποιούν

*Κωδόνιο διακοπής, που υποδεικνύει το τέλος της σύνθεσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

Συντομογραφίες για ονόματα αμινοξέων:

Ala - αλανίνη

Arg - αργινίνη

Asn - ασπαραγίνη

Asp - ασπαρτικό οξύ

Val - βαλίνη

Του - ιστιδίνη

Gly - γλυκίνη

Gln - γλουταμίνη

Glu - γλουταμικό οξύ

Ile - ισολευκίνη

Leu - λευκίνη

Liz - λυσίνη

Meth - μεθειονίνη

Προ - προλίνη

Ser - σερίνη

Tyr - τυροσίνη

Tre - θρεονίνη

Τρεις - τρυπτοφάνη

Fen - φαινυλαλανίνη

cis - κυστεΐνη

Εάν αρχίσετε να διαβάζετε γενετικές πληροφορίες όχι από το πρώτο νουκλεοτίδιο της τριάδας, αλλά από το δεύτερο, τότε όχι μόνο θα μετατοπιστεί το πλαίσιο ανάγνωσης - η πρωτεΐνη που συντίθεται με αυτόν τον τρόπο θα είναι εντελώς διαφορετική όχι μόνο στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων, αλλά και στη δομή και ιδιότητες. Δεν υπάρχουν σημεία στίξης μεταξύ των τριδύμων, επομένως δεν υπάρχουν εμπόδια στη μετατόπιση του πλαισίου ανάγνωσης, γεγονός που ανοίγει περιθώρια για την εμφάνιση και τη διατήρηση μεταλλάξεων.

Φύση μήτρας βιοσυνθετικών αντιδράσεων

Τα βακτηριακά κύτταρα μπορούν να διπλασιάζονται κάθε 20-30 λεπτά, και τα ευκαρυωτικά κύτταρα - κάθε μέρα και ακόμη πιο συχνά, κάτι που απαιτεί υψηλή ταχύτητα και ακρίβεια της αντιγραφής του DNA. Επιπλέον, κάθε κύτταρο περιέχει εκατοντάδες και χιλιάδες αντίγραφα πολλών πρωτεϊνών, ιδιαίτερα ενζύμων, επομένως, για την αναπαραγωγή τους, η μέθοδος «κομμάτι» παραγωγής τους είναι απαράδεκτη. Ένας πιο προοδευτικός τρόπος είναι η σφράγιση, η οποία σας επιτρέπει να αποκτήσετε πολλά ακριβή αντίγραφα του προϊόντος και επίσης να μειώσετε το κόστος του. Για τη σφράγιση, χρειάζεται μια μήτρα, με την οποία δημιουργείται εντύπωση.

Στα κύτταρα, η αρχή της σύνθεσης μήτρας είναι ότι νέα μόρια πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων συντίθενται σύμφωνα με το πρόγραμμα που καθορίζεται στη δομή των προϋπαρχόντων μορίων των ίδιων νουκλεϊκών οξέων (DNA ή RNA).

Βιοσύνθεση πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων

Αντιγραφή DNA.Το DNA είναι ένα δίκλωνο βιοπολυμερές του οποίου τα μονομερή είναι νουκλεοτίδια. Εάν η βιοσύνθεση του DNA προχωρούσε σύμφωνα με την αρχή της φωτοτυπίας, τότε αναπόφευκτα θα προέκυπταν πολυάριθμες παραμορφώσεις και λάθη στις κληρονομικές πληροφορίες, που θα οδηγούσαν τελικά στο θάνατο νέων οργανισμών. Επομένως, η διαδικασία του διπλασιασμού του DNA είναι διαφορετική, με ημισυντηρητικό τρόπο: το μόριο του DNA ξετυλίγεται και σε κάθε μία από τις αλυσίδες συντίθεται μια νέα αλυσίδα σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Η διαδικασία αυτοαναπαραγωγής του μορίου DNA, που διασφαλίζει την ακριβή αντιγραφή κληρονομικών πληροφοριών και τη μετάδοσή τους από γενιά σε γενιά, ονομάζεται αντιγραφή(από λατ. αντιγραφή- επανάληψη). Ως αποτέλεσμα της αντιγραφής, σχηματίζονται δύο απολύτως ακριβή αντίγραφα του γονικού μορίου DNA, καθένα από τα οποία φέρει ένα αντίγραφο του γονικού.

Η διαδικασία της αντιγραφής είναι στην πραγματικότητα εξαιρετικά περίπλοκη, αφού σε αυτήν εμπλέκονται πολλές πρωτεΐνες. Μερικά από αυτά ξετυλίγουν τη διπλή έλικα του DNA, άλλα σπάνε δεσμούς υδρογόνου μεταξύ νουκλεοτιδίων συμπληρωματικών αλυσίδων, άλλα (για παράδειγμα, το ένζυμο πολυμεράσης DNA) επιλέγουν νέα νουκλεοτίδια σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας κ.λπ. Δύο μόρια DNA που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα ο αναδιπλασιασμός αποκλίνει στα δύο κατά τη διαίρεση. νεοσυσταθέντα θυγατρικά κύτταρα.

Τα σφάλματα στη διαδικασία αντιγραφής είναι εξαιρετικά σπάνια, αλλά εάν συμβούν, εξαλείφονται πολύ γρήγορα τόσο από πολυμεράσες DNA όσο και από ειδικά επισκευαστικά ένζυμα, καθώς οποιοδήποτε σφάλμα στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων μπορεί να οδηγήσει σε μη αναστρέψιμη αλλαγή στη δομή και τις λειτουργίες της πρωτεΐνης. και, τελικά, επηρεάζουν δυσμενώς τη βιωσιμότητα ενός νέου κυττάρου ή ακόμα και ενός ατόμου.

βιοσύνθεση πρωτεϊνών.Όπως είπε μεταφορικά ο εξαιρετικός φιλόσοφος του 19ου αιώνα Φ. Ένγκελς: «Η ζωή είναι μια μορφή ύπαρξης πρωτεϊνικών σωμάτων». Η δομή και οι ιδιότητες των μορίων πρωτεΐνης καθορίζονται από την πρωτογενή δομή τους, δηλαδή την αλληλουχία των αμινοξέων που κωδικοποιούνται στο DNA. Όχι μόνο η ύπαρξη του ίδιου του πολυπεπτιδίου, αλλά και η λειτουργία του κυττάρου στο σύνολό του εξαρτάται από την ακρίβεια της αναπαραγωγής αυτής της πληροφορίας· επομένως, η διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης έχει μεγάλη σημασία. Φαίνεται να είναι η πιο περίπλοκη διαδικασία σύνθεσης στο κύτταρο, αφού εδώ εμπλέκονται έως και τριακόσια διαφορετικά ένζυμα και άλλα μακρομόρια. Επιπλέον, ρέει με μεγάλη ταχύτητα, κάτι που απαιτεί ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια.

Υπάρχουν δύο βασικά στάδια στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών: η μεταγραφή και η μετάφραση.

Μεταγραφή(από λατ. μεταγραφή- επανεγγραφή) είναι η βιοσύνθεση μορίων mRNA σε ένα πρότυπο DNA.

Δεδομένου ότι το μόριο DNA περιέχει δύο αντιπαράλληλες αλυσίδες, η ανάγνωση πληροφοριών και από τις δύο αλυσίδες θα οδηγούσε στον σχηματισμό εντελώς διαφορετικών mRNAs, επομένως η βιοσύνθεσή τους είναι δυνατή μόνο σε μία από τις αλυσίδες, η οποία ονομάζεται κωδικοποίηση ή κωδικογονική, σε αντίθεση με τη δεύτερη, μη κωδικοποιητικό ή μη κωδικογονικό. Η διαδικασία επανεγγραφής παρέχεται από ένα ειδικό ένζυμο, την RNA πολυμεράση, το οποίο επιλέγει τα νουκλεοτίδια RNA σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Αυτή η διαδικασία μπορεί να λάβει χώρα τόσο στον πυρήνα όσο και σε οργανίδια που έχουν το δικό τους DNA - μιτοχόνδρια και πλαστίδια.

Τα μόρια mRNA που συντίθενται κατά τη μεταγραφή υποβάλλονται σε μια πολύπλοκη διαδικασία προετοιμασίας για μετάφραση (τα μιτοχονδριακά και πλαστιδικά mRNA μπορούν να παραμείνουν μέσα στα οργανίδια, όπου λαμβάνει χώρα το δεύτερο στάδιο της πρωτεϊνικής βιοσύνθεσης). Στη διαδικασία της ωρίμανσης του mRNA, τα τρία πρώτα νουκλεοτίδια (AUG) και μια ουρά αδενυλ νουκλεοτιδίων συνδέονται σε αυτό, το μήκος των οποίων καθορίζει πόσα αντίγραφα πρωτεΐνης μπορούν να συντεθούν σε ένα δεδομένο μόριο. Μόνο τότε τα ώριμα mRNA εγκαταλείπουν τον πυρήνα μέσω των πυρηνικών πόρων.

Παράλληλα, στο κυτταρόπλασμα λαμβάνει χώρα η διαδικασία ενεργοποίησης αμινοξέων, κατά την οποία το αμινοξύ συνδέεται με το αντίστοιχο ελεύθερο tRNA. Αυτή η διαδικασία καταλύεται από ένα ειδικό ένζυμο, καταναλώνει ATP.

Αναμετάδοση(από λατ. αναμετάδοση- μεταφορά) είναι η βιοσύνθεση μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας σε ένα πρότυπο mRNA, στο οποίο οι γενετικές πληροφορίες μεταφράζονται σε μια αλληλουχία αμινοξέων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

Το δεύτερο στάδιο της πρωτεϊνικής σύνθεσης εμφανίζεται συχνότερα στο κυτταρόπλασμα, για παράδειγμα, στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο. Η εμφάνισή του απαιτεί την παρουσία ριβοσωμάτων, ενεργοποίηση tRNA, κατά την οποία προσκολλώνται τα αντίστοιχα αμινοξέα, παρουσία ιόντων Mg2+, καθώς και βέλτιστες περιβαλλοντικές συνθήκες (θερμοκρασία, pH, πίεση κ.λπ.).

Για να ξεκινήσει η εκπομπή την έναρξη) μια μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος συνδέεται με το μόριο mRNA έτοιμο για σύνθεση και στη συνέχεια, σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας, το tRNA που φέρει το αμινοξύ μεθειονίνη επιλέγεται στο πρώτο κωδικόνιο (AUG). Μόνο τότε ενώνεται η μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος. Μέσα στο συναρμολογημένο ριβόσωμα, υπάρχουν δύο κωδικόνια mRNA, το πρώτο από τα οποία είναι ήδη κατειλημμένο. Ένα δεύτερο tRNA, που φέρει επίσης ένα αμινοξύ, συνδέεται με το κωδικόνιο που βρίσκεται δίπλα του, μετά από το οποίο σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός μεταξύ των υπολειμμάτων αμινοξέων με τη βοήθεια ενζύμων. Το ριβόσωμα μετακινεί ένα κωδικόνιο του mRNA. το πρώτο από το tRNA, που απελευθερώνεται από το αμινοξύ, επιστρέφει στο κυτταρόπλασμα για το επόμενο αμινοξύ και ένα θραύσμα της μελλοντικής πολυπεπτιδικής αλυσίδας, όπως ήταν, κρέμεται στο υπόλοιπο tRNA. Το επόμενο tRNA ενώνεται με το νέο κωδικόνιο, το οποίο βρίσκεται μέσα στο ριβόσωμα, η διαδικασία επαναλαμβάνεται και βήμα προς βήμα η πολυπεπτιδική αλυσίδα επιμηκύνεται, δηλ. επιμήκυνση.

Τέλος πρωτεϊνοσύνθεσης λήξη) εμφανίζεται μόλις μια συγκεκριμένη νουκλεοτιδική αλληλουχία συναντηθεί σε ένα μόριο mRNA που δεν κωδικοποιεί ένα αμινοξύ (κωδικόνιο διακοπής). Μετά από αυτό, το ριβόσωμα, το mRNA και η πολυπεπτιδική αλυσίδα διαχωρίζονται και η νεοσυντιθέμενη πρωτεΐνη αποκτά την κατάλληλη δομή και μεταφέρεται στο τμήμα του κυττάρου όπου θα εκτελέσει τις λειτουργίες της.

Η μετάφραση είναι μια πολύ ενεργοβόρα διαδικασία, καθώς η ενέργεια ενός μορίου ATP δαπανάται για τη σύνδεση ενός αμινοξέος στο tRNA και πολλά άλλα χρησιμοποιούνται για τη μετακίνηση του ριβοσώματος κατά μήκος του μορίου mRNA.

Για να επιταχυνθεί η σύνθεση ορισμένων πρωτεϊνικών μορίων, πολλά ριβοσώματα μπορούν να συνδεθούν διαδοχικά στο μόριο mRNA, τα οποία σχηματίζουν μια ενιαία δομή - πολυσωμα.

Το κύτταρο είναι η γενετική μονάδα των ζωντανών όντων. Τα χρωμοσώματα, η δομή (σχήμα και μέγεθος) και οι λειτουργίες τους. Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων και η σταθερότητα του είδους τους. Σωματικά και σεξουαλικά κύτταρα. Κύκλος ζωής των κυττάρων: μεσόφαση και μίτωση. Η μίτωση είναι η διαίρεση των σωματικών κυττάρων. Μείωση. Φάσεις μίτωσης και μείωσης. Η ανάπτυξη γεννητικών κυττάρων σε φυτά και ζώα. Η κυτταρική διαίρεση είναι η βάση για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των οργανισμών. Ο ρόλος της μείωσης και της μίτωσης

Το κύτταρο είναι η γενετική μονάδα της ζωής

Παρά το γεγονός ότι τα νουκλεϊκά οξέα είναι ο φορέας της γενετικής πληροφορίας, η εφαρμογή αυτών των πληροφοριών είναι αδύνατη εκτός κυττάρου, κάτι που αποδεικνύεται εύκολα με το παράδειγμα των ιών. Αυτοί οι οργανισμοί, που συχνά περιέχουν μόνο DNA ή RNA, δεν μπορούν να αναπαραχθούν μόνοι τους, γι' αυτό πρέπει να χρησιμοποιήσουν την κληρονομική συσκευή του κυττάρου. Δεν μπορούν καν να διεισδύσουν στο κύτταρο χωρίς τη βοήθεια του ίδιου του κυττάρου, παρά μόνο με τη χρήση μηχανισμών μεταφοράς μεμβράνης ή λόγω κυτταρικής βλάβης. Οι περισσότεροι ιοί είναι ασταθείς, πεθαίνουν μετά από λίγες ώρες έκθεσης στο ύπαιθρο. Επομένως, ένα κύτταρο είναι μια γενετική μονάδα ενός ζωντανού πράγματος που έχει ένα ελάχιστο σύνολο συστατικών για τη διατήρηση, την τροποποίηση και την εφαρμογή κληρονομικών πληροφοριών, καθώς και τη μετάδοσή τους στους απογόνους.

Οι περισσότερες γενετικές πληροφορίες ενός ευκαρυωτικού κυττάρου βρίσκονται στον πυρήνα. Χαρακτηριστικό της οργάνωσής του είναι ότι, σε αντίθεση με το DNA ενός προκαρυωτικού κυττάρου, τα μόρια του ευκαρυωτικού DNA δεν είναι κλειστά και σχηματίζουν πολύπλοκα σύμπλοκα με πρωτεΐνες - χρωμοσώματα.

Τα χρωμοσώματα, η δομή (σχήμα και μέγεθος) και οι λειτουργίες τους

Χρωμόσωμα(από τα ελληνικά. χρώμιο- χρώμα, χρώμα και λυκόψαρο- σώμα) είναι η δομή του κυτταρικού πυρήνα, ο οποίος περιέχει γονίδια και φέρει ορισμένες κληρονομικές πληροφορίες σχετικά με τα σημάδια και τις ιδιότητες του οργανισμού.

Μερικές φορές τα μόρια DNA του δακτυλίου των προκαρυωτών ονομάζονται επίσης χρωμοσώματα. Τα χρωμοσώματα είναι ικανά να αυτοδιπλασιάζονται, έχουν μια δομική και λειτουργική ατομικότητα και τη διατηρούν σε πολλές γενιές. Κάθε κύτταρο μεταφέρει όλες τις κληρονομικές πληροφορίες του σώματος, αλλά μόνο ένα μικρό μέρος του λειτουργεί.

Η βάση του χρωμοσώματος είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA γεμάτο με πρωτεΐνες. Στους ευκαρυώτες, οι πρωτεΐνες ιστόνης και μη ιστόνης αλληλεπιδρούν με το DNA, ενώ στους προκαρυώτες, οι πρωτεΐνες ιστόνης απουσιάζουν.

Τα χρωμοσώματα φαίνονται καλύτερα κάτω από ένα μικροσκόπιο φωτός κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, όταν, ως αποτέλεσμα της συμπίεσης, παίρνουν τη μορφή σωμάτων σε σχήμα ράβδου που χωρίζονται από μια πρωτογενή στένωση - κεντρομερίδιο — στους ώμους. Το χρωμόσωμα μπορεί επίσης να έχει δευτερογενής συστολή, που σε ορισμένες περιπτώσεις διαχωρίζει το λεγόμενο δορυφόρος. Τα άκρα των χρωμοσωμάτων ονομάζονται τελομερή. Τα τελομερή εμποδίζουν τα άκρα των χρωμοσωμάτων να κολλήσουν μεταξύ τους και διασφαλίζουν την προσκόλλησή τους στην πυρηνική μεμβράνη σε ένα μη διαιρούμενο κύτταρο. Στην αρχή της διαίρεσης, τα χρωμοσώματα διπλασιάζονται και αποτελούνται από δύο θυγατρικά χρωμοσώματα - χρωματίδεςπροσαρτάται στο κεντρομερίδιο.

Ανάλογα με το σχήμα διακρίνονται τα χρωμοσώματα ίσου βραχίονα, άνισου βραχίονα και ραβδόσχημα. Τα μεγέθη των χρωμοσωμάτων ποικίλλουν σημαντικά, αλλά το μέσο χρωμόσωμα έχει μέγεθος 5 $×$ 1,4 μm.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα χρωμοσώματα, ως αποτέλεσμα πολυάριθμων διπλασιασμών του DNA, περιέχουν εκατοντάδες και χιλιάδες χρωματίδες: τέτοια γιγάντια χρωμοσώματα ονομάζονται πολυθένιο. Βρίσκονται στους σιελογόνους αδένες των προνυμφών Drosophila, καθώς και στους πεπτικούς αδένες των στρογγυλών σκουληκιών.

Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων και η σταθερότητα του είδους τους. Σωματικά και γεννητικά κύτταρα

Σύμφωνα με την κυτταρική θεωρία, ένα κύτταρο είναι μια μονάδα δομής, ζωής και ανάπτυξης ενός οργανισμού. Έτσι, τέτοιες σημαντικές λειτουργίες των ζωντανών όντων όπως η ανάπτυξη, η αναπαραγωγή και η ανάπτυξη του οργανισμού παρέχονται σε κυτταρικό επίπεδο. Τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών μπορούν να χωριστούν σε σωματικά και φύλο.

σωματικά κύτταραείναι όλα τα κύτταρα του σώματος που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της μιτωτικής διαίρεσης.

Η μελέτη των χρωμοσωμάτων κατέστησε δυνατό να διαπιστωθεί ότι τα σωματικά κύτταρα του οργανισμού κάθε βιολογικού είδους χαρακτηρίζονται από σταθερό αριθμό χρωμοσωμάτων. Για παράδειγμα, ένα άτομο έχει 46. Το σύνολο των χρωμοσωμάτων των σωματικών κυττάρων ονομάζεται διπλοειδής(2n) ή διπλό.

σεξουαλικά κύτταρα, ή γαμέτες, είναι εξειδικευμένα κύτταρα που χρησιμεύουν για τη σεξουαλική αναπαραγωγή.

Οι γαμέτες περιέχουν πάντα τα μισά χρωμοσώματα από τα σωματικά κύτταρα (στον άνθρωπο - 23), έτσι το σύνολο των χρωμοσωμάτων των γεννητικών κυττάρων ονομάζεται απλοειδής(ν), ή μονό. Ο σχηματισμός του σχετίζεται με τη μειοτική κυτταρική διαίρεση.

Η ποσότητα του DNA των σωματικών κυττάρων ορίζεται ως 2c και αυτή των γεννητικών κυττάρων είναι 1c. Ο γενετικός τύπος των σωματικών κυττάρων γράφεται ως 2n2c και το φύλο - 1n1c.

Στους πυρήνες ορισμένων σωματικών κυττάρων, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μπορεί να διαφέρει από τον αριθμό τους στα σωματικά κύτταρα. Αν αυτή η διαφορά είναι μεγαλύτερη κατά ένα, δύο, τρία κ.λπ. απλοειδή σύνολα, τότε τέτοια κύτταρα ονομάζονται πολυπλοειδές(τρι-, τετρα-, πενταπλοειδές, αντίστοιχα). Σε τέτοια κύτταρα, οι μεταβολικές διεργασίες είναι συνήθως πολύ εντατικές.

Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων από μόνος του δεν είναι χαρακτηριστικό για το είδος, αφού διαφορετικοί οργανισμοί μπορεί να έχουν τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων, ενώ οι συγγενείς μπορεί να έχουν διαφορετικούς αριθμούς. Για παράδειγμα, το πλασμώδιο της ελονοσίας και το στρογγυλό σκουλήκι του αλόγου έχουν δύο χρωμοσώματα, ενώ οι άνθρωποι και οι χιμπατζήδες έχουν 46 και 48, αντίστοιχα.

Τα ανθρώπινα χρωμοσώματα χωρίζονται σε δύο ομάδες: αυτοσώματα και φυλετικά χρωμοσώματα (ετεροχρωμοσώματα). Autosomeυπάρχουν 22 ζεύγη στα ανθρώπινα σωματικά κύτταρα, είναι τα ίδια για άνδρες και γυναίκες, και φυλετικά χρωμοσώματαμόνο ένα ζευγάρι, αλλά είναι αυτή που καθορίζει το φύλο του ατόμου. Υπάρχουν δύο τύποι φυλετικών χρωμοσωμάτων - Χ και Υ. Τα κύτταρα του σώματος μιας γυναίκας φέρουν δύο χρωμοσώματα Χ και των ανδρών - Χ και Υ.

Καρυότυπος- αυτό είναι ένα σύνολο σημείων του συνόλου χρωμοσωμάτων ενός οργανισμού (ο αριθμός των χρωμοσωμάτων, το σχήμα και το μέγεθός τους).

Η υπό όρους καταγραφή του καρυότυπου περιλαμβάνει τον συνολικό αριθμό των χρωμοσωμάτων, τα φυλετικά χρωμοσώματα και τις πιθανές αποκλίσεις στο σύνολο των χρωμοσωμάτων. Για παράδειγμα, ο καρυότυπος ενός κανονικού άνδρα γράφεται ως 46,XY, ενώ ο καρυότυπος μιας κανονικής γυναίκας είναι 46,XX.

Κύκλος ζωής των κυττάρων: μεσόφαση και μίτωση

Τα κύτταρα δεν αναδύονται κάθε φορά εκ νέου, σχηματίζονται μόνο ως αποτέλεσμα της διαίρεσης των μητρικών κυττάρων. Μετά τον διαχωρισμό, τα θυγατρικά κύτταρα χρειάζονται λίγο χρόνο για να σχηματίσουν οργανίδια και να αποκτήσουν την κατάλληλη δομή που θα εξασφάλιζε την εκτέλεση μιας συγκεκριμένης λειτουργίας. Αυτή η χρονική περίοδος ονομάζεται ωρίμαση.

Το χρονικό διάστημα από την εμφάνιση ενός κυττάρου ως αποτέλεσμα της διαίρεσης έως τη διαίρεση ή το θάνατό του ονομάζεται κύκλος ζωής των κυττάρων.

Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, ο κύκλος ζωής χωρίζεται σε δύο κύρια στάδια: τη μεσόφαση και τη μίτωση.

Ενδιάμεση φάση- αυτή είναι η χρονική περίοδος στον κύκλο ζωής κατά την οποία το κύτταρο δεν διαιρείται και λειτουργεί κανονικά. Η ενδιάμεση φάση χωρίζεται σε τρεις περιόδους: περιόδους G 1 -, S- και G 2 -.

G 1 -περίοδος(προσυνθετική, μεταμιτωτική) είναι μια περίοδος κυτταρικής ανάπτυξης και ανάπτυξης, κατά την οποία υπάρχει ενεργή σύνθεση RNA, πρωτεϊνών και άλλων ουσιών που είναι απαραίτητες για την πλήρη υποστήριξη της ζωής του νεοσχηματισμένου κυττάρου. Μέχρι το τέλος αυτής της περιόδου, το κύτταρο μπορεί να αρχίσει να προετοιμάζεται για τον διπλασιασμό του DNA.

ΣΤΟ S-περίοδος(συνθετικό) λαμβάνει χώρα η διαδικασία αντιγραφής του DNA. Το μόνο τμήμα του χρωμοσώματος που δεν υφίσταται αντιγραφή είναι το κεντρομερίδιο, επομένως τα μόρια DNA που προκύπτουν δεν αποκλίνουν εντελώς, αλλά παραμένουν στερεωμένα σε αυτό και στην αρχή της διαίρεσης, το χρωμόσωμα έχει μια εμφάνιση σε σχήμα Χ. Ο γενετικός τύπος του κυττάρου μετά τον διπλασιασμό του DNA είναι 2n4c. Επίσης στην περίοδο S, συμβαίνει διπλασιασμός των κεντρολίων του κυτταρικού κέντρου.

G 2 -περίοδος(μετασυνθετικό, προμιτωτικό) χαρακτηρίζεται από εντατική σύνθεση RNA, πρωτεϊνών και ATP που είναι απαραίτητα για τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης, καθώς και από το διαχωρισμό κεντρολίων, μιτοχονδρίων και πλαστιδίων. Μέχρι το τέλος της μεσόφασης, η χρωματίνη και ο πυρήνας παραμένουν σαφώς διακριτά, η ακεραιότητα της πυρηνικής μεμβράνης δεν διαταράσσεται και τα οργανίδια δεν αλλάζουν.

Μερικά από τα κύτταρα του σώματος είναι σε θέση να εκτελούν τις λειτουργίες τους σε όλη τη διάρκεια της ζωής του σώματος (νευρώνες του εγκεφάλου μας, μυϊκά κύτταρα της καρδιάς), ενώ άλλα υπάρχουν για μικρό χρονικό διάστημα, μετά το οποίο πεθαίνουν (κύτταρα του εντερικού επιθηλίου , κύτταρα της επιδερμίδας του δέρματος). Κατά συνέπεια, οι διαδικασίες της κυτταρικής διαίρεσης και του σχηματισμού νέων κυττάρων πρέπει να συμβαίνουν συνεχώς στο σώμα, που θα αντικαθιστούσαν τα νεκρά. Τα κύτταρα που μπορούν να διαιρεθούν ονομάζονται στέλεχος. Στο ανθρώπινο σώμα, βρίσκονται στον κόκκινο μυελό των οστών, στα βαθιά στρώματα της επιδερμίδας του δέρματος και σε άλλα σημεία. Χρησιμοποιώντας αυτά τα κύτταρα, μπορείτε να αναπτύξετε ένα νέο όργανο, να επιτύχετε αναζωογόνηση και επίσης να κλωνοποιήσετε το σώμα. Οι προοπτικές για τη χρήση βλαστοκυττάρων είναι αρκετά σαφείς, αλλά οι ηθικές και ηθικές πτυχές αυτού του προβλήματος εξακολουθούν να συζητούνται, καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα που λαμβάνονται από ανθρώπινα έμβρυα που σκοτώθηκαν κατά την άμβλωση.

Η διάρκεια της μεσόφασης στα φυτικά και ζωικά κύτταρα είναι κατά μέσο όρο 10-20 ώρες, ενώ η μίτωση διαρκεί περίπου 1-2 ώρες.

Κατά τη διάρκεια των διαδοχικών διαιρέσεων σε πολυκύτταρους οργανισμούς, τα θυγατρικά κύτταρα γίνονται όλο και πιο διαφορετικά, καθώς διαβάζουν πληροφορίες από έναν αυξανόμενο αριθμό γονιδίων.

Ορισμένα κύτταρα τελικά σταματούν να διαιρούνται και πεθαίνουν, κάτι που μπορεί να οφείλεται στην ολοκλήρωση ορισμένων λειτουργιών, όπως στην περίπτωση των επιδερμικών κυττάρων του δέρματος και των αιμοσφαιρίων, ή σε βλάβη αυτών των κυττάρων από περιβαλλοντικούς παράγοντες, ιδιαίτερα παθογόνα. Ο γενετικά προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος ονομάζεται απόπτωση, ενώ ο τυχαίος θάνατος είναι νέκρωση.

Η μίτωση είναι η διαίρεση των σωματικών κυττάρων. Φάσεις μίτωσης

Μίτωσις- μέθοδος έμμεσης διαίρεσης σωματικών κυττάρων.

Κατά τη μίτωση, το κύτταρο περνά από μια σειρά διαδοχικών φάσεων, με αποτέλεσμα κάθε θυγατρικό κύτταρο να λαμβάνει το ίδιο σύνολο χρωμοσωμάτων όπως στο μητρικό κύτταρο.

Η μίτωση χωρίζεται σε τέσσερις κύριες φάσεις: πρόφαση, μετάφαση, ανάφαση και τελόφαση. Πρόφαση- το μεγαλύτερο στάδιο της μίτωσης, κατά το οποίο συμβαίνει συμπύκνωση χρωματίνης, με αποτέλεσμα να γίνονται ορατά χρωμοσώματα σε σχήμα Χ, που αποτελούνται από δύο χρωματίδες (θυγατρικά χρωμοσώματα). Σε αυτή την περίπτωση, ο πυρήνας εξαφανίζεται, τα κεντρόλια αποκλίνουν προς τους πόλους του κυττάρου και αρχίζει να σχηματίζεται η άτρακτος αχρωματίνης (άτρακτος) των μικροσωληνίσκων. Στο τέλος της προφάσης, η πυρηνική μεμβράνη διασπάται σε ξεχωριστά κυστίδια.

ΣΤΟ μετάφασηΤα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του ισημερινού του κυττάρου με τα κεντρομερή τους, στα οποία συνδέονται μικροσωληνίσκοι μιας πλήρως σχηματισμένης ατράκτου διαίρεσης. Σε αυτό το στάδιο της διαίρεσης, τα χρωμοσώματα είναι πιο πυκνά και έχουν ένα χαρακτηριστικό σχήμα, το οποίο καθιστά δυνατή τη μελέτη του καρυότυπου.

ΣΤΟ ανάφασηλαμβάνει χώρα ταχεία αντιγραφή του DNA στα κεντρομερή, με αποτέλεσμα τα χρωμοσώματα να χωρίζονται και οι χρωματίδες να αποκλίνουν προς τους πόλους του κυττάρου, τεντωμένες από μικροσωληνίσκους. Η κατανομή των χρωματίδων πρέπει να είναι απολύτως ίση, καθώς αυτή η διαδικασία είναι που διατηρεί τη σταθερότητα του αριθμού των χρωμοσωμάτων στα κύτταρα του σώματος.

Στη σκηνή τελοφάσηθυγατρικά χρωμοσώματα συγκεντρώνονται στους πόλους, απελευθερώνονται, γύρω τους σχηματίζονται πυρηνικοί φάκελοι από τα κυστίδια και πυρήνες εμφανίζονται στους νεοσχηματισμένους πυρήνες.

Μετά τη διαίρεση του πυρήνα, συμβαίνει η διαίρεση του κυτταροπλάσματος - κυτταροκίνηση,κατά την οποία υπάρχει λίγο πολύ ομοιόμορφη κατανομή όλων των οργανιδίων του μητρικού κυττάρου.

Έτσι, ως αποτέλεσμα της μίτωσης, σχηματίζονται δύο θυγατρικά κύτταρα από ένα μητρικό κύτταρο, καθένα από τα οποία είναι ένα γενετικό αντίγραφο του μητρικού κυττάρου (2n2c).

Σε άρρωστα, κατεστραμμένα, γερασμένα κύτταρα και εξειδικευμένους ιστούς του σώματος, μπορεί να συμβεί μια ελαφρώς διαφορετική διαδικασία διαίρεσης - αμίτωση. Αμίτωσηονομάζεται άμεση διαίρεση των ευκαρυωτικών κυττάρων, στην οποία δεν λαμβάνει χώρα ο σχηματισμός γενετικά ισοδύναμων κυττάρων, αφού τα κυτταρικά συστατικά κατανέμονται άνισα. Εμφανίζεται στα φυτά στο ενδοσπέρμιο και στα ζώα στο ήπαρ, τον χόνδρο και τον κερατοειδή χιτώνα του ματιού.

Μείωση. Φάσεις μείωσης

Μείωση- αυτή είναι μια μέθοδος έμμεσης διαίρεσης των πρωτογενών γεννητικών κυττάρων (2n2c), ως αποτέλεσμα της οποίας σχηματίζονται απλοειδή κύτταρα (1n1c), πιο συχνά γεννητικά κύτταρα.

Σε αντίθεση με τη μίτωση, η μείωση αποτελείται από δύο διαδοχικές κυτταρικές διαιρέσεις, κάθε μία από τις οποίες προηγείται μια μεσόφαση. Η πρώτη διαίρεση της μείωσης (μείωση Ι) ονομάζεται μείωση, αφού σε αυτή την περίπτωση ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μειώνεται στο μισό και η δεύτερη διαίρεση (μείωση II) - εξισωτική, αφού στη διαδικασία του διατηρείται ο αριθμός των χρωμοσωμάτων.

Μεσοφάση Ιπροχωρά παρόμοια με τη μεσοφάση της μίτωσης. Μείωση Ιχωρίζεται σε τέσσερις φάσεις: πρόφαση Ι, μεταφάση Ι, ανάφαση Ι και τελόφαση Ι. προφαση ΙΣυμβαίνουν δύο κύριες διαδικασίες: η σύζευξη και η διασταύρωση. Σύζευξη- αυτή είναι η διαδικασία σύντηξης ομόλογων (ζευγών) χρωμοσωμάτων σε όλο το μήκος. Τα ζεύγη των χρωμοσωμάτων που σχηματίζονται κατά τη σύζευξη διατηρούνται μέχρι το τέλος της μεταφάσης Ι.

Πέρασμα- αμοιβαία ανταλλαγή ομόλογων περιοχών ομόλογων χρωμοσωμάτων. Ως αποτέλεσμα της διασταύρωσης, τα χρωμοσώματα που λαμβάνει ο οργανισμός και από τους δύο γονείς αποκτούν νέους συνδυασμούς γονιδίων, γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση γενετικά διαφορετικών απογόνων. Στο τέλος της προφάσης Ι, όπως και στην πρόφαση της μίτωσης, ο πυρήνας εξαφανίζεται, τα κεντρόλια αποκλίνουν προς τους πόλους του κυττάρου και το πυρηνικό περίβλημα αποσυντίθεται.

ΣΤΟ μεταφάση Ιζεύγη χρωμοσωμάτων ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του ισημερινού του κυττάρου, μικροσωληνίσκοι της ατράκτου σχάσης συνδέονται με τα κεντρομερή τους.

ΣΤΟ ανάφαση Ιολόκληρα ομόλογα χρωμοσώματα που αποτελούνται από δύο χρωματίδες αποκλίνουν προς τους πόλους.

ΣΤΟ τελόφαση Ιγύρω από συστάδες χρωμοσωμάτων στους πόλους του κυττάρου, σχηματίζονται πυρηνικές μεμβράνες, σχηματίζονται πυρήνες.

Κυτοκίνηση Ιπαρέχει διαίρεση των κυτταροπλασμάτων των θυγατρικών κυττάρων.

Τα θυγατρικά κύτταρα που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της μείωσης I (1n2c) είναι γενετικά ετερογενή, αφού τα χρωμοσώματά τους, τυχαία διασκορπισμένα στους πόλους του κυττάρου, περιέχουν άνισα γονίδια.

Συγκριτικά χαρακτηριστικά μίτωσης και μείωσης

σημάδι	Μίτωσις	Μείωση
Ποια κύτταρα αρχίζουν να διαιρούνται;	Σωματικός (2n)	Πρωτογενή γεννητικά κύτταρα (2n)
Αριθμός τμημάτων	1	2
Πόσα και τι είδους κύτταρα σχηματίζονται κατά τη διαδικασία της διαίρεσης;	2 σωματικά (2n)	4 σεξουαλικά (n)
Ενδιάμεση φάση		Προετοιμασία κυττάρων για διαίρεση, διπλασιασμός DNA	Πολύ σύντομα, δεν συμβαίνει διπλασιασμός του DNA
Φάσεις		Μείωση Ι	Meiosis II
Πρόφαση		Μπορεί να συμβεί συμπύκνωση χρωμοσωμάτων, εξαφάνιση του πυρήνα, αποσύνθεση του πυρηνικού περιβλήματος, σύζευξη και διασταύρωση	Συμπύκνωση χρωμοσωμάτων, εξαφάνιση του πυρήνα, αποσύνθεση του πυρηνικού περιβλήματος
μετάφαση		Ζεύγη χρωμοσωμάτων βρίσκονται κατά μήκος του ισημερινού, σχηματίζεται μια άτρακτος διαίρεσης	Τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του ισημερινού, σχηματίζεται η άτρακτος της διαίρεσης
Ανάφαση		Τα ομόλογα χρωμοσώματα από δύο χρωματίδες αποκλίνουν προς τους πόλους	Οι χρωματίδες αποκλίνουν προς τους πόλους
Τελόφαση		Τα χρωμοσώματα απελευθερώνονται, σχηματίζονται νέοι πυρηνικοί φάκελοι και πυρήνες	Τα χρωμοσώματα απελευθερώνονται, σχηματίζονται νέοι πυρηνικοί φάκελοι και πυρήνες

Μεσοφάση IIπολύ σύντομο, αφού δεν συμβαίνει διπλασιασμός του DNA σε αυτό, δηλαδή δεν υπάρχει περίοδος S.

Meiosis IIχωρίζεται επίσης σε τέσσερις φάσεις: πρόφαση II, μετάφαση II, ανάφαση II και τελόφαση II. ΣΤΟ πρόφαση IIσυμβαίνουν οι ίδιες διαδικασίες όπως στην προφάση Ι, με εξαίρεση τη σύζευξη και τη διασταύρωση.

ΣΤΟ μετάφαση IIΤα χρωμοσώματα βρίσκονται κατά μήκος του ισημερινού του κυττάρου.

ΣΤΟ ανάφαση IIΤα χρωμοσώματα χωρίζονται στο κεντρομερίδιο και οι χρωματίδες τεντώνονται προς τους πόλους.

ΣΤΟ τελοφάση IIπυρηνικές μεμβράνες και πυρήνες σχηματίζονται γύρω από συστάδες θυγατρικών χρωμοσωμάτων.

Μετά κυτταροκίνηση IIο γενετικός τύπος και των τεσσάρων θυγατρικών κυττάρων είναι 1n1c, αλλά όλα έχουν ένα διαφορετικό σύνολο γονιδίων, το οποίο είναι αποτέλεσμα διασταύρωσης και ενός τυχαίου συνδυασμού μητρικών και πατρικών χρωμοσωμάτων στα θυγατρικά κύτταρα.

Η ανάπτυξη γεννητικών κυττάρων σε φυτά και ζώα

Γαμετογένεση(από τα ελληνικά. γαμέτη- σύζυγος, γαμέτες- σύζυγος και γένεση- προέλευση, ανάδυση) είναι η διαδικασία σχηματισμού ώριμων γεννητικών κυττάρων.

Δεδομένου ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή απαιτεί συνήθως δύο άτομα - θηλυκά και αρσενικά, που παράγουν διαφορετικά κύτταρα φύλου - ωάρια και σπέρμα, τότε οι διαδικασίες σχηματισμού αυτών των γαμετών θα πρέπει να είναι διαφορετικές.

Η φύση της διαδικασίας εξαρτάται επίσης σε μεγάλο βαθμό από το αν συμβαίνει σε φυτικό ή ζωικό κύτταρο, αφού στα φυτά συμβαίνει μόνο μίτωση κατά τον σχηματισμό γαμετών, ενώ στα ζώα εμφανίζεται και μίτωση και μείωση.

Η ανάπτυξη των γεννητικών κυττάρων στα φυτά.Στα αγγειόσπερμα, ο σχηματισμός αρσενικών και θηλυκών γεννητικών κυττάρων συμβαίνει σε διαφορετικά μέρη του άνθους - στήμονες και ύπερους, αντίστοιχα.

Πριν από το σχηματισμό των ανδρικών γεννητικών κυττάρων - μικρογαμετογένεση(από τα ελληνικά. micros- μικρό) - συμβαίνει μικροσπορογένεση, δηλαδή ο σχηματισμός μικροσπορίων στους ανθήρες των στήμονων. Αυτή η διαδικασία σχετίζεται με τη μειωτική διαίρεση του μητρικού κυττάρου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τέσσερα απλοειδή μικροσπόρια. Η μικρογαμετογένεση σχετίζεται με τη μιτωτική διαίρεση του μικροσπορίου, δίνοντας σε ένα αρσενικό γαμετόφυτο δύο κυττάρων - ένα μεγάλο βλαστικός(σιφωνογενές) και ρηχό γεννητικός. Μετά τη διαίρεση, το αρσενικό γαμετόφυτο καλύπτεται με πυκνά κελύφη και σχηματίζει έναν κόκκο γύρης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ακόμη και κατά τη διαδικασία της ωρίμανσης της γύρης, και μερικές φορές μόνο μετά τη μεταφορά στο στίγμα του υπεριού, το γεννητικό κύτταρο διαιρείται μιτωτικά με το σχηματισμό δύο ακίνητων αρσενικών γεννητικών κυττάρων - σπέρμα. Μετά την επικονίαση, σχηματίζεται ένας σωλήνας γύρης από το βλαστικό κύτταρο, μέσω του οποίου το σπέρμα διεισδύει στην ωοθήκη του ύπερου για γονιμοποίηση.

Η ανάπτυξη των θηλυκών γεννητικών κυττάρων στα φυτά ονομάζεται μεγαγαμετογένεση(από τα ελληνικά. μέγας- μεγάλο). Εμφανίζεται στην ωοθήκη του υπεριού, του οποίου προηγείται μεγασπορογένεση, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται τέσσερα μεγασπόρια από το μητρικό κύτταρο του μεγασπόρου που βρίσκεται στον πυρήνα με μειωτική διαίρεση. Ένα από τα μεγασπόρια διαιρείται μιτωτικά τρεις φορές, δημιουργώντας το θηλυκό γαμετόφυτο, έναν εμβρυϊκό σάκο με οκτώ πυρήνες. Με την επακόλουθη απομόνωση των κυτταροπλασμάτων των θυγατρικών κυττάρων, ένα από τα προκύπτοντα κύτταρα γίνεται ωάριο, στις πλευρές του οποίου βρίσκονται τα λεγόμενα συνεργεία, σχηματίζονται τρεις αντίποδες στο αντίθετο άκρο του εμβρυϊκού σάκου και στο κέντρο , ως αποτέλεσμα της σύντηξης δύο απλοειδών πυρήνων, σχηματίζεται ένα διπλοειδές κεντρικό κύτταρο.

Η ανάπτυξη γεννητικών κυττάρων στα ζώα.Στα ζώα, διακρίνονται δύο διαδικασίες σχηματισμού γεννητικών κυττάρων - σπερματογένεση και ωογένεση.

σπερματογένεση(από τα ελληνικά. σπέρμα, σπέρμα- σπόρος και γένεση- προέλευση, εμφάνιση) είναι η διαδικασία σχηματισμού ώριμων αρσενικών γεννητικών κυττάρων - σπερματοζωαρίων. Στους ανθρώπους, εμφανίζεται στους όρχεις ή όρχεις και χωρίζεται σε τέσσερις περιόδους: αναπαραγωγή, ανάπτυξη, ωρίμανση και σχηματισμό.

ΣΤΟ περίοδος αναπαραγωγήςτα αρχέγονα γεννητικά κύτταρα διαιρούνται μιτωτικά, με αποτέλεσμα το σχηματισμό διπλοειδούς σπερματογονία. ΣΤΟ περίοδος ανάπτυξηςΗ σπερματογονία συσσωρεύει θρεπτικά συστατικά στο κυτταρόπλασμα, αυξάνεται σε μέγεθος και μετατρέπεται σε πρωτογενή σπερματοκύτταρα, ή σπερματοκύτταρα 1ης τάξης. Μόνο μετά από αυτό εισέρχονται σε μείωση ( περίοδος ωρίμανσης), το οποίο καταλήγει πρώτα σε δύο δευτερογενές σπερματοκύτταρο, ή σπερματοκύτταρο 2ης τάξης, και στη συνέχεια - τέσσερα απλοειδή κύτταρα με αρκετά μεγάλη ποσότητακυτταρόπλασμα - σπερματίδες. ΣΤΟ περίοδος σχηματισμούχάνουν σχεδόν όλο το κυτταρόπλασμα και σχηματίζουν μαστίγιο, μετατρέποντας σε σπερματοζωάρια.

σπερματοζωάρια, ή ούλα, - πολύ μικρά κινητά αρσενικά σεξουαλικά κύτταρα με κεφάλι, λαιμό και ουρά.

ΣΤΟ κεφάλι, εκτός από τον πυρήνα, είναι ακρόσωμος- ένα τροποποιημένο σύμπλεγμα Golgi, το οποίο εξασφαλίζει τη διάλυση των μεμβρανών του ωαρίου κατά τη γονιμοποίηση. ΣΤΟ λαιμόςυπάρχουν κεντρόλες του κυτταρικού κέντρου και της βάσης αλογοουράσχηματίζουν μικροσωληνίσκους που υποστηρίζουν άμεσα την κίνηση του σπερματοζωαρίου. Περιέχει επίσης μιτοχόνδρια, τα οποία παρέχουν στο σπέρμα ενέργεια ATP για κίνηση.

Ωογένεση(από τα ελληνικά. Ηνωμένα Έθνη- ένα αυγό και γένεση- προέλευση, εμφάνιση) - αυτή είναι η διαδικασία σχηματισμού ώριμων γυναικείων γεννητικών κυττάρων - ωαρίων. Στον άνθρωπο, εμφανίζεται στις ωοθήκες και αποτελείται από τρεις περιόδους: αναπαραγωγή, ανάπτυξη και ωρίμανση. Περίοδοι αναπαραγωγής και ανάπτυξης, παρόμοιες με αυτές της σπερματογένεσης, συμβαίνουν ακόμη και κατά την ενδομήτρια ανάπτυξη. Ταυτόχρονα, διπλοειδή κύτταρα σχηματίζονται από τα πρωτογενή γεννητικά κύτταρα ως αποτέλεσμα της μίτωσης. ωογόνια, τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε διπλοειδή πρωτογενή ωοκύτταρα, ή ωοκύτταρα 1ης τάξης. Μείωση και επακόλουθη κυτταροκίνηση που εμφανίζεται σε περίοδος ωρίμανσης, χαρακτηρίζονται από ανομοιόμορφη διαίρεση του κυτταροπλάσματος του μητρικού κυττάρου, έτσι ώστε αρχικά να προκύπτει ένα δευτερογενές ωάριο, ή ωοκύτταρο 2ης τάξης, και πρώτο πολικό σώμα, και στη συνέχεια από το δευτερεύον ωοκύτταρο - το αυγό, το οποίο διατηρεί ολόκληρη την παροχή θρεπτικών ουσιών, και το δεύτερο πολικό σώμα, ενώ το πρώτο πολικό σώμα χωρίζεται σε δύο. Τα πολικά σώματα αφαιρούν το πλεονάζον γενετικό υλικό.

Στον άνθρωπο τα αυγά παράγονται με μεσοδιάστημα 28-29 ημερών. Ο κύκλος που σχετίζεται με την ωρίμανση και την απελευθέρωση των ωαρίων ονομάζεται εμμηνορροϊκός κύκλος.

Αυγό- μεγάλο θηλυκό σεξουαλικό κύτταρο, το οποίο φέρει όχι μόνο ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων, αλλά και μια σημαντική παροχή θρεπτικών συστατικών για την μετέπειτα ανάπτυξη του εμβρύου.

Το αυγό στα θηλαστικά καλύπτεται με τέσσερις μεμβράνες, οι οποίες μειώνουν την πιθανότητα βλάβης του από διάφορους παράγοντες. Η διάμετρος του αυγού στον άνθρωπο φτάνει τα 150-200 μικρά, ενώ σε μια στρουθοκάμηλο μπορεί να είναι αρκετά εκατοστά.

Η κυτταρική διαίρεση είναι η βάση για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των οργανισμών. Ο ρόλος της μίτωσης και της μείωσης

Εάν στους μονοκύτταρους οργανισμούς η κυτταρική διαίρεση οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των ατόμων, δηλαδή στην αναπαραγωγή, τότε στους πολυκύτταρους οργανισμούς αυτή η διαδικασία μπορεί να έχει διαφορετικό νόημα. Έτσι, η κυτταρική διαίρεση του εμβρύου, ξεκινώντας από τον ζυγώτη, είναι η βιολογική βάση για τις αλληλένδετες διαδικασίες ανάπτυξης και ανάπτυξης. Παρόμοιες αλλαγές παρατηρούνται σε ένα άτομο κατά την εφηβεία, όταν ο αριθμός των κυττάρων όχι μόνο αυξάνεται, αλλά συμβαίνει και μια ποιοτική αλλαγή στο σώμα. Η αναπαραγωγή πολυκύτταρων οργανισμών βασίζεται επίσης στην κυτταρική διαίρεση, για παράδειγμα, κατά την ασεξουαλική αναπαραγωγή, λόγω αυτής της διαδικασίας, ένα ολόκληρο σώμα αποκαθίσταται από ένα μέρος του σώματος και κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, σχηματίζονται γεννητικά κύτταρα κατά τη γαμετογένεση, δίνοντας στη συνέχεια νέος οργανισμός. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι κύριες μέθοδοι διαίρεσης ευκαρυωτικών κυττάρων - μίτωση και μείωση - έχουν διαφορετική σημασία στους κύκλους ζωής των οργανισμών.

Ως αποτέλεσμα της μίτωσης, υπάρχει ομοιόμορφη κατανομή του κληρονομικού υλικού μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων - ακριβή αντίγραφα της μητέρας. Χωρίς μίτωση, η ύπαρξη και ανάπτυξη πολυκύτταρων οργανισμών που αναπτύσσονται από ένα μόνο κύτταρο, τον ζυγώτη, θα ήταν αδύνατη, αφού όλα τα κύτταρα τέτοιων οργανισμών πρέπει να περιέχουν την ίδια γενετική πληροφορία.

Κατά τη διαδικασία της διαίρεσης, τα θυγατρικά κύτταρα γίνονται όλο και πιο διαφορετικά στη δομή και τις λειτουργίες, γεγονός που σχετίζεται με την ενεργοποίηση νέων ομάδων γονιδίων σε αυτά λόγω της διακυτταρικής αλληλεπίδρασης. Έτσι, η μίτωση είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη ενός οργανισμού.

Αυτή η μέθοδος κυτταρικής διαίρεσης είναι απαραίτητη για τις διαδικασίες ασεξουαλικής αναπαραγωγής και αναγέννησης (ανάκτησης) κατεστραμμένων ιστών, καθώς και οργάνων.

Η μείωση, με τη σειρά της, εξασφαλίζει τη σταθερότητα του καρυότυπου κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, καθώς μειώνει κατά το ήμισυ το σύνολο των χρωμοσωμάτων πριν από τη σεξουαλική αναπαραγωγή, το οποίο στη συνέχεια αποκαθίσταται ως αποτέλεσμα της γονιμοποίησης. Επιπλέον, η μείωση οδηγεί στην εμφάνιση νέων συνδυασμών γονικών γονιδίων λόγω διασταύρωσης και τυχαίου συνδυασμού χρωμοσωμάτων στα θυγατρικά κύτταρα. Χάρη σε αυτό, οι απόγονοι είναι γενετικά διαφορετικοί, γεγονός που παρέχει υλικό για φυσική επιλογή και αποτελεί την υλική βάση της εξέλιξης. Μια αλλαγή στον αριθμό, το σχήμα και το μέγεθος των χρωμοσωμάτων, αφενός, μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση διαφόρων αποκλίσεων στην ανάπτυξη του οργανισμού, ακόμη και στον θάνατό του, και αφετέρου, μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση ατόμων πιο προσαρμοσμένο στο περιβάλλον.

Έτσι, το κύτταρο είναι μια μονάδα ανάπτυξης, ανάπτυξης και αναπαραγωγής των οργανισμών.

Αγαπητοι αναγνωστες! Εάν επιλέξετε τη ΧΡΗΣΗ ως τελική ή εισαγωγική εξέταση στη βιολογία, τότε πρέπει να γνωρίζετε και να κατανοήσετε τις απαιτήσεις για την επιτυχία αυτής της εξέτασης, τη φύση των ερωτήσεων και των εργασιών που αντιμετωπίζετε εξεταστικά χαρτιά. Για να βοηθήσει τους αιτούντες, ο εκδοτικός οίκος EKSMO θα εκδώσει το βιβλίο «Βιολογία. Συλλογή εργασιών για την προετοιμασία για τις εξετάσεις. Αυτό το βιβλίο είναι ένα εκπαιδευτικό εγχειρίδιο, γι' αυτό και η ύλη που περιλαμβάνεται σε αυτό ξεπερνά τις απαιτήσεις του σχολικού επιπέδου. Ωστόσο, για εκείνους τους μαθητές γυμνασίου που αποφασίζουν να εισέλθουν σε ανώτατα εκπαιδευτικά ιδρύματα σε σχολές όπου παρακολουθείται η βιολογία, αυτή η προσέγγιση θα είναι χρήσιμη.

Στην εφημερίδα μας δημοσιεύουμε μόνο τις εργασίες του μέρους Γ για κάθε ενότητα. Είναι πλήρως ενημερωμένα τόσο σε περιεχόμενο όσο και σε δομή παρουσίασης. Δεδομένου ότι αυτό το εγχειρίδιο επικεντρώνεται στις εξετάσεις του ακαδημαϊκού έτους 2009/2010, αποφασίσαμε να δώσουμε επιλογές για εργασίες του Μέρους Γ σε πολύ μεγαλύτερο όγκο από ό,τι τα προηγούμενα χρόνια.

Σας προσφέρονται κατά προσέγγιση επιλογές για ερωτήσεις και εργασίες διαφορετικών επιπέδων πολυπλοκότητας με διαφορετικό αριθμό στοιχείων της σωστής απάντησης. Αυτό γίνεται για να βεβαιωθείτε ότι έχετε αρκετά μεγάλη επιλογήπιθανές σωστές απαντήσεις σε μια συγκεκριμένη ερώτηση. Επιπλέον, οι ερωτήσεις και οι εργασίες του Μέρους Γ δομούνται ως εξής: δίνονται μια ερώτηση και τα στοιχεία της σωστής απάντησης σε αυτήν και στη συνέχεια προσφέρονται παραλλαγές αυτής της ερώτησης για ανεξάρτητο προβληματισμό. Οι απαντήσεις σε αυτές τις επιλογές θα πρέπει να ληφθούν από εσάς οι ίδιοι, εφαρμόζοντας τόσο τη γνώση που αποκτήθηκε από τη μελέτη του υλικού όσο και τη γνώση που αποκτήθηκε από την ανάγνωση των απαντήσεων στην κύρια ερώτηση. Όλες οι ερωτήσεις πρέπει να απαντηθούν γραπτώς.

Ένα σημαντικό μέρος των εργασιών του μέρους Γ είναι εργασίες σε σχέδια. Παρόμοια με αυτά ήταν ήδη στα γραπτά των εξετάσεων του 2008. Σε αυτό το εγχειρίδιο, το σετ τους επεκτείνεται κάπως.

Ελπίζουμε ότι αυτό το εγχειρίδιο θα βοηθήσει τους μαθητές γυμνασίου όχι μόνο να προετοιμαστούν για εξετάσεις, αλλά και να δώσει την ευκαιρία σε όσους επιθυμούν να μάθουν τα βασικά της βιολογίας στα υπόλοιπα δύο χρόνια σπουδών στις τάξεις 10-11.

Γενική Βιολογία (Μέρος Γ)

Τα καθήκοντα αυτού του μέρους χωρίζονται σε ενότητες: κυτταρολογία, γενετική, εξελικτική θεωρία, οικολογία. Κάθε ενότητα προσφέρει εργασίες για όλα τα επίπεδα της εξέτασης. Μια τέτοια κατασκευή του γενικού βιολογικού μέρους του εγχειριδίου θα σας επιτρέψει να προετοιμαστείτε πληρέστερα και συστηματικά για την εξέταση, επειδή. Το Μέρος Γ περιλαμβάνει σε γενικευμένη μορφή σχεδόν όλο το υλικό των Μερών Α και Β.

Εργασίες της ομάδας Γ1 (προχωρημένο επίπεδο)

Όλες οι εργασίες της ομάδας Γ πρέπει να απαντηθούν γραπτώς με επεξηγήσεις.

Ερωτήσεις για την κυτταρολογία

Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση πρέπει να είναι σύντομη αλλά ακριβής. Οι λέξεις «επίπεδα οργάνωσης» και «επιστημονικά θεμέλια» είναι οι κύριες σε αυτό το θέμα. Το επίπεδο οργάνωσης είναι ο τρόπος και η μορφή ύπαρξης των ζωντανών συστημάτων. Για παράδειγμα, το κυτταρικό επίπεδο οργάνωσης περιλαμβάνει κύτταρα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να μάθουμε τι είναι κοινό, το οποίο κατέστησε δυνατή τη διάκριση των επιπέδων οργάνωσης. Ένα τέτοιο κοινό χαρακτηριστικό είναι η συστηματική οργάνωση των ζωντανών σωμάτων και η σταδιακή περιπλοκή τους (ιεραρχία).

Στοιχεία της σωστής απάντησης

Οι ακόλουθες διατάξεις χρησιμεύουν ως επιστημονική βάση για τη διαίρεση των ζωντανών συστημάτων σε επίπεδα.

1. Τα ζωντανά συστήματα γίνονται πιο πολύπλοκα καθώς αναπτύσσονται: κύτταρο - ιστός - οργανισμός - πληθυσμός - είδη κ.λπ.

2. Κάθε πιο πολύ οργανωμένο σύστημα διαβίωσης περιλαμβάνει τα προηγούμενα συστήματα. Οι ιστοί αποτελούνται από κύτταρα, τα όργανα αποτελούνται από ιστούς, οι οργανισμοί αποτελούνται από όργανα κ.ο.κ.

Απαντήστε μόνοι σας στις παρακάτω ερωτήσεις

Τι κοινές ιδιότητεςκατέχει όλα τα επίπεδα οργάνωσης της ζωής;

Ποιες είναι οι ομοιότητες και οι διαφορές μεταξύ του κυτταρικού και του πληθυσμιακού επιπέδου της ζωής;

Να αποδείξετε ότι όλες οι ιδιότητες των ζωντανών συστημάτων εκδηλώνονται σε κυτταρικό επίπεδο.

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Είναι δυνατό να εφαρμοστούν επιρροές στο μοντέλο που δεν είναι εφαρμόσιμες σε ζωντανά σώματα.

2. Η μοντελοποίηση σας επιτρέπει να αλλάξετε οποιαδήποτε χαρακτηριστικά του αντικειμένου.

Απάντησε μόνος σου

Πώς θα εξηγούσατε τη δήλωση του Ι.Π. Πάβλοβα «Η παρατήρηση συλλέγει ό,τι της προσφέρει η φύση, ενώ η εμπειρία παίρνει από τη φύση ό,τι θέλει»;

Δώστε δύο παραδείγματα χρήσης της πειραματικής μεθόδου στην κυτταρολογία.

Ποιες μέθοδοι έρευνας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον διαχωρισμό διαφορετικών κυτταρικών δομών;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Η πολικότητα ενός μορίου νερού καθορίζει την ικανότητά του να διαλύει άλλες υδρόφιλες ουσίες.

2. Η ικανότητα των μορίων του νερού να σχηματίζουν και να σπάζουν δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους παρέχει στο νερό θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα, τη μετάβαση από μια κατάσταση συσσωμάτωσης σε άλλες.

3. Το μικρό μέγεθος των μορίων εξασφαλίζει την ικανότητά τους να διεισδύουν ανάμεσα στα μόρια άλλων ουσιών.

Απάντησε μόνος σου

Τι θα συμβεί στο κύτταρο εάν η συγκέντρωση των αλάτων σε αυτό είναι μεγαλύτερη από ό,τι έξω από το κύτταρο;

Γιατί τα κύτταρα δεν συρρικνώνονται και δεν εκρήγνυνται από τη διόγκωση σε φυσιολογικό ορό;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ένα μόριο πρωτεΐνης έχει πρωτοταγείς, δευτεροταγείς, τριτοταγείς και τεταρτοταγείς δομές.

2. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ένα μόριο πρωτεΐνης αποτελείται από πολλά διαφορετικά αμινοξέα που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς.

3. Οι επιστήμονες έχουν καθορίσει την αλληλουχία των υπολειμμάτων αμινοξέων στο μόριο της ριβονουκλεάσης, δηλ. την πρωταρχική του δομή.

Απάντησε μόνος σου

Ποιοι χημικοί δεσμοί εμπλέκονται στο σχηματισμό ενός μορίου πρωτεΐνης;

Ποιοι παράγοντες μπορούν να οδηγήσουν σε μετουσίωση πρωτεΐνης;

Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της δομής και των λειτουργιών των ενζύμων;

Σε ποιες διαδικασίες εκδηλώνονται οι προστατευτικές λειτουργίες των πρωτεϊνών;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Αυτές οι οργανικές ενώσεις επιτελούν δομική (δομική) λειτουργία.

2. Αυτές οι οργανικές ενώσεις επιτελούν ενεργειακή λειτουργία.

Απάντησε μόνος σου

Γιατί συνταγογραφούνται τροφές πλούσιες σε κυτταρίνη για την ομαλοποίηση της λειτουργίας του εντέρου;

Ποια είναι η δομική λειτουργία των υδατανθράκων;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Το DNA βασίζεται στην αρχή της διπλής έλικας σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας.

2. Το DNA αποτελείται από επαναλαμβανόμενα στοιχεία - 4 είδη νουκλεοτιδίων. Διαφορετική αλληλουχία νουκλεοτιδίων κωδικοποιεί διαφορετικές πληροφορίες.

3. Το μόριο του DNA είναι ικανό να αναπαραχθεί αυτοδύναμα, και επομένως, να αντιγράψει πληροφορίες και να μεταδώσει.

Απάντησε μόνος σου

Ποια γεγονότα αποδεικνύουν την ατομικότητα του DNA ενός ατόμου;

Τι σημαίνει η έννοια της «καθολικότητας του γενετικού κώδικα»; ποια γεγονότα επιβεβαιώνουν αυτή την καθολικότητα;

Ποια είναι η επιστημονική αξία των D. Watson και F. Crick;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Οι διαφορές στα ονόματα του DNA και του RNA εξηγούνται από τη σύνθεση των νουκλεοτιδίων τους: στα νουκλεοτίδια του DNA, ο υδατάνθρακας είναι δεοξυριβόζη και στο RNA, ριβόζη.

2. Οι διαφορές στα ονόματα των τύπων RNA (πληροφοριακό, μεταφορικό, ριβοσωμικό) σχετίζονται με τις λειτουργίες που επιτελούν.

Απάντησε μόνος σου

Ποιες δύο συνθήκες πρέπει να είναι σταθερές για να μην σπάσουν αυθόρμητα οι δεσμοί μεταξύ δύο συμπληρωματικών κλώνων DNA;

Πώς διαφέρουν το DNA και το RNA στη δομή;

Ποιες άλλες ενώσεις περιέχουν νουκλεοτίδια και τι γνωρίζετε για αυτά;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Η κυτταρική θεωρία καθιέρωσε τη δομική και λειτουργική μονάδα του ζωντανού.

2. Η κυτταρική θεωρία καθιέρωσε τη μονάδα αναπαραγωγής και ανάπτυξης των ζωντανών.

3. Η κυτταρική θεωρία επιβεβαίωσε την κοινή δομή και προέλευση των ζωντανών συστημάτων.

Απάντησε μόνος σου

Γιατί, παρά τις εμφανείς διαφορές στη δομή και τις λειτουργίες των κυττάρων διαφορετικών ιστών, μιλούν για την ενότητα της κυτταρικής δομής των ζωντανών;

Ποιες είναι οι κύριες ανακαλύψεις στη βιολογία που κατέστησαν δυνατή τη διατύπωση της κυτταρικής θεωρίας.

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Οι ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο με διάχυση.

2. Οι ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο λόγω ενεργού μεταφοράς.

3. Οι ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο με πινοκύττωση και φαγοκυττάρωση.

Απάντησε μόνος σου

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ενεργητικής μεταφοράς ουσιών μέσω της κυτταρικής μεμβράνης και της παθητικής μεταφοράς;

Ποιες ουσίες αφαιρούνται από το κύτταρο και πώς;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Στα προκαρυωτικά, το κύτταρο στερείται πυρήνα, μιτοχόνδρια, τη συσκευή Golgi και το ενδοπλασματικό δίκτυο.

2. Οι προκαρυώτες δεν έχουν αληθινή σεξουαλική αναπαραγωγή.

Απάντησε μόνος σου

Γιατί τα ώριμα ερυθροκύτταρα ή τα αιμοπετάλια δεν ταξινομούνται ως προκαρυωτικά κύτταρα, παρά την απουσία πυρήνων σε αυτά;

Γιατί οι ιοί δεν ταξινομούνται ως ανεξάρτητοι οργανισμοί;

Γιατί οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί είναι πιο διαφορετικοί σε δομή και πολυπλοκότητα;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Με το σύνολο των χρωμοσωμάτων ενός ζώου, μπορείτε να προσδιορίσετε τον τύπο του.

2. Με το σύνολο των χρωμοσωμάτων ενός ζώου, μπορείτε να προσδιορίσετε το φύλο του.

3. Σύμφωνα με το σύνολο των χρωμοσωμάτων ενός ζώου, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η παρουσία ή η απουσία κληρονομικών ασθενειών.

Απάντησε μόνος σου

Κάθε κύτταρο σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό έχει χρωμοσώματα; Αποδείξτε την απάντησή σας με παραδείγματα.

Πώς και πότε μπορείτε να δείτε τα χρωμοσώματα σε ένα κύτταρο;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

Τα δομικά στοιχεία του συγκροτήματος Golgi είναι:

1) σωληνάρια?
2) κοιλότητες?
3) φυσαλίδες.

Απάντησε μόνος σου

Ποια είναι η δομή ενός χλωροπλάστη;

Ποια είναι η δομή ενός μιτοχονδρίου;

Τι πρέπει να περιέχουν τα μιτοχόνδρια για να μπορούν να συνθέσουν πρωτεΐνες;

Αποδείξτε ότι τόσο τα μιτοχόνδρια όσο και οι χλωροπλάστες μπορούν να πολλαπλασιαστούν.

Στοιχεία της σωστής απάντησης

Σημειώστε τις διαφορές σε:

1) η φύση του μεταβολισμού.
2) όροι ζωής?
3) αναπαραγωγή.

Απάντησε μόνος σου

Πώς θα επηρεάσει η μεταμόσχευση πυρήνα από άλλο οργανισμό έναν μονοκύτταρο οργανισμό;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Η παρουσία διπλής μεμβράνης με χαρακτηριστικούς πυρηνικούς πόρους, που εξασφαλίζει τη σύνδεση του πυρήνα με το κυτταρόπλασμα.

2. Η παρουσία πυρήνων, στα οποία συντίθεται RNA και σχηματίζονται ριβοσώματα.

3. Η παρουσία χρωμοσωμάτων, που αποτελούν την κληρονομική συσκευή του κυττάρου και εξασφαλίζουν την πυρηνική διαίρεση.

Απάντησε μόνος σου

Ποια κύτταρα δεν περιέχουν πυρήνες;

Γιατί τα μη πυρηνικά προκαρυωτικά κύτταρα αναπαράγονται, αλλά τα μη πυρηνικά ευκαρυωτικά κύτταρα όχι;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Τα περισσότερα κύτταρα είναι παρόμοια ως προς τα βασικά δομικά στοιχεία, τις ζωτικές ιδιότητες και τη διαδικασία της διαίρεσης.

2. Τα κύτταρα διαφέρουν μεταξύ τους ως προς την παρουσία οργανιδίων, την εξειδίκευση στις λειτουργίες που εκτελούνται και την ένταση του μεταβολισμού.

Απάντησε μόνος σου

Δώστε παραδείγματα για την αντιστοιχία της δομής ενός κυττάρου με τη λειτουργία του.

Δώστε παραδείγματα κυττάρων με διαφορετικά επίπεδα μεταβολικής έντασης.

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Ως αποτέλεσμα της σύνθεσης, σχηματίζονται πιο πολύπλοκες ουσίες από αυτές που έχουν αντιδράσει. η αντίδραση προχωρά με την απορρόφηση ενέργειας.

2. Κατά τη διάσπαση σχηματίζονται απλούστερες ουσίες από αυτές που έχουν αντιδράσει. Η αντίδραση προχωρά με την απελευθέρωση ενέργειας.

Απάντησε μόνος σου

Ποιες είναι οι λειτουργίες των ενζύμων στις μεταβολικές αντιδράσεις;

Γιατί περισσότερα από 1000 ένζυμα εμπλέκονται σε βιοχημικές αντιδράσεις;

17. Σε ποιους τύπους ενέργειας μετατρέπεται η φωτεινή ενέργεια κατά τη φωτοσύνθεση και πού γίνεται αυτός ο μετασχηματισμός;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική και θερμική ενέργεια.

2. Όλοι οι μετασχηματισμοί συμβαίνουν στα θυλακοειδή των γκραν χλωροπλαστών και στη μήτρα τους (στα φυτά). σε άλλες φωτοσυνθετικές χρωστικές (σε βακτήρια).

Απάντησε μόνος σου

Τι συμβαίνει στην ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης;

Τι συμβαίνει στη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης;

Γιατί είναι δύσκολο να ανιχνευθεί πειραματικά η διαδικασία της αναπνοής των φυτών κατά τη διάρκεια της ημέρας;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Ο κωδικός «τριπλή» σημαίνει ότι κάθε ένα από τα αμινοξέα κωδικοποιείται από τρία νουκλεοτίδια.

2. Ο κώδικας είναι «ασαφής» - κάθε τριπλέτα (κωδόνιο) κωδικοποιεί μόνο ένα αμινοξύ.

3. Ο κωδικός "εκφυλισμένο" σημαίνει ότι κάθε αμινοξύ μπορεί να κωδικοποιηθεί από περισσότερα από ένα κωδικόνια.

Απάντησε μόνος σου

Γιατί χρειαζόμαστε «σημεία στίξης» μεταξύ των γονιδίων και γιατί δεν είναι μέσα στα γονίδια;

Τι σημαίνει η έννοια της «καθολικότητας του κώδικα DNA»;

Ποια είναι η βιολογική έννοια της μεταγραφής;

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Παραδείγματα οργανισμών στους οποίους συμβαίνει εναλλαγή γενεών μπορεί να είναι τα βρύα, οι φτέρες, οι μέδουσες και άλλα.

2. Στα φυτά, το γαμετόφυτο και το σπορόφυτο αλλάζουν. Οι μέδουσες έχουν εναλλασσόμενα στάδια πολύποδα και μέδουσας.

Απάντησε μόνος σου

Ποιες είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ της μίτωσης και της μείωσης;

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των όρων "κυτταρικός κύκλος" και "μίτωση";

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Τα απομονωμένα σωματικά κύτταρα που ζουν σε τεχνητό περιβάλλον ονομάζονται κυτταροκαλλιέργεια (ή κυτταρική καλλιέργεια).

2. Οι κυτταρικές καλλιέργειες χρησιμοποιούνται για τη λήψη αντισωμάτων, φαρμάκων, καθώς και για τη διάγνωση ασθενειών.

Στοιχεία της σωστής απάντησης

1. Η ενδιάμεση φάση είναι απαραίτητη για την αποθήκευση ουσιών και ενέργειας κατά την προετοιμασία για μίτωση.

2. Στη μεσοφάση, το κληρονομικό υλικό διπλασιάζεται, κάτι που στη συνέχεια εξασφαλίζει την ομοιόμορφη κατανομή του μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων.

Απάντησε μόνος σου

Οι γαμέτες που παράγονται από έναν οργανισμό είναι ίδιοι ή διαφορετικοί στη γενετική τους σύνθεση; Φέρτε στοιχεία.

Ποιοι οργανισμοί έχουν εξελικτικό πλεονέκτημα - απλοειδείς ή διπλοειδείς; Φέρτε στοιχεία.

Εργασίες επιπέδου Γ2

Στοιχεία της σωστής απάντησης

Έγιναν λάθη στις προτάσεις 2, 3, 5.

Στην πρόταση 2, παρατηρήστε ένα από τα μη μακροοικονομικά στοιχεία.

Στην πρόταση 3, ένα από τα αναφερόμενα στοιχεία έχει εκχωρηθεί λανθασμένα σε μικροστοιχεία.

Στην πρόταση 5, το στοιχείο που εκτελεί την ονομαζόμενη συνάρτηση υποδεικνύεται λανθασμένα.

2. Βρείτε λάθη στο κείμενο που δίνεται. Να αναφέρετε τον αριθμό των προτάσεων στις οποίες έγιναν λάθη, να τις εξηγήσετε. 1. Οι πρωτεΐνες είναι ακανόνιστα βιοπολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι νουκλεοτίδια. 2. Τα υπολείμματα των μονομερών αλληλοσυνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς. 3. Η αλληλουχία των μονομερών που υποστηρίζεται από αυτούς τους δεσμούς σχηματίζει την πρωταρχική δομή του μορίου της πρωτεΐνης. 4. Η επόμενη δομή είναι δευτερεύουσα, υποστηρίζεται από ασθενή υδρόφοβη χημικοί δεσμοί. 5. Η τριτοταγής δομή μιας πρωτεΐνης είναι ένα στριμμένο μόριο με τη μορφή σφαιριδίου (μπάλας). 6. Αυτή η δομή υποστηρίζεται από δεσμούς υδρογόνου.

Στοιχεία της σωστής απάντησης

Έγιναν λάθη στις προτάσεις 1, 4, 6.

Στην πρόταση 1, τα μονομερή του μορίου πρωτεΐνης υποδεικνύονται λανθασμένα.

Η πρόταση 4 υποδεικνύει λανθασμένα τους χημικούς δεσμούς που υποστηρίζουν τη δευτερογενή δομή της πρωτεΐνης.

Η πρόταση 6 δηλώνει εσφαλμένα τους χημικούς δεσμούς που υποστηρίζουν την τριτοταγή δομή της πρωτεΐνης.