Общая биология

отдельные структурные элементы. ДНК связанная с белком образует

хромосомы, которые располагаются в ядре, окруженном ядерной оболочкой

и заполненном кариоплазмой. Разделение эукариотических клеток на

структурные элементы осуществляется с помощью биологических мембран.

Клетки эукариот. Строение и функции.

К эукариотам относятся растения, животные, грибы.

Строение клеток растений и грибов подробно рассмотрено в разделе

ботаника «Пособия для поступающих в ВУЗы» Составленного М. А.

Галкиным.

В данном пособии мы укажем на отличительные особенности клетки

животных, опираясь на одно из положений клеточной теории. «Между

клетками растений и животных больше сходств, чем различий».

Клеточной стенки у клеток животных нет. Она представлена голым

протопластом. Пограничный слой клетки животных – гликокаликс это

верхний слой цитоплазматической мембраны «усиленный» молекулами

полисахаридов, которые входят в состав межклеточного вещества, чем в

состав клетки.

Митохондрии имеют складчатые кристы.

В клетках животных есть клеточный центр, состоящий из двух

центриолей. Это говорит о том, что любая клетка животных потенциально

способна к делению.

Включение в животной клетке представлено в виде зерен и капель (

белки, жиры, углевод гликоген ), конечных продуктов обмена, кристаллов

солей, пигментов.

В клетках животных могут быть сократительные, пищеварительные,

выделительные вакуоли небольших размеров.

В клетках нет пластид, включений в виде крахмальных зерен,

зерен, крупных вакуолей заполненных соком.

Деление клеток.

Клетка образуется только из клетки в результате деления.

Эукариотические клетки делятся по типу митоза или по типу мейоза. Оба

эти деления протекают в три стадии:

Деление клетки растений по типу митоза и по типу мейоза подробно

описано в разделе «Ботаника» пособия для поступающих в вузы

составленного М. А. Галкиным.

Здесь мы укажем только особенности деления для клеток животных.

Особенности деления у клеток животных связаны с отсутствием у них

клеточной стенки. При делении клетки по типу митоза в цитокинезе уже

на первом этапе происходит обособление дочерних клеток.. У растений

дочерние клетки оформляются под защитой клеточной стенки материнской

клетки, которая разрушается только после появления у дочерних клеток

первичной клеточной стенки. При делении клетки по типу мейоза у

животных разделение происходит уже в телофазе 1. У растений в телофазе

1 заканчивается образование двуядерной клетки.

Образованию веретена деления в телофазе один предшествует

расхождение центриолей к полюсам клетки. От ценриолей начинается

образование нитей веретена. У растений нити веретена начинают

формироваться от полюсных скоплений микротрубочек.

Движение клеток. Органоиды движения.

Живые организмы состоящие из одной клетки часто обладают

способностью к активному движению. Механизмы движения, возникшие в

процессе эволюции, весьма разнообразны. Основными формами движения

являются – амебоидная и с помощью жгутиков. Кроме того, клетки могут

передвигаться путем выделения слизи или за счет движения основного

вещества цитоплазмы.

Амебоидное движение получило свое название от простейшего

организма – амебы. Органами движения у амебы являются ложные ножки –

псевдоподобии являющиеся выступами цитоплазмы. Образуются они в разных

местах поверхности цитоплазмы. Могут исчезать и появляться в другом

месте.

Движение с помощью жгутиков характерно для многих одноклеточных

водорослей ( например хламидомонады), простейших (например эвглена

зеленая) и бактерий. Органами движения у этих организмов являются

жгутики – цитоплазматические выросты на поверхности цитоплазмы.

Химический состав клетки.

Химический состав клетки тесно связан с особенностями строения и

функционирования этой элементарной и функциональной единицы живого.

Как и морфологическом отношении наиболее общим и универсальным для

клеток представителей всех царств является химический состав

протопласта. Последний содержит около 80% воды, 10% органических

веществ и 1% солей. Ведущую роль в образовании протопласта среди них

прежде всего белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы.

По составу химических элементов протопласт чрезвычайно сложен. В

нем содержатся вещества как с небольшим молекулярным весом так, так и

вещества с крупной молекулой. 80% веса протопласта составляют высоко

молекулярные вещества и лишь 30% приходится на низкомолекулярные

соединения. В то же время на каждую макромолекулу приходятся сотни, а

на каждую крупную макромолекулы тысячи и десятки тысяч молекул.

Если рассматривать содержание в клетке химических элементов, то

первое место следует отдать кислороду (65-25%). Далее идут углерод (15-

20%), водород (8-10%) и азот (2-3%). Количество остальных элементов, а

а их в клетках обнаружено около ста, значительно меньше. Состав

химических элементов в клетке зависит как от биологических

особенностей организма, так и от места обитания

.Неорганические вещества и их роль в жизнедеятельности клетки.

К неорганическим веществам клетки относятся вода и соли. Для

процессов жизнедеятельности из входящих в состав солей катионов

наиболее важны K , Ca , Mg , Fe , Na , NH , из анионов NO , HPO , HPO.

К клетках растений ионы аммония и нитратов восстанавливаются до NH

и включаются в синтез аминокислот; У животных аминокислоты идут на

построение собственных белков. При отмирании организмов включаются в

круговорот веществ в форме свободного азота. Входят в состав белков,

аминокислот, нуклеиновых кислот и АТФ. Если фосфоро-фосфаты, находясь

в почве, растворяются корневыми выделениями растений и усваиваются.

Входят в состав всех мембранных структур, нуклеиновых кислот и АТФ,

ферментов, тканей.

Калий содержится во всех клетках в виде ионов К . «Калиевый насос»

клетки способствуют проникновению веществ через клеточную мембрану.

Активизирует процессы жизнедеятельности клеток, возбуждений и

импульсов.

Кальций содержится в клетках в виде ионов или кристаллов солей.

Входит в состав крови способствует ее свертыванию. Входит в состав

костей , раковин, известковых скелетов коралловых полипов.

Магний содержится в виде ионов в клетках растений. Входит в состав

хлорофилла.

Ионы железа входят в состав гемоглобина, содержащегося в

эритроцитах, которые обеспечивают транспорт кислорода.

В процессе транспорта веществ через мембрану участвуют ионы натрия.

На первом месте среди веществ , входящих в состав клетки, стоит

вода. Она содержится в основном веществе цитоплазме, В клеточном соке,

в кариоплазме, в органоидов. Вступает в реакции синтеза, гидролиза и

окисления. Является универсальным растворителем, и источником

кислорода. Вода обеспечивает тургор, регулирует осмотическое давление.

Наконец это среда для физиологических и биохимических процессов

происходящих в клетке. С помощью воды обеспечивается транспорт веществ

через биологическую мембрану, процесс терморегуляции и прочее.

Вода с другими компонентами – органическими и неорганическими,

высокомолекулярными и низкомолекулярными – участвует в образовании

структуры протопласта.

Органические вещества (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые

кислоты, АТФ), их строение и роль в жизнедеятельности клетки.

Клетка является той элементарной структурой, в которой

осуществляются все основные этапы биологического обмена веществ и

содержаться все основные химические компоненты живой материи. 80% веса

протопласта составляют высокомолекулярные вещества – белки, углеводы,

липиды, нуклеиновые кислоты.

Среди основных компонентов протоплазмы ведущее значение принадлежит

белку. Макромолекула белка имеет наиболее сложный состав и строение, и

характеризуется чрезвычайно богатым проявлением химических и физико-

химических свойств. В ней заключено одно из важнейших свойств живой

материи – биологическая специфичность.

Основным структурным элементом молекулы белка являются

аминокислоты. В молекулах большинства аминокислот содержится по одной

карбоксильной и аминной группе. Аминокислоты в белке связаны между

собой посредством пептидных связей за счет карбоксильных и - аминных

групп, то есть белок это полимер, мономером которого являются

аминокислоты. Белки живых организмов образованы двадцатью «золотыми»

аминокислотами.

Совокупность пептидных связей, Объединяющая цепочку аминокислотных

остатков, образует пептидную цепь – своеобразный хребет молекул

полипептида.

В макромолекуле белка различают несколько порядков структуры –

первичную, вторичную, третичную. Первичную структуру белка определяет

последовательность аминокислотных остатков. Вторичная структура

полипептидных цепей представляет сплошную или прерывистую спираль.

Пространственная ориентация этих спиралей или совокупность нескольких

полипептидов составляют систему более высокого порядка – третичную

структуру, характерную для молекул многих белков. Для крупных молекул

белка такие структуры являются лишь субъединицами, взаимное

пространственное расположение которых составляет четвертичную

структуру.

Физиологически активные белки имеют глобулярную структуру типа

клубка или цилиндра.

Аминокислотная последовательность и структура определяют свойства

белка, а свойства определяют функцию. Существуют белки не растворимые

в воде, а есть белки свободно растворимые в воде. Есть белки

растворимые только в слабых растворах щелочи или 60-80% спирте.

Отличаются и белки по молекулярному весу, а отсюда по размерам

полипептидной цепи. Молекула белка под воздействие определенных

факторов способна разрываться или раскручиваться. Это явление носит

название денатурации. Процесс денатурации обратим, т. е. белок

способен менять свои свойства.

Функции белков в клетке разнообразны. Это прежде всего строительные

функции – белок входит в состав мембран. Белки выступают в роли

катализаторов. Они ускоряют реакции обмена. Клеточные катализаторы

называют ферментами. Выполняют белки так же транспортную функцию.

Ярким примером является гемоглобин – агент по переносу кислорода.

Известна защитная функция белков. Вспомним образование в клетках

веществ, которые связывают и обезвреживают вещества способные нанести

вред клетке. Хотя и незначительно, но белки выполняют энергетическую

функцию. Распадаясь на аминокислоты они выделяют энергию.

Около 1% сухого вещества клетки составляют углеводы. Углеводы

подразделяют на простые сахара, низкомолекулярные углеводы и

высокомолекулярные сахара. В состав всех типов углеводов входят атомы

углерода, водорода и кислорода.

Простые сахара, или монозы по числу углеродных звеньев в молекуле

делятся на пентозы и гептозы. Из низкомолекулярных углеводов в природе

наиболее широко распространены сахароза, мальтоза, лактоза.

Высокомолекулярные углеводы подразделяются на простые и сложные. К

простым относятся полисахариды, молекулы которых состоят из остатков

какой- либо одной монозы. Это крахмал, гликоген, Целлюлоза. К сложным

относятся пектин, слизи. В состав сложных углеводов кроме моноз,

входят продукты их окисления и восстановления.

Углеводы выполняют строительную функцию, составляя основу клеточной

стенки. Но главная функция углеводов – энергетическая. При расщеплении

сложных углеводов до простых, А простых до углекислого газа и воды

выделяется значительное количество энергии.

Во всех клетках животных и растений содержатся липиды. К липидам

относятся вещества различной химической природы, Но обладающие общими

физико-химическими свойствами, а именно: Не растворимостью в воде и

хорошей растворимостью в органических растворителях – эфире, бензоле,

бензине, хлороформе.

По химическому составу и строению липиды подразделяются на

фосфолипиды, сульфолипиды, стерины, растворимые в жирах пигменты, жиры

и воска. Молекулы липидов богаты гидрофобными радикалами и группами.

Велика строительная функция липидов. Основная масса биологических

мембран состоит из липидов. В ходе расщепления жиров освобождается

большое количество энергии. К липидам относятся некоторые витамины (А,

D). Выполняют липиды защитную функцию у животных. Они откладываются

под кожей, создавая слой с низкой теплопроводимостью. У верблюда жир

это источник воды. Один килограмм жира окисляясь дает один килограмм

воды.

Нуклеиновым кислотам, как и белкам принадлежит ведущая роль в

обмене веществ и молекулярной организации живой субстанции. С ними

связан синтез белка, рост и деление клетки, Образование клеточных

структур, а, следовательно, формообразование и наследственность

организма.

Нуклеиновые кислоты содержат три основных структурных элемента:

фосфорную кислоту, углевод типа пентозы и азотистые основания;

соединяясь они образуют нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты представляют

собой полинуклеотиды, т. е. продукты полимеризации большого количества

нуклеотидов. В нуклеотидах структурные элементы связаны в следующей

последовательности: фосфорная кислота – пентоза – азотистое основание.

При этом с фосфорной кислотой пентоза связана эфирной связью, с

основанием – глюкозидной. Связь между нуклеотидами в нуклеиновой

кислоте осуществляется через фосфорную кислоту, свободные радикалы

которой обуславливают кислые свойства нуклеиновых кислот.

В природе существует два типа нуклеиновых кислот – рибонуклеинновая

и дезоксирибонулеинновая (РНК и ДНК). Они отличаются по углеродному

компоненту и набору азотистых оснований.

РНК в качестве углеродного компонента содержит рибозу, ДНК содержит

дезоксирибозу.

Азотистые основания нуклеиновых кислот являются производными пурина

и пирамидина. К первым относятся аденин и гуанин – обязательные

компоненты нуклеиновых кислот. Производными пирамидина являются

цитозин, тимин, урацил. Из них только цитозин является обязательным

для обеих нуклеиновых кислот. Что касается тимина и урацила, то первый

характерен для ДНК, второй – для РНК. В зависимости от наличия

азотистого основания нуклеотиды называются адениновый, цитозиловый,

гуаниновый, тиминовый, урациловый.

Структурное строение нуклеиновых кислот стало известно после

величайшего открытия сделанного в 1953 году Уотсоном и Криком.

Молекула ДНК представляет собой две спирально идущие

полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси. Эти цепи обращены

друг к другу азотистыми основаниями. Последние скрепляют обе цепи на

всем протяжении молекулы. В молекуле ДНК возможны только два

сочетания: аденин с тимином, и гуанин с цитозином. По ходу спирали в

макромолекуле образуется два «желобка» – один малый расположенный

между двумя полинуклеотидными цепями, другой – большой представляет

проем между витками. Расстояние между парами оснований по оси молекулы

ДНК составляет 3, 4 А, В один ход спирали укладывается 10 пар

нуклеотидов, соответственно протяженность одного витка равна 3,4 А.

Диаметр поперечного сечения спирали равен 20 А. ДНК у эукариот

содержится в ядре клетки, где входит в состав хромосом, и в

цитоплазме, где она находится в митохондриях и хлоропластах.

Особым свойством ДНК является ее способность удваиваться – этот

процесс саморепродукции определят передачу наследственных свойств от

материнской клетки дочерним.

Синтезу ДНК предшествует переход ее структуры от двуцепной к

одноцепной. После этого на каждой полинуклеотидной цепи , как на

матрице формируется новая полинуклеотидная цепь, нуклеотидная

последовательность в которой соответствует исходной, такая

последовательность определяется принципом комплиментарности оснований.

Против каждого А встает Т, против Ц – Г.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) это полимер, мономерами которого

являются рибонуклеотиды: адениновый, цитозиновый, гуаниновый,

урациловый.

В настоящее время различают три вида РНК – структурную, растворимую

или транспортную, информационную. Структурная РНК находится главным

образом в составе рибосом. Поэтому ее называют рибосомной РНК. Она

составляет до 80% всей РНК клетки. Транспортная РНК состоит из 80-80

нуклеотидов. Находится в составе основного вещества цитоплазмы.

Составляет примерно 10-15% всей РНК. Играет роль переносчика

аминокислот в рибосомы, где осуществляется синтез белка.

Информационная РНК весьма не однородна; она может иметь молекулярный

вес от 300000 до 2-х и более миллионов и отличается чрезвычайно

высокой метаболической активностью. Информационная РНК непрерывно

образуется в ядре на ДНК, играющей роль матрицы, и направляется в

рибосомы где она участвует в в синтезе белка. В связи с этим

информационную РНК называют РНК-посредником. Она составляет 10-5% от

общей суммы РНК.

Среди органических веществ клетки особое место занимает

аденинтрифосфорная кислота. Она содержит три известных компонента:

азотистое основание аденин), углевод (рибоза), и фосфорную кислоту.

Особенностью строения АТФ является наличие двух дополнительных

фосфатных групп, присоединенных к уже имеющемуся остатку фосфорной

кислоты, в результате чего образуются богатые энергией связи. Такие

связи называются макроэнеретическими. Одна макроэнергитическая связь в

грамм-молекуле вещества заключает в себе до 16000 калорий. Образуется

АТФ и АДФ в процессе дыхания за счет энергии, освобождающейся при

окислительном распаде углеводов, жиров и пр. Обратный процесс, т. е.

переход от АТФ к АДФ, сопровождается выделением энергии, которая

непосредственно используется в тех или иных жизненных процессов – в

синтезе веществ, в движении основного вещества цитоплазмы, в

проведении возбуждений и пр. АТФ является единым и универсальным

источником энергоснабжающим источником клетки. Как стало известно в

последние годы, АТФ, и АДФ, АМФ являются исходным материалом для

образования нуклеиновых кислот.

Регуляторные и сигнальные вещества.

Белки обладают целым рядом замечательных свойств.

Ферменты. Большинство реакций ассимиляции и диссимиляции в

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6