Основните характеристики на живите организми Живите организми имат редица характеристики, които липсват в повечето неживи системи, но сред тези характеристики няма нито една, която да е присъща само

Всички живи организми са изградени от клетки. Всички еукариотни клетки имат подобен набор от органели, подобно регулират метаболизма, съхраняват и изразходват енергия, подобно на прокариотите, които използват генетичния код за синтез на протеини. При еукариотите и прокариотите клетъчната мембрана функционира по фундаментално подобен начин. Общите признаци на клетките свидетелстват за единството на техния произход.

1. Клетъчен строеж на гъби и растения. Признаци за сходство в структурата на тези клетки: наличието на ядро, цитоплазма, клетъчна мембрана, митохондрии, рибозоми, комплекс Голджи и др. Признаците за сходство са доказателство за връзката на растенията и гъбите. Разлики: само растителните клетки имат твърда обвивка от влакна, пластиди, вакуоли с клетъчен сок.

2. Функции на клетъчните структури. Функции на черупката и клетъчната мембрана: защита на клетката, навлизането на определени вещества в нея от околната среда и освобождаването на други. Черупката изпълнява функцията на скелета (постоянна форма на клетката). Местоположението на цитоплазмата между клетъчната мембрана и ядрото и в цитоплазмата на всички органели на клетката. Функциите на цитоплазмата: връзката между ядрото и органелите на клетката, осъществяването на всички процеси на клетъчния метаболизъм (с изключение на синтеза на нуклеинови киселини), местоположението в ядрото на хромозомите, които съхраняват наследствена информация за характеристиките на тялото, прехвърлянето на хромозоми от родителите към потомството в резултат на клетъчното делене. Ролята на ядрото в контролирането на клетъчния протеинов синтез и всички физиологични процеси. Окисляване в митохондриите на органични вещества с кислород с освобождаване на енергия. Синтез на протеинови молекули в рибозоми. Наличието на хлоропласти (пластиди) в растителните клетки, образуването на органични вещества в тях от неорганични вещества с помощта на слънчева енергия (фотосинтеза).

Растителната клетка има всички органели, които са характерни и за животинската клетка: ядро, ендоплазмен ретикулум, рибозоми, митохондрии, апарат на Голджи. В същото време тя има значителни структурни особености.Растителната клетка се различава от животинската клетка по следните характеристики: силна клетъчна стена със значителна дебелина; специални органели - пластиди, в които се извършва първичният синтез на органични вещества от минерали поради светлинна енергия; развита мрежа от вакуоли, която до голяма степен определя осмотичните свойства на клетките.

Растителната клетка, подобно на гъбичната клетка, е заобиколена от цитоплазмена мембрана, но в допълнение към нея е ограничена от дебела клетъчна стена, състояща се от целулоза, която животните нямат. Клетъчната стена има пори, през които каналите на ендоплазмения ретикулум на съседни клетки комуникират помежду си.

Преобладаването на синтетичните процеси над процесите на освобождаване на енергия е една от най-характерните особености на метаболизма на растителните организми. Първичният синтез на въглехидрати от неорганични вещества се извършва в пластидите. Има три вида пластиди: 1) левкопласти - безцветни пластиди, в които нишестето се синтезира от монозахариди и дизахариди (има левкопласти, които съхраняват протеини и мазнини); 2) хлоропласти, включително пигмента хлорофил, където се извършва фотосинтезата; 3) хромопласти, съдържащи различни пигменти, които причиняват яркия цвят на цветята и плодовете.

Пластидите могат да преминават един в друг. Те съдържат ДНК и РНК и се размножават чрез разделяне на две. Вакуолите се развиват от цистерните на ендоплазмения ретикулум, съдържат разтворени протеини, въглехидрати, продукти на нискомолекулен синтез, витамини, различни соли и са заобиколени от мембрана. Осмотичното налягане, създадено от веществата, разтворени във вакуоларния сок, води до факта, че водата навлиза в клетката и се създава тургор - напрежението на клетъчната стена. Тургорът и дебелите еластични мембрани на клетките определят устойчивостта на растенията към статични и динамични натоварвания.

Гъбичните клетки имат клетъчна стена, изградена от хитин. Резервното хранително вещество най-често е полизахаридът гликоген (както при животните). Гъбите не съдържат хлорофил.

Гъбите, за разлика от растенията, се нуждаят от готови органични съединения (като животните), тоест по начина, по който се хранят, те са хетеротрофи; характеризират се с осмотрофен тип хранене. За гъбите са възможни три вида хетеротрофно хранене:

2. Гъби - сапрофитите се хранят с органични вещества от мъртви организми.

3. Гъби - симбионтите получават органични вещества от висшите растения, като в замяна им дават воден разтвор на минерални соли, тоест действат като коренни косми.

Гъбите (като растенията) растат през целия си живот.

Едно от основните екологични понятия е местообитанието. Под среда на животразбират комплекса от условия на околната среда, които влияят на тялото. Понятието местообитание включва елементи, които пряко или косвено засягат тялото - те се наричат фактори на околната среда.Има три групи фактори на околната среда: абиотични, биотични и антропогенни. Тези фактори влияят на организма в различни посоки: водят до появата на адаптивни промени, ограничават разпространението на организми в околната среда и показват промени в други фактори на околната среда.

ДА СЕ абиотични фактори включват фактори от неживата природа: светлина, температура, влажност, химичен състав на водата и почвата, атмосфера и др.

. слънчева светлина- основният източник на енергия за живите организми. Биологичният ефект на слънчевата светлина зависи от нейните характеристики: спектрален състав, интензивност, дневна и сезонна периодичност.

UV частспектър има висока фотохимична активност: в тялото на животните той участва в синтеза на витамин D, тези лъчи се възприемат от органите на зрението на насекомите.

Видимата част от спектъра осигурява (червени и сини лъчи) процеса на фотосинтеза, яркия цвят на цветята (привличане на опрашители). При животните видимата светлина участва в пространствената ориентация.

инфрачервени лъчи- източник на топлинна енергия. Топлината е важна за терморегулацията на хладнокръвните животни (безгръбначни и нисши гръбначни). В растенията инфрачервеното лъчение влияе върху усилването на транспирацията, което допринася за усвояването на въглероден диоксид и движението на водата през растителното тяло.

Растенията и животните реагират на съотношението между продължителността на периода на светлина и тъмнина през деня или сезона. Това явление се нарича фотопериодизъм.

Фотопериодизмът регулира ежедневните и сезонните ритми на живот на организмите, а също така е климатичен фактор, който определя жизнените цикли на много видове.

При растенията фотопериодизмът се проявява в синхронизирането на периода на цъфтеж и узряване на плодовете с периода на най-активната фотосинтеза; при животните - при съвпадение на размножителния период с изобилие от храна, при миграции на птици, смяна на козината при бозайниците, изпадане в зимен сън, промени в поведението и др.

температуравлияе пряко върху скоростта на биохимичните реакции в телата на живите организми, които протичат в определени граници. Температурните граници, в които обикновено живеят организмите, са от 0 до 50 °C. Но някои бактерии и водорасли могат да живеят в горещи извори при температура 85-87°C. Високите температури (до 80 ° C) се понасят от някои едноклетъчни почвени водорасли, люспести лишеи и семена от растения. Има животни и растения, които издържат на въздействието на много ниски температури – до пълно замръзване.

Повечето от животните са студенокръвни (пойкилотермни) организми- телесната им температура зависи от температурата на околната среда. Това са всички видове безгръбначни и значителна част от гръбначните (риби, земноводни, влечуги).

Птици и бозайници - топлокръвни (хомеотермични) животни.Тяхната телесна температура е относително постоянна и до голяма степен зависи от метаболизма на самия организъм. Също така тези животни развиват адаптации, които им позволяват да задържат телесната топлина (коса, гъсто оперение, дебел слой подкожна мастна тъкан и др.).

В по-голямата част от територията на Земята температурата има ясно изразени дневни и сезонни колебания, което определя определени биологични ритми на организмите. Температурният фактор влияе и върху вертикалната зоналност на фауната и флората.

вода- основният компонент на цитоплазмата на клетките, е един от най-важните фактори, влияещи върху разпространението на земните живи организми. Липсата на вода води до редица адаптации при растенията и животните.

Устойчивите на суша растения имат дълбока коренова система, по-малки клетки и повишена концентрация на клетъчен сок. Изпарението на водата се намалява в резултат на намаляване на листата, образуване на дебела кутикула или восъчно покритие и др. Много растения могат да абсорбират влагата от въздуха (лишеи, епифити, кактуси). Редица растения имат много кратък вегетационен период (докато има влага в почвата) - лалета, перушина и др. В сухо време те са в покой под формата на подземни издънки - луковици или коренища.

При сухоземните членестоноги се образуват плътни обвивки, които предотвратяват изпарението, метаболизмът се променя - отделят се неразтворими продукти (пикочна киселина, гуанин). Много жители на пустини и степи (костенурки, змии) спят зимен сън по време на суша. Редица животни (насекоми, камили) използват за цял живот метаболитна вода, която се получава при разграждането на мазнините. Много животински видове компенсират липсата на вода, като я поемат при пиене или с храната (земноводни, птици, бозайници).

Използвайки знания за хранителните норми и енергийните разходи на човека (комбинация от продукти от растителен и животински произход, норми и диета и др.), Обяснете защо хората, които ядат много въглехидрати с храна, бързо наддават на тегло.

В човешкото тяло непрекъснато се извършва обмен на вода, сол, протеини, мазнини и въглехидрати. Енергийните запаси непрекъснато намаляват в хода на живота на тялото и се попълват чрез храната. Съотношението на количеството енергия, получено с храната, и енергията, изразходвана от тялото, се нарича енергиен баланс. Количеството консумирана храна трябва да съответства на енергийните разходи на човек. За да се съставят хранителни стандарти, е необходимо да се вземе предвид енергийният резерв в хранителните вещества, тяхната енергийна стойност. Човешкото тяло не е в състояние да синтезира витамини и трябва да ги получава ежедневно от храната.

Германският учен Макс Рубнер установява важен модел. Протеините, въглехидратите и мазнините са енергийно взаимозаменяеми. И така, 1 g въглехидрати или 1 g протеини по време на окисление дава 17,17 kJ, 1 g мазнини - 38,97 kJ. Това означава, че за да съставите правилно диета, трябва да знаете колко килоджаула са изразходвани и колко храна трябва да ядете, за да компенсирате изразходваната енергия, т.е. трябва да знаете енергийната консумация на човек и енергията интензивност (калорично съдържание) на храната. Последната стойност показва колко енергия може да се освободи по време на окисляването му.

Проучванията показват, че при избора на оптимална диета е важно да се вземе предвид не само съдържанието на калории, но и химическите компоненти на храната. Растителният протеин например не съдържа някои от нужните на хората аминокиселини или не съдържа достатъчно от тях. Следователно, за да получите всичко необходимо, трябва да ядете много повече храна, отколкото е необходимо. В животинската храна протеините по аминокиселинен състав отговарят на нуждите на човешкото тяло, но животинските мазнини са бедни на незаменими мастни киселини. Те се намират в растително масло. Това означава, че е необходимо да се следи правилното съотношение на протеини, мазнини и въглехидрати в ежедневната диета и да се вземат предвид техните характеристики в хранителните продукти от различен произход.

Различните хранителни продукти съдържат различно количество витамини, неорганични и диетични фибри. И така, ябълките, месото, черният дроб, наровете съдържат много железни соли, изварата - калций, картофите са богати на калиеви соли и т.н. Но някои вещества могат да бъдат намерени в храните в големи количества и да не се абсорбират в червата. Например, има много каротин в морковите (от които се образува витамин А в нашето тяло), но тъй като се разтваря само в мазнини, каротинът се абсорбира само от храни, съдържащи мазнини (например настъргани моркови със заквасена сметана или масло ).

Храната трябва да попълни разходите за енергия. Това е задължително условие за поддържане на човешкото здраве и работоспособност. За хората от различни професии се определят хранителни норми. При съставянето им се вземат предвид дневната консумация на енергия и енергийната стойност на хранителните вещества (табл. 2).

Ако човек се занимава с тежък физически труд, храната му трябва да е богата на въглехидрати. При изчисляване на дневната дажба се вземат предвид и възрастта на хората и климатичните условия.

Хранителните вещества, необходими на човека, са добре известни и могат да бъдат формулирани изкуствени диети, които да съдържат само веществата, необходими на тялото. Но това най-вероятно ще има тъжни последици, тъй като работата на стомашно-чревния тракт е невъзможна без баластни вещества. Такива изкуствени смеси ще се движат зле през храносмилателния тракт и ще се абсорбират зле. Ето защо диетолозите препоръчват да се храните разнообразно и да не се ограничавате до някакъв вид диета, но не забравяйте да консумирате енергия.

Има разработени приблизителни норми на дневната човешка нужда от хранителни вещества. Използвайки тази таблица, съставена от диетолози, можете да изчислите дневната дажба на човек от всяка професия.

Излишните въглехидрати в човешкото тяло се превръщат в мазнини. Излишните мазнини се съхраняват в резерв, увеличавайки телесното тегло.

ТЕОРИЯ

Структурата и функциите на клетъчните органели

ВЪПРОСИ И ЗАДАЧИ

1. Каква е функцията на въглехидратите в клетката

1) каталитичен 2) енергиен 3) съхранение на наследствена информация

4) участие в биосинтезата на протеини

1. Каква е функцията на ДНК молекулите в клетката?

1) сграда 2) защитна 3) носител на наследствена информация

4) поглъщане на слънчева енергия

1. По време на биосинтезата в клетката,

1) окисляване на органични вещества 2) доставка на кислород и отстраняване на въглероден диоксид

3) образуването на по-сложни органични в-в 4) разграждането на нишестето до глюкоза

1. Един от принципите на клетъчната теория е, че

1) клетките на организмите са еднакви по структура и функция

2) растителните организми са изградени от клетки

3) животинските организми са изградени от клетки

4) всички низши и висши организми са изградени от клетки

1. Между понятието рибозомен и протеинов синтезима определена връзка. Същата връзка съществува и между понятието клетъчната мембранаи едно от следните. Намерете това понятие.

1) транспорт на вещества 2) синтез на АТФ 3) клетъчно делене 4) синтез на мазнини

1. Вътрешната среда на клетката се нарича

1) ядро ​​2) вакуола 3) цитоплазма 4) ендоплазмен ретикулум

1. Намира се в ядрото на клетката

1) лизозоми 2) хромозоми 3) пластиди 4) митохондрии

1. Каква роля играе ядрото в клетката?

1) съдържа запас от хранителни вещества 2) комуникира между органелите

3) насърчава навлизането на вещества в клетката 4) осигурява сходството на майчината клетка с дъщерята

1. Смилането на хранителните частици и отстраняването на мъртвите клетки става в тялото с помощта на

1) апарат на Голджи 2) лизозоми 3) рибозоми 4) ендоплазмен ретикулум

1. Каква е функцията на рибозомите в клетката?

1) синтезират въглехидрати 2) извършват протеинов синтез

3) разграждат протеините до аминокиселини 4) участват в натрупването на неорганични вещества

1. В митохондриите, за разлика от хлоропластите,

1) синтез на въглехидрати 2) синтез на ензими 3) окисляване на минерални вещества

4) окисляване на органични вещества

1. Митохондриите отсъстват в клетките

1) мъх от кукувич лен 2) градски лястовици 3) папагалска риба 4) бактерии стафилококи

1. Хлоропластите се намират в клетките

1) сладководна хидра 2) мицел на бяла гъба 3) стъбло от елша 4) листа от цвекло

1. Клетките на автотрофните организми се различават от хетеротрофните клетки по наличието в тях на

1) пластид 2) мембрани 3) вакуоли 4) хромозоми

1. Плътна обвивка, цитоплазма, ядрено вещество, рибозоми, плазмена мембрана имат клетки

1) водорасли 2) бактерии 3) гъби 4) животни

1. Ендоплазмен ретикулум в клетка

1) извършва транспорт на органични вещества

2) ограничава клетката от околната среда или други клетки

3) участва в образуването на енергия

4) запазва наследствената информация за признаците и свойствата на клетката

1. Фотосинтезата не се извършва в гъбичните клетки, т.к. им липсва

1) хромозоми 2) рибозоми 3) митохондрии 4) пластиди

1. Те нямат клетъчна структура, те са активни само в клетките на други организми

1) бактерии 2) вируси 3) водорасли 4) протозои

1. В човешките и животинските клетки се използват като източник на енергия

1) хормони и витамини 2) вода и въглероден диоксид

3) неорганични вещества 4) протеини, мазнини и въглехидрати

1. Коя от поредицата от понятия отразява тялото като единна система

1) Молекули - клетки - тъкани - органи - системи от органи - организъм

2) Органни системи - органи - тъкани - молекули - клетки - организъм

3) Орган - тъкани - организъм - клетка - молекули - системи от органи

4) Молекули – тъкани – клетки – органи – системи от органи – организъм

Генетична информация в клетка

Възпроизвеждането на себеподобните е едно от основните свойства на живите. Поради това явление съществува сходство не само между организмите, но и между отделните клетки, както и техните органели (митохондрии и пластиди). Материалната основа на това сходство е предаването на генетична информация, криптирана в нуклеотидната последователност на ДНК, което се осъществява поради процесите на репликация на ДНК (самоудвояване). Всички характеристики и свойства на клетките и организмите се реализират благодарение на протеини, чиято структура се определя основно от последователността на ДНК нуклеотидите. Следователно биосинтезата на нуклеинови киселини и протеини е от първостепенно значение в метаболитните процеси. Структурната единица на наследствената информация е генът.

Гени, генетичен код и неговите свойства

Наследствената информация в клетката не е монолитна, тя е разделена на отделни "думи" - гени.

гене основната единица на генетичната информация.

Работата по програмата "Човешки геном", която се провеждаше едновременно в няколко страни и приключи в началото на този век, ни даде да разберем, че човек има само около 25-30 хиляди гена, но информацията от повечето нашата ДНК никога не се чете, тъй като съдържа огромен брой безсмислени участъци, повторения и гени, кодиращи характеристики, които са загубили своето значение за хората (опашка, окосмяване по тялото и т.н.). Освен това са дешифрирани редица гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целеви гени за лекарства. Практическото приложение на резултатите, получени при изпълнението на тази програма, обаче се отлага, докато не бъдат разкодирани геномите на повече хора и стане ясно по какво се различават.

Наричат ​​се гени, кодиращи първичната структура на протеина, рибозомна или трансферна РНК структурени гени, които осигуряват активиране или потискане на четенето на информация от структурни гени - регулаторен. Въпреки това, дори структурните гени съдържат регулаторни региони.

Наследствената информация на организмите е криптирана в ДНК под формата на определени комбинации от нуклеотиди и тяхната последователност - генетичен код. Свойствата му са: триплет, специфичност, универсалност, излишък и незастъпване. Освен това в генетичния код няма препинателни знаци.

Всяка аминокиселина е кодирана в ДНК от три нуклеотида - триплетнапример метионинът е кодиран от TAC триплета, т.е. триплетния код. От друга страна, всеки триплет кодира само една аминокиселина, което е неговата специфичност или недвусмисленост. Генетичният код е универсален за всички живи организми, тоест наследствената информация за човешките протеини може да бъде разчетена от бактерии и обратно. Това свидетелства за единството на произхода на органичния свят. Само 20 аминокиселини обаче съответстват на 64 комбинации от три нуклеотида, в резултат на което 2-6 триплета могат да кодират една аминокиселина, т.е. генетичният код е излишен или дегенериран. Три триплета нямат съответните аминокиселини, те се наричат стоп кодони, тъй като бележат края на синтеза на полипептидната верига.

Последователността на базите в ДНК триплетите и аминокиселините, които те кодират

*Стоп кодон, показващ края на синтеза на полипептидната верига.

Съкращения за имена на аминокиселини:

Ala - аланин

Arg - аргинин

Asn - аспарагин

Asp - аспарагинова киселина

Вал - валин

Неговият - хистидин

Gly - глицин

Gln - глутамин

Glu - глутаминова киселина

Ил - Изолевцин

Leu - левцин

Лиз - лизин

Meth - метионин

Pro - пролин

Ser - серин

Tyr - тирозин

Tre - треонин

Три - триптофан

Фен - фенилаланин

цис - цистеин

Ако започнете да четете генетична информация не от първия нуклеотид в триплета, а от втория, тогава не само рамката на четене ще се измести - протеинът, синтезиран по този начин, ще бъде напълно различен не само в нуклеотидната последователност, но и в структурата и имоти. Между триплетите няма препинателни знаци, така че няма пречки за изместване на рамката за четене, което отваря възможност за възникване и поддържане на мутации.

Матричен характер на биосинтетичните реакции

Бактериалните клетки са в състояние да се дублират на всеки 20-30 минути, а еукариотните клетки - всеки ден и дори по-често, което изисква висока скорост и точност на репликацията на ДНК. Освен това всяка клетка съдържа стотици и хиляди копия на много протеини, особено ензими, следователно за тяхното възпроизвеждане методът на „парче“ за тяхното производство е неприемлив. По-прогресивен начин е щамповането, което ви позволява да получите много точни копия на продукта и също така да намалите цената му. За щамповане е необходима матрица, с която се прави отпечатък.

В клетките принципът на матричния синтез е, че новите молекули на протеини и нуклеинови киселини се синтезират в съответствие с програмата, заложена в структурата на вече съществуващи молекули на същите нуклеинови киселини (ДНК или РНК).

Биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини

репликация на ДНК.ДНК е двуверижен биополимер, чиито мономери са нуклеотиди. Ако биосинтезата на ДНК протича по принципа на фотокопирането, тогава неизбежно ще възникнат множество изкривявания и грешки в наследствената информация, което в крайна сметка ще доведе до смъртта на нови организми. Следователно процесът на дублиране на ДНК е различен, по полуконсервативен начин: молекулата на ДНК се развива и на всяка от веригите се синтезира нова верига на принципа на комплементарността. Процесът на самовъзпроизвеждане на ДНК молекулата, който осигурява точното копиране на наследствената информация и предаването й от поколение на поколение, се нарича репликация(от лат. репликация- повторение). В резултат на репликацията се образуват две абсолютно точни копия на родителската ДНК молекула, всяко от които носи по едно копие на родителя.

Процесът на репликация всъщност е изключително сложен, тъй като в него участват редица протеини. Някои от тях развиват двойната спирала на ДНК, други разрушават водородните връзки между нуклеотидите на комплементарни вериги, трети (например ензимът ДНК полимераза) избират нови нуклеотиди според принципа на комплементарност и т.н. Две ДНК молекули, образувани в резултат на репликация се разделят на две по време на деленето.новообразувани дъщерни клетки.

Грешките в процеса на репликация са изключително редки, но ако се появят, те много бързо се елиминират както от ДНК полимерази, така и от специални ремонтни ензими, тъй като всяка грешка в нуклеотидната последователност може да доведе до необратима промяна в структурата и функциите на протеина. и в крайна сметка повлиява неблагоприятно жизнеспособността на нова клетка или дори индивид.

протеинова биосинтеза.Както образно се изразява изключителният философ от 19 век Ф. Енгелс: „Животът е форма на съществуване на белтъчни тела“. Структурата и свойствата на протеиновите молекули се определят от тяхната първична структура, т.е. последователността на аминокиселините, кодирани в ДНК. От точността на възпроизвеждане на тази информация зависи не само съществуването на самия полипептид, но и функционирането на клетката като цяло, поради което процесът на синтез на протеини е от голямо значение. Изглежда, че това е най-сложният процес на синтез в клетката, тъй като тук участват до триста различни ензими и други макромолекули. Освен това тече с висока скорост, което изисква още по-голяма прецизност.

Има два основни етапа в протеиновата биосинтеза: транскрипция и транслация.

Транскрипция(от лат. транскрипция- пренаписване) е биосинтезата на иРНК молекули върху ДНК матрица.

Тъй като молекулата на ДНК съдържа две антипаралелни вериги, четенето на информация от двете вериги би довело до образуването на напълно различни иРНК, следователно тяхната биосинтеза е възможна само на една от веригите, която се нарича кодираща или кодогенна, за разлика от втората, некодиращо или некодогенно. Процесът на пренаписване се осигурява от специален ензим РНК полимераза, който избира РНК нуклеотиди според принципа на комплементарност. Този процес може да се осъществи както в ядрото, така и в органели, които имат собствена ДНК - митохондрии и пластиди.

Молекулите на иРНК, синтезирани по време на транскрипцията, преминават през сложен процес на подготовка за транслация (митохондриалните и пластидните иРНК могат да останат вътре в органелите, където се извършва вторият етап от биосинтезата на протеина). В процеса на узряване на иРНК към нея се прикрепят първите три нуклеотида (AUG) и опашка от аденилови нуклеотиди, чиято дължина определя колко протеинови копия могат да бъдат синтезирани върху дадена молекула. Едва тогава зрелите иРНК напускат ядрото през ядрените пори.

Успоредно с това в цитоплазмата протича процесът на активиране на аминокиселината, по време на който аминокиселината се прикрепя към съответната свободна тРНК. Този процес се катализира от специален ензим, който консумира АТФ.

Излъчване(от лат. излъчване- трансфер) е биосинтезата на полипептидна верига върху mRNA матрица, при която генетичната информация се превежда в аминокиселинна последователност на полипептидна верига.

Вторият етап на синтеза на протеини най-често се случва в цитоплазмата, например в грубия ендоплазмен ретикулум. За възникването му е необходимо наличието на рибозоми, активиране на тРНК, при което те прикрепват съответните аминокиселини, наличие на Mg2+ йони, както и оптимални условия на средата (температура, pH, налягане и др.).

За да започне излъчването посвещение) малка субединица на рибозомата е прикрепена към готовата за синтез иРНК молекула и след това, съгласно принципа на комплементарността, тРНК, носеща аминокиселината метионин, се избира към първия кодон (AUG). Едва тогава се присъединява голямата субединица на рибозомата. В сглобената рибозома има два иРНК кодона, първият от които вече е зает. Втора тРНК, също носеща аминокиселина, се прикрепя към съседния кодон, след което с помощта на ензими се образува пептидна връзка между аминокиселинните остатъци. Рибозомата премества един кодон на иРНК; първата от tRNA, освободена от аминокиселината, се връща в цитоплазмата за следващата аминокиселина и фрагмент от бъдещата полипептидна верига, така да се каже, виси върху останалата tRNA. Следващата тРНК се присъединява към новия кодон, който е в рибозомата, процесът се повтаря и стъпка по стъпка полипептидната верига се удължава, т.е. удължаване.

Край на протеиновия синтез прекратяване на договора) възниква веднага щом се срещне специфична нуклеотидна последователност в иРНК молекула, която не кодира аминокиселина (стоп кодон). След това рибозомата, иРНК и полипептидната верига се разделят, а новосинтезираният протеин придобива подходяща структура и се транспортира до частта от клетката, където ще изпълнява функциите си.

Транслацията е много енергоемък процес, тъй като енергията на една ATP молекула се изразходва за свързване на една аминокиселина към tRNA, а още няколко се използват за придвижване на рибозомата по протежение на молекулата на mRNA.

За да се ускори синтеза на определени протеинови молекули, няколко рибозоми могат да бъдат последователно прикрепени към молекулата на иРНК, които образуват една структура - полизома.

Клетката е генетичната единица на живо същество. Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции. Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и полови клетки. Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза. Митозата е деленето на соматичните клетки. Мейоза. Фази на митоза и мейоза. Развитието на зародишните клетки при растенията и животните. Клетъчното делене е в основата на растежа, развитието и размножаването на организмите. Ролята на мейозата и митозата

Клетката е генетичната единица на живота

Въпреки факта, че нуклеиновите киселини са носители на генетична информация, внедряването на тази информация е невъзможно извън клетката, което лесно се доказва чрез примера на вирусите. Тези организми, често съдържащи само ДНК или РНК, не могат да се възпроизвеждат сами, за това трябва да използват наследствения апарат на клетката. Те дори не могат да проникнат в клетката без помощта на самата клетка, освен чрез използване на механизмите на мембранния транспорт или поради увреждане на клетката. Повечето вируси са нестабилни, умират след няколко часа излагане на открито. Следователно клетката е генетична единица на живите, която има минимален набор от компоненти за запазване, модифициране и внедряване на наследствена информация, както и нейното предаване на потомци.

Повечето от генетичната информация на еукариотната клетка се намира в ядрото. Характеристика на нейната организация е, че за разлика от ДНК на прокариотна клетка, еукариотните ДНК молекули не са затворени и образуват сложни комплекси с протеини - хромозоми.

Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции

Хромозома(от гръцки. хром- цвят, цвят и сом- тяло) е структурата на клетъчното ядро, което съдържа гени и носи определена наследствена информация за признаците и свойствата на организма.

Понякога пръстенните ДНК молекули на прокариотите също се наричат ​​хромозоми. Хромозомите са способни на самодублиране, имат структурна и функционална индивидуалност и я запазват в редица поколения. Всяка клетка носи цялата наследствена информация на тялото, но само малка част от нея работи.

Основата на хромозомата е двуверижна ДНК молекула, пълна с протеини. При еукариотите хистоновите и нехистоновите протеини взаимодействат с ДНК, докато при прокариотите хистоновите протеини отсъстват.

Хромозомите се виждат най-добре под светлинен микроскоп по време на клетъчното делене, когато в резултат на уплътняването те приемат формата на пръчковидни тела, разделени от първично стесняване - центромер - на раменете. Хромозомата също може да има вторично стесняване, което в някои случаи разделя т.нар сателит. Краищата на хромозомите се наричат теломери. Теломерите предотвратяват слепването на краищата на хромозомите и осигуряват тяхното прикрепване към ядрената мембрана в неделяща се клетка. В началото на деленето хромозомите се удвояват и се състоят от две дъщерни хромозоми - хроматидиприкрепени към центромера.

Според формата се различават равнораменни, неравнораменни и пръчковидни хромозоми. Размерите на хромозомите варират значително, но средната хромозома има размер 5 $×$ 1,4 µm.

В някои случаи хромозомите, в резултат на многобройни дублирания на ДНК, съдържат стотици и хиляди хроматиди: такива гигантски хромозоми се наричат полиетилен. Те се намират в слюнчените жлези на ларвите на Drosophila, както и в храносмилателните жлези на кръглите червеи.

Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и полови клетки

Според клетъчната теория клетката е единица на структурата, живота и развитието на организма. По този начин такива важни функции на живите същества като растеж, възпроизводство и развитие на организма се осигуряват на клетъчно ниво. Клетките на многоклетъчните организми могат да бъдат разделени на соматични и полови.

соматични клеткиса всички клетки на тялото, които се образуват в резултат на митотично делене.

Изследването на хромозомите позволи да се установи, че соматичните клетки на организма на всеки биологичен вид се характеризират с постоянен брой хромозоми. Например, човек има 46 от тях.Нарича се набор от хромозоми на соматични клетки диплоиден(2n), или двойно.

полови клетки, или гамети, са специализирани клетки, които служат за полово размножаване.

Гаметите винаги съдържат половината от хромозомите, отколкото в соматичните клетки (при хората - 23), така че наборът от хромозоми на зародишните клетки се нарича хаплоиден(n), или единичен. Образуването му е свързано с мейотичното клетъчно делене.

Количеството ДНК на соматичните клетки се означава с 2с, а това на половите клетки - с 1с. Генетичната формула на соматичните клетки се записва като 2n2c, а пола - 1n1c.

В ядрата на някои соматични клетки броят на хромозомите може да се различава от техния брой в соматичните клетки. Ако тази разлика е по-голяма с един, два, три и т.н. хаплоидни комплекта, тогава такива клетки се наричат полиплоиден(съответно три-, тетра-, пентаплоид). В такива клетки метаболитните процеси обикновено са много интензивни.

Броят на хромозомите сам по себе си не е видоспецифична черта, тъй като различните организми могат да имат еднакъв брой хромозоми, докато сродните могат да имат различен брой. Например маларийният плазмодий и конският кръгъл червей имат две хромозоми, докато хората и шимпанзетата имат съответно 46 и 48.

Човешките хромозоми са разделени на две групи: автозоми и полови хромозоми (хетерохромозоми). Автозомаима 22 двойки в човешките соматични клетки, те са еднакви за мъжете и жените, и полови хромозомисамо една двойка, но именно тя определя пола на индивида. Има два вида полови хромозоми - X и Y. Клетките на тялото на жената носят две X хромозоми, а мъжете - X и Y.

Кариотип- това е набор от признаци на хромозомния набор на организма (брой хромозоми, тяхната форма и размер).

Условният запис на кариотипа включва общия брой на хромозомите, половите хромозоми и възможните отклонения в набора от хромозоми. Например, кариотипът на нормален мъж е написан като 46,XY, докато кариотипът на нормална жена е 46,XX.

Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза

Клетките не възникват всеки път отново, те се образуват само в резултат на деленето на майчините клетки. След отделянето дъщерните клетки отнемат известно време, за да образуват органели и да придобият подходяща структура, която да осигури изпълнението на определена функция. Този период от време се нарича зреене.

Нарича се периодът от време от появата на клетка в резултат на делене до нейното разделяне или смърт клетъчен жизнен цикъл.

В еукариотните клетки жизненият цикъл е разделен на два основни етапа: интерфаза и митоза.

Интерфаза- това е периодът от време в жизнения цикъл, в който клетката не се дели и функционира нормално. Интерфазата е разделена на три периода: G 1 -, S- и G 2 -периоди.

G 1 -период(пресинтетичен, постмитотичен) е период на клетъчен растеж и развитие, през който протича активен синтез на РНК, протеини и други вещества, необходими за пълното поддържане на живота на новообразуваната клетка. До края на този период клетката може да започне да се подготвя за дублиране на ДНК.

IN S-период(синтетичен) протича процесът на репликация на ДНК. Единствената част от хромозомата, която не претърпява репликация, е центромерът, следователно получените ДНК молекули не се разминават напълно, но остават закрепени в нея и в началото на деленето хромозомата има X-образен вид. Генетичната формула на клетката след дублиране на ДНК е 2n4c. Също така в S-периода се случва удвояване на центриолите на клетъчния център.

G 2 -период(постсинтетичен, премитотичен) се характеризира с интензивен синтез на РНК, протеини и АТФ, необходими за процеса на клетъчно делене, както и отделянето на центриоли, митохондрии и пластиди. До края на интерфазата хроматинът и ядрото остават ясно различими, целостта на ядрената мембрана не се нарушава и органелите не се променят.

Някои от клетките на тялото могат да изпълняват функциите си през целия живот на тялото (невроните на нашия мозък, мускулните клетки на сърцето), докато други съществуват за кратко време, след което умират (клетките на чревния епител , клетките на епидермиса на кожата). Следователно в тялото трябва постоянно да протичат процеси на клетъчно делене и образуване на нови клетки, които да заменят мъртвите. Клетките, способни да се делят, се наричат стъбло. В човешкото тяло те се намират в червения костен мозък, в дълбоките слоеве на епидермиса на кожата и на други места. Използвайки тези клетки, можете да отгледате нов орган, да постигнете подмладяване и също да клонирате тялото. Перспективите за използване на стволови клетки са доста ясни, но моралните и етични аспекти на този проблем все още се обсъждат, тъй като в повечето случаи се използват ембрионални стволови клетки, получени от човешки ембриони, убити по време на аборт.

Продължителността на интерфазата в растителни и животински клетки е средно 10-20 часа, докато митозата отнема около 1-2 часа.

В хода на последователни деления в многоклетъчните организми дъщерните клетки стават все по-разнообразни, тъй като четат информация от нарастващ брой гени.

Някои клетки в крайна сметка спират да се делят и умират, което може да се дължи на завършването на определени функции, както в случая на епидермалните клетки на кожата и кръвните клетки, или на увреждане на тези клетки от фактори на околната среда, по-специално патогени. Генетично програмираната клетъчна смърт се нарича апоптоза, докато случайна смърт - некроза.

Митозата е деленето на соматичните клетки. Фази на митоза

Митоза- метод за индиректно делене на соматични клетки.

По време на митозата клетката преминава през серия от последователни фази, в резултат на което всяка дъщерна клетка получава същия набор от хромозоми, както в майчината клетка.

Митозата е разделена на четири основни фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Профаза- най-дългият етап на митоза, по време на който настъпва кондензация на хроматин, в резултат на което стават видими X-образни хромозоми, състоящи се от две хроматиди (дъщерни хромозоми). В този случай ядрото изчезва, центриолите се отклоняват към полюсите на клетката и започва да се образува ахроматиновото вретено (вретено) на микротубулите. В края на профазата ядрената мембрана се разпада на отделни везикули.

IN метафазахромозомите се подреждат по екватора на клетката със своите центромери, към които са прикрепени микротубули на напълно оформено вретено на делене. На този етап на делене хромозомите са най-плътни и имат характерна форма, което дава възможност за изследване на кариотипа.

IN анафазабързата репликация на ДНК възниква в центромерите, в резултат на което хромозомите се разделят и хроматидите се отклоняват към полюсите на клетката, опънати от микротубули. Разпределението на хроматидите трябва да бъде абсолютно равно, тъй като именно този процес поддържа постоянството на броя на хромозомите в клетките на тялото.

На сцената телофазадъщерните хромозоми се събират на полюсите, деспирализират се, около тях се образуват ядрени обвивки от везикулите и нуклеолите се появяват в новообразуваните ядра.

След разделянето на ядрото настъпва разделянето на цитоплазмата - цитокинеза,по време на който има повече или по-малко равномерно разпределение на всички органели на майчината клетка.

Така в резултат на митозата от една майчина клетка се образуват две дъщерни клетки, всяка от които е генетично копие на майчината клетка (2n2c).

При болни, увредени, стареещи клетки и специализирани тъкани на тялото може да възникне малко по-различен процес на делене - амитоза. Амитозанаречено директно делене на еукариотни клетки, при което не настъпва образуването на генетично еквивалентни клетки, тъй като клетъчните компоненти са разпределени неравномерно. Среща се в растенията в ендосперма и при животните в черния дроб, хрущяла и роговицата на окото.

Мейоза. Фази на мейозата

Мейоза- това е метод на индиректно делене на първични зародишни клетки (2n2c), в резултат на което се образуват хаплоидни клетки (1n1c), най-често зародишни клетки.

За разлика от митозата, мейозата се състои от две последователни клетъчни деления, всяко предшествано от интерфаза. Първото делене на мейозата (мейоза I) се нарича намаляване, тъй като в този случай броят на хромозомите е наполовина, а второто разделение (мейоза II) - уравнение, тъй като в неговия процес броят на хромозомите се запазва.

Интерфаза Iпротича подобно на интерфазата на митозата. Мейоза Iсе разделя на четири фази: профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I. профаза Iпротичат два основни процеса - конюгация и кросингоувър. Конюгация- това е процесът на сливане на хомоложни (сдвоени) хромозоми по цялата дължина. Двойките хромозоми, образувани по време на конюгацията, се запазват до края на метафаза I.

Преминаване- взаимен обмен на хомоложни области на хомоложни хромозоми. В резултат на кръстосването хромозомите, получени от организма от двамата родители, придобиват нови комбинации от гени, което води до появата на генетично разнообразно потомство. В края на профаза I, както в профазата на митозата, ядрото изчезва, центриолите се отклоняват към полюсите на клетката и ядрената обвивка се разпада.

IN метафаза Iдвойки хромозоми се подреждат по протежение на екватора на клетката, вретеновидни микротубули са прикрепени към техните центромери.

IN анафаза Iцели хомоложни хромозоми, състоящи се от две хроматиди, се отклоняват към полюсите.

IN телофаза Iоколо клъстери от хромозоми в полюсите на клетката се образуват ядрени мембрани, образуват се нуклеоли.

Цитокинеза Iосигурява разделяне на цитоплазмите на дъщерните клетки.

Дъщерните клетки, образувани в резултат на мейоза I (1n2c), са генетично хетерогенни, тъй като техните хромозоми, произволно разпръснати до полюсите на клетката, съдържат неравномерни гени.

Сравнителна характеристика на митозата и мейозата

Интерфаза IIмного кратък, тъй като в него не се случва удвояване на ДНК, тоест няма S-период.

Мейоза IIсъщо разделен на четири фази: профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II. IN профаза IIпротичат същите процеси като в профаза I, с изключение на конюгацията и кросинговъра.

IN метафаза IIХромозомите са разположени по екватора на клетката.

IN анафаза IIХромозомите се разделят в центромера и хроматидите се разтягат към полюсите.

IN телофаза IIядрените мембрани и нуклеолите се образуват около клъстери от дъщерни хромозоми.

След цитокинеза IIгенетичната формула на всичките четири дъщерни клетки е 1n1c, но всички те имат различен набор от гени, което е резултат от кръстосване и произволна комбинация от майчини и бащини хромозоми в дъщерните клетки.

Развитието на зародишните клетки при растенията и животните

Гаметогенеза(от гръцки. гамета- съпруга, гамети- съпруг и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели зародишни клетки.

Тъй като за половото размножаване най-често са необходими два индивида - женски и мъжки, произвеждащи различни полови клетки - яйцеклетки и сперматозоиди, то процесите на образуване на тези гамети трябва да са различни.

Естеството на процеса също до голяма степен зависи от това дали се случва в растителна или животинска клетка, тъй като при растенията се появява само митоза по време на образуването на гамети, докато при животните се срещат както митоза, така и мейоза.

Развитието на зародишните клетки в растенията.При покритосеменните образуването на мъжки и женски зародишни клетки става в различни части на цветето - съответно тичинки и плодници.

Преди образуването на мъжки зародишни клетки - микрогаметогенеза(от гръцки. микрони- малък) - случва се микроспорогенеза, тоест образуването на микроспори в прашниците на тичинките. Този процес е свързан с мейотичното делене на майчината клетка, което води до четири хаплоидни микроспори. Микрогаметогенезата е свързана с митотично делене на микроспори, давайки мъжки гаметофит от две клетки - големи вегетативен(сифоногенни) и плитки генеративен. След разделянето мъжкият гаметофит е покрит с плътни черупки и образува поленово зърно. В някои случаи, дори в процеса на узряване на цветен прашец, а понякога само след прехвърляне в стигмата на плодника, генеративната клетка се дели митотично с образуването на две неподвижни мъжки зародишни клетки - сперма. След опрашването от вегетативната клетка се образува поленова тръба, през която сперматозоидите проникват в яйчника на плодника за оплождане.

Развитието на женските зародишни клетки в растенията се нарича мегагаметогенеза(от гръцки. мегас- голям). Възниква в яйчника на плодника, който се предхожда от мегаспорогенеза, в резултат на което се образуват четири мегаспори от майчината клетка на мегаспората, лежаща в нуцелуса чрез мейотично делене. Една от мегаспорите се дели митотично три пъти, давайки женския гаметофит, ембрионална торбичка с осем ядра. С последващото изолиране на цитоплазмите на дъщерните клетки, една от получените клетки се превръща в яйце, отстрани на което лежат така наречените синергиди, три антиподи се образуват в противоположния край на ембрионалния сак, а в центъра , в резултат на сливането на две хаплоидни ядра се образува диплоидна централна клетка.

Развитието на зародишните клетки при животните.При животните се разграничават два процеса на образуване на зародишни клетки - сперматогенеза и оогенеза.

сперматогенеза(от гръцки. сперма, сперматозоиди- семена и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели мъжки зародишни клетки - сперматозоиди. При хората се среща в тестисите или тестисите и се разделя на четири периода: размножаване, растеж, съзряване и формиране.

IN размножителния периодпримордиалните зародишни клетки се делят митотично, което води до образуването на диплоид сперматогония. IN период на растежсперматогониите натрупват хранителни вещества в цитоплазмата, увеличават се по размер и се превръщат в първични сперматоцити, или сперматоцити от 1-ви ред. Едва след това влизат в мейоза ( период на зреене), което първо води до две вторичен сперматоцит, или сперматоцит от 2-ри ред, и след това - четири хаплоидни клетки с доста голямо количество цитоплазма - сперматиди. IN период на формиранете губят почти цялата цитоплазма и образуват флагелум, превръщайки се в сперматозоиди.

сперматозоиди, или дъвки, - много малки подвижни мъжки полови клетки с глава, шия и опашка.

IN глава, с изключение на ядрото, е акрозома- модифициран комплекс на Голджи, който осигурява разтварянето на мембраните на яйцето по време на оплождането. IN вратаима центриоли на клетъчния център и основата конска опашкаобразуват микротубули, които директно поддържат движението на сперматозоида. Той също така съдържа митохондрии, които осигуряват на спермата ATP енергия за движение.

Овогенеза(от гръцки. ООН- яйце и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели женски зародишни клетки - яйца. При хората се среща в яйчниците и се състои от три периода: размножаване, растеж и съзряване. Периоди на размножаване и растеж, подобни на тези при сперматогенезата, настъпват още по време на вътрематочно развитие. В същото време диплоидните клетки се образуват от първичните зародишни клетки в резултат на митоза. оогония, които след това се превръщат в диплоидни първични овоцити, или овоцити от 1-ви ред. Мейоза и последваща цитокинеза, протичаща в период на зреене, се характеризират с неравномерно делене на цитоплазмата на майчината клетка, така че в резултат на това първо се получава вторичен овоцит, или овоцит 2-ри ред, И първото полярно тяло, а след това от вторичния овоцит - яйцеклетката, която запазва целия запас от хранителни вещества, и второто полярно тяло, докато първото полярно тяло е разделено на две. Полярните тела отнемат излишния генетичен материал.

При хората яйцата се произвеждат с интервал от 28-29 дни. Цикълът, свързан с узряването и освобождаването на яйцеклетките, се нарича менструален цикъл.

Яйце- голяма женска зародишна клетка, която носи не само хаплоиден набор от хромозоми, но и значителен запас от хранителни вещества за последващото развитие на ембриона.

Яйцето при бозайниците е покрито с четири мембрани, които намаляват вероятността от увреждане от различни фактори. Диаметърът на яйцето при човека достига 150–200 микрона, докато при щраус може да бъде няколко сантиметра.

Клетъчното делене е в основата на растежа, развитието и размножаването на организмите. Ролята на митозата и мейозата

Ако при едноклетъчните организми клетъчното делене води до увеличаване на броя на индивидите, т.е. размножаване, то при многоклетъчните организми този процес може да има различно значение. По този начин клетъчното делене на ембриона, започвайки от зиготата, е биологичната основа за взаимосвързаните процеси на растеж и развитие. Подобни промени се наблюдават при човек по време на юношеството, когато броят на клетките не само се увеличава, но и настъпва качествена промяна в тялото. Възпроизвеждането на многоклетъчни организми също се основава на клетъчно делене, например по време на асексуално възпроизвеждане, поради този процес цялото тяло се възстановява от част от тялото, а по време на сексуалното размножаване се образуват зародишни клетки по време на гаметогенезата, впоследствие давайки нов организъм. Трябва да се отбележи, че основните методи за делене на еукариотни клетки - митоза и мейоза - имат различно значение в жизнените цикли на организмите.

В резултат на митозата има равномерно разпределение на наследствения материал между дъщерните клетки - точни копия на майчините. Без митоза съществуването и растежът на многоклетъчни организми, развиващи се от една клетка - зигота, би било невъзможно, тъй като всички клетки на такива организми трябва да съдържат една и съща генетична информация.

В процеса на делене дъщерните клетки стават все по-разнообразни по структура и функции, което се свързва с активирането на нови групи гени в тях поради междуклетъчното взаимодействие. По този начин митозата е необходима за развитието на организма.

Този метод на клетъчно делене е необходим за процесите на безполово размножаване и регенерация (възстановяване) на увредени тъкани, както и органи.

Мейозата от своя страна осигурява постоянството на кариотипа по време на сексуалното размножаване, тъй като намалява наполовина набора от хромозоми преди сексуалното възпроизвеждане, който след това се възстановява в резултат на оплождането. В допълнение, мейозата води до появата на нови комбинации от родителски гени поради кръстосване и произволна комбинация от хромозоми в дъщерните клетки. Благодарение на това потомството е генетично разнообразно, което дава материал за естествен подбор и е материалната основа на еволюцията. Промяната в броя, формата и размера на хромозомите, от една страна, може да доведе до появата на различни отклонения в развитието на организма и дори до неговата смърт, а от друга страна, може да доведе до появата на индивиди. по-адаптирани към околната среда.

По този начин клетката е единица за растеж, развитие и възпроизводство на организмите.