Żywy organizm jest złożony system składający się z połączonych ze sobą narządów i tkanek. Ale dlaczego tak mówią organizm jest otwarty system ? Systemy otwarte charakteryzują się wymianą czegoś z otoczeniem zewnętrznym. Może to być wymiana materii, energii, informacji. A żywe organizmy wymieniają to wszystko ze światem zewnętrznym. Chociaż bardziej właściwe jest zastąpienie słowa „wymiana” słowem „przepływ”, ponieważ niektóre substancje i energia dostają się do ciała, a inne wychodzą.
Energia jest pobierana przez organizmy żywe w jednej postaci (rośliny – w postaci promieniowania słonecznego, zwierzęta – w postaci wiązań chemicznych). związki organiczne) i jest uwalniany do środowiska w inny (termiczny) sposób. Ponieważ organizm otrzymuje energię z zewnątrz i ją oddaje, jest to układ otwarty.
U organizmów heterotroficznych energia jest wchłaniana wraz z substancjami (w których jest zawarta) w wyniku odżywiania. Ponadto w procesie metabolizmu (metabolizmu w organizmie) niektóre substancje ulegają rozkładowi, a inne są syntetyzowane. Podczas reakcji chemicznych uwalniana jest energia (wykorzystywana do różnych procesów życiowych) i absorbowana (wykorzystywana do syntezy niezbędnych materia organiczna). Do środowiska uwalniane są niepotrzebne dla organizmu substancje i powstająca w ten sposób energia cieplna (której nie można już wykorzystać).
Autotrofy (głównie rośliny) absorbują promienie świetlne w pewnym zakresie jako energię, a jako substancje wyjściowe absorbują wodę, dwutlenek węgla, różne sole mineralne i tlen. Wykorzystując energię i te minerały, rośliny w wyniku procesu fotosyntezy dokonują pierwotnej syntezy substancji organicznych. W tym przypadku energia promieniowania jest magazynowana w wiązaniach chemicznych. Rośliny nie mają układu wydalniczego. Uwalniają jednak na swojej powierzchni substancje (gazy), zrzucają liście (usuwają szkodliwe substancje organiczne i mineralne) itp. Zatem rośliny jako organizmy żywe są również systemami otwartymi. Uwalniają i wchłaniają substancje.
Organizmy żywe żyją w swoim charakterystycznym środowisku. Jednocześnie, aby przetrwać, muszą przystosować się do środowiska, reagować na jego zmiany, szukać pożywienia i unikać zagrożeń. W rezultacie w procesie ewolucji zwierzęta wykształciły specjalne receptory, narządy zmysłów i układ nerwowy, które pozwalają im odbierać informacje ze środowiska zewnętrznego, przetwarzać je i reagować, czyli wpływać na środowisko. Można zatem powiedzieć, że organizmy wymieniają informacje ze swojego środowiska zewnętrznego. Oznacza to, że ciało jest otwartym systemem informacyjnym.
Rośliny reagują również na wpływy środowiska (na przykład zamykają aparaty szparkowe na słońcu, kierują liście w stronę światła itp.). U roślin, zwierząt prymitywnych i grzybów regulacja odbywa się wyłącznie środkami chemicznymi (humoralnymi). U zwierząt, które mają system nerwowy, istnieją oba sposoby samoregulacji (nerwowy i za pomocą hormonów).
Organizmy jednokomórkowe są również systemami otwartymi. Żywią się i wydzielają substancje, reagują na wpływy zewnętrzne. Jednakże w ich układzie ciała funkcje narządów są zasadniczo wykonywane przez organelle komórkowe.
„Przeprowadzenie lekcji otwartej” – dyskusja ogólna. Niezbędne do uzupełnienia analizy nauczyciela. Odpowiedzi nauczyciela na pytania dotyczące projektu lekcji. Analiza lekcji przez nauczyciela. Prezentacja projektu lekcji przez nauczyciela. Dlaczego jest to potrzebne? Praca przygotowawcza? Prowadzenie lekcji otwartej. Końcowe podsumowanie nauczyciela. Odpowiedzi nauczyciela na pytania obecnych.
„Otwarta lekcja czytania” – już w 1037 r Starożytna Ruś Jarosław Mądry założył bibliotekę. Teraz - 65. miejsce. Obecnie działa fikcja Tylko 40% 14-letnich obywateli Rosji czyta. Miłej lektury! Do połowy XX wieku nasz kraj był najczytelniejszym krajem na świecie. Jim Corbett – Kanibale Kumaon Ivan Efremov – Na skraju Oikumene Michaił Bułhakow – Psie serce Konstantin Paustovsky – Strona Meshchera.
„Otwarta lekcja angielskiego” – Prosiaczek przechwala się, że o zwierzętach wie wszystko. Tom 7 Umiem biegać i skakać. Odszyfruj obrazki. Temat lekcji: „W magicznym lesie”. Pomóż Peterowi przedstawić artystów.
„Lekcja otwarta” – Test organizacyjny Główny Finał Refleksyjny. Obserwuj tempo i czas lekcji. Wprowadzić coś, rozpocząć coś. Określ niezbędne materiały i sprzęt dydaktyczny, pokazowy, informacyjny. Pomyśl o działaniach uczniów różne etapy zajęcia.
„Lekcja otwarta” - Cel lekcji otwartej. Ocena efektywności lekcji otwartej. „Wyróżnij” na lekcji. Lekcja publiczna-...Przygotowanie do lekcji otwartej. Kryteria oceny lekcji otwartej. Dobra ocena Pochwała Uśmiech nauczyciela Radość z niezależna decyzja trudne zadanie. „Chwila radości” na lekcji. Dla kogo?
„Otwarta lekcja czytania 2. klasa” - Zatwierdź - sporządź akt (dokument). Przeczytaj to dobrze. Zielona czkawka Stożek Stożek Ząb się wylewa Ząb wypada. Logopeda. Wesoły Uprzejmy Dociekliwy Dociekliwy. Sprawdź się! Znajdź błędy w słowach. Otwarta lekcja czytania w klasie II. Wiktor Juzefowicz Dragunski (1913-1972). Która postać najlepiej oddaje nastrój opowieści?
ROZDZIAŁ 1. WŁAŚCIWOŚCI I POCHODZENIE ŻYCIA1.1. PRZEDMIOT, ZADANIA I METODY BIOLOGII
Biologia (gr. bio – życie i logos – wiedza, nauczanie, nauka) – nauka o organizmach żywych. Różnorodność żywej przyrody jest tak wielka, że współczesna biologia to zespół nauk (nauk biologicznych), które znacznie różnią się od siebie. Co więcej, każdy ma swój własny przedmiot badań, metody, cele i zadania. Na przykład wirusologia - nauka o wirusach, mikrobiologia - nauka o mikroorganizmach, mikologia - nauka o grzybach, botanika (fitologia) - nauka o roślinach, zoologia - nauka o zwierzętach, antropologia - nauka o ludziach, cytologia - nauka o komórce, histologia – nauka o tkankach, anatomia – nauka o budowie wewnętrznej, morfologia – nauka o tkankach struktura zewnętrzna fizjologia – nauka o czynności życiowej całego organizmu i jego części, genetyka – nauka o prawach dziedziczności i zmienności organizmów oraz sposobach ich kontrolowania, ekologia – nauka o związkach organizmów żywych między sobą i ich środowisko, teoria ewolucji – nauka o rozwój historyczny przyroda, paleontologia - nauka o rozwoju życia w minionych czasach geologicznych, biochemia - nauka o substancjach i procesach chemicznych zachodzących w organizmach żywych; biofizyka – nauka o zjawiskach fizycznych i fizykochemicznych zachodzących w organizmach żywych, biotechnologia – zespół metod przemysłowych pozwalających na wykorzystanie organizmów żywych i ich poszczególnych części do wytwarzania produktów cennych dla człowieka (aminokwasy, białka, witaminy, enzymy) , antybiotyki, hormony itp.) itp.
Biologia należy do kompleksu nauki przyrodnicze czyli nauki przyrodnicze. Jest ściśle powiązana z naukami podstawowymi (matematyka, fizyka, chemia), przyrodniczymi (geologia, geografia, gleboznawstwo), społecznymi (psychologia, socjologia), stosowanymi (biotechnologia, uprawa roślin, ochrona przyrody).
Wiedza biologiczna jest wykorzystywana w Przemysł spożywczy, farmakologia, rolnictwo. Biologia jest podstawy teoretyczne nauk takich jak medycyna, psychologia, socjologia.
Przy podejmowaniu decyzji należy korzystać z osiągnięć biologii problemy globalne nowoczesność: związek społeczeństwa z środowisko, racjonalne zarządzanie środowiskiem i ochrona przyrody, zaopatrzenie w żywność.
Metody badań biologicznych:
Metoda obserwacji i opisu (polega na zbieraniu i opisywaniu faktów);
metoda porównawcza (polega na analizie podobieństw i różnic badanych obiektów);
metoda historyczna (bada przebieg rozwoju badanego obiektu);
metoda eksperymentalna (pozwala badać zjawiska naturalne w danych warunkach);
metoda modelowania (umożliwia złożone Zjawiska naturalne opisać za pomocą stosunkowo prostych modeli).
1.2. WŁAŚCIWOŚCI MATERII ŻYWEJ
Krajowy naukowiec M.V. Wolkenstein zaproponował następującą definicję: „Ciała żywe istniejące na Ziemi to otwarte, samoregulujące i samoreprodukujące się systemy zbudowane z biopolimerów – białek i kwasów nukleinowych”.
Nie ma jednak ogólnie przyjętej definicji pojęcia „życie”, można jednak zidentyfikować znaki (właściwości) materii żywej, które odróżniają ją od materii nieożywionej.
1. Określony skład chemiczny. Organizmy żywe zbudowane są z tego samego pierwiastki chemiczne, jak przedmioty przyrody nieożywionej, ale stosunek tych elementów jest inny. Głównymi elementami istot żywych są C, O, N i H.
2.Struktura komórkowa. Wszystkie żywe organizmy, z wyjątkiem wirusów, mają strukturę komórkową.
3. Metabolizm i zależność energetyczna. Organizmy żywe są układami otwartymi, ich funkcjonowanie uzależnione jest od dostaw substancji i energii ze środowiska zewnętrznego.
4.Samoregulacja. Organizmy żywe mają zdolność zachowania stałości składu chemicznego i intensywności procesów metabolicznych.
5.Drażliwość i funkcje psychiczne. Organizmy żywe wykazują drażliwość, czyli zdolność reagowania na określone wpływy zewnętrzne określonymi reakcjami.
6. Dziedziczność. Organizmy żywe są w stanie przekazywać cechy i właściwości z pokolenia na pokolenie za pomocą nośników informacji - cząsteczek DNA i RNA.
7. Zmienność. Organizmy żywe są zdolne do nabywania nowych cech i właściwości.
8. Samoreprodukcja (reprodukcja). Organizmy żywe są zdolne do reprodukcji - reprodukcji własnego rodzaju.
9.Rozwój indywidualny. Ontogeneza to rozwój organizmu od urodzenia aż do śmierci. Rozwoju towarzyszy wzrost.
10.Rozwój ewolucyjny. Filogeneza to rozwój życia na Ziemi od jego powstania do chwili obecnej.
11. Rytm. Organizmy żywe wykazują rytmiczną aktywność (dobową, sezonową itp.), co jest związane z charakterystyką ich siedliska.
12. Uczciwość i dyskrecja. Z jednej strony wszelka żywa materia jest holistyczna, zorganizowana w określony sposób i podlega ogólnym prawom; z drugiej strony każdy system biologiczny składa się z oddzielnych, choć wzajemnie powiązanych elementów.
13. Hierarchia. Począwszy od biopolimerów (kwasów nukleinowych, białek) po biosferę jako całość, wszystkie żywe istoty znajdują się w pewnym podporządkowaniu. Operacja systemy biologiczne na mniej złożonym poziomie umożliwia istnienie bardziej złożonego poziomu (patrz następny akapit).
1.3. POZIOMY ŻYCIA ORGANIZACJA PRZYRODY
Hierarchiczny charakter organizacji żywej materii pozwala nam warunkowo podzielić ją na kilka poziomów. Poziom organizacji żywej materii to funkcjonalne miejsce struktury biologicznej o pewnym stopniu złożoności w ogólnej hierarchii istot żywych. Wyróżnia się następujące poziomy:
1.Molekularny (genetyka molekularna). Na tym poziomie pojawiają się procesy życiowe, takie jak metabolizm i konwersja energii oraz przekazywanie informacji dziedzicznych.
2. Komórkowy. Komórka jest podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalną organizmów żywych.
3. Tkanina. Tkanka to zbiór strukturalnie podobnych komórek, a także powiązanych z nimi substancji międzykomórkowych, połączonych wykonywaniem określonych funkcji.
4.Organy. Narząd jest częścią organizmu wielokomórkowego, która pełni określoną funkcję lub funkcje.
5. Organiczne. Organizm jest prawdziwym nosicielem życia, charakteryzującym się wszystkimi jego oznakami. Obecnie często wyróżnia się jeden poziom „ontogenetyczny”, obejmujący poziomy organizacji: komórkowy, tkankowy, narządowy i organizmowy.
6. Gatunki populacyjne. Populacja to zbiór osobników tego samego gatunku, tworzący odrębny układ genetyczny i zamieszkujący przestrzeń o stosunkowo jednorodnych warunkach życia. Gatunek - zbiór populacji, których osobniki są zdolne do krzyżowania się w celu utworzenia płodnego potomstwa i zajmują określony obszar przestrzeni geograficznej (obszar).
7.Biocenotyczny. Biocenoza to zbiór organizmów różnych gatunków o różnej złożoności organizacji żyjących na określonym terytorium. Jeśli weźmie się pod uwagę również abiotyczne czynniki środowiskowe, mówimy o biogeocenozie.
8.Biosfera. Biosfera to skorupa Ziemi, której struktura i właściwości są w takim czy innym stopniu zdeterminowane obecną lub przeszłą działalnością organizmów żywych. Należy zauważyć, że poziom organizacji materii żywej w biosferze często nie jest rozróżniany, ponieważ biosfera jest systemem bioinertnym, obejmującym nie tylko materię żywą, ale także materię nieożywioną.
1.4. POCHODZENIE ŻYCIA
Wśród naukowców nie ma zgody w kwestii pochodzenia życia, a także w kwestii istoty życia. Istnieje kilka podejść do rozwiązania kwestii pochodzenia życia, które są ze sobą ściśle powiązane. Można je sklasyfikować w następujący sposób.
1.Według zasady, że idea jest pierwotna, a materia jest wtórna (hipotezy idealistyczne) lub wtórna jest materia, a idea, umysł jest wtórny (hipotezy materialistyczne).
2.Według zasady, że życie zawsze istniało i będzie istnieć wiecznie (hipoteza stanu stacjonarnego) lub życie powstaje na pewnym etapie rozwoju świata.
3. Zgodnie z zasadą - istoty żywe powstają wyłącznie z istot żywych (hipotezy biogenezy) lub możliwe jest samoistne powstawanie istot żywych z istot nieożywionych (hipotezy abiogenezy).
4. Zgodnie z zasadą życie powstało na Ziemi lub zostało sprowadzone z kosmosu (hipoteza panspermii).
Rozważmy najważniejszą z hipotez.
Kreacjonizm. Życie zostało stworzone przez Stwórcę. Stwórcą jest Bóg, Idea, Najwyższa Inteligencja itp.
Hipoteza stanu ustalonego. Życie, podobnie jak sam Wszechświat, zawsze istniało i będzie istnieć na zawsze, bo co nie ma początku, nie ma końca. Jednocześnie istnienie poszczególnych ciał i formacji (gwiazd, planet, organizmów) jest ograniczone w czasie, powstają, rodzą się i umierają. Obecnie hipoteza ta ma głównie znaczenie historyczne, ponieważ ogólnie przyjętą teorią powstania Wszechświata jest „teoria Wielkiego Wybuchu”, zgodnie z którą Wszechświat istnieje przez ograniczony czas, powstał z jednego punktu około 15 miliardów lat temu.
Hipoteza panspermii. Życie zostało sprowadzone na Ziemię z kosmosu i zakorzeniło się tutaj po sprzyjających temu warunkach, które rozwinęły się na Ziemi. Rozwiązanie pytania o to, jak powstało życie w kosmosie, ze względu na obiektywne trudności z jego rozwiązaniem, zostało odroczone na czas nieokreślony. Mógł zostać stworzony przez Stwórcę, istnieć wiecznie lub powstać z materii nieożywionej. Ostatnio wśród naukowców pojawia się coraz więcej zwolenników tej hipotezy.
Hipoteza abiogenezy (spontaniczne powstawanie istot żywych z istot nieożywionych i późniejsza ewolucja biochemiczna). Życie powstało na Ziemi z materii nieożywionej.
W 1924 r. A.I. Oparin zasugerował, że istoty żywe powstały na Ziemi z materii nieożywionej w wyniku ewolucji chemicznej - złożonych przemian chemicznych cząsteczek. Wydarzeniu temu sprzyjały warunki panujące wówczas na Ziemi.
W 1953 roku S. Miller uzyskał szereg substancji organicznych z związki nieorganiczne. Udowodniono zasadniczą możliwość nieorganicznego szlaku powstawania biogennych związków organicznych (ale nie organizmów żywych).
sztuczna inteligencja Oparin wierzył, że substancje organiczne mogą powstawać w pierwotnym oceanie z prostych związków nieorganicznych. W wyniku nagromadzenia się substancji organicznych w oceanie powstał tzw. „bulion pierwotny”. Następnie białka i inne cząsteczki organiczne połączyły się, tworząc kropelki koacerwatów, które posłużyły za prototyp komórek. Poddano kroplom koacerwatów naturalna selekcja i ewoluował. Pierwsze organizmy były heterotroficzne. Gdy wyczerpały się rezerwy „bulionu pierwotnego”, pojawiły się autotrofy.
Należy zauważyć, że z punktu widzenia teorii prawdopodobieństwa prawdopodobieństwo syntezy wysoce złożonych biomolekuł pod warunkiem losowego ich połączenia składniki ekstremalnie niski.
W I. Wernadskiego o pochodzeniu i istocie życia i biosfery. W I. Wernadski przedstawił swoje poglądy na temat pochodzenia życia w następujących tezach:
1. W kosmosie, który obserwujemy, nie było początku życia, ponieważ nie było początku tego kosmosu. Życie jest wieczne, ponieważ kosmos jest wieczny i zawsze był przekazywany poprzez biogenezę.
2. Życie, od zawsze obecne we Wszechświecie, pojawiło się na Ziemi na nowo, jego zarodki były stale sprowadzane z zewnątrz, ale zadomowiło się na Ziemi tylko wtedy, gdy sprzyjały ku temu możliwości.
3. Na Ziemi zawsze istniało życie. Życie planety to tylko czas życia na niej. Życie jest geologicznie (planetarnie) wieczne. Wiek planety jest nieokreślony.
4. Życie nigdy nie było czymś przypadkowym, stłoczonym w odrębnych oazach. Był rozprowadzany wszędzie, a żywa materia zawsze istniała w postaci biosfery.
5. Najstarsze formy życia - pokruszone kamienie - są w stanie wykonywać wszystkie funkcje w biosferze. Oznacza to, że możliwa jest biosfera składająca się wyłącznie z prokariotów. Jest prawdopodobne, że zachowywała się podobnie w przeszłości.
6.Materia żywa nie może powstać z materii obojętnej. Pomiędzy tymi dwoma stanami materii nie ma etapów pośrednich. Wręcz przeciwnie, w wyniku wpływu życia nastąpiła ewolucja skorupy ziemskiej.
Należy zatem uznać fakt, że do chwili obecnej żadna z istniejących hipotez dotyczących pochodzenia życia nie ma bezpośrednich dowodów, a współczesna nauka nie ma jasnej odpowiedzi na to pytanie.
ROZDZIAŁ 2. SKŁAD CHEMICZNY ORGANIZMÓW ŻYWYCH
2.1. SKŁAD ELEMENTALNY
Skład chemiczny organizmów żywych można wyrazić w dwóch postaciach: atomowej i molekularnej. Skład atomowy (pierwiastkowy) charakteryzuje stosunek atomów pierwiastków zawartych w organizmach żywych. Skład molekularny (materiałowy) odzwierciedla stosunek cząsteczek substancji.
Na podstawie ich względnej zawartości pierwiastki tworzące organizmy żywe dzieli się zwykle na trzy grupy:
1. Makroelementy - H, O, C, N (łącznie ok. 98%, nazywane są też podstawowymi), Ca, Cl, K, S, P, Mg, Na, Fe (łącznie ok. 2%). Makroelementy stanowią większość procentowego składu organizmów żywych.
2. Mikroelementy - Mn, Co, Zn, Cu, B, I itp. Ich całkowita zawartość w ogniwie wynosi około 0,1%.
3. Ultramikroelementy - Au, Hg, Se itp. Ich zawartość w komórce jest bardzo mała, a fizjologiczna rola większości z nich nie jest ujawniona.
Pierwiastki chemiczne będące częścią organizmów żywych i jednocześnie działające funkcje biologiczne, nazywane są biogennymi. Nawet tych, które znajdują się w komórkach w znikomych ilościach, nie da się niczym zastąpić i są one absolutnie niezbędne do życia.
2.2. SKŁAD MOLEKULARNY
Pierwiastki chemiczne wchodzą w skład komórek w postaci jonów i cząsteczek substancji nieorganicznych i organicznych. Najważniejszymi substancjami nieorganicznymi w komórce są woda i sole mineralne, najważniejszymi substancjami organicznymi są węglowodany, lipidy, białka i kwasy nukleinowe.
2.2.1. Substancje nieorganiczne
2.2.1.1. Woda
Woda jest głównym składnikiem wszystkich organizmów żywych. Posiada unikalne właściwości ze względu na swoje cechy strukturalne: cząsteczki wody mają kształt dipola, a pomiędzy nimi tworzą się wiązania wodorowe. Średnia zawartość wody w komórkach większości organizmów żywych wynosi około 70%. Woda w komórce występuje w dwóch postaciach: wolnej (95% całej wody komórkowej) i związanej (4-5% związanej z białkami).
Funkcje wody:
1. Woda jako rozpuszczalnik. Wiele reakcji chemicznych w komórce ma charakter jonowy i dlatego zachodzi tylko w środowisko wodne. Substancje, które rozpuszczają się w wodzie, nazywane są hydrofilowymi (alkohole, cukry, aldehydy, aminokwasy), te, które nie rozpuszczają się, nazywane są hydrofobowymi (kwasy tłuszczowe, celuloza).
2. Woda jako odczynnik. Woda bierze udział w wielu reakcjach chemicznych: reakcjach polimeryzacji, hydrolizie, a także w procesie fotosyntezy.
3. Funkcja transportu. Poruszanie się po całym organizmie wraz z wodą rozpuszczonych w nim substancji do poszczególnych jego części i usuwanie zbędnych produktów z organizmu.
4.Woda jako termostabilizator i termostat. Funkcja ta wynika z takich właściwości wody, jak duża pojemność cieplna - łagodzi wpływ na organizm znacznych zmian temperatury otoczenia; wysoka przewodność cieplna - pozwala ciału utrzymać tę samą temperaturę w całej jego objętości; wysokie ciepło parowania - wykorzystywane do chłodzenia organizmu podczas pocenia się u ssaków i transpiracji u roślin.
5.Funkcja strukturalna. Cytoplazma komórek zawiera od 60 do 95% wody i to ona nadaje komórkom normalny kształt. U roślin woda utrzymuje turgor (elastyczność błony endoplazmatycznej), u niektórych zwierząt służy jako szkielet hydrostatyczny (meduza).
2.2.1.2. Sole mineralne
Sole mineralne w wodnym roztworze komórkowym dysocjują na kationy i aniony. Najważniejsze kationy to K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NH4+, a aniony to Cl-, SO42-, HPO42-, H2PO4-, HCO3-, NO3-. Ważne jest nie tylko stężenie, ale także stosunek poszczególnych jonów w komórce.
Funkcje minerałów:
1. Konserwacja Równowaga kwasowej zasady. Najważniejszymi układami buforowymi u ssaków są fosforany i wodorowęglany. Układ buforu fosforanowego (HPO42-, H2PO4-) utrzymuje pH płynu wewnątrzkomórkowego w zakresie 6,9-7,4. Układ wodorowęglanów (HCO3-, H2CO3) utrzymuje pH środowiska zewnątrzkomórkowego (osocza krwi) na poziomie 7,4.
2. Udział w tworzeniu potencjałów błon komórkowych. Wewnątrz komórki dominują jony K+ i duże jony organiczne, natomiast w płynach okołokomórkowych więcej jest jonów Na+ i Cl-. W rezultacie powstaje różnica ładunków (potencjałów) pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną powierzchnią błony komórkowej. Różnica potencjałów umożliwia przekazywanie wzbudzenia wzdłuż nerwu lub mięśnia.
3. Aktywacja enzymów. Jony Ca2+, Mg2+ itp. są aktywatorami i składnikami wielu enzymów, hormonów i witamin.
4.Wytworzenie ciśnienia osmotycznego w komórce. Większe stężenie jonów soli wewnątrz komórki zapewnia napływ do niej wody i wytworzenie ciśnienia turgorowego.
5.Konstrukcja (konstrukcyjna). Źródłem są związki azotu, fosforu, wapnia i innych substancji nieorganicznych materiał budowlany do syntezy cząsteczek organicznych (aminokwasów, białek, kwasów nukleinowych itp.) i wchodzą w skład szeregu struktur nośnych komórki i organizmu. Sole wapnia i fosforu wchodzą w skład tkanki kostnej zwierząt.
2.2.2. Materia organiczna
Pojęcie biopolimerów. Polimer to łańcuch wieloogniwowy, w którym ogniwem jest stosunkowo prosta substancja – monomer. Polimery biologiczne to polimery wchodzące w skład komórek organizmów żywych i produktów ich metabolizmu. Biopolimery to białka, kwasy nukleinowe i polisacharydy.
2.2.2.1. Węglowodany
Węglowodany to związki organiczne składające się z jednej lub wielu cząsteczek cukrów prostych. Zawartość węglowodanów w komórkach zwierzęcych wynosi 1-5%, a w niektórych komórkach roślinnych sięga 70%. Wyróżnia się trzy grupy węglowodanów: monosacharydy (lub cukry proste), oligosacharydy (składają się z 2-10 cząsteczek cukrów prostych), polisacharydy (składają się z więcej niż 10 cząsteczek cukrów).
Monosacharydy są pochodnymi ketonów lub aldehydów alkohole wielowodorotlenowe. W zależności od liczby atomów węgla wyróżnia się triozy, tetrozy, pentozy (ryboza, deoksyryboza), heksozy (glukoza, fruktoza) i heptozy. W zależności od Grupa funkcyjna Cukry dzielimy na: aldozy, które zawierają grupę aldehydową (glukoza, ryboza, deoksyryboza) i ketozy, które zawierają grupę ketonową (fruktoza).
Oligosacharydy w naturze są reprezentowane głównie przez disacharydy, składające się z dwóch monosacharydów połączonych ze sobą wiązaniem glikozydowym. Najpopularniejszym jest maltoza, czyli cukier słodowy, składający się z dwóch cząsteczek glukozy; laktoza, która jest częścią mleka i składa się z galaktozy i glukozy; sacharoza lub cukier buraczany, w tym glukoza i fruktoza.
Polisacharydy. W polisacharydach cukry proste (glukoza, mannoza, galaktoza itp.) są połączone ze sobą wiązaniami glikozydowymi. Jeśli występuje tylko 1-4 wiązania glikozydowe, powstaje liniowy, nierozgałęziony polimer (celuloza), a jeśli występuje zarówno 1-4, jak i 1-6 wiązań, polimer będzie rozgałęziony (glikogen).
Celuloza jest liniowym polisacharydem składającym się z cząsteczek glukozy. Celuloza jest głównym składnikiem ściany komórkowej roślin. Skrobia i glikogen to rozgałęzione polimery reszt β-glukozy i są głównymi formami magazynowania glukozy odpowiednio u roślin i zwierząt. Chityna tworzy egzoszkielet (skorupę) skorupiaków i owadów oraz wzmacnia ścianę komórkową grzybów.
Funkcje węglowodanów:
1. Energia. Utleniając cukry proste (głównie glukozę), organizm otrzymuje większość potrzebnej mu energii. Po całkowitym rozkładzie 1 g glukozy uwalniane jest 17,6 kJ energii.
2.Przechowuj. Skrobia i glikogen działają jako źródło glukozy, uwalniając ją w razie potrzeby.
3. Budownictwo (konstrukcyjne). Celuloza i chityna zapewniają wytrzymałość ścian komórkowych odpowiednio roślin i grzybów. Ryboza i dezoksyryboza wchodzą w skład kwasów nukleinowych.
4. Receptor. Funkcję wzajemnego rozpoznawania się komórek pełnią tworzące je glikoproteiny błony komórkowe. Utrata zdolności do wzajemnego rozpoznawania się jest cechą charakterystyczną komórek nowotworu złośliwego.
2.2.2.2. Lipidy
Lipidy to tłuszcze i tłuszczopodobne związki organiczne, które są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie. Ich zawartość w różnych komórkach jest bardzo zróżnicowana: od 2-3 do 50-90% w komórkach nasion roślin i tkance tłuszczowej zwierząt. Z chemicznego punktu widzenia lipidy są na ogół estry kwasy tłuszczowe i wiele alkoholi. Dzielą się na kilka klas: tłuszcze obojętne, woski, fosfolipidy, steroidy itp.
Funkcje lipidów:
1. Budownictwo (konstrukcyjne). Fosfolipidy wraz z białkami stanowią podstawę błon biologicznych. Cholesterol jest ważnym składnikiem błon komórkowych u zwierząt.
2. Hormonalne (regulacyjne). Wiele hormonów to chemicznie sterydy (testosteron, progesteron, kortyzon).
3. Energia. Podczas utlenienia 1 g kwasów tłuszczowych uwalnia się 38 kJ energii i syntetyzuje się dwukrotnie więcej ATP niż w przypadku rozkładu tej samej ilości glukozy.
4.Przechowuj. Znaczna część zasobów energetycznych organizmu magazynowana jest w postaci tłuszczów. Ponadto tłuszcze służą jako źródło wody (przy spaleniu 1 g tłuszczu powstaje 1,1 g wody). Jest to szczególnie cenne w przypadku zwierząt pustynnych i arktycznych doświadczających niedoboru wolnej wody.
5.Ochronny. U ssaków tłuszcz podskórny działa jako izolator termiczny. Wosk pokrywa naskórek roślin, pióra, wełnę i sierść zwierząt, chroniąc ją przed zamoczeniem.
6. Udział w metabolizmie. Witamina D odgrywa kluczową rolę w metabolizmie wapnia i fosforu.
2.2.2.3. Wiewiórki
Białka są biologicznymi heteropolimerami, których monomerami są aminokwasy.
Przez skład chemiczny aminokwasy to związki zawierające jedną grupę karboksylową (-COOH) i jedną grupę aminową (-NH2), połączone z jednym atomem węgla, do którego przyłączony jest łańcuch boczny - jakiś rodnik R (to właśnie nadaje aminokwasowi unikalne właściwości ).
Tylko 20 aminokwasów bierze udział w tworzeniu białek. Nazywa się je podstawowymi lub podstawowymi: alanina, metionina, walina, prolina, leucyna, izoleucyna, tryptofan, fenyloalanina, asparagina, glutamina, seryna, glicyna, tyrozyna, treonina, cysteina, arginina, histydyna, lizyna, kwas asparaginowy i glutaminowy. Niektóre aminokwasy nie są syntetyzowane u zwierząt ani u ludzi i muszą być dostarczane z pokarmów roślinnych (nazywa się je niezbędnymi).
Aminokwasy, łącząc się ze sobą kowalencyjnymi wiązaniami peptydowymi, tworzą peptydy o różnej długości. Wiązanie peptydowe (amidowe) to wiązanie kowalencyjne utworzone przez grupę karboksylową jednego aminokwasu i grupę aminową drugiego. Białka to polipeptydy o dużej masie cząsteczkowej, zawierające od stu do kilku tysięcy aminokwasów.
Istnieją 4 poziomy organizacji białek:
Struktura pierwotna to sekwencja aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Powstaje w wyniku kowalencyjnych wiązań peptydowych pomiędzy resztami aminokwasów. Struktura pierwotna jest określona przez sekwencję nukleotydów w odcinku cząsteczki DNA kodującym dane białko. Podstawowa struktura każdego białka jest unikalna i determinuje jego kształt, właściwości i funkcje.
Struktura drugorzędowa jest utworzona przez złożenie łańcuchów polipeptydowych w -helisę lub -strukturę. Jest ona utrzymywana przez wiązania wodorowe pomiędzy atomami wodoru grup NH- i atomami tlenu grup CO-. -helisa powstaje w wyniku skręcenia łańcucha polipeptydowego w helisę o równych odległościach między zwojami. Jest charakterystyczny dla białek globularnych, które mają kulisty kształt. -struktura to podłużny układ trzech łańcuchów polipeptydowych. Jest charakterystyczny dla białek fibrylarnych, które mają wydłużony kształt włókienkowy. Tylko białka globularne mają strukturę trzeciorzędową i czwartorzędową.
Struktura trzeciorzędowa powstaje, gdy helisa jest złożona w kulę (globulę lub domenę). Domeny to formacje kuliste z hydrofobowym rdzeniem i hydrofilową warstwą zewnętrzną. Struktura trzeciorzędowa powstaje w wyniku wiązań powstałych pomiędzy rodnikami R aminokwasów, w wyniku oddziaływań jonowych, hydrofobowych i dyspersyjnych, a także w wyniku tworzenia wiązań dwusiarczkowych (S-S) pomiędzy rodnikami cysteiny.
Struktura czwartorzędowa jest charakterystyczna dla białek złożonych składających się z dwóch lub więcej łańcuchów polipeptydowych niepołączonych wiązaniami kowalencyjnymi, a także białek zawierających składniki niebiałkowe (jony metali, koenzymy). Struktura czwartorzędowa jest wsparta tymi samymi wiązaniami chemicznymi, co struktura trzeciorzędowa.
Konfiguracja białka zależy od sekwencji aminokwasów, ale mogą na nią wpływać także specyficzne warunki, w jakich białko występuje.
Utratę organizacji strukturalnej cząsteczki białka nazywa się denaturacją. Denaturacja może być odwracalna lub nieodwracalna. Przy odwracalnej denaturacji struktury czwartorzędowe, trzeciorzędowe i drugorzędowe ulegają zniszczeniu, ale dzięki zachowaniu struktury pierwotnej, gdy powrócą normalne warunki, możliwa jest renaturyzacja białka - przywrócenie normalnej (natywnej) konformacji.
Na podstawie składu chemicznego rozróżnia się białka proste i złożone. Białka proste składają się wyłącznie z aminokwasów (białka fibrylarne, immunoglobuliny). Złożone białka zawierają część białkową i część niebiałkową - grupy prostetyczne. Istnieją lipoproteiny (zawierają lipidy), glikoproteiny (węglowodany), fosfoproteiny (jedna lub więcej grup fosforanowych), metaloproteiny (różne metale), nukleoproteiny (kwasy nukleinowe). Grupy prostetyczne zwykle odgrywają ważną rolę w białku pełniącym jego funkcję biologiczną.
Funkcje białek:
1.Katalityczny (enzymatyczny). Wszystkie enzymy są białkami. Białka enzymatyczne katalizują przepływ w organizmie reakcje chemiczne.
2. Budownictwo (konstrukcyjne). Odbywa się to przez białka włókniste, keratyny (paznokcie, włosy), kolagen (ścięgna), elastynę (więzadła).
3. Transport. Wiele białek jest zdolnych do przyłączania się i przenoszenia różne substancje(hemoglobina przenosi tlen).
4. Hormonalne (regulacyjne). Wiele hormonów to substancje białkowe (insulina reguluje metabolizm glukozy).
5.Ochronny. Immunoglobuliny krwi są przeciwciałami; fibryna i trombina biorą udział w krzepnięciu krwi.
6. Skurczowy (motoryczny). Aktyna i miozyna tworzą mikrofilamenty i powodują skurcz mięśni, tubulina tworzy mikrotubule.
7. Receptor (sygnał). Niektóre białka osadzone w błonie „odbierają informacje” z otoczenia.
8. Energia. Podczas rozkładu 1 g białka uwalniane jest 17,6 kJ energii.
Enzymy. Białka enzymatyczne katalizują reakcje chemiczne w organizmie. Reakcje te, ze względów energetycznych, albo w organizmie nie zachodzą w ogóle, albo zachodzą zbyt wolno.
Ze względu na swój charakter biochemiczny wszystkie enzymy mają wysoką masę cząsteczkową substancje białkowe, zwykle o strukturze czwartorzędowej. Wszystkie enzymy oprócz białka zawierają składniki niebiałkowe. Część białkowa nazywana jest apoenzymem, a część niebiałkowa nazywana jest kofaktorem (jeśli jest to prosta substancja nieorganiczna, np. Zn2+) lub koenzymem (koenzymem) (jeśli jest to związek organiczny).
Cząsteczka enzymu zawiera aktywny ośrodek, składający się z dwóch części – sorpcyjnej (odpowiedzialnej za wiązanie enzymu z cząsteczką substratu) i katalitycznej (odpowiedzialnej za zajście samej katalizy). Podczas reakcji enzym wiąże substrat, sekwencyjnie zmienia jego konfigurację, tworząc szereg cząsteczek pośrednich, które ostatecznie wytwarzają produkty reakcji.
Różnica między enzymami i katalizatorami nieorganicznymi jest następująca:
1. Jeden enzym katalizuje tylko jeden rodzaj reakcji.
2. Aktywność enzymu ogranicza się do dość wąskiego zakresu temperatur (zwykle 35-45 0C).
3.Enzymy są aktywne przy określonych wartościach pH (większość w środowisku lekko zasadowym).
2.2.2.4. Kwasy nukleinowe
Mononukleotydy. Mononukleotyd składa się z jednej zasady azotowej purynowej (adenina – A, guanina – G) lub pirymidyny (cytozyna – C, tymina – T, uracyl – U), cukru pentozowego (rybozy lub dezoksyrybozy) i 1-3 reszt Kwas fosforowy.
Polinukleotydy. Istnieją dwa rodzaje kwasów nukleinowych: DNA i RNA. Kwasy nukleinowe to polimery, których monomerami są nukleotydy.
Nukleotydy DNA i RNA składają się z następujących składników:
1. Zasada azotowa (w DNA: adenina, guanina, cytozyna i tymina; w RNA: adenina, guanina, cytozyna i uracyl).
2. Cukier pentozowy (w DNA - dezoksyryboza, w RNA - ryboza).
3. Pozostałość kwasu fosforowego.
DNA (deoksy kwasy rybonukleinowe) to długołańcuchowy nierozgałęziony polimer składający się z czterech rodzajów monomerów – nukleotydów A, T, G i C – połączonych ze sobą wiązanie kowalencyjne poprzez reszty kwasu fosforowego.
Cząsteczka DNA składa się z dwóch spiralnie skręconych łańcuchów (podwójna helisa). W tym przypadku adenina tworzy 2 wiązania wodorowe z tyminą, a guanina tworzy 3 wiązania z cytozyną. Te pary zasad azotowych nazywane są komplementarnymi. W cząsteczce DNA są one zawsze umieszczone naprzeciw siebie. Łańcuchy w cząsteczce DNA są w przeciwnych kierunkach. Struktura przestrzenna Cząsteczki DNA zostały ustalone w 1953 roku przez D. Watsona i F. Cricka.
Wiążąc się z białkami, cząsteczka DNA tworzy chromosom. Chromosom to kompleks jednej cząsteczki DNA z białkami. Cząsteczki DNA organizmów eukariotycznych (grzyby, rośliny i zwierzęta) są liniowe, otwarte, połączone z białkami, tworząc chromosomy. U prokariotów (bakterii) DNA jest zamknięte w pierścieniu, niezwiązanym z białkami i nie tworzy liniowego chromosomu.
Funkcja DNA: przechowywanie, przekazywanie i reprodukcja przez pokolenia Informacja genetyczna. DNA określa, które białka należy zsyntetyzować i w jakich ilościach.
RNA (kwasy rybonukleinowe) zawierają rybozę zamiast dezoksyrybozy i uracyl zamiast tyminy. RNA zazwyczaj ma tylko jedną nić, która jest krótsza niż nici DNA. W niektórych wirusach występuje dwuniciowy RNA.
Rodzaje RNA:
Informacyjny (macierzowy) RNA - mRNA (lub mRNA). Posiada obwód otwarty. Służy jako szablony do syntezy białek, przenosząc informację o ich strukturze z cząsteczki DNA do rybosomów w cytoplazmie.
Transferowy RNA - tRNA. Dostarcza aminokwasy do syntetyzowanej cząsteczki białka. Cząsteczka tRNA składa się z 70-90 nukleotydów i dzięki wewnątrzniciowym interakcjom komplementarnym uzyskuje charakterystyczną strukturę drugorzędową w postaci „liścia koniczyny”.
Rybosomalny RNA - rRNA. W połączeniu z białkami rybosomalnymi tworzy rybosomy - organelle, na których zachodzi synteza białek.
W komórce mRNA stanowi około 5%, tRNA około 10%, a rRNA około 85% całego komórkowego RNA.
Funkcje RNA: udział w biosyntezie białek.
Samoduplikacja DNA. Cząsteczki DNA mają zdolność, której nie ma żadna inna cząsteczka - zdolność do podwajania. Proces podwajania cząsteczek DNA nazywa się replikacją. Replikacja opiera się na zasadzie komplementarności - tworzeniu wiązań wodorowych pomiędzy nukleotydami A i T, G i C.
Proces ten przeprowadzają enzymy polimerazy DNA. Pod ich wpływem łańcuchy cząsteczek DNA rozdzielają się na mały segment cząsteczki. Na łańcuchu cząsteczki matki kończą się łańcuchy potomne. Następnie odkrywany jest nowy segment i cykl replikacji się powtarza.
W rezultacie powstają cząsteczki DNA potomnego, które nie różnią się od siebie ani od cząsteczki macierzystej. Podczas podziału komórki cząsteczki potomnego DNA są rozdzielane pomiędzy powstałe komórki. W ten sposób informacje przekazywane są z pokolenia na pokolenie.
ROZDZIAŁ 3. STRUKTURA KOMÓRKOWA
Podstawowe zasady teorii komórki:
1. Komórka jest jednostką strukturalną wszystkich żywych istot. Wszystkie żywe organizmy zbudowane są z komórek (z wyjątkiem wirusów).
2. Komórka jest funkcjonalną jednostką wszystkich żywych istot. Komórka wykazuje cały kompleks funkcji życiowych.
3. Komórka jest jednostką rozwoju wszystkich żywych istot. Nowe komórki powstają dopiero w wyniku podziału komórki pierwotnej (matki).
4. Komórka jest jednostką genetyczną wszystkich żywych istot. Chromosomy komórki zawierają informacje o rozwoju całego organizmu.
5. Komórki wszystkich organizmów są podobne pod względem składu chemicznego, struktury i funkcji.
3.1. TYPY ORGANIZACJI KOMÓRKOWEJ
Wśród organizmów żywych nie mają tylko wirusów struktura komórkowa. Wszystkie inne organizmy są reprezentowane przez komórkowe formy życia. Istnieją dwa typy organizacji komórkowej: prokariotyczna i eukariotyczna. Prokarioty obejmują bakterie i niebiesko-zielone, eukarionty obejmują rośliny, grzyby i zwierzęta.
Komórki prokariotyczne są stosunkowo proste. Nie mają jądra, obszar, w którym znajduje się DNA w cytoplazmie, nazywany jest nukleoidem, jedyna cząsteczka DNA jest kolista i niezwiązana z białkami, komórki są mniejsze od eukariotycznych, ściana komórkowa zawiera glikopeptyd – mureinę, nie ma organelli błonowych, ich funkcje pełnią inwazje błony komórkowej, rybosomy są małe, nie ma mikrotubul, więc cytoplazma jest nieruchoma, a rzęski i wici mają specjalną strukturę.
Komórki eukariotyczne mają jądro, w którym znajdują się chromosomy - liniowe cząsteczki DNA związane z białkami; w cytoplazmie znajdują się różne organelle błonowe.
Komórki roślinne wyróżniają się obecnością grubej ściany komórkowej celulozy, plastydów i dużej centralnej wakuoli, która przemieszcza jądro na obwód. Centrum komórkowe roślin wyższych nie zawiera centrioli. Węglowodanem magazynującym jest skrobia.
Komórki grzybów mają ścianę komórkową zawierającą chitynę, centralną wakuolę w cytoplazmie i nie mają plastydów. Tylko niektóre grzyby mają centriolę w środku komórki. Głównym węglowodanem rezerwowym jest glikogen.
Komórki zwierzęce z reguły mają cienką ścianę komórkową, nie zawierają plastydów i centralnej wakuoli, centrum komórkowe charakteryzuje się centriolą. Węglowodanem magazynującym jest glikogen.
3.2. STRUKTURA KOMÓRKI EUKARYOTYCZNEJ
Wszystkie komórki składają się z trzech głównych części:
1. Błona komórkowa ogranicza komórkę od otoczenia.
2. Cytoplazma stanowi wewnętrzną zawartość komórki.
3. Jądro (u prokariotów - nukleoid). Zawiera materiał genetyczny komórki.
3.2.1. Błona komórkowa
Struktura błony komórkowej. Podstawą błony komórkowej jest błona plazmatyczna – błona biologiczna, która ogranicza wewnętrzną zawartość komórki od środowiska zewnętrznego.
Wszystkie błony biologiczne są dwuwarstwą lipidów, których hydrofobowe końce są skierowane do wewnątrz, a hydrofilowe głowy są skierowane na zewnątrz. Białka są w nim zanurzone na różną głębokość, a część z nich przenika przez błonę. Białka mogą poruszać się w płaszczyźnie błony. Białka błonowe pełnią różne funkcje: transport różnych cząsteczek; odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia; utrzymanie struktury membrany. Najważniejszą właściwością membran jest selektywna przepuszczalność.
Błony plazmatyczne komórek zwierzęcych mają na zewnątrz warstwę glikokaliksu, składającą się z glikoprotein i glikolipidów, która pełni funkcje sygnalizacyjne i receptorowe. Odgrywa ważną rolę w łączeniu komórek w tkanki. Membrany plazmowe komórki roślinne pokryty ścianą komórkową z celulozy. Pory w ścianie umożliwiają przepływ wody i małe cząsteczki, a sztywność zapewnia komórce mechaniczne wsparcie i ochronę.
Funkcje błony komórkowej. Błona komórkowa spełnia następujące funkcje: określa i utrzymuje kształt komórki; chroni komórkę przed wpływami mechanicznymi i przenikaniem szkodliwych czynników biologicznych; wyznacza wewnętrzną zawartość komórki; reguluje metabolizm między komórką a środowiskiem, zapewniając stałość składu wewnątrzkomórkowego; przeprowadza rozpoznawanie wielu sygnałów molekularnych (na przykład hormonów); uczestniczy w tworzeniu kontaktów międzykomórkowych i różnego rodzaju specyficznych wypukłości cytoplazmy (mikrokosmki, rzęski, wici).
Mechanizmy przenikania substancji do wnętrza komórek. Między komórką a środowiskiem zachodzi ciągła wymiana substancji. Jony i małe cząsteczki transportowane są przez błonę na drodze transportu pasywnego lub aktywnego, makrocząsteczki i duże cząstki na drodze endo- i egzocytozy.
Transport pasywny to ruch substancji wzdłuż gradientu stężeń, odbywający się bez wydatku energetycznego, poprzez prostą dyfuzję, osmozę lub dyfuzję ułatwioną za pomocą białek nośnikowych. Transport aktywny- przenoszenie substancji przez białka nośnikowe wbrew gradientowi stężeń wiąże się z wydatkiem energetycznym.
Endocytoza to wchłanianie substancji poprzez otoczenie ich wypustkami błony komórkowej z utworzeniem pęcherzyków otoczonych błoną. Egzocytoza to uwalnianie substancji z komórki poprzez otoczenie ich wyrostkami błony komórkowej z utworzeniem pęcherzyków otoczonych błoną. Wchłanianie i uwalnianie cząstek stałych i dużych nazywa się odpowiednio fagocytozą i odwrotną fagocytozą, natomiast cząstki płynne lub rozpuszczone nazywane są pinocytozą i pinocytozą odwróconą.
3.2.2. Cytoplazma
Cytoplazma jest wewnętrzną zawartością komórki i składa się z głównej substancji (hialoplazmy) i różnych zawartych w niej struktur wewnątrzkomórkowych (wtręty i organelle).
Hialoplazma (matryca) jest roztwór wodny substancje nieorganiczne i organiczne, zdolne do zmiany lepkości i będące w ciągłym ruchu.
Struktury cytoplazmatyczne komórki są reprezentowane przez inkluzje i organelle. Inkluzje to niestabilne struktury cytoplazmy w postaci granulek (skrobia, glikogen, białka) i kropelek (tłuszcze). Organelle są trwałymi i niezbędnymi składnikami większości komórek, posiadającymi określoną budowę i pełniącymi funkcje życiowe.
Organelle komórkowe jednobłonowe: siateczka śródplazmatyczna, kompleks blaszkowy Golgiego, lizosomy.
Siateczka endoplazmatyczna (sieć) to układ połączonych ze sobą wnęk, rurek i kanałów, oddzielony od cytoplazmy jedną warstwą błony i dzielący cytoplazmę komórek na izolowane przestrzenie. Jest to konieczne, aby oddzielić wiele równoległych reakcji. Wyróżnia się siateczkę śródplazmatyczną szorstką (na jej powierzchni znajdują się rybosomy, na których syntetyzowana jest białko) i siateczkę śródplazmatyczną gładką (na jej powierzchni odbywa się synteza lipidów i węglowodanów).
Aparat Golgiego (kompleks płytkowy) to stos 5–20 spłaszczonych wnęk membranowych w kształcie dysku i ułożonych z nich mikropęcherzyków. Jego funkcją jest transformacja, akumulacja, transport substancji dostających się do niego do różnych struktur wewnątrzkomórkowych lub na zewnątrz komórki. Błony aparatu Golgiego są zdolne do tworzenia lizosomów.
Lizosomy to pęcherzyki błonowe zawierające enzymy lityczne. W lizosomach trawione są zarówno produkty dostające się do komórki na drodze endocytozy, jak i części składowe komórki lub cała komórka (autoliza). Wyróżnia się lizosomy pierwotne i wtórne. Lizosomy pierwotne to mikropęcherzyki odłączone od wnęk aparatu Golgiego, otoczone pojedynczą błoną i zawierające zestaw enzymów. Po fuzji pierwotnych lizosomów z trawionym substratem powstają lizosomy wtórne (na przykład wakuole trawienne pierwotniaków).
Wakuole to worki błonowe wypełnione płynem. Błona nazywa się tonoplastem, a zawartość nazywa się sokiem komórkowym. Sok komórkowy może zawierać rezerwowe składniki odżywcze, roztwory pigmentów, produkty odpadowe i enzymy hydrolityczne. Wakuole biorą udział w regulacji metabolizmu wody i soli, tworzeniu ciśnienia turgorowego, gromadzeniu substancji rezerwowych i usuwaniu toksycznych związków z metabolizmu.
Siateczka śródplazmatyczna, kompleks Golgiego, lizosomy i wakuole są strukturami jednobłonowymi i tworzą pojedynczy układ błonowy komórki.
Organelle komórkowe dwubłonowe: mitochondria i plastydy.
Komórki eukariotyczne mają również organelle izolowane od cytoplazmy za pomocą dwóch błon. Są to mitochondria i plastydy. Mają własną okrągłą cząsteczkę DNA, małe rybosomy i są zdolne do podziału. Stanowiło to podstawę do powstania symbiotycznej teorii pochodzenia eukariontów. Zgodnie z tą teorią w przeszłości mitochondria i plastydy były niezależnymi prokariotami, które później przeszły na endosymbiozę z innymi organizmami komórkowymi.
Mitochondria to organelle w kształcie pręcików, owalne lub okrągłe. Zawartość mitochondriów (matrycy) jest ograniczona od cytoplazmy przez dwie błony: zewnętrzną gładką i wewnętrzną tworzącą fałdy (cristae). Cząsteczki ATP powstają w mitochondriach.
Plastydy to organelle otoczone otoczką składającą się z dwóch membran z jednorodną substancją wewnątrz (zrębem). Plastydy są charakterystyczne tylko dla komórek fotosyntetycznych organizmów eukariotycznych. W zależności od koloru wyróżnia się chloroplasty, chromoplasty i leukoplasty.
Chloroplasty to zielone plastydy, w których zachodzi proces fotosyntezy. Zewnętrzna membrana jest gładka. Wewnętrzny - tworzy system płaskich pęcherzyków (tylakoidów), które są zebrane w stosy (grany). Błony tylakoidów zawierają zielone pigmenty, chlorofile i karotenoidy. Chromoplasty to plastydy zawierające pigmenty karotenoidowe, nadające im barwę czerwoną, żółtą i pomarańczową. Nadają jasne kolory kwiatom i owocom. Leukoplasty to niepigmentowane, bezbarwne plastydy. Zawarty w komórkach podziemnych lub bezbarwnych części roślin (korzenie, kłącza, bulwy). Potrafi gromadzić rezerwowe składniki odżywcze, przede wszystkim skrobię, lipidy i białka. Leukoplasty mogą zamienić się w chloroplasty (na przykład podczas kwitnienia bulw ziemniaka), a chloroplasty mogą zamienić się w chromoplasty (na przykład podczas dojrzewania owoców).
Organelle nie posiadające struktury błonowej: rybosomy, mikrofilamenty, mikrotubule, centrum komórkowe.
Rybosomy to małe organelle o kulistym kształcie, składające się z białek i rRNA. Rybosomy są reprezentowane przez dwie podjednostki: dużą i małą. Mogą być wolne w cytoplazmie lub przyłączone do retikulum endoplazmatycznego. Synteza białek zachodzi na rybosomach.
Mikrotubule i mikrofilamenty to nitkowate struktury składające się z kurczliwych białek i odpowiedzialne za funkcje motoryczne komórki. Mikrotubule wyglądają jak długie, puste cylindry, których ściany składają się z białek - tubulin. Mikrofilamenty to jeszcze cieńsze, długie, przypominające włókna struktury składające się z aktyny i miozyny. Mikrotubule i mikrofilamenty przenikają całą cytoplazmę komórki, tworząc jej cytoszkielet, powodując cyklozę (przepływ cytoplazmatyczny), wewnątrzkomórkowe ruchy organelli, tworząc wrzeciono itp. Mikrotubule zorganizowane w określony sposób tworzą centriole centrum komórkowego, ciał podstawnych, rzęsek i wici.
Centrum komórkowe (centrosom) zwykle znajduje się w pobliżu jądra i składa się z dwóch centrioli położonych prostopadle do siebie. Każda centriola wygląda jak wydrążony cylinder, którego ściana jest utworzona przez 9 trójek mikrotubul. Centriole odgrywają ważną rolę w podziale komórek, tworząc wrzeciono.
Wici i rzęski to organelle ruchu, które są swoistymi naroślami cytoplazmy komórki. Szkielet wici lub rzęski ma postać cylindra, na obwodzie którego znajduje się 9 sparowanych mikrotubul, a pośrodku - 2 pojedyncze.
3.2.3. Rdzeń
Większość komórek ma jedno jądro, ale występują również komórki wielojądrowe (w wielu pierwotniakach, w mięśniach szkieletowych kręgowców). Niektóre wysoce wyspecjalizowane komórki tracą swoje jądra (erytrocyty u ssaków i komórki rurek sitowych u okrytozalążkowych).
Rdzeń ma zwykle kształt kulisty lub owalny. Jądro składa się z otoczki jądrowej i karioplazmy zawierającej chromatynę (chromosomy) i jąderka.
Otoczkę jądrową tworzą dwie membrany (zewnętrzna i wewnętrzna). Dziury w otoczce jądrowej nazywane są porami jądrowymi. Za ich pośrednictwem następuje wymiana substancji między jądrem a cytoplazmą.
Karyoplazma to wewnętrzna zawartość jądra.
Chromatyna to rozwinięta cząsteczka DNA związana z białkami. W tej postaci DNA występuje w niedzielących się komórkach. W tym przypadku możliwe jest podwojenie (replikacja) DNA i implementacja informacji zawartej w DNA. Chromosom to spiralna cząsteczka DNA połączona z białkami. DNA jest zwijane przed podziałem komórki, aby dokładniej rozprowadzić materiał genetyczny podczas podziału. Na etapie metafazy każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd, które powstają w wyniku duplikacji DNA. Chromatydy są połączone ze sobą w obszarze pierwotnego zwężenia, czyli centromeru. Centromer dzieli chromosom na dwa ramiona. Niektóre chromosomy mają wtórne zwężenia.
Jąderko jest kulistą strukturą, której funkcją jest synteza rRNA.
Funkcje jądra: 1.Przechowywanie informacji genetycznej i przekazywanie jej komórkom potomnym podczas podziału. 2. Kontrola aktywności komórkowej.
ROZDZIAŁ 4. METABOLIZM I PRZEMIANA ENERGII
4.1. RODZAJE ŻYWIENIA ORGANIZMÓW ŻYWYCH
Wszystkie żywe organizmy żyjące na Ziemi są układami otwartymi, zależnymi od dostaw materii i energii z zewnątrz. Proces zużywania materii i energii nazywa się odżywianiem. Substancje chemiczne są niezbędne do budowy ciała, energii - do przeprowadzenia procesów życiowych.
W zależności od rodzaju odżywiania organizmy żywe dzielą się na autotrofy i heterotrofy.
Autotrofy to organizmy wykorzystujące dwutlenek węgla jako źródło węgla (rośliny i niektóre bakterie). Innymi słowy, są to organizmy zdolne do tworzenia substancji organicznych z nieorganicznych - dwutlenku węgla, wody, soli mineralnych.
W zależności od źródła energii autotrofy dzielą się na fototrofy i chemotrofy. Fototrofy to organizmy wykorzystujące do biosyntezy energia świetlna(rośliny, sinice). Chemotrofy to organizmy wykorzystujące energię reakcji chemicznych utleniania związków nieorganicznych do biosyntezy (bakterie chemotroficzne: wodorowe, nitryfikacyjne, bakterie żelazowe, bakterie siarkowe itp.).
Heterotrofy to organizmy wykorzystujące związki organiczne (zwierzęta, grzyby i większość bakterii) jako źródło węgla.
Zgodnie ze sposobem pozyskiwania pożywienia heterotrofy dzielą się na fagotrofy (holozoany) i osmotrofy. Fagotrofy (holozoany) połykają stałe kawałki pożywienia (zwierzęta), osmotrofy absorbują substancje organiczne z roztworów bezpośrednio przez ściany komórkowe (grzyby, większość bakterii).
Miksotrofy to organizmy, które potrafią zarówno syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych, jak i żywić się gotowymi związkami organicznymi (rośliny owadożerne, przedstawiciele podziału glonów euglena itp.).
Tabela 1 pokazuje rodzaj odżywiania dużych systematycznych grup organizmów żywych.
Tabela 1
Rodzaje żywienia dużych systematycznych grup organizmów żywych
4.2. KONCEPCJA METABOLIZMU
Metabolizm to ogół wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w żywym organizmie. Znaczenie metabolizmu polega na tworzeniu niezbędnych dla organizmu substancji i dostarczaniu mu energii. Na metabolizm składają się dwa elementy – katabolizm i anabolizm.
Katabolizm (lub metabolizm energii lub dysymilacja) to zestaw reakcji chemicznych prowadzących do powstania proste substancje od bardziej złożonych (hydroliza polimerów do monomerów i rozkład tych ostatnich na niskocząsteczkowe związki dwutlenku węgla, wody, amoniaku i innych substancji). Reakcje kataboliczne zwykle zachodzą wraz z uwolnieniem energii.
Anabolizm (lub metabolizm plastyczny lub asymilacja) jest przeciwieństwem katabolizmu - zestawu reakcji syntezy chemicznej substancje złożone od prostszych (powstawanie węglowodanów z dwutlenku węgla i wody podczas fotosyntezy, reakcje syntezy matrixu). Reakcje anaboliczne wymagają wydatku energetycznego.
Procesy plastyczne i metabolizm energetyczny są ze sobą nierozerwalnie powiązane. Wszystkie procesy syntetyczne (anaboliczne) wymagają energii dostarczanej w reakcjach dysymilacji. Same reakcje rozkładu (katabolizm) zachodzą jedynie przy udziale enzymów syntetyzowanych w procesie asymilacji.
4.3. ATP I JEGO ROLA W METABOLIZMIE
Energia uwolniona podczas rozkładu materii organicznej nie jest od razu wykorzystywana przez komórkę, lecz magazynowana w postaci związków wysokoenergetycznych, najczęściej w postaci trifosforanu adenozyny (ATP).
ATP (kwas adenozynotrifosforowy) jest mononukleotydem składającym się z reszt adeniny, rybozy i trzech reszt kwasu fosforowego, połączonych ze sobą wiązaniami wysokoenergetycznymi. Wiązania te magazynują energię, która jest uwalniana w przypadku ich zerwania:
ATP + H2O --> ADP + H3PO4 + Q1
ADP + H2O --> AMP + H3PO4 + Q2
AMP + H2O --> adenina + ryboza + H3PO4 + Q3,
Gdzie ATP oznacza kwas adenozynotrójfosforowy; ADP – kwas adenozynodifosforowy; AMP - kwas adenozynomonofosforowy; Q1 = Q2 = 30,6 kJ; Q3 = 13,8 kJ.
Zapas ATP w komórce jest ograniczony i jest uzupełniany w procesie fosforylacji. Fosforylacja polega na dodaniu reszty kwasu fosforowego do ADP (ADP + P ATP). Energia zgromadzona w cząsteczkach ATP jest wykorzystywana przez organizm w reakcjach anabolicznych (reakcjach biosyntezy). Cząsteczka ATP jest uniwersalnym magazynem i nośnikiem energii dla wszystkich żywych istot.
4.4. WYMIANA ENERGII
Energię niezbędną do życia większość organizmów uzyskuje w wyniku procesów utleniania substancji organicznych, czyli w wyniku reakcji katabolicznych. Najważniejsze połączenie pełniący funkcję paliwa, to glukoza.
W odniesieniu do wolnego tlenu organizmy dzieli się na trzy grupy.
Tlenowce (tlenowce obligatoryjne) to organizmy, które mogą żyć tylko w środowisku tlenowym (zwierzęta, rośliny, niektóre bakterie i grzyby).
Beztlenowce (beztlenowce obligatoryjne) to organizmy, które nie są w stanie żyć w środowisku tlenowym (niektóre bakterie).
Formy fakultatywne (beztlenowce fakultatywne) to organizmy, które mogą żyć zarówno w obecności tlenu, jak i bez niego (niektóre bakterie i grzyby).
U tlenowców obligatoryjnych i beztlenowców fakultatywnych, w obecności tlenu, katabolizm zachodzi w trzech etapach: przygotowawczym, beztlenowym i tlenowym. W rezultacie substancje organiczne rozkładają się na związki nieorganiczne. U bezwzględnych beztlenowców i fakultatywnych beztlenowców, gdy brakuje tlenu, katabolizm zachodzi w dwóch pierwszych etapach: przygotowawczym i beztlenowym. W rezultacie powstają pośrednie związki organiczne, które są nadal bogate w energię.
Etapy katabolizmu:
1. Etap pierwszy – przygotowawczy – polega na enzymatycznym rozkładzie złożonych związków organicznych na prostsze. Białka dzielą się na aminokwasy, tłuszcze na glicerol i kwasy tłuszczowe, polisacharydy na monosacharydy, kwasy nukleinowe na nukleotydy. U Organizmy wielokomórkowe zachodzi to w przewodzie pokarmowym, w organizmach jednokomórkowych - w lizosomach pod działaniem enzymów hydrolitycznych. Energia uwolniona w tym procesie jest rozpraszana w postaci ciepła. Powstałe związki organiczne albo ulegają dalszemu utlenianiu, albo są wykorzystywane przez komórkę do syntezy własnych związków organicznych.
2. Drugi etap – niepełne utlenianie (beztlenowe) – polega na dalszym rozpadzie substancji organicznych, przebiegającym w cytoplazmie komórki bez udziału tlenu.
Beztlenowe, niepełne utlenianie glukozy nazywa się glikolizą. W wyniku glikolizy jednej cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki kwasu pirogronowego (PVA, pirogronian) CH3COCOOH, ATP i wody, a także atomy wodoru, które są związane cząsteczką nośnika NAD+ i magazynowane w postaci NADTH.
Ogólny wzór glikolizy jest następujący:
C6H12O6 + 2 H3PO4 + 2 ADP + 2 NAD+ --> 2 C3H4O3 + 2 H2O + 2 ATP + 2 NADH.
W przypadku braku tlenu w środowisku produkty glikolizy (PVC i NADTH) przetwarzane są albo na alkohol etylowy – fermentacja alkoholowa (w drożdżach i komórkach roślinnych przy braku tlenu)
CH3COCOOH --> CO2 + CH3SON
CH3SON + 2 NADH --> C2H5OH + 2 NAD+,
Lub do kwasu mlekowego - fermentacja kwasu mlekowego (w komórkach zwierzęcych z brakiem tlenu)
CH3COCOOH + 2 NADH C3H6O3 + 2 NAD+.
W obecności tlenu w środowisku produkty glikolizy ulegają dalszemu rozkładowi do produktów końcowych.
3. Trzeci etap – całkowite utlenianie (oddychanie) – polega na utlenianiu PVC do dwutlenku węgla i wody, zachodzącym w mitochondriach, przy obowiązkowym udziale tlenu.
Składa się z trzech etapów:
A) tworzenie acetylokoenzymu A;
B) utlenianie acetylokoenzymu A w cyklu Krebsa;
B) fosforylacja oksydacyjna w łańcuchu transportu elektronów.
A. W pierwszym etapie PVC przenosi się z cytoplazmy do mitochondriów, gdzie wchodzi w interakcję z enzymami macierzy i tworzy: 1) dwutlenek węgla, który jest usuwany z komórki; 2) atomy wodoru, które są dostarczane przez cząsteczki nośnika do wewnętrznej błony mitochondrium; 3) acetylokoenzym A (acetylo-CoA).
B. W drugim etapie acetylokoenzym A ulega utlenieniu w cyklu Krebsa. Cykl Krebsa (cykl kwasu trikarboksylowego, cykl kwasu cytrynowego) to łańcuch kolejnych reakcji, podczas których z jednej cząsteczki acetylo-CoA powstają: 1) dwie cząsteczki dwutlenku węgla, 2) cząsteczka ATP oraz 3) cztery pary przeniesionych atomów wodoru do cząsteczek -transporterów - NAD i FAD.
Zatem w wyniku glikolizy i cyklu Krebsa cząsteczka glukozy rozkłada się na CO2, a uwolniona w tym procesie energia jest zużywana na syntezę 4ATP i kumuluje się w 10NADTH i 4FADTH2.
B. W trzecim etapie atomy wodoru z NADTH i FADTH2 są utleniane przez tlen cząsteczkowy O2, tworząc wodę. Jeden NADTH jest w stanie utworzyć 3 ATP, a jeden FADTH2 jest w stanie utworzyć 2 ATP. Zatem uwolniona w tym przypadku energia jest magazynowana w postaci kolejnych 34 ATP. Tworzenie ATP w mitochondriach przy udziale tlenu nazywa się fosforylacją oksydacyjną.
Zatem ogólne równanie rozkładu glukozy w procesie oddychania komórkowego ma następującą postać:
C6H12O6 + 6 O2 + 38 H3PO4 + 38 ADP --> 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP.
Tak więc podczas glikolizy powstają 2 cząsteczki ATP, podczas oddychania komórkowego - ogólnie kolejne 36 ATP, przy całkowitym utlenieniu glukozy - 38 ATP.
4,5. WYMIANA PLASTIKÓW
4.5.1. Fotosynteza
Fotosynteza to synteza związków organicznych ze związków nieorganicznych przy wykorzystaniu energii świetlnej. Ogólne równanie fotosyntezy wygląda następująco:
6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2.
Fotosynteza zachodzi przy udziale pigmentów fotosyntetycznych, które posiadają wyjątkowa nieruchomość przekształcanie światła słonecznego w energię wiązanie chemiczne w postaci ATP. Najważniejszym pigmentem jest chlorofil.
Proces fotosyntezy składa się z dwóch faz: jasnej i ciemnej.
1. Lekka faza fotosyntezy zachodzi tylko w świetle w błonie grana tylakoidów. Należą do nich: absorpcja kwantów światła przez chlorofil, fotoliza wody i powstawanie cząsteczki ATP.
Pod wpływem kwantu światła (hv) chlorofil traci elektrony, przechodząc w stan wzbudzony:
Hv
chl --> chl* + e-.
Elektrony te przenoszone są przez nośniki na zewnętrzną powierzchnię błony tylakoidów, czyli zwróconą w stronę matrycy, gdzie się gromadzą.
Jednocześnie wewnątrz tylakoidów zachodzi fotoliza wody, czyli jej rozkład pod wpływem światła
Hv
2 H2O --> O2 +4 H+ + 4 e-.
Powstałe elektrony są przenoszone przez nośniki na cząsteczki chlorofilu i redukują je. Cząsteczki chlorofilu wracają do stanu stabilnego.
Protony wodoru powstające podczas fotolizy wody gromadzą się wewnątrz tylakoidu, tworząc zbiornik H+. W rezultacie wewnętrzna powierzchnia błony tylakoidów jest naładowana dodatnio (z powodu H+), a zewnętrzna powierzchnia jest naładowana ujemnie (z powodu e-). W miarę gromadzenia się przeciwnie naładowanych cząstek po obu stronach membrany różnica potencjałów wzrasta. Po osiągnięciu wartości krytycznej różnicy potencjałów siła pole elektryczne zaczyna wypychać protony przez kanał syntetazy ATP. Energia uwolniona w tym procesie wykorzystywana jest do fosforylacji cząsteczek ADP. Tworzenie się ATP podczas fotosyntezy pod wpływem energii świetlnej nazywa się fotofosforylacją.
Jony wodorowe, gdy znajdą się na zewnętrznej powierzchni błony tylakoidów, spotykają się tam z elektronami i tworzą wodór atomowy, który wiąże się z cząsteczką nośnika wodoru NADP (fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego):
2H+ + 4e- + NADP+ --> NADPH2.
Zatem podczas lekkiej fazy fotosyntezy zachodzą trzy procesy: powstawanie tlenu w wyniku rozkładu wody, synteza ATP oraz powstawanie atomów wodoru w postaci NADPH2. Tlen dyfunduje do atmosfery, a ATP i NADPH2 biorą udział w procesach fazy ciemnej 2. Ciemna faza fotosyntezy zachodzi w matrycy chloroplastowej zarówno w świetle, jak i w ciemności i reprezentuje szereg kolejnych przemian CO2 pochodzącego z powietrze w cyklu Calvina. Reakcje fazy ciemnej przeprowadza się wykorzystując energię ATP. W cyklu Calvina CO2 łączy się z wodorem z NADPH2, tworząc glukozę.
W procesie fotosyntezy oprócz monosacharydów (glukozy itp.) syntetyzowane są monomery innych związków organicznych - aminokwasów, gliceryny i kwasów tłuszczowych.
4.5.2. Chemosynteza
Chemosynteza (chemoautotrofia) to proces syntezy związków organicznych ze związków nieorganicznych (CO2 itp.) pod wpływem energii chemicznej utleniania substancje nieorganiczne(siarka, siarkowodór, żelazo, amoniak, azotyn itp.).
Do chemosyntezy zdolne są tylko bakterie chemosyntetyczne: bakterie nitryfikacyjne, wodorowe, żelazowe, siarkowe itp. Utleniają związki azotu, żelaza, siarki i innych pierwiastków. Wszystkie chemosyntetyki są obligatoryjnymi tlenowcami, ponieważ wykorzystują tlen atmosferyczny.
Energia powstająca podczas reakcji utleniania jest magazynowana przez bakterie w postaci cząsteczek ATP i wykorzystywana do syntezy związków organicznych, która przebiega podobnie jak reakcje ciemnej fazy fotosyntezy.
4.5.3. Biosynteza białek
Informacja genetyczna u prawie wszystkich organizmów jest przechowywana w postaci określonej sekwencji nukleotydów DNA (lub RNA w wirusach RNA). Prokarioty i wiele wirusów zawierają informację genetyczną w postaci pojedynczej cząsteczki DNA. Wszystkie jego sekcje kodują makrocząsteczki. W komórkach eukariotycznych materiał genetyczny jest rozmieszczony w kilku cząsteczkach DNA zorganizowanych w chromosomy.
Gen to odcinek cząsteczki DNA (rzadziej RNA), który koduje syntezę jednej makrocząsteczki: mRNA (polipeptydu), rRNA lub tRNA. Region chromosomu, w którym znajduje się gen, nazywany jest locus. Zestaw genów jądra komórkowego to genotyp, zestaw genów haploidalnego zestawu chromosomów to genom, a zestaw genów zewnątrzjądrowego DNA (mitochondria, plastydy, cytoplazma) to plazmon.
Implementacja informacji zapisanej w genach poprzez syntezę białek nazywana jest ekspresją genów (manifestacją). Informacja genetyczna jest przechowywana jako specyficzna sekwencja nukleotydów DNA i jest implementowana jako sekwencja aminokwasów w białku. RNA pełni rolę pośredników i nośników informacji. Oznacza to, że wdrażanie informacji genetycznej przebiega w następujący sposób:
DNA -> RNA -> białko
Proces ten przebiega w dwóch etapach:
1) transkrypcja;
2) nadawanie.
Transkrypcja to synteza RNA przy użyciu DNA jako matrycy. Rezultatem jest mRNA. Proces transkrypcji wymaga dużej ilości energii w postaci ATP i jest przeprowadzany przez enzym polimerazę RNA.
Jednocześnie transkrypcji nie ulega cała cząsteczka DNA, a jedynie jej poszczególne segmenty. Taki segment (transkrypton) zaczyna się od promotora – odcinka DNA, do którego przyłącza się polimeraza RNA i gdzie rozpoczyna się transkrypcja, a kończy terminatorem – odcinkiem DNA zawierającym sygnał do zakończenia transkrypcji. Transkrypcja jest genem z punktu widzenia biologii molekularnej.
Transkrypcja, podobnie jak replikacja, opiera się na zdolności zasad azotowych nukleotydów do wiązania się komplementarnie. Podczas transkrypcji podwójna nić DNA zostaje rozerwana i wzdłuż jednej nici DNA zachodzi synteza RNA.
Podczas procesu translacji sekwencja nukleotydów DNA ulega transkrypcji na zsyntetyzowaną cząsteczkę mRNA, która pełni rolę matrycy w procesie biosyntezy białek.
Tłumaczenie to synteza łańcucha polipeptydowego przy użyciu mRNA jako matrycy.
W translacji biorą udział wszystkie trzy typy RNA: mRNA jest matrycą informacyjną; tRNA dostarczają aminokwasy i rozpoznają kodony; rRNA wraz z białkami tworzą rybosomy, które przechowują mRNA, tRNA i białko oraz przeprowadzają syntezę łańcucha polipeptydowego.
mRNA ulega translacji nie przez jeden, ale jednocześnie przez kilka (do 80) rybosomów. Takie grupy rybosomów nazywane są polisomami. Włączenie jednego aminokwasu do łańcucha polipeptydowego wymaga energii 4 ATP.
Kod DNA. Informacja o budowie białek jest „zapisana” w DNA w postaci sekwencji nukleotydów. W procesie transkrypcji jest kopiowany na syntetyzowaną cząsteczkę mRNA, która pełni rolę matrycy w procesie biosyntezy białek. Pewna kombinacja nukleotydów DNA, a w konsekwencji mRNA, odpowiada określonemu aminokwasowi w łańcuchu polipeptydowym białka. Ta korespondencja nazywa się kod genetyczny. Jeden aminokwas jest określony przez 3 nukleotydy połączone w triplet (kodon). Ponieważ istnieją 4 rodzaje nukleotydów, łącząc 3 w trójkę, dają one 43 = 64 warianty trójek (podczas gdy kodowanych jest tylko 20 aminokwasów). Spośród nich 3 to „kodony stop”, które zatrzymują translację, a pozostałych 61 to kodony. Różne aminokwasy są kodowane przez różną liczbę trójek: od 1 do 6.
Właściwości kodu genetycznego:
1. Kod jest potrójny. Jeden aminokwas jest kodowany przez trzy nukleotydy (triplet) w cząsteczce kwasu nukleinowego.
2.Kod jest uniwersalny. Wszystkie żywe organizmy, od wirusów po ludzi, korzystają z jednego kodu genetycznego.
3. Kod jest jednoznaczny (specyficzny). Kodon odpowiada jednemu pojedynczemu aminokwasowi.
4. Kod jest zbędny. Jeden aminokwas jest kodowany przez więcej niż jedną trójkę.
5.Kod nie nakłada się. Jeden nukleotyd nie może być częścią kilku kodonów w łańcuchu kwasu nukleinowego.
Etapy syntezy białek:
1. Mała podjednostka rybosomu łączy się z inicjatorem met-tRNA, a następnie z mRNA, po czym powstaje cały rybosom, składający się z małej i dużej podjednostki.
2. Rybosom porusza się wzdłuż mRNA, czemu towarzyszą wielokrotne powtórzenia cyklu dodawania kolejnego aminokwasu do rosnącego łańcucha polipeptydowego.
3. Rybosom dociera do jednego z trzech kodonów stop mRNA, łańcuch polipeptydowy zostaje uwolniony i oddzielony od rybosomu. Subcząstki rybosomów dysocjują, oddzielają się od mRNA i mogą brać udział w syntezie kolejnego łańcucha polipeptydowego.
Reakcje syntezy macierzy. Reakcje syntezy matrycy obejmują: samoduplikację DNA, tworzenie mRNA, tRNA i rRNA na cząsteczce DNA, biosyntezę białek na mRNA. Cechą wspólną wszystkich tych reakcji jest to, że cząsteczka DNA w jednym przypadku lub cząsteczka mRNA w innym działa jak matryca, na której tworzą się identyczne cząsteczki. Reakcje syntezy macierzy są podstawą zdolności organizmów żywych do reprodukcji własnego rodzaju.
http://sfedu.ru/lib1/chem/020101/m2_a_020101.htm
wcielić w życie swoje pomysły, które
2) Współczesna młodzież po prostu nie ma czasu.Program nauczania jest tak duży, że
3) Społeczeństwo nie wie, czym jest rada szkoły, jak (znaczy porównanie)........, dlaczego.........
1. Gdy temperatura wzrośnie powyżej 20-25 stopni Celsjusza, tempo fotosyntezy maleje, ponieważ: a) woda zaczyna intensywnie parowaćb) aparaty szparkowe zamykają się, co zapobiega przenikaniu dwutlenku węgla
c) rozpoczyna się denaturacja enzymów katalizujących reakcje fotosyntezy
d) maleje wzbudzenie elektronów w cząsteczkach chlorofilu
2. Procesy utleniania zachodzą w organellach komórkowych:
a) w rybosomach
b) w mitochondriach
c) w siateczce endoplazmatycznej
d) w mitochondriach i chloroplastach
3. Pierwszy i drugi etap rozkładu związków wielkocząsteczkowych w komórce następuje w:
a) cytoplazma
b) mitochondria
c) lizosomy
d) Kompleks Golgiego
4. Głównymi produktami końcowymi cyklu Krebsa są:
a) dwutlenek węgla i tlen
b) dwutlenek węgla i FAD*H2
c) kwas szczawiooctowy i pirogronian d) kwas szczawiooctowy, NAD*H2 i ADP
e) kwas szczawiooctowy, NAD*H2 i ADP
f) kwas szczawiooctowy, NAD*H2, FAD*H2 i ATP
5. Produkty końcowe fermentacja alkoholowa Czy:
a) alkohol, kwas mlekowy, ATP, dwutlenek węgla
b) woda i dwutlenek węgla
c) kwas mlekowy
d) alkohol, woda, dwutlenek węgla i ATP
6. Podobieństwo procesu fermentacji w komórkach bakteryjnych i mięśniach ssaków w warunkach głodu tlenu polega na tworzeniu:
A) duża ilość dwutlenek węgla
b) alkohol
c) NAD+ z NAD*H+H+
d) acetylo-CoA e) kwas mlekowy
7. Tłuszcz wypełniający garb wielbłąda służy nie tylko jako źródło energii, ale także jako źródło wody. Pozyskiwanie wody z tłuszczu zapewnia proces metaboliczny:
a) utlenianie
b) przemiana tłuszczu w węglowodany
c) rozkład tłuszczu na wodę, tłuszcz kwasy karboksylowe i gliceryna
8. Tłuszcze są najbardziej wydajnym źródłem energii w komórce, ponieważ:
a) ich cząsteczki zawierają wiele atomów węgla i wodoru
b) są to związki o niskiej masie cząsteczkowej
c) ich cząsteczki nie zawierają wiązań podwójnych
d) ich cząsteczki zawierają niewiele atomów tlenu
Kto wie co, napisz w odpowiedziach9. Siateczka śródplazmatyczna
a) wewnętrzny szkielet komórki
b) układ błon i kanalików, w którym zachodzi synteza i transport substancji
c) układ błon i kanalików jest podobny układ wydalniczy organizmy
10. Większość żywych komórek charakteryzuje się:
a) zdolność do tworzenia komórek rozrodczych
b) zdolność do przewodzenia impulsów nerwowych
c) zdolność do kontraktowania
d) zdolność metaboliczna
11. Woda jest podstawą życia, ponieważ:
a) może być w trzech stany skupienia
b) w komórkach zarodka wynosi ponad 90%
c) jest rozpuszczalnikiem zapewniającym zarówno napływ substancji do komórki, jak i usuwanie z niej produktów przemiany materii
d) chłodzi powierzchnię podczas parowania
12. Łańcuch enzymu ma sekwencję nukleotydową TTAGGCCGCCATG. Określ sekwencję nukleotydów mRNA.
13. Istota teorii komórki jest dokładniej odzwierciedlona:
a) wszystkie organizmy roślinne składają się z komórek
b) wszystkie żywe organizmy składają się z komórek
c) wszystko, zarówno prokarioty, jak i eukarioty, składa się z komórek
d) komórki wszystkich organizmów mają tę samą strukturę
14. Transkrypcja odbywa się w procesie:
a) przeniesienie informacji z DNA na mRNA
b) Replikacja DNA
c) translacja informacji RNA na sekwencję aminokwasów w białku
d) Naprawa DNA
15. W komórkach zwierzęcych węglowodanami magazynującymi są:
a) celuloza
b) skrobia
c) mureina
d) glikogen
A. utrata sierści przez słonie b. wydłużanie kończyn konia
V. pojawienie się jaj gadów i ich rozwój na lądzie
3. Który kierunek ewolucji prowadzi do poważnych zmian w organizmie i pojawienia się nowych taksonów?
A. zamiana liści kaktusa w kolce b. występowanie stałocieplności
V. utrata narządów trawiennych u płazińców
4. Różne rodzaje Zięby Darwina powstały w wyniku:
A. aromorfoza B. zwyrodnienie C. idioadaptacje
5. Glony zaliczamy do roślin niższych, a mchy do roślin wyższych, ponieważ:
A. mchy rozmnażają się przez zarodniki, ale glony nie b. mchy mają chlorofil, ale glony nie
V. mchy mają narządy, które zwiększają ich organizację w porównaniu do glonów
d. podział na rośliny niższe i wyższe jest dowolny, ponieważ zarówno mchy, jak i glony znajdują się na tym samym poziomie rozwoju
6. Które z poniższych dotyczy aromorfozy, idioadaptacji, zwyrodnienia?
A. płuca komórkowe u gadów b. pierwotna kora mózgowa u gadów
V. goły ogon bobra d. brak kończyn węża
d. brak korzeni w dodrze
e. pojawienie się przegrody w komorze serca u gadów
I. gruczoły sutkowe u ssaków h. tworzenie się płetw u morsa
I. brak układ krążenia u tasiemców
j. brak gruczołów potowych u psów
7. W wyniku pojawienia się chlorofilu organizmy poszły:
A. Do odżywianie autotroficzne B. do żywienia heterotroficznego
V. do mieszanego rodzaju żywienia 8. Różnorodność urządzeń wyjaśnia:
A. jedynie wpływ warunków środowiskowych na organizm
B. interakcja genotypu i warunków środowiskowych c. wyłącznie na podstawie cech genotypu
8. Postęp biologiczny określonej grupy organizmów osiąga się w następujący sposób:
A. aromorfoza b. idioadaptacja c. ogólna degeneracja
D. a+b d. a+b+c
9. Gatunek będący w stanie postępu biologicznego charakteryzuje się:
A.podniesienie poziomu organizacji b. spadek poziomu organizacji
B. poszerzenie zasięgu, wzrost liczebności, podział gatunku na podgatunki
D. zmniejszenie liczebności i zmniejszenie zasięgu
10. Gatunek znajduje się w stanie postępu biologicznego:
A. żubr b. miłorząb c. Czarny Żuraw Pan Wróbel
11. Które z poniższych typów organizmów są w stanie regresja biologiczna?
A. Elodea kanadyjska b. stonka ziemna c. tygrys Ussuri d. szary szczur
13. Ścieżka ewolucji, na której powstają podobieństwa między organizmami z różnych grup systematycznych żyjących w podobnych warunkach, nazywa się:
A.gradacja b. rozbieżność c. zbieżność d. równoległość
14. Z poniższych par narządów nie są homologiczne:
A. narząd równowagi much (haleteres), zapewniający im stabilny lot – skrzydła owadów
B. skrzela kijanek - skrzela mięczaków B. łuki skrzelowe ryb - kosteczki słuchowe
15. Spośród wymienionych par organizmów przykładem zbieżności może być:
A. niedźwiedź biały i brunatny b. torbacz i wilk polarny
B. lis zwyczajny i lis polarny d. kret i ryjówka
