Poređenje ćelija iz različitih kraljevstava eukariota. Poređenje eukariotskih i prokariotskih ćelija. Osobine strukture biljnih, životinjskih i gljivičnih stanica

Nauka koja proučava strukturu i funkciju ćelija - citologija .

Ćelije se mogu razlikovati jedna od druge po obliku, strukturi i funkciji, iako su osnovni strukturni elementi većine ćelija slični. Sistematske grupe ćelija – prokariotski I eukariotski (nadkraljevstva prokariota i eukariota) .

Prokariotske ćelije ne sadrže pravo jezgro i određeni broj organela (kraljevstvo zgnječene ćelije).
Eukariotske ćelije sadrže jezgro u kojem se nalazi nasljedni aparat organizma (nadcarstva gljiva, biljaka, životinja).

Svaki organizam se razvija iz ćelije.
Ovo se odnosi na organizme koji su rođeni kao rezultat i aseksualnih i seksualnih metoda razmnožavanja. Zbog toga se ćelija smatra jedinicom rasta i razvoja organizma.

Prema načinu ishrane i građi ćelija dele se na kraljevstva :

• Drobyanki;
• Mushrooms;
• Biljke;
• Životinje.

Bakterijske ćelije (kraljevstvo Drobyanka) imaju: gust ćelijski zid, jedan kružni DNK molekul (nukleoid), ribozome. Ovim stanicama nedostaju mnoge organele karakteristične za eukariotske biljne, životinjske i gljivične stanice. Bakterije se prema načinu ishrane dijele na fototrofe, kemotrofe i heterotrofe.

Gljivične ćelije prekriven staničnim zidom koji se po hemijskom sastavu razlikuje od staničnih zidova biljaka. Sadrži hitin, polisaharide, proteine ​​i masti kao glavne komponente. Rezervna supstanca gljivičnih i životinjskih ćelija je glikogen.

Biljne ćelije sadrže: hloroplaste, leukoplaste i hromoplaste; okružene su gustim ćelijskim zidom od celuloze i takođe imaju vakuole sa ćelijskim sokom. Sve zelene biljke su autotrofni organizmi.

U životinjske ćelije nema gustih ćelijskih zidova. Okruženi su ćelijskom membranom kroz koju se odvija razmjena tvari sa okolinom.

TEMATSKI ZADACI

dio A

A1. Što je od sljedećeg u skladu sa ćelijskom teorijom?
1) ćelija je elementarna jedinica nasljeđa
2) ćelija je jedinica reprodukcije
3) ćelije svih organizama su različite po svojoj građi
4) ćelije svih organizama imaju različit hemijski sastav

A2. Predćelijski oblici života uključuju:
1) kvasac
2) penicilij
3) bakterije
4) virusi

A3. Biljna ćelija se razlikuje od ćelije gljivice po strukturi:
1) jezgra
2) mitohondrije
3) ćelijski zid
4) ribozomi

A4. Jedna ćelija se sastoji od:
1) virus gripa i ameba
2) mukor gljiva i kukavičja lan
3) planaria i volvox
4) zelena euglena i trepavice

A5. Prokariotske ćelije imaju:
1) jezgro
2) mitohondrije
3) Golgijev aparat
4) ribozomi

A6. Vrsta ćelije je označena sa:
1) oblik jezgra
2) broj hromozoma
3) struktura membrane
4) primarna struktura proteina

A7. Uloga ćelijske teorije u nauci je
1) otvaranje ćelijskog jezgra
2) otvaranje ćelije
3) generalizacija znanja o građi organizama
4) otkrivanje metaboličkih mehanizama

Dio B

U 1. Odaberite osobine karakteristične samo za biljne ćelije
1) postoje mitohondrije i ribozomi
2) ćelijski zid od celuloze
3) postoje hloroplasti
4) supstanca za skladištenje - glikogen
5) rezervna supstanca – skrob
6) jezgro je okruženo dvostrukom membranom

U 2. Odaberite karakteristike koje razlikuju kraljevstvo bakterija od ostatka kraljevstva organskog svijeta.
1) heterotrofni način ishrane
2) autotrofni način ishrane
3) prisustvo nukleoida
4) odsustvo mitohondrija
5) odsustvo jezgra
6) prisustvo ribozoma

VZ. Pronađite korespondenciju između strukturnih karakteristika ćelije i kraljevstava kojima te ćelije pripadaju

Dio C

C1. Navedite primjere eukariotskih ćelija koje nemaju jezgro.
C2. Dokažite da je ćelijska teorija generalizirala brojna biološka otkrića i predvidjela nova otkrića.

Ove strukture, uprkos jedinstvu porekla, imaju značajne razlike.

Opšti plan strukture ćelije

Kada se razmatraju ćelije, potrebno je prije svega zapamtiti osnovne obrasce njihovog razvoja i strukture. Imaju zajedničke strukturne karakteristike i sastoje se od površinskih struktura, citoplazme i stalnih struktura – organela. Kao rezultat vitalne aktivnosti, u njima se talože organske tvari zvane inkluzije. Nove ćelije nastaju kao rezultat diobe majčinih stanica. Tokom ovog procesa od jedne originalne mogu se formirati dvije ili više mladih struktura koje su tačna genetska kopija originalnih. Ćelije, ujednačene po svojim strukturnim karakteristikama i funkcijama, spajaju se u tkiva. Upravo iz ovih struktura dolazi do formiranja organa i njihovih sistema.

Poređenje biljnih i životinjskih ćelija: tabela

Na tabeli možete lako uočiti sve sličnosti i razlike u ćelijama obe kategorije.

Karakteristike za poređenje	biljna ćelija	životinjska ćelija
Karakteristike ćelijskog zida	Sastoji se od celuloznog polisaharida.	To je glikokaliks, tanak sloj koji se sastoji od spojeva proteina s ugljikohidratima i lipidima.
Prisustvo ćelijskog centra	Nalazi se samo u ćelijama nižih biljaka algi.	Nalazi se u svim ćelijama.
Prisutnost i lokacija jezgra	Jezgro se nalazi u zoni uz zid.	Jezgro se nalazi u centru ćelije.
Prisustvo plastida	Prisustvo tri vrste plastida: hloro-, hromo- i leukoplasta.	Nema.
Kapacitet za fotosintezu	Javlja se na unutrašnjoj površini hloroplasta.	Nije sposoban.
Način ishrane	Autotrofno.	Heterotrofno.
Vakuole	Veliki su	Digestive and
Skladištenje ugljenih hidrata	Škrob.	Glikogen.

Glavne razlike

Poređenje biljnih i životinjskih ćelija ukazuje na brojne razlike u karakteristikama njihove strukture, a samim tim i njihovih životnih procesa. Dakle, uprkos jedinstvu generalnog plana, njihov se površinski aparat razlikuje po hemijskom sastavu. Celuloza, koja je dio ćelijskog zida biljaka, daje im trajni oblik. Životinjski glikokaliks je, naprotiv, tanak elastični sloj. Međutim, najvažnija fundamentalna razlika između ovih ćelija i organizama koje formiraju je način na koji se hrane. Biljke u svojoj citoplazmi imaju zelene plastide zvane hloroplasti. Na njihovoj unutrašnjoj površini odvija se složena kemijska reakcija, pretvarajući vodu i ugljični dioksid u monosaharide. Ovaj proces je moguć samo u prisustvu sunčeve svjetlosti i naziva se fotosinteza. Nusprodukt reakcije je kisik.

zaključci

Dakle, uporedili smo biljne i životinjske ćelije, njihove sličnosti i razlike. Zajedničke karakteristike su plan strukture, hemijski procesi i sastav, podela i genetski kod. U isto vrijeme, biljne i životinjske stanice se bitno razlikuju u načinu na koji hrane organizme koje formiraju.

Svi organizmi sa ćelijskom strukturom dijele se u dvije grupe: prenuklearne (prokarioti) i nuklearne (eukarioti).

Stanice prokariota, koje uključuju bakterije, za razliku od eukariota, imaju relativno jednostavnu strukturu. Prokariotska stanica nema organizirano jezgro, sadrži samo jedan hromozom, koji nije odvojen od ostatka ćelije membranom, već leži direktno u citoplazmi. Međutim, on također bilježi sve nasljedne informacije bakterijske ćelije.

Citoplazma prokariota, u poređenju sa citoplazmom eukariotskih ćelija, znatno je siromašnija po strukturnom sastavu. Postoje brojni manji ribozomi nego u eukariotskim ćelijama. Funkcionalnu ulogu mitohondrija i hloroplasta u prokariotskim stanicama obavljaju posebni, prilično jednostavno organizirani membranski nabori.

Prokariotske ćelije, kao i eukariotske ćelije, prekrivene su plazma membranom, na vrhu koje se nalazi ćelijska membrana ili mukozna kapsula. Uprkos relativnoj jednostavnosti, prokarioti su tipične nezavisne ćelije.

Komparativne karakteristike eukariotskih ćelija. Struktura različitih eukariotskih ćelija je slična. No, uz sličnosti između stanica organizama različitih carstava žive prirode, primjetne su razlike. One se odnose i na strukturne i na biohemijske karakteristike.

Biljnu ćeliju karakterizira prisustvo raznih plastida, velika centralna vakuola, koja ponekad potiskuje jezgro na periferiju, kao i ćelijski zid koji se nalazi izvan plazma membrane, a sastoji se od celuloze. U ćelijama viših biljaka, ćelijskom centru nedostaje centriol, koji se nalazi samo u algama. Rezervni hranljivi ugljeni hidrat u biljnim ćelijama je skrob.

U stanicama predstavnika gljivičnog carstva, stanični zid obično se sastoji od hitina, tvari od koje je izgrađen egzoskelet artropoda. Postoji centralna vakuola, nema plastida. Samo neke gljive imaju centriol u centru ćelije. Ugljikohidrat za skladištenje u gljivičnim stanicama je glikogen.

Životinjske ćelije nemaju gust ćelijski zid i plastide. U životinjskoj ćeliji nema centralne vakuole. Centriol je karakterističan za ćelijski centar životinjskih ćelija. Glikogen je također rezervni ugljikohidrat u životinjskim stanicama.

Pitanje br. 6. Životni i mitotički ciklusi ćelija

Važno svojstvo ćelije kao živog sistema je njena sposobnost da se sama reprodukuje, što je u osnovi procesa rasta, razvoja i reprodukcije organizama. Ćelije tijela su izložene raznim štetnim faktorima, troše se i stare. Dakle, svaka pojedinačna ćelija mora na kraju umrijeti. Da bi tijelo nastavilo živjeti, mora proizvoditi nove ćelije istom brzinom kojom stare umiru. Stoga je dioba stanica obavezan uvjet života za sve žive organizme. Jedna od glavnih vrsta diobe stanica je mitoza. Mitoza je podjela ćelijskog jezgra koja proizvodi dvije kćerke ćelije sa istim skupom hromozoma kao i matična ćelija. Nakon diobe jezgra slijedi podjela citoplazme. Mitotička dioba dovodi do povećanja broja stanica, što osigurava procese rasta, regeneracije i zamjene stanica kod svih viših životinja i biljaka. Kod jednoćelijskih organizama mitoza je mehanizam aseksualne reprodukcije. Hromozomi igraju glavnu ulogu u procesu diobe stanica, jer osiguravaju prijenos nasljednih informacija i učestvuju u regulaciji metabolizma ćelije.

Niz procesa koji se odvijaju između formiranja ćelije i njene podjele na ćelije kćeri naziva se ćelijski ciklus. Tokom međufaze ciklusa, količina DNK u hromozomima se udvostručuje. Mitoza osigurava genetsku stabilnost narednih generacija ćelija.

Život i ćelijski ciklusi ćelija

Mogući smjerovi

Periodizacija

U životu ćelije pravi se razlika između životnog ciklusa i ćelijskog ciklusa. Životni ciklus je mnogo duži - ovo je period od formiranja ćelije kao rezultat deobe ćelije majke i do sledećeg preseka ili smrti ćelije. Tijekom života stanice rastu, diferenciraju se i obavljaju određene funkcije. Ćelijski ciklus je mnogo kraći. Ovo je stvarni proces pripreme za diobu (interfaza) i samu diobu (mitoza). Stoga se ovaj ciklus naziva i mitotički. Takva periodizacija (životnog ciklusa i mitotičkog ciklusa) je prilično konvencionalna, jer je život ćelije kontinuiran, nedjeljiv proces. Dakle, u embrionalnom periodu, kada se ćelije brzo dijele, životni ciklus se poklapa sa ćelijskim (mitotskim). Nakon diferenciranih ćelija, kada svaka od njih obavlja određenu funkciju, životni ciklus je dug od mitotičkog. Ćelijski ciklus se sastoji od interfaze, mitoze i citokineze. Dužina ćelijskog ciklusa varira među organizmima.

Interfaza je priprema ćelije za diobu i čini 90% cjelokupnog ćelijskog ciklusa. U ovoj fazi se javljaju najaktivniji metalni procesi. Jezgro je homogenog izgleda - ispunjeno je tankom mrežicom, koja se sastoji od prilično dugih i tankih niti međusobno povezanih - hromonemata. Jezgro je odgovarajućeg oblika, okruženo dvosfernom nuklearnom membranom sa porama prečnika oko 40 μm. U interfaznom jezgru se odvija priprema za podelu, interfaza se deli na određene periode: G1 - period koji prethodi replikaciji DNK; S-period replikacije DNK; G2 je period od kraja replikacije do početka mitoze. Trajanje svakog perioda može se odrediti metodom autoradiografije.

Presintetički period (G1 - od engleskog Gap - interval) počinje odmah nakon sekcije. Ovdje se odvijaju sljedeći biohemijski procesi: sinteza makromolekularnih molekula neophodnih za izgradnju hromozoma i akromatskog aparata (DNK, RNA, histoni i drugi proteini), povećava se broj ribozoma i mitohondrija, dolazi do akumulacije energetskog materijala za implementaciju strukturnih prestrojavanja i složenih pokreta tokom podjele. Ćelija brzo raste i može obavljati svoju funkciju. Skup genetskog materijala će biti 2p2s.

U sintetičkom periodu (S), DNK se udvostručuje; svaki kromosom, kao rezultat replikacije, stvara sličnu strukturu za sebe. Dolazi do sinteze RNK i proteina, mitotičkog aparata i tačnog udvostručavanja centriola. Razilaze se u različitim smjerovima, formirajući dva pola. Skup genetskog materijala je 2p4s. Slijedi postsintetski period (G2) - ćelija skladišti energiju. Sintetiziraju se proteini vretena ahromatina i u toku su pripreme za mitozu. Genetski materijal je 2p4s. Nakon što ćelija dostigne određeno stanje: akumulacija proteina, udvostručenje količine DNK, itd., spremna je za podjelu - mitoza

Prema svojoj građi, ćelije svih živih organizama mogu se podijeliti u dva velika dijela: nenuklearni i nuklearni organizmi.

Za usporedbu strukture biljnih i životinjskih stanica treba reći da obje ove strukture pripadaju nadcarstvu eukariota, što znači da sadrže membransku membranu, morfološki oblikovano jezgro i organele različite namjene.

U kontaktu sa

Drugovi iz razreda

	Povrće	Životinja
Način ishrane	Autotrofno	Heterotrofno
Ćelijski zid	Nalazi se izvana i predstavljen je celuloznom ljuskom. Ne mijenja svoj oblik	Zove se glikokaliks, tanak je sloj ćelija proteinske i ugljikohidratne prirode. Struktura može promijeniti svoj oblik.
Ćelijski centar	br. Može se naći samo u nižim biljkama	Jedi
Division	Između struktura kćeri formira se pregrada	Nastaje sužavanje između struktura kćeri
Skladištenje ugljenih hidrata	Škrob	Glikogen
Plastidi	Kloroplasti, hromoplasti, leukoplasti; razlikuju jedni od drugih u zavisnosti od boje	br
Vakuole	Velike šupljine koje su ispunjene ćelijskim sokom. Sadrže veliku količinu hranljivih materija. Obezbedite turgor pritisak. U ćeliji ih je relativno malo.	Brojni mali digestivni, neki kontraktilni. Struktura je drugačija kod biljnih vakuola.

Karakteristike strukture biljne ćelije:

Karakteristike strukture životinjske ćelije:

Kratko poređenje biljnih i životinjskih ćelija

Šta iz ovoga sledi

1. Temeljna sličnost u strukturnim karakteristikama i molekularnom sastavu biljnih i životinjskih stanica ukazuje na srodnost i jedinstvo njihovog porijekla, najvjerovatnije od jednoćelijskih vodenih organizama.
2. Obje vrste sadrže mnoge elemente periodnog sistema, koji uglavnom postoje u obliku složenih spojeva neorganske i organske prirode.
3. Međutim, ono što je drugačije je to što su se u procesu evolucije ove dvije vrste ćelija udaljile jedna od druge, jer Imaju potpuno različite metode zaštite od raznih štetnih uticaja spoljašnje sredine, a imaju i različite načine ishrane jedni od drugih.
4. Biljna ćelija se uglavnom razlikuje od životinjske po snažnoj ljusci koja se sastoji od celuloze; posebne organele - kloroplaste s molekulama klorofila u svom sastavu, uz pomoć kojih provodimo fotosintezu; i dobro razvijene vakuole sa zalihama hranljivih materija.

Ćelijski zid: eukarioti Nalazi se u biljkama, gljivama; nema kod životinja kod životinja. Sastoji se od celuloze (u biljkama) ili hitina (u gljivama) Prokarioti: Da. Sastoji se od polimernih proteinsko-ugljikohidratnih molekula

Ćelijska (plazma) membrana eukarioti Prokarioti postoje.

Nukleus: kod eukariota Prisutno i okruženo membranom U prokariota Nuklearna regija; nema nuklearne membrane

Pro i eukarioti imaju citoplazmu

Hromozomi, eukarioti, linearni, sadrže protein. Transkripcija se dešava u jezgru, translacija u citoplazmi.prokariotski prsten; praktično ne sadrže proteine. Transkripcija i translacija se dešavaju u citoplazmi

Endoplazmatski retikulum (ER) kod eukariota Da, kod prokariota Ne

Eukarioti imaju ribozome, a prokarioti ih imaju, ali su manje veličine.

Golgijev kompleks kod eukariota Da kod prokariota Ne

Lizozomi kod eukariota Da, kod prokariota Ne.

Mitohondrije kod eukariota Da, kod prokariota Ne

Većina ćelija ima vakuole kod eukariota, a ne kod prokariota

Cilia i flagella kod eukariota Nalaze se u svim organizmima osim viših biljaka.Prokarioti nalaze se u nekim bakterijama

Hloroplasti kod eukariota. Imaju ih biljne ćelije, imaju ih prokarioti. Ne. Fotosinteza zelene i ljubičaste se odvija u bakteriohlorofilima (pigmentima)

Mikrotubule, mikrofilamenti kod eukariota Da u prokariota Ne

10. Hemijski sastav ćelije

U ćelijama je pronađeno oko 60 elemenata Mendeljejevljevog periodnog sistema, koji se nalaze i u neživoj prirodi. Ovo je jedan od dokaza zajedništva žive i nežive prirode. U živim organizmima najzastupljeniji su vodonik, kisik, ugljik i dušik, koji čine oko 98% mase stanica. To je zbog osebujnih kemijskih svojstava vodika, kisika, ugljika i dušika, zbog čega se pokazalo da su najprikladniji za stvaranje molekula koji obavljaju biološke funkcije. Ova četiri elementa su u stanju da formiraju veoma jake kovalentne veze uparujući elektrone koji pripadaju dva atoma. Kovalentno vezani atomi ugljika mogu formirati okvire bezbroj različitih organskih molekula. Budući da atomi ugljika lako formiraju kovalentne veze s kisikom, vodikom, dušikom i sumporom, organske molekule postižu izuzetnu složenost i strukturnu raznolikost.

Pored četiri glavna elementa u ćeliji u primjetnim količinama (10 s i 100 s frakcije procenta) sadrže gvožđe, kalijum, natrijum, kalcijum, magnezijum, hlor, fosfor i sumpor. Svi ostali elementi (cink, bakar, jod, fluor, kobalt, mangan itd.) nalaze se u ćeliji u vrlo malim količinama i stoga se nazivaju elementi u tragovima.

Hemijski elementi su dio neorganskih i organskih jedinjenja. Neorganska jedinjenja uključuju vodu, mineralne soli, ugljen dioksid, kiseline i baze. Organska jedinjenja su proteini, nukleinske kiseline, ugljeni hidrati, masti (lipidi) i lipoidi. Osim kisika, vodika, ugljika i dušika, mogu sadržavati i druge elemente. Neki proteini sadrže sumpor. Fosfor je sastavni dio nukleinskih kiselina. Molekul hemoglobina uključuje gvožđe, magnezijum je uključen u izgradnju molekula hlorofila. Mikroelementi, uprkos izuzetno niskom sadržaju u živim organizmima, igraju važnu ulogu u životnim procesima. Jod je dio hormona štitnjače - tiroksina, kobalt je dio vitamina B 12 . hormon otočnog dijela pankreasa - inzulin - sadrži cink. Kod nekih riba, bakar zauzima mjesto gvožđa u pigmentnim molekulima koji nose kiseonik.

11, Neorganske supstance

N 2 O je najčešće jedinjenje u živim organizmima. Njegov sadržaj u različitim ćelijama prilično varira: od 10% u zubnoj caklini do 98% u tijelu meduze, ali u prosjeku čini oko 80% tjelesne težine. Izuzetno važna uloga vode u podržavanju životnih procesa je zbog njenih fizičko-hemijskih svojstava. Polaritet molekula i sposobnost stvaranja vodikovih veza čine vodu dobrim otapalom za ogroman broj tvari. Većina hemijskih reakcija koje se odvijaju u ćeliji mogu se dogoditi samo u vodenom rastvoru. Voda je također uključena u mnoge hemijske transformacije.

Ukupan broj vodoničnih veza između molekula vode varira u zavisnosti od t °. Na t ° Kada se led topi, otprilike 15% vodoničnih veza se razara, na t° 40°C - polovina. Pri prelasku u gasovito stanje sve vodonične veze su uništene. To objašnjava visok specifični toplinski kapacitet vode. Kada se temperatura vanjskog okruženja promijeni, voda apsorbira ili oslobađa toplinu zbog pucanja ili novog stvaranja vodikovih veza. Na taj način ispada da su fluktuacije temperature unutar ćelije manje nego u okruženju. Visoka toplota isparavanja je osnova efikasnog mehanizma prenosa toplote kod biljaka i životinja.

Voda kao rastvarač učestvuje u fenomenima osmoze, koja igra važnu ulogu u životu ćelija organizma. Osmoza je prodiranje molekula rastvarača kroz polupropusnu membranu u otopinu tvari. Polupropusne membrane su one koje propuštaju molekule rastvarača, ali ne dozvoljavaju molekulima otopljenih tvari (ili jonima) da prođu. Stoga je osmoza jednosmjerna difuzija molekula vode u smjeru otopine.

Mineralne soli.

Većina neorganskih supstanci u ćelijama je u obliku soli u disociranom ili čvrstom stanju. Koncentracija kationa i anjona u ćeliji i njenom okruženju nije ista. Ćelija sadrži dosta K i puno Na. U vanćelijskom okruženju, na primjer u krvnoj plazmi, u morskoj vodi, naprotiv, ima puno natrijuma, a malo kalija. Podražljivost ćelija zavisi od odnosa koncentracija jona Na+, K+, Ca2+, Mg2+. U tkivima višećelijskih životinja, K je dio višećelijske tvari koja osigurava koheziju stanica i njihov uređeni raspored. Osmotski tlak u ćeliji i njena puferska svojstva u velikoj mjeri zavise od koncentracije soli. Puferiranje je sposobnost ćelije da održava blago alkalnu reakciju svog sadržaja na konstantnom nivou. Puferiranje unutar ćelije uglavnom se vrši pomoću jona H2PO4 i HPO42-. U ekstracelularnim tečnostima i krvi ulogu pufera imaju H2CO3 i HCO3-. Anioni vezuju H ione i hidroksidne jone (OH-), zbog čega reakcija unutar ćelije ekstracelularnih tečnosti ostaje praktički nepromijenjena. Nerastvorljive mineralne soli (na primjer, Ca fosfat) daju snagu koštanom tkivu kralježnjaka i školjki mekušaca.

12.Organske supstance ćelije

Vjeverice.

Među organskim materijama ćelije, proteini su na prvom mestu i po količini (10 - 12% ukupne mase ćelije) i po važnosti. Proteini su visokomolekularni polimeri (molekularne težine od 6000 do 1 milion i više), čiji su monomeri aminokiseline. Živi organizmi koriste 20 aminokiselina, iako ih ima mnogo više. Svaka aminokiselina sadrži amino grupu (-NH2), koja ima bazična svojstva, i karboksilnu grupu (-COOH), koja ima kisela svojstva. Dvije aminokiseline se spajaju u jedan molekul uspostavljanjem HN-CO veze, oslobađajući molekul vode. Veza između amino grupe jedne aminokiseline i karboksilne grupe druge zove se peptidna veza. Proteini su polipeptidi koji sadrže desetine i stotine aminokiselina. Molekuli različitih proteina razlikuju se jedni od drugih po molekularnoj težini, broju, sastavu aminokiselina i redoslijedu njihove lokacije u polipeptidnom lancu. Stoga je jasno da su proteini izuzetno raznoliki; njihov broj u svim vrstama živih organizama procjenjuje se na 1010 - 1012.

Lanac aminokiselinskih jedinica povezanih kovalentno peptidnim vezama u određenom nizu naziva se primarna struktura proteina. U ćelijama proteini izgledaju kao spiralno uvijena vlakna ili kuglice (globule). To se objašnjava činjenicom da je u prirodnom proteinu polipeptidni lanac raspoređen na strogo definiran način, ovisno o kemijskoj strukturi njegovih sastavnih aminokiselina.

Prvo, polipeptidni lanac se savija u spiralu. Do privlačenja dolazi između atoma susjednih zavoja i formiraju se vodikove veze, posebno između NH i CO grupa koje se nalaze na susjednim zavojima. Lanac aminokiselina, uvijen u obliku spirale, formira sekundarnu strukturu proteina. Kao rezultat daljeg savijanja heliksa, nastaje konfiguracija specifična za svaki protein, nazvana tercijarna struktura. Tercijarna struktura je posljedica djelovanja kohezivnih sila između hidrofobnih radikala prisutnih u nekim aminokiselinama i kovalentnih veza između SH grupa cisteina amino kiseline (S-S veze). Broj aminokiselina sa hidrofobnim radikalima i cisteinom, kao i redosled njihovog rasporeda u polipeptidnom lancu, specifični su za svaki protein. Shodno tome, karakteristike tercijarne strukture proteina su određene njegovom primarnom strukturom. Protein pokazuje biološku aktivnost samo u obliku tercijarne strukture. Stoga, zamjena čak i jedne aminokiseline u polipeptidnom lancu može dovesti do promjene u konfiguraciji proteina i do smanjenja ili gubitka njegove biološke aktivnosti.

U nekim slučajevima, proteinski molekuli se međusobno kombinuju i mogu obavljati svoju funkciju samo u obliku kompleksa. Dakle, hemoglobin je kompleks od četiri molekula i samo u tom obliku je sposoban da veže i prenosi kiseonik.Takvi agregati predstavljaju kvarternu strukturu proteina.

Na osnovu svog sastava, proteini se dijele u dvije glavne klase - jednostavne i složene. Jednostavni proteini se sastoje samo od aminokiselina, nukleinskih kiselina (nukleotida), lipida (lipoproteina), Me (metaloproteina), P (fosfoproteina).

Funkcije proteina u ćeliji su izuzetno raznolike. Jedna od najvažnijih je konstrukcijska funkcija: proteini su uključeni u formiranje svih staničnih membrana i ćelijskih organela, kao i unutarćelijskih struktura. Enzimska (katalitička) uloga proteina je izuzetno važna. Enzimi ubrzavaju hemijske reakcije koje se dešavaju u ćeliji 10 i 100 miliona puta. Motoričku funkciju osiguravaju posebni kontraktilni proteini. Ovi proteini su uključeni u sve vrste pokreta za koje su ćelije i organizmi sposobne: treperenje cilija i lupanje flagela kod protozoa, kontrakcija mišića kod životinja, kretanje lišća u biljkama itd. Transportna funkcija proteina je da vezuju hemijske elemente (na primjer, hemoglobin dodaje O) ili biološki aktivne tvari (hormone) i prenose ih u tkiva i organe tijela. Zaštitna funkcija se izražava u obliku proizvodnje posebnih proteina, nazvanih antitijela, kao odgovor na prodor stranih proteina ili stanica u tijelo. Antitijela vežu i neutraliziraju strane tvari. Proteini igraju važnu ulogu kao izvori energije. Sa kompletnim cijepanjem 1g. Oslobađa se 17,6 kJ (~4,2 kcal) proteina.

Ugljikohidrati.

Ugljikohidrati ili saharidi su organske tvari s općom formulom (CH2O)n. Većina ugljikohidrata ima dvostruko veći broj H atoma od broja O atoma, kao u molekulima vode. Zbog toga su te tvari nazvane ugljikohidrati.

U živoj ćeliji ugljikohidrati se nalaze u količinama koje ne prelaze 1-2, ponekad i 5% (u jetri, u mišićima). Biljne ćelije su najbogatije ugljikohidratima, gdje njihov sadržaj u nekim slučajevima dostiže 90% mase suhe tvari (sjemenke, gomolji krompira itd.).

Ugljikohidrati su jednostavni i složeni. Jednostavni ugljikohidrati nazivaju se monosaharidi. Ovisno o broju atoma ugljikohidrata u molekuli, monosaharidi se nazivaju trioze, tetroze, pentoze ili heksoze. Od šest ugljikovih monosaharida - heksoza - najvažniji su glukoza, fruktoza i galaktoza. Glukoza se nalazi u krvi (0,1-0,12%). Pentoze riboza i deoksiriboza nalaze se u nukleinskim kiselinama i ATP-u. Ako se dva monosaharida spoje u jednu molekulu, spoj se naziva disaharid. Stoni šećer, dobijen od trske ili šećerne repe, sastoji se od jednog molekula glukoze i jednog molekula fruktoze, mliječni šećer - od glukoze i galaktoze.

Složeni ugljikohidrati formirani od mnogih monosaharida nazivaju se polisaharidi. Monomer polisaharida kao što su skrob, glikogen, celuloza je glukoza.

Ugljikohidrati obavljaju dvije glavne funkcije: izgradnju i energiju. Celuloza formira zidove biljnih ćelija. Kompleksni polisaharid hitin služi kao glavna strukturna komponenta egzoskeleta artropoda. Hitin također obavlja konstrukcijsku funkciju u gljivama. Ugljikohidrati igraju ulogu glavnog izvora energije u ćeliji. Tokom procesa oksidacije 1g. Oslobađa se 17,6 kJ (~4,2 kcal) ugljikohidrata. Škrob u biljkama i glikogen u životinjama se talože u ćelijama i služe kao rezerva energije.

Nukleinske kiseline.

Važnost nukleinskih kiselina u ćeliji je veoma velika. Osobitosti njihove hemijske strukture pružaju mogućnost pohranjivanja, prijenosa i nasljeđivanja u ćelije kćeri informacija o strukturi proteinskih molekula koji se sintetiziraju u svakom tkivu u određenoj fazi individualnog razvoja. Budući da većinu svojstava i karakteristika ćelija određuju proteini, jasno je da je stabilnost nukleinskih kiselina najvažniji uslov za normalno funkcionisanje ćelija i čitavih organizama. Bilo kakve promjene u strukturi ćelija ili aktivnosti fizioloških procesa u njima, što utiče na vitalnu aktivnost. Proučavanje strukture nukleinskih kiselina izuzetno je važno za razumijevanje nasljeđivanja osobina u organizmima i obrazaca funkcionisanja kako pojedinačnih ćelija tako i ćelijskih sistema – tkiva i organa.

Postoje 2 vrste nukleinskih kiselina - DNK i RNK.

DNK je polimer koji se sastoji od dva nukleotidna spirala raspoređena tako da formiraju dvostruku spiralu. Monomeri molekula DNK su nukleotidi koji se sastoje od azotne baze (adenin, timin, gvanin ili citozin), ugljikohidrata (deoksiriboza) i ostatka fosforne kiseline. Azotne baze u molekulu DNK povezane su jedna s drugom nejednakim brojem H-veza i raspoređene su u parovima: adenin (A) je uvijek protiv timina (T), gvanin (G) protiv citozina (C). Raspored nukleotida u molekuli DNK može se shematski prikazati na sljedeći način:

Dijagram pokazuje da su nukleotidi međusobno povezani ne nasumično, već selektivno. Sposobnost selektivne interakcije adenina sa timinom i guanina sa citozinom naziva se komplementarnost. Komplementarna interakcija određenih nukleotida objašnjava se posebnostima prostornog rasporeda atoma u njihovim molekulima, što im omogućava da se približe i formiraju H-veze. U polinukleotidnom lancu, susjedni nukleotidi su međusobno povezani preko šećera (deoksiriboze) i ostatka fosforne kiseline.

RNK je, kao i DNK, polimer čiji su monomeri nukleotidi. Azotne baze tri nukleotida su iste kao one koje čine DNK (A, G, C); četvrti - uracil (U) - prisutan je u molekulu RNK umjesto timina. RNA nukleotidi se razlikuju od DNK nukleotida po strukturi ugljikohidrata koje sadrže (riboza umjesto deoksiriboze).

U lancu RNK, nukleotidi se spajaju formiranjem kovalentnih veza između riboze jednog nukleotida i ostatka fosforne kiseline drugog.

Struktura se razlikuje između dvolančane RNK. Dvolančane RNA su čuvari genetskih informacija u brojnim virusima, tj. Oni obavljaju funkcije hromozoma. Jednolančana RNK prenosi informacije o strukturi proteina od hromozoma do mesta njihove sinteze i učestvuje u sintezi proteina.

Postoji nekoliko tipova jednolančane RNK. Njihova imena su određena njihovom funkcijom ili lokacijom u ćeliji. Većina RNK u citoplazmi (do 80-90%) je ribosomalna RNK (rRNA), sadržana u ribosomima. rRNA molekuli su relativno mali i sastoje se u prosjeku od 10 nukleotida. Druga vrsta RNK (mRNA) koja nosi informacije o sekvenci aminokiselina u proteinima koji se moraju sintetizirati u ribozome. Veličina ovih RNK ​​zavisi od dužine DNK regiona iz kojeg su sintetizovane. Transfer RNA obavljaju nekoliko funkcija. Oni isporučuju aminokiseline na mjesto sinteze proteina, “prepoznaju” (po principu komplementarnosti) triplet i RNK koji odgovaraju prenesenoj aminokiselini i provode preciznu orijentaciju aminokiseline na ribosomu.

Masti i lipoidi.

Masti su spojevi visokomolekularnih masnih kiselina i trihidričnog alkohola glicerola. Masti se ne otapaju u vodi - hidrofobne su. U ćeliji uvijek postoje druge složene hidrofobne tvari slične mastima koje se nazivaju lipoidi.

Jedna od glavnih funkcija masti je energija. Tokom cijepanja 1g. masti u CO2 i H2O, oslobađa se velika količina energije - 38,9 kJ (~9,3 kcal). Sadržaj masti u ćeliji kreće se od 5-15% težine suve materije. U ćelijama živog tkiva količina masti se povećava na 90%. Akumulirajući u ćelijama masnog tkiva životinja, u sjemenkama i plodovima biljaka, mast služi kao rezervni izvor energije.

Masti i lipidi također imaju konstrukcijsku funkciju, dio su ćelijskih membrana. Zbog loše toplotne provodljivosti, mast ima zaštitnu funkciju. Kod nekih životinja (foke, kitovi) se taloži u potkožnom masnom tkivu, formirajući sloj debljine do 1 m. Stvaranje nekih lipoida prethodi sintezi niza hormona. Posljedično, ove tvari imaju i funkciju regulacije metaboličkih procesa.

18. Faze energetskog metabolizma : Jedinstveni proces energetskog metabolizma može se podijeliti u tri uzastopne faze:

Prvi od njih je pripremni. U ovoj fazi se visokomolekularne organske supstance u citoplazmi, pod dejstvom odgovarajućih enzima, razlažu na male molekule: proteini - na aminokiseline, polisaharidi (škrob, glikogen) - na monosaharide (glukoza), masti - na glicerol. a masne kiseline, nukleinske kiseline - u nukleotide itd. .d. Tokom ove faze, mala količina energije se oslobađa i rasipa kao toplota.

Druga faza je bez kiseonika ili je nepotpuna. Supstance nastale u pripremnoj fazi - glukoza, aminokiseline itd. - prolaze dalje enzimsko razlaganje bez pristupa kisiku. Primjer je enzimska oksidacija glukoze (glikoliza), koja je jedan od glavnih izvora energije za sve žive stanice. Glikoliza je višestepeni proces razgradnje glukoze u anaerobnim uslovima (bez kiseonika) do pirogrožđane kiseline (PVA), a zatim do mlečne, sirćetne, maslačne kiseline ili etil alkohola, koji se odvija u citoplazmi ćelije. Nositelj elektrona i protona u ovim redoks reakcijama je nikotinamid adenin dinukleotid (NAD) i njegov reducirani oblik NAD *H. Proizvodi glikolize su pirogrožđana kiselina, vodonik u obliku NADH i energija u obliku ATP-a.
Uz različite vrste fermentacije, dalja sudbina proizvoda glikolize je drugačija. U životinjskim stanicama i brojnim bakterijama PVK se reducira u mliječnu kiselinu. Poznatu mliječnokiselinsku fermentaciju (prilikom odlaganja mlijeka, stvaranja kisele pavlake, kefira i sl.) uzrokuju mliječne gljivice i bakterije.
Tokom alkoholne fermentacije, proizvodi glikolize su etil alkohol i CO2. Za druge mikroorganizme, proizvodi fermentacije mogu biti butil alkohol, aceton, sirćetna kiselina itd.
Tokom fisije bez kiseonika, dio oslobođene energije se raspršuje u obliku topline, a dio se akumulira u molekulima ATP-a.

Treća faza energetskog metabolizma - faza razgradnje kiseonika, odnosno aerobnog disanja, javlja se u mitohondrijima. U ovoj fazi, enzimi za prijenos elektrona igraju važnu ulogu u procesu oksidacije. Strukture koje osiguravaju prolazak treće faze nazivaju se lanac transporta elektrona. Lanac transporta elektrona prima molekule nosioca energije koji su primili energetski naboj u drugoj fazi oksidacije glukoze. Elektroni iz molekula - nosilaca energije, kreću se u koracima duž karika lanca od višeg energetskog nivoa do nižeg. Oslobođena energija se troši na punjenje ATP molekula. Elektroni molekula nosilaca energije, koji su dali energiju da bi "napunili" ATP, na kraju se kombinuju sa kiseonikom. Kao rezultat, nastaje voda. U lancu transporta elektrona, kisik je konačni prijemnik elektrona. Dakle, svim živim bićima je potreban kisik kao konačni ponor za elektrone. Kiseonik obezbeđuje razliku potencijala u lancu transporta elektrona i, takoreći, privlači elektrone sa visokih energetskih nivoa molekula nosilaca energije na niski energetski nivo. Usput se sintetišu energetski bogati ATP molekuli.

15. Trostruko - značajna jedinica koda je kombinacija tri nukleotida (triplet ili kodon).

kontinuitet - Između trojki nema znakova interpunkcije, odnosno informacije se čitaju neprekidno.

Bez preklapanja - isti nukleotid ne može istovremeno biti dio dva ili više tripleta (nije uočeno kod nekih preklapajućih genskih virusa, mitohondrija i bakterija koje kodiraju nekoliko proteina pomaka okvira).

Jedinstvenost (specifičnost)- određeni kodon odgovara samo jednoj aminokiselini (međutim, UGA kodon kod Euplotes crassusa kodira dvije aminokiseline - cistein i selenocistein)

degeneracija (višak)- nekoliko kodona može odgovarati istoj aminokiselini.

Svestranost- genetski kod radi isto u organizmima različitog nivoa složenosti - od virusa do ljudi (metode genetskog inženjeringa se zasnivaju na tome; postoji niz izuzetaka, prikazanih u tabeli u odeljku "Varijacije standardnog genetskog koda" ispod).

Otpornost na buku- mutacije nukleotidnih supstitucija koje ne dovode do promjene klase kodirane aminokiseline nazivaju se konzervativne; nukleotidne supstitucijske mutacije koje dovode do promjene klase kodirane aminokiseline nazivaju se radikalne. Genetski kod je metoda kodiranja sekvence aminokiselina proteina korištenjem niza nukleotida, karakterističnih za sve žive organizme.

DNK koristi četiri azotne baze - adenin (A), guanin (G), citozin (C), timin (T), koje se u ruskoj literaturi označavaju slovima A, G, C i T. Ova slova čine abecedu genetski kod. RNK koristi iste nukleotide, s izuzetkom timina, koji je zamijenjen sličnim nukleotidom - uracil, koji je označen slovom U (U u literaturi na ruskom jeziku). U molekulima DNK i RNK nukleotidi su raspoređeni u lance i tako se dobijaju sekvence genetskih slova.

Genetski kod

Proteini gotovo svih živih organizama izgrađeni su od samo 20 vrsta aminokiselina. Ove aminokiseline se nazivaju kanonskim. Svaki protein je lanac ili nekoliko lanaca aminokiselina povezanih u strogo definiranu sekvencu. Ova sekvenca određuje strukturu proteina, a time i sva njegova biološka svojstva.

Implementacija genetskih informacija u živim stanicama (tj. sinteza proteina kodiranog genom) provodi se pomoću dva matrična procesa: transkripcije (tj. sinteze mRNA na DNK matrici) i translacije genetskog koda. u sekvencu aminokiselina (sinteza polipeptidnog lanca na mRNA). Tri uzastopna nukleotida su dovoljna za kodiranje 20 aminokiselina, kao i stop signal koji ukazuje na kraj sekvence proteina. Skup od tri nukleotida naziva se triplet. Prihvaćene skraćenice koje odgovaraju aminokiselinama i kodonima prikazane su na slici.

Osobine molekula DNK

Genetske informacije u svim ćelijama su kodirane kao niz nukleotida u deoksiribonukleinskoj kiselini. Prva faza implementacije ove informacije je formiranje molekule vezane za DNK - ribonukleinske kiseline, koja zauzvrat sudjeluje u sintezi specifičnih proteina. Fenotipske karakteristike svakog organizma u konačnici se očituju u raznolikosti i broju proteina kodiranih DNK. Informaciona veza između molekula genetskog aparata - DNK, RNK i proteina.

Da bi se genetske informacije prenijele s jedne generacije na drugu, mora doći do replikacije DNK, procesa u kojem se roditeljski molekuli DNK dupliciraju, a zatim distribuiraju među potomcima. Ovaj proces se mora provesti s velikom preciznošću, a oštećenja ili slučajne greške koje se javljaju u DNK tokom ili između ciklusa replikacije moraju se ispraviti prije nego što završe u genomima potomaka. Osim toga, genetske informacije moraju biti izražene da bi se formirao fenotip. U svim ćelijskim organizmima, ekspresija gena uključuje kopiranje DNK da bi se formirala RNK i naknadno prevođenje RNK u proteine. Transkripcija proizvodi nekoliko tipova RNK. Neki od njih, messenger RNA, kodiraju proteine, drugi su uključeni u različite procese neophodne za sklapanje kompletnog proteina. DNK ne samo da kodira enzimski aparat ćelije; učestvuje u procesima popravke, a pod određenim uslovima u njemu može doći do preuređivanja. Replikacija DNK, popravka i preuređenje ključni su procesi kojima organizmi održavaju i modificiraju svoj karakterističan fenotip.

Mnogi virusi također imaju genetske informacije kodirane u njihovoj DNK. Mehanizmi replikacije, popravke, preuređenja i ekspresije virusne DNK slični su mehanizmima koje koriste ćelije drugih organizama. Genom nekih virusa nije DNK, već RNK. Genomska RNA takvih virusa se ili direktno prevodi u proteine ​​ili ima genetske informacije neophodne za sintezu RNA molekula, koje se zauzvrat prevode u proteine. Oni virusi čiji je genom predstavljen RNK tokom svog životnog ciklusa moraju sami replicirati roditeljsku RNK kako bi proizveli virusne čestice potomstva. Postoji klasa retrovirusa čiji reproduktivni ciklus počinje činjenicom da se njihove genetske informacije prevode na jezik DNK tokom takozvane reverzne transkripcije. Rezultirajuće kopije DNK, ili provirusi, sposobne su za replikaciju i ekspresiju tek nakon integracije u kromosomski DNK stanice. U ovom integrisanom obliku, virusni genomi se repliciraju zajedno sa DNK ćelije domaćina i koriste transkripcionu mašineriju ćelije da proizvedu novu generaciju virusnih genoma i mRNA potrebnu za sintetizaciju virusnih proteina.

Ključ za prijenos genetskih informacija između nukleinskih kiselina, bilo replikacijom, transkripcijom ili reverznom transkripcijom, je da se molekula nukleinske kiseline koristi kao šablon u usmjerenom sklapanju identičnih ili srodnih struktura. Koliko je poznato, informacije pohranjene u proteinima se ne koriste za sklapanje odgovarajućih nukleinskih kiselina, tj. nije otkriven obrnuti prijevod. Međutim, proteini igraju ključnu ulogu u procesima prijenosa informacija između nukleinskih kiselina i od nukleinskih kiselina do proteina.

Struktura i ponašanje DNK Komponente molekule DNK i hemijske veze koje ih povezuju Primenom hemijskih i fizičkih metoda utvrđeno je da je DNK polimer koji se sastoji od četiri različita, ali srodna monomera. Svaki monomer - nukleotid - sadrži jednu od četiri heterociklične azotne baze: adenin, gvanin, citozin ili timin, povezane sa deoksiriboza fosfatom. Dugi polinukleotidni lanci nastaju povezivanjem ostataka deoksiriboze susjednih nukleotida pomoću fosfodiestarskih veza. Svaki fosfat povezuje hidroksilnu grupu na atomu deoksiriboze od 3 ugljika jednog nukleotida sa OH grupom na atomu deoksiriboze od 5 ugljika susjednog nukleotida.

Učestalost pojavljivanja bilo koje dvije baze u DNK bakterija, bakteriofaga i kvasca u određenom susjedstvu ovisi o kvantitativnom sadržaju ovih baza u DNK. Učestalost pojavljivanja 5"-CG-3" i 5"-GC-3" u prokariotskoj DNK je skoro ista i blizu nasumične; isto se može reći i za dinukleotide 5"-GA-3" i 5"-AG-3". Međutim, u DNK životinjskih, životinjskih i biljnih virusa, frekvencije pojavljivanja 5"-CG-3" su od 1/2 do 1/5 frekvencije 5"-GC-3". Dakle, 5"-CG-3" sekvenca je prilično rijetka u DNK viših eukariota; ovo je zbog sposobnosti ovog dinukleotida da služi kao meta za metilaciju i njegove uloge u regulaciji ekspresije gena.

Nakon završetka ciklusa sinteze DNK, neke purinske i pirimidinske baze mogu biti podvrgnute hemijskoj modifikaciji. Kao rezultat toga, dio DNK sadrži 5-metilcitozin, 5-hidroksimetilcitozin, 5-hidroksimetiluracil i N-metiladenin. U DNK nekih bakteriofaga, mono- ili disaharidi su vezani za hidroksimetilnu grupu hidroksimetilcitozina pomoću glikozidne veze. DNK većine nižih eukariota i beskičmenjaka sadrži relativno malo 5-metilcitozina i N"-metiladenina. Međutim, kod kičmenjaka, bazna metilacija je uobičajena pojava, a najčešći je 5-metilcitozin. Pokazalo se da više od 95% metilnih grupa u DNK kičmenjaka rijetko se nalaze u citozinskim ostacima CG dinukleotida koji se javljaju i više od 50% takvih dinukleotida je metilirano. Postoje jasne indikacije da je stupanj metilacije nekih sekvenci koje sadrže CG važan faktor u regulaciji ekspresije određenih gena. U biljkama, 5-metilcitozin se može naći u CG dinukleotidima i CNG trinukleotidima.