17. Pateikite lyginamąjį mitochondrijų ir chloroplastų sandaros ir funkcijų aprašymą.
Ryžiai. 6. Mitochondrijų sandaros schemos ( a) ir chloroplastai ( b)
Mitochondrijos (stulpelis mitos- siūlai ir chondrionas- granulės) - tarpląstelinės organelės. Jų apvalkalas susideda iš dviejų membranų. Išorinė membrana yra lygi, vidinė sudaro ataugas, vadinamas kristalais. Mitochondrijų viduje yra pusiau skysta matrica, kurioje yra RNR, DNR, baltymai, lipidai, angliavandeniai, fermentai, ATP ir kitos medžiagos; matricoje taip pat yra ribosomų. Mitochondrijų dydžiai yra nuo 0,2-0,4 iki 1-7 mikronų. Kiekis priklauso nuo ląstelės tipo (pavyzdžiui, kepenų ląstelėje gali būti 1000–2500 mitochondrijų). Mitochondrijos gali būti spiralinės, apvalios, pailgos, suapvalintos ir pan .; mitochondrijos gali pakeisti formą (6 pav., a).
Vidinėje mitochondrijų membranoje yra kvėpavimo fermentų ir fermentų, skirtų ATP sintezei. Dėl to mitochondrijos užtikrina ląstelių kvėpavimą ir ATP sintezę.
Mitochondrijos gali patys sintetinti baltymus, nes jie turi savo DNR, RNR ir ribosomas. Mitochondrijos dauginasi dalijantis į dvi dalis.
Savo struktūra mitochondrijos primena prokariotines ląsteles; šiuo atžvilgiu daroma prielaida, kad jie kilę iš tarpląstelinių aerobinių simbiontų. Mitochondrijos yra daugumos augalų ir gyvūnų ląstelių citoplazmoje.
Chloroplastai priklauso plastidėms - organelėms, būdingoms tik augalų ląstelėms. Tai yra 3–4 µm skersmens, ovalios formos žalios plokštelės (6 pav. b). Chloroplastai, kaip ir mitochondrijos, turi išorines ir vidines membranas. Vidinė membrana formuoja ataugas - tilakoidus (plg. Cristae mitochondrijose). Tilakoidai sudaro kaminus - granules, kurias vienija vidinė membrana. Viename chloroplaste gali būti kelios dešimtys grūdų. Chlorofilas yra tiroidinėse membranose, o tarpai tarp grūdų chloroplasto matricoje (stroma) yra ribosomos, RNR ir DNR (palyginkite mitochondrijų matricos sudėtį). Chloroplastų ribosomos, kaip ir mitochondrijų ribosomos, sintezuoja baltymus. Pagrindinė chloroplastų funkcija yra užtikrinti fotosintezės procesą: tiroidų membranose - šviesioji fazė, o chloroplastų stromoje - tamsi fotosintezės fazė. Chloroplastų matricoje yra pirminio krakmolo granulių, susintetintų iš gliukozės fotosintezės metu. Chloroplastai, kaip ir mitochondrijos, dauginasi dalijantis. Taigi yra bendrų mitochondrijų ir chloroplastų morfologinės ir funkcinės organizacijos bruožų. Pagrindinis bruožas, jungiantis šiuos organelius, yra jų pačių genetinės informacijos buvimas ir jų pačių baltymų sintezė.
18. Išplėskite ląstelės endoplazminio tinklo struktūros ir funkcijų ypatybes.
Ryžiai. 7. Grubių struktūrų schemos ( a) ir lygus ( b) endoplazminis Tinklelis
Endoplazminis tinklas (EPS) arba endoplazminis tinklas (ER) yra kanalų tinklas, prasiskverbiantis į visą citoplazmą. Šių kanalų sienas sudaro membranos, liečiančios visas ląstelės organeles. EPS ir organelės kartu sudaro vieną tarpląstelinę sistemą, kuri vykdo medžiagų apykaitą ir energiją ląstelėje bei užtikrina tarpląstelinį medžiagų transportavimą. Atskirkite sklandų ir granuliuotą EPS. Granuliuotas arba šiurkštus. EPS susideda iš membraninių maišelių (cisternų), padengtų ribosomomis, todėl jis atrodo šiurkštus. Sklandžiam EPS gali nebūti ribosomų; jo struktūra yra arčiau vamzdinio tipo. Baltymai sintetinami granuliuoto tinklo ribosomose, kurios vėliau patenka į EPS kanalus, kur įgyja tretinę struktūrą. Lipidai ir angliavandeniai sintezuojami ant lygaus EPS membranų, kurios taip pat patenka į EPS kanalus (7 pav.).
EPS atlieka šias funkcijas: dalyvauja sintezėje organinės medžiagos, perneša sintezuotas medžiagas į Golgi aparatą, padalija ląstelę į skyrius. Be to, kepenų ląstelėse EPS dalyvauja nuodingų medžiagų detoksikacijoje, o raumenų ląstelėse atlieka kalcio depo vaidmenį, būtiną raumenų susitraukimui.
EPS yra visose ląstelėse, išskyrus bakterijų ląsteles ir eritrocitus; jis užima nuo 30 iki 50% ląstelių tūrio.
19. Apibūdinkite ribosomos struktūrą. Koks yra ribosomų vaidmuo medžiagų apykaitos procesuose?
Ribosomos yra submikroskopinės 15–35 nm skersmens organelės, matomos elektroniniu mikroskopu. Yra visose ląstelėse. Vienoje ląstelėje gali būti keli tūkstančiai ribosomų. Ribosomos yra branduolinės, mitochondrinės ir plastidinės kilmės (žr. Atsakymus į 11 ir 17 klausimus). Didžioji jo dalis susidaro branduolio branduolyje subvienetų (didelių ir mažų) pavidalu, o paskui patenka į citoplazmą. Nėra membranų. Ribosomos apima rRNR ir baltymus. Baltymai sintezuojami ribosomose. Dauguma baltymų yra sintezuojami pagal neapdorotą EPS (žr. Atsakymą į 18 klausimą); iš dalies baltymų sintezė vyksta ribosomose citoplazmoje laisvoje būsenoje. Kelių dešimčių ribosomų grupės sudaro polisomas.
20. Koks biologinis Golgi komplekso vaidmuo gyvybiškai svarbioje ląstelės veikloje?
Golgi kompleksas yra sudėtingas ertmių, vamzdelių ir pūslelių tinklas aplink branduolį. Jį sudaro trys pagrindiniai komponentai: membraninių ertmių grupė, iš ertmių besitęsianti vamzdžių sistema ir burbuliukai vamzdžių galuose. Golgi kompleksas atlieka šias funkcijas: ertmėse kaupiasi medžiagos, kurios sintezuojamos ir gabenamos išilgai EPS; čia jie patiria cheminių pokyčių. Modifikuotos medžiagos supakuojamos į membranines pūsleles, kurias ląstelė išskiria išskyrų pavidalu. Be to, pūsleles ląstelė naudoja kaip lizosomas (8 pav.).
Golgi kompleksas buvo atrastas 1898 metais neuronuose.
21. Kas yra ląstelių intarpai ir kokia jų reikšmė ląstelių gyvenimo procesuose? Koks yra lizosomų biologinis vaidmuo ląstelės gyvenime?
Ląstelių intarpai yra nestabili ląstelių struktūra. Tai baltymų, angliavandenių, riebalų lašai ir grūdeliai, taip pat kristaliniai intarpai (organiniai kristalai, galintys ląstelėse sudaryti baltymus, virusus, oksalo rūgšties druskas ir kt., Ir neorganiniai kristalai, susidarantys kalcio druskomis). Skirtingai nuo organelių, šie intarpai neturi membranų ar citoskeleto elementų ir yra periodiškai sintezuojami bei vartojami.
Riebalų lašai yra naudojami kaip atsarginė medžiaga dėl didelio energijos kiekio. Angliavandenių grūdai (polisacharidai; krakmolo pavidalu augaluose ir glikogeno pavidalu gyvūnuose ir grybuose) - kaip energijos šaltinis ATP susidarymui; baltymų grūdai - kaip statybinės medžiagos šaltinis, kalcio druskos - sužadinimo, medžiagų apykaitos procesui ir kt.
Lizosomos (graikų kalba. lyso- ištirpsta, šamas- kūnas) yra mažos maždaug 1 mikrono skersmens pūslelės, apribotos membrana ir turinčios fermentų kompleksą, kuris užtikrina riebalų, angliavandenių ir baltymų skaidymą. Jie dalyvauja virškinant daleles, patekusias į ląstelę dėl endocitozės (žr. Atsakymą į 14 klausimą), ir pašalindamas mirštančius organus (pavyzdžiui, buožgalvių uodegą), ląsteles ir organeles. Badaujant lizosomos ištirpina kai kurias organeles, nenužudydamos ląstelės. Golgi komplekse susidaro lizosomos (žr. Atsakymą į 20 klausimą).
22. Kokie neorganiniai junginiai yra įtraukti į ląstelę? Kokią reikšmę ląstelės neorganiniai komponentai užtikrina jos gyvybinės veiklos procesams? Koks biologinis vandens vaidmuo ląstelėje?
Neorganiniai ląstelės junginiai yra vanduo ir įvairios druskos.
Druskų vaidmuo organizme yra užtikrinti transmembraninį potencialų skirtumą (dėl kalio ir natrio jonų koncentracijos skirtumo ląstelės viduje ir išorėje), buferio savybes (dėl to, kad citoplazmoje yra fosforo ir anglies rūgšties anijonų) ), kuriant ląstelės osmosinį slėgį ir kt. Į ląstelės neorganinių medžiagų sudėtį įeina mikroelementai (jų dalis yra mažesnė nei 0,1%). Tai yra: cinkas, manganas ir kobaltas, kurie yra aktyvių fermentų centrų dalis; geležies kiekis hemoglobine; magnio chlorofile; skydliaukės hormonų sudėtyje esantis jodas ir kt.
Vidutiniškai ląstelėje yra 80% vandens; vandens embriono ląstelėse yra 95%, senų organizmų ląstelėse - 60%, t.y. vandens kiekis priklauso nuo medžiagų apykaitos intensyvumo. Vandens kiekis taip pat priklauso nuo audinio tipo: neuronuose jis yra 85%, kauluose - 20%. Kai organizmas netenka 20% vandens, įvyksta mirtis. Vanduo nustato audinių turgorą (elastingumą), sukuria aplinką cheminės reakcijos, dalyvauja hidrolizės reakcijose, šviesioje fotosintezės fazėje, termoreguliacijoje, yra geras tirpiklis. Pagal sąveikos su vandeniu tipą medžiagos skirstomos į hidrofilines arba polines, - gerai tirpsta vandenyje ir hidrofobines, arba nepolines, - blogai tirpsta vandenyje.
23. Apibūdinkite ląstelę sudarančių angliavandenių sandarą ir funkciją.
Angliavandeniai yra organiniai junginiai, kuriuose yra vandenilio, anglies ir deguonies. Jie susidaro iš vandens ir anglies dioksidas fotosintezės procese žaliųjų augalų chloroplastuose (bakterijose - bakterijų fotosintezės ar chemosintezės procese).
Yra monosacharidų (gliukozės, fruktozės, galaktozės, ribozės, dezoksiribozės), disacharidų (sacharozės, maltozės), polisacharidų (krakmolo, pluošto, glikogeno, chitino).
Angliavandeniai atlieka šias funkcijas: jie yra energijos šaltinis (kai suyra 1 g gliukozės, išsiskiria 17,6 kJ energijos), jie atlieka statybinę funkciją (celiuliozės membrana augalų ląstelėse, chitinas vabzdžių skelete ir grybelių ląstelių sienelės), yra DNR, RNR ir ATP dalis, kaip dezoksiribozė ir ribozė. Paprastai gyvūnų ląstelėse yra apie 1%angliavandenių (kepenų ląstelėse - iki 5%), o augalų ląstelėse - iki 90%.
24. Kokia yra riebalų rūgščių ir lipoidų, sudarančių ląstelę, sandara ir funkcijos.
Ryžiai. 9. Erdviniai riebalų rūgščių modeliai
Ryžiai. 10. Kai kurių steroidų policiklinė struktūra
Riebalai ir lipoidai priklauso nepolinių organinių junginių grupei, t.y. yra hidrofobinės medžiagos. Riebalai- tai aukštesniųjų riebalų rūgščių trigliceridai (9 pav.), lipidai Tai didelė organinių medžiagų klasė, turinti hidrofobinių savybių (pavyzdžiui, cholesterolio). Lipidai apima fosfolipidus (savo molekulėje vieną ar dvi riebalų rūgščių liekanas pakeičia grupės, kuriose yra fosforo, o kartais ir azoto) ir steroidai (jų struktūra pagrįsta keturiais anglies žiedais, 10 pav.).
Šie junginiai atlieka energetinę funkciją (skaidant 1 g riebalų, išsiskiria 38,9 kJ energijos), struktūriniai (fosfolipidai yra biologinių membranų pagrindas), apsauginiai (apsauga nuo smūgių, šilumos reguliavimas, hidroizoliacija).
25. Kokios yra ląstelę sudarančių baltymų struktūros ir funkcijų ypatybės?
Baltymai yra heteropolimerai, sudaryti iš 20 skirtingų monomerų - natūraliai esančių alfa -amino rūgščių. Baltymai yra netaisyklingi polimerai.
Bendra aminorūgšties struktūra gali būti pavaizduota taip: R- (H) C (NH2) -COOH. Baltymo amino rūgštys yra sujungtos peptidiniu ryšiu -N (H) -C (= O). Aminorūgštys skirstomos į neesmines (sintezuojamas pačiame organizme) ir nepakeičiamas, kurias gyvūno organizmas gauna iš maisto. Tarp baltymų išskiriami baltymai, kuriuos sudaro tik aminorūgštys, ir proteidai, papildomai turintys ne baltymų dalį (pavyzdžiui, hemoglobinas, kurį sudaro baltymų globinas ir hemas - porfirinas).
Baltymo molekulės struktūroje išskiriami keli struktūrinės organizacijos lygiai (11 pav.). Pirminė struktūra yra aminorūgščių liekanų seka, sujungta peptidiniais ryšiais. Antrinė struktūra-paprastai tai yra spiralinė struktūra (alfa-spiralė), kurią laiko vandenilio jungčių rinkinys, atsirandantis arti vienas kito-C = O ir –NH-grupės. Kitas antrinės struktūros tipas yra beta sluoksnis arba sulankstytas sluoksnis; tai dvi lygiagrečios polipeptidinės grandinės, sujungtos vandenilio ryšiais, statmenos grandinėms. Baltymų molekulės tretinė struktūra yra erdvinė konfigūracija, paprastai primenanti kompaktišką rutulį; jį palaiko joninės, vandenilio ir disulfidinės (S - S) jungtys, taip pat hidrofobinės sąveikos. Ketvirtinė struktūra susidaro sąveikaujant keliems subvienetams - rutuliams (pavyzdžiui, hemoglobino molekulę sudaro keturi tokie subvienetai). Baltymo molekulės struktūros praradimas vadinamas denatūracija; tai gali sukelti temperatūra, dehidratacija, radiacija ir kt. Jei denatūracijos metu pirminė struktūra nėra pažeista, tada atstatant normalios sąlygos baltymo struktūra yra visiškai atkurta.
Baltymų funkcijos ląstelėje yra labai įvairios. Jie veikia kaip katalizatoriai, t.y. paspartinti chemines organizmo reakcijas (fermentai pagreitina reakcijas dešimtis ir šimtus tūkstančių kartų). Baltymai taip pat atlieka statybinę funkciją (jie yra ląstelės membranų ir organelių dalis, taip pat tarpląstelinių struktūrų sudėtis, pavyzdžiui, jungiamojo audinio kolagenas). Organizmų judėjimą užtikrina specialūs baltymai (aktinas ir miozinas). Baltymai taip pat atlieka transportavimo funkciją (pavyzdžiui, hemoglobinas perneša O 2). Baltymai atlieka funkcijas Imuninė sistema organizmas (antikūnai ir antigenai), kraujo krešėjimas (kraujo plazmos fibrinogenas), t.y. atlikti apsaugines funkcijas. Jie taip pat yra vienas iš energijos šaltinių (suskaidant 1 g baltymų išsiskiria 17,6 kJ energijos). Taip pat žinomos baltymų reguliavimo funkcijos daugelis hormonų yra baltymai (pavyzdžiui, hipofizės, kasos ir kt.). Be to, organizme taip pat yra atsarginių baltymų, pavyzdžiui, kurie yra vaisiaus vystymosi mitybos šaltinis.
26. Apibūdinkite ATP struktūrą ir biologinę reikšmę. Kodėl ATP vadinamas pagrindiniu energijos šaltiniu ląstelėje?
ATP yra adenozino trifosfatas, nukleotidas, priklausantis nukleorūgščių grupei. ATP koncentracija ląstelėje yra maža (0,04%; skeleto raumenyse - 0,5%). ATP molekulę sudaro adeninas, ribozė ir trys fosforo rūgšties liekanos (12 pav.). Hidrolizuojant fosforo rūgšties liekanas išsiskiria energija:
ATP + H 2 O = ADP + H 3 PO 4 + 40 kJ / mol.
Ryšys tarp fosforo rūgšties liekanų yra didelės energijos; jo skilimas išskiria apie 4 kartus daugiau energijos nei kitų jungčių skilimas. ATP hidrolizės energiją ląstelė naudoja biosintezės ir ląstelių dalijimosi procesuose, judėjimo metu, gaminant šilumą, laidant nervinius impulsus ir kt. Po hidrolizės susidaręs ADP, dažniausiai padedant citochromo baltymams, greitai iš naujo fosforilinamas, kad susidarytų ATP. ATP susidaro mitochondrijose kvėpavimo metu, chloroplastuose fotosintezės metu, taip pat kai kuriuose kituose ląstelių procesuose. ATP vadinamas universaliu energijos šaltiniu, nes ląstelių energetika daugiausia grindžiama procesais, kuriuose ATP sintezuojama arba sunaudojama.
27. Išplėskite DNR ir RNR struktūros ir funkcijų ryšį ir nurodykite jų panašumų ir skirtumų ypatybes.
DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) yra molekulė, susidedanti iš dviejų spiraliniu būdu susuktų polinukleotidų grandinių (14 pav.). DNR sudaro dešinę spiralę, apie 2 nm skersmens, iki 0,1 mm ilgio (nesulankstytą) ir iki 6 × 10-12 kDa molekulinės masės. DNR struktūrą pirmą kartą nustatė D. Watsonas ir F. Crickas 1953 m. DNR monomeras yra dezoksiribonukleotidas, susidedantis iš azoto bazės - adenino (A), citozino (C), timino (T) arba guanino (G). , - pentozė (dezoksiribozė) ir fosfatas. Nukleotidai yra sujungti į grandinę dėl fosforo rūgšties liekanų, esančių tarp pentozių: polinukleotide gali būti iki 30 000 nukleotidų. Vienos grandinės nukleotidų seka papildo (t. Y. Papildomą) seką kitoje grandyje dėl vandenilio jungčių tarp komplementarių azoto bazių (dvi vandenilio jungtys tarp A ir T ir trys tarp G ir C). Tarpfazėje, prieš ląstelių dalijimąsi, vyksta DNR replikacija (reduplikacija): DNR atsiskleidžia iš vieno galo, o kiekvienoje grandinėje sintezuojama nauja papildoma grandinė; tai fermentinis procesas, kuris naudoja ATP energiją. DNR pirmiausia randama branduolyje (žr. Atsakymą į 11 klausimą); papildomos branduolinės DNR formos apima mitochondrijų ir plastidų DNR (žr. atsakymą į klausimą Nr. 17).
Ryžiai. 13. Blokinė RNR diagrama: a - cukraus -fosfato stuburas; b - viena grandinė
a - cukraus -fosfato pagrindas; b - viena kitą papildančios azoto bazių poros; c - dviguba spiralė
RNR (ribonukleino rūgštis) yra molekulė, susidedanti iš vienos nukleotidų grandinės (13 pav.). Ribonukleotidą sudaro viena iš keturių azoto bazių, tačiau vietoj timino (T) RNR yra uracilis (U), o vietoj dezoksiribozės - ribozė. Ląstelėje yra įvairių tipų RNR: tRNR (transportas - perneša aminorūgštis į ribosomas), pasiuntinio RNR (mRNR, perduoda informaciją apie aminorūgščių seką iš DNR į baltymą), ribosominė RNR (įtraukta į ribosomas; žr. klausimas N19), mitochondrijų RNR ir kt.
28. Nukleorūgščių struktūros ypatybės.
DNR ir RNR yra polinukleotidai, sudaryti atitinkamai iš dezoksiribonukleotidų ir ribonukleotidų (žr. Atsakymą į 27 klausimą). Nukleotidų molekulę sudaro pentozė, azoto bazė ir fosforo rūgšties liekana. DNR yra dezoksiribozė, RNR - ribozė; DNR yra azotinės bazės A ir G (priklauso purinų klasei) ir C ir T (pirimidinų klasė), o RNR vietoj T yra Y (žr. 27 atsakymą).
DNR ir RNR yra rūgštys. juose yra fosforo rūgšties liekanų (–H 2 PO 4). Cukrus, azoto bazė ir fosforo rūgšties liekanos sujungia ir sudaro nukleotido molekulę.
Du nukleotidai sudaro dinukleotidą, jungiantį kondensacijos būdu, dėl to tarp vieno nukleotido fosfatų grupės ir kito nukleotido cukraus susidaro fosfodiesterio tiltas. Sintezuojant polinukleotidą, šis procesas kartojamas daug kartų. Neišsišakojęs cukraus-fosfato stuburas yra pastatytas formuojant fosfodiesterio tiltus tarp 3 ir 5 anglies atomų cukraus liekanų. Fosfodiesterio tiltus sudaro stiprūs kovalentiniai ryšiai, kurie suteikia stiprumo ir stabilumo visai polinukleotidų grandinei.
Nukleino rūgštys turi pirminę struktūrą (nukleotidų seką) ir trimatę struktūrą. DNR susideda iš dviejų spiraliniu būdu susuktų polinukleotidų grandinių. Grandinės nukreiptos priešingomis kryptimis: vienos grandinės 3 galas yra priešingas kitos 5 galui. Priešais vienas kitą dviejų azoto bazių azoto bazės yra sujungtos vandenilio ryšiais (dvi jungtys tarp A ir T ir trys jungtys tarp G ir C). Bazės, sujungtos vandeniliu, vadinamos viena kitą papildančiomis (taip pat žr. Atsakymą į 27 klausimą).
29. Apibūdinkite baltymų biosintezės procesą. Kokia šio proceso biologinė reikšmė? Kokį vaidmenį DNR atlieka baltymų biosintezėje?
Baltymus sintetina visos ląstelės, išskyrus nebranduolines. Baltymo struktūrą lemia branduolinė DNR. Informacija apie aminorūgščių seką vienoje polipeptido grandinėje yra DNR skyriuje, vadinamame genu. DNR yra informacija apie pirminę baltymo struktūrą. DNR kodas yra vienodas visiems organizmams. Kiekviena amino rūgštis atitinka tris nukleotidus, sudarančius tripletą arba kodoną. Šis kodavimas yra nereikalingas: galimi 64 trynukų deriniai, tuo tarpu yra tik 20 aminorūgščių, yra ir kontrolinių trynukų, pavyzdžiui, žyminčių geno pradžią ir pabaigą.
Baltymų sintezė prasideda nuo transkripcijos, t.y. mRNR sintezė iš DNR šablono. Procesas atliekamas naudojant polimerazės fermentą pagal papildomumo principą ir prasideda nuo konkrečios DNR dalies. Susintetinta mRNR patenka į citoplazmą ribosomose, kur vyksta baltymų sintezė.
tRNR struktūra panaši į dobilo lapą ir užtikrina amino rūgščių perkėlimą į ribosomas. Kiekviena amino rūgštis prisijungia prie atitinkamos tRNR akceptoriaus vietos, esančios ant lapkočio. Priešingas tRNR galas vadinamas antikodonu ir jame yra informacija apie tripletą, atitinkantį tam tikrą aminorūgštį. Yra daugiau nei 20 rūšių tRNR.
Informacijos perdavimas iš mRNR į baltymą jo sintezės metu vadinamas vertimu. Ribosomos, surinktos į polisomas, juda išilgai mRNR; judėjimas vyksta nuosekliai, tryniais. Ribosomos sąlyčio su mRNR vietoje veikia fermentas, kuris renka baltymus iš amino rūgščių, pristatytų į tRNR ribosomas. Tai lygina mRNR kodoną su tRNR antikodonu; jei jie papildo vienas kitą, fermentas (sintetazė) „susieja“ aminorūgštis, o ribosoma juda į priekį vienu kodonu.
Vienos baltymo molekulės sintezė paprastai trunka 1-2 minutes (vienas žingsnis trunka 0,2 s).
Baltymų biosintezė yra reakcijų grandinė, kuri naudoja ATP energiją. Fermentai dalyvauja visose baltymų sintezės reakcijose.
Baltymų biosintezė yra matricos sintezė. Matrica yra DNR RNR sintezėje ir DNR arba RNR baltymų sintezėje.
30. Išplėsti fermentų vaidmenį reguliuojant gyvybinius procesus, baltymų biosintezėje.
a- paprastas fermentas; b - dviejų komponentų fermentas; v- alosterinis fermentas (A - aktyvus centras, S substratas, R - reguliatorius arba alosterinis centras); 1 - katalizinis skyrius; 2 - kontaktinės zonos; 3 - kofaktorius
Fermentai (lot. Sourdough) yra baltyminio pobūdžio biologiniai katalizatoriai. Juos gali sudaryti tik baltymai arba juose gali būti ne baltymų junginys, pavyzdžiui, vitaminai ar metalo jonai. Fermentai dalyvauja tiek asimiliacijos, tiek disimiliacijos procesuose. Jie veikia griežtai apibrėžta seka. Fermentai yra specifiniai kiekvienai medžiagai ir tik pagreitina tam tikras reakcijas. Tačiau yra fermentų, kurie katalizuoja kelias reakcijas.
Aktyvi fermento vieta yra nedidelė fermento dalis, kurioje vyksta ši reakcija (15 pav.).
Fiziologinis fermentų vaidmuo yra tas, kad jiems nesant arba nepakankamai aktyviai metaboliniai procesai smarkiai sulėtėja; esant fermentams, reakcijas galima pagreitinti 1011 kartus. Baltymų biosintezė taip pat yra fermentinis procesas (žr. Atsakymą į 29 klausimą).
31. Pateikite lyginamąjį autotrofinių ir heterotrofinių organizmų aprašymą.
32. Kokią reikšmę turi medžiagų apykaitos procesai ląstelės, organizmo, biosferos funkcionavimui?
Metabolizmas ir energijos apykaita yra svarbiausia gyvo organizmo funkcija (taip pat žr. Atsakymą į 7 klausimą). Vykstant medžiagų apykaitai, organizmas gauna medžiagų, būtinų ląstelių ir audinių struktūriniams elementams sukurti ir atnaujinti, ir energijos, užtikrinančios visus gyvybės procesus.
Visų biosintezės reakcijų visuma, paprastai lydima energijos absorbcijos, vadinama asimiliacija (plastiko mainai), o visos skilimo reakcijos, kurias paprastai lydi energijos išsiskyrimas - disimiliacija (energijos mainai) . Visų asimiliacijos ir disimiliacijos reakcijų visuma vadinama metabolizmu.
Metabolizmas vyksta ląstelių, audinių, organų ir organizmo lygiu. Metabolizmo sutrikimai veikia visus gyvybiškai svarbius organizmo procesus ir gali sukelti jo mirtį.
Biosfera yra Žemės geologinis apvalkalas, kuriame gyvena gyvi organizmai. Biosfera - atvira sistema; kaip ir gyvi organizmai, biosfera gauna energiją iš išorės. Metabolizmas nuolat vyksta biosferoje. Biosferoje vyksta biogeocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja organizmai-gamintojai ir organizmai-skaidytojai. Nepertraukiamas reguliaraus cikliško materijos ir energijos persiskirstymo biosferoje procesas vadinamas didžiuoju biotinių mainų ratu. Šio proceso pažeidimai sutrikdo biosferos homeostazę ir galiausiai gali sukelti jo mirtį.
33. Kokiuose ląstelės struktūriniuose vienetuose vyksta deguonies oksidacijos procesai? Kokia jų chemija ir energetinis poveikis?
Energijos apykaitos deguonies oksidacijos etapas vyksta mitochondrijose, kurių vidinėse membranose yra kvėpavimo fermentų (taip pat žr. Atsakymą į 17 klausimą). Šiame etape iš vienos pieno rūgšties molekulės gaunama 18 ATP molekulių, o iš viso iš vienos gliukozės molekulės glikolizės metu (anoksinė stadija, kuri atsiranda dėl fermentų tirpioje ląstelės citoplazmos dalyje) ir aerobinės oksidacijos, 38 ATP molekulės yra suformuotos.
Oksidacinio fosforilinimo efektyvumas yra 55%.
34. Išplėskite fotosintezės proceso esmę ir biologinę reikšmę.
Fotosintezė yra organinių medžiagų sintezės iš neorganinių dėl šviesos energijos procesas.
Fotosintezė augalų ląstelėse vyksta chloroplastuose (taip pat žr. Atsakymą į 17 klausimą).
Santraukos formulė:
6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
Šviesos fotosintezės fazė įvyksta tik šviesoje: šviesos kvantas išmuša elektroną iš chlorofilo molekulės, esančios vidinėje tilakoido membranoje; išmuštas elektronas arba grįžta atgal, arba patenka į vienas kitą oksiduojančių fermentų grandinę. Fermentų grandinė perkelia elektroną į tylakoidinės membranos išorę į elektronų nešiklį. Membrana iš išorės įkraunama neigiamai.
Teigiamai įkrauta chlorofilo molekulė, esanti membranos centre, oksiduoja fermentus, kuriuose yra mangano jonų, esančių vidinėje membranos pusėje. Šie fermentai dalyvauja vandens fotolizės reakcijose, dėl kurių susidaro H + jonai; protonai išstumiami į vidinį tiroidinės membranos paviršių ir ant jo atsiranda teigiamas krūvis. Kai potencialų skirtumas tarp tiroidinės membranos pasiekia 200 mV, protonai pradeda slysti per ATP sintetazės kanalą ir sintezuojamas ATP.
Tamsiosios fotosintezės fazės metu gliukozė sintetinama iš CO 2 ir atominio vandenilio, susijusio su nešikliais dėl ATP energijos.
Fermento ribulosodifosfato karboksilazės CO 2 jungiasi prie ribulozės-1,5-difosfato, kuris vėliau virsta trijų anglių cukrumi.
Gliukozė sintetinama fermento sistemų tirolakoidinėje matricoje. Bendra tamsiosios stadijos reakcija:
6CO 2 + 24H = C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.
35. Pateikite lyginamąjį kvėpavimo ir fotosintezės procesų aprašymą.
Augalų kvėpavimas yra procesas, kurio metu angliavandeniai daugiausia oksiduojami, išleidžiant gyvybei būtiną energiją. Šis procesas vyksta mitochondrijose (žr. Atsakymus į 17 ir 33 klausimus). Įkvėpus aerobinių organizmų, O 2 absorbuojamas ir išsiskiria CO 2. Bendra aerobinio kvėpavimo proceso reakcija:
С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 = 6СО 2 + 6H 2 0 + energija.
Energija, išsiskirianti gliukozės molekulės oksidacijos metu, naudojama ATP sintezei (taip pat žr. Atsakymą į 33 klausimą).
Fotosintezės metu organinė medžiaga susidaro naudojant šviesos energiją (žr. Atsakymą į 34 klausimą). Šiuo atveju O 2 patenka į atmosferą, o CO 2 absorbuojamas; energija kaupiama organinėse medžiagose, pirmiausia angliavandeniuose.
Fotosintezė ir kvėpavimas augaluose yra dvi metabolizmo pusės (asimiliacija ir disimiliacija).
36. Kuo skiriasi fotosintezė ir chemosintezė ir kokia šių procesų reikšmė evoliucijai?
Fotosintezės proceso esmė yra organinių medžiagų sintezė iš CO 2 ir H 2 O naudojant šviesos energiją, o chemosintezės proceso esmė - organinių medžiagų sintezė iš neorganinių dėl cheminių reakcijų energijos. atsirandantys oksiduojant neorganines medžiagas. Fotosintezės metu O 2 patenka į atmosferą; pirmieji fotosintezuojantys organizmai buvo melsvadumbliai (melsvai žalieji dumbliai), dėl kurių veiklos Žemės atmosfera pradėjo prisotinti O 2, o tai sudarė sąlygas visiems aerobiniams organizmams egzistuoti. Chemosintezės metu O 2 neišleidžiamas į atmosferą, nes chemotrofuose (nitrifikuojančiose bakterijose, sieros bakterijose, geležies bakterijose ir kt.) kaip vandenilio šaltinis naudojamas ne vanduo, o H 2 S arba molekulinis vandenilis. Jei Žemėje būtų tik chemotrofinės bakterijos, aerobiniai organizmai negalėtų gyventi (taip pat žr. Atsakymus į 31 ir 34 klausimus).
37. Kokia mitozės proceso esmė ir jo biologinė reikšmė? Trumpai aprašykite procesus, vykstančius skirtingose mitozės fazėse.
Mitozė (graikų kalba. mios- siūlas) - pagrindinis ląstelių dalijimosi metodas. Gyvūnų ląstelėse jis trunka 30–60 minučių, augalų ląstelėse-2–3 valandas.
Mitozė susideda iš keturių fazių: profazės, metafazės, anafazės ir telofazės (16 pav.). Profazė yra pirmoji dalijimosi fazė, kurios metu dichromatidinės chromosomos spiralizuojasi ir tampa matomos. Branduoliai ir branduolio apvalkalas suyra ir susidaro skilimo veleno gija. Metafazė - chromosomų kaupimosi fazėje ląstelės pusiaujo fazė; skilimo veleno gijos ateina iš polių ir jungiasi prie chromosomų centromerų. Kiekviena chromosoma turi dvi sruogas iš dviejų polių. Anafazė yra chromosomų atskyrimo fazė, kurios metu centromeros dalijasi, o vienos chromatidės chromosomos verpstės siūlais atskiriamos iki ląstelės polių. Tai yra trumpiausias mitozės etapas. Telofazė - dalijimosi pabaigos fazė, kai chromosomos yra despiralizuotos, susidaro branduolys, atkuriama branduolinė membrana, ties pusiauju (augalų ląstelėse) klojama pertvara arba atsiranda susitraukimas (gyvūnų ląstelėse). Veleno sriegiai išnyksta.
Prieš prasidedant mitozei, tarpfazės metu ląstelė paruošiama dalijimui (žr. Atsakymą į 11 klausimą).
Dėl mitozės iš vienos diploidinės ląstelės su dichromatidinėmis chromosomomis ir dvigubu DNR kiekiu (2n4c; šioje formulėje n yra chromosomų skaičius, c - chromatidžių skaičius), susidaro dvi dukterinės ląstelės su vienachromatidinėmis chromosomomis ir vienas DNR kiekis (2n2c). Taip dalijasi somatinės ląstelės (kūno ląstelės).
Mitozės svarba slypi tiksliai perduodant paveldimą informaciją dukterinėms ląstelėms, padidėjus ląstelių kiekiui organizme, taip pat užtikrinant organizmų aseksualų dauginimosi ir atsinaujinimo procesą.
38. Kokie funkciniai ir citologiniai skirtumai tarp somatinių ir lytinių ląstelių?
Somatinės ląstelės sudaro gyvūnų ir augalų organizmo organus ir audinius; pačios somatinės ląstelės susidaro dėl mitozės ir turi diploidinį chromosomų rinkinį (2n); kiekvienoje somatinėje ląstelėje yra du genai poroje homologinių chromosomų, kurios lemia alternatyvius požymius (alelinius genus).
Lytinės ląstelės (gametos) susidaro mejozės būdu (redukcija; taip pat žr. Atsakymus į 41 ir 42 klausimus) ir turi haploidinį chromosomų rinkinį (n). Kiekvienoje gametoje yra vienas genas iš kiekvienos homologinių chromosomų poros. Kai lytinės ląstelės susilieja, susidaro zigota.
39. Įrodykite, koks yra evoliucinis lyčių atskyrimo pranašumas.
Lytinis atskyrimas yra seksualinio dauginimosi esmė. Lytinio dauginimosi metu palikuonys gaunami suliejus haploidinių branduolių genetinę medžiagą. Šie branduoliai yra haploidinėse gametose, kurių susiliejimas sudaro diploidinę zigotą. Iš zigotos vystymosi metu gaunamas subrendęs organizmas.
Lytinis dauginimasis turi labai didelį evoliucinį pranašumą prieš aseksualų. Taip yra dėl to, kad palikuonių genotipas atsiranda dėl abiejų tėvų genų derinio. Dėl to padidėja organizmo gebėjimas prisitaikyti prie aplinkos sąlygų.
40. Kokie yra citologiniai lyties nustatymo pagrindai?
Daugumoje dvimečių gyvūnų genai lemia individo, besivystančio iš kiaušinių ląstelės, lytį. Tai vadinama genotipiniu lyties nustatymu. Diploidiniame organizme yra du homologiniai autosomų rinkiniai ir dažniausiai viena lytinių chromosomų pora. Abiejų lyčių autosominiame rinkinyje tėvo ir motinos chromosomos yra morfologiškai ir funkciškai lygiavertės, o tarp lytinių chromosomų, kaip taisyklė, yra morfologinių ir visais atvejais funkcinių skirtumų. Chromosoma, kuri vienoje iš lyčių pavaizduota dvigubu skaičiumi, vadinama X chromosoma. Jis kontrastuoja su Y chromosoma, kuri yra vienoje kopijoje.
Lytis, kurios ląstelėse yra dvi X chromosomos, vadinama homogametine, o X ir Y chromosomos - heterogametine.
Visų žinduolių, daugelio žuvų, kai kurių varliagyvių ir vabzdžių, homogametinė lytis yra patelė, o heterogametinė - patinas. Tačiau paukščių, roplių, uodeginių varliagyvių ir kai kurių vabzdžių (drugelių) patelių lytis yra heterogametiška, o patinas - homogametiškas. Kai kuriems vabzdžiams X0 genotipas randamas dėl Y chromosomos išnykimo. Tuo pačiu metu heterogametinėje lytyje susidaro dvi gametų rūšys: su X chromosoma ir be jos.
41. Apibūdinkite pagrindines meiotinio dalijimosi fazes ir atskleiskite jo biologinę reikšmę.
Mejozė(Graikų. mejozė- sumažėjimas) - diploidinių ląstelių dalijimosi metodas, suformuojant keturias dukterines ląsteles iš vienos motinos diploidinės ląstelės haploidinės ląstelės... Mejozę sudaro du nuoseklūs branduolio padalijimai ir trumpa tarpfazė tarp jų (17 pav.).
18 pav. Tolesnis mejozės etapų scheminis vaizdas. A. Leptonema prieš chromosomų konjugaciją. B. Konjugacijos pradžia zygonema stadijoje. V. Pakhinema. G. Diplonemas. D. Metafazė I. E. Anafazė I. J. Telofazė I. 3. Tarpfazė tarp dviejų mejozės padalijimų. I. II etapas. K. II metafazė. L. II telofazė. Paprastumo dėlei diagramoje pavaizduota tik viena homologų pora.
Pirmąjį padalijimą sudaro I fazė, I metafazė, I anafazė ir I telofazė. I fazėje suporuotos chromosomos, kurių kiekviena susideda iš dviejų chromatidžių, tinka viena kitai (šis procesas vadinamas homologinių chromosomų konjugacija), kryžius per), sudarydami tiltus (chiasmata), tada keitimosi vietas. Kryžminant, atliekama genų rekombinacija. Po kryžminimo chromosomos atjungiamos.
I metafazėje suporuotos chromosomos yra palei ląstos pusiaują; skilimo veleno siūlai yra pritvirtinti prie kiekvienos chromosomos. I anafazėje dviejų chromatidų chromosomos išsiskiria į ląstelės polius; chromosomų skaičius kiekviename poliuje tampa perpus mažesnis nei motinos ląstelėje. Tada įsijungia I telofazė - susidaro dvi ląstelės, turinčios haploidinį skaičių dichromatidinių chromosomų; todėl pirmasis mejozės padalijimas vadinamas redukcija. Po I telofazės seka trumpa tarpfazė (kai kuriais atvejais I telofazės ir tarpfazės nėra). Tarpfazėje tarp dviejų mejozės padalinių chromosomų padvigubėjimas nevyksta, nes kiekviena chromosoma jau susideda iš dviejų chromatidžių.
Antrasis mejozės padalijimas nuo mitozės skiriasi tik tuo, kad pro jį praeina ląstelės su haploidiniu chromosomų rinkiniu; antrajame skyriuje II fazės kartais nėra. II metafazėje dichromatidinės chromosomos išsidėsčiusios išilgai pusiaujo; procesas vyksta dviejose dukterinėse ląstelėse vienu metu. II anafazėje monochromatidinės chromosomos jau juda link polių. II telofazėje keturiuose dukterinėse ląstelėse susidaro branduoliai ir pertvaros (augalų ląstelėse) arba susiaurėjimai (gyvūnų ląstelėse). Dėl antrojo mejozės padalijimo susidaro keturios ląstelės su haploidiniu chromosomų rinkiniu (1n1c); antrasis padalijimas vadinamas lygtiniu (išlyginamuoju) (18 pav.). Tai yra gyvūnų ir žmonių lytinės ląstelės arba augalų sporos.
Mejozės reikšmė slypi tame, kad sukuriamas haploidinis chromosomų rinkinys ir sąlygos paveldimam kintamumui dėl chromosomų susikirtimo ir tikimybės.
Tęsti reikia
Ypatingos struktūros - mitochondrijos - atlieka svarbų vaidmenį kiekvienos ląstelės gyvenime. Mitochondrijų struktūra leidžia organelėms veikti pusiau autonominiu režimu.
bendros charakteristikos
Mitochondrijos buvo atrastos 1850 m. Tačiau suprasti mitochondrijų struktūrą ir funkcinę paskirtį tapo įmanoma tik 1948 m.
Dėl gana didelio dydžio organelės yra gerai atskiriamos šviesos mikroskopu. Maksimalus ilgis yra 10 mikronų, skersmuo neviršija 1 mikrono.
Mitochondrijos yra visose eukariotų ląstelėse. Tai yra dvi membraninės organelės, dažniausiai pupelės formos. Taip pat yra sferinės, gijinės ir spiralinės mitochondrijos.
Mitochondrijų skaičius gali labai skirtis. Pavyzdžiui, kepenų ląstelėse yra apie tūkstantį, o oocituose - 300 tūkstančių. Augalų ląstelėse yra mažiau mitochondrijų nei gyvūnų.
TOP-4 straipsniaikurie skaitė kartu su tuo
Ryžiai. 1. Mitochondrijų radimas ląstelėje.
Mitochondrijos yra plastikinės. Jie keičia formą ir juda į aktyvius ląstelės centrus. Paprastai tose ląstelėse ir citoplazmos dalyse, kuriose ATP poreikis yra didesnis, yra daugiau mitochondrijų.
Struktūra
Kiekvieną mitochondriją nuo citoplazmos skiria dvi membranos. Išorinė membrana yra lygi. Vidinės membranos struktūra yra sudėtingesnė. Jis suformuoja daugybę raukšlių - kryželių, kurios padidina funkcinį paviršių. Tarp dviejų membranų yra 10-20 nm tarpas, užpildytas fermentais. Organelių viduje yra matrica - į gelį panaši medžiaga.
Ryžiai. 2. Vidinė mitochondrijų sandara.
Lentelėje „Mitochondrijų sandara ir funkcija“ išsamiai aprašyti organelių komponentai.
|
Sudėtis |
apibūdinimas |
Funkcijos |
|
Išorinė membrana |
Susideda iš lipidų. Sudėtyje yra daug baltymų porino, kuris sudaro hidrofilinius kanalėlius. Visa išorinė membrana yra persmelkta porų, per kurias medžiagų molekulės patenka į mitochondrijas. Taip pat yra fermentų, dalyvaujančių lipidų sintezėje |
Apsaugo organeles, skatina medžiagų transportavimą |
|
Jie yra statmenai mitochondrijų ašiai. Jie gali būti plokščių ar vamzdžių pavidalu. Krizių skaičius skiriasi priklausomai nuo ląstelių tipo. Širdies ląstelėse jų yra tris kartus daugiau nei kepenų ląstelėse. Juose yra trijų tipų fosfolipidų ir baltymų: Katalitiniai - dalyvauja oksidaciniuose procesuose; Fermentinis - dalyvauja formuojant ATP; Transportas - transportuoja molekules iš matricos į išorę ir atgal |
Kvėpavimo grandinės pagalba atlieka antrąjį kvėpavimo etapą. Įvyksta vandenilio oksidacija, susidaro 36 ATP molekulės ir vanduo |
|
|
Susideda iš fermentų, riebalų rūgščių, baltymų, RNR, mitochondrijų ribosomų mišinio. Čia yra mitochondrijų DNR. |
Atlieka pirmąjį kvėpavimo etapą - Krebso ciklą, kurio metu susidaro 2 ATP molekulės |
Pagrindinė mitochondrijų funkcija yra ląstelių energijos generavimas ATP molekulių pavidalu dėl oksidacinio fosforilinimo reakcijos - ląstelių kvėpavimo.
Be mitochondrijų, augalų ląstelėse yra papildomų pusiau autonominių organelių - plastidų.
Priklausomai nuo funkcinės paskirties, yra trijų tipų plastidai:
- chromoplastai - kaupti ir laikyti skirtingų atspalvių pigmentus (karotinus), kurie suteikia augalų gėlėms spalvą;
- leukoplastai - maistines medžiagas, tokias kaip krakmolas, laikyti grūdų ir granulių pavidalu;
- chloroplastai - svarbiausi organeliai, turintys žalią pigmentą (chlorofilą), kuris suteikia augalams spalvą ir atlieka fotosintezę.
Ryžiai. 3. Plastidai.
Ko mes išmokome?
Mes ištyrėme mitochondrijų - dviejų membraninių organelių, atliekančių ląstelių kvėpavimą, struktūrines savybes. Išorinė membrana sudaryta iš baltymų ir lipidų ir atlieka medžiagų transportavimą. Vidinėje membranoje susidaro raukšlės - kristalai, ant kurių vyksta vandenilio oksidacija. Kristų supa matrica - į gelį panaši medžiaga, kurioje vyksta kai kurios ląstelių kvėpavimo reakcijos. Matricoje yra mitochondrijų DNR ir RNR.
Testas pagal temą
Ataskaitos vertinimas
Vidutinis reitingas: 4.4. Bendras įvertinimas: 105.
1. Užpildykite 15 lentelę „Mitochondrijų ir chloroplastų lyginamosios charakteristikos“. Jei yra ženklas, į atitinkamą langelį įdėkite ženklą + ... Padarykite išvadą apie mitochondrijų ir chloroplastų panašumų priežastis ir skirtumų priežastis.
2. „Aklųjų“ vaistų analizė.
Praktinė dalis
15 lentelė.
Mitochondrijų ir chloroplastų lyginamosios charakteristikos
PARUOŠIMAS Nr. 6 Chondriozmas varliagyvių kepenų ląstelėse
Mitochondrijos varliagyvių kepenų ląstelėse. Fiksacija su Ca-formoliu; dažymas pagal Altmaną.
Esant mažam padidinimui, eilėse matomos didelės, daugiakampės, suapvalintos kepenų ląstelės su plonomis ląstelių ribomis. Tarp kepenų ląstelių matomi platūs kraujo kapiliarai, kuriuose yra kraujo ląstelių.
Dideliu padidinimu, gelsvame hepatocitų citoplazmos fone matomos tolygiai rausvai raudonos mitochondrijos, suapvalintų grūdelių ar strypų pavidalu. Dalis granuliuotų mitochondrijų yra strypo formos mitochondrijų skerspjūvis.
Ryžiai. 51. Mitochondrijos varliagyvių kepenų ląstelėse. 1 - citoplazma; 2 - hepatocitai; 3 - mitochondrijos; 4 - trumpos mitochondrijų grandinės.
Paskaitos numeris 6.
Valandų skaičius: 2
MITOCHONDRIA IR PLASTIDS
1.
2. Plastidai, sandara, veislės, funkcijos
3.
Mitochondrijos ir plastidės yra dviejų membranų eukariotinių ląstelių organelės. Mitochondrijos yra visose gyvūnų ir augalų ląstelėse. Plastidai būdingi augalų ląstelėms, kurios vykdo fotosintezės procesus. Šios organelės turi panašų struktūrinį planą ir kai kurias bendras savybes. Tačiau, kalbant apie pagrindinius medžiagų apykaitos procesus, jie labai skiriasi vienas nuo kito.
1. Mitochondrijos, sandara, funkcinė reikšmė
bendros charakteristikos mitochondrijos. Mitochondrijos (graikų kalba „mitos“-siūlai, „chondrion“-grūdai, granulės) yra apvalios, ovalios arba strypo formos dviejų membranų organelės, kurių skersmuo yra apie 0,2–1 mikronas, o ilgis-7–10 mikronų. Šios organelėsgalima aptikti naudojant šviesos mikroskopą, nes jie yra pakankamo dydžio ir didelio tankio. Ypatumai vidinė struktūra juos galima tirti tik elektroniniu mikroskopu.Mitochondrijas 1894 metais atrado R. Altmanas, davęs jiems pavadinimą „bioblastai“.Terminą „mitochondrijos“ K. Benda įvedė 1897 m. Yra mitochondrijų praktiškai viduje visos eukariotinės ląstelės. Anaerobiniams organizmams (žarnyno amebai ir kt.) Trūksta mitochondrijų. Skaičiusmitochondrijų ląstelėje svyruoja nuo 1 iki 100 tūkst.ir priklauso nuo ląstelės tipo, funkcinės veiklos ir amžiaus. Taigi augalų ląstelėse yra mažiau mitochondrijų nei gyvūnų; ir įyra daugiau jaunų ląstelių nei senų.Mitochondrijų gyvenimo ciklas yra kelios dienos. Ląstelėje mitochondrijos paprastai kaupiasi šalia citoplazmos sričių, kur reikia ATP. Pavyzdžiui, širdies raumenyse mitochondrijos yra šalia miofibrilių, o spermoje jie sudaro spiralinį apvalkalą aplink liežuvio ašį.
Ultramikroskopinė mitochondrijų struktūra. Mitochondrijas riboja dvi membranos, kurių storis apie 7 nm. Išorinę membraną nuo vidinės membranos skiria maždaug 10-20 nm pločio tarpmembraninė erdvė. Išorinė membrana yra lygi, o vidinė sudaro raukšles - cristae (lot. „Crista“ - keteros, ataugos), padidindama jos paviršių. Kryžių skaičius skirtingų ląstelių mitochondrijose nėra vienodas. Jų gali būti nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų. Aktyviai veikiančių ląstelių, pvz., Raumenų ląstelių, mitochondrijose yra ypač daug krizių. Kristauose yra elektronų perdavimo grandinės ir susijęs ADP (oksidacinis fosforilinimas) fosforilinimas. Vidinė mitochondrijų erdvė užpildyta vienalyte medžiaga, vadinama matrica. Mitochondrijų kristalai paprastai visiškai neužblokuoja mitochondrijų ertmės. Todėl matrica yra tęstinė. Matricoje yra apskritos DNR molekulės, mitochondrijų ribosomos, kalcio ir magnio druskų nuosėdos. Ant mitochondrijų DNR sintetinamos įvairių tipų RNR molekulės, ribosomos dalyvauja daugelio mitochondrijų baltymų sintezėje. Mažas mitochondrijų DNR dydis neleidžia koduoti visų mitochondrijų baltymų sintezės. Todėl daugumos mitochondrijų baltymų sintezė yra kontroliuojama branduolio ir atliekama ląstelės citoplazmoje. Be šių baltymų mitochondrijų augimas ir funkcionavimas neįmanomi. Mitochondrijų DNR koduoja struktūrinius baltymus, atsakingus už teisingą atskirų funkcinių komponentų integraciją į mitochondrijų membranas.
Mitochondrijų dauginimasis. Mitochondrijos dauginasi dalijant ar suskaidant dideles mitochondrijas į mažesnes. Taip susiformavusios mitochondrijos gali vėl augti ir dalytis.
Mitochondrijų funkcijos. Pagrindinė mitochondrijų funkcija yra sintetinti ATP. Šis procesas vyksta dėl organinių substratų oksidacijos ir ADP fosforilinimo. Pirmasis šio proceso etapas vyksta citoplazmoje anaerobinėmis sąlygomis. Kadangi gliukozė yra pagrindinis substratas, šis procesas vadinamas glikolizė.Šiame etape substratas fermentiniu būdu skaidomas į piruvo rūgštį, tuo pačiu metu sintezuojant nedidelį kiekį ATP. Antrasis etapas vyksta mitochondrijose ir reikalauja deguonies. Šiame etape tolesnė piruvinės rūgšties oksidacija vyksta išskiriant CO 2 ir elektronus pernešant į akceptorius. Šias reakcijas atlieka daugybė trikarboksirūgšties ciklo fermentų, kurie yra lokalizuoti mitochondrijų matricoje. Krebso ciklo metu oksidacijos metu išsiskiriantys elektronai perkeliami į kvėpavimo grandinę (elektronų pernešimo grandinę). Kvėpavimo grandinėje jie susilieja su molekuliniu deguonimi, sudarydami vandens molekules. Dėl to energija išsiskiria mažomis porcijomis, kuri kaupiama ATP pavidalu. Visiška vienos gliukozės molekulės oksidacija, susidarant anglies dioksidui ir vandeniui, suteikia energijos 38 ATP molekulėms įkrauti (2 molekulės citoplazmoje ir 36 mitochondrijose).
Mitochondrijų analogai bakterijose. Bakterijos neturi mitochondrijų. Vietoj to, jie turi elektronų transportavimo grandines, lokalizuotas ląstelių membranoje.
2. Plastidai, sandara, veislės, funkcijos. Plastidų kilmės problema
Plastidai (iš graikų kalbos. plastidai- kūrėjai, generatoriai) Ar dviejų membranų organelės būdingos fotosintetiniams eukariotiniams organizmams.Yra trys pagrindinės plastidų rūšys: chloroplastai, chromoplastai ir leukoplastai. Plastidų rinkinys ląstelėje vadinamas plastidomas. Plastidai yra tarpusavyje susiję, turintys bendrą kilmę ontogenezėje iš meristematinių ląstelių proplastidų.Kiekviena iš šių rūšių tam tikromis sąlygomis gali virsti viena kita. Kaip ir mitochondrijos, plastidės turi savo DNR molekules. Todėl jie taip pat gali daugintis nepriklausomai nuo ląstelių dalijimosi.
Chloroplastai(iš graikų kalbos.chloro" - žalias, "plastos"- skulptūra)Ar plastidai, kuriuose vyksta fotosintezė.
Bendrosios chloroplastų savybės. Chloroplastai yra 5–10 mikronų ilgio ir 2–4 mikronų pločio žalios spalvos organelės. Žaliuose dumbliuose randami milžiniški chloroplastai (chromatoforai), kurių ilgis siekia 50 mikronų. Aukštesniuose augaluose - chloroplastai turėti abipus išgaubtas arba elipsinis. Chloroplastų skaičius ląstelėje gali skirtis nuo vieno (kai kurių žaliųjų dumblių) iki tūkstančio (skutimosi). Vaukštesnių augalų ląstelėje yra vidutiniškai 15-50 chloroplastų.Paprastai chloroplastai yra tolygiai pasiskirstę visoje ląstelės citoplazmoje, tačiau kartais jie yra sugrupuoti aplink branduolį ar ląstelės membraną. Matyt, tai priklauso nuo išorinio poveikio (šviesos intensyvumo).
Ultramikroskopinė chloroplastų struktūra. Chloroplastus nuo citoplazmos skiria dvi membranos, kurių kiekvienos storis yra apie 7 nm. Tarp membranų yra tarpmembraninė erdvė, kurios skersmuo yra apie 20-30 nm. Išorinė membrana yra lygi, vidinė - sulankstyta. Tarp raukšlių yra tiroidai turintys diskų formą. Tylakoidai sudaro krūvas kaip monetų kolona, vadinama grūdai. MGrūdai yra tarpusavyje sujungti kitais tilakoidais ( lamelės, skiautelės). Tiloidų skaičius viename veide svyruoja nuo kelių iki 50 ar daugiau. Savo ruožtu aukštesnių augalų chloroplaste yra apie 50 grūdų (40–60), išdėstytų šaškių lentos būdu. Šis išdėstymas užtikrina maksimalų kiekvieno veido apšvietimą. Grūdų centre yra chlorofilas, apsuptas baltymų sluoksnio; tada yra lipoidų sluoksnis, vėl baltymai ir chlorofilas. Chlorofilas turi sudėtingą cheminę struktūrą ir egzistuoja keliomis modifikacijomis ( a, b, c, d ). Aukštesniuose augaluose ir dumbliuose yra xlorofilas a, kurio formulė C 55 H 72 O 5 N 4 M g ... Chlorofilas kaip papildomas b (aukštesni augalai, žalieji dumbliai), chlorofilas c (rudasis ir diatomitas), chlorofilas d (raudonieji dumbliai).Chlorofilas susidaro tik esant šviesai ir geležies, kuri atlieka katalizatoriaus vaidmenį.Chloroplastų matrica yra bespalvė vienalytė medžiaga, užpildanti tarpą tarp tilakoidų.Matricoje yrafotosintezės „tamsiosios fazės“ fermentai, DNR, RNR, ribosomos.Be to, pirminis krakmolo nusodinimas krakmolo grūdų pavidalu vyksta matricoje.
Chloroplasto savybės:
· pusiau autonomija (jie turi savo baltymų sintezės aparatą, tačiau dauguma genetinės informacijos yra branduolyje);
· galimybė judėti savarankiškai (atokiau nuo tiesioginių saulės spindulių);
· gebėjimas savarankiškai daugintis.
Chloroplastų dauginimasis. Chloroplastai vystosi iš proplastidų, kurie gali daugintis dalijantis. Aukštesniuose augaluose taip pat randama subrendusių chloroplastų, tačiau labai retai. Senstant lapams ir stiebams, nokinant vaisius, chloroplastai praranda žalią spalvą ir virsta chromoplastais.
Chloroplasto funkcijos. Pagrindinė chloroplastų funkcija yra fotosintezė. Be fotosintezės, chloroplastai atlieka ATP sintezę iš ADP (fosforilinimas), lipidų, krakmolo, baltymų sintezę. Chloroplastai taip pat sintetina fermentus, kurie užtikrina šviesos fotosintezės fazę.
Chromoplastai(iš graikų chromatos - spalva, dažai ir " plastos "- skulptūra)Yra spalvotų plastidų. Jų spalva atsiranda dėl šių pigmentų: karotino (oranžinė geltona), likopeno (raudona) ir ksantofilo (geltona). Chromoplastų ypač gausu žiedlapių ir vaisių lukštų ląstelėse. Dauguma chromoplastų yra vaisiuose ir gęstančiose gėlėse bei lapuose. Chromoplastai gali išsivystyti iš chloroplastų, kurie proceso metu praranda chlorofilą ir kaupia karotinoidus. Taip atsitinka, kai sunoksta daug vaisių: pripildę prinokusių sulčių, jie pagelsta, tampa rausvi arba parausta.Pagrindinė chromoplastų funkcija yra suteikti gėlėms, vaisiams, sėkloms spalvą.
Skirtingai nuo leukoplastų ir ypač chloroplastų, vidinė chloroplastų membrana nesudaro tilakoidų (arba sudaro pavienius). Chromoplastai yra galutinis plastidų vystymosi rezultatas (chloroplastai ir plastidai virsta chromoplastais).
Leukoplastai(iš graikų leucos - balta, plastos - išraižyta, sukurta). Jie yra bespalviai plastidaiapvalus, kiaušinis, lygus. Jie randami požeminėse augalų dalyse, sėklose, epidermyje ir stiebo šerdyje. Ypač turtingas leukoplastai bulvių gumbai.Vidinė membrana sudaro keletą tiroidų. Šviesoje chloroplastai susidaro iš chloroplastų.Vadinami leukoplastai, kuriuose sintetinamas ir kaupiamas antrinis krakmolas amiloplastai, aliejai - akių obuoliai, baltymai - proteoplastai. Pagrindinė leukoplastų funkcija yra maistinių medžiagų kaupimasis.
3. Mitochondrijų ir plastidų kilmės problema. Santykinė autonomija
Yra dvi pagrindinės mitochondrijų ir plastidų kilmės teorijos. Tai yra tiesioginio filiavimo ir nuoseklios endosimbiozės teorijos. Remiantis tiesioginio filtravimo teorija, mitochondrijos ir plastidės susidarė suskaidant pačią ląstelę. Fotosintetiniai eukariotai išsivystė iš fotosintetinių prokariotų. Gautose autotrofinėse eukariotinėse ląstelėse mitochondrijos buvo suformuotos diferencijuojant ląstelėje. Dėl autotrofų praradimo plastidų atsirado gyvūnų ir grybų.
Labiausiai pagrįsta yra nuoseklių endosimbiozių teorija. Remiantis šia teorija, eukariotinės ląstelės atsiradimas išgyveno kelis simbiozės su kitomis ląstelėmis etapus. Pirmajame etape anaerobinių heterotrofinių bakterijų tipo ląstelės apėmė laisvai gyvenančias aerobines bakterijas, kurios virto mitochondrijomis. Tuo pačiu metu ląstelėje -šeimininke prokariotinis genoforas yra suformuotas į branduolį, atskirtą nuo citoplazmos. Tokiu būdu atsirado pirmoji eukariotinė ląstelė, kuri buvo heterotrofinė. Atsirandančios eukariotinės ląstelės, kartodamos simbiozę, apėmė mėlynai žalius dumblius, todėl jose atsirado chloroplastų tipo struktūrų. Taigi heterotrofinės eukariotinės ląstelės jau turėjo mitochondrijų, kai pastarosios dėl simbiozės įgijo plastidų. Vėliau dėl natūralios atrankos mitochondrijos ir chloroplastai prarado dalį savo genetinės medžiagos ir virto ribotos autonomijos struktūromis.
Endosimbiotinės teorijos įrodymai:
1. Viena vertus, bakterijų ir mitochondrijų struktūros ir energijos procesų panašumas, kita vertus, melsvadumblių ir chloroplastų.
2. Mitochondrijos ir plastidės turi savospecifinė baltymų (DNR, RNR, ribosomų) sintezės sistema. Šios sistemos specifika slypi jos autonomijoje ir ryškiame skirtume nuo ląstelės.
3. Mitochondrijų ir plastidų DNR yramaža ciklinė arba linijinė molekulė,kuri skiriasi nuo branduolio DNR ir savo charakteristikomis artėja prie prokariotinių ląstelių DNR.Mitochondrijų ir plastidų DNR sintezė nėrapriklauso nuo branduolinės DNR sintezės.
4. Mitochondrijose ir chloroplastuose yra i-RNR, t-RNR, r-RNR. Šių organelių ribosomos ir r-RNR smarkiai skiriasi nuo citoplazmos. Visų pirma, mitochondrijų ir chloroplastų ribosomos, priešingai nei citoplazminės ribosomos, yra jautrios antibiotikui chloramfenikoliui, kuris slopina baltymų sintezę prokariotinėse ląstelėse.
5. Mitochondrijų skaičius didėja augant ir dalijantis pradinėms mitochondrijoms. Chloroplastų skaičiaus padidėjimas atsiranda keičiantis proplastidams, kurie, savo ruožtu, dauginasi padalydami.
Ši teorija gerai paaiškina replikacijos sistemų likučių sulaikymą mitochondrijose ir plastidėse ir leidžia sukurti nuoseklią filogeniją nuo prokariotų iki eukariotų.
Santykinė chloroplastų ir plastidų autonomija. Kai kuriais atžvilgiais mitochondrijos ir chloroplastai elgiasi kaip savarankiški organizmai. Pavyzdžiui, šios struktūros susidaro tik iš pirminių mitochondrijų ir chloroplastų. Tai buvo įrodyta eksperimentuose su augalų ląstelėmis, kuriose chloroplastų susidarymą slopino antibiotikas streptomicinas, ir mielių ląstelėse, kur mitochondrijų susidarymą slopino kiti vaistai. Po tokios įtakos ląstelės niekada neatkūrė trūkstamų organelių. Priežastis ta, kad mitochondrijose ir chloroplastuose yra tam tikras kiekis savo genetinės medžiagos (DNR), kuri koduoja dalį jų struktūros. Jei ši DNR prarandama, o tai atsitinka, kai slopinamas organelių susidarymas, tada struktūros negalima atkurti. Abiejų tipų organelės turi savo baltymų sintezės sistemą (ribosomas ir transportavimo RNR), kuri šiek tiek skiriasi nuo pagrindinės ląstelės baltymų sintezės sistemos; žinoma, pavyzdžiui, kad baltymų sintezuojančią organelių sistemą gali slopinti antibiotikai, nors jie neveikia pagrindinės sistemos. Organelių DNR yra atsakinga už didžiąją dalį ekstrachromosominio arba citoplazminio paveldimumo. Ekstrachromosominis paveldimumas nepaklūsta Mendelio dėsniams, nes ląstelių dalijimosi metu organelių DNR į dukterines ląsteles perduodama kitaip nei chromosomos. Mutacijų, kurios atsiranda organelių DNR ir chromosomų DNR, tyrimas parodė, kad organelių DNR yra atsakinga tik už nedidelę organelių struktūros dalį; dauguma jų baltymų yra užkoduoti genuose, esančiuose chromosomose. Santykinė mitochondrijų ir plastidų autonomija laikoma jų simbiotinės kilmės įrodymu.
Gyvenimas kaip biologinis procesas yra vienas visoje biosferoje ir egzistuoja remiantis pagrindiniais principais. Todėl skirtingos gyvybės formos, taip pat įvairūs biologinių rūšių atstovų struktūriniai komponentai turi reikšmingų panašumų. Iš dalies juos teikia bendra kilmė arba panašių funkcijų atlikimas. Šiame kontekste būtina išsamiai išanalizuoti, kaip pasireiškia mitochondrijų ir chloroplastų panašumai, nors iš pirmo žvilgsnio šie ląstelių organeliai turi mažai ką bendro.
Mitochondrijos
Mitochondrijos yra dviejų membranų ląstelių struktūros, atsakingos už branduolio ir organelių energijos tiekimą. Jie randami augaluose, grybuose ir gyvūnuose. Jie yra atsakingi už galutinį deguonies įsisavinimą, iš kurio dėl biocheminės transformacijos išgaunama energija makroergoms sintezuoti. Tai pasiekiama perkeliant krūvį per mitochondrijų membraną ir fermentine gliukozės oksidacija.
Chloroplastai
Chloroplastai yra augalų ląstelių organelės, kai kurios fotosintezės bakterijos ir protistai. Tai ląstelinės dviejų membranų struktūros, kuriose gliukozė sintezuojama naudojant saulės spindulių energiją. Šis procesas pasiekiamas perduodant fotonų energiją ir vykstant fermentinėms reakcijoms, susijusioms su krūvio perkėlimu per membraną. Fotosintezės rezultatas yra anglies dioksido panaudojimas, gliukozės sintezė ir molekulinio deguonies išsiskyrimas.
Mitochondrijų ir chloroplastų panašumai
Chloroplastai ir mitochondrijos yra ląstelių organelės su dviem membranomis. Pirmasis sluoksnis apsaugo juos nuo ląstelės citoplazmos, o antrasis sudaro daugybę raukšlių, ant kurių vyksta krūvio perdavimo procesai. Jų darbo principas yra panašus, tačiau nukreiptas skirtingomis kryptimis. Mitochondrijose fermentas vyksta naudojant deguonį, o anglies dioksidas veikia kaip reakcijos produktai. Dėl transformacijos taip pat sintetinama energija.
Chloroplastuose pastebimas atvirkštinis procesas - gliukozės sintezė ir deguonies išsiskyrimas iš anglies dioksido, sunaudojant šviesos energiją. Tai esminis skirtumas tarp šių organelių, tačiau skiriasi tik proceso kryptis. Jo elektrochemija yra beveik identiška, nors tam naudojami skirtingi tarpininkai.
Taip pat galite išsamiai apsvarstyti, kaip pasireiškia mitochondrijų ir chloroplastų panašumai. Tai yra organelių autonomija, nes jie netgi turi savo DNR molekulę, kurioje saugomi struktūrinių baltymų ir fermentų kodai. Abi organelės turi savo autonominį baltymų biosintezės aparatą, todėl chloroplastai ir mitochondrijos gali savarankiškai aprūpinti reikiamais fermentais ir atkurti jų struktūrą.
Santrauka
Pagrindinis mitochondrijų ir chloroplastų panašumas yra jų autonomija ląstelėje. Atskyrę nuo citoplazmos dviguba membrana ir turėdami savo biosintetinių fermentų kompleksą, jie niekuo nepriklauso nuo ląstelės. Jie taip pat turi savo genų rinkinį, todėl gali būti laikomi atskiru gyvu organizmu. Yra filogenetinė teorija, kad ankstyvosiose vienaląsčių gyvybės vystymosi stadijose mitochondrijos ir chloroplastai buvo paprasčiausi prokariotai.
Jame sakoma, kad tam tikru laikotarpiu jie buvo absorbuojami kitos ląstelės. Dėl atskiros membranos jie nebuvo suskaidyti ir tapo „šeimininko“ energijos donoru. Evoliucijos eigoje dėl genų keitimosi branduoliniuose organizmuose chloroplastų ir mitochondrijų DNR buvo įtraukta į ląstelės šeimininkės genomą. Nuo to momento pati ląstelė sugebėjo surinkti šiuos organelius, jei jie nebuvo perduoti jai mitozės metu.