Denne videoleksjonen er viet til emnet "Å gi celler energi." I denne leksjonen skal vi se på energiprosessene i cellen og studere hvordan celler tilføres energi. Du vil også lære hva cellulær respirasjon er og hvilke stadier den består av. Diskuter hvert av disse trinnene i detalj.
BIOLOGI 9. KLASSE
Tema: Mobilnivå
Leksjon 13. Forsyne celler med energi
Stepanova Anna Yurievna
kandidat i biologiske vitenskaper, førsteamanuensis MSUIE
Moskva
I dag skal vi snakke om å gi celler energi. Energi brukes til ulike kjemiske reaksjoner som skjer i cellen. Noen organismer bruker energien fra sollys til biokjemiske prosesser - dette er planter, mens andre bruker energien til kjemiske bindinger i stoffer som oppnås under ernæring - dette er dyreorganismer. Stoffer fra mat utvinnes gjennom nedbrytning eller biologisk oksidasjon gjennom prosessen med cellulær respirasjon.
Cellulær respirasjon er en biokjemisk prosess i en celle som skjer i nærvær av enzymer, som et resultat av at vann og karbondioksid frigjøres, energi lagres i form av makroenergetiske bindinger av ATP-molekyler. Hvis denne prosessen skjer i nærvær av oksygen, kalles den "aerob". Hvis det oppstår uten oksygen, kalles det "anaerobt."
Biologisk oksidasjon inkluderer tre hovedstadier:
1. Forberedende,
2. Oksygenfri (glykolyse),
3. Fullstendig nedbrytning av organiske stoffer (i nærvær av oksygen).
Forberedende stadium. Stoffer som mottas fra mat brytes ned til monomerer. Dette stadiet begynner i mage-tarmkanalen eller i lysosomer av cellen. Polysakkarider brytes ned til monosakkarider, proteiner til aminosyrer, fett til glyseroler og fettsyrer. Energien som frigjøres på dette stadiet spres i form av varme. Det skal bemerkes at for energiprosesser bruker celler karbohydrater, eller enda bedre, monosakkarider. Og hjernen kan bare bruke monosakkarid - glukose - til sitt arbeid.
Glukose under glykolyse brytes ned til to tre-karbon molekyler av pyrodruesyre. Deres videre skjebne avhenger av tilstedeværelsen av oksygen i cellen. Hvis oksygen er tilstede i cellen, kommer pyrodruesyre inn i mitokondriene for fullstendig oksidasjon til karbondioksid og vann (aerob respirasjon). Hvis det ikke er oksygen, blir pyrodruesyre i dyrevev omdannet til melkesyre. Dette stadiet finner sted i cytoplasmaet til cellen. Som et resultat av glykolyse dannes bare to ATP-molekyler.
Oksygen er nødvendig for fullstendig oksidasjon av glukose. På det tredje trinnet skjer fullstendig oksidasjon av pyrodruesyre til karbondioksid og vann i mitokondriene. Som et resultat dannes ytterligere 36 ATP-molekyler.
Totalt produserer de tre trinnene 38 ATP-molekyler fra ett glukosemolekyl, tatt i betraktning de to ATP-ene som produseres under glykolyse.
Derfor undersøkte vi energiprosessene som skjer i cellene. Stadiene av biologisk oksidasjon ble karakterisert. Dette avslutter leksjonen vår, alt godt til deg, farvel!
Forskjellen mellom å puste og brenne. Respirasjon som forekommer i en celle sammenlignes ofte med forbrenningsprosessen. Begge prosessene skjer i nærvær av oksygen, og frigjør energi og oksidasjonsprodukter. Men, i motsetning til forbrenning, er respirasjon en ordnet prosess med biokjemiske reaksjoner som oppstår i nærvær av enzymer. Under respirasjon oppstår karbondioksid som sluttprodukt av biologisk oksidasjon, og under forbrenning skjer dannelsen av karbondioksid gjennom direkte kombinasjon av hydrogen med karbon. Også under respirasjon dannes et visst antall ATP-molekyler. Det vil si at pust og forbrenning er fundamentalt forskjellige prosesser.
Biomedisinsk betydning. For medisin er ikke bare metabolismen av glukose viktig, men også fruktose og galaktose. Evnen til å danne ATP i fravær av oksygen er spesielt viktig i medisin. Dette lar deg opprettholde intenst arbeid med skjelettmuskulatur under forhold med utilstrekkelig effektivitet av aerob oksidasjon. Vev med økt glykolytisk aktivitet er i stand til å forbli aktivt i perioder med oksygen sult. I hjertemuskelen er mulighetene for glykolyse begrenset. Hun har vanskelig for å lide av forstyrrelser i blodtilførselen, noe som kan føre til iskemi. Det er flere kjente sykdommer forårsaket av mangel på enzymer som regulerer glykolyse:
Hemolytisk anemi (i raskt voksende kreftceller skjer glykolyse med en hastighet som overstiger evnene til sitronsyresyklusen), noe som bidrar til økt syntese av melkesyre i organer og vev. Høye nivåer av melkesyre i kroppen kan være et symptom på kreft.
Fermentering. Mikrober er i stand til å skaffe energi under gjæringsprosessen. Gjæring har vært kjent for folk i uminnelige tider, for eksempel ved fremstilling av vin. Melkesyregjæring var kjent enda tidligere. Folk konsumerte meieriprodukter uten å innse at disse prosessene var assosiert med aktiviteten til mikroorganismer. Dette ble først bevist av Louis Pasteur. Dessuten skiller forskjellige mikroorganismer ut forskjellige gjæringsprodukter. Nå skal vi snakke om alkohol- og melkesyregjæring. Som et resultat dannes etylalkohol og karbondioksid og energi frigjøres. Bryggere og vinprodusenter har brukt visse typer gjær for å stimulere gjæring, som gjør sukker til alkohol. Fermentering utføres hovedsakelig av gjær, samt noen bakterier og sopp. I vårt land brukes tradisjonelt Saccharomycetes-gjær. I Amerika - bakterier av slekten Pseudomonas. Og i Mexico brukes "moving rod"-bakterier. Vår gjær fermenterer vanligvis heksoser (seks-karbonmonosakkarider) som glukose eller fruktose. Prosessen med alkoholdannelse kan representeres som følger: fra ett glukosemolekyl dannes to molekyler alkohol, to karbondioksidmolekyler og to molekyler ATP. Denne metoden er mindre lønnsom enn aerobe prosesser, men lar deg opprettholde livet i fravær av oksygen. La oss nå snakke om gjæring av fermentert melk. Ett molekyl glukose danner to molekyler melkesyre og samtidig frigjøres to molekyler ATP. Melkesyregjæring er mye brukt til produksjon av meieriprodukter: ost, ostemelk, yoghurt. Melkesyre brukes også i produksjonen av brus.
Rikelig vekst av fete trær,
som roter på den karrige sanden
godkjent, sier det tydelig
fett ark fett fett fra luften
absorbere...
M.V. Lomonosov
Hvordan lagres energi i en celle? Hva er metabolisme? Hva er essensen av prosessene med glykolyse, fermentering og cellulær respirasjon? Hvilke prosesser finner sted under de lyse og mørke fasene av fotosyntesen? Hvordan er prosessene med energi og plastisk metabolisme relatert? Hva er kjemosyntese?
Leksjon-forelesning
Evnen til å omdanne en type energi til en annen (strålingsenergi til energien til kjemiske bindinger, kjemisk energi til mekanisk energi osv.) er en av de grunnleggende egenskapene til levende ting. Her skal vi se nærmere på hvordan disse prosessene realiseres i levende organismer.
ATP ER HOVEDBÆREREN AV ENERGI I CELLEN. For å utføre noen manifestasjoner av celleaktivitet, kreves energi. Autotrofe organismer mottar sin første energi fra solen under fotosyntesereaksjoner, mens heterotrofe organismer bruker organiske forbindelser tilført mat som energikilde. Energi lagres av celler i de kjemiske bindingene til molekyler ATP (adenosintrifosfat), som er et nukleotid bestående av tre fosfatgrupper, en sukkerrest (ribose) og en nitrogenholdig baserest (adenin) (fig. 52).
Ris. 52. ATP-molekyl
Bindingen mellom fosfatrester kalles makroergisk, siden når den brytes, frigjøres en stor mengde energi. Vanligvis trekker cellen ut energi fra ATP ved å fjerne bare den terminale fosfatgruppen. I dette tilfellet dannes ADP (adenosin difosfat) og fosforsyre og 40 kJ/mol frigjøres:
ATP-molekyler spiller rollen som cellens universelle energiforhandlingsbrikke. De leveres til stedet for en energikrevende prosess, det være seg den enzymatiske syntesen av organiske forbindelser, arbeidet med proteiner - molekylære motorer eller membrantransportproteiner, etc. Den omvendte syntesen av ATP-molekyler utføres ved å feste en fosfatgruppe til ADP med absorpsjon av energi. Cellen lagrer energi i form av ATP under reaksjoner energimetabolisme. Det er nært knyttet til plastbytte, hvor cellen produserer de organiske forbindelsene som er nødvendige for dens funksjon.
METABOLISME OG ENERGI I CELLEN (METABOLISM). Metabolisme er helheten av alle reaksjoner av plastisk og energimetabolisme, sammenkoblet. Cellene syntetiserer konstant karbohydrater, fett, proteiner og nukleinsyrer. Syntesen av forbindelser skjer alltid med energiforbruk, det vil si med uunnværlig deltagelse av ATP. Energikilder for dannelse av ATP er enzymatiske reaksjoner av oksidasjon av proteiner, fett og karbohydrater som kommer inn i cellen. Under denne prosessen frigjøres energi og lagres i ATP. Glukoseoksidasjon spiller en spesiell rolle i cellulær energimetabolisme. Glukosemolekyler gjennomgår en rekke suksessive transformasjoner.
Den første fasen, kalt glykolyse, finner sted i cytoplasmaet til celler og krever ikke oksygen. Som et resultat av påfølgende reaksjoner som involverer enzymer, brytes glukose ned til to molekyler av pyrodruesyre. I dette tilfellet forbrukes to ATP-molekyler, og energien som frigjøres under oksidasjon er tilstrekkelig til å danne fire ATP-molekyler. Som et resultat er energiproduksjonen fra glykolyse liten og utgjør to ATP-molekyler:
C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP
Under anaerobe forhold (i fravær av oksygen) kan ytterligere transformasjoner assosieres med ulike typer gjæring.
Alle vet melkesyregjæring(melkesyrning), som oppstår på grunn av aktiviteten til melkesyresopp og bakterier. Mekanismen ligner på glykolyse, kun sluttproduktet her er melkesyre. Denne typen glukoseoksidasjon skjer i cellene når det er mangel på oksygen, for eksempel i intenst arbeidende muskler. Alkoholgjæring er i kjemi nær melkesyregjæring. Forskjellen er at produktene fra alkoholgjæring er etylalkohol og karbondioksid.
Det neste trinnet, hvor pyrodruesyre oksideres til karbondioksid og vann, kalles cellulær respirasjon. Reaksjoner knyttet til respirasjon finner sted i mitokondriene til plante- og dyreceller, og kun i nærvær av oksygen. Dette er en serie kjemiske transformasjoner før dannelsen av sluttproduktet - karbondioksid. På forskjellige stadier av denne prosessen dannes mellomprodukter av oksidasjon av utgangsstoffet med eliminering av hydrogenatomer. I dette tilfellet frigjøres energi, som er "bevart" i de kjemiske bindingene til ATP, og vannmolekyler dannes. Det blir klart at det er nettopp for å binde de separerte hydrogenatomene at oksygen er nødvendig. Denne serien av kjemiske transformasjoner er ganske kompleks og skjer med deltakelse av de indre membranene til mitokondrier, enzymer og bærerproteiner.
Cellulær respirasjon er veldig effektiv. 30 ATP-molekyler syntetiseres, ytterligere to molekyler dannes under glykolysen, og seks ATP-molekyler dannes som følge av transformasjoner av glykolyseprodukter på mitokondriemembraner. Totalt, som et resultat av oksidasjonen av ett glukosemolekyl, dannes 38 ATP-molekyler:
C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP
De siste stadiene av oksidasjon av ikke bare sukker, men også proteiner og lipider forekommer i mitokondrier. Disse stoffene brukes av celler, hovedsakelig når tilførselen av karbohydrater tar slutt. Først forbrukes fett, hvis oksidasjon frigjør betydelig mer energi enn fra et like stort volum av karbohydrater og proteiner. Derfor representerer fett i dyr den viktigste "strategiske reserven" av energiressurser. I planter spiller stivelse rollen som en energireserve. Ved lagring tar den opp betydelig mer plass enn den energiekvivalente mengden fett. Dette er ikke en hindring for planter, siden de er ubevegelige og ikke bærer forsyninger på seg selv, som dyr. Du kan hente ut energi fra karbohydrater mye raskere enn fra fett. Proteiner utfører mange viktige funksjoner i kroppen, og er derfor involvert i energimetabolismen bare når ressursene til sukker og fett er oppbrukt, for eksempel under langvarig faste.
FOTOSYNTESE. Fotosyntese er en prosess der energien til solstrålene omdannes til energien til kjemiske bindinger av organiske forbindelser. I planteceller forekommer prosesser knyttet til fotosyntese i kloroplaster. Inne i denne organellen er det membransystemer der pigmenter er innebygd som fanger opp strålingsenergien til solen. Hovedpigmentet i fotosyntesen er klorofyll, som absorberer hovedsakelig blått og fiolett, samt røde stråler i spekteret. Grønt lys reflekteres, så selve klorofyllet og plantedelene som inneholder det virker grønne.
Det er to faser i fotosyntesen - lys Og mørk(Fig. 53). Selve fangsten og konverteringen av strålingsenergi skjer under lysfasen. Ved absorbering av lyskvanter går klorofyll inn i en eksitert tilstand og blir en elektrondonor. Dens elektroner overføres fra ett proteinkompleks til et annet langs elektrontransportkjeden. Proteinene i denne kjeden, som pigmenter, er konsentrert på den indre membranen til kloroplaster. Når et elektron beveger seg langs en kjede av bærere, mister det energi, som brukes til syntese av ATP. Noen av elektronene som eksiteres av lys brukes til å redusere NDP (nikotinamidadenindinukleotifosfat), eller NADPH.
Ris. 53. Reaksjonsprodukter fra de lyse og mørke fasene av fotosyntesen
Under påvirkning av sollys brytes vannmolekyler også ned i kloroplaster - fotolyse; i dette tilfellet dukker det opp elektroner som kompenserer for tapene med klorofyll; Dette produserer oksygen som et biprodukt:
Den funksjonelle betydningen av lysfasen er således syntesen av ATP og NADPH ved å konvertere lysenergi til kjemisk energi.
Lys er ikke nødvendig for at den mørke fasen av fotosyntesen skal oppstå. Essensen av prosessene som foregår her er at ATP- og NADPH-molekylene som produseres i lysfasen brukes i en rekke kjemiske reaksjoner som "fikserer" CO2 i form av karbohydrater. Alle mørkfasereaksjoner finner sted inne i kloroplaster, og karbondioksidet ADP og NADP frigjort under "fiksering" brukes igjen i lysfasereaksjoner for syntese av ATP og NADPH.
Den generelle ligningen for fotosyntese er som følger:
FORHOLD OG ENHET I PLAST- OG ENERGIUTVEKSLINGSPROSESSER. Prosessene med ATP-syntese skjer i cytoplasma (glykolyse), i mitokondrier (cellulær respirasjon) og i kloroplaster (fotosyntese). Alle reaksjoner som skjer under disse prosessene er reaksjoner av energiutveksling. Energien som er lagret i form av ATP forbrukes i plastiske utvekslingsreaksjoner for produksjon av proteiner, fett, karbohydrater og nukleinsyrer som er nødvendige for cellens levetid. Legg merke til at den mørke fasen av fotosyntesen er en kjede av reaksjoner, plastisk utveksling, og den lyse fasen er energiutveksling.
Sammenhengen og enheten mellom prosessene for energi- og plastutveksling er godt illustrert av følgende ligning:
Når vi leser denne ligningen fra venstre til høyre, får vi prosessen med oksidasjon av glukose til karbondioksid og vann under glykolyse og cellulær respirasjon, assosiert med syntesen av ATP (energimetabolisme). Leser du det fra høyre til venstre får du en beskrivelse av reaksjonene til den mørke fasen av fotosyntesen, når glukose syntetiseres fra vann og karbondioksid med deltagelse av ATP (plastisk utveksling).
KJEMOSYNTESE. I tillegg til fotoautotrofer er noen bakterier (hydrogenbakterier, nitrifiserende bakterier, svovelbakterier osv.) også i stand til å syntetisere organiske stoffer fra uorganiske. De utfører denne syntesen på grunn av energien som frigjøres under oksidasjon av uorganiske stoffer. De kalles kjemoautotrofer. Disse kjemosyntetiske bakteriene spiller en viktig rolle i biosfæren. For eksempel omdanner nitrifiserende bakterier ammoniumsalter som ikke er tilgjengelige for absorpsjon av planter til salpetersyresalter, som absorberes godt av dem.
Cellulær metabolisme består av reaksjoner av energi og plastisk metabolisme. Under energiomsetningen dannes organiske forbindelser med høyenergiske kjemiske bindinger - ATP. Energien som kreves for dette kommer fra oksidasjon av organiske forbindelser under anaerobe (glykolyse, fermentering) og aerobe (cellulær respirasjon) reaksjoner; fra sollys, hvis energi absorberes i lysfasen (fotosyntese); fra oksidasjon av uorganiske forbindelser (kjemosyntese). ATP-energi brukes på syntese av organiske forbindelser som er nødvendige for cellen under plastiske utvekslingsreaksjoner, som inkluderer reaksjoner av den mørke fasen av fotosyntesen.
- Hva er forskjellene mellom plast og energimetabolisme?
- Hvordan blir energien til sollys omdannet til lysfasen i fotosyntesen? Hvilke prosesser finner sted i den mørke fasen av fotosyntesen?
- Hvorfor kalles fotosyntese prosessen med å reflektere planetarisk-kosmisk interaksjon?
Livssyklusen til en celle viser tydelig at livet til en celle er delt inn i en periode med interkinesis og mitose. I perioden med interkinesis utføres alle livsprosesser, unntatt divisjon, aktivt. La oss fokusere på dem først. Den viktigste livsprosessen til en celle er metabolisme.
Basert på det oppstår dannelsen av spesifikke stoffer, vekst, differensiering av celler, samt irritabilitet, bevegelse og selvreproduksjon av celler. I en flercellet organisme er cellen en del av helheten. Derfor dannes de morfologiske egenskapene og naturen til alle livsprosesser i cellen under påvirkning av organismen og det omkringliggende ytre miljøet. Kroppen utøver sin innflytelse på celler hovedsakelig gjennom nervesystemet, så vel som gjennom påvirkning av hormoner fra de endokrine kjertlene.
Metabolisme er en viss rekkefølge av transformasjon av stoffer, som fører til bevaring og selvfornyelse av cellen. I metabolismeprosessen kommer på den ene siden stoffer inn i cellen som blir bearbeidet og blir en del av cellekroppen, og på den andre siden fjernes stoffer som er forfallsprodukter fra cellen, det vil si cellen og miljøbytter stoffer. Kjemisk uttrykkes metabolisme i kjemiske reaksjoner som følger hverandre i en viss rekkefølge. Strenge orden i transformasjonen av stoffer sikres av proteinstoffer - enzymer, som spiller rollen som katalysatorer. Enzymer er spesifikke, det vil si at de virker på en bestemt måte bare på visse stoffer. Under påvirkning av enzymer, av alle mulige transformasjoner, endres dette stoffet mange ganger raskere i bare én retning. De nye stoffene som dannes som et resultat av denne prosessen endres ytterligere under påvirkning av andre, like spesifikke enzymer, etc.
Det drivende prinsippet for metabolisme er loven om enhet og kamp for motsetninger. Faktisk er metabolisme bestemt av to motstridende og samtidig enhetlige prosesser - assimilering og dissimilering. Stoffer mottatt fra det ytre miljø behandles av cellen og omdannes til stoffer som er karakteristiske for cellen (assimilering). Dermed fornyes sammensetningen av dens cytoplasma og kjerneorganeller, trofiske inneslutninger dannes, sekresjoner og hormoner produseres. Assimileringsprosesser er syntetiske de oppstår når energi absorberes. Kilden til denne energien er dissimileringsprosessene. Som et resultat blir deres tidligere dannede organiske stoffer ødelagt, energi frigjøres og produkter dannes, hvorav noen syntetiseres til nye cellestoffer, mens andre skilles ut fra cellen. Energien som frigjøres som følge av dissimilering brukes under assimilering. Dermed er assimilering og dissimilering to, selv om de er forskjellige, men nært beslektet med hverandres aspekter av metabolisme.
Naturen til metabolisme varierer ikke bare mellom forskjellige dyr, men også innenfor samme organisme i forskjellige organer og vev. Denne spesifisiteten manifesteres i det faktum at cellene i hvert organ er i stand til å assimilere bare visse stoffer, bygge spesifikke stoffer i kroppen fra dem og frigjøre ganske spesifikke stoffer i det ytre miljøet. Sammen med stoffskiftet skjer det også energiutveksling, det vil si at cellen absorberer energi fra det ytre miljø i form av varme, lys og frigjør på sin side strålende og andre typer energi.
Metabolisme består av en rekke private prosesser. De viktigste:
1) penetrering av stoffer inn i cellen;
2) deres "behandling" ved hjelp av prosessene for ernæring og respirasjon (aerob og anaerob);
3) bruk av "bearbeidede" produkter for ulike syntetiske prosesser, et eksempel på dette kan være proteinsyntese og dannelse av sekreter;
4) fjerning av avfallsprodukter fra cellen.
Plasmalemmaet spiller en viktig rolle i penetrering av stoffer, samt i fjerning av stoffer fra cellen. Begge disse prosessene kan betraktes fra et fysisk-kjemisk og morfologisk synspunkt. Permeabilitet oppstår gjennom passiv og aktiv transport. Den første oppstår på grunn av fenomenene diffusjon og osmose. Imidlertid kan stoffer komme inn i cellen i strid med disse lovene, noe som indikerer aktiviteten til selve cellen og dens selektivitet. Det er for eksempel kjent at natriumioner pumpes ut av cellen, selv om deres konsentrasjon i det ytre miljø er høyere enn i cellen, og kaliumioner tvert imot pumpes inn i cellen. Dette fenomenet beskrives som "natrium-kalium-pumpen" og er ledsaget av energiforbruk. Evnen til å penetrere en celle avtar når antallet hydroksylgrupper (OH) i molekylet øker når en aminogruppe (NH2) introduseres i molekylet. Organiske syrer trenger lettere inn enn uorganiske syrer. Ammoniakk trenger spesielt raskt inn fra alkalier. Størrelsen på molekylet har også betydning for permeabiliteten. Permeabiliteten til en celle endres avhengig av reaksjonen, temperaturen, belysningen, alderen og den fysiologiske tilstanden til selve cellen, og disse årsakene kan øke permeabiliteten til noen stoffer og samtidig svekke andres permeabilitet.
Det morfologiske bildet av permeabiliteten til stoffer fra miljøet er godt sporet og utføres gjennom fagocytose (fagein - sluke) og pinocytose (pynein - drikke). Mekanismene til begge er tilsynelatende like og skiller seg bare kvantitativt. Ved hjelp av fagocytose fanges større partikler, og ved hjelp av pinocytose fanges mindre og mindre tette partikler. Først adsorberes stoffene av overflaten av plasmalemmaet belagt med mukopolysakkarider, deretter synker de sammen med det dypere, og det dannes en boble som deretter skilles fra plasmalemmaet (fig. 19). Behandlingen av infiltrerte stoffer utføres under prosesser som minner om fordøyelse og kulminerer med dannelse av relativt enkle stoffer. Intracellulær fordøyelse begynner med det faktum at fagocytotiske eller pinocytotiske vesikler smelter sammen med primære lysosomer, som inneholder fordøyelsesenzymer, og et sekundært lysosom, eller fordøyelsesvakuole, dannes. I dem, ved hjelp av enzymer, dekomponeres stoffer til enklere. Ikke bare lysosomer, men også andre cellekomponenter deltar i denne prosessen. Dermed gir mitokondrier energisiden av prosessen; kanaler i cytoplasmatisk retikulum kan brukes til transport av bearbeidede stoffer.
Intracellulær fordøyelse ender med at det på den ene siden dannes relativt enkle produkter hvorfra nysyntetiserte komplekse stoffer (proteiner, fett, karbohydrater) brukes til å fornye cellestrukturer eller danne sekresjoner, og på den andre siden produkter som skal skilles ut fra cellen som ekskrementer. Eksempler på bruk av bearbeidede produkter inkluderer proteinsyntese og dannelse av sekreter.
Ris. 19. Skjema for pinocytose:
L - dannelse av pinocytosekanal (1) og pinocytosevesikler (2). Piler indikerer retningen for plasmalemmainvaginasjon. B-G - påfølgende stadier av pinocytose; 3 - adsorberte partikler; 4 - partikler fanget av celleutvekster; 5 - plasmamembranceller; D, E, B - påfølgende stadier av dannelsen av en pinocytotisk vakuole; F - matpartikler frigjøres fra vakuolskallet.
Proteinsyntese skjer på ribosomer og skjer konvensjonelt i fire stadier.
Det første trinnet innebærer aktivering av aminosyrer. Aktiveringen deres skjer i den cytoplasmatiske matrisen med deltakelse av enzymer (aminoacyl - RNA-syntetaser). Omtrent 20 enzymer er kjent, som hver er spesifikk for kun én aminosyre. Aktivering av en aminosyre skjer når den kombineres med et enzym og ATP.
Som et resultat av interaksjonen spaltes pyrofosfat fra ATP, og energien som ligger i bindingen mellom første og andre fosfatgruppe overføres helt til aminosyren. Aminosyren som aktiveres på denne måten (aminoacyladenylat) blir reaktiv og får evnen til å kombineres med andre aminosyrer.
Det andre trinnet er bindingen av den aktiverte aminosyren for å overføre RNA (tRNA). I dette tilfellet fester ett tRNA-molekyl bare ett molekyl av aktivert aminosyre. Disse reaksjonene involverer det samme enzymet som i det første trinnet, og reaksjonen ender med dannelsen av et t-RNA-kompleks og en aktivert aminosyre. tRNA-molekylet består av en dobbel kort helix lukket i den ene enden. Den lukkede (hode)enden av denne helixen er representert av tre nukleotider (antikodon), som bestemmer bindingen av dette t-RNA til en spesifikk seksjon (kodon) av et langt messenger RNA (i-RNA) molekyl. En aktivert aminosyre er festet til den andre enden av tRNA (fig. 20). For eksempel, hvis et tRNA-molekyl har en UAA-triplett i hodeenden, kan bare aminosyren lysin feste seg til den motsatte enden. Dermed har hver aminosyre sitt eget spesielle tRNA. Hvis de tre terminale nukleotidene i forskjellige tRNA-er er de samme, bestemmes spesifisiteten av sekvensen av nukleotider i en annen region av tRNA. Energien fra den aktiverte aminosyren koblet til tRNA brukes til å danne peptidbindinger i polypeptidmolekylet. Den aktiverte aminosyren transporteres av tRNA gjennom hyaloplasmaet til ribosomene.
Det tredje trinnet er syntesen av polypeptidkjeder. Messenger-RNA, som forlater kjernen, trekkes gjennom de små underenhetene til flere ribosomer av et bestemt polyribosom, og i hver av dem gjentas de samme synteseprosessene. Under broaching, den molekylære
Ris. 20. Skjema for polypeptidsyntese på ribosomer ved bruk av mRNA og t-RNA: /, 2-ribosom; 3 - tRNA som bærer antikodoner i den ene enden: ACC, AUA. Ayv AGC, og i den andre enden, henholdsvis aminosyrer: tryptofan, rulle, lysin, serin (5); 4-nRNA, der kodene er plassert: UGG (tryptofan)” URU (valin). UAA (lysin), UCG (serin); 5 - syntetisert polypeptid.
En t-RNA-kode, hvis triplett tilsvarer i-RNA-kodeordet. Kodeordet beveger seg deretter til venstre, og med det tRNA festet til det. Aminosyren brakt av den er forbundet med en peptidbinding til den tidligere brakte aminosyren til det syntetiserende polypeptidet; t-RNA separeres fra i-RNA, translasjon (kopiering) av i-RNA-informasjon skjer, det vil si proteinsyntese. Åpenbart er to tRNA-molekyler samtidig festet til ribosomer: ett på stedet som bærer polypeptidkjeden som syntetiseres, og det andre på stedet som den neste aminosyren er festet til før den tar plass i kjeden.
Det fjerde trinnet er fjerning av polypeptidkjeden fra ribosomet og dannelsen av en romlig konfigurasjon som er karakteristisk for det syntetiserte proteinet. Til slutt blir proteinmolekylet som har fullført dannelsen uavhengig. t-RNA kan brukes til gjentatt syntese, og mRNA blir ødelagt. Varigheten av dannelsen av et proteinmolekyl avhenger av antall aminosyrer i det. Det antas at tilsetningen av en aminosyre varer i 0,5 sekunder.
Synteseprosessen krever energi, hvor kilden er ATP, som hovedsakelig dannes i mitokondrier og i små mengder i kjernen, og med økt celleaktivitet også i hyaloplasma. I kjernen i hyaloplasma dannes ATP ikke på grunnlag av den oksidative prosessen, som i mitokondrier, men på grunnlag av glykolyse, det vil si en anaerob prosess. Således utføres syntese takket være det koordinerte arbeidet til kjernen, hyaloplasma, ribosomer, mitokondrier og granulært cytoplasmatisk retikulum i cellen.
Den sekretoriske aktiviteten til en celle er også et eksempel på det koordinerte arbeidet til en rekke cellestrukturer. Sekresjon er produksjonen av en celle av spesielle produkter, som i en flercellet organisme oftest brukes i hele organismens interesse. Således tjener spytt, galle, magesaft og andre sekreter til å behandle mat til
Ris. 21. Skjema for en av de mulige måtene for sekresjonssyntese i en celle og fjerning av den:
1 - utskilles i kjernen; 2 - pro-hemmelig utgang fra kjernen; 3 - akkumulering av prosekret i den cytoplasmatiske retikulumtanken; 4 - separasjon av sekresjonstanken fra cytoplasmatisk retikulum; 5 - lamellært kompleks; 6 - en dråpe sekresjon i området av det lamellære komplekset; 7- moden sekresjonsgranulat; 8-9 - påfølgende stadier av sekresjon; 10 - sekresjon utenfor cellen; 11 - plasmalemma av cellen.
Fordøyelsesorganer. Sekret kan dannes enten bare av proteiner (en rekke hormoner, enzymer), eller bestå av glykoproteiner (slim), ligyu-proteiner, glylipoproteiner, sjeldnere er de representert av lipider (melkefett og talgkjertler) eller uorganiske stoffer (saltsyre). syre i funduskjertlene).
I sekretoriske celler kan det vanligvis skilles mellom to ender: basal (mot perikapillærrommet) og apikalt (vendt mot rommet hvor sekretet frigjøres). Zoning observeres i arrangementet av komponentene i sekretorcellen, og fra de basale til de apikale endene (polene) danner de følgende rad: granulært cytoplasmatisk retikulum, kjerne, lamellært kompleks, sekresjonsgranuler (fig. 21). Plasmalemmaet til de basale og apikale polene bærer ofte mikrovilli, som et resultat av at overflatearealet for inngang av stoffer fra blodet og lymfen gjennom basalpolen og utgangen av det ferdige sekretet gjennom den apikale polen øker.
Når et sekresjon av proteinnatur dannes (bukspyttkjertelen), begynner prosessen med syntese av proteiner som er spesifikke for sekretet. Derfor er kjernen til sekretoriske celler rik på kromatin og har en veldefinert kjerne, takket være hvilken alle tre typer RNA dannes, kommer inn i cytoplasmaet og deltar i proteinsyntesen. Noen ganger begynner tilsynelatende syntesen av sekretet i kjernen og ender i cytoplasmaet, men oftest i hyaloplasmaet og fortsetter i det granulære cytoplasmatiske retikulumet. Tubulene i det cytoplasmatiske retikulum spiller en viktig rolle i akkumulering av primærprodukter og deres transport. I denne forbindelse har sekretoriske celler mange ribosomer og et velutviklet cytoplasmatisk retikulum. Deler av det cytoplasmatiske retikulumet med den primære sekresjonen rives av og ledes til det lamellære komplekset, og passerer inn i dets vakuoler. Her skjer dannelsen av sekretoriske granuler.
Samtidig dannes det en lipoproteinmembran rundt sekretet, og selve sekretet modnes (mister vann), blir mer konsentrert. Det ferdige sekretet i form av granuler eller vakuoler forlater lamellkomplekset og frigjøres ut gjennom cellenes apikale pol. Mitokondrier gir energi til hele denne prosessen. Hemmeligheter av ikke-proteinart syntetiseres tilsynelatende i cytoplasmatisk retikulum og, i noen tilfeller, til og med i mitokondrier (lipidsekret). Sekresjonsprosessen reguleres av nervesystemet. I tillegg til konstruktive proteiner og sekresjoner, som et resultat av metabolisme i cellen, kan stoffer av trofisk natur (glykogen, fett, pigmenter, etc.) dannes og energi (strålende, termiske og elektriske biostrømmer) kan produseres.
Metabolisme fullføres ved frigjøring av en rekke stoffer til det ytre miljø, som som regel ikke brukes av cellen og ofte
Til og med skadelig for henne. Fjerning av stoffer fra cellen utføres, som inngangen, på grunnlag av passive fysisk-kjemiske prosesser (diffusjon, osmose) og ved aktiv overføring. Det morfologiske bildet av utskillelse har ofte en motsatt karakter av fagocytose. De utskilte stoffene er omgitt av en membran.
Den resulterende boblen nærmer seg cellemembranen, kommer i kontakt med den, bryter deretter gjennom, og innholdet i boblen vises utenfor cellen.
Metabolisme, som vi allerede har sagt, bestemmer andre vitale manifestasjoner av cellen, som cellevekst og differensiering, irritabilitet og cellenes evne til å reprodusere seg selv.
Cellevekst er en ytre manifestasjon av metabolisme, uttrykt i en økning i cellestørrelse. Vekst er bare mulig hvis assimilering i metabolismeprosessen råder over dissimilering, og hver celle vokser bare til en viss grense.
Celledifferensiering er en serie kvalitative endringer som skjer forskjellig i ulike celler og bestemmes av miljøet og aktiviteten til DNA-seksjoner kalt gener. Som et resultat oppstår ulike kvalitetsceller av forskjellige vev, og cellene gjennomgår aldersrelaterte endringer, som er lite studert. Imidlertid er det kjent at cellene tømmes for vann, proteinpartikler blir større, noe som medfører en reduksjon i den totale overflaten av den dispergerte fasen av kolloidet og som en konsekvens en reduksjon i stoffskiftet. Derfor reduseres det vitale potensialet til cellen, oksidativt, reduksjon og andre reaksjoner reduseres, retningen til noen prosesser endres, og det er grunnen til at ulike stoffer samler seg i cellen.
En celles irritabilitet er dens reaksjon på endringer i det ytre miljøet, på grunn av hvilken midlertidige motsetninger som oppstår mellom cellen og miljøet elimineres, og den levende strukturen blir tilpasset det allerede endrede ytre miljøet.
Følgende punkter kan skilles i fenomenet irritabilitet:
1) eksponering for et miljømiddel (for eksempel mekanisk, kjemisk, stråling, etc.)
2) overgangen av cellen til en aktiv, det vil si eksitabel tilstand, som manifesteres i endringer i biokjemiske og biofysiske prosesser inne i cellen, og cellepermeabilitet og oksygenabsorpsjon kan øke, den kolloidale tilstanden til cytoplasmaet kan endres, elektriske virkningsstrømmer kan vises, etc.;
3) cellens respons på påvirkning fra miljøet, og i ulike celler manifesterer responsen seg forskjellig. Det skjer altså en lokal endring i stoffskiftet i bindevevet, sammentrekning skjer i muskelvevet, sekret frigjøres i kjertelvevet (spytt, galle osv.), en nerveimpuls oppstår i nervecellene og i kjertelepitelet , muskel- og nervevev, eksitasjon oppstår i ett område, sprer seg gjennom vevet. I en nervecelle kan eksitasjon spre seg ikke bare til andre elementer i det samme vevet (noe som resulterer i dannelsen av komplekse eksitable systemer - refleksbuer), men også å flytte til andre vev. Takket være dette utføres nervesystemets regulerende rolle. Graden av kompleksitet av disse reaksjonene avhenger av organiseringsnivået til dyret. Avhengig av styrken og arten av irritasjonsmidlet, skilles følgende tre typer irritabilitet: normal, paranekrosetilstand og nekrotisk. Hvis styrken til stimulansen ikke går utover de normale grensene som ligger i miljøet der cellen eller organismen som helhet lever, eliminerer prosessene som skjer i cellen til slutt motsetningen med det ytre miljøet, og cellen går tilbake til en normal tilstand. I dette tilfellet oppstår ingen forstyrrelse av cellestrukturen som er synlig under et mikroskop. Hvis styrken til stimulansen er stor eller den påvirker cellen i lang tid, fører en endring i intracellulære prosesser til en betydelig forstyrrelse av cellens funksjon, struktur og kjemi. Inneslutninger vises i den, strukturer dannes i form av tråder, klumper, masker, etc. Reaksjonen til cytoplasmaet skifter mot surhet, en endring i strukturen og de fysisk-kjemiske egenskapene til cellen forstyrrer den normale funksjonen til cellen, og setter den på randen av liv og død. Nasonov og Aleksandrov kalte denne tilstanden paranekrotisk* Den er reversibel og kan føre til gjenoppretting av cellen, men den kan også føre til at den dør. Til slutt, hvis midlet virker med veldig stor kraft, blir prosessene inne i cellen så alvorlig forstyrret at restaurering er umulig, og cellen dør. Etter dette oppstår en rekke strukturelle endringer, det vil si at cellen går inn i en tilstand av nekrose eller nekrose.
Bevegelse. Arten av bevegelse som er iboende i en celle er svært mangfoldig. Først av alt gjennomgår cellen kontinuerlig bevegelse av cytoplasma, som åpenbart er assosiert med implementeringen av metabolske prosesser. Videre kan forskjellige cytoplasmatiske formasjoner bevege seg veldig aktivt i cellen, for eksempel flimmerhår i det cilierte epitel, mitokondrier; gjør bevegelse og kjernen. I andre tilfeller uttrykkes bevegelse i en endring i lengden eller volumet av cellen med dens påfølgende retur til sin opprinnelige posisjon. Denne bevegelsen observeres i muskelceller, muskelfibre og pigmentceller. Bevegelse i rommet er også utbredt. Det kan utføres ved hjelp av pseudopoder, som i en amøbe. Dette er hvordan leukocytter og noen celler i bindevev og annet vev beveger seg. Spermin har en spesiell form for bevegelse i rommet. Deres foroverbevegelse oppstår på grunn av en kombinasjon av serpentinbøyninger av halen og rotasjon av sædcellene rundt lengdeaksen. I relativt enkelt organiserte skapninger og i noen celler til høyt organiserte flercellede dyr, er bevegelse i rommet forårsaket og dirigert av ulike agenter i det ytre miljøet og kalles taxier.
Det er: kjemotaksi, thigmotaxis og rheotaxis. Kjemotaksi er bevegelse mot eller bort fra kjemikalier. Slike taxier oppdages av blodleukocytter, som beveger seg amøbisk mot bakterier som har kommet inn i kroppen og skiller ut visse stoffer Tigmotakse er bevegelse mot eller bort fra en berørt fast kropp. For eksempel, lett å berøre matpartikler til en amøbe fører til at den omslutter dem og deretter svelger dem. Sterk mekanisk irritasjon kan forårsake bevegelse i motsatt retning av den irriterende opprinnelsen. Reotaksi er bevegelse mot strømmen av væske. Spermin, som beveger seg i livmoren mot strømmen av slim mot eggcellen, har evnen til reotaksi.
Evnen til å reprodusere seg selv er den viktigste egenskapen til levende materie, uten hvilken liv er umulig. Ethvert levende system er preget av en kjede av irreversible endringer som kulminerer i døden. Hvis disse systemene ikke ga opphav til nye systemer som var i stand til å starte syklusen på nytt, ville livet opphøre.
Cellens selvreproduksjonsfunksjon utføres gjennom deling, som er en konsekvens av celleutvikling. I løpet av livet, på grunn av overvekt av assimilering over dissimilering, øker cellemassen, men volumet av cellen øker raskere enn overflaten. Under disse forholdene avtar metabolismens intensitet, det oppstår dype fysisk-kjemiske og morfologiske endringer i cellen, og assimileringsprosesser hemmes gradvis, noe som er overbevisende bevist ved hjelp av merkede atomer. Som et resultat stopper veksten av cellen først, og deretter blir dens videre eksistens umulig, og deling skjer.
Overgangen til divisjon er et kvalitativt sprang, eller en konsekvens av kvantitative endringer i assimilering og dissimilering, en mekanisme for å løse motsetninger mellom disse prosessene. Etter deling ser det ut til at cellene forynges, deres vitale potensial øker, siden på grunn av reduksjonen i størrelse øker andelen av den aktive overflaten, metabolismen generelt og dens assimileringsfase spesielt intensiveres.
Således består det individuelle livet til en celle av en periode med interfase, preget av økt metabolisme, og en periode med deling.
Interfase er delt med en viss grad av konvensjon:
1) i løpet av den presyntetiske perioden (Gj), når intensiteten av assimileringsprosesser gradvis øker, men DNA-reduplisering har ennå ikke begynt;
2) syntetisk (S), karakterisert ved høyden av syntese, hvor DNA-dobling skjer, og
3) postsyntetisk (G2), når prosessene med DNA-syntese stopper.
Følgende hovedtyper av divisjon skilles ut:
1) indirekte deling (mitose eller karyokinese);
2) meiose, eller reduksjonsdeling, og
3) amitose, eller direkte deling.
Detaljert løsningsavsnitt Oppsummer kapittel 2 i biologi for 11. klasseelever, forfattere I.N. Ponomareva, O.K. Kornilova, T.E. Loshchilina, P.V. Izhevsk grunnleggende nivå 2012
- GD i biologi for klasse 11 finner du
- Gdz arbeidsbok om biologi for klasse 11 kan bli funnet
1. Formuler en definisjon av "celle"-biosystemet..
En celle er et elementært levende system, den grunnleggende strukturelle enheten til levende organismer, i stand til selvfornyelse, selvregulering og selvreproduksjon.
2. Hvorfor kalles cellen den grunnleggende livsformen og den elementære livsenheten?
Cellen er den grunnleggende livsformen og den elementære livsenheten, fordi enhver organisme består av celler, og den minste organismen er en celle (protozoer). Individuelle organeller kan ikke leve utenfor cellen.
Følgende prosesser skjer på cellenivå: metabolisme (metabolisme); absorpsjon og derfor inkorporering av forskjellige kjemiske elementer på jorden i innholdet i levende ting; overføring av arvelig informasjon fra celle til celle; akkumulering av endringer i det genetiske apparatet som et resultat av interaksjon med miljøet; respons på irritasjoner når du samhandler med det ytre miljøet. De strukturelle elementene i cellenivåsystemet er forskjellige komplekser av molekyler av kjemiske forbindelser og alle strukturelle deler av cellen - overflateapparatet, kjernen og cytoplasmaet med deres organeller. Samspillet mellom dem sikrer enheten og integriteten til cellen i manifestasjonen av dens egenskaper som et levende system i forhold til det ytre miljøet.
3. Forklar mekanismene for cellestabilitet som et biosystem.
En celle er et elementært biologisk system, og ethvert system er et kompleks av sammenkoblede og samvirkende komponenter som utgjør en enkelt helhet. I en celle er disse komponentene organeller. Cellen er i stand til metabolisme, selvregulering og selvfornyelse, på grunn av hvilken stabiliteten opprettholdes. Hele det genetiske programmet til cellen er lokalisert i kjernen, og ulike avvik fra det oppfattes av cellens enzymatiske system.
4. Sammenlign eukaryote og prokaryote celler.
Alle levende organismer på jorden er delt inn i to grupper: prokaryoter og eukaryoter.
Eukaryoter er planter, dyr og sopp.
Prokaryoter er bakterier (inkludert cyanobakterier (blågrønne alger).
Hovedforskjellen. Prokaryoter har ikke en sirkulær DNA (sirkulært kromosom) ligger direkte i cytoplasmaet (denne delen av cytoplasmaet kalles nukleoiden). Eukaryoter har en dannet kjerne (arvelig informasjon [DNA] skilles fra cytoplasmaet av kjernekappen).
Andre forskjeller.
Siden prokaryoter ikke har en kjerne, har de ikke mitose/meiose. Bakterier formerer seg ved fisjon i to, spirende
Eukaryoter har forskjellig antall kromosomer, avhengig av arten. Prokaryoter har et enkelt kromosom (ringformet).
Eukaryoter har organeller omgitt av membraner. Prokaryoter har ikke organeller omgitt av membraner, dvs. det er ikke noe endoplasmatisk retikulum (dets rolle spilles av mange fremspring av cellemembranen), ingen mitokondrier, ingen plastider, ingen cellesenter.
En prokaryot celle er mye mindre enn en eukaryot celle: 10 ganger i diameter, 1000 ganger i volum.
Likheten. Cellene til alle levende organismer (alle riker av levende natur) inneholder en plasmamembran, cytoplasma og ribosomer.
5. Beskriv den intracellulære strukturen til eukaryoter.
Cellene som danner vev til dyr og planter varierer betydelig i form, størrelse og indre struktur. Imidlertid viser de alle likheter i hovedtrekkene i livsprosesser, stoffskifte, irritabilitet, vekst, utvikling og endringsevne.
Celler av alle typer inneholder to hovedkomponenter, nært beslektet med hverandre - cytoplasmaet og kjernen. Kjernen er atskilt fra cytoplasmaet med en porøs membran og inneholder kjernesaft, kromatin og kjernen. Halvflytende cytoplasma fyller hele cellen og penetreres av mange tubuli. På utsiden er den dekket med en cytoplasmatisk membran. Den inneholder spesialiserte organellstrukturer som konstant er tilstede i cellen, og midlertidige formasjoner - inneslutninger. Membranorganeller: cytoplasmatisk membran (CM), endoplasmatisk retikulum (ER), Golgi-apparat, lysosomer, mitokondrier og plastider. Strukturen til alle membranorganeller er basert på en biologisk membran. Alle membraner har en grunnleggende ensartet strukturplan og består av et dobbelt lag av fosfolipider, hvori proteinmolekyler senkes ned fra forskjellige sider til forskjellige dyp. Membranene til organeller skiller seg bare fra hverandre i settene med proteiner de inneholder.
6. Hvordan implementeres "celle - fra celle"-prinsippet?
Reproduksjon av prokaryote og eukaryote celler skjer bare gjennom deling av den opprinnelige cellen, som innledes med reproduksjon av dens genetiske materiale (DNA-reduplikasjon).
I eukaryote celler er den eneste komplette metoden for deling mitose (eller meiose i dannelsen av kjønnsceller). I dette tilfellet dannes et spesielt celledelingsapparat - cellespindelen, ved hjelp av hvilken kromosomer, som tidligere doblet seg i antall, fordeles jevnt og nøyaktig mellom de to dattercellene. Denne typen deling er observert i alle eukaryote celler, både planter og dyr.
Prokaryote celler, som deler seg på såkalt binær måte, bruker også et spesielt celledelingsapparat som minner betydelig om den mitotiske metoden for deling av eukaryoter. Deler også modercellen i to.
7. Beskriv fasene og betydningen av mitose.
Prosessen med mitose er vanligvis delt inn i fire hovedfaser: profase, metafase, anafase og telofase. Siden den er kontinuerlig, utføres endringen av fasene jevnt - den ene går umerkelig over i den andre.
I profase øker volumet av kjernen, og på grunn av spiraliseringen av kromatin dannes kromosomer. Ved slutten av profasen er det klart at hvert kromosom består av to kromatider. Nukleolene og kjernemembranen oppløses gradvis, og kromosomene vises tilfeldig plassert i cellens cytoplasma. Sentrioler divergerer mot cellens poler. Det dannes en akromatin fisjonsspindel, noen av trådene går fra pol til pol, og noen er festet til sentromerene til kromosomene. Innholdet av genetisk materiale i cellen forblir uendret (2n4c).
I metafase når kromosomene maksimal spiralisering og er ordnet på en ryddig måte ved cellens ekvator, så de telles og studeres i denne perioden. Innholdet av genetisk materiale endres ikke (2n4c).
I anafase "deler" hvert kromosom seg i to kromatider, som deretter kalles datterkromosomer. Spindeltrådene festet til sentromerene trekker seg sammen og trekker kromatidene (datterkromosomene) mot motsatte poler av cellen. Innholdet av genetisk materiale i cellen ved hver pol er representert av et diploid sett med kromosomer, men hvert kromosom inneholder ett kromatid (4n4c).
I telofase despiraler kromosomene ved polene og blir dårlig synlige. Rundt kromosomene ved hver pol dannes en kjernemembran fra membranstrukturer i cytoplasmaet, og nukleoler dannes i kjernene. Fisjonsspindelen er ødelagt. Samtidig deler cytoplasmaet seg. Datterceller har et diploid sett med kromosomer, som hver består av ett kromatid (2n2c).
Den biologiske betydningen av mitose er at den sikrer arvelig overføring av egenskaper og egenskaper i en rekke cellegenerasjoner under utviklingen av en flercellet organisme. På grunn av den nøyaktige og jevne fordelingen av kromosomer under mitose, er alle celler i en enkelt organisme genetisk identiske.
Mitotisk celledeling ligger til grunn for alle former for aseksuell reproduksjon i både encellede og flercellede organismer. Mitose bestemmer de viktigste fenomenene i livet: vekst, utvikling og restaurering av vev og organer og aseksuell reproduksjon av organismer.
8. Hva er cellesyklusen?
Cellesyklusen (mitotisk syklus) er hele perioden med celleeksistens fra det øyeblikket morcellen dukker opp under deling til dens egen deling (inkludert selve deling) eller død. Den består av interfase og celledeling.
9. Hvilken rolle spilte cellen i utviklingen av organismer?
Cellen ga opphav til videreutviklingen av den organiske verden. I løpet av denne evolusjonen ble et utrolig mangfold av celleformer oppnådd, multicellularitet oppsto, cellespesialisering oppsto og cellulært vev dukket opp.
10. Nevn cellelivets hovedprosesser.
Metabolisme – næringsstoffer kommer inn i cellen og unødvendige fjernes. Bevegelse av cytoplasma - transporterer stoffer i cellen. Respirasjon - oksygen kommer inn i cellen og karbondioksid fjernes. Ernæring - næringsstoffer kommer inn i cellen. Vekst - cellen øker i størrelse. Utvikling - strukturen til cellen blir mer kompleks.
11. Angi betydningen av mitose og meiose i celleevolusjon.
Takket være mitotisk celledeling skjer den individuelle utviklingen av organismen - dens vekst øker, vev fornyes, gamle og døde celler erstattes, og aseksuell reproduksjon av organismer skjer. Konstansen til karyotypene til individer av arten er også sikret.
Takket være meiose oppstår kryssing (utveksling av deler av homologe kromosomer). Dette fremmer rekombinasjonen av genetisk informasjon, og det dannes celler med et helt nytt sett med gener (mangfold av organismer).
12. Hva er de viktigste hendelsene i utviklingen av levende materie som fant sted på cellenivå under evolusjonsprosessen?
De største aromorfosene (mitose, meiose, kjønnsceller, seksuell prosess, zygote, vegetativ og seksuell reproduksjon).
Utseendet til kjerner i celler (eukaryoter).
Symbiotiske prosesser i encellede organismer - fremveksten av organeller.
Autotrofi og heterotrofi.
Mobilitet og immobilitet.
Fremveksten av flercellede organismer.
Differensiering av cellefunksjoner i flercellede organismer.
13. Beskriv den generelle betydningen av cellenivået til levende materie i naturen og for mennesker.
Cellen, som en gang dukket opp i form av et elementært biosystem, ble grunnlaget for all videreutvikling av den organiske verden. Utviklingen av bakterier, cyanobakterier, ulike alger og protozoer skjedde utelukkende på grunn av de strukturelle, funksjonelle og biokjemiske transformasjonene til den primære levende cellen. I løpet av denne evolusjonen ble det oppnådd et utrolig utvalg av celleformer, men den generelle planen for cellestrukturen gjennomgikk ikke grunnleggende endringer. I evolusjonsprosessen, basert på encellede livsformer, oppsto multicellularitet, cellespesialisering oppsto og cellulært vev dukket opp.
Si din mening
1. Hvorfor akkurat på cellenivået i livets organisering oppstod slike egenskaper ved levende vesener som autotrofi og heterotrofi, mobilitet og immobilitet, flercellethet og spesialisering i struktur og funksjon? Hva bidro til slike hendelser i cellens liv?
Cellen er den grunnleggende strukturelle og funksjonelle enheten til levende ting. Dette er et slags levende system, som er preget av pust, ernæring, metabolisme, irritabilitet, diskrethet, åpenhet og arv. Det var på cellenivå de første levende organismer oppsto. I en celle utfører hver organell en spesifikk funksjon og har en spesifikk struktur forent og fungerer sammen, de representerer et enkelt biosystem, som har alle egenskapene til en levende ting.
Cellen, som en flercellet organisme, har også utviklet seg over mange århundrer. Ulike miljøforhold, naturkatastrofer og biotiske faktorer har ført til komplikasjonen av celleorganisering.
Derfor oppsto autotrofi og heterotrofi, mobilitet og immobilitet, flercellethet og spesialisering i struktur og funksjon nettopp på cellenivå, der alle organeller og cellen som helhet eksisterer harmonisk og målrettet.
2. På hvilket grunnlag har alle forskere klassifisert cyanobakterier som planter, spesielt alger, i svært lang tid, og først på slutten av det 20. århundre. ble de plassert i bakterieriket?
Den relativt store størrelsen på cellene (nostok, for eksempel, danner ganske store kolonier som du til og med kan plukke opp), utfører fotosyntese med frigjøring av oksygen på en måte som ligner på høyere planter, og også den ytre likheten med alger var grunn til at de tidligere ble vurdert som en del av planter ("blågrønnalger").
Og på slutten av det tjuende århundre ble det bevist at celler ikke har blågrønne kjerner, og klorofyllet i cellene deres er ikke det samme som i planter, men karakteristisk for bakterier. Nå er cyanobakterier blant de mest komplekst organiserte og morfologisk differensierte prokaryote mikroorganismene.
3. Hvilke plante- og dyrecellevev er klærne og skoene du brukte på skolen i dag laget av?
Velg de som passer deg. Du kan gi mange eksempler. For eksempel brukes lin (bastfibre - ledende stoff) til å lage stoff med en slitesterk struktur (herreskjorte, damedress, undertøy, sokker, bukser, sundresses). Bomull brukes til å lage undertøy, T-skjorter, skjorter, bukser, sundresses). Sko (sko, sandaler, støvler) og belter er laget av dyrehud (epitelvev). Varme klær er laget av ull fra pelsdyr. Gensere, sokker, luer og votter er laget av ull. Laget av silke (hemmeligheten til silkeormkjertlene er bindevev) - skjorter, skjerf, undertøy.
Problem å diskutere
Charles Darwins bestefar Erasmus Darwin, en lege, naturforsker og poet, skrev på slutten av 1700-tallet. diktet "The Temple of Nature", utgitt i 1803, etter hans død. Les et kort utdrag fra dette diktet og tenk på hvilke ideer om rollen til det cellulære livsnivået som finnes i dette verket (utdraget er gitt i boken).
Fremveksten av jordisk liv skjedde fra de minste celleformene. Det var på cellenivå de første levende organismer oppsto. Cellen, som en organisme, vokste og utviklet seg, og ga derved drivkraft til dannelsen av mange cellulære former. De var i stand til å befolke både "silten" og "vannmassen". Mest sannsynlig førte ulike miljøforhold, naturkatastrofer og biotiske faktorer til en mer kompleks organisering av celler, noe som førte til "anskaffelse av medlemmer" (som innebærer flercellethet).
Enkle konsepter
Prokaryoter, eller prenukleære, er organismer hvis celler ikke har en dannet kjerne avgrenset av en membran.
Eukaryoter, eller kjernefysiske, er organismer hvis celler har en velformet kjerne, atskilt med en kjernekonvolutt fra cytoplasma.
En organoid er en cellulær struktur som gir spesifikke funksjoner.
Kjernen er den viktigste delen av en eukaryot celle, og regulerer alle dens aktiviteter; bærer arvelig informasjon i DNA-makromolekyler.
Et kromosom er en DNA-holdig trådlignende struktur i cellekjernen som bærer gener, arveenheter, ordnet i en lineær rekkefølge.
En biologisk membran er en elastisk molekylstruktur som består av proteiner og lipider. Separerer innholdet i enhver celle fra det ytre miljøet, og sikrer integriteten.
Mitose (indirekte celledeling) er en universell metode for deling av eukaryote celler, der datterceller mottar genetisk materiale som er identisk med den opprinnelige cellen.
Meiose er en metode for å dele eukaryote celler, ledsaget av en halvering (reduksjon) av antall kromosomer; En diploid celle gir opphav til fire haploide celler.
Cellesyklusen er reproduksjonssyklusen til en celle, bestående av flere påfølgende hendelser (for eksempel interfase og mitose i eukaryoter), hvor innholdet i cellen dobles og den deler seg i to datterceller.
Det cellulære strukturelle nivået for organisering av levende materie er et av livets strukturelle nivåer, hvis strukturelle og funksjonelle enhet er organismen, og enheten er cellen. Følgende fenomener forekommer på organismenivå: reproduksjon, funksjon av organismen som helhet, ontogenese, etc.
Alle levende organismer, unntatt virus, er laget av celler. De gir alle prosessene som er nødvendige for livet til en plante eller et dyr. En celle i seg selv kan være en separat organisme. Og hvordan kan en så kompleks struktur leve uten energi? Selvfølgelig ikke. Så hvordan får cellene energi? Det er basert på prosessene som vi vil vurdere nedenfor.
Forsyne celler med energi: hvordan skjer dette?
Få celler mottar energi fra utsiden de produserer den selv. har unike "stasjoner". Og energikilden i cellen er mitokondriet, organellen som produserer den. Prosessen med cellulær respirasjon skjer i den. På grunn av det forsynes cellene med energi. Imidlertid er de bare til stede i planter, dyr og sopp. Bakterieceller har ikke mitokondrier. Derfor tilføres cellene deres energi hovedsakelig gjennom gjæringsprosesser i stedet for respirasjon.
Strukturen til mitokondrier
Dette er en dobbeltmembranorganell som dukket opp i en eukaryot celle under evolusjonsprosessen som et resultat av dens absorpsjon av en mindre. Dette kan forklare det faktum at mitokondrier inneholder sitt eget DNA og RNA, samt mitokondrielle ribosomer som produserer. proteiner som er nødvendige for organeller.
Den indre membranen har fremspring kalt cristae, eller rygger. Prosessen med cellulær respirasjon skjer på cristae.
Det som er inne i de to membranene kalles matrisen. Den inneholder proteiner, enzymer som er nødvendige for å akselerere kjemiske reaksjoner, samt RNA, DNA og ribosomer.
Cellulær respirasjon er grunnlaget for livet
Det foregår i tre etapper. La oss se på hver av dem mer detaljert.
Den første fasen er forberedende
I løpet av dette stadiet brytes komplekse organiske forbindelser ned til enklere. Dermed brytes proteiner ned til aminosyrer, fett til karboksylsyrer og glyserol, nukleinsyrer til nukleotider og karbohydrater til glukose.
Glykolyse
Dette er det oksygenfrie stadiet. Det ligger i det faktum at stoffene som oppnås i det første trinnet brytes ytterligere ned. De viktigste energikildene som cellen bruker på dette stadiet er glukosemolekyler. Hver av dem brytes ned til to pyruvatmolekyler under glykolyse. Dette skjer under ti påfølgende kjemiske reaksjoner. Som et resultat av de første fem, blir glukose fosforylert og deretter delt i to fosfortrioser. De neste fem reaksjonene produserer to molekyler og to molekyler PVA (pyrodruesyre). Energien til cellen er lagret i form av ATP.
Hele prosessen med glykolyse kan forenkles som følger:
2NAD+ 2ADP + 2H 3 PO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H20 + 2NAD. H2 + 2C3H4O3 + 2ATP
Ved å bruke ett molekyl glukose, to molekyler ADP og to fosforsyre, mottar cellen således to molekyler ATP (energi) og to molekyler pyrodruesyre, som den skal bruke i neste trinn.
Det tredje trinnet er oksidasjon
Dette stadiet skjer bare i nærvær av oksygen. De kjemiske reaksjonene på dette stadiet skjer i mitokondriene. Dette er hoveddelen der det frigjøres mest energi. På dette stadiet, som reagerer med oksygen, brytes det ned til vann og karbondioksid. I tillegg dannes 36 ATP-molekyler. Så vi kan konkludere med at hovedkildene til energi i cellen er glukose og pyrodruesyre.
Ved å oppsummere alle kjemiske reaksjoner og utelate detaljer, kan vi uttrykke hele prosessen med cellulær respirasjon med en forenklet ligning:
6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 PO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.
Under respirasjon, fra ett molekyl glukose, seks oksygenmolekyler, trettiåtte molekyler ADP og samme mengde fosforsyre, mottar cellen 38 molekyler ATP, i form av hvilken energi lagres.
Mangfold av mitokondrielle enzymer
Cellen mottar energi til vital aktivitet gjennom respirasjon - oksidasjon av glukose og deretter pyrodruesyre. Alle disse kjemiske reaksjonene kunne ikke finne sted uten enzymer - biologiske katalysatorer. La oss se på de som er lokalisert i mitokondrier, organellene som er ansvarlige for cellulær respirasjon. Alle av dem kalles oksidoreduktaser fordi de er nødvendige for å sikre forekomsten av redoksreaksjoner.
Alle oksidoreduktaser kan deles inn i to grupper:
- oksidaser;
- dehydrogenase;
Dehydrogenaser er på sin side delt inn i aerob og anaerob. Aerobe inneholder koenzymet riboflavin, som kroppen får fra vitamin B2. Aerobe dehydrogenaser inneholder NAD- og NADP-molekyler som koenzymer.
Oksidaser er mer forskjellige. Først av alt er de delt inn i to grupper:
- de som inneholder kobber;
- de som inneholder jern.
Den første inkluderer polyfenoloksidaser og askorbatoksidase, den andre inkluderer katalase, peroksidase og cytokromer. Sistnevnte er på sin side delt inn i fire grupper:
- cytokromer a;
- cytokromer b;
- cytokromer c;
- cytokromer d.
Cytokromer a inneholder jernformylporfyrin, cytokromer b - jernprotoporfyrin, c - substituert jernmesoporfyrin, d - jerndihydroporfyrin.
Finnes det andre måter å få energi på?
Selv om de fleste celler får det gjennom cellulær respirasjon, er det også anaerobe bakterier som ikke krever oksygen for å eksistere. De produserer den nødvendige energien gjennom gjæring. Dette er en prosess der karbohydrater ved hjelp av enzymer brytes ned uten deltagelse av oksygen, som et resultat av at cellen mottar energi. Det finnes flere typer gjæring avhengig av sluttproduktet av kjemiske reaksjoner. Det kan være melkesyre, alkohol, smørsyre, aceton-butan, sitronsyre.
Tenk for eksempel på at det kan uttrykkes med følgende ligning:
C6H12O6 → C 2 H 5 OH + 2 CO 2
Det vil si at bakterien bryter ned ett molekyl glukose til ett molekyl etylalkohol og to molekyler karbonoksid (IV).