Pelajaran video ini ditumpukan kepada topik "Membekalkan sel dengan tenaga." Dalam pelajaran ini kita akan melihat proses tenaga dalam sel dan mengkaji bagaimana sel dibekalkan dengan tenaga. Anda juga akan mempelajari apa itu respirasi selular dan apakah peringkatnya. Bincangkan setiap langkah ini secara terperinci.
BIOLOGI DARJAH 9
Topik: Tahap selular
Pelajaran 13. Membekalkan sel dengan tenaga
Stepanova Anna Yurievna
calon sains biologi, profesor madya MGUIE
Moscow
Hari ini kita akan bercakap tentang menyediakan sel dengan tenaga. Tenaga digunakan untuk pelbagai tindak balas kimia yang berlaku di dalam sel. Sesetengah organisma menggunakan tenaga cahaya matahari untuk proses biokimia - ini adalah tumbuhan, manakala yang lain menggunakan tenaga ikatan kimia dalam bahan yang diperoleh semasa pemakanan - ini adalah organisma haiwan. Bahan daripada makanan diekstrak melalui pemecahan atau pengoksidaan biologi melalui proses respirasi selular.
Respirasi selular adalah proses biokimia dalam sel yang berlaku dengan kehadiran enzim, akibatnya air dan karbon dioksida dibebaskan, tenaga disimpan dalam bentuk ikatan makroenergetik molekul ATP. Jika proses ini berlaku dengan kehadiran oksigen, maka ia dipanggil "aerobik". Jika ia berlaku tanpa oksigen, maka ia dipanggil "anaerobik."
Pengoksidaan biologi merangkumi tiga peringkat utama:
1. Persediaan,
2. Bebas oksigen (glikolisis),
3. Pecahan lengkap bahan organik (dengan kehadiran oksigen).
Peringkat persediaan. Bahan yang diterima daripada makanan dipecahkan kepada monomer. Peringkat ini bermula di saluran gastrousus atau dalam lisosom sel. Polisakarida terurai kepada monosakarida, protein kepada asid amino, lemak kepada gliserol dan asid lemak. Tenaga yang dibebaskan pada peringkat ini dilesapkan dalam bentuk haba. Perlu diingatkan bahawa untuk proses tenaga, sel menggunakan karbohidrat, atau lebih baik lagi, monosakarida. Dan otak hanya boleh menggunakan monosakarida - glukosa - untuk kerjanya.
Glukosa semasa glikolisis terurai kepada dua molekul tiga karbon asid piruvik. Nasib mereka selanjutnya bergantung kepada kehadiran oksigen dalam sel. Jika oksigen terdapat dalam sel, maka asid piruvik memasuki mitokondria untuk pengoksidaan lengkap kepada karbon dioksida dan air (respirasi aerobik). Sekiranya tiada oksigen, maka dalam tisu haiwan asid piruvat ditukar menjadi asid laktik. Peringkat ini berlaku dalam sitoplasma sel. Hasil daripada glikolisis, hanya dua molekul ATP terbentuk.
Untuk pengoksidaan lengkap glukosa, oksigen diperlukan. Pada peringkat ketiga, pengoksidaan lengkap asid piruvik kepada karbon dioksida dan air berlaku dalam mitokondria. Akibatnya, 36 lagi molekul ATP terbentuk.
Secara keseluruhan, tiga langkah menghasilkan 38 molekul ATP daripada satu molekul glukosa, dengan mengambil kira dua ATP yang dihasilkan semasa glikolisis.
Oleh itu, kami mengkaji proses tenaga yang berlaku dalam sel. Peringkat pengoksidaan biologi telah dicirikan. Ini menyimpulkan pelajaran kami, semua yang terbaik untuk anda, selamat tinggal!
Perbezaan antara bernafas dan terbakar. Pernafasan yang berlaku dalam sel selalunya dibandingkan dengan proses pembakaran. Kedua-dua proses berlaku dengan kehadiran oksigen, membebaskan tenaga dan produk pengoksidaan. Tetapi, tidak seperti pembakaran, respirasi adalah proses tertib tindak balas biokimia yang berlaku dengan kehadiran enzim. Semasa respirasi, karbon dioksida timbul sebagai hasil akhir pengoksidaan biologi, dan semasa pembakaran, pembentukan karbon dioksida berlaku melalui gabungan langsung hidrogen dengan karbon. Juga, semasa pernafasan, sejumlah molekul ATP terbentuk. Iaitu, pernafasan dan pembakaran pada asasnya adalah proses yang berbeza.
Kepentingan bioperubatan. Untuk perubatan, bukan sahaja metabolisme glukosa adalah penting, tetapi juga fruktosa dan galaktosa. Keupayaan untuk membentuk ATP dalam ketiadaan oksigen adalah sangat penting dalam perubatan. Ini membolehkan anda mengekalkan kerja otot rangka yang sengit dalam keadaan kecekapan pengoksidaan aerobik yang tidak mencukupi. Tisu dengan peningkatan aktiviti glikolitik dapat kekal aktif semasa tempoh kebuluran oksigen. Dalam otot jantung, kemungkinan glikolisis adalah terhad. Dia sukar mengalami gangguan bekalan darah, yang boleh menyebabkan iskemia. Terdapat beberapa penyakit yang diketahui disebabkan oleh kekurangan enzim yang mengawal glikolisis:
Anemia hemolitik (dalam sel kanser yang berkembang pesat, glikolisis berlaku pada kadar yang melebihi keupayaan kitaran asid sitrik), yang menyumbang kepada peningkatan sintesis asid laktik dalam organ dan tisu. Tahap asid laktik yang tinggi dalam badan boleh menjadi gejala kanser.
Penapaian. Mikrob dapat memperoleh tenaga semasa penapaian. Penapaian telah diketahui orang sejak dahulu lagi, sebagai contoh, dalam pembuatan wain. Penapaian asid laktik diketahui lebih awal lagi. Orang ramai mengambil produk tenusu tanpa menyedari bahawa proses ini dikaitkan dengan aktiviti mikroorganisma. Ini pertama kali dibuktikan oleh Louis Pasteur. Selain itu, mikroorganisma yang berbeza merembeskan produk penapaian yang berbeza. Sekarang kita akan bercakap tentang penapaian asid alkohol dan laktik. Akibatnya, etil alkohol dan karbon dioksida terbentuk dan tenaga dibebaskan. Pembuat bir dan pembuat wain telah menggunakan jenis yis tertentu untuk merangsang penapaian, yang mengubah gula menjadi alkohol. Penapaian dijalankan terutamanya oleh yis, serta beberapa bakteria dan kulat. Di negara kita, yis Saccharomycetes digunakan secara tradisional. Di Amerika - bakteria genus Pseudomonas. Dan di Mexico, bakteria "rod bergerak" digunakan. Yis kami biasanya menapai heksosa (monosakarida enam karbon) seperti glukosa atau fruktosa. Proses pembentukan alkohol boleh diwakili seperti berikut: daripada satu molekul glukosa dua molekul alkohol, dua molekul karbon dioksida dan dua molekul ATP terbentuk. Kaedah ini kurang menguntungkan daripada proses aerobik, tetapi membolehkan anda mengekalkan kehidupan tanpa kehadiran oksigen. Sekarang mari kita bercakap tentang penapaian susu yang ditapai. Satu molekul glukosa membentuk dua molekul asid laktik dan pada masa yang sama dua molekul ATP dibebaskan. Penapaian asid laktik digunakan secara meluas untuk pengeluaran produk tenusu: keju, susu curdled, yogurt. Asid laktik juga digunakan dalam pengeluaran minuman ringan.
Pertumbuhan pokok gemuk yang banyak,
yang berakar pada pasir tandus
diluluskan, dengan jelas menyatakan bahawa
lemak berlemak lemak dari udara
serap...
M. V. Lomonosov
Bagaimanakah tenaga disimpan dalam sel? Apakah metabolisme? Apakah intipati proses glikolisis, penapaian dan respirasi selular? Apakah proses yang berlaku semasa fasa terang dan gelap fotosintesis? Bagaimanakah proses metabolisme tenaga dan plastik berkaitan? Apakah kemosintesis?
Lesson-lecture
Keupayaan untuk menukar satu jenis tenaga kepada yang lain (tenaga sinaran kepada tenaga ikatan kimia, tenaga kimia kepada tenaga mekanikal, dll.) adalah salah satu sifat asas makhluk hidup. Di sini kita akan melihat dengan lebih dekat bagaimana proses ini direalisasikan dalam organisma hidup.
ATP ADALAH PEMBAWA UTAMA TENAGA DALAM SEL. Untuk menjalankan sebarang manifestasi aktiviti sel, tenaga diperlukan. Organisma autotrof menerima tenaga awal mereka daripada Matahari semasa tindak balas fotosintesis, manakala organisma heterotrofik menggunakan sebatian organik yang dibekalkan dengan makanan sebagai sumber tenaga. Tenaga disimpan oleh sel dalam ikatan kimia molekul ATP (adenosin trifosfat), yang merupakan nukleotida yang terdiri daripada tiga kumpulan fosfat, sisa gula (ribosa) dan sisa bes nitrogen (adenine) (Rajah 52).
nasi. 52. Molekul ATP
Ikatan antara residu fosfat dipanggil makroergik, kerana apabila ia pecah, sejumlah besar tenaga dibebaskan. Biasanya, sel mengekstrak tenaga daripada ATP dengan mengeluarkan hanya kumpulan fosfat terminal. Dalam kes ini, ADP (adenosin difosfat) dan asid fosforik terbentuk dan 40 kJ/mol dibebaskan:
Molekul ATP memainkan peranan cip tawar-menawar tenaga sejagat sel. Mereka dihantar ke tapak proses intensif tenaga, sama ada sintesis enzimatik sebatian organik, kerja protein - motor molekul atau protein pengangkutan membran, dll. Sintesis terbalik molekul ATP dijalankan dengan melekatkan kumpulan fosfat kepada ADP dengan penyerapan tenaga. Sel menyimpan tenaga dalam bentuk ATP semasa tindak balas metabolisme tenaga. Ia berkait rapat dengan pertukaran plastik, di mana sel menghasilkan sebatian organik yang diperlukan untuk berfungsi.
METABOLISME DAN TENAGA DALAM SEL (METABOLISME). Metabolisme ialah keseluruhan semua tindak balas metabolisme plastik dan tenaga, yang saling berkaitan. Sel sentiasa mensintesis karbohidrat, lemak, protein, dan asid nukleik. Sintesis sebatian sentiasa berlaku dengan perbelanjaan tenaga, iaitu dengan penyertaan ATP yang sangat diperlukan. Sumber tenaga untuk pembentukan ATP adalah tindak balas enzimatik pengoksidaan protein, lemak dan karbohidrat yang memasuki sel. Semasa proses ini, tenaga dibebaskan dan disimpan dalam ATP. Pengoksidaan glukosa memainkan peranan khas dalam metabolisme tenaga selular. Molekul glukosa mengalami satu siri transformasi berturut-turut.
Peringkat pertama, dipanggil glikolisis, berlaku dalam sitoplasma sel dan tidak memerlukan oksigen. Hasil daripada tindak balas berturut-turut yang melibatkan enzim, glukosa terurai kepada dua molekul asid piruvik. Dalam kes ini, dua molekul ATP digunakan, dan tenaga yang dibebaskan semasa pengoksidaan adalah mencukupi untuk membentuk empat molekul ATP. Akibatnya, pengeluaran tenaga glikolisis adalah kecil dan berjumlah dua molekul ATP:
C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP
Di bawah keadaan anaerobik (tanpa ketiadaan oksigen), transformasi selanjutnya boleh dikaitkan dengan pelbagai jenis penapaian.
Semua orang tahu penapaian asid laktik(pemasam susu), yang berlaku disebabkan oleh aktiviti kulat asid laktik dan bakteria. Mekanismenya serupa dengan glikolisis, hanya produk akhir di sini adalah asid laktik. Pengoksidaan glukosa jenis ini berlaku dalam sel apabila terdapat kekurangan oksigen, seperti dalam otot yang bekerja secara intensif. Penapaian alkohol adalah hampir dalam kimia dengan penapaian asid laktik. Perbezaannya ialah produk penapaian alkohol adalah etil alkohol dan karbon dioksida.
Peringkat seterusnya, di mana asid piruvik dioksidakan kepada karbon dioksida dan air, dipanggil pernafasan selular. Reaksi yang berkaitan dengan pernafasan berlaku dalam mitokondria sel tumbuhan dan haiwan, dan hanya dengan kehadiran oksigen. Ini adalah satu siri transformasi kimia sebelum pembentukan produk akhir - karbon dioksida. Pada pelbagai peringkat proses ini, produk perantaraan pengoksidaan bahan permulaan terbentuk dengan penyingkiran atom hidrogen. Dalam kes ini, tenaga dibebaskan, yang "dipelihara" dalam ikatan kimia ATP, dan molekul air terbentuk. Ia menjadi jelas bahawa oksigen diperlukan untuk mengikat atom hidrogen yang dipisahkan dengan tepat. Siri transformasi kimia ini agak kompleks dan berlaku dengan penyertaan membran dalaman mitokondria, enzim, dan protein pembawa.
Pernafasan selular sangat cekap. 30 molekul ATP disintesis, dua lagi molekul terbentuk semasa glikolisis, dan enam molekul ATP terbentuk hasil daripada transformasi produk glikolisis pada membran mitokondria. Secara keseluruhan, hasil daripada pengoksidaan satu molekul glukosa, 38 molekul ATP terbentuk:
C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP
Peringkat akhir pengoksidaan bukan sahaja gula, tetapi juga protein dan lipid berlaku dalam mitokondria. Bahan ini digunakan oleh sel, terutamanya apabila bekalan karbohidrat berakhir. Pertama, lemak dimakan, pengoksidaan yang membebaskan lebih banyak tenaga daripada jumlah karbohidrat dan protein yang sama. Oleh itu, lemak dalam haiwan mewakili "rizab strategik" utama sumber tenaga. Dalam tumbuhan, kanji memainkan peranan sebagai rizab tenaga. Apabila disimpan, ia mengambil lebih banyak ruang daripada jumlah lemak yang setara dengan tenaga. Ini bukan halangan untuk tumbuh-tumbuhan, kerana mereka tidak bergerak dan tidak membawa bekalan pada diri mereka sendiri, seperti haiwan. Anda boleh mengekstrak tenaga daripada karbohidrat lebih cepat daripada lemak. Protein melakukan banyak fungsi penting dalam badan, dan oleh itu terlibat dalam metabolisme tenaga hanya apabila sumber gula dan lemak habis, contohnya, semasa berpuasa yang berpanjangan.
FOTOSINTESIS. Fotosintesis ialah satu proses di mana tenaga sinar suria ditukar kepada tenaga ikatan kimia sebatian organik. Dalam sel tumbuhan, proses yang berkaitan dengan fotosintesis berlaku dalam kloroplas. Di dalam organel ini terdapat sistem membran di mana pigmen tertanam yang menangkap tenaga pancaran Matahari. Pigmen utama fotosintesis ialah klorofil, yang menyerap terutamanya biru dan ungu, serta sinaran merah spektrum. Cahaya hijau dipantulkan, jadi klorofil itu sendiri dan bahagian tumbuhan yang mengandunginya kelihatan hijau.
Terdapat dua fasa dalam fotosintesis - ringan Dan gelap(Gamb. 53). Tangkapan dan penukaran sebenar tenaga pancaran berlaku semasa fasa cahaya. Apabila menyerap quanta cahaya, klorofil masuk ke dalam keadaan teruja dan menjadi penderma elektron. Elektronnya dipindahkan dari satu kompleks protein ke yang lain di sepanjang rantai pengangkutan elektron. Protein rantai ini, seperti pigmen, tertumpu pada membran dalaman kloroplas. Apabila elektron bergerak di sepanjang rantai pembawa, ia kehilangan tenaga, yang digunakan untuk sintesis ATP. Beberapa elektron yang dirangsang oleh cahaya digunakan untuk mengurangkan NDP (nicotinamide adenine dinucleotiphosphate), atau NADPH.
nasi. 53. Hasil tindak balas fasa terang dan gelap fotosintesis
Di bawah pengaruh cahaya matahari, molekul air juga terurai dalam kloroplas - fotolisis; dalam kes ini, elektron muncul yang mengimbangi kehilangannya oleh klorofil; Ini menghasilkan oksigen sebagai hasil sampingan:
Oleh itu, maksud fungsian fasa cahaya ialah sintesis ATP dan NADPH dengan menukar tenaga cahaya kepada tenaga kimia.
Cahaya tidak diperlukan untuk fasa gelap fotosintesis berlaku. Intipati proses yang berlaku di sini ialah molekul ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam fasa cahaya digunakan dalam satu siri tindak balas kimia yang "membetulkan" CO2 dalam bentuk karbohidrat. Semua tindak balas fasa gelap berlaku di dalam kloroplas, dan karbon dioksida ADP dan NADP yang dikeluarkan semasa "penetapan" sekali lagi digunakan dalam tindak balas fasa cahaya untuk sintesis ATP dan NADPH.
Persamaan keseluruhan untuk fotosintesis adalah seperti berikut:
HUBUNGAN DAN PERPADUAN PROSES PERTUKARAN PLASTIK DAN TENAGA. Proses sintesis ATP berlaku dalam sitoplasma (glikolisis), dalam mitokondria (respirasi selular) dan dalam kloroplas (fotosintesis). Semua tindak balas yang berlaku semasa proses ini adalah tindak balas pertukaran tenaga. Tenaga yang disimpan dalam bentuk ATP digunakan dalam tindak balas pertukaran plastik untuk penghasilan protein, lemak, karbohidrat dan asid nukleik yang diperlukan untuk kehidupan sel. Perhatikan bahawa fasa gelap fotosintesis ialah rantaian tindak balas, pertukaran plastik, dan fasa cahaya ialah pertukaran tenaga.
Saling hubungan dan kesatuan proses pertukaran tenaga dan plastik digambarkan dengan baik oleh persamaan berikut:
Apabila membaca persamaan ini dari kiri ke kanan, kita mendapat proses pengoksidaan glukosa kepada karbon dioksida dan air semasa glikolisis dan respirasi selular, yang dikaitkan dengan sintesis ATP (metabolisme tenaga). Jika anda membacanya dari kanan ke kiri, anda mendapat penerangan tentang tindak balas fasa gelap fotosintesis, apabila glukosa disintesis daripada air dan karbon dioksida dengan penyertaan ATP (pertukaran plastik).
KIMOSINTESIS. Sebagai tambahan kepada fotoautotrof, beberapa bakteria (hidrogen, nitrifikasi, bakteria sulfur, dll.) juga mampu mensintesis bahan organik daripada bukan organik. Mereka menjalankan sintesis ini kerana tenaga yang dikeluarkan semasa pengoksidaan bahan bukan organik. Mereka dipanggil chemoautotrophs. Bakteria kemosintetik ini memainkan peranan penting dalam biosfera. Contohnya, bakteria nitrifikasi menukarkan garam ammonium yang tidak tersedia untuk diserap oleh tumbuhan kepada garam asid nitrik, yang diserap dengan baik olehnya.
Metabolisme selular terdiri daripada tindak balas tenaga dan metabolisme plastik. Semasa metabolisme tenaga, sebatian organik dengan ikatan kimia bertenaga tinggi - ATP - terbentuk. Tenaga yang diperlukan untuk ini datang daripada pengoksidaan sebatian organik semasa tindak balas anaerobik (glikolisis, penapaian) dan aerobik (respirasi selular); dari cahaya matahari, tenaga yang diserap dalam fasa cahaya (fotosintesis); daripada pengoksidaan sebatian tak organik (chemosynthesis). Tenaga ATP dibelanjakan untuk sintesis sebatian organik yang diperlukan untuk sel semasa tindak balas pertukaran plastik, yang termasuk tindak balas fasa gelap fotosintesis.
- Apakah perbezaan antara plastik dan metabolisme tenaga?
- Bagaimanakah tenaga cahaya matahari ditukar kepada fasa cahaya fotosintesis? Apakah proses yang berlaku semasa fasa gelap fotosintesis?
- Mengapakah fotosintesis dipanggil proses memantulkan interaksi planet-kosmik?
Kitaran hayat sel jelas menunjukkan bahawa hayat sel dibahagikan kepada tempoh interkinesis dan mitosis. Semasa tempoh interkinesis, semua proses kehidupan, kecuali pembahagian, dijalankan secara aktif. Mari kita fokus pada mereka dahulu. Proses hidup utama sel ialah metabolisme.
Berdasarkannya, pembentukan bahan tertentu, pertumbuhan, pembezaan sel, serta kerengsaan, pergerakan dan pembiakan diri sel berlaku. Dalam organisma multisel, sel adalah sebahagian daripada keseluruhan. Oleh itu, ciri morfologi dan sifat semua proses kehidupan sel terbentuk di bawah pengaruh organisma dan persekitaran luaran di sekelilingnya. Badan memberikan pengaruhnya pada sel terutamanya melalui sistem saraf, serta melalui pengaruh hormon dari kelenjar endokrin.
Metabolisme adalah susunan perubahan bahan tertentu, yang membawa kepada pemeliharaan dan pembaharuan diri sel. Dalam proses metabolisme, di satu pihak, bahan memasuki sel yang diproses dan menjadi sebahagian daripada badan sel, dan sebaliknya, bahan yang merupakan produk pereputan dikeluarkan daripada sel, iaitu sel dan pertukaran bahan persekitaran. Secara kimia, metabolisme dinyatakan dalam tindak balas kimia mengikut satu sama lain dalam susunan tertentu. Perintah ketat dalam transformasi bahan dipastikan oleh bahan protein - enzim, yang memainkan peranan pemangkin. Enzim adalah khusus, iaitu, ia bertindak dengan cara tertentu hanya pada bahan tertentu. Di bawah pengaruh enzim, dari semua kemungkinan transformasi, bahan ini berubah berkali-kali lebih cepat dalam satu arah sahaja. Bahan-bahan baru yang terbentuk hasil daripada proses ini berubah lagi di bawah pengaruh enzim lain yang sama spesifiknya, dsb.
Prinsip penggerak metabolisme ialah undang-undang perpaduan dan perjuangan yang bertentangan. Sesungguhnya, metabolisme ditentukan oleh dua proses yang bertentangan dan pada masa yang sama bersatu - asimilasi dan disimilasi. Bahan yang diterima daripada persekitaran luaran diproses oleh sel dan ditukarkan kepada bahan yang bercirikan sel (asimilasi). Oleh itu, komposisi sitoplasma dan organel nuklearnya diperbaharui, kemasukan trofik terbentuk, rembesan dan hormon dihasilkan. Proses asimilasi adalah sintetik; ia berlaku apabila tenaga diserap. Sumber tenaga ini ialah proses-proses disimilasi. Akibatnya, bahan organik yang terbentuk sebelum ini dimusnahkan, tenaga dibebaskan dan produk terbentuk, sebahagian daripadanya disintesis menjadi bahan sel baru, manakala yang lain dikeluarkan dari sel. Tenaga yang dibebaskan hasil daripada disimilasi digunakan semasa asimilasi. Oleh itu, asimilasi dan disimilasi adalah dua, walaupun berbeza, tetapi berkait rapat antara satu sama lain aspek metabolisme.
Sifat metabolisme berbeza-beza bukan sahaja di antara haiwan yang berbeza, malah dalam organisma yang sama dalam organ dan tisu yang berbeza. Kekhususan ini ditunjukkan dalam fakta bahawa sel-sel setiap organ mampu mengasimilasikan hanya bahan-bahan tertentu, membina daripadanya bahan-bahan khusus badan mereka dan melepaskan bahan-bahan yang agak spesifik ke dalam persekitaran luaran. Bersama-sama dengan metabolisme, pertukaran tenaga juga berlaku, iaitu, sel menyerap tenaga dari persekitaran luaran dalam bentuk haba, cahaya dan, seterusnya, membebaskan sinaran dan jenis tenaga lain.
Metabolisme terdiri daripada beberapa proses peribadi. Yang utama:
1) penembusan bahan ke dalam sel;
2) "pemprosesan" mereka menggunakan proses pemakanan dan pernafasan (aerobik dan anaerobik);
3) penggunaan produk "diproses" untuk pelbagai proses sintetik, contohnya adalah sintesis protein dan pembentukan rembesan;
4) penyingkiran bahan buangan dari sel.
Plasmalemma memainkan peranan penting dalam penembusan bahan, serta dalam penyingkiran bahan dari sel. Kedua-dua proses ini boleh dipertimbangkan dari sudut fizikokimia dan morfologi. Kebolehtelapan berlaku melalui pengangkutan pasif dan aktif. Yang pertama berlaku disebabkan oleh fenomena resapan dan osmosis. Walau bagaimanapun, bahan boleh memasuki sel bertentangan dengan undang-undang ini, yang menunjukkan aktiviti sel itu sendiri dan selektivitinya. Sebagai contoh, diketahui bahawa ion natrium dipam keluar dari sel, walaupun kepekatannya di persekitaran luaran lebih tinggi daripada di dalam sel, dan ion kalium, sebaliknya, dipam ke dalam sel. Fenomena ini digambarkan sebagai "pam natrium-kalium" dan disertai dengan perbelanjaan tenaga. Keupayaan untuk menembusi sel berkurangan apabila bilangan kumpulan hidroksil (OH) dalam molekul bertambah apabila kumpulan amino (NH2) dimasukkan ke dalam molekul. Asid organik lebih mudah menembusi daripada asid bukan organik. Ammonia menembusi terutamanya dengan cepat daripada alkali. Saiz molekul juga penting untuk kebolehtelapan. Kebolehtelapan sel berubah bergantung pada tindak balas, suhu, pencahayaan, umur dan keadaan fisiologi sel itu sendiri, dan sebab-sebab ini boleh meningkatkan kebolehtelapan beberapa bahan dan pada masa yang sama melemahkan kebolehtelapan bahan lain.
Gambaran morfologi kebolehtelapan bahan dari persekitaran dikesan dengan baik dan dijalankan melalui fagositosis (phagein - melahap) dan pinositosis (pynein - minuman). Mekanisme kedua-duanya nampaknya serupa dan berbeza hanya secara kuantitatif. Dengan bantuan fagositosis, zarah yang lebih besar ditangkap, dan dengan bantuan pinositosis, zarah yang lebih kecil dan kurang padat ditangkap. Pertama, bahan-bahan itu diserap oleh permukaan plasmalemma yang disalut dengan mucopolysaccharides, kemudian bersama-sama dengannya ia tenggelam lebih dalam, dan gelembung terbentuk, yang kemudiannya dipisahkan daripada plasmalemma (Rajah 19). Pemprosesan bahan yang menyusup dijalankan semasa proses yang mengingatkan pencernaan dan memuncak dalam pembentukan bahan yang agak mudah. Pencernaan intraselular bermula dengan fakta bahawa vesikel fagositotik atau pinositotik bergabung dengan lisosom primer, yang mengandungi enzim pencernaan, dan lisosom sekunder, atau vakuol pencernaan, terbentuk. Di dalamnya, dengan bantuan enzim, bahan diuraikan menjadi lebih mudah. Bukan sahaja lisosom, tetapi juga komponen sel lain mengambil bahagian dalam proses ini. Oleh itu, mitokondria menyediakan bahagian tenaga proses; saluran retikulum sitoplasma boleh digunakan untuk pengangkutan bahan yang diproses.
Pencernaan intraselular berakhir dengan pembentukan, di satu pihak, produk yang agak mudah daripada bahan kompleks yang baru disintesis (protein, lemak, karbohidrat) digunakan untuk memperbaharui struktur selular atau membentuk rembesan, dan sebaliknya, produk yang akan dikumuhkan daripada sel sebagai najis. Contoh penggunaan produk yang diproses termasuk sintesis protein dan pembentukan rembesan.
nasi. 19. Skim pinositosis:
L - pembentukan saluran pinositosis (1) dan vesikel pinositosis (2). Anak panah menunjukkan arah invaginasi plasmalemma. B-G - peringkat berturut-turut pinositosis; 3 - zarah terserap; 4 - zarah ditangkap oleh pertumbuhan sel; 5 - sel membran plasma; D, E, B - peringkat berturut-turut pembentukan vakuol pinositotik; F - zarah makanan dibebaskan daripada cangkang vakuol.
Sintesis protein berlaku pada ribosom dan secara konvensional berlaku dalam empat peringkat.
Peringkat pertama melibatkan pengaktifan asid amino. Pengaktifan mereka berlaku dalam matriks sitoplasma dengan penyertaan enzim (aminoacyl - RNA synthetases). Kira-kira 20 enzim diketahui, setiap satunya khusus untuk hanya satu asid amino. Pengaktifan asid amino berlaku apabila ia bergabung dengan enzim dan ATP.
Hasil daripada interaksi, pirofosfat dipisahkan daripada ATP, dan tenaga yang terletak dalam ikatan antara kumpulan fosfat pertama dan kedua dipindahkan sepenuhnya kepada asid amino. Asid amino yang diaktifkan dengan cara ini (aminoacyl adenylate) menjadi reaktif dan memperoleh keupayaan untuk bergabung dengan asid amino lain.
Peringkat kedua ialah pengikatan asid amino yang diaktifkan untuk memindahkan RNA (tRNA). Dalam kes ini, satu molekul tRNA melekat hanya satu molekul asid amino diaktifkan. Tindak balas ini melibatkan enzim yang sama seperti pada peringkat pertama, dan tindak balas berakhir dengan pembentukan kompleks t-RNA dan asid amino yang diaktifkan. Molekul tRNA terdiri daripada heliks pendek berganda yang ditutup pada satu hujung. Hujung tertutup (kepala) heliks ini diwakili oleh tiga nukleotida (antikodon), yang menentukan lampiran t-RNA ini pada bahagian tertentu (kodon) molekul RNA (i-RNA) utusan panjang. Asid amino yang diaktifkan dilekatkan pada hujung tRNA yang lain (Rajah 20). Sebagai contoh, jika molekul tRNA mempunyai triplet UAA di hujung kepala, maka hanya asid amino lisin boleh melekat pada hujungnya yang bertentangan. Oleh itu, setiap asid amino mempunyai tRNA spesifiknya sendiri. Jika tiga nukleotida terminal dalam tRNA yang berbeza adalah sama, maka kekhususannya ditentukan oleh urutan nukleotida di kawasan lain tRNA. Tenaga daripada asid amino teraktif yang digabungkan dengan tRNA digunakan untuk membentuk ikatan peptida dalam molekul polipeptida. Asid amino yang diaktifkan diangkut oleh tRNA melalui hyaloplasma ke ribosom.
Peringkat ketiga ialah sintesis rantai polipeptida. RNA Messenger, meninggalkan nukleus, ditarik melalui subunit kecil beberapa ribosom poliribosom tertentu, dan dalam setiap daripada mereka proses sintesis yang sama diulang. Semasa broaching, molekul
nasi. 20. Skim sintesis polipeptida pada ribosom menggunakan mRNA dan t-RNA: /, 2-ribosom; 3 - tRNA yang membawa antikodon pada satu hujung: ACC, AUA. Ayv AGC, dan di hujung yang lain, masing-masing, asid amino: tryptophan, roller, lysine, serine (5); 4-nRNA, di mana kod terletak: UGG (tryptophan)” URU (valine). UAA (lysine), UCG (serine); 5 - polipeptida yang disintesis.
Kod t-RNA, triplet yang sepadan dengan perkataan kod i-RNA. Kata kod kemudian bergerak ke kiri, dan dengannya tRNA melekat padanya. Asid amino yang dibawa olehnya disambungkan oleh ikatan peptida kepada asid amino yang dibawa sebelum ini bagi polipeptida yang mensintesis; t-RNA dipisahkan daripada i-RNA, terjemahan (penyalinan) maklumat i-RNA berlaku, iaitu sintesis protein. Jelas sekali, dua molekul tRNA secara serentak dilekatkan pada ribosom: satu di tapak yang membawa rantai polipeptida yang disintesis, dan satu lagi di tapak di mana asid amino seterusnya dilekatkan sebelum ia mengambil tempatnya dalam rantai.
Peringkat keempat ialah penyingkiran rantai polipeptida daripada ribosom dan pembentukan ciri konfigurasi spatial protein yang disintesis. Akhirnya, molekul protein yang telah selesai pembentukannya menjadi bebas. t-RNA boleh digunakan untuk sintesis berulang, dan mRNA dimusnahkan. Tempoh pembentukan molekul protein bergantung kepada bilangan asid amino di dalamnya. Adalah dipercayai bahawa penambahan satu asid amino berlangsung selama 0.5 saat.
Proses sintesis memerlukan tenaga, sumbernya adalah ATP, yang terbentuk terutamanya dalam mitokondria dan dalam kuantiti yang kecil dalam nukleus, dan dengan peningkatan aktiviti sel juga dalam hyaloplasma. Dalam nukleus dalam hyaloplasma, ATP terbentuk bukan berdasarkan proses oksidatif, seperti dalam mitokondria, tetapi berdasarkan glikolisis, iaitu proses anaerobik. Oleh itu, sintesis dijalankan terima kasih kepada kerja selaras nukleus, hyaloplasma, ribosom, mitokondria dan retikulum sitoplasma berbutir sel.
Aktiviti rembesan sel juga merupakan contoh kerja terkoordinasi beberapa struktur selular. Rembesan adalah pengeluaran oleh sel produk khas, yang dalam organisma multiselular paling kerap digunakan untuk kepentingan seluruh organisma. Oleh itu, air liur, hempedu, jus gastrik dan rembesan lain berfungsi untuk memproses makanan
nasi. 21. Skim salah satu cara yang mungkin untuk sintesis rembesan dalam sel dan penyingkirannya:
1 - dirembeskan dalam teras; 2 - keluar pro-rahsia dari kernel; 3 - pengumpulan prosecrete dalam tangki retikulum sitoplasma; 4 - pemisahan tangki rembesan dari retikulum sitoplasma; 5 - kompleks lamellar; 6 - setitik rembesan di kawasan kompleks lamellar; 7- granul rembesan matang; 8-9 - peringkat rembesan berturut-turut; 10 - rembesan di luar sel; 11 - plasmalemma sel.
Organ penghadaman. Rembesan boleh dibentuk sama ada hanya oleh protein (sebilangan hormon, enzim), atau terdiri daripada glikoprotein (lendir), ligyu-protein, glikolipoprotein, kurang kerap ia diwakili oleh lipid (lemak susu dan kelenjar sebum) atau bahan bukan organik (hidroklorik). asid kelenjar fundik).
Dalam sel rembesan, dua hujung biasanya boleh dibezakan: basal (menghadap ruang perikapillary) dan apikal (menghadap ruang di mana rembesan dilepaskan). Pengezonan diperhatikan dalam susunan komponen sel rembesan, dan dari basal ke hujung apikal (kutub) mereka membentuk baris berikut: retikulum sitoplasma berbutir, nukleus, kompleks lamellar, butiran rembesan (Rajah 21). Plasmalemma kutub basal dan apikal sering membawa mikrovili, akibatnya kawasan permukaan untuk kemasukan bahan dari darah dan limfa melalui kutub basal dan keluarnya rembesan siap melalui kutub apikal meningkat.
Apabila rembesan sifat protein terbentuk (pankreas), proses itu bermula dengan sintesis protein khusus untuk rembesan. Oleh itu, nukleus sel rembesan kaya dengan kromatin dan mempunyai nukleolus yang jelas, berkat ketiga-tiga jenis RNA terbentuk, memasuki sitoplasma dan mengambil bahagian dalam sintesis protein. Kadang-kadang, nampaknya, sintesis rembesan bermula di nukleus dan berakhir di sitoplasma, tetapi paling kerap di hyaloplasma dan berterusan dalam retikulum sitoplasma berbutir. Tubul retikulum sitoplasma memainkan peranan penting dalam pengumpulan produk primer dan pengangkutannya. Dalam hal ini, sel rembesan mempunyai banyak ribosom dan retikulum sitoplasma yang berkembang dengan baik. Bahagian retikulum sitoplasma dengan rembesan primer tercabut dan diarahkan ke kompleks lamelar, masuk ke dalam vakuolnya. Di sini pembentukan butiran rembesan berlaku.
Pada masa yang sama, membran lipoprotein terbentuk di sekeliling rembesan, dan rembesan itu sendiri matang (kehilangan air), menjadi lebih pekat. Rembesan siap dalam bentuk butiran atau vakuol meninggalkan kompleks lamellar dan dilepaskan keluar melalui kutub apikal sel. Mitokondria membekalkan tenaga untuk keseluruhan proses ini. Rahsia yang bersifat bukan protein nampaknya disintesis dalam retikulum sitoplasma dan, dalam beberapa kes, walaupun dalam mitokondria (rembesan lipid). Proses rembesan dikawal oleh sistem saraf. Sebagai tambahan kepada protein dan rembesan yang membina, sebagai hasil daripada metabolisme dalam sel, bahan-bahan yang bersifat trofik (glikogen, lemak, pigmen, dll.) Boleh dibentuk dan tenaga (biocurrents sinaran, haba dan elektrik) boleh dihasilkan.
Metabolisme diselesaikan dengan pembebasan sejumlah bahan ke dalam persekitaran luaran, yang, sebagai peraturan, tidak digunakan oleh sel dan sering
Malah berbahaya untuknya. Penyingkiran bahan dari sel dilakukan, seperti kemasukan, berdasarkan proses fiziko-kimia pasif (penyebaran, osmosis), dan dengan pemindahan aktif. Gambar morfologi perkumuhan selalunya mempunyai watak yang bertentangan dengan fagositosis. Bahan yang dikumuhkan dikelilingi oleh membran.
Gelembung yang terhasil menghampiri membran sel, bersentuhan dengannya, kemudian pecah, dan kandungan gelembung muncul di luar sel.
Metabolisme, seperti yang telah kami katakan, menentukan manifestasi penting sel yang lain, seperti pertumbuhan dan pembezaan sel, kerengsaan, dan keupayaan sel untuk membiak sendiri.
Pertumbuhan sel adalah manifestasi luaran metabolisme, dinyatakan dalam peningkatan saiz sel. Pertumbuhan hanya mungkin jika, dalam proses metabolisme, asimilasi mengatasi disimilasi, dan setiap sel tumbuh hanya pada had tertentu.
Pembezaan sel ialah satu siri perubahan kualitatif yang berlaku secara berbeza dalam sel yang berbeza dan ditentukan oleh persekitaran dan aktiviti bahagian DNA yang dipanggil gen. Akibatnya, sel-sel kualiti yang berbeza dari pelbagai tisu timbul kemudiannya, sel-sel mengalami perubahan yang berkaitan dengan usia, yang sedikit dikaji. Walau bagaimanapun, diketahui bahawa sel-sel kehabisan air, zarah protein menjadi lebih besar, yang memerlukan penurunan jumlah permukaan fasa tersebar koloid dan, sebagai akibatnya, penurunan kadar metabolisme. Oleh itu, potensi penting sel berkurangan, oksidatif, pengurangan dan tindak balas lain melambatkan, arah beberapa proses berubah, itulah sebabnya pelbagai bahan terkumpul di dalam sel.
Kerengsaan sel adalah tindak balasnya terhadap perubahan dalam persekitaran luaran, kerana percanggahan sementara yang timbul antara sel dan persekitaran dihapuskan, dan struktur hidup menjadi disesuaikan dengan persekitaran luaran yang telah berubah.
Perkara berikut boleh dibezakan dalam fenomena kerengsaan:
1) pendedahan kepada agen persekitaran (contohnya, mekanikal, kimia, sinaran, dll.)
2) peralihan sel kepada keadaan aktif, iaitu, teruja, yang ditunjukkan dalam perubahan dalam proses biokimia dan biofizik di dalam sel, dan kebolehtelapan sel dan penyerapan oksigen boleh meningkat, keadaan koloid sitoplasmanya boleh berubah, arus elektrik tindakan mungkin muncul, dsb.;
3) tindak balas sel terhadap pengaruh persekitaran, dan dalam sel yang berbeza tindak balas menunjukkan dirinya secara berbeza. Oleh itu, perubahan tempatan dalam metabolisme berlaku dalam tisu penghubung, penguncupan berlaku dalam tisu otot, rembesan dikeluarkan dalam tisu kelenjar (air liur, hempedu, dll.), Impuls saraf berlaku dalam sel saraf, dan dalam epitelium kelenjar. , otot dan tisu saraf, pengujaan timbul di satu kawasan, merebak ke seluruh tisu. Dalam sel saraf, pengujaan boleh merebak bukan sahaja ke elemen lain dari tisu yang sama (mengakibatkan pembentukan sistem rangsang yang kompleks - arka refleks), tetapi juga untuk bergerak ke tisu lain. Terima kasih kepada ini, peranan pengawalseliaan sistem saraf dijalankan. Tahap kerumitan tindak balas ini bergantung pada tahap organisasi haiwan Bergantung pada kekuatan dan sifat agen perengsa, tiga jenis kerengsaan berikut dibezakan: normal, keadaan paranekrosis dan nekrotik. Jika kekuatan rangsangan tidak melebihi had normal yang wujud dalam persekitaran di mana sel atau organisma secara keseluruhannya hidup, maka proses yang berlaku dalam sel akhirnya menghapuskan percanggahan dengan persekitaran luaran, dan sel kembali ke keadaan biasa. Dalam kes ini, tiada gangguan pada struktur sel yang boleh dilihat di bawah mikroskop berlaku. Sekiranya kekuatan rangsangan adalah hebat atau ia menjejaskan sel untuk masa yang lama, maka perubahan dalam proses intraselular membawa kepada gangguan yang ketara terhadap fungsi, struktur dan kimia sel. Kemasukan muncul di dalamnya, struktur terbentuk dalam bentuk benang, ketulan, jerat, dll. Tindak balas sitoplasma beralih ke arah keasidan, perubahan dalam struktur dan sifat fizikokimia sel mengganggu fungsi normal sel, meletakkannya. di ambang hidup dan mati. Nasonov dan Aleksandrov memanggil keadaan ini paranecrotic* Ia boleh diterbalikkan dan boleh mengakibatkan pemulihan sel, tetapi ia juga boleh menyebabkan kematiannya. Akhirnya, jika agen bertindak dengan daya yang sangat besar, proses di dalam sel akan terganggu dengan teruk sehingga pemulihan adalah mustahil, dan sel mati. Selepas ini, satu siri perubahan struktur berlaku, iaitu, sel memasuki keadaan nekrosis atau nekrosis.
Pergerakan. Sifat pergerakan yang wujud dalam sel adalah sangat pelbagai. Pertama sekali, sel mengalami pergerakan berterusan sitoplasma, yang jelas dikaitkan dengan pelaksanaan proses metabolik. Selanjutnya, pelbagai pembentukan sitoplasma boleh bergerak sangat aktif dalam sel, contohnya, silia dalam epitelium bersilia, mitokondria; membuat pergerakan dan teras. Dalam kes lain, pergerakan dinyatakan dalam perubahan panjang atau isipadu sel dengan pengembalian seterusnya ke kedudukan asalnya. Pergerakan ini diperhatikan dalam sel otot, gentian otot dan sel pigmen. Pergerakan di angkasa juga meluas. Ia boleh dilakukan dengan bantuan pseudopod, seperti dalam amuba. Ini adalah bagaimana leukosit dan beberapa sel penghubung dan tisu lain bergerak. Sperma mempunyai bentuk pergerakan khas di angkasa. Pergerakan ke hadapan mereka berlaku disebabkan oleh gabungan lenturan serpentin ekor dan putaran sperma di sekeliling paksi membujur. Dalam makhluk yang agak teratur dan dalam beberapa sel haiwan multiselular yang sangat teratur, pergerakan di angkasa lepas disebabkan dan diarahkan oleh pelbagai agen persekitaran luaran dan dipanggil teksi.
Terdapat: chemotaxis, thigmotaxis dan rheotaxis. Chemotaxis ialah pergerakan ke arah atau menjauhi bahan kimia. Teksi sedemikian dikesan oleh leukosit darah, yang bergerak secara amoebik ke arah bakteria yang telah memasuki badan dan merembeskan bahan tertentu Thigmotaxis adalah pergerakan ke arah atau menjauhi badan pepejal yang disentuh. Contohnya, menyentuh sedikit zarah makanan kepada amuba menyebabkan ia menyelubunginya dan kemudian menelannya. Kerengsaan mekanikal yang kuat boleh menyebabkan pergerakan ke arah yang bertentangan dengan asal yang menjengkelkan. Rheotaxis ialah pergerakan melawan aliran bendalir. Spermine, yang bergerak dalam rahim melawan aliran lendir ke arah sel telur, mempunyai keupayaan untuk rheotaxis.
Keupayaan untuk membiak sendiri adalah harta benda hidup yang paling penting, tanpanya kehidupan adalah mustahil. Setiap sistem hidup dicirikan oleh rantaian perubahan yang tidak dapat dipulihkan yang berakhir dengan kematian. Jika sistem ini tidak menimbulkan sistem baru yang mampu memulakan kitaran semula, kehidupan akan terhenti.
Fungsi pembiakan diri sel dijalankan melalui pembahagian, yang merupakan akibat daripada perkembangan sel. Semasa hayatnya, disebabkan oleh dominasi asimilasi berbanding disimilasi, jisim sel meningkat, tetapi isipadu sel meningkat lebih cepat daripada permukaannya. Di bawah keadaan ini, keamatan metabolisme berkurangan, perubahan fizikal-kimia dan morfologi dalam sel berlaku, dan proses asimilasi secara beransur-ansur dihalang, yang telah terbukti secara meyakinkan dengan bantuan atom berlabel. Akibatnya, pertumbuhan sel mula-mula berhenti, dan kemudian kewujudannya menjadi mustahil, dan pembahagian berlaku.
Peralihan kepada bahagian adalah lonjakan kualitatif, atau akibat perubahan kuantitatif dalam asimilasi dan disimilasi, mekanisme untuk menyelesaikan percanggahan antara proses ini. Selepas pembahagian, sel-sel kelihatan meremajakan, potensi pentingnya meningkat, kerana disebabkan oleh penurunan saiz, bahagian permukaan aktif meningkat, metabolisme secara umum dan fasa asimilasi khususnya dipergiatkan.
Oleh itu, kehidupan individu sel terdiri daripada tempoh interfasa, dicirikan oleh peningkatan metabolisme, dan tempoh pembahagian.
Interphase dibahagikan dengan beberapa tahap konvensyen:
1) untuk tempoh prasintesis (Gj), apabila keamatan proses asimilasi secara beransur-ansur meningkat, tetapi reduplikasi DNA belum bermula;
2) sintetik (S), dicirikan oleh ketinggian sintesis, di mana penggandaan DNA berlaku, dan
3) postsynthetic (G2), apabila proses sintesis DNA berhenti.
Jenis pembahagian utama berikut dibezakan:
1) pembahagian tidak langsung (mitosis, atau karyokinesis);
2) meiosis, atau pembahagian pengurangan, dan
3) amitosis, atau pembahagian langsung.
Perenggan penyelesaian terperinci Ringkaskan bab 2 biologi untuk pelajar gred 11, pengarang I.N. Ponomareva, O.K. Kornilova, T.E. Loshchilina, P.V. Tahap Asas Izhevsk 2012
- GD dalam Biologi untuk gred 11 boleh didapati
- Buku kerja Gdz tentang Biologi untuk gred 11 boleh didapati
1. Merumus definisi biosistem "sel"..
Sel ialah sistem hidup asas, unit struktur asas organisma hidup, mampu memperbaharui diri, mengawal kendiri dan membiak sendiri.
2. Mengapakah sel dipanggil bentuk asas kehidupan dan unit asas kehidupan?
Sel adalah bentuk asas kehidupan dan unit asas kehidupan, kerana mana-mana organisma terdiri daripada sel, dan organisma terkecil ialah sel (protozoa). Organel individu tidak boleh hidup di luar sel.
Proses berikut berlaku di peringkat sel: metabolisme (metabolisme); penyerapan dan, oleh itu, penggabungan pelbagai unsur kimia Bumi ke dalam kandungan benda hidup; pemindahan maklumat keturunan dari sel ke sel; pengumpulan perubahan dalam radas genetik akibat interaksi dengan alam sekitar; tindak balas kepada kerengsaan apabila berinteraksi dengan persekitaran luaran. Unsur-unsur struktur sistem peringkat selular ialah pelbagai kompleks molekul sebatian kimia dan semua bahagian struktur sel - radas permukaan, nukleus dan sitoplasma dengan organelnya. Interaksi antara mereka memastikan kesatuan dan integriti sel dalam manifestasi sifatnya sebagai sistem hidup dalam hubungan dengan persekitaran luaran.
3. Terangkan mekanisme kestabilan sel sebagai biosistem.
Sel ialah sistem biologi asas, dan mana-mana sistem ialah kompleks komponen yang saling berkaitan dan berinteraksi yang membentuk satu keseluruhan. Dalam sel, komponen ini adalah organel. Sel ini mampu metabolisme, pengawalan diri dan pembaharuan diri, kerana kestabilannya dikekalkan. Keseluruhan program genetik sel terletak di dalam nukleus, dan pelbagai penyelewengan daripadanya dilihat oleh sistem enzimatik sel.
4. Bandingkan sel eukariotik dan prokariotik.
Semua organisma hidup di Bumi dibahagikan kepada dua kumpulan: prokariot dan eukariota.
Eukariota ialah tumbuhan, haiwan dan kulat.
Prokariot ialah bakteria (termasuk cyanobacteria (alga biru-hijau).
Perbezaan utama. Prokariot tidak mempunyai nukleus; DNA bulat (kromosom bulat) terletak terus dalam sitoplasma (bahagian sitoplasma ini dipanggil nukleoid). Eukariota mempunyai nukleus yang terbentuk (maklumat keturunan [DNA] dipisahkan daripada sitoplasma oleh sampul nuklear).
Perbezaan lain.
Oleh kerana prokariot tidak mempunyai nukleus, mereka tidak mempunyai mitosis/meiosis. Bakteria membiak secara pembelahan menjadi dua, bertunas
Eukariota mempunyai bilangan kromosom yang berbeza, bergantung kepada spesies. Prokariot mempunyai satu kromosom (berbentuk cincin).
Eukariota mempunyai organel yang dikelilingi oleh membran. Prokariot tidak mempunyai organel yang dikelilingi oleh membran, i.e. tiada retikulum endoplasma (peranannya dimainkan oleh banyak tonjolan membran sel), tiada mitokondria, tiada plastid, tiada pusat sel.
Sel prokariotik jauh lebih kecil daripada sel eukariotik: 10 kali diameter, 1000 kali dalam jumlah.
persamaan. Sel-sel semua organisma hidup (semua kerajaan alam hidup) mengandungi membran plasma, sitoplasma dan ribosom.
5. Huraikan struktur intrasel eukariotik.
Sel-sel yang membentuk tisu haiwan dan tumbuhan berbeza dengan ketara dalam bentuk, saiz dan struktur dalaman. Walau bagaimanapun, semuanya menunjukkan persamaan dalam ciri utama proses kehidupan, metabolisme, kerengsaan, pertumbuhan, perkembangan, dan keupayaan untuk berubah.
Sel semua jenis mengandungi dua komponen utama, berkait rapat antara satu sama lain - sitoplasma dan nukleus. Nukleus dipisahkan daripada sitoplasma oleh membran berliang dan mengandungi sap nuklear, kromatin dan nukleolus. Sitoplasma separa cecair memenuhi seluruh sel dan ditembusi oleh banyak tubul. Di luar ia ditutup dengan membran sitoplasma. Ia mengandungi struktur organel khusus yang sentiasa ada di dalam sel, dan pembentukan sementara - kemasukan. Organel membran: membran sitoplasma (CM), retikulum endoplasma (ER), radas Golgi, lisosom, mitokondria dan plastid. Struktur semua organel membran adalah berdasarkan membran biologi. Semua membran mempunyai pelan struktur asas seragam dan terdiri daripada lapisan fosfolipid berganda, di mana molekul protein direndam dari sisi yang berbeza ke kedalaman yang berbeza. Membran organel berbeza antara satu sama lain hanya dalam set protein yang terkandung di dalamnya.
6. Bagaimanakah prinsip "sel - dari sel" dilaksanakan?
Pembiakan sel prokariotik dan eukariotik hanya berlaku melalui pembahagian sel asal, yang didahului oleh pembiakan bahan genetiknya (pengulangan DNA).
Dalam sel eukariotik, satu-satunya kaedah pembahagian yang lengkap ialah mitosis (atau meiosis dalam pembentukan sel kuman). Dalam kes ini, radas pembahagian sel khas dibentuk - gelendong sel, dengan bantuan kromosom, yang sebelum ini dua kali ganda bilangannya, diagihkan secara sama rata dan tepat di antara dua sel anak. Pembahagian jenis ini diperhatikan dalam semua sel eukariotik, kedua-dua tumbuhan dan haiwan.
Sel prokariotik, yang membahagi dalam cara yang dipanggil binari, juga menggunakan radas pembahagian sel khas yang secara ketara mengingatkan kaedah pembahagian mitosis eukariota. Juga membahagikan sel ibu kepada dua.
7. Huraikan fasa dan kepentingan mitosis.
Proses mitosis biasanya dibahagikan kepada empat fasa utama: profasa, metafasa, anafasa dan telofasa. Oleh kerana ia berterusan, perubahan fasa dijalankan dengan lancar - satu secara tidak dapat dilihat melalui yang lain.
Dalam prophase, isipadu nukleus meningkat, dan disebabkan oleh spiralisasi kromatin, kromosom terbentuk. Pada akhir profase, jelas bahawa setiap kromosom terdiri daripada dua kromatid. Nukleolus dan membran nuklear secara beransur-ansur larut, dan kromosom muncul secara rawak terletak di dalam sitoplasma sel. Sentriol mencapah ke arah kutub sel. Sebuah gelendong pembelahan achromatin terbentuk, sebahagian daripada benangnya pergi dari kutub ke kutub, dan sebahagian lagi dilekatkan pada sentromer kromosom. Kandungan bahan genetik dalam sel kekal tidak berubah (2n4c).
Dalam metafasa, kromosom mencapai spiralisasi maksimum dan disusun secara teratur di khatulistiwa sel, jadi ia dikira dan dikaji dalam tempoh ini. Kandungan bahan genetik tidak berubah (2n4c).
Dalam anafasa, setiap kromosom "berpecah" kepada dua kromatid, yang kemudiannya dipanggil kromosom anak perempuan. Helai gelendong yang melekat pada sentromer mengecut dan menarik kromatid (kromosom anak perempuan) ke arah kutub sel yang bertentangan. Kandungan bahan genetik dalam sel pada setiap kutub diwakili oleh set kromosom diploid, tetapi setiap kromosom mengandungi satu kromatid (4n4c).
Dalam telofase, kromosom yang terletak di kutub despiral dan menjadi kurang kelihatan. Di sekeliling kromosom pada setiap kutub, membran nuklear terbentuk daripada struktur membran sitoplasma, dan nukleolus terbentuk dalam nukleus. Spindle pembelahan dimusnahkan. Pada masa yang sama, sitoplasma membahagi. Sel anak perempuan mempunyai set kromosom diploid, setiap satunya terdiri daripada satu kromatid (2n2c).
Kepentingan biologi mitosis ialah ia memastikan penghantaran turun-temurun ciri dan sifat dalam satu siri generasi sel semasa pembangunan organisma multisel. Oleh kerana taburan kromosom yang tepat dan seragam semasa mitosis, semua sel organisma tunggal adalah sama secara genetik.
Pembahagian sel mitosis mendasari semua bentuk pembiakan aseksual dalam kedua-dua organisma unisel dan multisel. Mitosis menentukan fenomena kehidupan yang paling penting: pertumbuhan, perkembangan dan pemulihan tisu dan organ dan pembiakan aseksual organisma.
8. Apakah kitaran sel?
Kitaran sel (kitaran mitosis) ialah keseluruhan tempoh kewujudan sel dari saat sel induk muncul semasa pembahagian sehingga pembahagiannya sendiri (termasuk pembahagian itu sendiri) atau kematian. Ia terdiri daripada interfasa dan pembahagian sel.
9. Apakah peranan yang dimainkan oleh sel dalam evolusi organisma?
Sel itu menimbulkan perkembangan selanjutnya dunia organik. Semasa evolusi ini, kepelbagaian bentuk sel yang menakjubkan telah dicapai, kepelbagaian sel timbul, pengkhususan sel timbul, dan tisu selular muncul.
10. Namakan proses utama kehidupan sel.
Metabolisme - nutrien memasuki sel dan yang tidak diperlukan dikeluarkan. Pergerakan sitoplasma – mengangkut bahan dalam sel. Respirasi - oksigen masuk ke dalam sel dan karbon dioksida dikeluarkan. Pemakanan - nutrien masuk ke dalam sel. Pertumbuhan - saiz sel bertambah. Perkembangan - struktur sel menjadi lebih kompleks.
11. Nyatakan kepentingan mitosis dan meiosis dalam evolusi sel.
Terima kasih kepada pembahagian sel mitosis, perkembangan individu organisma berlaku - pertumbuhannya meningkat, tisu diperbaharui, sel tua dan mati diganti, dan pembiakan aseksual organisma berlaku. Ketekalan karyotype individu spesies juga dipastikan.
Terima kasih kepada meiosis, persilangan berlaku (pertukaran bahagian kromosom homolog). Ini menggalakkan penggabungan semula maklumat genetik, dan sel dengan set gen yang benar-benar baru terbentuk (kepelbagaian organisma).
12. Apakah peristiwa terpenting dalam perkembangan bahan hidup yang berlaku di peringkat sel semasa proses evolusi?
Aromorfosis utama (mitosis, meiosis, gamet, proses seksual, zigot, pembiakan vegetatif dan seksual).
Penampilan nukleus dalam sel (eukariota).
Proses simbiotik dalam organisma unisel - kemunculan organel.
Autotrofi dan heterotrofi.
Mobiliti dan imobilitas.
Kemunculan organisma multiselular.
Pembezaan fungsi sel dalam organisma multisel.
13. Huraikan kepentingan umum tahap sel bahan hidup dalam alam semula jadi dan untuk manusia.
Sel, yang pernah muncul dalam bentuk biosistem asas, menjadi asas untuk semua perkembangan selanjutnya dunia organik. Evolusi bakteria, cyanobacteria, pelbagai alga dan protozoa berlaku sepenuhnya disebabkan oleh transformasi struktur, fungsi dan biokimia sel hidup utama. Semasa evolusi ini, pelbagai bentuk sel yang menakjubkan telah dicapai, tetapi pelan umum struktur sel tidak mengalami perubahan asas. Dalam proses evolusi, berdasarkan bentuk kehidupan unisel, multiselular timbul, pengkhususan sel timbul, dan tisu selular muncul.
Bersuara
1. Mengapakah tepat pada peringkat selular organisasi kehidupan, sifat makhluk hidup seperti autotrofi dan heterotrofi, mobiliti dan imobilitas, multiselular dan pengkhususan dalam struktur dan fungsi? Apakah yang menyumbang kepada peristiwa sedemikian dalam kehidupan sel?
Sel ialah unit struktur dan fungsi asas makhluk hidup. Ini adalah sejenis sistem hidup, yang dicirikan oleh pernafasan, pemakanan, metabolisme, kerengsaan, diskret, keterbukaan, dan keturunan. Pada peringkat sel, organisma hidup pertama muncul. Dalam sel, setiap organel melakukan fungsi tertentu dan mempunyai struktur tertentu bersatu dan berfungsi bersama, mereka mewakili satu biosistem, yang mempunyai semua ciri-ciri makhluk hidup.
Sel, sebagai organisma multiselular, juga telah berkembang selama berabad-abad. Pelbagai keadaan persekitaran, bencana alam dan faktor biotik telah membawa kepada komplikasi organisasi sel.
Itulah sebabnya autotrofi dan heterotrofi, mobiliti dan imobilitas, multiselular dan pengkhususan dalam struktur dan fungsi timbul tepat pada peringkat sel, di mana semua organel dan sel secara keseluruhan wujud secara harmoni dan bertujuan.
2. Atas dasar apakah semua saintis mengklasifikasikan cyanobacteria sebagai tumbuhan, khususnya alga, untuk masa yang sangat lama, dan hanya pada akhir abad ke-20. adakah mereka diletakkan dalam kerajaan bakteria?
Saiz sel yang agak besar (nostok, sebagai contoh, membentuk koloni yang agak besar yang boleh anda ambil), menjalankan fotosintesis dengan pembebasan oksigen dengan cara yang serupa dengan tumbuhan yang lebih tinggi, dan juga persamaan luaran dengan alga adalah sebab pertimbangan mereka lebih awal sebagai sebahagian daripada tumbuhan (“alga biru-hijau”).
Dan pada akhir abad kedua puluh, terbukti bahawa sel tidak mempunyai nukleus biru-hijau, dan klorofil dalam sel mereka tidak sama dengan tumbuhan, tetapi ciri bakteria. Kini cyanobacteria adalah antara mikroorganisma prokariotik yang tersusun secara kompleks dan dibezakan secara morfologi.
3. Apakah pakaian dan kasut yang anda pakai ke sekolah hari ini diperbuat daripada tisu selular tumbuhan dan haiwan?
Pilih yang sesuai dengan anda. Anda boleh memberi banyak contoh. Sebagai contoh, rami (gentian kulit kayu - fabrik konduktif) digunakan untuk membuat fabrik dengan struktur tahan lama (baju lelaki, sut wanita, seluar dalam, sarung kaki, seluar, sundresses). Kapas digunakan untuk membuat seluar dalam, kemeja-T, baju, seluar, gaun malam). Kasut (kasut, sandal, but) dan tali pinggang diperbuat daripada kulit haiwan (tisu epitelium). Pakaian hangat diperbuat daripada bulu haiwan yang mempunyai bulu. Sweater, stokin, topi dan sarung tangan diperbuat daripada bulu. Diperbuat daripada sutera (rahsia kelenjar ulat sutera adalah tisu penghubung) - baju, selendang, seluar dalam.
Masalah untuk dibincangkan
Datuk Charles Darwin Erasmus Darwin, seorang pakar perubatan, naturalis dan penyair, menulis pada akhir abad ke-18. puisi "The Temple of Nature," diterbitkan pada tahun 1803, selepas kematiannya. Baca petikan pendek dari puisi ini dan fikirkan tentang idea tentang peranan tahap selular kehidupan yang boleh didapati dalam karya ini (petikan diberikan dalam buku).
Kemunculan kehidupan duniawi berlaku daripada bentuk selular terkecil. Pada peringkat sel, organisma hidup pertama muncul. Sel, sebagai organisma, juga berkembang dan berkembang, dengan itu memberi dorongan kepada pembentukan banyak bentuk selular. Mereka dapat mengisi kedua-dua "kelodak" dan "jisim air". Kemungkinan besar, pelbagai keadaan persekitaran, bencana alam dan faktor biotik membawa kepada organisasi sel yang lebih kompleks, yang membawa kepada "pemerolehan ahli" (yang membayangkan multiselular).
Konsep asas
Prokariot, atau pranuklear, adalah organisma yang selnya tidak mempunyai nukleus yang terbentuk yang dibatasi oleh membran.
Eukariota, atau nuklear, adalah organisma yang selnya mempunyai nukleus yang terbentuk dengan baik, dipisahkan oleh sampul nuklear dari sitoplasma.
Organoid ialah struktur selular yang menyediakan fungsi tertentu.
Nukleus adalah bahagian terpenting sel eukariotik, mengawal semua aktivitinya; membawa maklumat keturunan dalam makromolekul DNA.
Kromosom ialah struktur seperti benang yang mengandungi DNA dalam nukleus sel yang membawa gen, unit keturunan, tersusun dalam susunan linear.
Membran biologi ialah struktur molekul elastik yang terdiri daripada protein dan lipid. Mengasingkan kandungan mana-mana sel daripada persekitaran luaran, memastikan integritinya.
Mitosis (pembahagian sel tidak langsung) ialah kaedah sejagat pembahagian sel eukariotik, di mana sel anak menerima bahan genetik yang sama dengan sel asal.
Meiosis ialah kaedah membahagikan sel eukariotik, disertai dengan pengurangan separuh (pengurangan) bilangan kromosom; Satu sel diploid menghasilkan empat sel haploid.
Kitaran sel ialah kitaran pembiakan sel, yang terdiri daripada beberapa peristiwa berturut-turut (contohnya, interfasa dan mitosis dalam eukariota), di mana kandungan sel berganda dan ia membahagi kepada dua sel anak.
Tahap struktur selular organisasi bahan hidup adalah salah satu tahap struktur kehidupan, unit struktur dan fungsi yang mana adalah organisma, dan unit itu adalah sel. Fenomena berikut berlaku pada peringkat organisma: pembiakan, fungsi organisma secara keseluruhan, ontogenesis, dsb.
Semua organisma hidup, kecuali virus, diperbuat daripada sel. Mereka menyediakan semua proses yang diperlukan untuk kehidupan tumbuhan atau haiwan. Sel itu sendiri boleh menjadi organisma yang berasingan. Dan bagaimana struktur kompleks seperti itu boleh hidup tanpa tenaga? Sudah tentu tidak. Jadi bagaimana sel mendapat tenaga? Ia berdasarkan proses yang akan kami pertimbangkan di bawah.
Menyediakan sel dengan tenaga: bagaimana ini berlaku?
Beberapa sel menerima tenaga dari luar; mereka menghasilkannya sendiri. mempunyai "stesen" yang unik. Dan sumber tenaga dalam sel ialah mitokondria, organel yang menghasilkannya. Proses respirasi selular berlaku di dalamnya. Disebabkan itu, sel-sel dibekalkan dengan tenaga. Walau bagaimanapun, ia hanya terdapat pada tumbuhan, haiwan dan kulat. Sel bakteria tidak mempunyai mitokondria. Oleh itu, sel-sel mereka dibekalkan dengan tenaga terutamanya melalui proses penapaian dan bukannya pernafasan.
Struktur mitokondria
Ini adalah organel dua membran yang muncul dalam sel eukariotik semasa proses evolusi hasil daripada penyerapan yang lebih kecil Ini boleh menjelaskan fakta bahawa mitokondria mengandungi DNA dan RNA mereka sendiri, serta ribosom mitokondria yang menghasilkan. protein yang diperlukan untuk organel.
Membran dalam mempunyai unjuran yang dipanggil cristae, atau rabung. Proses respirasi selular berlaku pada krista.
Apa yang ada di dalam kedua-dua membran dipanggil matriks. Ia mengandungi protein, enzim yang diperlukan untuk mempercepatkan tindak balas kimia, serta RNA, DNA dan ribosom.
Pernafasan selular adalah asas kehidupan
Ia berlaku dalam tiga peringkat. Mari kita lihat setiap daripada mereka dengan lebih terperinci.
Peringkat pertama adalah persediaan
Semasa peringkat ini, sebatian organik kompleks dipecahkan kepada yang lebih mudah. Oleh itu, protein terurai menjadi asid amino, lemak menjadi asid karboksilik dan gliserol, asid nukleik menjadi nukleotida, dan karbohidrat menjadi glukosa.
Glikolisis
Ini adalah peringkat bebas oksigen. Ia terletak pada fakta bahawa bahan yang diperoleh semasa peringkat pertama dipecahkan lagi. Sumber tenaga utama yang digunakan oleh sel pada peringkat ini ialah molekul glukosa. Setiap daripada mereka terurai kepada dua molekul piruvat semasa glikolisis. Ini berlaku semasa sepuluh tindak balas kimia berturut-turut. Hasil daripada lima yang pertama, glukosa terfosforilasi dan kemudian berpecah kepada dua fosfotriose. Lima tindak balas seterusnya menghasilkan dua molekul dan dua molekul PVA (asid piruvik). Tenaga sel disimpan dalam bentuk ATP.
Keseluruhan proses glikolisis boleh dipermudahkan seperti berikut:
2NAD+ 2ADP + 2H 3 PO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H 2 O + 2NAD. H 2 + 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP
Oleh itu, dengan menggunakan satu molekul glukosa, dua molekul ADP dan dua asid fosforik, sel menerima dua molekul ATP (tenaga) dan dua molekul asid piruvik, yang akan digunakan dalam langkah seterusnya.
Peringkat ketiga ialah pengoksidaan
Peringkat ini berlaku hanya dengan kehadiran oksigen. Tindak balas kimia peringkat ini berlaku dalam mitokondria. Ini adalah bahagian utama di mana tenaga paling banyak dikeluarkan. Pada peringkat ini, bertindak balas dengan oksigen, ia terurai kepada air dan karbon dioksida. Di samping itu, 36 molekul ATP terbentuk. Jadi, kita boleh membuat kesimpulan bahawa sumber tenaga utama dalam sel adalah glukosa dan asid piruvik.
Merumuskan semua tindak balas kimia dan mengecualikan butiran, kita boleh menyatakan keseluruhan proses respirasi selular dengan satu persamaan yang dipermudahkan:
6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 PO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.
Oleh itu, semasa pernafasan, daripada satu molekul glukosa, enam molekul oksigen, tiga puluh lapan molekul ADP dan jumlah asid fosforik yang sama, sel menerima 38 molekul ATP, dalam bentuk tenaga yang disimpan.
Kepelbagaian enzim mitokondria
Sel menerima tenaga untuk aktiviti penting melalui pernafasan - pengoksidaan glukosa dan kemudian asid piruvik. Semua tindak balas kimia ini tidak boleh berlaku tanpa enzim - pemangkin biologi. Mari kita lihat mereka yang terletak di mitokondria, organel yang bertanggungjawab untuk pernafasan selular. Kesemuanya dipanggil oksidoreduktase kerana ia diperlukan untuk memastikan berlakunya tindak balas redoks.
Semua oksidoreduktase boleh dibahagikan kepada dua kumpulan:
- oksidase;
- dehidrogenase;
Dehidrogenase pula dibahagikan kepada aerobik dan anaerobik. Aerobik mengandungi koenzim riboflavin, yang badan menerima daripada vitamin B2. Dehidrogenase aerobik mengandungi molekul NAD dan NADP sebagai koenzim.
Oksidase lebih pelbagai. Pertama sekali, mereka dibahagikan kepada dua kumpulan:
- yang mengandungi tembaga;
- yang mengandungi besi.
Yang pertama termasuk polifenoloksidase dan askorbat oksidase, yang terakhir termasuk katalase, peroksidase, dan sitokrom. Yang terakhir, seterusnya, dibahagikan kepada empat kumpulan:
- sitokrom a;
- sitokrom b;
- sitokrom c;
- sitokrom d.
Cytochromes a mengandungi besi formil porphyrin, cytochromes b - besi protoporphyrin, c - diganti besi mesoporphyrin, d - besi dihydroporphyrin.
Adakah terdapat cara lain untuk mendapatkan tenaga?
Walaupun kebanyakan sel memperolehnya melalui respirasi selular, terdapat juga bakteria anaerobik yang tidak memerlukan oksigen untuk wujud. Mereka menghasilkan tenaga yang diperlukan melalui penapaian. Ini adalah proses di mana, dengan bantuan enzim, karbohidrat dipecahkan tanpa penyertaan oksigen, akibatnya sel menerima tenaga. Terdapat beberapa jenis penapaian bergantung kepada produk akhir tindak balas kimia. Ia boleh menjadi asid laktik, alkohol, asid butirik, aseton-butana, asid sitrik.
Sebagai contoh, pertimbangkan Ia boleh dinyatakan dengan persamaan berikut:
C 6 H 12 O 6 → C 2 H 5 OH + 2CO 2
Iaitu, bakteria memecahkan satu molekul glukosa kepada satu molekul etil alkohol dan dua molekul karbon oksida (IV).