Основные положения клеточной теории - постулаты единства всего живого. Клеточная теория Постулаты современной теории клеточного строения организма
Впервые клеточное строение наблюдал английский естествоиспытатель Р. Гук в 1665 г. у растений с помощью усовершенствованного им микроскопа; он же ввел термин «клетка». Английский ботаник Р. Броун в 1831 г. описал растительной . Но первые шаги к раскрытию и пониманию роли клеточного сделал немецкий ботаник М. Шлейден в 1838 г. Немецкий зоолог Т. Шванн кроме собственных исследований использовал данные М. Шлейде-на, Я. Пуркине и других ученых, указав на общий принцип клеточного строения и тканевых структур животных и растений. Ему принадлежит заслуга оформления клеточной теории, соответствовавшей уровню развития науки того времени (1839). В дальнейшем клеточная теория была распространена и на одноклеточные организмы, были сформированы представления о и цитоплазме как о главнейших компонентах . Немецкий ученый Р. Вирхов в 1858 г. обосновал принцип преемственности путем их деления — каждая из .
Все основные положения клеточной теории сохранили значение и сейчас. В современном виде теория содержит четыре основных вывода:
4. У многоклеточных эукариотических организмов возникновение разных по свойствам — дифференцировка (см. Клеточная специализация (дифференцировка) определяется тем, что в разных , в разных активированы, т. е. работают, разные . Действительно, если
Каждый из нас начинает свой жизненный путь с одной единственной, невидимой невооруженным глазом клетки. То есть, эту клетку можно увидеть глазом вооруженным микроскопом. И не просто увидеть клетку, но и заглянуть в неё, познакомиться с её микроскопическим строением. Из этого урока вы узнаете о принципах устройства светового и электронного микроскопов, выясните, как используются в цитологии и микроскопии радиоактивные метки и маркеры, что такое ультра центрифугирование и какие части клетки можно с его помощью изучить. Вы познакомитесь с клеточной теорией, узнаете об истории её происхождения и развития, выясните основные постулаты. Выясните, как было доказано, в какой части клетки находится наследственная информация, а также, кто и когда создал первый микроскоп, открыв человечеству микромир.
Тема: Основы цитологии
Урок: Методы цитологии. Клеточная теория
1. Тема и цель урока
Для изучения жизнедеятельности и строения клетки используют различные подходы или методы исследования.
2. Методы исследований морфологии и анатомии клеток. Использование оптических приборов
Разрешающая способность человеческого глаза составляет 100 микрометров (микрон). То есть, если вы начертите две линии на расстоянии 100 микрон друг от друга и посмотрите на них, то эти две линии сольются в одну, а если вы поставите две точки на расстоянии 100 микрометров, эти две точки покажутся вам одной точкой. Размеры клеток и клеточных компонентов определяются микронами или долями микрон. Для того чтобы увидеть структуру такого масштаба и размера, необходимы оптические приборы.
3. Световой микроскоп
Исторически сложилось, что первым оптическим прибором был световой микроскоп (рис. 1).
Рис. 1. Световой микроскоп
Лучший световой микроскоп имеет разрешающую способность около 0,2 микрометров, то есть 200 нанометров, что примерно в 500 раз улучшает возможности человеческого глаза.
Первые микроскопы были созданы в конце XVI в - начале XVII века, а первым человеком, который использовал микроскоп для изучения живых объектов, был Роберт Гук , это случилось в 1665 году.
Он изучал растительные ткани и показал, что пробка и другие растительные ткани состоят из ячеек, разделенных перегородками, эти ячейки он назвал клетками .
Световые микроскопы очень широко применяются и в настоящее время, однако они имеют ряд недостатков. Одни из них заключаются в том, что с помощью светового микроскопа невозможно увидеть объекты, размеры которых меньше длины световой волны - 400-800 нанометров, поскольку световая волна не может быть отражена таким объектом, а огибает его.
4. Электронный микроскоп
В начале 30-х годов XX века был создан электронный микроскоп (рис. 2), который давал биологам возможность увидеть объекты размером 0,5 нанометров.
Почему это произошло? Потому что физики предложили биологам использовать не световой луч, а поток электронов, которые могли уже отражаться от более мелких объектов.
Рис. 2. Сравнительная характеристика светового (сверху) и электронного (снизу) микроскопа
На рисунке 2 представлены рабочие диапазоны светового и электронного микроскопов. Как мы видим, клеточные органеллы и вирусы можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.
В сущности, принцип действия электронного микроскопа такой же, как и у светового, в котором пучок световых лучей направляется линзой конденсатора через образец, а изображение увеличивается с помощью системы линз. В электронном микроскопе оператор сидит у пульта управления лицом к колонне, по которой проходит пучок электронов (рис. 3).
5. Принцип работы электронного микроскопа
Электронный микроскоп перевернут вверх дном по сравнению со световым микроскопом. Здесь у электронного микроскопа источник электронов находится в верхней части колоны, а сам образец - внизу.
Рис. 3. Принцип работы светового (слева) и электронного (справа) микроскопа
На вольфрамовую нить накала, находящуюся в верхней части колонны, подается высокое напряжение, и нить накала излучает пучок электронов, чтоб сфокусировать эти электроны, необходимы электромагниты.
Внутри колонны создается глубокий вакуум, чтобы сократить до минимума рассеивание электронов. В трансмиссионном просвечивающем микроскопе электроны проходят через образец, поэтому сам образец должен быть очень тонким, иначе электроны могут быть поглощены этим образцом, или рассеются. Пройдя через образец, электроны фокусируются добавочными электромагнитными линзами.
Электроны невидимы для человеческого глаза, поэтому они направляются на флуоресцентный экран, который воспроизводит видимые изображения или на фотопленку. Так можно получить постоянный фотоснимок - электронную микрофотографию.
Для того что бы получить объемные изображения предметов, используют сканирующий электронный микроскоп (рис. 4).
Рис. 4. Объемные изображения пыльцы растений (справа), полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа (слева)
В нем точно сфокусированный пучок электронов движется взад и вперед по поверхности образца, а отраженные от поверхности электроны собираются и формируют изображение, наподобие того, которое возникает на экране телевизора.
С помощью электронного микроскопа можно увидеть только неживые объекты. Процессы, происходящие в клетке, то есть живую клетку, можно наблюдать в мощный световой микроскоп при замедленной кинофотосъёмке.
6. Использование радиоактивной метки
Если требуется проследить за судьбой какого-либо химического соединения в клетке, то можно заменить один из атомов в его молекуле на радиоактивный изотоп . Тогда эта молекула будет иметь радиоактивную метку, по которой ее можно обнаружить с помощью счетчика радиоактивных частиц или по способности засвечивать фотопленку.
7. Использование ультра центрифугирования
Для выделения и изучения отдельных органоидов клетки используется метод ультрацентрифугирования : разрушенные клетки в пробирке вращаются с очень большой скоростью в центрифугах . Так как разные составные части клеток имеют различные массу, размеры и плотность, то они под действием центробежной силы оседают на дно с разными скоростями. Таким образом, изучают митохондрии , рибосомы и другие органеллы .
Рис. 5. Создатели клеточной теории М. Шлейден и Т. Шванн
8. Клеточная теория. История её возникновения
В XVIII - XIX веках основным орудием исследования живых объектов в руках биологов был световой микроскоп. В 1838 году вышла книга Маттиаса Шлейдена (рис. 5) «Материалы к филогенезу», в которой он показал, что все растительные ткани состоят из клеток и рассуждал о вопросе происхождения клеток в живых организмах, непосредственно в растительных организмах. Ровно через год в 1839 году Теодор Шванн (рис. 5) опубликовал свою книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре, и росте животных и растений» в которой и были изложены первые версии клеточной теории.
9. Постулаты клеточной теории
Вот основные постулаты клеточной теории :
1. Все живые существа состоят из клеток.
3. Каждая клетка самостоятельна: деятельность организма является суммой процессов жизнедеятельности составляющих их частей.
Несмотря на всю прогрессивность клеточной теории, Шванн и Шлейден ошибочно полагали, что новые клетки появляются из внеклеточного вещества, поэтому существенным дополнением клеточной теории был принцип Рудольфа Вирхова (каждая клетка из клетки).
10. Принцип Рудольфа Вирхова. Определение местоположения наследственной информации
Позднее Вальтер Флеминг описал процесс деления клетки - митоз. А Оскар Гертвиг и Эдуард Страсбургер независимо друг от друга, на основании экспериментов с одноклеточными водорослями, пришли к выводу, что наследственная информация клетки заключена в ядре.
11. Современная клеточная теория
Таким образом, работами многих исследователей была создана современная клеточная теория , которая имеет следующие положения:
1. Клетка является универсальной структурной и функциональной единицей живого.
2. Все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности.
3. Клетки образуются только при делении предшествующих им клеток.
4. Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах их работа скоординирована, и организм представляет собой целостную систему.
12. История открытия микроскопа
Микроскоп и время. История создания микроскопа не совсем ясна, известно, что он появился в конце XVI - в начале XVII века, и одним из мастеров, который сконструировал микроскоп, был Захарий Янсен, очковый мастер (рис. 6).
Рис. 6. Один из первых изготовителей микроскопов, З. Янсен, и его творение
Долгое время он использовался как игрушка, и даже Г. Галилей в 1619 году писал, что любопытно смотреть через микроскоп на муху размером в теленка, и только Роберт Гук в 1665 г. стал использовать микроскоп в научных исследованиях. Он рассматривал растительные ткани и клетки пробки, и таким образом открыл клетки у растений.
Р. Гук усовершенствовал микроскоп (недостатком первых микроскопов было плохое освещение). С этой целью Гук сделал приспособление, состоящее из сферы, наполненной водой, или из плосковыпуклой линзы, фокусировавшей солнечный свет. А в вечернее время Гук использовал светильник, который был дополнительным источником освещения.
Домашнее задание
1. Что такое микроскоп?
2. Чем световой микроскоп отличается от электронного микроскопа?
3. Опишите метод ультрацентрифугирования.
4. Что такое радиоактивные маркеры? Как они используются?
5. Перечислите ученых, работы которых способствовали возникновению и развитию клеточной теории.
6. Перечислите постулаты клеточной теории.
7. Обсудите с друзьями и родными, каким образом из одной клетки развивается целый организм. Как можно влиять на этот процесс?
1. Википедия.
2. Википедия.
3. Википедия.
4. Википедия.
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. - 2-е изд., переработанное. - Вентана-Граф, 2010. - 224 стр.
3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.
4. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.
5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.
Контрольная работа по теме: «
1.Основные постулаты «клеточной теории» сформулировали в 1838-1839гг.:
1. А. Левенгук, Р. Броун
2. Т. Шванн, М. Шлейден
3. Р. Броун, М. Шлейден
4.Т. Шванн, Р. Вирхов.
2. Фотосинтез происходит:
1 . в хлоропластах 2. в вакуолях
3 . в лейкопластах 4. в цитоплазме
3. Белки, жиры и углеводы накапливаются про запас:
1 . в рибосомах 2. в комплексе Гольджи
3 . в митохондриях 4.в цитоплазме
4. Какую долю (%) в клетке в среднем составляют макроэлементы
1. 80% 2. 20 % 3. 40% 4. 98%
5. Клетки не синтезирующие органические вещества, а использующие готовые
1. автотрофы 2. гетеротрофы
3. прокариоты 4. эукариоты
6.Одна из функций клеточного центра
1.Образование веретена деления
2.Формирование ядерной оболочки
3.Управление биосинтезом белка
4.Перемещение веществ в клетке
7.В лизосомах происходит
1.Синтез белков
2.Фотосинтез
3.Расщепление органических веществ
4.Коньюгация хромосом
8.
характеристики | |
1 Плазматическая мембрана | |
2 Ядро | Б. Синтез белка. |
3 Митохондрии | В. Фотосинтез. |
4 Пластиды | |
5 Рибосомы | |
6 ЭПС | Е. Немембранные. |
7 Клеточный центр | Ж. Синтез жиров и углеводов. |
8 Комплекс Гольджи | 3. Содержит ДНК. |
9 вакуоль | И. Одномембранные |
10 Лизосомы | М. Двухмембранные. О. Есть только у растений. П. Есть только у растений. |
9. Мембраны и каналы гранулярной эндоплазматической сети (ЭПС) осуществляют синтез и транспорт:
1. белков 2. липидов
3.углеводов 4. нуклеиновых кислот.
10. В цистернах и пузырьках аппарата Гольджи осуществляется:
1. секреция белков
2. синтез белков, секреция углеводов и липидов
3. синтез углеводов и липидов, секреция белков, углеводов и липидов.
4. синтез белков и углеводов, секреция липидов и углеводов.
11.Клеточный центр присутствует в клетках:
1. всех организмов 2. только животных
3. только растений 4. всех животных и низших растений.
Вторая часть
В-1 Какие структуры клетки претерпевают наибольшие изменения в процессе митоза?
1)ядро 4)лизосомы
2)цитоплазма 5)клеточный центр
3)рибосомы 6)хромосомы
В-3 Установите соответствие между особенностью обмена веществ и группой организмов, для которого она характерна.
ОСОБЕННОСТЬ ОРГАНИЗМЫ
а) выделение кислорода в атмосферу 1)автотрофы
б) использование энергии пищи, для синтеза АТФ 2)гетеротрофы
в) использование готовых органических веществ
г) синтез органических веществ из неорганических
д) использование углекислого газа для питания
В-4. Установите соответствие между процессом, протекающим в клетке, и органоидом, для которого он характерен.
ПРОЦЕСС ОРГАНОИД
А) восстановление углекислого газа до глюкозы 1) митохондрия
Б) синтез АТФ в процессе дыхания 2)хлоропласт
В) первичный синтез органических веществ
Г) превращение световой энергии в химическую
Д) расщепление органических веществ до углекислого газа и воды.
Контрольная работа по теме: « Клеточное строение организмов»
1. Оболочки клеток состоят из:
1. плазмалеммы (цитоплазматической мембраны)
2. плазмалеммы у животных и клеточных стенок у растений
3. клеточных стенок
4. плазмалеммы у животных, плазмалеммы и клеточных стенок у растений.
2 .Функции «силовых станций» выполняют в клетке:
1 . рибосомы
2 . митохондрии
3 . цитоплазме
4 . вакуоли
3 .Органоид, участвующий в делении клетки:
1 . рибосомы
2 . пластиды
3 . Митохондрии
4 .клеточный центр
4.Клетки, синтезирующие органические вещества из неорганических
1. автотрофы
2. гетеротрофы
3. прокариоты
4. эукариоты
5.Наука изучающая строение и жизнедеятельность клетки
1.Биология 2.Цитология
3.Гистология 4.Физиология
6.Немембранный органоид клетки
1.Клеточный центр 2.Лизосома
3.Митохондрия 4.Вакуоль
7.
Распределите характеристики соответственно органоидам клетки (поставьте буквы
соответствующие характеристикам органоида, напротив названия органоида).
характеристики | |
Плазматическая мембрана | А. Транспорт веществ по клетке. |
Ядро | Б. Синтез белка. |
Митохондрии | В. Фотосинтез. |
Пластиды | Г. Движение органоидов по клетке. |
Рибосомы | Д. Хранение наследственной информации. |
ЭПС | Е. Немембранные. |
Клеточный центр | Ж. Синтез жиров и углеводов. |
Комплекс Гольджи | 3. Содержит ДНК. |
вакуоль | И. Одномембранные |
Лизосомы | К. Обеспечение клетки энергией. Л. Самопереваривание клетки и внутриклеточное пищеварение. М. Двухмембранные. Н.Связь клетки с внешней средой. О. Есть только у растений. П. Есть только у растений. |
8. Основной запасной углевод в животных клетках:
1. крахмал 2. глюкоза 3. гликоген 4. жир
9. Мембраны и каналы гладкой эндоплазматической сети (ЭПС) осуществляют синтез и транспорт:
1 белков и углеводов 2 липидов 3 жиров и углеводов 4нуклеиновых кислот
10.Лизосомы формируются на:
1. каналах гладкой ЭПС
2. каналах шероховатой ЭПС
3. цистернах аппарата Гольджи
4. внутренней поверхности плазмалеммы.
11.Микротрубочки клеточного центра участвуют в формировании:
1. только цитоскелета клетки
2. веретена деления
3. жгутиков и ресничек
4. цитоскелета клетки, жгутиков и ресничек.
Вторая часть
В-1.Основные положения клеточной теории позволяют сделать вывод о
1)биогенной миграции атомов
2)родстве организмов
3)происхождении растений и животных от общего предка
4)появлении жизни около 4,5 млрд.лет назад
5)сходном строении клеток всех организмов
6)взаимосвязи живой и неживой природы
В-3 Установите соответствие между строением, функцией органоидов клетки и их видом.
СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ ОРГАНОИДЫ
В) обеспечивает образование кислорода
Г) обеспечивает окисление органических веществ
ОТВЕТЫ
В-1 1-2, 2-1, 3-2, 4-4, 5-2, 6-1, 7-3, 8-1н,2д,3к,4мо,5б,6ж,7е,8а,9гп,10л; 9-1,10-3 ,11-4
В-1 156; В-2 256; В-3 12211; В-4 21221.
В-2 1-4, 2-2, 3-4, 4-1,5-2, 6-1, 7-1н,2д,3к,4мо,5б,6ж,7е,8а,9гп,10л; 8-3, 9-3, 10-3,11-2
В-1 235; В-2 346; В-3 21212; В-4 246.
Клеточная теория Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни. Неклеточными формами жизни можно считать вирусы. Правда, признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т.п.) они проявляют только внутри клеток, вне клеток вирус является сложным химическим веществом. По мнению большинства учёных, в своём происхождении вирусы связаны с клеткой, являются частью её генетического материала, "одичавшими" генами. Выяснилось, что существует два типа клеток - прокариотические (клетки бактерий и архебактерий), не имеющие отграниченного мембранами ядра, и эукариотические (клетки растений, животных, грибов и протистов), имеющие ядро, окружённое двойной мембраной с ядерными порами. Между клетками прокариот и эукариот существует и множество иных различий. У большинства прокариот нет внутренних мембранных органоидов, а у большинства эукариот есть митохондрии и хлоропласты. В соответствии с теорией симбиогенеза, эти полуавтономные органоиды - потомки бактериальных клеток. Таким образом, эукариотическая клетка - система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека).
Клеточная теория рассматривала организм как сумму клеток, а жизнепроявления организма растворяла в сумме жизнепроявлений составляющих его клеток. Считая клетку всеобщим структурным элементом, клеточная теория рассматривала как вполне гомологичные структуры тканевые клетки и гаметы, протистов и бластомеры. Применимость понятия клетки к протистам является дискуссионным вопросом клеточного учения в том смысле, что многие сложно устроенные многоядерные клетки протистов могут рассматриваться как надклеточные структуры. В тканевых клетках, половых клетках, протистах проявляется общая клеточная организация, выражающаяся в морфологическом выделении кариоплазмы в виде ядра, однако эти структуры нельзя считать качественно равноценными, вынося за пределы понятия «клетка» все их специфические особенности. В частности, гаметы животных или растений - это не просто клетки многоклеточного организма, а особое гаплоидное поколение их жизненного цикла, обладающее генетическими, морфологическими, а иногда и экологическими особенностями и подверженное независимому действию естественного отбора. В то же время практически все эукариотические клетки, несомненно, имеют общее происхождение и набор гомологичных структур - элементы цитоскелета, рибосомы эукариотического типа и др.
Догматическая клеточная теория игнорировала специфичность неклеточных структур в организме или даже признавала их, как это делал Вирхов, неживыми. В действительности, в организме кроме клеток есть многоядерные надклеточные структуры (синцитии, симпласты) и безъядерное межклеточное вещество, обладающее способностью к метаболизму и потому живое. Установить специфичность их жизнепроявлений и значение для организма является задачей современной цитологии. В то же время и многоядерные структуры, и внеклеточное вещество появляются только из клеток. Синцитии и симпласты многоклеточных - продукт слияния исходных клеток, а внеклеточное вещество - продукт их секреции, т.е. образуется оно в результате метаболизма клеток. Проблема части и целого разрешалась ортодоксальной клеточной теорией метафизически: всё внимание переносилось на части организма - клетки или «элементарные организмы».
3-Структура и функции протопласта Протопласт- содержимое растительной клетки; состоит из клеточной мембраны, цитоплазмы и ядра, но не включает клеточную оболочку П. получают искусственно для клонирования и регенерации из них целых р-ний, применения в клеточной инженерии В состав протопласта входит цитоплазма (Ц) и одно или несколько ядер. По химическому составу П содержит белки, жиры, углеводы и минеральные вещества. П на 75-90% состоит из воды. Белки могут быть связаны с другими органическими соединениями и образовывать сложные соединения – протеиды
4- Структура и общая характеристика мембран клетки . Плазматическая (цитоплазматическая) мембрана - обязательный компонент любой клетки. Она отграничивает клетку и обеспечивает сохранение существующих различий между клеточным содержимым и окружающей средой. Мембрана служит высокоизбирательным «входным» селективным фильтром и отвечает за активный транспорт веществ в клетку и из нее. Цитоплазматическую мембрану растительной клетки обычно называют плазмалеммой. Как и любая биологическая мембрана, она представляет собой липидный бислой с большим количеством белков. Основу липидного бислоя составляют фосфолипиды. Помимо них в состав липидного слоя входят гликолипиды и стерины. Липиды достаточно активно перемещаются в пределах своего монослоя, но возможны и их переходы из одного монослоя в другой. Такой переход, называемый «флип-флоп» (от англ. flip-flop), осуществляется ферментом флипазой. Кроме липидов и белков в плазмалемме присутствуют углеводы. Соотношение липидов, белков и углеводов в плазматической мембране растительной клетки составляет приблизительно 40:40: 20. Мембранные белки связаны с липидным бислоем различными способами. Первоначально белки мембран разделяли на два основных типа: периферийные и интегральные. Периферийные белки ассоциированы с мембраной за счет присоединения к интегральным белкам или липидному бислою слабыми связями: водородными, электростатическими, солевыми мостиками. Они в основном растворимы в воде и легко отделяются от мембраны без ее разрушения. Некоторые периферийные белки обеспечивают связь между мембранами и цитоскелетом. Интегральные белки мембран нерастворимы в воде.
Мембраны, виды, состав и функции. Мембраны - клеточные структуры липопротеиновой природы, отделяют клеточное содержимое от внешней среды, регулируют обмен м/у клеткой и средой, делят протопласт на отсеки, или компартменты, предназначенные для тех или иных специализированных метаболических путей. Некоторые хим. реакции, в частности световые реакции фотосинтеза в хлоропластах или окислительное фосфорилирование при дыхании в митохондриях, протекают на самих мембранах. На мембранах располагаются+ и рецепторные участки для распознания внешних стимулов (гормонов или других хим. в-в), поступающих из окр. среды или из другой части самого организма. Различают наружные ограничивающие мембраны, в том числе мембрану протоплазмы (плазмалемму), вакуоли (тоноплат), ядра, митохондрий, пластид, лизосом и субъединиц диктиосом, а также внутренние мембраны цитоплазмы (ЭДС), митохондрий и пластид. Мембраны обладают след. св-ми : подвижностью, текучестью, способностью замыкаться, полупроницаемостью в зависимости от тургорного давления. Общие функции мембран: барьерная, избирательная проницаемость для ионов и метаболитов, место локализации интегральных белков. Специфические функции: ближний транспорт по симпласту, фотосинтетическое фосфорилирование, окислительное фосфорилирование, место локализации редокс-системы, рецепторная. Хим. состав : белки, липиды, вода, полисахариды, кальций.
Свойства мембран . Мембраны - структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях. Важнейшим свойством мембраны является также избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Функции биологических мембран следующие: Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот. Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сит-налов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.). Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов). Участвуют в преобразовании энергии.
5-структура и функции эндоплазматической сети. Эндоплазмат ическая сеть, Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) - сложная система каналов, окруженных мембранами (6-7 нм), пронизывающая всю толщу цитоплазмы. Каналы имеют расширения - цистерны, которые могут обособляться в крупные пузырьки и сливаться в вакуоли. Каналы и цистерны ЭПР заполнены электронно-прозрачной жидкостью, содержащей растворимые белки и другие соединения. К мембране ЭПР могут быть прикреплены рибосомы. Благодаря этому поверхность мембран становится шероховатой. Такие мембраны носят название гранулярных, в отличие от гладких - агранулярных. Мембраны ЭПР связаны с мембраной ядра. Имеются данные, что эндоплазматический ретикулум возникает благодаря выростам, образующимся на наружной ядерной мембране. С другой стороны ядерная оболочка воссоздается из пузырьков ЭПР на стадии телофазы.Физиологическое значение эндоплазматического ретикулума многообразно. Мембраны ЭПР разделяют клетку на отдельные отсеки (компартменты) и тем клетке по всей цитоплазме. Аппарат Гольджи имеет два конца, два полюса: на одном полюсе, формирующем, образуются новые цистерны, на втором полюсе, секретирующем, происходит образование пузырьков. И тот, и другой процесс происходят непрерывно: по мере того как одна цистерна образует пузырьки и, таким образом, расформировывается, ее место занимает другая цистерна. Расстояние между отдельными цистернами постоянно (20-25 нм). Одна из основных функций аппарата Гольджи - это накопление и секреция веществ и, прежде всего углеводов, что проявляется в его участии в формировании клеточной оболочки и плазмалеммы. Одновременно цистерны аппарата Гольджи, по-видимому, могут служить для удаления некоторых веществ, выработанных клеткой.
6 - Вакуоли - крупные мембранные пузырьки или полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком. Вакуоли образуются в клетках растений и грибов из пузыревидных расширений эндоплазматического ретикулума или из пузырьков комплекса Гольджи. В меристематических клетках растений вначале возникает много мелких вакуолей. Увеличиваясь, они сливаются в центральную вакуоль, которая занимает до 70-90% объема клетки и может быть пронизана тяжами цитоплазмы (рис. 1.12).
Рис. 1.12 . Вакуоль в растительной клетке: 1 - вакуоль; 2 - цитопяаз-матические тяжи; 3 - ядро; 4 - хлоропласты.
Содержимое вакуолей -клеточный сок. Он представляет собой водный раствор различных неорганических и органических веществ. Большинство из них являются продуктами метаболизма протопласта, которые могут появляться и исчезать в различные периоды жизни клетки. Химический состав и концентрация клеточного сока очень изменчивы и зависят от вида растений, органа, ткани и состояния клетки. В клеточном соке содержатся соли, сахара (прежде всего сахароза, глюкоза, фруктоза), органические кислоты (яблочная, лимонная, щавелевая, уксусная и др.), аминокислоты, белки. Эти вещества являются промежуточными продуктами метаболизма, временно выведенными из обмена веществ клетки в вакуоль. Они являются запасными веществами клетки.
Помимо запасных веществ, которые могут вторично использоваться в метаболизме, клеточный сок содержит фенолы, танины (дубильные вещества), алкалоиды, антоцианы, которые выводятся из обмена в вакуоль и таким путем изолируются от цитоплазмы.
Танины особенно часто встречаются в клеточном соке (а также в цитоплазме и оболочках) клеток листьев, коры, древесины, незрелых плодов и семенных оболочек. Алкалоиды присутствуют, например, в семенах кофе (кофеин), плодах мака (морфин) и белены (атропин), стеблях и листьях люпина (люпинин) и др. Считается, что танины с их вяжущим вкусом, алкалоиды и токсичные полифенолы выполняют защитную функцию: их ядовитый (чаще горький) вкус и неприятный запах отталкивают растительноядных животных, что предотвращает поедание этих растений.
В вакуолях также часто накапливаются конечные продукты жизнедеятельности клеток (отходы). Таким веществом для клеток растений является щавелевокислый кальций, который откладывается в вакуолях в виде кристаллов различной формы.
В клеточном соке многих растений содержатся пигменты, придающие клеточному соку разнообразную окраску. Пигменты и определяют окраску венчиков цветков, плодов, почек и листьев, а также корнеплодов некоторых растений (например, свеклы).
Клеточный сок некоторых растений содержит физиологически активные вещества - фитогормоны (регуляторы роста), фитонциды, ферменты. В последнем случае вакуоли действуют как лизосомы. После гибели клетки мембрана вакуоли теряет избирательную проницаемость, и ферменты, высвобождаясь из нее, вызывают автолиз клетки.
Функции вакуолей следующие:
Вакуоли играют главную роль в поглощении воды растительными клетками. Вода путем осмоса через ее мембрану поступает в вакуоль, клеточный сок которой является более концентрированным, чем цитоплазма, и оказывает давление на цитоплазму, а следовательно, и на оболочку клетки. В результате в клетке развивается тургорное давление, определяющее относительную жесткость растительных клеток и обусловливающее растяжение клеток во время их роста.
В запасающих тканях растений вместо одной центральной часто бывает несколько вакуолей, в которых скапливаются запасные питательные вещества (жиры, белки). Сократительные (пульсирующие) вакуоли служат для осмотической регуляции, прежде всего, у пресноводных простейших, так как в их клетки путем осмоса непрерывно поступает вода из окружающего гипотонического раствора (концентрация веществ в речной или озерной воде значительно ниже, чем концентрация веществ в клетках простейших). Сократительные вакуоли поглощают избыток воды и затем выводят ее наружу путем сокращений.
8 -Химический состав кл.стенки Клеточная стенка растительных клеток состоит, главным образом, из полисахаридов. Все компоненты, входящие в состав клеточной стенки, можно разделить на 4 группы: Структурные компоненты, представленные целлюлозой у большинства автотрофных растений. Компоненты матрикса, т. е. основного вещества, наполнителя оболочки - гемицеллюлозы, белки, липиды. Компоненты, инкрустирующие клеточную стенку, (т.е. откладывающиеся и выстилающие ее изнутри) - лигнин и суберин.
Компоненты, адкрустирующие стенку, т.е. откладывающиеся на ее поверхности, - кутин, воск. Основной структурный компонент оболочки - целлюлоза представлена неразветвленными полимерными молекулами, состоящими из 1000-11000 остатков - D глюкозы, соединенных между собой гликозидными связями. Наличие гликозидных связей создает возможность образования поперечных стивок. Благодаря этому, длинные и тонкие молекулы целлюлозы объединяются в элементарные фибриллы или мицеллы. Каждая мицелла состоит из 60-100 параллельно расположенных цепей целлюлозы. Мицеллы сотнями группируются в мицеллярные ряды и составляют микрофибриллы диаметром 10-15 нм. Целлюлоза обладает кристаллическими свойствами благодаря упорядоченному расположению мицелл в микрофибриллах. Микрофибриллы, в свою очередь перевиваются между собой как пряди в канате и объединяются в макрофибриллы. Макрофибриллы имеют толщину около 0,5 мкм. и могут достигать в длину 4мкм. Целлюлоза не обладает ни кислыми, ни щелочными свойствами. Структура клеточной стенки Клеточная стенка (оболочка) является неотъемлемым компонентом клеток растений и грибов и представляет собой продукт их жизнедеятельности. Она придает клеткам механическую прочность, защищает их содержимое от повреждений и избыточной потери воды, поддерживает форму клеток и их размер, а также препятствует разрыву клеток в гипотонической среде. Клеточная стенка участвует в поглощении и обмене различных ионов, т. е. является ионообменником. Через клеточную оболочку осуществляется транспорт веществ.В состав клеточной стенки входят структурные компоненты (целлюлоза у растений и хитин у грибов), компоненты матрикса (гемицеллюлоза, пектин, белки), инкрустирующие компоненты (лигнин, суберин) и вещества, откладывающиеся на поверхности оболочки (кутин и воск).
Функции клеточной стенки Клеточные стенки обеспечивают отдельным клеткам и растению в целом механическую прочность и опору. В некоторых тканях прочность усиливается благодаря интенсивной лигнификации (небольшое количество лигнина присутствует во всех клеточных стенках). Особо важную роль играет лигнификация клеточных стенок у древесных и кустарниковых пород. . Относительная жесткость клеточных стенок и сопротивление растяжению обусловливают тургесцентность клеток, когда в них осмотическим путем поступает вода. Это усиливает опорную функцию во всех растх и служит единственным источником опоры для травянистых растений и для таких органов, как листья, т. е. там, где отсутствует вторичный рост. Клеточные стенки также предохраняют клетки от разрыва в гипотонической среде.
Ориентация целлюлозных микрофибрилл ограничивает и в известной мере регулирует как рост, так и форму клеток, поскольку от расположения этих микрофибрилл зависит способность клеток к растяжению. Если, например, микрофибриллы располагаются поперек клетки, опоясывая ее как бы обручами, то клетка, в которую путем осмоса поступает вода, будет растягиваться в продольном направлении. Стенки клеток эндодермы корня пропитаны суберином и поэтому служат барьером на пути движения воды. У некоторых клеток их видоизмененные стенки хранят запасы питательных веществ; таким способом, например, запасаются гемицеллюлозы в некоторых семенах.
9-Общая характеристика класса растительных белков. Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды) - высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. Кроме того, аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс. Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров - полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют важную роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.Белки - важная часть питания животных и человека, поскольку в их организме не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть из них поступает с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются при биосинтезе белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.Определение аминокислотной последовательности первого белка - инсулина - методом секвенирования белков принесло Фредерику Сенгеру Нобелевскую премию по химии в 1958 году. Первые трёхмерные структуры белков гемоглобина и миоглобина были получены методом дифракции рентгеновских лучей, соответственно, Максом Перуцем и Джоном Кендрю в 1958 году, за что в 1962 году они получили Нобелевскую премию по химии.
Функции белков:
Так же как и другие биологические макромолекулы (полисахариды, липиды) и нуклеиновые кислоты, белки - необходимые компоненты всех живых организмов, они участвуют в большинстве жизненных процессов клетки. Белки осуществляют обмен веществ и энергетические превращения. Белки входят в состав клеточных структур - органелл, секретируются во внеклеточное пространство для обмена сигналами между клетками, гидролиза пищи и образования межклеточного вещества. Многие функции белки выполняют благодаря своей ферментативной активности. Так, ферментами являются двигательный белок миозин, регуляторные белки протеинкиназы, транспортный белок натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза и др. Каталитическая функция Наиболее хорошо известная роль белков в организме - катализ различных химических реакций. Ферменты - группа белков, обладающая специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций. Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм), а также репликации и репарации ДНК и матричного синтеза РНК. Известно несколько тысяч ферментов; среди них такие, как, например, пепсин, расщепляют белки в процессе пищеварения. В процесс посттрансляционной модификации некоторые ферменты добавляют или удаляют химические группы на других белках. Известно около 4000 реакций, катализируемых белками. Ускорение реакции в результате ферментативного катализа иногда огромно: например, реакция, катализируемая ферментом оротат-карбоксилазой, протекает в 1017 быстрее некатализируемой (78 миллионов лет без фермента, 18 миллисекунд с участием фермента). Молекулы, которые присоединяются к ферменту и изменяются в результате реакции, называются субстратами. Хотя ферменты обычно состоят из сотен аминокислот, только небольшая часть из них взаимодействует с субстратом, и ещё меньшее количество - в среднем 3-4 аминокислоты, часто расположенные далеко друг от друга в первичной аминокислотной последовательности - напрямую участвуют в катализе. Часть фермента, которая присоединяет субстрат и содержит каталитические аминокислоты, называется активным центром фермента.
Структурная функция Структурные белки цитоскелета, как своего рода арматура, придают форму клеткам и многим органоидам и участвуют в изменении формы клеток. Большинство структурных белков являются филаментозными белками: например, мономеры актина и тубулина - это глобулярные, растворимые белки, но после полимеризации они формируют длинные нити, из которых состоит цитоскелет, позволяющий клетке поддерживать форму. Коллаген и эластин - основные компоненты межклеточного вещества соединительной ткани (например, хряща), а из другого структурного белка кератина состоят волосы, ногти, перья птиц и некоторые раковины.
Защитная функция Существуют несколько видов защитных функций белков:
Физическая защита . В ней принимает участие коллаген - белок, образующий основу межклеточного вещества соединительных тканей (в том числе костей, хряща, сухожилий и глубоких слоев кожи)дермы); кератин, составляющий основу роговых щитков, волос, перьев, рогов и др. производных эпидермиса. Обычно такие белки рассматривают как белки со структурной функцией. Примерами этой группы белков служат фибриногены и тромбины, участвующие в свёртывании крови.
Химическая защита . Связывание токсинов белковыми молекулами может обеспечивать их детоксикацию. Иммунная защита . Белки, входящие в состав крови и других биологических жидкостей, участвуют в защитном ответе организма как на повреждение, так и на атаку патогенов. Белки системы комплемента и антитела (иммуноглобулины) относятся к белкам второй группы; они нейтрализуют бактерии, вирусы или чужеродные белки. Антитела, входящие в состав адаптативной иммунной системы, присоединяются к чужеродным для данного организма веществам, антигенам, и тем самым нейтрализуют их, направляя к местам уничтожения. Антитела могут секретироваться в межклеточное пространство или закрепляться в мембранах специализированных В-лимфоцитов, которые называются плазмоцитами. В то время как ферменты имеют ограниченное сродство к субстрату, поскольку слишком сильное присоединение к субстрату может мешать протеканию катализируемой реакции, стойкость присоединения антител к антигену ничем не ограничена.
Регуляторная функция Многие процессы внутри клеток регулируются белковыми молекулами, которые не служат ни источником энергии, ни строительным материалом для клетки. Эти белки регулируют транскрипцию, трансляцию, сплайсинг, а также активность других белков и др. Регуляторную функцию белки осуществляют либо за счёт ферментативной активности (например, протеинкиназы), либо за счёт специфического связывания с другими молекулами, как правило, влияющего на взаимодействие с этими молекулами ферментов. Так, транскрипция генов определяется присоединением факторов транскрипции - белков-активаторов и белков-репрессоров к регуляторным последовательностям генов. На уровне трансляции считывание многих мРНК также регулируется присоединением белковых факторов, а деградация РНК и белков также проводится специализированными белковыми комплексами. Важнейшую роль в регуляции внутриклеточных процессов играют протеинкиназы - ферменты, которые активируют или подавляют активность других белков путём присоединения к ним фосфатных групп.
Сигнальная функция Сигнальная функция белков - способность белков служить сигнальными веществами, передавая сигналы между клетками, тканями, о́рганами и разными организмами. Часто сигнальную функцию объединяют с регуляторной, так как многие внутриклеточные регуляторные белки тоже осуществляют передачу сигналов. Сигнальную функцию выполняют белки-гормоны, цитокины, факторы роста и др. Клетки взаимодействуют друг с другом с помощью сигнальных белков, передаваемых через межклеточное вещество. К таким белкам относятся, например, цитокины и факторы роста. Цитокины - небольшие пептидные информационные молекулы. Они регулируют взаимодействия между клетками, определяют их выживаемость, стимулируют или подавляют рост, дифференцировку, функциональную активность и апоптоз, обеспечивают согласованность действий иммунной, эндокринной и нервной систем. Примером цитокинов может служить фактор некроза опухоли, который передаёт сигналы воспаления между клетками организма.
Транспортная функция Растворимые белки, участвующие в транспорте малых молекул, должны иметь высокое сродство (аффинность) к субстрату, когда он присутствует в высокой концентрации, и легко его высвобождать в местах низкой концентрации субстрата. Примером транспортных белков можно назвать гемоглобин, который переносит кислород из лёгких к остальным тканям и углекислый газ от тканей к лёгким, а также гомологичные ему белки, найденные во всех царствах живых организмов. Некоторые мембранные белки участвуют в транспорте малых молекул через мембрану клетки, изменяя её проницаемость. Липидный компонент мембраны водонепроницаем (гидрофобен), что предотвращает диффузию полярных или заряженных (ионы) молекул. Мембранные транспортные белки принято подразделять на белки-каналы и белки-переносчики. Белки-каналы содержат внутренние, заполненные водой поры, которые позволяют ионам (через ионные каналы) или молекулам воды (через белки-аквапорины) перемещаться через мембрану. Многие ионные каналы специализируются на транспорте только одного иона; так, калиевые и натриевые каналы часто различают эти сходные ионы и пропускают только один из них. Белки-переносчики связывают, подобно ферментам, каждую переносимую молекулу или ион и, в отличие от каналов, могут осуществлять активный транспорт с использованием энергии АТФ. «Электростанция клетки» - АТФ-синтаза, которая осуществляет синтез АТФ за счёт протонного градиента, также может быть отнесена к мембранным транспортным белкам.Запасная (резервная) функция белков К таким белкам относятся так называемые резервные белки, которые запасаются в качестве источника энергии и вещества в семенах растений и яйцеклетках животных; белки третичных оболочек яйца (овальбумины) и основной белок молока (казеин) также выполняют, главным образом, питательную функцию. Ряд других белков используется в организме в качестве источника аминокислот, которые в свою очередь являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процессы метаболизма.Рецепторная функция Белковые рецепторы могут как находиться в цитоплазме, так и встраиваться в клеточную мембрану. Одна часть молекулы рецептора воспринимает сигнал, которым чаще всего служит химическое вещество, а в некоторых случаях - свет, механическое воздействие (например, растяжение) и другие стимулы. При воздействии сигнала на определённый участок молекулы белок-рецептор происходят её конформационные изменения. В результате меняется конформация другой части молекулы, осуществляющей передачу сигнала на другие клеточные компоненты. Существует несколько механизмов передачи сигнала. Некоторые рецепторы катализируют определённую химическую реакцию; другие служат ионными каналами, которые при действии сигнала открываются или закрываются; третьи специфически связывают внутриклеточные молекулы-посредники. У мембранных рецепторов часть молекулы, связывающаяся с сигнальной молекулой, находится на поверхности клетки, а домен, передающий сигнал, внутри.Моторная (двигательная) функция Целый класс моторных белков обеспечивает движения организма (например, сокращение мышц, в том числе локомоцию (миозин), перемещение клеток внутри организма (например, амебоидное движение лейкоцитов), движение ресничек и жгутиков, а также активный и направленный внутриклеточный транспорт (кинезин, динеин). Динеины и кинезины проводят транспортировку молекул вдоль микротрубочек с использованием гидролиза АТФ в качестве источника энергии. Динеины переносят молекулы и органоиды из периферических частей клетки по направлению к центросоме, кинезины в противоположном направлении. Динеины также отвечают за движение ресничек и жгутиков эукариот. Цитоплазматические варианты миозина могут принимать участие в транспорте молекул и органоидов по микрофиламентам.
. Стуктуры белковой молекулы. Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот (которые являются мономерами) и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот (правда, модификации происходят уже после синтеза белка на рибосоме). Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки всего из 5 аминокислот оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислот (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10130 вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации - белками, хотя это деление весьма условно.При образовании белка в результате взаимодействия α-аминогруппы (-NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (-COOH) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют C- и N-концом (в зависимости от того, какая из групп концевой аминокислоты свободна: -COOH или -NH2, соответственно). При синтезе белка на рибосоме новые аминокислоты присоединяются к C-концу, поэтому название пептида или белка даётся путём перечисления аминокислотных остатков начиная с N-конца.Последовательность аминокислот в белке соответствует информации, содержащейся в гене данного белка. Эта информация представлена в виде последовательности нуклеотидов, причём одной аминокислоте соответствует в ДНК последовательность из трёх нуклеотидов - так называемый триплет или кодон. То, какая аминокислота соответствует данному кодону в мРНК, определяется генетическим кодом, который может несколько отличаться у разных организмов. Синтез белков на рибосомах происходит, как правило, из 20 аминокислот, называемых стандартными. Триплетов, которыми закодированы аминокислоты в ДНК, у разных организмов от 61 до 63 (то есть от числа возможных триплетов (4³ = 64), вычтено число стоп-кодонов (1-3)). Поэтому появляется возможность, что большинство аминокислот может быть закодировано разными триплетами. То есть, генетический код может является избыточным или, иначе, вырожденным. Это было окончательно доказано в эксперименте при анализе мутаций. Генетический код, кодирующий различные аминокислоты имеет разную степень вырожденности (кодируются от 1 до 6 кодонами), это зависит от частоты встречаемости данной аминокислоты в белках, за исключением аргинина. Часто основание в третьем положении оказывается несущественным для специфичности, то есть одна аминокислота может быть представлена четырьмя кодонами, различающимися только третьим основанием. Иногда различие состоит в предпочтении пурина пиримидину. Это называют вырожденностью третьего основания.
9-Классификация и характеристика углеводов В химическом плане углеводы можно определить как альдегидные или кетонные производные полиатомных спиртов или как соединения, при гидролизе которых образуются эти производные. Моносахариды – углеводы, которые не могут быть гидролизованы до более простых форм. Их можно подразделить на триозы, тетрозы, петнозы, гексозы, гептозы и октозы в зависимости от числа содержащихся в их молекуле атома углерода; их можно также разделить на альдозы и кетозы в зависимости от присутствия альдегидной или кетоновой группы. Из гексоз наиболее важное значение имеют глюкоза, галактоза, фруктоза и манноза.Гликозиды – соединения, образующиеся путем конденсации моносахарида с гидроксильной группой другого соединения, которым может быть другой моносахарид или вещество неуглеводной природы. Гликозиды найдены в составе многих лекарств и пряностей, они являются также компонентами животных тканей. Сердечные гликозиды обнаружены во многих растх и влияют на работу сердечной мышцы. Дисахариды при гидролизе дают две молекулы моносахарида (одинаковых или различных). Примером служит сахароза, лактоза или мальтоза. Олигосахариды при гидролизе дают 3-6 моносахаридов. Физиологически важными дисахаридами являются мальтоза, сахароза, лактоза и трегалоза. Полисахариды дают при гидролизе более 6 молекул моносахаридов. Они могут быть линейными или разветвленными. Примерами служат крахмал и декстрины.
10-Общая характеристика класса липидов растении. Липиды- разнообразные по структуре соединения, характеризующиеся почти полным отсутствием полярных групп в строении молекулы. В связи с этим липиды растворимы в неполярных жидкостях (эфир, хлороформ). В агрономии все в-ва, растворимые в этих растворителях, получили название «сырого жира». Характерной особенностью липидов явл. высокое содержание в молекулах гидрофобных радикалов и групп, что делает их нерастворимыми в воде. Все липиды могут быть разделены на две группы: жиры и жироподобные в-ва, или липоиды. К жироподобным в-вам относят фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды, стероиды (играют опред. роль в структуре клеточных мембран, являются витаминами группы D), воски(защищают), кутин и суберин, растворимые в жирах пигменты (хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины). Обладают гидрофобными сво-ми. Растворимы в бензине, бензоле, хлороформе, эфирах, ацетоне. Участвуют в адсорбции, откладываются в запас, защитные функции (предохраняют от обезвоживания).
Существование неклеточной формы жизни - вирусов - не только не противоречит, но и подтверждает первый постулат клеточной теории. А постулат "клетка от клетки" заставляет задуматься о происхождении первой клетки.
Если вы не знаете, прав ли был Рудольф Вирхоф и почему в биологии исключения подтверждают правило, прочитайте раздел Клеточная теория.
Инструкция выполнения задания.
???
Обоснуйте свой выбор и разместите аргументы в комментариях.
При выполнении задания Вы можете воспользоваться информационным материалом, расположенным далее.
Критерии оценки выполнения задания:
1. Логичнось рассуждений.
2. Точность и лаконичность аргументов.
3. Умение ориентироваться
Клетка - элементарная единица жизни
Представление о клетке как самостоятельной единице жизнедеятельности было сформулировано еще Т. Шванном и поддержано Р. Вирховым. Характеристика клетки как элементарной единицы живого может быть раскрыта, если мы определим, что такое жизнь. Жизнь есть высшая форма существования материи. Живые объекты отличаются от неживых обменом веществ, способностью к росту и размножению, они обладают способностью активно регулировать свой состав и функции, различными формами движения, раздражимостью и приспособляемостью к среде. Основные законы жизни были сформулированы Ч. Дарвиным в завершающей части его книги «Происхождение видов»: «Эти законы, в самом широком смысле - Рост и Воспроизведение, Наследственность, почти необходимо вытекающая из воспроизведения, Изменчивость, зависящая от прямого или косвенного действия жизненных условий». Эти законы жизни реализуются только на клеточном уровне. Отдельные компоненты клетки могут обладать только отдельными свойствами жизни.
Например, выделенные рибосомы в присутствии необходимых веществ могут синтезировать белок in vitro, в пробирке. Вне клетки могут работать многие ферменты, участвующие в процессах синтеза и распада сложных биомолекул. Однако, в совокупности, в полном объеме законы жизни работают только в клетке, и только клетка отвечает определению «живое».
Что же такое сама клетка?
Среди живых организмов существуют два типа клеток. Это клетки эукариотические и прокариотические . Эукариотические клетки по определению и в отличие от прокариотических имеют ядро. Однако это не единственное отличие: обычный линейный размер клеток прокариот 1-10 мкм, эукариот -10-100 мкм. Метаболизм прокариот как анаэробный, так и аэробный, эукариот - аэробный. Органоиды у прокариот немногочисленны или отсутствуют, мембранных органоидов - нет. ДНК прокариот кольцевая, располагается в цитоплазме, ДНК эукариот - линейная, организована в хромосомы, расположена в ядре. Цитоплазма прокариот не имеет цитоскелета, движения цитоплазмы, экзо- и эндоцитоза. Деление прокариотической клетки - бинарное, пополам, эукариотической - митоз или мейоз. Наконец, прокариотические организмы - одноклеточные, а эукариотические - преимущественно многоклеточные, с клеточной дифференциацией.
Прокариотические организмы, по всей вероятности, близки с самыми ранними клетками-прародительницами. Несмотря на сравнительную простоту строения, они очень разнообразны в биохимическом отношении.
У бактерий, например, обнаруживаются все основные метаболические пути, включая процесс получения энергии. Многие из них способны синтезировать все необходимые вещества из нескольких простых соединений. Они успешно адаптировались к разнообразным условиям среды. Около 1,5 млрд лет назад произошел переход от прокариот к большим по размеру и значительно более сложно устроенным эукариотическим клеткам, которые сумели обеспечить развитие многоклеточности и эволюцию многоклеточных организмов.
Несмотря на многочисленные и четкие отличия, прокариотические и эукариотические клетки имеют много общего. Это позволяет отнести их к единой, клеточной организации живого и подтвердить первый постулат клеточной теории.
Гомологичность клеток
Гомология
- соответствие, сходство органов по основным, коренным свойствам, когда они имеют единый план строения и развиваются из одинаковых зачатков, но при этом могут иметь как морфологические, так и функциональные различия.
Так, гомологичными являются рука человека, крыло птицы и ласт кита.
Гомологичны луковицы тюльпана и клубень картофеля и то, и другое - видоизмененные побеги. При всем разнообразии подобны друг другу и едины по происхождению и клетки разных тканей и организмов, как животных, так и грибных и растительных.
Природа создала неисчислимое множество разнообразных организмов, ухитрившись построить их из одного и того же набора материалов и стандартных деталей на основе нескольких оптимальных принципов.
Живая клетка состоит из ограниченного набора химических элементов. Шесть из них - углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера - составляют 90 % ее общей массы. Соединение, которое в наибольшем количестве содержат все живые клетки - это вода, на ее долю приходится около 70% массы клетки, большинство внутриклеточных реакций протекает в водной среде.
Все клетки используют всего лишь четыре основных типа молекул - это простые сахара, жирные кислоты, аминокислоты и нуклеотиды. Из малых молекул строятся макромолекулы - полисахариды, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Все клетки используют в качестве наследственного материала ДНК и имеют единый генетический код.
В прокариотических и эукариотических клетках протекают сходные процессы, обеспечивающие транспорт веществ в клетку и из нее, синтез белка и ДНК, энергетику клетки. При всем разнообразии прокариотических и эукариотических клеток они обнаруживают единый генетический код и удивительное сходство в строении, объясняемое сходством общеклеточных функций.
Все эукариотические клетки и растительные, и животные, и грибные имеют хорошо развитую систему внутренних мембран, которые делят внутреннее пространство клеток на отделы - компартменты, Они содержат стандартный набор клеточных органоидов - ядро, ЭПС, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии.
Все это свидетельствует о гомологичности клеток, живущих на Земле организмов, и общности их происхождения. Гомологичностью клеток объясняется и явление тотипотентности или потенциальной возможности развития клетки в разных направлениях, из которых в действительности реализуется только одно.
На этом свойстве основывается вегетативное размножение, строятся биотехнологические схемы клонирования растений и животных, когда из соматической клетки можно вырастить полноценный живой организм со всеми органами.
Клетка от клетки
Это положение клеточной теории было сформулировано Рудольфом Вирховым и стало биологическим законом. Р. Вирхов - основатель современной патологической анатомии и теории целлюлярной патологии. Окончил медицинский факультет Берлинского университета, позднее возглавлял там специально учрежденную для него кафедру патологической анатомии. Считал, что любой патологический процесс является суммой нарушений, происходящих в клетке.
Классический пример клеточной обусловленности развития болезни - сахарный диабет. Его причина - нарушение работы лишь одной группы клеток в поджелудочной железе - островков Лангерганса. Кроме того, Вирхов дал патолого-анатомическую характеристику и объяснил механизм развития многих заболеваний человека (опухоли, туберкулез, воспаления, восстановление тканей).
При выполнении этих исследований наблюдал процессы образования клеток. Путей образования несколько. Деление прокариотических клеток является бинарным. Это означает, что клетка делится надвое перегородкой, без участия какого-либо специального аппарата.
Эукариотические клетки обычно формируют особый аппарат деления клетки - клеточное веретено, с помощью которого происходит точное распределение ранее удвоившихся хромосом по двум дочерним клеткам во время митоза или образуются половые клетки во время мейоза.
Возможно деление эукариотических клеток и без участия аппарата деления. Это так называемое прямое деление или амитоз. Амитоз встречается в клетках, образующих кратковременно функционирующие, а затем дегенерирующие ткани (эпителий), запасающие ткани (крахмалоносные клетки клубня картофеля, эндосперм, перисперм), в патологически измененных клетках.
Амитоз - это деление клетки перед смертью, при этом делении не происходит равное и точное распределение генетического материала между дочерними клетками. В любом случае нет иного пути образования новых клеток, как только путем деления.
Клетка и многоклеточный организм
Вопрос о связях и отношениях клеток внутри организма возник с момента создания клеточной теории. Т. Шванн придавал большое значение решению этого вопроса. Он высказал свои представления об организации многоклеточных организмов, носившие механистический характер.
Он считал, что организм представляет собой сумму жизнедеятельности клеток. Это утверждение не выдерживало никакой критики, и уже Вирхов расширил представления Шванна, предложив теорию организма как клеточного государства. Он распространил свои представления о социальном устройстве общества на биологическую систему. Лишь в середине 20 в. сложилось представление о взаимоотношениях клеток в многоклеточном организме.
Было показано, что такие организмы представляют собой сложные системы клеток, объединенные в ткани и органы, связь между тканями и органами осуществляется в различных формах. В процессе индивидуального и исторического развития возникновение многоклеточности неизбежно приводит к интеграции клеток.
Интеграция клеток - это образование клеточных комплексов, в пределах которых клетки специализируются на выполнении узко ограниченной работы и действуют как единое целое, как единая система.
В этой системе (первого порядка) сильны межклеточные контакты. На этом этапе интеграции они играют первостепенную роль. В такой системе появляются новые свойства, как эффект взаимодействия клеток. Эти новые свойства, отсутствующие у отдельных клеток и возникающие в их системе, называются эмерджентными (от лат.emergo - возникаю, появляюсь).
Так, легочный пузырек уже способен осуществлять газообмен, в почечном клубочке происходит очистка крови от шлаков. В ряде случае интеграция носит временный характер, например, при взаимодействии лимфоцитов и макрофагов происходит образование фагоцитарных и восстановительных свойств. Системы клеток первого порядка объединяются в ткани - системы второго порядка. Ткани формируют органы.
На каждой новой ступени возникают новые эмерджентные свойства систем, не вытекающие из свойств одной отдельно взятой клетки. Например, способность чувствовать длину дня присуща только растению в целом, этим свойством не обладают отдельные клетки, ткани и даже срезанные растения. Считается, что и свойство засухоустойчивости не имеет выражения на клеточном уровне и проявляется только на тканевом.
Биологические системы особенно сильны своими эмерджентными свойствами. Особенно сильны эмерджентные эффекты на уровне сознания и мышления. Кроме появления эмерджентных свойств, усложняются связи между системами, на помощь межклеточным контактам приходят гуморальные и нервные связи.
Таким образом, клетка в многоклеточном организме всегда должна рассматриваться с двух сторон - как морфологическая и физиологическая единица с одной стороны, и как интегрированная часть целого - с другой.
Клетку следует рассматривать в той системе, в которую она включена, следует учитывать новые качественные изменения, возникающие в интегрированной системе.