Клетка – основная единица живого. Строение клетки. Клетка основная единица живого


Клетка — элементарная единица живого

Клетка считается элементарной структурной, функциональной и информационной (генетической) единицей живого на Земле. Это значит, что основные свойства живой материи (такие как обмен веществ и превращение энергии, размножение, раздражимость, гомеостаз и др.) могут проявляться только на клеточном и более высоких уровнях организации.

Вирусы нередко называют неклеточной формой жизни. Однако размножение вирусов, синтез составляющих их белков и нуклеиновых кислот возможен лишь в клетке, которую они заражают. Вне клетки-хозяина вирусы не способны проявлять свойства живого.

Первые клетки на Земле появились около 3,5 млрд лет назад в ходе химической, а затем предбиологической эволюции. Биогенез — не единственная гипотеза происхождения жизни, однако лишь она хотя бы частично подтверждена лабораторными опытами и имеет научное обоснование.

Первыми появились клетки прокариотического типа. На сегодняшний день они представлены бактериями и археями. Прокариоты устроены проще (у них нет клеточного ядра и других мембранных органелл, существенно меньше генетического материала), в процессе своей эволюции они так и не образовали многоклеточных форм жизни. Однако у прокариот наблюдается более разнообразные варианты обмена веществ.

От прокариотических клеток, предположительно путем симбиогенеза, произошли клетки эукариот. Они имеют более сложное строение и большой геном. Их расцвет начался только около 1 млрд лет назад, и за это время в процессе своей эволюции они образовали почти все разнообразие жизни на Земле.

К эукариотам относятся простейшие (одноклеточные эукариоты), растения, животные и грибы. Сохраняя общий план строения и функциональности, клетки разных групп имеют некоторые отличия между собой. Так у клеток животных отсутствует клеточная стенка и хлоропласты (последних нет и у грибов).

Изучением строения клеток занимается наука цитология. В современной биологии термин «цитология» часто заменяют на «клеточная биология».

Появившись на Земле, клетка стала основой строения, жизнедеятельности и развития всех живых организмов, как одноклеточных, так и многоклеточных. Клетка является наименьшей по размерам обособленной живой структурой, при этом отличается сложным строением. В ней заложены механизмы обмена веществ, хранения и использования биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости.

Понимание наукой фундаментальной роли клетки в организации живой материи нашло свое отражение в клеточной теории, разработанной в 30-50-х годах XIX века.

 

biology.su

Клетка – основная единица живого. Строение клетки

Разделы: Биология

Цели:

  • познакомить учащихся со строением растительной клетки;
  • развивать способности быстро отвечать на вопросы, самостоятельно проводить небольшие исследования и делать выводы;
  • воспитывать интерес к биологии и бережное отношение к природе.

Задачи урока:

  • познакомить учащихся с устройством увеличительных приборов и правилами работы с ними;
  • закрепить умение пользоваться микроскопом;
  • показать технику приготовления микропрепаратов.
  • сформировать у учащихся знания о частях растительной клетки;
  • показать значение каждой части клетки.

Оборудование: мультимедийный проектор, таблица «Строение растительной клетки», микроскопы, микропрепараты растительных клеток.

Тип урока: с применением ИКТ

ХОД УРОКА

1. Оргмомент (2 мин.)

2. Контроль знаний (8 мин.)

А) Активная беседа

– По какому признаку различают жизненные формы растений? – В чем сходство и различие деревьев, кустарников и трав? – Как условия обитания влияют на внешний облик растений? – Какова особенность жизни озимых однолетников?

Творческое задание по желанию: найдите сообщения о растениях, которые у себя на родине были многолетними, а в умеренных широтах выращиваются как однолетние. Используйте справочную биологическую литературу.

Б) Коллективное заполнение таблицы (на доске нарисовать таблицу) [3]

Заполните таблицу: приведите по несколько примеров многолетних, двулетних и однолетних растений.

Однолетники Двулетники Многолетники
Астра, календула Маргаритка, Анютины глазки Тюльпаны, ирис
     
     
     

3. Изучение нового материала. (20 мин.)

Учитель ставит вопрос и строит свой ответ как объяснение.

[1] ? Почему клетку называют основной единицей живого?

Все растительные организмы имеют клеточное строение. Живые организмы могут состоять из одной клетки, колонии клеток или множества клеток. Вне зависимости от этого в клетке происходят все жизненно важные процессы, связанные с поступлением питательных веществ, их расщеплением, превращением энергии, образованием различных органических соединений, делением и др. Поэтому клетку считают основной структурной и функциональной единицей живого организма.

[1] ? Одинаковы ли растительные клетки по форме и размеру?

По форме и размерам клетки растений значительно различаются.

Одни по форме близки к шару, к кубу, цилиндру – их называют паренхимными, т.е. равносторонними. Другие клетки, сильно вытянутые в длину, называют прозенхимными, т.е. неравносторонними.

[1] ? Какое строение имеет растительная клетка?

При рассмотрении растительной клетки в световой микроскоп можно увидеть оболочку и живое содержимое, которое состоит из цитоплазмы и ядра с ядрышком. Оболочка клетки состоит из целлюлозных волокон. Оболочка придает клетке форму и жесткость и предохраняет ее от внешних воздействий. В оболочке имеются поры, через которые проходят вещества, необходимые клетке. Под оболочкой расположена клеточная мембрана.

[5] Цитоплазма – бесцветное, вязкое, полупрозрачное вещество, составляющее основную часть живой клетки. Цитоплазма находится в постоянном движении, что обеспечивает перемещение питательных веществ. Скорость ее движения зависит от температуры, освещения и других факторов. Цитоплазма имеет сложное строение. Она состоит из водянистого основного вещества и находящихся в нем разнообразных органоидов. Цитоплазма соседних клеток соединены тонкими цитоплазматическими нитями, проходящими через поры оболочек. Вследствие этого между клетками в организме растения происходит постоянный обмен веществами. (Схему растительной клетки зарисовываем в тетрадь)

[1] ? Почему ядро является важнейшей частью клетки?

Ядро – обязательная структура клеток всех многоклеточных организмов. Оно имеет сложное строение. В ядре находится ядрышко (одно или несколько). Через поры ядерной оболочки осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Ядро регулирует все процессы жизнедеятельности клетки, так как в нем хранится и воспроизводится наследственная информация. Без ядра клетка не может расти, делиться и через некоторое время погибает.

? От чего зависит зеленая окраска растений?

Пластиды – клеточные органоиды, которые имеются только в клетках растений. Они разнообразны по форме, цвету, размерам и функциям.

? Какие функции выполняют включения и вакуоли в клетке?

В составе клеток имеются разные включения – это временные образования, например крахмальные и белковые зерна, капли жира и др. Они выступают в качестве запасных веществ, затем используются в процессе жизнедеятельности организма. С возрастом в клетках заметно выделяются образования – полости, содержащие клеточный сок – вакуоли. В молодых клетках они мелкие и их мало. В зрелой клетке образуется одна большая вакуоль, которая может занимать до 90 % объема.

Живое содержимое клетки (цитоплазма, ядро, пластиды) называют протопластом.

4. Закрепление изученного материала (15 мин.)

Выполнения практических работ:

[2] «Основные части ручной лупы и микроскопа. Приемы работы с увеличительными приборами».

[2] «Приготовление микропрепарата клеток сочной чешуи луковицы лука»

5. Домашнее задание: § 7 стр. 21-24

Источники информации:

  1. Биология. Растения, бактерии, грибы, лишайники. 6 класс: учебник для общеобразовательных учреждений/ Д.И. Трайтак, Н.Д. Трайтак. – 7-е изд., стер. – М.: Мнемозина, 2011. – 224 с.: ил.
  2. Рабочая тетрадь (Трайтак Н.Д.)
  3. Сборник задач и упражнений по биологии растений, бактерий, грибов и лишайников 6-7 класс». Пособие для учащихся (Трайтак Д.И.).
  4. Уроки биологии с применением информационных технологий. 6 класс.
  5. Методическое пособие с электронным приложением / авт.-сост. С.Н. Лебедев. – 3-е изд., стереотип. – М.: Планета, 2011.– 108 с. – (Современная школа).
Поделиться страницей:

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

5.4 Клетка как элементарная единица живого

Значительным достижением биологии стало создание теории клеточного строения живых организмов. Раздел биологии, который занимается изучением клетки, называется цитология. Понятие «клетка» было введено английским ботаником Р.Гуком в 1665 г. Основные положения и принципы клеточной теории разработали немецкие ученые М.Шлейден и Т.Шванн в середине XIX в.

Клетка – элементарная биологическая единица, структурно – функциональная основа всего живого. Клетка осуществляет самостоятельный обмен веществ, способна к делению (воспроизводству) и саморегуляции. Каждая клетка является микроносителем жизни, поскольку в ней заключена такая генетическая информация, которая достаточна для воспроизведения всего организма. Число клеток у человека составляет примерно 5 1014

Все клетки живых организмов подразделяются на два вида: прокариоты - безъядерные клетки, и эукариоты – клетки с ядром. Простейшие организмы, состоящие из одной или небольшого числа клеток, состоят из клеток прокариотов. Это бактерии и некоторые водоросли. Большинство клеток прокариотов имеют размер около 1 —5 мкм.

Эукариотическая клетка намного больше, она имеет диаметр около 25 мкм. Таким образом, в нее может поместиться более 10 тысяч клеток прокариотов.

Все клетки эукариоты имеют похожий химический состав и сходное строение. В структуре клетки выделяют ядро, цитоплазму, мембрану (оболочку).

Ядро клетки содержит хромосомы, состоящие из молекул ДНК и присоединенных к ним белков. С помощью клеточного ядра осуществляются хранение и передача наследственной информации.

Цитоплазма - полужидкая, бесцветная масса сложного строения. Она обеспечивает взаимодействие всех составляющих клетки. Цитоплазма содержит соляной раствор с молекулами РНК, включения и органеллы. К включениям относятся запасы питательных вещества (жир, гликоген) и продукты, выводимые из клетки. Органеллы - постоянные компоненты цитоплазмы, которые выполняют определенные функции. Органеллу можно назвать клеточным органом. В клетке человека обнаружено более 10 органелл.

Мембрана отделяет содержимое клетки от внешней среды, выполняет барьерную функцию, обеспечивает избирательную проницаемость веществ и метаболизм.

Метаболизм (обмен веществ) — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Метаболизм служит основой гомеостаза. Гомеостаз - постоянство состава клетки.

У клеток разный срок существования. Жизненный цикл любой клетки завершается делением и продолжением жизни в обновленном виде, или гибелью. Различают два способа деления клеток: митоз и мейоз. Митоз – деление клеточного ядра на два дочерних с наборами хромосом, идентичными набору хромосом родительской клетки. Мейоз – деление клеточного ядра на четыре дочерних ядра, в каждом из которых содержится вдвое меньше хромосом, чем в родительской клетке. Такой способ деления характерен только для половых клеток.

Клетки образуют ткани (нервная, мышечная и т.д.), а несколько типов тканей - органы (сердце, легкие и пр.). Группы органов, связанные с решением каких-то общих задач, называют системами организма.

studfiles.net

Клетка

Клетка – основная структурно – функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни, способные осуществлять свой жизненный цикл только внутри клеток хозяина. Представление о клетке как элементарной структуре живых организмов, известное как клеточная теория, сложилось постепенно в XIX в. в результате микроскопических исследований.

f^ Клеточная теория.

Клеточная теория – это обобщенные представления о строении клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов. Появлению и формулированию отдельных положений клеточной теории предшествовал длительный (более трехсот лет) период накопления наблюдений над строением различных одноклеточных и многоклеточных организмов растений и животных. Этот период связан с развитием и усовершенствованием различных оптических методов исследования.  Клеточная теория была сформулирована ботаником М. Шлейденом и зоологом Т. Шванном в 1838-1839 г.г. В 1858 г. Р. Вирхов обосновал принцип преемственности клеток путем деления («каждая клетка из клетки»). Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы.  Клеточная теория постулирует:

  1. Клетка – элементарная единица живого;

  2. Клетки разных организмов гомологичны по своему строению;

  3. Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки;

  4. Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

С современных позиций можно добавить еще одно положение:

  1. В клетке содержится вся генетическая информация о строении и функциях организма.

  1. ^ Клетка – элементарная единица живого.

Живому свойственен ряд совокупных признаков, таких, как способность к воспроизведению (репродукции), росту, использование и трансформация энергии, метаболизм (ассимиляция и диссимиляция), возбудимость, раздражимость, изменчивость и др. Такую совокупность признаков можно обнаружить на клеточном уровне. Нет меньшей единицы живого, чем клетка. Можно выделить из клетки отдельные ее компоненты или молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями, но только клетка в целом является наименьшей единицей, обладающей всеми свойствами живого.

  1. ^ Клетки разных организмов гомологичны по своему строению.

Термин «гомологичность» обозначает сходство по коренным свойствам и отличие по второстепенным. Гомологичность строения клеток наблюдается внутри каждого из типов клеток: прокариотическом и эукариотическом. Хорошо известно разнообразие клеток как бактериальных, так и высших организмов. Такое одновременное сходство строения и разнообразие форм определяется тем, что клеточные функции можно подразделить на две группы: обязательные и факультативные. Обязательные функции, направленные на поддержание жизнеспособности самих клеток, осуществляются специальными внутриклеточными структурами, сходными у разных типов клеток.  Различие клеток связано со специализацией их функций, с развитием особых клеточных аппаратов (например, фибриллярные компоненты в мышечных клетках, тигроид и отростки со специальными структурами передачи нервного импульса (синапс)). 

  1. ^ Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки.

Формулировка этого положения связана с именем Р. Вирхова. Размножение клеток прокариотических и эукариотических организмов происходит только путем деления исходной клетки, которому предшествует воспроизведение ее генетического материала (редупликация ДНК).

  1. Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальыми и нервными формами регуляции

Действительно, клетка – это единица функционирования в многоклеточном организме. Но клетки объединены в функциональные системы, в ткани и органы, которые находятся во взаимной связи друг с другом. Специализация частей многоклеточного организма, расчлененность его функций, дают ему большие возможности приспособления для размножения отдельных индивидуумов, для сохранения вида. 

  1. ^ В клетке содержится вся генетическая информация о строении и функциях организма. 

Этот постулат появился после изучения строения и функций ДНК, которая является носителем генетической информациии клетки.  II. Сравнение прокариотических и эукариотических клеток. В природе существует значительное разнообразие конкретных клеточных форм. Вместе с тем число основных типов клеточной организации ограничено. Выделяют прокариотический и эукариотичекий типы с подразделением второго на подтип клеток простейших организмов и подтип многоклеточных.  Клетки прокариотического типа имеют особенно малые размеры – не более 0,5-5,0 мкм в диаметре. Содержимое прокариотической клетки одето плазматической мембраной, играющей роль активного барьера между собственно цитоплазмой клетки и внешней средой. Обычно снаружи от плазматической мембраны расположена клеточная стенка или оболочка – продукт клеточной активности. У них нет морфологически обособленного ядра, так как ядерный материал в виде ДНК не отграничен от цитоплазмы оболочкой. Генетический аппарат образован единственной кольцевой хромосомой, которая лишена основных белков – гистонов (нуклеоид). В клетке отсутствует развитая система мембран, хотя некоторые виды бактерий (например, фототрофные пурпурные бактерии) богаты внутриклеточными мембранными системами. Очень сильно цитоплазматические мембраны развиты у сине-зеленых водорослей. В основном веществе (или матриксе) цитоплазмы прокариотических клеток располагаются многочисленные рибосомы. У прокариот отсутствует клеточный центр. Для них не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебоидное движение. Время, необходимое для образования двух дочерних клеток из материнской, сравнительно мало и исчисляется десятками минут. Прокариотические клетки не делятся митозом. К этому типу клеток относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Эукариотический тип клеточной организации представлен двумя подтипами: клетки простейших и клетки многоклеточных организмов (растительные и животные). Особенностью организмов простейших является то, что они, исключая колониальные формы, в структурном отношении представляют собой клетку, а в физиологическом – целый организм. В связи с этим в клетках некоторых простейших имеются миниатюрные образования, выполняющие на клеточном уровне функции органов, аппаратов и систем органов многоклеточного организма (цитостом, цитофарингс, порошица, сократительные вакуоли, генеративное и вегетативные ядра инфузорий). Основным отличительным признаком эукариотических клеток является наличие морфологически выраженного ядра. Кроме того, в цитоплазме таких клеток существует целый набор специальных структур, органелл, выполняющих отдельные специфические функции. К числу органелл относят мембранные структуры: ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды (в клетках растений). Кроме того, для эукариотических клеток характерно наличие немембранных структур, таких, как центриоли (в клетках животных), рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты и др. Эукариотические клетки обычно намного крупнее прокариотических (Таблица 1). ТАБЛИЦА 1.^ Типы клеточной организации.

Признак

Прокариоты

Эукариоты

1. Размеры клеток

Диаметр 0,5 – 5 мкм

Диаметр примерно 40 мкм. Объем клетки в 1000-10000 раз больше, чем у прокариот.

2. Ядро

нет

есть

3. Ядерная мембрана

нет

есть

4. Генетический аппарат

Одна кольцевая хромосома в зоне нуклеоида

Хромосомы

5. Система цитоплазматических мембран

нет

есть

6. Эдоплазмати-ческий ретикулум  (ЭПР)

нет

есть

7. Рибосомы 

есть (70S)

есть (80S)

8. Митохондрии

нет

есть

9. Комплекс Гольджи

нет

есть

10.Лизосомы

нет

есть

11.Клеточный центр

нет

есть

12.Микротрубочки

нет

есть

13. Внутриклеточное перемещение цитоплазмы

нет

есть

14. Органоиды движения

Жгутики. Жгутиковая нить состоит из белка флагеллина.

Реснички и жгутики включают в свой состав микротрубочки, построенные из белка тубулина.

15. Наружная клеточная мембрана

есть

есть

16. Клеточная стенка

Жесткая, содержит полисахариды, основной – муреин (пептидогликан)

У растений содержит целлюлозу, у насекомых и грибов – хитин, у животных отсутствует.

17. Деление

Прямое

Митоз, мейоз 

^ Ш. Химический состав клетки. 

  1. Клетки живых организмов сходны не только по своему строению, но и по химическому составу. Сходство в строении и химическом составе клеток свидетельствует о единстве их происхождения. 

По составу входящие в клетку вещества делятся на органические и неорганические. ^ II. 1. Неорганические вещества. На первом месте по массе в клетке стоит вода (примерно 2/3 массы клетки). Вода имеет огромное значение в жизнедеятельности клетки. Многие элементы в клетках содержатся в виде ионов. Чаще всего встречаются катионы: K+, Na+, Ca2+ Mg2+, и анионы: h3PO4-, Cl-, HCO3-. Содержание катионов и анионов в клетках обычно значительно отличается от содержания их во внеклеточной среде.  Минеральные соли (например фосфат кальция) могут входить в состав межклеточного вещества, раковин моллюсков и обеспечивать прочность этих образований.  ^ III.2. Органические вещества. Характерны только для живого. Органические соединения представлены в клетке простыми малыми молекулами (аминокислоты, моно- и олигосахариды, жирные кислоты, азотистые основания), и макромолекулами биополимеров (белки, липиды, полисахариды, нуклеиновые кислоты). Молекулы биополимеров состоят из повторяющихся низкомолекулярных соединений (мономеров), ковалентно связанных между собой. IV. Строение эукариотической клетки.  Все эукариотические клетки имеют общий план строения. Собственно тело клетки и ее содержимое отделены от внешней среды или от соседних элементов у многоклеточных организмов плазматической мембраной. Кнаружи от плазматической мембраны расположена клеточная оболочка или стенка, особенно хорошо выраженная у растений. Все внутреннее содержимое клетки, за исключением ядра, носит название цитоплазмы. Цитоплазма эукариотических клеток не однородна по своему строению и составу и включает в себя: гиалоплазму, мембранные и немембранные компоненты. Мембранные органеллы представлены двумя вариантами: одномембранные и двумембранные. К первым относятся органеллы вакуолярной системы – эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы и другие специальзированные вакуоли, а также плазматическая мембрана. К двумембранным органеллам относятся митохондрии и пластиды, а также клеточное ядро. К немембранным органеллам принадлежат рибосомы, клеточный центр животных клеток, а также элементы цитоскелета (микротрубочки и микрофиламенты).  4.1. Цитоплазма.  4.1.1. Гиалоплазма.  Термин гиалоплазма (от hyalihe – просвечивающийся, прозрачный), основная плазма или матрикс цитоплазмы, обозначает очень важную часть клетки, ее истинную внутреннюю среду. Гиалоплазма является сложной коллоидной системой, включающей в себя различные биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и т.д. В ней локализованы ферменты, участвующие в синтезе аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот, в метаболизме сахаров. Эта система способна переходить из золеобразного (жидкого) состояния в гель и обратно. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в том, что эта среда объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие их друг с другом. Через гиалоплазму осуществляется большая часть внутриклеточных транспортных процессов: перенос аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов, сахаров. В гиалоплазме идет постоянный поток ионов к плазматической мембране и от нее, к митохондриям, ядру и вакуолям. Гиалоплазма является основным вместилищем и зоной перемещения массы молекул АТФ. В гиалоплазме происходит отложение запасных продуктов: гликогена, жира. В цитозоле на расположенных там рибосомах синтезируются белки, транспортируемые в разные участки клетки, а также все белки клеточного ядра, большая часть белков митохондрий и пластид, основные белки пероксисом.  ^ 4.1.2. Структура клеточных мембран.  Общей чертой всех мембран клетки (плазматической, внутриклеточных и мембранных органоидов) является то, что они представляют собой тонкие (6-10 нм) пласты липопротеидной природы (липиды в комплексе с белками), замкнутые сами на себя. В клетке нет открытых мембран со свободными концами. Мембраны клетки всегда ограничивают полости или участки, закрывая их со всех сторон и тем самым отделяя содержимое таких полостей от окружающей их среды (компартментализация).  Структурной основой мембраны является двойной слой липидов. К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде (гидрофобность) и хорошей растворимостью в органических растворителях (липофильность). Состав липидов, входящих в мембраны клеток, очень разнообразен. Характерными представителями липидов, встречающихся в клеточных мембранах, являются фосфолипиды, сфингомиелины и холестерин (в растительных клетках не обнаружен). Характерной особенностью липидов мембран является разделение их молекулы на две функционально различные части: неполярные хвосты, состоящие из жирных кислот, и заряженные полярные головки. Обязательным компонентом клеточных мембран являются белки. В среднем они составляют 50% массы мембраны. Но количество белков в разных мембранах может быть различным. Так, в мембранах митохондрий на долю белков приходится около 75%, а в плазматической мембране клеток миелиновой оболочки – около 25%.  Сущесвуют три важных принципа строения мембраны:

  1. ^ Мембраны не однородны. Мембраны, окружающие внутриклеточные органеллы, и плазматическая мембрана отличаются по составу.

  2. Многие компоненты мембран находятся в состоянии непрерывного движения. Мембрана напоминает постоянно меняющуюся мозаику. 

  3. ^ Компоненты мембран чрезвычайно асимметричны. Между наружным и внутренним слоями мембран имеется различие по относительному количеству и качественному составу липидов. Белки располагаются среди липидов асимметрично и имеют хорошо различимые вне- и внутриклеточные участки.

Важнейшими функциями мембран являются следующие:

  1. ^ Мембраны контролируют состав внутриклеточной среды. Основная функция мембраны – формирование вокруг цитоплазмы барьера, который избирательно пропускает молекулы, входящие в клетку и выходящие из нее. В значительной степени такое поведение мембраны обусловлено непроницаемостью ее липидов для воды и других гидрофильных молекул. В мембране находятся белки, которые образуют каналы и поры, принимающие участие в высоко избирательном транспорте молекул через мембрану.

  2. ^ Мембраны обеспечивают и облегчают межклеточную и внутриклеточную передачу информации. Мембрана – это место, где молекулярная информация воспринимается, преобразуется и передается далее в клетку. 

  3. ^ Мембраны обеспечивают образование тканей с помощью межклеточных контактов. Многие белки, погруженные в мембрану, ковалентно связаны с углеводами (гликопротеины), расположенными на наружной поверхности мембраны. Гликопротеины и гликолипиды важны для осуществления межклеточных контактов. 

В 1972 г. Сингер и Николсон предложили жидкостно – мозаичную модель мембраны, согласно которой белковые молекулы не располагаются сплошной пленкой на поверхности билипидного слоя, а образуют в нем своеобразную мозаику. Выявлено два типа мембранных белков. Белки первого типа, называемые периферическими белками, связаны с мембраной в основном ионными взаимодействиями. Примеры периферических белков – фибронектин (локализован на наружной поверхности большинства клеток, исключая циркулирующие клетки крови; обеспечивает взаимодействие между клетками и внеклеточным матриксом, обеспечивая таким образом контакт между внутриклеточной и окружающей средой) и спектрин (находится на внутренней поверхности большинства клеточных мембран, особенно в эритроцитах; связываясь с актином тропомиозином образует цитоскелет мембраны и поддерживает двояковогнутую форму эритроцита). Мембранные белки второго типа называют интегральными белками . Эти протеины или погружены в толщу липидного бислоя, или пронизывают мембрану насквозь (трансмембранные белки). Интегральные белки перемещаются в плоскости мембраны.  По биологической роли мембранные белки можно разделить на три группы: ферменты, рецепторные белки и структурные белки. Набор ферментов в составе мембран может быть очень велик и разнообразен. В разных мембранах существует характерный набор ферментов. Например, в плазматической мембране, как и во многих других, локализуется (К+/Na)-зависимая АТФаза., участвующая в транспорте ионов. В митохондриях специфическими являются набор белков – переносчиков электронов и фермент АТФ-синтетаза, обеспечивабщий окислительное фисфорилирование и синтез АТФ.  Рецепторные белки специфически связываются с теми или иными веществами и узнают их. Это белки-рецепторы для гормонов, для узнавания поверхности соседних клеток, вирусов и др. Рецепторные белки входят в состав любых мембран. Так, на внешней мембране митохондрий расположены рецепторы, участвующие в узнавании и транспорте митохондриальных белков, переносимых из цитозоля в митохондрии. На мембранах эндоплазматического ретикулума находятся рецепторы, узнающие и связывающие рибосомы и т.д. На плазматической мембране расположены как рецепторы, узнающие соседние клетки или даже отдельные ионы солей (переносчики), так и белки, узнающие белки цитоскелета в цитоплазме.  Со стороны цитоплазмы мембраны связаны через примембраные или собственно мембранные интегральные белки с разнообразными белковыми структурами цитоплазмы. К ним относятся в первую очередь компоненты цитоскелета. Это позволяет не только сделать мембраны более жесткими, но и обеспечивает подвижность мембран, создавая возможности для их транспортных функций. Например, жесткость плазматической мембраны безъядерных эритроцитов создается за счет связывания сети цитоплазматических белков с интегральными белками плазмалеммы. В ее состав входит белок, который обеспечивает транспорт ионов через бислой, но одновременно через ряд белков связывается с сетью белков-спектринов, которые создают жесткую подмембранную сеть. Во многих эпителиальных клетках специальные белки плазматической мембраны связываются с элементами цитоскелета и участвуют в образовании целого ряда межклеточных соединений (десмосомы, адгезивный контакт и др.). С элементами цитоскелета связаны также оболочки клеточного ядра: внешняя ядерная мембрана тесно ассоциирована с промежуточными филаментами, которые фиксируют ядро в объеме цитоплазмы. Внутриклеточные вакуоли могут перемещаться в клетке только при взаимодействии с фибриллярными компонетами, такими как микротрубочки и микрофиламенты. Митохондрии перемещаются в клетке также за счет ассоциации с элементами цитоскелета.  Особое место среди клеточных мембран занимает плазматическая мембрана или плазмалемма. Плазматической мембраной называется барьер, который окружает цитоплазму, определяя границы клетки. Это поверхностная периферическая структура, ограничивающая клетку снаружи. Она имеет толщину около 10 нм и представляет собой самую толстую из клеточных мембран. Большая ее толщина обусловлена тем, что на ее внутренней стороне локализован довольно плотный слой периферических белков, а на наружной – слой углеводных компонентов. Плазматическая мембрана выполняет целый ряд важнейших клеточных функций, ведущими из которых являются функция разграничения веществ цитоплазмы от внешней среды и функции транспорта различных веществ как внутрь клетки, так и из нее. Различают активный и пассивный типы транспорта. К пассивным механизмам относят диффузию, облегченную диффузию и осмос, к активным – работу белковых ионных насосов, эндоцитоз и экзоцитоз. Кроме того, плазматическая мембрана участвует в выведении из клеток продуктов, образованных в клетке. На поверхности плазмалеммы располагаются различные рецепторные структуры, специфически взаимодействующие с внеклеточными факторами и с соседними клетками (передача сигналов внутрь клетки). Плазматическая мембрана принимает участие в межклеточных взаимодействиях у многоклеточных организмов (простой контакт, зубчатый контакт, десмосома, плотный контакт, щелевой контакт). Отдельные участки плазматической мембраны в специализированных клетках животных принимают участие в построении специальных отростков клетки, таких, как микроворсинки, реснички, рецепторные выросты и др. Кроме того, плазматическая мембрана играет важную роль при делении клетки.  ^ 4.1.3.Эндоплазматический ретикулум (ЭПР). Строение. ЭПР представляет собой систему уплощенных мембранных мешочков, канальцев, цистерн, пузырьков. Вся сеть объединена в единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки и наружной клеточной мембраной. Выделяют два типа ЭПР: гранулярный (шероховатый) и агранулярный (гладкий). Мембраны гранулярного эндоплазматического ретикулума со стороны гиалоплазмы покрыты мелкими (около 20нм) темными, округлыми гранулами. Эти гранулы представляют собой рибосомы. На мембранах рибосомы расположены в виде полисом (множество рибосом, объединенных одной информационной РНК).  Функции. Наличие полисом на мембранах однозначно показывает на то, что гранулярный ЭПР является важным местом синтеза белков. Но с элементами гранулярного ЭПР связан не весь синтез белка в клетке, а только его часть. Большое количество полиосом располагаются в гиалоплазме. Было показано, что активные в отношении белкового синтеза специализированные , переставшие делиться клетки (например, клетки поджелудочной, молочной желез, нервные клетки и др.) содержат очень мало свободных полисом, большая часть их рибосом связана с мембранами гранулярного ЭПР. Из этих наблюдений был сделан вывод, рибосомы в составе полисом гиалоплазмы синтезируют белки, необходимые для собственно клеточных нужд, для поддержания и обеспечения жизнедеятельности данной клетки. Рибосомы же, связанные с мембранами ЭПР, участвуют в синтезе белков, выводимых из данной клетки (клетки поджелудочной железы синтезируют и выделяют ферменты, участвующие в расщеплении пищи; слюнной железы – пищеварительные ферменты амилазу и др, молочные железы – казеин молока и т.д.). Многие синтезируемые ферменты при свободном выходе в гиалоплазму могут привести к самоперивариванию клетки (автолиз), к ее гибели. Однако этого не происходит, потому что сразу после синтеза белки переносятся через мембрану ЭПР в полость вакуолей и тем самым изолируются от содержимого гиалоплазмы и цитоплазматических структур. Таким образом, роль гранулярного ЭПР заключается не просто в участии в синтезе белков на рибосомах его мембран, но и в процессе сегрегации, обособления этих синтезированных белков клетки. Кроме того, многие секретируемые белки претерпевают различные изменения, «созревают» в вакуолях гранулярного ЭПР. Важнейшей функцией гранулярного ЭПР являетсяспособность синтезировать интегральные и периферические белки мембран, липидный компонент мембран и осуществлять сборку липопротеидных мембран.  ^ Гладкий ЭПР представляет собой часть мембранной ретикулярной системы. В морфологическом отношении он также представлен мембранами, образующими мелкие вакуоли и трубки, канальцы, которые могут ветвиться, сливаться друг с другом. В отличие от гранулярного на мембранах гладкого ЭПР нет рибосом. Чаще всего канальцы гладкого ЭПР образуют скопления или зоны. Гладкий и гранулярный ЭПР связаны между собой и переходят друг в друга. Считается, что гладкий ЭПР образуется из шероховатого путем потери рибосом. Несмотря на топографическую связь и вероятную общность происхождения, эти два представителя ЭПР резко отличаются друг от друга в функциональном отношении.  Функцией гладкого ЭПР является метаболизм липидов и некоторых внутриклеточных полисахаридов  4.1.4. Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи, пластинчатый комплекс). Строение. Как было показано выше, синтез и накопление многих выделяемых из клеток веществ, таких как белки, липопротеиды, стероиды, происходит в элементах эндоплазматического ретикулума. Однако выведение их за пределы клетки (экзоцитоз) происходит с участием другой мембранной системы – аппарата Гольджи. Комплекс Гольджи представляет собой скопление мембранных структур, собранными в небольшой зоне. Отдельная зона скопления этих мембран называется диктиосомой. Плоские мембранные мешки (цистерны) располагаются в виде стопки. Между стопками располагаются тонкие прослойки гиалоплазмы. В центре мембраны цистерн сближены, а на периферии могут иметь расширения (ампулы). Кроме плотно расположенных плоских цистерн в зоне аппарата Гольджи наблюдается множество вакуолей. Мелкие вакуоли отшнуровываются от расширений на краях плоских цистерн. Принято различать в зоне диктиосомы проксимальный, или формирующийся цис-участок и дистальный, или зрелый, транс-участок. В секретирующих клетках аппарат Гольджи обычно поляризован: с одной стороны мембранные мешочки непрерывно образуются, а с другой – отшнуровываются в виде пузырьков. Цистерны аппарата Гольджи связаны с канальцами ЭПР. В некоторых клетках аппарат Гольджи имеет вид сложных сетей. Функции. 1. Секреторная функция аппарата Гольджи. Мембранные элементы аппарата Гольджи участвуют в сегрегации и накоплении продуктов, синтезированных в ЭПР, участвуют в их химических перестройках, созревании; в цистернах аппарата Гольджи происходит синтез полисахаридов, их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию мукопротеидов. Кроме того, аппарат Гольджи является источником клеточных лизосом. Главной функцией аппарата Гольджи является процесс выведения готовых секретов за пределы клетки. Синтезированный на рибосомах экспортируемый белок накапливается внутри цистерн ЭПР, по которым он транспортируется к зоне мембран аппарата Гольджи. Здесь от гладких участков ЭПР отщепляются мелкие вакуоли, содержащие синтезированный белок, которые поступают в зону вакуолей комплекса Гольджи. В этом месте вакуоли сливаются друг с другом и с плоскими цистернами комплекса Гольджи. Далее белковый продукт переносится уже внутри полостей цистерн аппарата Гольджи. По мере движения происходит модификация белков. На противоположном полюсе диктиосомы происходит отщепление мелких пузырьков, содержащих уже зрелый продукт. Мелкие пузырьки сливаются друг с другом, образуя секреторный вакуоли. Такие вакуоли движутся к поверхности клетки, соприкасаются с плазматический мембраной и сливаются с ней (экзоцитоз). Таким образом, содержимое вакуолей оказывается за пределами клетки.  ^ 2. Модификация белков в аппарате Гольджи.  Белки по мере движения по цистернам аппарата Гольджи «созревают», т.е. подвергаются модификациям: некоторые их аминокислоты фосфорилируются, ацетилируются и др. Подвергаются модификации и олигосахаридные цепи белков. При этом возникает специальный комплекс олигосахаридов. Такие превращения осуществляются с помощью ферментов – гликозилтрансфераз, входящих в состав мембран цистерн аппарата Гольджи. Так как каждая зона в диктиосомах имеет свой набор ферментов гликозилирования, то гликопротеиды как бы по эстафете переносятся из одного мембранного отсека («этажа в стопке цистерн диктиосомы) в другой и в каждом подвергаются специфическому воздействию ферментов.  В ряде специализированных клеток в аппарате Гольджи осуществляется синтез собственно полисахаридов. У растений это полисахариды матрикса клеточной стенки, у животных – синтез полисахаридных цепей глюкозааминогликанов. 

studfiles.net

элементарная единица живого. Клетка как единица строения, функционирования, развития. — КиберПедия

Клетка - элементарная единица живого. Клетка как единица строения, функционирования, развития.

Современная клеточная теория: 1) Жизнь существует в форме клеток, через нее производится: поглощение, превращение, запасание и использование вещества и энергии. 2)В основе непрерывности жизни лежит клетка. 3) существует зависимость между структурой и функциями.

Клетка - обособленная, наименьшая по размерам структура, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Клетка, т.о., несет полную характеристику жизни. Вне клетки не существует настоящей ж/д. Поэтому ей принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы.

Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка отличается сложным строением. По строению клетки живые организмы делят на прокариот и эукариот. Клетки и тех и других окружены плазматической мембраной, снаружи от которой во многих случаях имеется клеточная стенка. Внутри клетки находится цитоплазма. Однако клетки прокариот устроены значительно проще, чем клетки эукариот.

Эукариоты имеют оформленное ядро, окруженное ядерной оболочкой – двуслойной мембраной. Молекулы ДНК- двухцепочечные, незамкнутые (линейные). Их ДНК, связанная с белком, организована в хромосомы, которые располагаются в ядре. Помимо этого в ядре обнаруживаются ядрышко и ядерный сок. Кроме ядра часть генетической информации содержится в ДНК митохондрий и хлоропластов. В ЦП эукариот также нах-ся различные органеллы: 2-мембранные- мтх, пластиды; 1-мембранные- эпс, ап.Гольджи, плазмолемма, тонопласт, сферосомы и лизосомы; немембранные -рибосомы, центросомы. Прокариоты (р-р 0,3–5 мкм) не имеют оформленного ядра. Ядрышек нет, рибосомы мельче. Основной генетический материал находится в цитоплазме в виде кольцевой молекулы ДНК, которая не окружена ядерной оболочкой, и прикрепляется к пм. Кроме нуклеоида в часто встречается небольшая кольцевая молекула ДНК-плазмида. Плазмиды могут перемещаться из одной клетки в другую и встраиваться в основную молекулу ДНК. Некоторые прокариоты имеют выросты пм, н-р, мезосомы, контактирующие с кольцевой хромосомой и принимающие участие в ее делении. Кроме того, участвует в фотосинтезе и аэробном дыхании бактерий.

Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обусловливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

 

Свойства генетического кода. Доказательства триплетности кода. Расшифровка кодонов. Терминирующие кодоны. Понятие о генетической супрессии.

Генетический код - способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. В ДНК используется 4 нуклеотида — А, G, С, T. Они составляют алфавит генетического кода.

Свойства генетического кода

Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов. (Не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

Однозначность — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте. (Свойство не является универсальным. Кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты - цистеин и селеноцистеин)

Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

Универсальность — У всех живых организмов одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.

Получение у фагов Т4 мутаций, вызванных выпадением или добавлением оснований явилось доказательством триплетности кода (1 свойство). Эти выпадения и добавления, приводящие к сдвигам рамки при «чтении» кода устранялось только восстановлением правильности кода, это предотвращало появление мутантов.

Три кодона вообще не кодируют никакую аминокислоту («нонсенс - кодоны») и действуют как «стоп - сигнал». Стоп - кодон - это концевая точка функциональной единицы ДНК - цистрона. Терминирующие кодоны одинаковы у всех видов и представлены как UAA, UAG, UGA.

Генетическая супрессия - явление, препятствующее проявлению у организма признака, возникшего в результате мутации; приводит к частичному или полному восстановлению нормального фенотипа.

(Пары оснований днк: А-Т, Т-А, G-C, C-G - могут закодировать лишь 4 аминокислоты, если каждая пара соответствует одной аминокислоте. Как известно, в белки входят 20 основных аминокислот. Если предположить, что каждой аминокислоте соответствует 2 пары оснований, то можно закодировать 16 аминокислот (4*4) - этого опять недостаточно. Если же код триплетен, то из 4-х пар оснований можно составить 64 кодона (4*4*4), чего с избытком хватает для кодирования 20 аминокислот)

Энергетический обмен. Строение и функции АТФ. Энергетическое использование органических веществ. Строение и функционирование митохондрий. Фотосинтез: световая и темновая фазы. Строение и функционирование хлоропласта. Значение фотосинтеза.

Процесс использования поступивших в клетку веществ представляет собой совокупность всех химических реакций, протекающих в клетке. Различают две стороны обменных процессов: пластический и энергетический обмены.

Пластический обмен, или анаболизм, представляет собой совокупность реакций биосинтеза (фотосинтез, биосинтез белка, хемосинтез), протекающих с затратами энергии и обеспечивающих клетку структурным материалом. Энергетический обмен(катаболизм) – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Синтезированная АТФ становится универсальным источником энергии для жизнедеятельности организмов. Она образуется в результате реакции фосфорилирования. АТФ(аденозинтрифосфат) - органическое соединение из группы нуклеозидтрифосфатов, играющее главную роль в целом ряде биохимических процессов, прежде всего в обеспечении клеток энергией. Молекула АТФ представляет собой аденин, к которому присоединены три молекулы ортофосфорной кислоты. Аденин входит в состав многих других соединений, широко распространенных в живой природе, в том числе нуклеиновых кислот. АТФ не играет сколько-нибудь заметной роли в хранении энергии, исполняя скорее транспортные функции в клеточном энергетическом обмене. Применительно к позвоночным животным и человеку, основной ролью АТФ является обеспечение двигательной активности мышечных волокон. Он играет существенную роль в передаче сигнала между нервными клетками, в некоторых других межклеточных взаимодействиях, в регуляции действия ферментов и гормонов. Является одним из исходных продуктов для синтеза протеинов. Митохондрии - это органеллы размером с бактерию (около 1 х 2 мкм). Они найдены в большом количестве почти во всех эукариотических клетках. Митохондрия ограничена двумя мембранами - гладкой внешней и складчатой внутренней, имеющей очень большую поверхность. Складки внутренней мембраны глубоко входят в матрикс митохондрий, образуя поперечный перегородки - кристы. Пространство между внешней и внутренней мембранами обычно называют межмембранным пространством. Главной функцией митохондрий является захват богатых энергией субстратов (жирные кислоты, пируват, углеродный скелет аминокислот) из цитоплазмы и их окислительное расщепление с образованием СО2 и Н2О, сопряженное с синтезом АТФ. Митохондрии поставляют клетке продукты промежуточного метаболизма. Фотосинтез— синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света. Значение фотосинтеза: Атмосфера насыщается кислородом.Кислородное дыхание является самым выгодным способом энергетического обмена. Кислородная атмосфера (за счет озонового экрана) защищает живые организмы от губительного ультрафиолетового излучения. Из атмосферы поглощается углекислый газ, который мог бы вызвать парниковый эффект (перегрев Земли).

Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс; реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы. в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1) синтезом АТФ; 2) образованием НАДФ·Н2; 3) образованием кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н2 транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы. Эта фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента — АТФ-синтетазы. Темноваяфаза протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ.

Хлоропласты —пластиды высших растений, в которых идет процесс фотосинтеза. Хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы, размер их около 4-6 мкм. Находятся они в паренхимных клетках листьев и других зеленых частей высших растений. Снаружи хлоропласт покрыт оболочкой, состоящей из двух липопротеиновых мембран, внешней и внутренней. Обе мембраны имеют толщину около 7нм, они отделены друг от друга межмембранным пространством около 20-30нм. Внутренняя мембрана хлоропластов, как и других пластид образует складчатые впячивания внутрь матрикса или стромы. В зрелом хлоропласте высших растений видны два типа внутренних мембран. Это- мембраны, образующие плоские, протяженные ламеллы стромы, и мембраны тилакоидов, плоских дисковидных вакуолей или мешков. ламелла стромы может представлять собой плоский полый мешок или же иметь вид сети из разветвленных и связанных друг с другом каналов, располагающихся в одной плоскости. Обычно ламеллы стромы внутри хлоропласта лежат параллельно и не образуют связей между собой. Основная функция хлоропластов, состоит в улавливании и преобразовании световой энергии. важной функцией является, усвоение углекислоты в хлоропласте

38. ПОЛ и АФК в клетках, значение электрохимического потенциала мембраны, рецепция в клетках, описание стационарного состояния клетки.

Активные формы кислорода (АФК) образуются во многих клетках в результате последовательного одноэлектронного присоединения 4 электронов к 1 молекуле кислорода. Конечный продукт этих реакций - вода, но по ходу реакций образуются химически активные формы кислорода. Наиболее активен гидроксильный радикал, взаимодействующий с большинством органических молекул. Он отнимает от них электрон и инициирует таким образом цепные реакции окисления. Эти свободнорадикальные реакции окисления могут выполнять полезные функции, например, когда клетки белой крови с участием активных форм кислорода разрушают фагоцитированные клетки бактерий. Но в остальных клетках свободнорадикальное окисление приводит к разрушению органических молекул, в первую очередь липидов, и, соответственно, мембранных структур клеток, что часто заканчивается их гибелью. Поэтому в организме функционирует эффективная система ингибирования перекисного окисления липидов (ПОЛ).Реакции перекисного окисления липидов (ПОЛ) являются свободнорадикальными и постоянно происходят в организме. Свободнора-дикальное окисление нарушает структуру многих молекул. В белках окисляются некоторые аминокислоты. В результате разрушается структура белков, между ними образуются ковалент-ные "сшивки", всё это активирует протеолитические ферменты в клетке, гидролизующие повреждённые белки. Активные формы кислорода легко нарушают и структуру ДНК. Неспецифическое связывание Fe2+ молекулой ДНК облегчает образование гидроксильных радикалов, которые разрушают структуру азотистых оснований. Но наиболее подвержены действию активных форм кислорода жирные кислоты, содержащие двойные связи, расположенные через СН2-группу. Именно от этой СН2-группы свободный радикал (инициатор окисления) легко отнимает электрон, превращая липид, содержащий эту кислоту, в свободный радикал. ПОЛ - цепные реакции, обеспечивающие расширенное воспроизводство свободных радикалов, частиц, имеющих неспаренный электрон, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления.

 

 

39. Структурная геномика – содержание и организация геномной информации.

Гено́мика — раздел молекулярной генетики, посвящённый изучению генома и генов живых организмов. Структурная геномика — содержание и организация геномной информации. Имеет целью изучение генов с известной структурой для понимания их функции, а также определение пространственного строения максимального числа «ключевых» белковых молекул и его влияния на взаимодействия. Структурная геномика пытается определить структуру каждого белка, закодированного геномом, вместо того, чтобы сосредоточиться на одном определенном белке. С доступными последовательностями полного генома предсказание структуры может быть сделано более быстро используя комбинацию экспериментальных и моделирующих подходов, особенно потому что доступность большого количества упорядоченных геномов и ранее решенных структур белка позволяет ученым основываться на структурах ранее решенных гомологов.

Поскольку структура белка близко связана с функцией белка, структурная геномика позволяет узнать функции белка. В дополнение к объяснению функций белка структурная геномика может использоваться, чтобы идентифицировать новые сгибы белка и потенциальные цели для изобретения лекарства.

 

Клетка - элементарная единица живого. Клетка как единица строения, функционирования, развития.

Современная клеточная теория: 1) Жизнь существует в форме клеток, через нее производится: поглощение, превращение, запасание и использование вещества и энергии. 2)В основе непрерывности жизни лежит клетка. 3) существует зависимость между структурой и функциями.

Клетка - обособленная, наименьшая по размерам структура, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Клетка, т.о., несет полную характеристику жизни. Вне клетки не существует настоящей ж/д. Поэтому ей принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы.

Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка отличается сложным строением. По строению клетки живые организмы делят на прокариот и эукариот. Клетки и тех и других окружены плазматической мембраной, снаружи от которой во многих случаях имеется клеточная стенка. Внутри клетки находится цитоплазма. Однако клетки прокариот устроены значительно проще, чем клетки эукариот.

Эукариоты имеют оформленное ядро, окруженное ядерной оболочкой – двуслойной мембраной. Молекулы ДНК- двухцепочечные, незамкнутые (линейные). Их ДНК, связанная с белком, организована в хромосомы, которые располагаются в ядре. Помимо этого в ядре обнаруживаются ядрышко и ядерный сок. Кроме ядра часть генетической информации содержится в ДНК митохондрий и хлоропластов. В ЦП эукариот также нах-ся различные органеллы: 2-мембранные- мтх, пластиды; 1-мембранные- эпс, ап.Гольджи, плазмолемма, тонопласт, сферосомы и лизосомы; немембранные -рибосомы, центросомы. Прокариоты (р-р 0,3–5 мкм) не имеют оформленного ядра. Ядрышек нет, рибосомы мельче. Основной генетический материал находится в цитоплазме в виде кольцевой молекулы ДНК, которая не окружена ядерной оболочкой, и прикрепляется к пм. Кроме нуклеоида в часто встречается небольшая кольцевая молекула ДНК-плазмида. Плазмиды могут перемещаться из одной клетки в другую и встраиваться в основную молекулу ДНК. Некоторые прокариоты имеют выросты пм, н-р, мезосомы, контактирующие с кольцевой хромосомой и принимающие участие в ее делении. Кроме того, участвует в фотосинтезе и аэробном дыхании бактерий.

Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обусловливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

 

cyberpedia.su

1. Клетка – элементарная единица живого

Представление о клетке как о самостоятельной жизнедеятельной единице было дано еще в работах Т. Шванна. Р. Вирхов также считал, что каждая клетка несет в себе полную характеристику жизни: «Клетка есть последний морфологический элемент всех живых тел, и мы не имеем права искать настоящей жизнедеятельности вне ее» (1858).

Современная наука полностью доказала это положение. В популярной литературе клетку часто называют «атомом жизни», «квантом жизни», подчеркивая тем самым, что клетка – это наименьшая единица живого, вне которой нет жизни.

Такая общая характеристика клетки должна в свою очередь опираться на определение живого – что такое живое, что такое жизнь. Очень трудно дать окончательное определение живого, жизни.

М.В. Волькенштейн (1965) дает следующее определение жизни: «живые организмы представляют собой открытые (т.е. обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией), саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, важнейшими функционирующими веществами которых являются белки и нуклеиновые кислоты». Живому свойствен ряд совокупных признаков, таких, как способность к воспроизведению (репродукции), использование и трансформация энергии, метаболизм, чувствительность, изменчивость. И такую совокупность этих признаков можно обнаружить на клеточном уровне. Нет меньшей единицы живого, чем клетка. Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями. Так, выделенные актомиозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки прекрасно «работают» многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биоорганических молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок, разработаны неклеточные системы ферментативного синтеза нуклеиновых кислот и т.д. Можно ли считать все эти клеточные компоненты, структуры, ферменты, молекулы живыми? Можно ли считать живым актомиозиновый комплекс? Думается, что нет, хотя бы потому, что он обладает лишь частью набора свойств живого. То же относится и к остальным примерам. Только клетка как таковая является наименьшей единицей, обладающей всеми вместе взятыми свойствами, отвечающими определению «живое».

Что же такое клетка, какое ей можно дать общее определение? Из школьного курса известно, что разнообразные клетки имеют совершенно несходную морфологию, их внешний вид и величины значительно расходятся. Действительно, что общего между звездчатой формой некоторых нервных клеток, шаровидной формой лейкоцита и трубкообразной формой клетки эндотелия. Такое же разнообразие форм встречается и среди микроорганизмов. Поэтому мы должны находить общность живых объектов не в их внешней форме, а в общности их внутренней организации.

Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток. К наиболее простому типу строения можно отнести клетки бактерий и синезеленых водорослей, к более высокоорганизованному – клетки всех остальных живых существ, начиная от низших растений и кончая человеком.

Принято называть клетки бактерий и синезеленых водорослей прокариотическими (доядерными клетками), а клетки всех остальных представителей живого – эукариотическими (собственно ядерными), потому что у последних обязательной структурой служит клеточное ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой.

Содержимое прокариотической клетки одето плазматической мембраной, играющей роль активного барьера между собственно цитоплазмой клетки и внешней средой (рис. 1, 2). Обычно снаружи от плазматической мембраны расположена клеточная стенка или оболочка – продукт клеточной активности. У прокариотических клеток нет морфологически выраженного ядра, но присутствует в виде так называемого нуклеоида зона, заполненная ДНК.

В основном веществе (или матриксе) цитоплазмы прокариотических клеток располагаются многочисленные рибосомы, цитоплазматические же мембраны обычно выражены не так сильно, как у эукариотических клеток, хотя некоторые виды бактерий (например, фототрофные пурпурные бактерии) богаты внутриклеточными мембранными системами. Очень сильно цитоплазматические мембраны развиты у синезеленых водорослей. Обычно все внутриклеточные мембранные системы прокариот развиваются за счет плазматической мембраны.

Но не только присутствие морфологически –выраженного ядра является отличительным признаком эукариотических клеток. У клеток высшего типа (эукариотических) кроме ядра в цитоплазме существует целый набор специальных обязательных структур, органелл, выполняющих отдельные специфические функции (рис. 3, 4). К числу органелл относят мембранные структуры: систему эндоплазматической сети (ретикулума), аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды (для клеток растений). Кроме того, для эукариотических клеток характерно наличие мембранных структур, таких как микротрубочки, микрофиламенты, центриоли (для клеток животных) и др.

Эукариотические клетки обычно намного крупнее прокариотических. Так, палочковидные бактерии имеют длину до 5 мкм, а толщину около 1 мкм, в то время как эукариотические клетки в поперечнике могут достигать десятков мкм.

Несмотря на четкие морфологические отличия, и прокариотические и эукариотические клетки имеют много общего, что и позволяет отнести их к одной, клеточной, системе организации живого. И те и другие одеты плазматической мембраной, обладающей сходной функцией активного переноса веществ из клетки и внутрь ее; синтез белка у них происходит на рибосомах; сходны и другие процессы, такие, как синтез РНК и репликация ДНК, похожи и биоэнергетические процессы. Исходя из вышесказанного клетке можно дать общее определение. Клетка – это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Короче: клетка – самоподдерживающаяся и самовоспроизводящаяся система биополимеров. Это определение дает описание основных свойств «живого» – воспроизведение подобного себе из неподобного себе.

У многоклеточных организмов часть клеток утрачивает свойство размножаться, но они остаются клетками до тех пор, пока способны вести синтетические процессы, регулировать транспорт веществ межу клеткой и средой, использовать для этих процессов энергию. Есть примеры безъядерных клеток (эритроциты и тромбоциты млекопитающих, некоторые мышечные клетки моллюсков), это скорее не собственно клетки, а их остатки – одетые мембраной участки цитоплазмы с ограниченными функциональными потенциями.

Одно время первый постулат клеточной теории подвергался многочисленным нападкам и критике. Некоторые авторы указывали, что в многоклеточных организмах, особенно у животных, кроме клеток существуют и межклеточные, промежуточные вещества, которые тоже, казалось обладали свойствами живого. Однако было показано, что межклеточные вещества (основное вещество и волокна соединительной ткани) представляют собой не самостоятельные образования, а продукты активности отдельных групп клеток.

Другие возражения касались того, что часто у животных кроме отдельных клеток встречаются так называемые симпласты и синцитии (соклетия), а у растительных клеток – плазмодии. По морфологическому описанию – это крупные цитоплазматические образования со множеством ядер, не разделенные на отдельные клеточные территории. Примерами таких симпластов могут быть мышечные волокна позвоночных или эпидермис у ленточных червей, а также плазмодии у низших грибов миксомицетов. Однако если проследить за развитием таких «неклеточных» форм, то легко убедиться в том, что они возникают вторично за счет слияния отдельных клеток или же в результате деления одних ядер без разделения цитоплазмы, т.е. без цитотомии.

studfiles.net

Клетка — элементарная единица живого

Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по размерам структуру, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Клетка, таким образом, несет полную характеристику жизни. Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому в природе планеты ей принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы.

Это означает, что клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм — одноклеточных, многоклеточных и даже неклеточных. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обусловливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка отличается сложным строением. При этом определенные черты обнаруживаются во всех без исключения клетках, характеризуя наиболее важные стороны клеточной организации как таковой.

Клеточная теория

Клеточная теория сформулирована немецким исследователем, зоологом Т. Шванном (1839). Поскольку при создании этой теории Шванн широко пользовался работами ботаника М. Шлейдена, последнего по праву считают соавтором клеточной теории. Исходя из предположения о схожести (гомологичности) растительных и животных клеток, доказываемой одинаковым механизмом их возникновения, Шванн обобщил многочисленные данные в виде теории, согласно которой клетки являются структурной и функциональной основой живых существ.

В конце XIX столетия немецкий патолог Р. Вирхов на основе новых фактов пересмотрел клеточную теорию. Ему принадлежит вывод о том, что клетка может возникнуть лишь из предсуществующей клетки. Им также создана вызвавшая критику концепция «клеточного государства», согласно которой многоклеточный организм состоит из относительно самостоятельных единиц (клеток), поставленных в своей жизнедеятельности в тесную зависимость друг от друга.

Клеточная теория в современном виде включает три главных положения.

Первое положение соотносит клетку с живой природой планеты в целом. Оно утверждает, что жизнь, какие бы сложные или простые (например, вирусы) формы она ни принимала, в ее структурном, функциональном и генетическом отношении обеспечивается в конечном итоге только клеткой. Выдающаяся роль клетки как первоисточника жизни обусловливается тем, что именно она является биологической единицей, с помощью которой происходит извлечение из внешней среды, превращение и использование организмами энергии и веществ. Непосредственно в клетке сохраняется и используется биологическая информация.

Второе положение указывает, что в настоящих условиях единственным способом возникновения новых клеток является деление предсуществующих клеток. В обосновании клеточной природы жизни на Земле тезису о единообразии путей возникновения клеток принадлежит особая роль. Именно этот тезис был использован М. Шлейденом и Т. Шванном для обоснования представления о гомологии разных типов клеток. Современная биология расширила круг доказательств этому. Независимо от индивидуальных структурно-функциональных особенностей все клетки одинаковым образом: а) хранят биологическую информацию, б) редуплицируют генетический материал с целью его передачи в ряду поколений, в) используют информацию для осуществления своих функций на основе синтеза белка, г) хранят и переносят энергию, д) превращают энергию в работу, е) регулируют обмен веществ.

Третье положение клеточной теории соотносит клетку с многоклеточными организмами, для которых характерен принцип целостности и системной организации. Для системы свойственно наличие новых качеств благодаря взаимному влиянию и взаимодействию единиц, составляющих эту систему. Структурно-функциональными единицами многоклеточных существ являются клетки. Вместе с тем многоклеточный организм характеризуется рядом особых свойств, которые нельзя свести к свойствам и качествам отдельных клеток. В третьем положении клеточной теории мы встречаемся с проблемой соотношения части и целого.

Системный подход как научное направление используется в биологических исследованиях с начала прошлого столетия. Системный характер организации и функционирования свойствен не только организму, но и другим главным биологическим образованиям — геному, клетке, популяции, биогеоценозу, биосфере.

studfiles.net