Сравнение на клетки от различни еукариотни царства. Сравнение на еукариотни и прокариотни клетки. Характеристики на структурата на растителни, животински и гъбични клетки

Наука, която изучава структурата и функцията на клетките цитология .

Клетките могат да се различават една от друга по форма, структура и функция, въпреки че основните структурни елементи на повечето клетки са сходни. Систематични групи клетки - прокариотни И еукариотни (суперцарства на прокариоти и еукариоти) .

Прокариотните клетки не съдържат истинско ядро ​​и редица органели (царството на пушката).
Еукариотните клетки съдържат ядро, в което се намира наследственият апарат на организма (надцарства на гъби, растения, животни).

Всеки организъм се развива от клетка.
Това се отнася за организми, които са родени в резултат както на безполов, така и на полов метод на размножаване. Ето защо клетката се счита за единица на растежа и развитието на организма.

Според начина на хранене и структурата на клетките те са изолирани кралства :

• Дробянки;
• гъби;
• растения;
• Животни.

бактериални клетки (царството на Дробянка) имат: плътна клетъчна стена, една кръгова ДНК молекула (нуклеоид), рибозоми. Тези клетки нямат много от органелите, характерни за еукариотните растителни, животински и гъбични клетки. Според начина на хранене бактериите се делят на фототрофи, хемотрофи и хетеротрофи.

гъбични клетки покрити с клетъчна стена, която се различава по химичен състав от клетъчните стени на растенията. Съдържа като основни компоненти хитин, полизахариди, протеини и мазнини. Гликогенът е резервното вещество на гъбичните и животински клетки.

растителни клетки съдържат: хлоропласти, левкопласти и хромопласти; те са заобиколени от плътна клетъчна стена от целулоза и също имат вакуоли с клетъчен сок. Всички зелени растения са автотрофни организми.

При животински клетки няма плътни клетъчни стени. Те са заобиколени от клетъчна мембрана, чрез която се осъществява обмяната на веществата с околната среда.

ТЕМАТИЧНИ ЗАДАЧИ

Част А

A1. Кое от следните е в съответствие с клетъчната теория
1) клетката е елементарна единица на наследствеността
2) клетката е единица за размножаване
3) клетките на всички организми са различни по своята структура
4) клетките на всички организми имат различен химичен състав

A2. Предклетъчните форми на живот включват:
1) мая
2) пеницил
3) бактерии
4) вируси

A3. Растителната клетка се различава от гъбната клетка по структура:
1) ядки
2) митохондрии
3) клетъчна стена
4) рибозома

A4. Една клетка се състои от:
1) грипен вирус и амеба
2) гъба мукор и кукувичка
3) планария и волвокс
4) зелена еуглена и инфузория

A5. Прокариотните клетки имат:
1) ядро
2) митохондрии
3) апарат на Голджи
4) рибозоми

A6. Видовата принадлежност на клетката се обозначава с:
1) формата на ядрото
2) брой хромозоми
3) мембранна структура
4) първичната структура на протеина

A7. Ролята на клетъчната теория в науката е
1) отваряне на клетъчното ядро
2) отваряне на клетката
3) обобщаване на знанията за структурата на организмите
4) откриване на метаболитни механизми

Част Б

В 1. Изберете характеристики, които са характерни само за растителните клетки
1) имат митохондрии и рибозоми
2) целулозна клетъчна стена
3) има хлоропласти
4) резервно вещество - гликоген
5) резервно вещество - нишесте
6) ядрото е заобиколено от двойна мембрана

НА 2. Изберете характеристиките, които отличават царството на бактериите от останалите царства на органичния свят.
1) хетеротрофен начин на хранене
2) автотрофен начин на хранене
3) наличието на нуклеоид
4) липса на митохондрии
5) без ядро
6) наличието на рибозоми

VZ. Намерете съответствие между структурните характеристики на клетката и царството, към което принадлежат тези клетки

Част В

C1. Дайте примери за еукариотни клетки, които нямат ядро.
C2. Докажете, че клетъчната теория обобщава редица биологични открития и предрича нови открития.

Тези структури, въпреки единството на произхода, имат значителни различия.

Общ план на клетъчната структура

Разглеждайки клетките, е необходимо преди всичко да си припомним основните закони на тяхното развитие и структура. Те имат общи структурни характеристики и се състоят от повърхностни структури, цитоплазма и постоянни структури - органели. В резултат на жизнената дейност в тях се отлагат в резерв органични вещества, които се наричат ​​включвания. Новите клетки възникват в резултат на разделянето на майчините. При този процес от една първоначална структура могат да се образуват две или повече млади структури, които са точно генетично копие на оригиналните. Клетките, които имат еднакви структурни характеристики и функции, се обединяват в тъкани. Именно от тези структури възниква образуването на органи и техните системи.

Сравнение на растителни и животински клетки: таблица

В таблицата можете лесно да видите всички прилики и разлики в клетките на двете категории.

Знаци за сравнение	растителна клетка	животинска клетка
Характеристики на клетъчната стена	Състои се от целулозен полизахарид.	Това е тънък като гликокаликс слой, състоящ се от съединения на протеини с въглехидрати и липиди.
Наличието на клетъчен център	Намира се само в клетките на нисшите водорасли.	Намира се във всички клетки.
Наличието и местоположението на ядрото	Ядрото е разположено в пристенната зона.	Ядрото се намира в центъра на клетката.
Наличие на пластиди	Наличието на пластиди от три вида: хлоро-, хромо- и левкопласти.	Нито един.
Способността за фотосинтеза	Среща се на вътрешната повърхност на хлоропластите.	Не е способен.
Метод на хранене	Автотрофен.	Хетеротрофен.
Вакуоли	Те са големи	Храносмилателни и
Резервен въглехидрат	нишесте.	Гликоген.

Основни разлики

Сравнението на растителни и животински клетки показва редица разлики в характеристиките на тяхната структура, а оттам и в процесите на живот. Така че, въпреки единството на общия план, техният повърхностен апарат се различава по химичен състав. Целулозата, която е част от клетъчната стена на растенията, им придава постоянна форма. Животинският гликокаликс, напротив, е тънък еластичен слой. Въпреки това, най-важната фундаментална разлика между тези клетки и организмите, които образуват, е в начина, по който се хранят. В цитоплазмата на растенията има зелени пластиди, наречени хлоропласти. На вътрешната им повърхност протича сложна химическа реакция, която превръща водата и въглеродния диоксид в монозахариди. Този процес е възможен само при наличие на слънчева светлина и се нарича фотосинтеза. Страничният продукт на реакцията е кислородът.

заключения

И така, сравнихме растителните и животинските клетки, техните прилики и разлики. Общи са планът на структурата, химичните процеси и състав, деление и генетичен код. В същото време растителните и животинските клетки се различават фундаментално по начина, по който подхранват организмите, които образуват.

Всички организми, които имат клетъчна структура, се разделят на две групи: предядрени (прокариоти) и ядрени (еукариоти).

Прокариотните клетки, които включват бактерии, за разлика от еукариотите, имат относително проста структура. Прокариотната клетка няма организирано ядро; тя съдържа само една хромозома, която не е отделена от останалата част на клетката с мембрана, а лежи директно в цитоплазмата. Той обаче съдържа и цялата наследствена информация на една бактериална клетка.

Цитоплазмата на прокариотите в сравнение с цитоплазмата на еукариотните клетки е много по-бедна по отношение на състава на структурите. Има множество по-малки рибозоми, отколкото в еукариотните клетки. Функционалната роля на митохондриите и хлоропластите в прокариотните клетки се изпълнява от специални, доста просто организирани мембранни гънки.

Прокариотните клетки, подобно на еукариотните клетки, са покрити с плазмена мембрана, върху която има клетъчна мембрана или лигавична капсула. Въпреки относителната си простота, прокариотите са типични независими клетки.

Сравнителна характеристика на еукариотните клетки. Различните еукариотни клетки са структурно подобни. Но наред с приликите между клетките на организмите от различни царства на живата природа има забележими разлики. Те засягат както структурни, така и биохимични характеристики.

Растителната клетка се характеризира с наличието на различни пластиди, голяма централна вакуола, която понякога избутва ядрото към периферията, и клетъчна стена, разположена извън плазмената мембрана, състояща се от целулоза. В клетките на висшите растения няма центриол в клетъчния център, който се среща само при водораслите. Резервният хранителен въглехидрат в растителните клетки е нишестето.

В клетките на представители на царството на гъбите клетъчната стена обикновено се състои от хитин, веществото, от което е изграден външният скелет на членестоногите. Има централна вакуола, няма пластиди. Само някои гъби имат центриол в клетъчния център. Въглехидратът за съхранение в гъбичните клетки е гликогенът.

В животинските клетки няма плътна клетъчна стена, няма пластиди. В животинската клетка няма централна вакуола. Центриолът е характерен за клетъчния център на животинските клетки. Гликогенът също е резервен въглехидрат в животинските клетки.

Въпрос номер 6. Жизнен и митотичен цикъл на клетките

Важно свойство на клетката като жива система е нейната способност за самовъзпроизвеждане, което е в основата на процесите на растеж, развитие и възпроизводство на организмите. Клетките на тялото са изложени на различни вредни фактори, износват се и стареят. Следователно всяка отделна клетка трябва в крайна сметка да умре. За да продължи да живее един организъм, той трябва да произвежда нови клетки със същата скорост, с която старите умират. Следователно клетъчното делене е предпоставка за живот на всички живи организми. Един от основните видове клетъчно делене е митозата. Митозата е разделяне на клетъчното ядро, когато се образуват две дъщерни клетки с набор от хромозоми, които клетката майка има. Разделянето на ядрото е последвано от делене на цитоплазмата. Митотичното делене води до увеличаване на броя на клетките, което осигурява процесите на растеж, регенерация и подмяна на клетките във всички висши животни и растения. При едноклетъчните организми митозата е механизмът на безполово размножаване. Хромозомите играят основна роля в процеса на клетъчно делене, тъй като осигуряват предаването на наследствена информация и участват в регулирането на клетъчния метаболизъм.

Последователността от процеси между образуването на клетката и нейното разделяне на дъщерни клетки се нарича клетъчен цикъл. В интерфазата на цикъла количеството на ДНК в хромозомите се удвоява. Митозата осигурява генетичната стабилност на следващите поколения клетки.

Живот и клетъчни цикли на клетките

Възможни дестинации

периодизация

В живота на клетката се разграничават жизнен цикъл и клетъчен цикъл. Жизненият цикъл е много по-дълъг - това е периодът от образуването на клетка в резултат на деленето на майчината клетка и до следващия участък или до смъртта на клетката. През целия живот клетките растат, диференцират се и изпълняват специфични функции. Клетъчният цикъл е много по-кратък. Това е същинският процес на подготовка за делене (интерфаза) и самото делене (митоза). Следователно този цикъл се нарича още митотичен. Такава периодизация (на жизнения и митотичния цикъл) е доста произволна, тъй като животът на клетката е непрекъснат, неделим процес. И така, в ембрионалния период, когато клетките се делят бързо, жизненият цикъл съвпада с клетъчния (митотичен). След диференциалните клетки, когато всяка от тях изпълнява определена функция, жизненият цикъл е дълъг от митотичен. Клетъчният цикъл се състои от интерфаза, митоза и цитокинеза. Продължителността на клетъчния цикъл варира от организъм до организъм.

Интерфазата е подготовката на клетката за делене, тя представлява 90% от целия клетъчен цикъл. На този етап протичат най-активните метални процеси. Ядрото има хомогенен вид - изпълнено е с тънка мрежа, състояща се от доста дълги и тънки нишки, припокриващи се една върху друга - хромонеми. Ядро със съответна форма, заобиколено от двусферична ядрена мембрана с пори с диаметър около 40 µm. В интерфазното ядро ​​се извършва подготовка за разделяне, интерфазата е разделена на определени периоди: G1 - периодът, предшестващ репликацията на ДНК; S-период на репликация на ДНК; G2 е периодът от края на репликацията до началото на митозата. Продължителността на всеки период може да се определи с авторадиографския метод.

Пресинтетичният период (G1 - от англ. Gap - интервал) настъпва непосредствено след секцията. Тук протичат следните биохимични процеси: синтезът на макромолекулни структури, необходими за изграждането на хромозомите и ахроматичния апарат (ДНК, РНК, хистони и други протеини), увеличава се броят на рибозомите и митохондриите и се натрупва енергиен материал за структурни пренареждания и сложни процеси. движения по време на делене. Клетката расте интензивно и може да изпълнява своята функция. Наборът от генетичен материал ще бъде 2p2s.

В синтетичния период (S) ДНК се удвоява, всяка хромозома в резултат на репликация създава структура, подобна на себе си. Осъществява се синтеза на РНК и протеини, митотичния апарат и точното удвояване на центриолите. Те се разминават в различни посоки, образувайки два полюса. Наборът от генетичен материал е 2n4s. След това идва постсинтетичният период (G2) – клетката съхранява енергия. Синтезират се протеини на ахроматиновото вретено, тече подготовка за митоза. Генетичният материал е 2n4s. След като клетката достигне определено състояние: натрупване на протеини, удвояване на количеството на ДНК и др., тя е готова за делене - митоза

Според структурата си клетките на всички живи организми могат да бъдат разделени на две големи части: безядрени и ядрени организми.

За да се сравни структурата на растителна и животинска клетка, трябва да се каже, че и двете структури принадлежат към надцарството на еукариотите, което означава, че съдържат мембранна мембрана, морфологично оформено ядро ​​и органели за различни цели .

Във връзка с

Съученици

	зеленчук	Животно
Метод на хранене	автотрофен	Хетеротрофен
клетъчна стена	Той се намира отвън и е представен от целулозна обвивка. Не променя формата си	Нарича се гликокаликс - тънък слой клетки от протеинова и въглехидратна природа. Конструкцията може да променя формата си.
Клетъчен център	Не. Може да се среща само в по-ниски растения	Яжте
дивизия	Между дъщерните структури се формира дял	Между дъщерните структури се образува стеснение
Резервен въглехидрат	нишесте	Гликоген
пластиди	Хлоропласти, хромопласти, левкопласти; се различават един от друг в зависимост от цвета	Не
Вакуоли	Големи кухини, които са пълни с клетъчен сок. Съдържат голямо количество хранителни вещества. Осигурете тургорно налягане. Има сравнително малко от тях в клетката.	Множество малки храносмилателни, в някои - контрактилни. Структурата е различна от растителните вакуоли.

Структурни характеристики на растителната клетка:

Структурни характеристики на животинската клетка:

Кратко сравнение на растителни и животински клетки

Какво следва от това

1. Основното сходство в характеристиките на структурата и молекулярния състав на растителните и животинските клетки показва връзката и единството на техния произход, най-вероятно от едноклетъчни водни организми.
2. И двата вида съдържат много елементи от периодичната таблица, които съществуват главно под формата на сложни съединения от неорганичен и органичен характер.
3. Различното обаче е, че в процеса на еволюцията тези два вида клетки са се отдалечили много една от друга, т.к. от различни неблагоприятни въздействия на външната среда, те имат напълно различни методи на защита и също имат различни начини на хранене един от друг.
4. Растителната клетка се различава главно от животинската клетка със здрава обвивка, състояща се от целулоза; специални органели - хлоропласти с хлорофилни молекули в състава си, с помощта на които извършваме фотосинтеза; и добре развити вакуоли с запас от хранителни вещества.

Клетъчна стена: еукариоти Храни се в растения, гъби; липсва при животни при животни. Състои се от целулоза (в растенията) или хитин (в гъбите) прокариоти: Да. Състои се от полимерни протеиново-въглехидратни молекули

Клетъчна (плазмена) мембрана еукариоти Има прокариоти.

Ядро: при еукариотите Има и е заобиколено от мембрана при прокариотите Ядрена област; няма ядрена мембрана

Про и еукариотите имат цитоплазма

Хромозоми.еукариоти.Линейни, съдържат протеин. Транскрипцията се извършва в ядрото, транслацията в цитоплазмата Прокариоти Циркулярни; почти не съдържа протеини. Транскрипцията и транслацията се извършват в цитоплазмата

Ендоплазмен ретикулум (EPS) при еукариоти Да. При прокариоти Не

Еукариотите имат рибозоми, прокариотите ги имат, но те са по-малки

Комплекс Голджи.при еукариотите Прокариотите имат No

Еукариотите имат лизозоми, а прокариотите нямат

Еукариотите имат митохондрии. Прокариотите имат No

Еукариотите имат вакуоли. Повечето клетки имат вакуоли. Прокариотите имат No

Еукариотите имат реснички и флагели Всички организми с изключение на висшите растения имат реснички Прокариотите имат някои бактерии

Хлоропластите в еукариотите Имат в растителните клетки .. в прокариотите. Фотосинтезата на зелено и лилаво се случва в бактериохлорофили (пигменти)

Микротубули, микрофиламенти в еукариоти Налични в прокариоти No

10, Химичен състав на клетката

В клетки са открити около 60 елемента от периодичната система на Менделеев, които се срещат и в неживата природа. Това е едно от доказателствата за общността на живата и неживата природа. Водородът, кислородът, въглеродът и азотът са най-често срещаните в живите организми, които съставляват около 98% от масата на клетките. Това се дължи на особеностите на химичните свойства на водорода, кислорода, въглерода и азота, в резултат на което те се оказват най-подходящи за образуването на молекули, изпълняващи биологични функции. Тези четири елемента са в състояние да образуват много силни ковалентни връзки чрез сдвояване на електрони, принадлежащи на два атома. Ковалентно свързаните въглеродни атоми могат да образуват гръбнака на безброй различни органични молекули. Тъй като въглеродните атоми лесно образуват ковалентни връзки с кислород, водород, азот, а също и със сяра, органичните молекули постигат изключителна сложност и разнообразие на структура.

В допълнение към четирите основни елемента в клетката в забележими количества (10 си 100 счасти от процента) съдържа желязо, калий, натрий, калций, магнезий, хлор, фосфор и сяра. Всички останали елементи (цинк, мед, йод, флуор, кобалт, манган и др.) се намират в клетката в много малки количества и затова се наричат ​​микроелементи.

Химичните елементи са част от неорганични и органични съединения. Неорганичните съединения включват вода, минерални соли, въглероден диоксид, киселини и основи. Органичните съединения са протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, мазнини (липиди) и липоиди. Освен кислород, водород, въглерод и азот в състава им могат да бъдат включени и други елементи. Някои протеини съдържат сяра. Фосфорът е съставна част на нуклеиновите киселини. Молекулата на хемоглобина включва желязо, магнезият участва в изграждането на молекулата на хлорофила. Микроелементите, въпреки изключително ниското си съдържание в живите организми, играят важна роля в жизнените процеси. Йодът е част от хормона на щитовидната жлеза - тироксин, кобалтът е част от витамин В 12 . хормонът на инсуларната част на панкреаса - инсулин - съдържа цинк. При някои риби мястото на желязото в молекулите на пигментите, пренасящи кислород, се заема от медта.

11, Неорганични вещества

з 2 O е най-често срещаното съединение в живите организми. Съдържанието му в различните клетки варира в доста широк диапазон: от 10% в зъбния емайл до 98% в тялото на медуза, но средно е около 80% от телесното тегло. Изключително важната роля на водата в осигуряването на жизнените процеси се дължи на нейните физикохимични свойства. Полярността на молекулите и способността за образуване на водородни връзки правят водата добър разтворител за огромен брой вещества. Повечето химични реакции, протичащи в клетката, могат да протичат само във воден разтвор. Водата също участва в много химични трансформации.

Общият брой на водородните връзки между водните молекули варира в зависимост от t °. При t ° топящият се лед разрушава приблизително 15% от водородните връзки, при t ° 40 ° C - половината. При преминаване в газообразно състояние всички водородни връзки се разрушават. Това обяснява високия специфичен топлинен капацитет на водата. Когато t ° на външната среда се промени, водата абсорбира или отделя топлина поради разкъсване или ново образуване на водородни връзки. По този начин флуктуациите на t° вътре в клетката се оказват по-малки, отколкото в околната среда. Високата топлина на изпарение е в основата на ефективния механизъм на пренос на топлина при растенията и животните.

Водата като разтворител участва в явленията осмоза, която играе важна роля в жизнената дейност на клетките на тялото. Осмозата се отнася до проникването на молекули на разтворителя през полупропусклива мембрана в разтвор на вещество. Полупропускливите мембрани са мембрани, които позволяват преминаването на молекули на разтворителя, но не пропускат молекули (или йони) на разтвореното вещество. Следователно осмозата е еднопосочна дифузия на водни молекули по посока на разтвора.

минерални соли.

Повечето от неорганичните вътрешни клетки са под формата на соли в дисоциирано или твърдо състояние. Концентрацията на катиони и аниони в клетката и в нейната среда не е еднаква. Клетката съдържа доста много K и много Na. В извънклетъчната среда, например в кръвната плазма, в морската вода, напротив, има много натрий и малко калий. Клетъчната възбудимост зависи от съотношението на концентрациите на Na+, K+, Ca2+, Mg2+ йони. В тъканите на многоклетъчните животни К е част от многоклетъчно вещество, което осигурява сцеплението на клетките и тяхното правилно подреждане. Осмотичното налягане в клетката и нейните буферни свойства до голяма степен зависят от концентрацията на соли. Буферирането е способността на клетката да поддържа леко алкална реакция на съдържанието си на постоянно ниво. Буферирането вътре в клетката се осигурява главно от H2PO4 и HPO42- йони. В извънклетъчните течности и в кръвта H2CO3 и HCO3- играят ролята на буфер. Анионите свързват H йони и хидроксидни йони (OH-), поради което реакцията вътре в клетката на извънклетъчните течности практически не се променя. Неразтворимите минерални соли (например Ca фосфат) осигуряват здравина на костната тъкан на гръбначни животни и черупки на мекотели.

12. Органични вещества на клетката

катерици.

Сред органичните вещества на клетката протеините са на първо място както по количество (10 - 12% от общата клетъчна маса), така и по стойност. Протеините са полимери с високо молекулно тегло (с молекулно тегло от 6000 до 1 милион или повече), чиито мономери са аминокиселини. Живите организми използват 20 аминокиселини, въпреки че има много повече. Всяка аминокиселина съдържа аминогрупа (-NH2), която има основни свойства, и карбоксилна група (-COOH), която има киселинни свойства. Две аминокиселини се комбинират в една молекула чрез установяване на HN-CO връзка с освобождаване на водна молекула. Връзката между аминогрупата на една аминокиселина и карбоксилната група на друга се нарича пептидна връзка. Протеините са полипептиди, съдържащи десетки или стотици аминокиселини. Молекулите на различни протеини се различават една от друга по молекулно тегло, брой, състав на аминокиселините и тяхната последователност в полипептидната верига. Следователно е ясно, че протеините са с голямо разнообразие, техният брой във всички видове живи организми се оценява на 1010 - 1012.

Верига от аминокиселинни единици, свързани с ковалентни пептидни връзки в определена последователност, се нарича първична структура на протеин. В клетките протеините имат формата на спирално усукани влакна или топки (глобули). Това се обяснява с факта, че в естествения протеин полипептидната верига е нагъната по строго определен начин, в зависимост от химическата структура на съставните му аминокиселини.

Първо, полипептидната верига се навива в спирала. Възниква привличане между атомите на съседни навивки и се образуват водородни връзки, по-специално между NH- и CO-групи, разположени на съседни навивки. Верига от аминокиселини, усукана под формата на спирала, образува вторичната структура на протеина. В резултат на по-нататъшното нагъване на спиралата възниква специфична за всеки протеин конфигурация, наречена третична структура. Третичната структура се дължи на действието на адхезионните сили между хидрофобните радикали, присъстващи в някои аминокиселини и ковалентните връзки между SH групите на аминокиселината цистеин (S-S връзки). Броят на хидрофобните радикали на аминокиселините и цистеина, както и редът на тяхното подреждане в полипептидната верига е специфичен за всеки протеин. Следователно характеристиките на третичната структура на протеина се определят от неговата първична структура. Протеинът проявява биологична активност само под формата на третична структура. Следователно замяната дори на една аминокиселина в полипептидната верига може да доведе до промяна в конфигурацията на протеина и до намаляване или загуба на неговата биологична активност.

В някои случаи протеиновите молекули се комбинират помежду си и могат да изпълняват функцията си само под формата на комплекси. И така, хемоглобинът е комплекс от четири молекули и само в тази форма той е способен да свързва и транспортира кислород.Такива агрегати представляват кватернерната структура на протеина.

Според състава си протеините се разделят на два основни класа - прости и сложни. Простите протеини се състоят само от аминокиселини нуклеинови киселини (нуклеотиди), липиди (липопротеини), Me (метални протеини), P (фосфопротеини).

Функциите на белтъците в клетката са изключително разнообразни. Една от най-важните е строителната функция: протеините участват в образуването на всички клетъчни мембрани и клетъчни органели, както и на вътреклетъчните структури. От изключително значение е ензимната (каталитична) роля на протеините. Ензимите ускоряват химичните реакции, протичащи в клетката, с 10 или 100 милиона пъти. Двигателната функция се осигурява от специални контрактилни протеини. Тези протеини участват във всички видове движения, на които клетките и организмите са способни: трептене на ресничките и биене на камшичетата при протозоите, мускулна контракция при животните, движение на листата при растенията и т.н. Транспортната функция на протеините е да прикрепят химични елементи (например хемоглобинът свързва О) или биологично активни вещества (хормони) и ги пренася в тъканите и органите на тялото. Защитната функция се изразява под формата на производство на специални протеини, наречени антитела, в отговор на проникването на чужди протеини или клетки в тялото. Антителата свързват и неутрализират чужди вещества. Протеините играят важна роля като източници на енергия. С пълно разделяне на 1гр. протеини се отделят 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Въглехидрати.

Въглехидратите или захаридите са органични вещества с обща формула (CH2O)n. Повечето въглехидрати имат два пъти повече Н атоми, отколкото има О атоми, както във водните молекули. Поради това тези вещества бяха наречени въглехидрати.

В живата клетка въглехидратите се намират в количества не повече от 1-2, понякога 5% (в черния дроб, в мускулите). Най-богати на въглехидрати са растителните клетки, където съдържанието им в някои случаи достига 90% от масата на сухото вещество (семена, картофени клубени и др.).

Въглехидратите са прости и сложни. Простите въглехидрати се наричат ​​монозахариди. В зависимост от броя на въглехидратните атоми в молекулата, монозахаридите се наричат ​​триози, тетрози, пентози или хексози. От шестте въглеродни монозахариди най-важни са хексозите, глюкозата, фруктозата и галактозата. Глюкозата се съдържа в кръвта (0,1-0,12%). Пентозите рибоза и дезоксирибоза са част от нуклеиновите киселини и АТФ. Ако два монозахарида се комбинират в една молекула, такова съединение се нарича дизахарид. Хранителната захар, получена от тръстика или захарно цвекло, се състои от една молекула глюкоза и една молекула фруктоза, млечната захар - от глюкоза и галактоза.

Сложни въглехидратиобразувани от много монозахариди се наричат ​​полизахариди. Мономерът на такива полизахариди като нишесте, гликоген, целулоза е глюкозата.

Въглехидратите изпълняват две основни функции: строителна и енергийна. Целулозата образува стените на растителните клетки. Сложният полизахарид хитин е основният структурен компонент на екзоскелета на членестоногите. Хитинът изпълнява и градивна функция при гъбите. Въглехидратите играят ролята на основен източник на енергия в клетката. В процеса на окисление 1g. въглехидрати се отделят 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Нишестето в растенията и гликогенът в животните се съхраняват в клетките и служат като енергиен резерв.

Нуклеинова киселина.

Стойността на нуклеиновите киселини в клетката е много висока. Особеностите на тяхната химическа структура осигуряват възможност за съхраняване, прехвърляне и предаване на информация за структурата на протеиновите молекули към дъщерните клетки, които се синтезират във всяка тъкан на определен етап от индивидуалното развитие. Тъй като повечето от свойствата и характеристиките на клетките се дължат на протеините, ясно е, че стабилността на нуклеиновите киселини е най-важното условие за нормалното функциониране на клетките и целите организми. Всякакви промени в структурата на клетките или активността на физиологичните процеси в тях, като по този начин засягат живота. Изследването на структурата на нуклеиновите киселини е изключително важно за разбирането на унаследяването на признаците в организмите и закономерностите на функциониране както на отделните клетки, така и на клетъчните системи – тъкани и органи.

Има 2 вида нуклеинови киселини - ДНК и РНК.

ДНК е полимер, състоящ се от две нуклеотидни спирали, затворени така, че се образува двойна спирала. Мономерите на ДНК молекулите са нуклеотиди, състоящи се от азотна основа (аденин, тимин, гуанин или цитозин), въглехидрат (дезоксирибоза) и остатък от фосфорна киселина. Азотните бази в молекулата на ДНК са свързани помежду си с неравен брой Н-връзки и са подредени по двойки: аденин (А) винаги е срещу тимин (Т), гуанин (G) срещу цитозин (С). Схематично разположението на нуклеотидите в ДНК молекулата може да бъде изобразено по следния начин:

От схемата се вижда, че нуклеотидите са свързани помежду си не произволно, а избирателно. Способността за избирателно взаимодействие на аденин с тимин и гуанин с цитозин се нарича комплементарност. Допълнителното взаимодействие на определени нуклеотиди се обяснява с особеностите на пространственото разположение на атомите в техните молекули, което им позволява да се приближават един към друг и да образуват Н-връзки. В полинуклеотидна верига съседните нуклеотиди са свързани заедно чрез захар (дезоксирибоза) и остатък от фосфорна киселина.

РНК, подобно на ДНК, е полимер, чиито мономери са нуклеотиди. Азотните бази на трите нуклеотида са същите като тези, които изграждат ДНК (A, G, C); четвъртият - урацил (U) - присъства в молекулата на РНК вместо тимин. РНК нуклеотидите се различават от ДНК нуклеотидите по структурата на техния въглехидрат (рибоза вместо дезоксирибоза).

В една РНК верига нуклеотидите се свързват чрез образуване на ковалентни връзки между рибозата на един нуклеотид и остатъка от фосфорна киселина на друг.

Двуверижните РНК се различават по структура. Двуверижните РНК са пазители на генетична информация в редица вируси, т.е. изпълняват функциите на хромозомите. Едноверижните РНК извършват преноса на информация за структурата на протеините от хромозомата до мястото на техния синтез и участват в синтеза на протеини.

Има няколко вида едноверижна РНК. Имената им се дължат на тяхната функция или местоположение в клетката. По-голямата част от цитоплазмената РНК (до 80-90%) е рибозомна РНК (рРНК), съдържаща се в рибозомите. Молекулите на рРНК са относително малки и се състоят средно от 10 нуклеотида. Друг тип РНК (иРНК), която носи информация за последователността на аминокиселините в протеините, които трябва да се синтезират до рибозомите. Размерът на тези РНК зависи от дължината на ДНК сегмента, от който са синтезирани. Трансферните РНК изпълняват няколко функции. Те доставят аминокиселини до мястото на протеиновия синтез, "разпознават" (според принципа на комплементарността) триплета и РНК, съответстващи на прехвърлената аминокиселина, и извършват точната ориентация на аминокиселината върху рибозомата.

Мазнини и липоиди.

Мазнините са съединения на мастни макромолекулни киселини и тривалентен алкохол глицерол. Мазнините не се разтварят във вода – те са хидрофобни. В клетката винаги има други сложни хидрофобни мастноподобни вещества, наречени липоиди.

Една от основните функции на мазнините е енергията. При разделянето на 1гр. мазнини до CO2 и H2O се отделя голямо количество енергия - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Съдържанието на мазнини в клетката варира от 5-15% от масата на сухото вещество. В клетките на живата тъкан количеството мазнини нараства до 90%. Натрупвайки се в клетките на мастната тъкан на животните, в семената и плодовете на растенията, мазнините служат като резервен източник на енергия.

Мазнините и липоидите също изпълняват градивна функция, те са част от клетъчните мембрани. Поради лошата топлопроводимост, мазнините могат да изпълняват защитна функция. При някои животни (тюлени, китове) се отлага в подкожната мастна тъкан, образувайки слой с дебелина до 1 m. Образуването на някои липоиди предхожда синтеза на редица хормони. Следователно тези вещества също имат функцията да регулират метаболитните процеси.

18. Етапи на енергийния метаболизъм : Един процес на енергиен метаболизъм може да бъде разделен на три последователни етапа:

Първият е подготвителен. На този етап макромолекулните органични вещества в цитоплазмата се разграждат на малки молекули под действието на подходящи ензими: протеини - на аминокиселини, полизахариди (нишесте, гликоген) - на монозахариди (глюкоза), мазнини - на глицерол и мастни киселини, нуклеинови киселини - в нуклеотиди и др. .d. На този етап се отделя малко количество енергия, което се разсейва под формата на топлина.

Вторият етап е аноксичен или непълен. Веществата, образувани на подготвителния етап - глюкоза, аминокиселини и др. - Претърпяват по-нататъшно ензимно разлагане без достъп на кислород. Пример за това е ензимното окисление на глюкозата (гликолиза), което е един от основните източници на енергия за всички живи клетки. Гликолизата е многоетапен процес на разграждане на глюкозата при анаеробни (безкислородни) условия до пирогроздена киселина (PVA) и след това до млечна, оцетна, маслена киселина или етилов алкохол, протичащи в клетъчната цитоплазма. Преносителят на електрони и протони в тези редокс реакции е никотинамид аденин динуклеотид (NAD) и неговата редуцирана форма NAD *H. Продуктите на гликолизата са пирогроздена киселина, водород под формата на NADH и енергия под формата на ATP.
При различни видове ферментация по-нататъшната съдба на продуктите от гликолизата е различна. В животински клетки и множество бактерии PVC се редуцира до млечна киселина. Добре известната млечнокисела ферментация (по време на отписването на млякото, образуването на заквасена сметана, кефир и др.) се причинява от млечнокисели гъбички и бактерии.
По време на алкохолната ферментация продуктите на гликолизата са етилов алкохол и CO2. За други микроорганизми продуктите на ферментация могат да бъдат бутилов алкохол, ацетон, оцетна киселина и др.
По време на безкислородното разделяне част от освободената енергия се разсейва под формата на топлина, а част се натрупва в молекулите на АТФ.

Третият етап от енергийния метаболизъм - етапът на разделяне на кислорода или аеробно дишане, се случва в митохондриите. Ензимите, способни да пренасят електрони, играят важна роля в процеса на окисляване на този етап. Структурите, които осигуряват преминаването на третия етап, се наричат ​​електронтранспортна верига. Молекулите - енергийни носители, които са получили енергиен заряд на втория етап на окисление на глюкозата, влизат в електронната транспортна верига. Електроните от молекулите - носители на енергия, сякаш на стъпки, се движат по връзките на веригата от по-високо енергийно ниво към по-ниско. Освободената енергия се използва за зареждане на АТФ молекулите. Електроните на молекулите - носители на енергия, които дадоха енергия за "зареждането" на АТФ, в крайна сметка се комбинират с кислорода. В резултат на това се образува вода. Във веригата за пренос на електрони кислородът е крайният приемник на електрони. Следователно кислородът е необходим на всички живи същества като основен приемник на електрони. Кислородът осигурява потенциална разлика във веригата за транспортиране на електрони и, така да се каже, привлича електрони от високите енергийни нива на молекулите на енергийния носител към своето ниско енергийно ниво. По пътя се синтезират богати на енергия ATP молекули.

15. Тройност - значима единица на кода е комбинация от три нуклеотида (триплет или кодон).

Приемственост - между тройките няма препинателни знаци, тоест информацията се чете непрекъснато.

не препокриващи се - един и същи нуклеотид не може да бъде част от два или повече триплета едновременно (не се наблюдава при някои припокриващи се гени на вируси, митохондрии и бактерии, които кодират няколко протеини с изместване на рамката).

Еднозначност (конкретност)- определен кодон съответства само на една аминокиселина (но UGA кодонът в Euplotes crassus кодира две аминокиселини - цистеин и селеноцистеин)

Дегенерация (излишък)Няколко кодона могат да съответстват на една и съща аминокиселина.

Универсалност- генетичният код работи по един и същи начин в организми с различни нива на сложност - от вируси до хора (на това се основават методите на генното инженерство; има редица изключения, показани в таблицата в "Варианти на стандартния генетичен код" " раздел по-долу).

Устойчивост на шум- мутации на нуклеотидни замествания, които не водят до промяна в класа на кодираната аминокиселина, се наричат ​​консервативни; мутации на нуклеотидни замествания, които водят до промяна в класа на кодираната аминокиселина, се наричат ​​радикални. Генетичният код е метод, общ за всички живи организми за кодиране на аминокиселинната последователност на протеините, използвайки последователност от нуклеотиди.

В ДНК се използват четири азотни бази - аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T), които в рускоезичната литература се означават с буквите A, G, C и T. Тези букви правят нагоре по азбуката на генетичния код. В РНК се използват същите нуклеотиди, с изключение на тимина, който се заменя с подобен нуклеотид - урацил, който се обозначава с буквата U (U в рускоезичната литература). В молекулите на ДНК и РНК нуклеотидите се подреждат във вериги и по този начин се получават последователности от генетични букви.

Генетичен код

Протеините на почти всички живи организми са изградени само от 20 вида аминокиселини. Тези аминокиселини се наричат ​​канонични. Всеки протеин представлява верига или няколко вериги от аминокиселини, свързани в строго определена последователност. Тази последователност определя структурата на протеина и следователно всички негови биологични свойства.

Внедряването на генетична информация в живите клетки (т.е. синтеза на протеин, кодиран от ген) се извършва с помощта на два матрични процеса: транскрипция (т.е. синтез на иРНК върху ДНК шаблон) и транслация на генетичния код в аминокиселинна последователност (синтез на полипептидна верига върху иРНК). Три последователни нуклеотида са достатъчни, за да кодират 20 аминокиселини, както и стоп сигнала, което означава край на протеиновата последователност. Набор от три нуклеотида се нарича триплет. Приетите съкращения, съответстващи на аминокиселини и кодони, са показани на фигурата.

Свойства на ДНК молекулите

Генетичната информация във всички клетки е кодирана като последователност от нуклеотиди в дезоксирибонуклеиновата киселина. Първата стъпка в прилагането на тази информация е образуването на свързана ДНК молекула - рибонуклеинова киселина, която от своя страна участва в синтеза на специфични протеини. Фенотипните черти на всеки организъм в крайна сметка се проявяват в разнообразието и броя на протеините, кодирани от ДНК. Информационна връзка между молекулите на генетичния апарат – ДНК, РНК и белтъци.

За да може генетичната информация да бъде предадена от едно поколение клетки на следващото, трябва да се извърши репликация на ДНК, процес, при който родителските ДНК молекули се дублират и след това се разпределят между потомците. Този процес трябва да се извърши с голяма прецизност и повреди или случайни грешки, които възникват в ДНК по време на или между циклите на репликация, трябва да бъдат коригирани, преди да влязат в геномите на потомците. Освен това, за да се формира фенотип, трябва да се изрази генетична информация. Във всички клетъчни организми генната експресия включва копиране на ДНК за образуване на РНК и последващо транслиране на РНК в протеини. Транскрипцията произвежда няколко вида РНК. Някои от тях, информационни РНК, кодират протеини, докато други участват в различни процеси, необходими за сглобяването на пълен протеин. ДНК не само кодира ензимния механизъм на клетката; участва в процесите на възстановяване и при определени условия в него може да настъпи преструктуриране. Репликацията, възстановяването и пренареждането на ДНК са ключовите процеси, чрез които организмите поддържат и променят своя фенотип.

В много вируси генетичната информация също е кодирана в ДНК. Механизмите на репликация, възстановяване, пренареждане и експресия на вирусна ДНК са подобни на тези, използвани от клетките в други организми. Геномът на някои вируси е представен не от ДНК, а от РНК. Геномната РНК на такива вируси или директно се транслира в протеини, или притежава генетичната информация, необходима за синтеза на РНК молекули, които от своя страна се транслират в протеини. Тези вируси, в които геномът е представен от РНК по време на целия жизнен цикъл, трябва сами да репликират родителската РНК, за да произведат потомство от вирусни частици. Има клас ретровируси, чийто репродуктивен цикъл започва с факта, че тяхната генетична информация се транслира в ДНК в хода на така наречената обратна транскрипция. Получените ДНК копия или провируси са способни на репликация и експресия само след интегриране в хромозомната ДНК на клетката. В тази интегрирана форма вирусните геноми се репликират заедно с ДНК на клетката гостоприемник и използват транскрипционната машина на клетката, за да генерират ново поколение вирусни геноми и иРНК, необходими за синтезиране на вирусни протеини.

Ключът към трансфера на генетична информация между нуклеиновите киселини, независимо дали става въпрос за репликация, транскрипция или обратна транскрипция, е, че молекулата на нуклеиновата киселина се използва като шаблон в насоченото сглобяване на идентични или свързани структури. Доколкото е известно, информацията, съхранявана в протеините, не се използва за сглобяване на съответните нуклеинови киселини, т.е. обратният превод не е открит. Независимо от това, протеините играят ключова роля в трансфера на информация както между нуклеиновите киселини, така и от нуклеиновите киселини към протеините.

Структурата и поведението на ДНК Компонентите на молекулата на ДНК и химичните връзки, които ги свързват С помощта на химични и физични методи е установено, че ДНК е полимер, състоящ се от четири различни, но свързани мономера. Всеки мономер - нуклеотид - съдържа една от четирите хетероциклични азотни бази: аденин, гуанин, цитозин или тимин, свързани с дезоксирибоза фосфат. Дългите полинуклеотидни вериги се образуват чрез свързване на дезоксирибозни остатъци на съседни нуклеотиди с помощта на фосфодиестерни връзки. Всеки фосфат свързва хидроксилната група при 3-въглеродната дезоксирибоза на един нуклеотид с ОН групата при 5-въглеродната дезоксирибоза на съседния нуклеотид.

Честотата на срещане в определено съседство на всеки две бази в ДНК на бактерии, бактериофаги и дрожди зависи от количественото съдържание на тези бази в ДНК. Честотата на поява на 5'-CG-3' и 5'-GC-3' в прокариотната ДНК е почти еднаква и близка до случайната; същото може да се каже за динуклеотидите 5'-GA-3' и 5'-AG-3'. Въпреки това, в ДНК на животни, животински вируси и растения, честотите на 5'-CG-3' са от 1/2 до 1/5 от честотите на 5'-GC-3'. По този начин последователността 5'-CG-3' е доста рядка в ДНК на висши еукариоти; това се дължи на способността на този динуклеотид да служи като мишена за метилиране и на неговата роля в регулирането на генната експресия.

След края на цикъла на синтез на ДНК някои пуринови и пиримидинови бази могат да претърпят химична модификация. В резултат на това някои ДНК съдържат 5-метилцитозин, 5-хидроксиметилцитозин, 5-хидроксиметилурацил и N-метиладенин. В ДНК на някои бактериофаги моно- или дизахаридите са прикрепени към хидроксиметиловата група на хидроксиметилцитозин чрез гликозидна връзка. ДНК на повечето нисши еукариоти и безгръбначни съдържа сравнително малко 5-метилцитозин и N'-метиладенин. При гръбначните обаче основното метилиране е често срещано явление, като 5-метилцитозинът е най-често срещаният. Доказано е, че повече от 95% от метиловите групи в ДНК на гръбначните рядко се срещат в цитозиновите остатъци.от срещаните CG динуклеотиди и над 50% от тези динуклеотиди са метилирани.Има ясни индикации, че степента на метилиране на някои CG-съдържащи последователности е важен фактор в регулиране на експресията на определени гени. В растенията 5-метилцитозинът може да бъде открит в CG динуклеотиди и CNG тринуклеотиди.