Struktura komórkowa

Ludzkie ciało, jak każdy inny żywy organizm, składa się z komórek. Pełnią jedną z głównych ról w naszym organizmie. Za pomocą komórek następuje wzrost, rozwój i rozmnażanie.

Przypomnijmy sobie teraz definicję tego, co w biologii zwykle nazywa się komórką.

Komórka jest taką elementarną jednostką, która bierze udział w budowie i funkcjonowaniu wszystkich żywych organizmów, z wyjątkiem wirusów. Ma własny metabolizm i jest w stanie nie tylko istnieć samodzielnie, ale także rozwijać się i rozmnażać. W skrócie można stwierdzić, że komórka jest najważniejszym i niezbędnym budulcem każdego organizmu.

Oczywiście gołym okiem raczej nie zobaczysz klatki. Ale przy pomocy nowoczesnych technologii człowiek ma ogromne możliwości nie tylko zbadania samej komórki pod mikroskopem świetlnym lub elektronowym, ale także zbadania jej struktury, wyizolowania i hodowli poszczególnych jej tkanek, a nawet rozszyfrowania genetycznej informacji komórkowej.

A teraz, za pomocą tej figury, rozważmy wizualnie strukturę komórki:

Struktura komórkowa

Ale co ciekawe, okazuje się, że nie wszystkie komórki mają taką samą strukturę. Istnieje pewna różnica między komórkami żywego organizmu a komórkami roślin. Rzeczywiście, w komórkach roślinnych znajdują się plastydy, błona i wakuole z sokiem komórkowym. Na obrazku możesz zobaczyć strukturę komórkową zwierząt i roślin oraz dostrzec różnicę między nimi:

Aby uzyskać więcej informacji na temat struktury komórek roślinnych i zwierzęcych, dowiesz się, oglądając wideo

Jak widać komórki, choć mają mikroskopijne wymiary, to jednak ich budowa jest dość złożona. Dlatego przejdziemy teraz do bardziej szczegółowego badania struktury komórki.

Błona plazmatyczna komórki

Aby nadać kształt i oddzielić komórkę od jej rodzaju, wokół komórki ludzkiej znajduje się błona.

Ponieważ membrana ma zdolność częściowego przepuszczania substancji przez siebie, dzięki temu niezbędne substancje dostają się do komórki, a odpady są z niej usuwane.

Konwencjonalnie możemy powiedzieć, że błona komórkowa jest filmem ultramikroskopowym, który składa się z dwóch jednocząsteczkowych warstw białka i dwucząsteczkowej warstwy lipidów, która znajduje się pomiędzy tymi warstwami.

Z tego możemy wywnioskować, że błona komórkowa odgrywa ważną rolę w jej strukturze, ponieważ spełnia szereg specyficznych funkcji. Pełni funkcję ochronną, barierową i łączącą między innymi komórkami oraz w komunikacji z otoczeniem.

A teraz spójrzmy na bardziej szczegółową strukturę membrany na rysunku:

Cytoplazma

Kolejnym składnikiem środowiska wewnętrznego komórki jest cytoplazma. Jest to półpłynna substancja, w której poruszają się i rozpuszczają inne substancje. Cytoplazma składa się z białek i wody.

Wewnątrz komórki zachodzi ciągły ruch cytoplazmy, który nazywa się cyklozą. Cykloza jest okrągła lub siatkowata.

Ponadto cytoplazma łączy różne części komórki. W tym środowisku znajdują się organelle komórkowe.

Organelle to trwałe struktury komórkowe o określonych funkcjach.

Takie organelle obejmują takie struktury, jak macierz cytoplazmatyczna, retikulum endoplazmatyczne, rybosomy, mitochondria itp.

Teraz postaramy się przyjrzeć bliżej tym organelli i dowiedzieć się, jakie pełnią funkcje.

Cytoplazma

macierz cytoplazmatyczna

Jedną z głównych części komórki jest macierz cytoplazmatyczna. Dzięki niemu w komórce zachodzą procesy biosyntezy, a jej składniki zawierają enzymy wytwarzające energię.

macierz cytoplazmatyczna

Retikulum endoplazmatyczne

Wewnątrz strefa cytoplazmatyczna składa się z małych kanałów i różnych wnęk. Kanały te, łącząc się ze sobą, tworzą retikulum endoplazmatyczne. Taka sieć jest niejednorodna w swojej strukturze i może być ziarnista lub gładka.


Retikulum endoplazmatyczne

Jądro komórkowe

Najważniejszą częścią, która jest obecna w prawie wszystkich komórkach, jest jądro komórkowe. Komórki posiadające jądro nazywane są eukariontami. Każde jądro komórkowe zawiera DNA. Jest substancją dziedziczności i wszystkie właściwości komórki są w niej zaszyfrowane.

Jądro komórkowe

Chromosomy

Jeśli przyjrzymy się strukturze chromosomu pod mikroskopem, zobaczymy, że składa się on z dwóch chromatyd. Z reguły po podziale jądrowym chromosom staje się pojedynczą chromatydą. Ale na początku następnego podziału na chromosomie pojawia się kolejna chromatyda.

Chromosomy

Centrum komórkowe

Rozważając centrum komórki, można zauważyć, że składa się ono z centrioli matki i córki. Każda taka centriola jest obiektem cylindrycznym, ściany tworzy dziewięć trojaczków kanalików, aw środku znajduje się jednorodna substancja.

Za pomocą takiego centrum komórkowego następuje podział komórek zwierzęcych i niższych roślin.

Centrum komórkowe

Rybosomy

Rybosomy to uniwersalne organelle występujące zarówno w komórkach zwierzęcych, jak i roślinnych. Ich główną funkcją jest synteza białek w centrum funkcjonalnym.

Rybosomy

mitochondria

Mitochondria to także mikroskopijne organelle, ale w przeciwieństwie do rybosomów mają budowę dwubłonową, w której zewnętrzna błona jest gładka, a wewnętrzna ma rozmaicie ukształtowane wyrostki zwane cristae. Mitochondria pełnią rolę ośrodka oddechowego i energetycznego

mitochondria

Aparat Golgiego

Ale za pomocą aparatu Golgiego dochodzi do gromadzenia i transportu substancji. Również dzięki temu aparatowi dochodzi do powstawania lizosomów i syntezy lipidów i węglowodanów.

W strukturze aparat Golgiego przypomina pojedyncze ciała, które mają kształt półksiężyca lub pręta.

Aparat Golgiego

plastydy

Ale plastydy dla komórki roślinnej pełnią rolę stacji energetycznej. Mają tendencję do przechodzenia z jednego gatunku na drugi. Plastydy dzielą się na takie odmiany jak chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty.

plastydy

Lizosomy

Wakuola trawienna, która jest zdolna do rozpuszczania enzymów, nazywana jest lizosomem. Są to mikroskopijne jednobłonowe organelle o zaokrąglonym kształcie. Ich liczba zależy bezpośrednio od tego, jak żywotna jest komórka i jaki jest jej stan fizyczny.

W przypadku, gdy nastąpi zniszczenie błony lizosomalnej, wówczas w tym przypadku komórka jest w stanie sama się strawić.

Lizosomy

Sposoby odżywiania komórki

Przyjrzyjmy się teraz, jak komórki są karmione:

Jak komórka jest karmiona

Należy w tym miejscu zaznaczyć, że białka i polisacharydy mają tendencję do penetracji do komórki na drodze fagocytozy, natomiast krople cieczy na drodze pinocytozy.

Metoda odżywiania komórek zwierzęcych, do której wchodzą składniki odżywcze, nazywa się fagocytozą. I taki uniwersalny sposób odżywiania dowolnych komórek, w którym składniki odżywcze dostają się do komórki już w postaci rozpuszczonej, nazywa się pinocytozą.

Dzieli wszystkie komórki (lub żywe organizmy) na dwa typy: prokarioty I eukarionty. Prokarionty to komórki lub organizmy niejądrowe, do których należą wirusy, bakterie prokariotyczne i sinice, w których komórka składa się bezpośrednio z cytoplazmy, w której znajduje się jeden chromosom - Cząsteczka DNA(czasem RNA).

komórki eukariotyczne mają jądro, w którym znajdują się nukleoproteiny (białko histonowe + kompleks DNA), a także inne organelle. Eukarionty obejmują większość znanych nauce współczesnych organizmów jednokomórkowych i wielokomórkowych (w tym rośliny).

Budowa organoidów eukariotycznych.

Nazwa organoidu	Struktura organoidu	Funkcje organoidów
Cytoplazma	Wewnętrzne środowisko komórki, które zawiera jądro i inne organelle. Posiada półpłynną, drobnoziarnistą konsystencję.	Pełni funkcję transportową. Reguluje szybkość przepływu metabolicznych procesów biochemicznych. Zapewnia interakcję między organellami.
Rybosomy	Małe kuliste lub elipsoidalne organelle o średnicy od 15 do 30 nanometrów.	Zapewniają proces syntezy cząsteczek białka, ich składania z aminokwasów.
mitochondria	Organelle, które mają szeroką gamę kształtów - od kulistych po nitkowate. Wewnątrz mitochondriów znajdują się fałdy o wielkości od 0,2 do 0,7 mikrona. Zewnętrzna powłoka mitochondriów ma strukturę dwubłonową. Błona zewnętrzna jest gładka, a na wewnętrznej znajdują się wyrostki w kształcie krzyża z enzymami oddechowymi.	Enzymy na błonach zapewniają syntezę ATP (kwas adenozynotrójfosforowy). Funkcja energii. Mitochondria dostarczają komórce energii, uwalniając ją podczas rozpadu ATP.
Retikulum endoplazmatyczne (ER)	System błon w cytoplazmie, który tworzy kanały i jamy. Istnieją dwa rodzaje: ziarnisty, na którym znajdują się rybosomy i gładki.	Zapewnia procesy syntezy składników odżywczych (białek, tłuszczów, węglowodanów). Białka są syntetyzowane na ziarnistym ER, podczas gdy tłuszcze i węglowodany są syntetyzowane na gładkim ER. Zapewnia krążenie i dostarczanie składników odżywczych w komórce.
plastydy(organelle charakterystyczne tylko dla komórek roślinnych) dzielą się na trzy typy:	Organelle z podwójną błoną
Leukoplasty	Bezbarwne plastydy występujące w bulwach, korzeniach i cebulach roślin.	Stanowią dodatkowy zbiornik do magazynowania składników odżywczych.
Chloroplasty	Organelle mają owalny kształt i zielony kolor. Są oddzielone od cytoplazmy dwiema trójwarstwowymi błonami. Wewnątrz chloroplastów znajduje się chlorofil.	Przekształć materię organiczną z materii nieorganicznej za pomocą energii słonecznej.
chromoplasty	Organelle, od żółtego do brązowego, w których gromadzi się karoten.	Przyczyniają się do pojawienia się części roślin o żółtej, pomarańczowej i czerwonej barwie.
Lizosomy	Zaokrąglone organelle o średnicy około 1 mikrona, posiadające błonę na powierzchni, a wewnątrz kompleks enzymów.	funkcja trawienna. Trawią cząsteczki składników odżywczych i eliminują martwe części komórki.
kompleks Golgiego	Może mieć różne kształty. Składa się z wnęk oddzielonych membranami. Rurowe formacje z bąbelkami na końcach odchodzą od wnęk.	Tworzy lizosomy. Zbiera i usuwa substancje organiczne syntetyzowane w EPS.
Centrum komórkowe	Składa się z centrosfery (zwartego obszaru cytoplazmy) i centrioli - dwóch małych ciał.	Pełni ważną funkcję przy podziale komórek.
Inkluzje komórkowe	Węglowodany, tłuszcze i białka, które są nietrwałymi składnikami komórki.	Zapasowe składniki odżywcze, które są wykorzystywane do życia komórki.
Organelle ruchu	Wici i rzęski (wyrostki i komórki), miofibryle (formacje nitkowate) i pseudopodia (lub pseudopodia).	Pełnią funkcję motoryczną, a także zapewniają proces skurczu mięśni.

Jądro komórkowe jest główną i najbardziej złożoną organellą komórki, więc rozważymy to

Wyślij swoją dobrą pracę w bazie wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Wam bardzo wdzięczni.

Hostowane na http://www.allbest.ru/

Plan

1. Komórka, jej budowa i funkcje

2. Woda w życiu komórki

3. Metabolizm i energia w komórce

4. Odżywianie komórki. Fotosynteza i chemosynteza

5. Kod genetyczny. Synteza białek w komórce

6. Regulacja transkrypcji i translacji w komórce i organizmie

Bibliografia

1. Komórka, jej budowa i funkcje

Komórki znajdują się w substancji międzykomórkowej, która zapewnia im wytrzymałość mechaniczną, odżywianie i oddychanie. Głównymi częściami każdej komórki są cytoplazma i jądro.

Komórka pokryta jest błoną składającą się z kilku warstw cząsteczek, zapewniających selektywną przepuszczalność substancji. Najmniejsze struktury - organelle - znajdują się w cytoplazmie. Do organelli komórkowych należą: retikulum endoplazmatyczne, rybosomy, mitochondria, lizosomy, kompleks Golgiego, centrum komórkowe.

Komórka składa się z: aparatu powierzchniowego, cytoplazmy, jądra.

Struktura komórki zwierzęcej

Błona zewnętrzna lub plazmatyczna- oddziela zawartość komórki od środowiska (inne komórki, substancja międzykomórkowa), składa się z cząsteczek lipidów i białek, zapewnia komunikację między komórkami, transport substancji do wnętrza komórki (pinocytoza, fagocytoza) i na zewnątrz komórki.

Cytoplazma- wewnętrzne półpłynne środowisko komórki, które zapewnia komunikację między jądrem a znajdującymi się w nim organellami. Główne procesy życiowej aktywności zachodzą w cytoplazmie.

Organelle komórkowe:

1) siateczka śródplazmatyczna (ER)- system kanalików rozgałęzionych, biorących udział w syntezie białek, lipidów i węglowodanów, w transporcie substancji w komórce;

2) rybosomy- ciała zawierające rRNA znajdują się na ER iw cytoplazmie i biorą udział w syntezie białek. EPS i rybosomy to pojedynczy aparat do syntezy i transportu białek;

3) mitochondria- „elektrownie” komórki, oddzielone od cytoplazmy dwiema błonami. Wewnętrzna tworzy cristae (fałdy), które zwiększają jej powierzchnię. Enzymy na cristae przyspieszają reakcje utleniania substancji organicznych i syntezę bogatych w energię cząsteczek ATP;

4) zespół Golgiego- grupa jam oddzielonych od cytoplazmy błoną, wypełnionych białkami, tłuszczami i węglowodanami, które są albo wykorzystywane w procesach życiowych, albo usuwane z komórki. Błony kompleksu przeprowadzają syntezę tłuszczów i węglowodanów;

5) lizosomy- ciała wypełnione enzymami przyspieszają reakcje rozszczepiania białek na aminokwasy, lipidów na glicerol i kwasy tłuszczowe, polisacharydów na monosacharydy. W lizosomach niszczone są martwe części komórki, całe komórki i komórki.

Inkluzje komórkowe- Nagromadzenie zapasowych składników odżywczych: białek, tłuszczów i węglowodanów.

Rdzeń- najważniejsza część komórki.

Pokryta jest dwubłonową membraną z porami, przez które niektóre substancje wnikają do jądra, a inne do cytoplazmy.

Chromosomy są głównymi strukturami jądra, nośnikami dziedzicznej informacji o cechach organizmu. Przekazywana jest w procesie podziału komórki macierzystej na komórki potomne, a wraz z komórkami rozrodczymi na organizmy potomne.

Jądro jest miejscem syntezy DNA, mRNA, rRNA.

Skład chemiczny komórki

Komórka jest podstawową jednostką życia na Ziemi. Posiada wszystkie cechy żywego organizmu: rośnie, rozmnaża się, wymienia substancje i energię z otoczeniem, reaguje na bodźce zewnętrzne. Początek ewolucji biologicznej związany jest z pojawieniem się na Ziemi komórkowych form życia. Organizmy jednokomórkowe to komórki, które istnieją oddzielnie od siebie. Ciało wszystkich organizmów wielokomórkowych – zwierząt i roślin – zbudowane jest z mniej lub bardziej komórek, które są swego rodzaju budulcem składającym się na złożony organizm. Niezależnie od tego, czy komórka jest integralnym systemem żywym – odrębnym organizmem, czy też jest tylko jego częścią, obdarzona jest zespołem cech i właściwości wspólnych dla wszystkich komórek.

Około 60 elementów układu okresowego Mendelejewa znaleziono w komórkach, które występują również w przyrodzie nieożywionej. Jest to jeden z dowodów wspólnoty przyrody ożywionej i nieożywionej. Wodór, tlen, węgiel i azot występują najczęściej w organizmach żywych, stanowiąc około 98% masy komórek. Wynika to ze specyfiki właściwości chemicznych wodoru, tlenu, węgla i azotu, w wyniku czego okazały się one najbardziej odpowiednie do tworzenia cząsteczek pełniących funkcje biologiczne. Te cztery pierwiastki są w stanie tworzyć bardzo silne wiązania kowalencyjne poprzez parowanie elektronów należących do dwóch atomów. Atomy węgla związane kowalencyjnie mogą tworzyć szkielety niezliczonych różnych cząsteczek organicznych. Ponieważ atomy węgla z łatwością tworzą wiązania kowalencyjne z tlenem, wodorem, azotem, a także z siarką, cząsteczki organiczne osiągają wyjątkową złożoność i różnorodność budowy.

Oprócz czterech głównych pierwiastków komórka zawiera żelazo, potas, sód, wapń, magnez, chlor, fosfor i siarkę w zauważalnych ilościach (10 i 100 części procenta). Wszystkie inne pierwiastki (cynk, miedź, jod, fluor, kobalt, mangan itp.) znajdują się w komórce w bardzo małych ilościach i dlatego nazywane są mikroelementami.

Pierwiastki chemiczne są częścią związków nieorganicznych i organicznych. Do związków nieorganicznych zalicza się wodę, sole mineralne, dwutlenek węgla, kwasy i zasady. Związki organiczne to białka, kwasy nukleinowe, węglowodany, tłuszcze (lipidy) i lipoidy. Oprócz tlenu, wodoru, węgla i azotu w ich skład mogą wchodzić inne pierwiastki. Niektóre białka zawierają siarkę. Fosfor jest składnikiem kwasów nukleinowych. Cząsteczka hemoglobiny zawiera żelazo, magnez bierze udział w budowie cząsteczki chlorofilu. Pierwiastki śladowe, pomimo ich wyjątkowo niskiej zawartości w organizmach żywych, odgrywają ważną rolę w procesach życiowych. Jod wchodzi w skład hormonu tarczycy - tyroksyny, kobaltu - w składzie witaminy B 12 hormon wyspowej części trzustki - insulina - zawiera cynk.

Materia organiczna komórki

Wiewiórki.

Wśród substancji organicznych komórki białka zajmują pierwsze miejsce zarówno pod względem ilości (10 - 12% całkowitej masy komórki), jak i wartości. Białka to polimery o dużej masie cząsteczkowej (o masie cząsteczkowej od 6000 do 1 miliona lub więcej), których monomerami są aminokwasy. Żywe organizmy wykorzystują 20 aminokwasów, chociaż jest ich znacznie więcej. Każdy aminokwas zawiera grupę aminową (-NH2), która ma właściwości zasadowe, oraz grupę karboksylową (-COOH), która ma właściwości kwasowe. Dwa aminokwasy łączą się w jedną cząsteczkę, tworząc wiązanie HN-CO z uwolnieniem cząsteczki wody. Wiązanie między grupą aminową jednego aminokwasu a grupą karboksylową drugiego nazywa się wiązaniem peptydowym.

Białka to polipeptydy zawierające dziesiątki lub setki aminokwasów. Cząsteczki różnych białek różnią się od siebie masą cząsteczkową, liczbą, składem aminokwasów i ich kolejnością w łańcuchu polipeptydowym. Oczywiste jest zatem, że białka są bardzo różnorodne, ich liczbę we wszystkich typach organizmów żywych szacuje się na 1010 - 1012.

Łańcuch jednostek aminokwasowych połączonych kowalencyjnymi wiązaniami peptydowymi w określonej kolejności nazywany jest pierwotną strukturą białka.

W komórkach białka mają postać spiralnie skręconych włókien lub kulek (kuleczek). Wyjaśnia to fakt, że w naturalnym białku łańcuch polipeptydowy jest sfałdowany w ściśle określony sposób, w zależności od budowy chemicznej wchodzących w jego skład aminokwasów.

Najpierw łańcuch polipeptydowy zwija się w helisę. Przyciąganie powstaje między atomami sąsiednich zwojów i powstają wiązania wodorowe, w szczególności między grupami NH- i CO- znajdującymi się na sąsiednich zwojach. Łańcuch aminokwasów skręcony w formie spirali tworzy drugorzędową strukturę białka. W wyniku dalszego fałdowania helisy powstaje specyficzna dla każdego białka konfiguracja, zwana strukturą trzeciorzędową. Struktura trzeciorzędowa wynika z działania sił adhezji między rodnikami hydrofobowymi obecnymi w niektórych aminokwasach oraz wiązań kowalencyjnych między grupami SH aminokwasu cysteiny (wiązania S-S). Liczba rodników hydrofobowych aminokwasów i cysteiny oraz kolejność ich ułożenia w łańcuchu polipeptydowym jest specyficzna dla każdego białka. W konsekwencji cechy struktury trzeciorzędowej białka są określone przez jego strukturę pierwszorzędową. Białko wykazuje aktywność biologiczną tylko w postaci struktury trzeciorzędowej. Dlatego zastąpienie choćby jednego aminokwasu w łańcuchu polipeptydowym może prowadzić do zmiany konfiguracji białka i zmniejszenia lub utraty jego aktywności biologicznej.

W niektórych przypadkach cząsteczki białek łączą się ze sobą i mogą pełnić swoją funkcję jedynie w postaci kompleksów. Tak więc hemoglobina jest kompleksem czterech cząsteczek i tylko w tej postaci jest zdolna do przyłączania i transportu tlenu.Takie agregaty reprezentują czwartorzędową strukturę białka. Ze względu na swój skład białka dzielą się na dwie główne klasy - prostą i złożoną. Białka proste składają się tylko z aminokwasów, kwasów nukleinowych (nukleotydów), lipidów (lipoprotein), Me (białka metali), P (fosfoprotein).

Funkcje białek w komórce są niezwykle różnorodne..

Jedną z najważniejszych jest funkcja budulcowa: białka biorą udział w tworzeniu wszystkich błon komórkowych i organelli komórkowych, a także struktur wewnątrzkomórkowych. Niezwykle ważna jest enzymatyczna (katalityczna) rola białek. Enzymy przyspieszają reakcje chemiczne zachodzące w komórce 10 lub 100 milionów razy. Funkcję motoryczną zapewniają specjalne białka kurczliwe. Białka te biorą udział we wszystkich rodzajach ruchów, do których zdolne są komórki i organizmy: migotaniu rzęsek i biciu wici u pierwotniaków, skurczu mięśni u zwierząt, ruchu liści u roślin itp.

Funkcja transportowa białek polega na przyłączaniu pierwiastków chemicznych (np. hemoglobina przyłącza O) lub substancji biologicznie czynnych (hormonów) i przenoszeniu ich do tkanek i narządów organizmu. Funkcja ochronna wyraża się w produkcji specjalnych białek, zwanych przeciwciałami, w odpowiedzi na przenikanie obcych białek lub komórek do organizmu. Przeciwciała wiążą i neutralizują obce substancje. Białka odgrywają ważną rolę jako źródła energii. Z całkowitym podziałem 1g. białka są uwalniane 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). chromosom błony komórkowej

Węglowodany.

Węglowodany lub sacharydy to substancje organiczne o ogólnym wzorze (CH 2O) n. Większość węglowodanów ma dwa razy więcej atomów H niż atomów O, jak w cząsteczkach wody. Dlatego substancje te nazwano węglowodanami. W żywej komórce węglowodany występują w ilościach nieprzekraczających 1-2, czasem 5% (w wątrobie, w mięśniach). Najbogatsze w węglowodany są komórki roślinne, których zawartość w niektórych przypadkach sięga 90% suchej masy (nasiona, bulwy ziemniaka itp.).

Węglowodany są proste i złożone.

Proste węglowodany nazywane są monosacharydami. W zależności od liczby atomów węglowodanów w cząsteczce monosacharydy nazywane są triozami, tetrozami, pentozami lub heksozami. Spośród sześciu monosacharydów węglowych najważniejsze są heksozy, glukoza, fruktoza i galaktoza. Glukoza jest zawarta we krwi (0,1-0,12%). Pentozy ryboza i dezoksyryboza są częścią kwasów nukleinowych i ATP. Jeśli dwa monosacharydy łączą się w jedną cząsteczkę, taki związek nazywa się disacharydem. Cukier dietetyczny, pozyskiwany z trzciny cukrowej lub buraków cukrowych, składa się z jednej cząsteczki glukozy i jednej cząsteczki fruktozy, cukru mlecznego – glukozy i galaktozy.

Złożone węglowodany utworzone przez wiele monosacharydów nazywane są polisacharydami. Monomerem takich polisacharydów jak skrobia, glikogen, celuloza jest glukoza. Węglowodany pełnią dwie główne funkcje: budulcową i energetyczną. Celuloza tworzy ściany komórek roślinnych. Złożona chityna polisacharydowa jest głównym składnikiem strukturalnym egzoszkieletu stawonogów. Chityna pełni również funkcję budulcową u grzybów.

Węglowodany pełnią rolę głównego źródła energii w komórce. W procesie utleniania 1 g węglowodanów uwalniane jest 17,6 kJ (~4,2 kcal). Skrobia u roślin i glikogen u zwierząt są magazynowane w komórkach i służą jako rezerwa energii.

Kwasy nukleinowe.

Wartość kwasów nukleinowych w komórce jest bardzo wysoka. Specyfika ich struktury chemicznej zapewnia możliwość przechowywania, przekazywania i przekazywania informacji o strukturze cząsteczek białka do komórek potomnych, które są syntetyzowane w każdej tkance na pewnym etapie indywidualnego rozwoju.

Ponieważ większość właściwości i cech komórek wynika z białek, jasne jest, że stabilność kwasów nukleinowych jest najważniejszym warunkiem prawidłowego funkcjonowania komórek i całych organizmów. Wszelkie zmiany w strukturze komórek lub aktywności zachodzących w nich procesów fizjologicznych, wpływające w ten sposób na życie. Badanie struktury kwasów nukleinowych jest niezwykle ważne dla zrozumienia dziedziczenia cech w organizmach oraz wzorców funkcjonowania zarówno poszczególnych komórek, jak i układów komórkowych – tkanek i narządów.

Istnieją 2 rodzaje kwasów nukleinowych - DNA i RNA.

DNA to polimer składający się z dwóch helis nukleotydowych, zamkniętych tak, że tworzy się podwójna helisa. Monomerami cząsteczek DNA są nukleotydy składające się z zasady azotowej (adenina, tymina, guanina lub cytozyna), węglowodanu (dezoksyrybozy) i reszty kwasu fosforowego. Zasady azotowe w cząsteczce DNA są połączone nierówną liczbą wiązań wodorowych i są ułożone w pary: adenina (A) jest zawsze przeciwna tyminie (T), guanina (G) przeciw cytozynie (C). Schematycznie układ nukleotydów w cząsteczce DNA można przedstawić w następujący sposób:

Ryc. 1. Ułożenie nukleotydów w cząsteczce DNA

Z ryc.1. Można zauważyć, że nukleotydy są połączone ze sobą nie losowo, ale selektywnie. Zdolność do selektywnego oddziaływania adeniny z tyminą i guaniny z cytozyną nazywana jest komplementarnością. Komplementarną interakcję niektórych nukleotydów tłumaczy się osobliwościami przestrzennego rozmieszczenia atomów w ich cząsteczkach, które pozwalają im zbliżać się do siebie i tworzyć wiązania H.

W łańcuchu polinukleotydowym sąsiednie nukleotydy są połączone ze sobą za pomocą reszty cukru (dezoksyrybozy) i kwasu fosforowego. RNA, podobnie jak DNA, jest polimerem, którego monomerami są nukleotydy.

Zasady azotowe trzech nukleotydów są takie same, jak te, które tworzą DNA (A, G, C); czwarty - uracyl (U) - występuje w cząsteczce RNA zamiast tyminy. Nukleotydy RNA różnią się od nukleotydów DNA budową węglowodanów (ryboza zamiast dezoksyrybozy).

W łańcuchu RNA nukleotydy są łączone przez tworzenie wiązań kowalencyjnych między rybozą jednego nukleotydu a resztą kwasu fosforowego drugiego. Dwuniciowe RNA różnią się budową. Dwuniciowe RNA są nośnikami informacji genetycznej w wielu wirusach, tj. pełnią funkcje chromosomów. Jednoniciowe RNA przeprowadzają przekazywanie informacji o budowie białek z chromosomu do miejsca ich syntezy i uczestniczą w syntezie białek.

Istnieje kilka rodzajów jednoniciowego RNA. Ich nazwy wynikają z ich funkcji lub lokalizacji w komórce. Większość cytoplazmatycznego RNA (do 80-90%) to rybosomalny RNA (rRNA) zawarty w rybosomach. Cząsteczki rRNA są stosunkowo małe i składają się średnio z 10 nukleotydów.

Inny rodzaj RNA (mRNA), który przenosi informacje o sekwencji aminokwasów w białkach, które mają być syntetyzowane do rybosomów. Rozmiar tych RNA zależy od długości segmentu DNA, z którego zostały zsyntetyzowane.

Transferowe RNA pełnią kilka funkcji. Dostarczają aminokwasy do miejsca syntezy białek, „rozpoznają” (zgodnie z zasadą komplementarności) triplet i RNA odpowiadające przenoszonemu aminokwasowi oraz przeprowadzają dokładną orientację aminokwasu na rybosomie.

Tłuszcze i lipidy.

Tłuszcze to związki wielkocząsteczkowych kwasów tłuszczowych i trójwodorotlenowego alkoholu glicerolu. Tłuszcze nie rozpuszczają się w wodzie - są hydrofobowe.

W komórce zawsze znajdują się inne złożone hydrofobowe substancje podobne do tłuszczu, zwane lipidami. Jedną z głównych funkcji tłuszczów jest energia. Podczas rozpadu 1 g tłuszczu na CO 2 i H 2 O uwalniana jest duża ilość energii - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal).

Główną funkcją tłuszczów w świecie zwierzęcym (i częściowo roślinnym) jest magazynowanie.

Tłuszcze i lipidy pełnią również funkcję budulcową: wchodzą w skład błon komórkowych. Ze względu na słabą przewodność cieplną tłuszcz może pełnić funkcję ochronną. U niektórych zwierząt (foki, wieloryby) odkłada się w podskórnej tkance tłuszczowej, tworząc warstwę o grubości do 1 m. Powstawanie niektórych lipidów poprzedza syntezę szeregu hormonów. W związku z tym substancje te pełnią również funkcję regulującą procesy metaboliczne.

2. Woda w życiu komórki

Substancje chemiczne budujące komórkę: nieorganiczne (woda, sole mineralne)

Zapewnienie elastyczności komórek.

Konsekwencjami utraty wody przez komórkę jest więdnięcie liści, zasychanie owoców.

Przyspieszenie reakcji chemicznych w wyniku rozpuszczania substancji w wodzie.

Zapewnienie ruchu substancji: wejście większości substancji do komórki i ich usunięcie z komórki w postaci roztworów.

Zapewnienie rozpuszczenia wielu chemikaliów (szereg soli, cukrów).

Udział w wielu reakcjach chemicznych.

Udział w procesie termoregulacji dzięki zdolności do powolnego nagrzewania i powolnego stygnięcia.

Woda. H2O - najpowszechniejszy związek występujący w organizmach żywych. Jego zawartość w różnych komórkach waha się w dość szerokich granicach.

Wyjątkowo ważna rola wody w zapewnianiu procesów życiowych wynika z jej właściwości fizykochemicznych.

Polarność cząsteczek i zdolność do tworzenia wiązań wodorowych sprawiają, że woda jest dobrym rozpuszczalnikiem dla ogromnej liczby substancji. Większość reakcji chemicznych zachodzących w komórce może zachodzić tylko w roztworze wodnym.

Woda bierze również udział w wielu przemianach chemicznych.

Całkowita liczba wiązań wodorowych między cząsteczkami wody zmienia się w zależności od t °. o godz ° topniejący lód niszczy około 15% wiązań wodorowych, w t ° 40 ° C - o połowę. Po przejściu do stanu gazowego wszystkie wiązania wodorowe ulegają zniszczeniu. To wyjaśnia wysoką pojemność cieplną wody. Kiedy zmienia się t ° środowiska zewnętrznego, woda pochłania lub uwalnia ciepło z powodu zerwania lub nowego tworzenia wiązań wodorowych.

W ten sposób fluktuacje t° wewnątrz komórki okazują się mniejsze niż w środowisku. Wysokie ciepło parowania leży u podstaw wydajnego mechanizmu wymiany ciepła u roślin i zwierząt.

Woda jako rozpuszczalnik bierze udział w zjawiskach osmozy, która odgrywa ważną rolę w czynności życiowej komórek organizmu. Osmoza odnosi się do przenikania cząsteczek rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę do roztworu substancji.

Membrany półprzepuszczalne to membrany, które przepuszczają cząsteczki rozpuszczalnika, ale nie przepuszczają cząsteczek (lub jonów) substancji rozpuszczonej. Dlatego osmoza jest jednokierunkową dyfuzją cząsteczek wody w kierunku roztworu.

sole mineralne.

Większość nieorganicznych komórek wewnętrznych ma postać soli w stanie zdysocjowanym lub stałym.

Stężenie kationów i anionów w komórce iw jej otoczeniu nie jest takie samo. Ciśnienie osmotyczne w komórce i jej właściwości buforowe w dużej mierze zależą od stężenia soli.

Buforowanie to zdolność komórki do utrzymania lekko zasadowego odczynu jej zawartości na stałym poziomie. Zawartość soli mineralnych w komórce w postaci kationów (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) i anionów (--HPO | ~, - H 2RS> 4, - SG, - HCC * s). Równowaga zawartości kationów i anionów w komórce, zapewniająca stałość środowiska wewnętrznego organizmu. Przykłady: środowisko w komórce jest lekko zasadowe, wewnątrz komórki występuje duże stężenie jonów K+, aw środowisku otaczającym komórkę – jony Na+. Udział soli mineralnych w metabolizmie.

3 . Owymiana substancji i energii w komórce

Metabolizm energetyczny w komórce

trifosforan adenozyny (ang. ATP, Język angielski Kwiecień) - nukleotyd, pełni niezwykle ważną rolę w wymianie energii i substancji w organizmach; Przede wszystkim związek ten znany jest jako uniwersalne źródło energii dla wszystkich procesów biochemicznych zachodzących w organizmach żywych.

ATP dostarcza energii do wszystkich funkcji komórki: pracy mechanicznej, biosyntezy substancji, podziałów itp. Średnio zawartość ATP w komórce wynosi około 0,05% jej masy, ale w komórkach, w których koszty ATP są wysokie (np. komórki wątroby, mięśnie poprzecznie prążkowane), jego zawartość może sięgać nawet 0,5%. Synteza ATP w komórkach zachodzi głównie w mitochondriach. Jak pamiętasz (patrz 1.7), do syntezy 1 mola ATP z ADP potrzeba 40 kJ.

Metabolizm energetyczny w komórce dzieli się na trzy etapy.

Pierwszy etap ma charakter przygotowawczy.

W jego trakcie duże cząsteczki polimeru spożywczego rozpadają się na mniejsze fragmenty. Polisacharydy rozkładają się na di- i monosacharydy, białka na aminokwasy, tłuszcze na glicerol i kwasy tłuszczowe. Podczas tych przemian uwalniana jest niewielka ilość energii, która jest rozpraszana w postaci ciepła, a ATP nie powstaje.

Drugi etap to niepełny, beztlenowy rozkład substancji.

Na tym etapie substancje powstałe na etapie przygotowawczym są rozkładane przez enzymy przy braku tlenu.

Przeanalizujmy ten etap na przykładzie glikolizy - enzymatycznego rozkładu glukozy. Glikoliza zachodzi w komórkach zwierzęcych iw niektórych mikroorganizmach. Podsumowując, proces ten można przedstawić w postaci następującego równania:

C 6H 12O 6 + 2H 3P 04 + 2ADP > 2C 3H 603 + 2ATP + 2H 2O

Tak więc podczas glikolizy z jednej cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki, trójwęglowy kwas pirogronowy (C 3H 4O 3), który w wielu komórkach, na przykład komórkach mięśniowych, zamienia się w kwas mlekowy (C 3H 6O 3), a uwolniona podczas tego energia wystarczy do przekształcenia dwóch cząsteczek ADP w dwie cząsteczki ATP.

Pomimo swojej pozornej prostoty, glikoliza jest procesem wieloetapowym z ponad dziesięcioma etapami katalizowanymi przez różne enzymy. Tylko 40% uwolnionej energii jest magazynowane przez komórkę w postaci ATP, a pozostałe 60% jest rozpraszane w postaci ciepła. Ze względu na wiele etapów glikolizy uwalniane małe porcje ciepła nie mają czasu na rozgrzanie komórki do niebezpiecznego poziomu.

Glikoliza zachodzi w cytoplazmie komórek.

W większości komórek roślinnych i niektórych grzybów drugi etap metabolizmu energetycznego jest reprezentowany przez fermentację alkoholową:

C 6H 12O 6 + 2H 3RO 4 + 2ADP> 2C 2H 5OH + 2C 02 + 2ATP + 2H2O

Początkowe produkty fermentacji alkoholowej są takie same jak produkty glikolizy, ale wynikiem jest alkohol etylowy, dwutlenek węgla, woda i dwie cząsteczki ATP. Istnieją mikroorganizmy, które rozkładają glukozę do acetonu, kwasu octowego i innych substancji, ale w każdym razie „zysk energetyczny” komórki to dwie cząsteczki ATP.

Trzecim etapem metabolizmu energetycznego jest całkowite rozszczepienie tlenu, czyli oddychanie komórkowe.

W tym przypadku substancje utworzone w drugim etapie są niszczone do produktów końcowych - CO 2 i H 2O. Ten etap można przedstawić w następujący sposób:

2C 3H 6O 3 + 6O 2 + 36H 3PO 4 + 36 ADP > 6CO 2 + 42 H 2O + 36ATP.

Zatem utlenianie dwóch cząsteczek trzech kwasów węglowych, powstałych podczas enzymatycznego rozkładu glukozy do CO 2 i H 2 O, prowadzi do uwolnienia dużej ilości energii, wystarczającej do utworzenia 36 cząsteczek ATP.

Oddychanie komórkowe zachodzi na cristae mitochondriów. Wydajność tego procesu jest wyższa niż glikolizy i wynosi około 55%. W wyniku całkowitego rozpadu jednej cząsteczki glukozy powstaje 38 cząsteczek ATP.

Aby uzyskać energię w komórkach, oprócz glukozy można zastosować inne substancje: lipidy, białka. Jednak wiodącą rolę w metabolizmie energetycznym większości organizmów odgrywają cukry.

4 . Pjedzeniekomórki. Fotosynteza i chemosynteza

Odżywianie komórek następuje w wyniku szeregu złożonych reakcji chemicznych, podczas których substancje, które dostają się do komórki ze środowiska zewnętrznego (dwutlenek węgla, sole mineralne, woda) przedostają się do organizmu samej komórki w postaci białek, cukrów, tłuszczów , oleje, związki azotu i fosforu.

Wszystkie żywe organizmy żyjące na Ziemi można podzielić na dwie grupy w zależności od tego, w jaki sposób pozyskują potrzebne im substancje organiczne.

Pierwsza grupa - autotrofy, co po grecku oznacza „samokarmienie się”. Są w stanie samodzielnie stworzyć wszystkie substancje organiczne potrzebne do budowy komórek i procesów życiowych z substancji nieorganicznych - wody, dwutlenku węgla i innych. Otrzymują energię do tak złożonych przemian albo ze światła słonecznego i nazywane są fototrofami, albo z energii przemian chemicznych związków mineralnych, w którym to przypadku nazywane są chemotrofami. Ale zarówno organizmy fototroficzne, jak i chemotroficzne nie potrzebują materii organicznej, aby pochodzić z zewnątrz. Autotrofy obejmują wszystkie rośliny zielone i wiele bakterii.

Zasadniczo inny sposób otrzymywania niezbędnych związków organicznych w heterotrofach. Heterotrofy nie mogą samodzielnie syntetyzować takich substancji ze związków nieorganicznych i potrzebują stałego wchłaniania gotowych substancji organicznych z zewnątrz. Następnie „przestawiają” cząsteczki otrzymane z zewnątrz na własne potrzeby.

organizmy heterotroficzne są bezpośrednio zależne od produktów fotosyntezy wytwarzanych przez rośliny zielone. Na przykład jedząc kapustę czy ziemniaki otrzymujemy substancje syntetyzowane w komórkach roślinnych dzięki energii światła słonecznego. Jeśli jemy mięso zwierząt domowych, to musimy pamiętać, że zwierzęta te żywią się pokarmami roślinnymi: trawą, zbożem itp. Tak więc ich mięso zbudowane jest z cząsteczek pozyskiwanych z pokarmów roślinnych.

Heterotrofy obejmują grzyby, zwierzęta i wiele bakterii. Niektóre komórki zielonej rośliny są również heterotroficzne: komórki kambium, korzenia. Faktem jest, że komórki tych części rośliny nie są zdolne do fotosyntezy i żywią się substancjami organicznymi syntetyzowanymi przez zielone części rośliny.

Odżywianie komórek: lizosomy i trawienie wewnątrzkomórkowe

Typową przestrzeń tworzą lizosomy, których liczba w jednej komórce dochodzi do kilkuset.

Istnieją lizosomy o różnych kształtach i rozmiarach; ich wewnętrzna struktura różni się specjalną odmianą. Ta różnorodność znajduje odzwierciedlenie w terminologii morfologicznej. Istnieje wiele terminów określających cząstki, które obecnie znamy jako lizosomy. Wśród nich: ciałka gęste, ciała szczątkowe, cytosomy, cytosegresomy i wiele innych.

Z punktu widzenia chemii trawienie pokarmu oznacza poddanie go hydrolizie, tj. wykorzystując wodę do rozbijania różnych wiązań, za pomocą których łączą się elementy budulcowe naturalnych, naturalnych makrocząsteczek. Na przykład wiązania peptydowe łączą aminokwasy w białkach, wiązania glikolityczne łączą cukry w polisacharydach i wiązania estrowe między kwasami i alkoholami. W większości wiązania te są bardzo stabilne, pękają tylko w trudnych warunkach temperatury i wartości pH (środowisko kwaśne lub zasadowe).

Organizmy żywe nie są w stanie stworzyć ani wytrzymać takich warunków, a mimo to trawią pokarm bez trudności. A robią to za pomocą specjalnych katalizatorów – enzymów hydrolitycznych, czyli hydrolaz, które są wydzielane w układzie pokarmowym. Hydrolazy są specyficznymi katalizatorami. Każdy z nich rozszczepia tylko ściśle określony rodzaj wiązania chemicznego. Ponieważ żywność zwykle składa się z wielu składników o różnych wiązaniach chemicznych, trawienie wymaga jednoczesnego skoordynowanego lub sekwencyjnego udziału różnych enzymów. Rzeczywiście, soki trawienne wydzielane do przewodu pokarmowego zawierają dużą liczbę różnych hydrolaz, co umożliwia organizmowi ludzkiemu przyswajanie wielu złożonych produktów spożywczych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Jednak ta zdolność jest ograniczona, a organizm ludzki nie jest w stanie trawić celulozy.

Te podstawowe przepisy mają zasadniczo zastosowanie do lizosomów. W każdym lizosomie znajdujemy cały zbiór różnych hydrolaz - zidentyfikowano ponad 50 gatunków - które razem są w stanie całkowicie lub prawie całkowicie strawić wiele podstawowych substancji naturalnych, w tym białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe, ich kombinacje i pochodne. Jednak podobnie jak przewód pokarmowy człowieka, lizosomy charakteryzują się pewnymi ograniczeniami w zdolności trawienia.

W jelicie końcowe produkty trawienia (strawione) są „oczyszczane” przez wchłanianie jelitowe: są usuwane przez komórki błony śluzowej, zwykle przez aktywne pompy, i dostają się do krwioobiegu. Coś podobnego dzieje się w lizosomach.

Różne małe cząsteczki powstające podczas trawienia są transportowane przez błonę lizosomalną do cytoplazmy, gdzie są wykorzystywane przez układy metaboliczne komórki.

Ale czasami trawienie nie zachodzi lub jest niekompletne i nie osiąga etapu, na którym jego produkty mogą zostać oczyszczone. U większości pierwotniaków i niższych bezkręgowców takie sytuacje nie powodują żadnych specjalnych konsekwencji, ponieważ ich komórki mają zdolność pozbywania się zawartości swoich starych lizosomów, po prostu wyrzucając ją do środowiska.

U zwierząt wyższych wiele komórek nie jest w stanie w ten sposób opróżnić swoich lizosomów. Są w stanie chronicznego „zaparcia”. To właśnie ten poważny niedobór leży u podstaw wielu stanów patologicznych związanych z przeciążeniem lizosomów. Niestrawność, nadkwaśność, zaparcia i inne zaburzenia trawienia.

Odżywianie autotroficzne

Życie na Ziemi zależy od organizmów autotroficznych. Prawie cała materia organiczna potrzebna żywym komórkom jest wytwarzana w procesie fotosyntezy.

Fotosynteza(z greckich fotografii - światło i synteza - połączenie, połączenie) - przemiana substancji nieorganicznych (woda i dwutlenek węgla) w substancje organiczne przez rośliny zielone i mikroorganizmy fotosyntetyzujące pod wpływem energii słonecznej, która jest zamieniana na energię wiązań chemicznych w cząsteczki substancji organicznych.

Fazy ​​fotosyntezy.

W procesie fotosyntezy uboga w energię woda i dwutlenek węgla są przekształcane w energochłonną materię organiczną – glukozę. W tym przypadku energia słoneczna gromadzi się w wiązaniach chemicznych tej substancji. Ponadto podczas fotosyntezy do atmosfery uwalniany jest tlen, który jest wykorzystywany przez organizmy do oddychania.

Obecnie ustalono, że fotosynteza przebiega w dwóch fazach - jasnej i ciemnej.

W fazie lekkiej, dzięki energii słonecznej, dochodzi do wzbudzenia cząsteczek chlorofilu i syntezy ATP.

Równocześnie z tą reakcją pod wpływem światła woda (H 20) rozkłada się z uwolnieniem wolnego tlenu (02). Proces ten nazwano fotolizą (od greckich fotografii – światło i liza – rozpuszczanie). Powstałe jony wodorowe wiążą się ze specjalną substancją - nośnikiem jonów wodorowych (NADP) i są wykorzystywane w następnej fazie.

Obecność światła nie jest konieczna do zajścia reakcji fazy temperaturowej. Źródłem energii są tutaj cząsteczki ATP syntetyzowane w fazie lekkiej. W fazie temp dwutlenek węgla jest asymilowany z powietrza, jest redukowany przez jony wodoru, a dzięki wykorzystaniu energii ATP powstaje glukoza.

Wpływ warunków środowiskowych na fotosyntezę.

Fotosynteza wykorzystuje tylko 1% energii słonecznej padającej na liść. Fotosynteza zależy od wielu warunków środowiskowych. Po pierwsze, proces ten przebiega najintensywniej pod wpływem czerwonych promieni widma słonecznego (ryc. 58). O stopniu intensywności fotosyntezy decyduje ilość uwolnionego tlenu, który wypiera wodę z cylindra. Szybkość fotosyntezy zależy również od stopnia oświetlenia rośliny. Wydłużenie długości dnia prowadzi do wzrostu wydajności fotosyntezy, czyli ilości substancji organicznych tworzonych przez roślinę.

Znaczenie fotosyntezy.

Produkty fotosyntezy są wykorzystywane:

organizmy jako substancje odżywcze, źródło energii i tlenu dla procesów życiowych;

w produkcji żywności dla ludzi

jako budulec w budownictwie mieszkaniowym, w produkcji mebli itp.

Ludzkość zawdzięcza swoje istnienie fotosyntezie.

Wszystkie rezerwy paliwa na Ziemi są produktami powstałymi w wyniku fotosyntezy. Wykorzystując węgiel i drewno uzyskujemy energię, która została zmagazynowana w materii organicznej podczas fotosyntezy. W tym samym czasie do atmosfery uwalniany jest tlen.

Według naukowców bez fotosyntezy cały zapas tlenu zostałby zużyty w ciągu 3000 lat.

Chemosynteza.

Oprócz fotosyntezy znana jest inna metoda pozyskiwania energii i syntezy substancji organicznych z nieorganicznych. Niektóre bakterie są w stanie pozyskiwać energię poprzez utlenianie różnych substancji nieorganicznych. Nie potrzebują światła do tworzenia substancji organicznych. Proces syntezy substancji organicznych z substancji nieorganicznych, który zachodzi dzięki energii utleniania substancji nieorganicznych, nazywany jest chemosyntezą (z łac.

Bakterie chemosyntetyczne zostały odkryte przez rosyjskiego naukowca S.N. Winogradski. Bakterie chemosyntetyzujące żelazo, bakterie siarkowe i azotobakterie rozróżnia się w zależności od utleniania, z której substancji uwalnia się energia.

5 . Genetykakod cue. Synteza białek w komórce

Kod genetyczny- ujednolicony system zapisu dziedzicznej informacji w cząsteczkach kwasów nukleinowych w postaci sekwencji nukleotydów. Kod genetyczny opiera się na użyciu alfabetu składającego się tylko z czterech liter nukleotydów różniących się zasadami azotowymi: A, T, G, C.

Główne właściwości kodu genetycznego są następujące:

1. Kod genetyczny jest trójkowy. Trójka (kodon) to sekwencja trzech nukleotydów, która koduje jeden aminokwas. Ponieważ białka zawierają 20 aminokwasów, jest oczywiste, że każdy z nich nie może być zakodowany przez jeden nukleotyd (ponieważ w DNA są tylko cztery rodzaje nukleotydów, w tym przypadku 16 aminokwasów pozostaje niekodowanych). Dwa nukleotydy do kodowania aminokwasów również nie wystarczą, ponieważ w tym przypadku można zakodować tylko 16 aminokwasów. Oznacza to, że najmniejsza liczba nukleotydów kodujących jeden aminokwas to trzy. (W tym przypadku liczba możliwych trójek nukleotydów wynosi 43 = 64).

2. Redundancja (zdegenerowanie) kodu jest konsekwencją jego trypletowego charakteru i oznacza, że ​​jeden aminokwas może być zakodowany przez kilka trypletów (ponieważ jest 20 aminokwasów i 64 trojaczki). Wyjątkiem są metionina i tryptofan, które są kodowane tylko przez jedną trójkę. Ponadto niektóre trojaczki pełnią określone funkcje.

Tak więc w cząsteczce mRNA trzy z nich - UAA, UAG, UGA - są kodonami terminacyjnymi, czyli sygnałami stop, które zatrzymują syntezę łańcucha polipeptydowego. Tryplet odpowiadający metioninie (AUG), znajdujący się na początku łańcucha DNA, nie koduje aminokwasu, ale pełni funkcję inicjującego (ekscytującego) odczytu.

3. Równocześnie z redundancją kod ma właściwość jednoznaczności, co oznacza, że ​​każdy kodon odpowiada tylko jednemu określonemu aminokwasowi.

4. Kod jest współliniowy, tj. Sekwencja nukleotydów w genie dokładnie odpowiada sekwencji aminokwasów w białku.

5. Kod genetyczny jest nienakładający się i zwarty, tj. nie zawiera „znaków interpunkcyjnych”. Oznacza to, że proces odczytu nie dopuszcza możliwości nakładania się kolumn (trypletów) i zaczynając od pewnego kodonu, odczyt przebiega w sposób ciągły trzykrotna po trójce, aż do sygnałów stop (kodonów kończących). Na przykład w mRNA następująca sekwencja zasad azotowych AUGGUGCUUAAAUGUG będzie odczytywana tylko w trójkach takich jak ta: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG, a nie AUG, UGG, GGU, GUG itp. lub AUG, GGU, UGC , CUU itp. lub w inny sposób (na przykład kodon AUG, znak interpunkcyjny G, kodon UHC, znak interpunkcyjny U itp.).

6. Kod genetyczny jest uniwersalny, to znaczy geny jądrowe wszystkich organizmów kodują informacje o białkach w ten sam sposób, niezależnie od poziomu organizacji i pozycji systematycznej tych organizmów.

Synteza białek w komórce

Biosynteza białek zachodzi w każdej żywej komórce. Najbardziej aktywny jest w młodych rosnących komórkach, gdzie syntetyzowane są białka do budowy ich organelli, a także w komórkach wydzielniczych, gdzie syntetyzowane są białka enzymatyczne i białka hormonalne.

Główną rolę w określaniu struktury białek odgrywa DNA. Fragment DNA zawierający informację o budowie pojedynczego białka nazywany jest genem. Cząsteczka DNA zawiera kilkaset genów. Cząsteczka DNA zawiera kod sekwencji aminokwasów w białku w postaci ściśle połączonych nukleotydów. Kod DNA został prawie całkowicie odszyfrowany. Jego istota jest następująca. Każdy aminokwas odpowiada fragmentowi łańcucha DNA składającego się z trzech sąsiednich nukleotydów.

Na przykład sekcja T--T--T odpowiada aminokwasowi lizynie, segment A--C--A cystynie, C--A--A walinie itd. Istnieje 20 różnych aminokwasów, liczba możliwych kombinacji 4 nukleotydów 3 wynosi 64. Zatem trojaczków jest więcej niż wystarczająca do zakodowania wszystkich aminokwasów.

Synteza białek jest złożonym, wieloetapowym procesem reprezentującym łańcuch reakcji syntezy przebiegających zgodnie z zasadą syntezy macierzowej.

Ponieważ DNA znajduje się w jądrze komórkowym, a synteza białek zachodzi w cytoplazmie, istnieje pośrednik, który przekazuje informacje z DNA do rybosomów. Takim pośrednikiem jest mRNA. :

W biosyntezie białek określa się następujące etapy, które zachodzą w różnych częściach komórki:

1. Pierwszy etap - synteza i-RNA zachodzi w jądrze, podczas którego informacja zawarta w genie DNA jest przepisywana na i-RNA. Proces ten nazywa się transkrypcją (od łacińskiego „transkryptu” - przepisywania).

2. Na drugim etapie aminokwasy są połączone z cząsteczkami tRNA, które kolejno składają się z trzech nukleotydów - antykodonów, za pomocą których określa się ich kodon trypletowy.

3. Trzecim etapem jest proces bezpośredniej syntezy wiązań polipeptydowych, zwany translacją. Występuje w rybosomach.

4. Na czwartym etapie następuje tworzenie drugorzędowej i trzeciorzędowej struktury białka, czyli tworzenie ostatecznej struktury białka.

Tak więc w procesie biosyntezy białek powstają nowe cząsteczki białka zgodnie z dokładną informacją zapisaną w DNA. Proces ten zapewnia odnowę białek, procesy metaboliczne, wzrost i rozwój komórek, czyli wszystkie procesy życiowej aktywności komórki.

Chromosomy (z greckiego „chrom” – kolor, „soma” – ciało) – bardzo ważne struktury jądra komórkowego. Odgrywają ważną rolę w procesie podziału komórki, zapewniając przekazywanie informacji dziedzicznej z pokolenia na pokolenie. Są to cienkie nici DNA przyczepione do białek. Wątki są nazywane chromatydy , składający się z DNA, białek zasadowych (histonów) i białek kwasowych.

W komórce niedzielącej się chromosomy wypełniają całą objętość jądra i nie są widoczne pod mikroskopem. Przed rozpoczęciem podziału następuje spiralizacja DNA i każdy chromosom staje się widoczny pod mikroskopem.

Podczas spiralizacji chromosomy ulegają redukcji dziesiątki tysięcy razy. W tym stanie chromosomy wyglądają jak dwie identyczne nici (chromatydy) leżące obok siebie, połączone wspólnym miejscem – centromerem.

Każdy organizm charakteryzuje się stałą liczbą i strukturą chromosomów. W komórkach somatycznych chromosomy są zawsze sparowane, to znaczy w jądrze znajdują się dwa identyczne chromosomy, które tworzą jedną parę. Takie chromosomy nazywane są homologicznymi, a sparowane zestawy chromosomów w komórkach somatycznych nazywane są diploidalnymi.

Tak więc diploidalny zestaw chromosomów u ludzi składa się z 46 chromosomów, tworzących 23 pary. Każda para składa się z dwóch identycznych (homologicznych) chromosomów.

Cechy strukturalne chromosomów umożliwiają rozróżnienie ich 7 grup, które są oznaczone łacińskimi literami A, B, C, D, E, F, G. Wszystkie pary chromosomów mają numery seryjne.

Mężczyźni i kobiety mają 22 pary identycznych chromosomów. Nazywa się je autosomami. Mężczyźni i kobiety różnią się jedną parą chromosomów, które nazywane są chromosomami płciowymi. Są one oznaczone literami - dużym X (grupa C) i małym Y (grupa C,). Ciało kobiety ma 22 pary autosomów i jedną parę (XX) chromosomów płciowych. Mężczyźni mają 22 pary autosomów i jedną parę (XY) chromosomów płciowych.

W przeciwieństwie do komórek somatycznych, komórki rozrodcze zawierają połowę zestawu chromosomów, to znaczy zawierają po jednym chromosomie z każdej pary! Taki zbiór nazywamy haploidalnym. Haploidalny zestaw chromosomów powstaje w procesie dojrzewania komórki.

6 . Rregulacja transkrypcji i translacji w komórce iciało

Operon i represor.

Wiadomo, że zestaw chromosomów, czyli zestaw cząsteczek DNA, jest taki sam we wszystkich komórkach jednego organizmu.

Dlatego każda komórka w ciele jest zdolna do syntezy dowolnej ilości każdego białka znajdującego się w tym organizmie. Na szczęście tak się nigdy nie dzieje, ponieważ komórki danej tkanki muszą mieć określony zestaw białek niezbędnych do pełnienia swojej funkcji w organizmie wielokomórkowym iw żadnym wypadku nie powinny syntetyzować „obcych” białek charakterystycznych dla komórek innych tkanek.

Na przykład w komórkach korzeni konieczna jest synteza hormonów roślinnych, aw komórkach liści - enzymów zapewniających fotosyntezę. Dlaczego więc w jednej komórce wszystkie białka, o których informacja jest dostępna w jej chromosomach, nie są syntetyzowane od razu?

Takie mechanizmy są lepiej poznane w komórkach prokariotycznych. Pomimo faktu, że prokarionty są organizmami jednokomórkowymi, ich transkrypcja i translacja są również regulowane, ponieważ w jednym momencie komórka może potrzebować białka, aw innym momencie to samo białko może stać się dla niej szkodliwe.

Za jednostkę genetyczną mechanizmu regulacji syntezy białek należy uznać operon, który zawiera jeden lub więcej genów strukturalnych, tj. genów przenoszących informację o strukturze mRNA, który z kolei przenosi informację o strukturze białka . Przed tymi genami, na początku operonu, znajduje się promotor – „lądowisko” dla enzymu polimerazy RNA. Pomiędzy promotorem a genami strukturalnymi w operonie znajduje się fragment DNA zwany operatorem. Jeśli z operatorem związane jest specjalne białko, represor, polimeraza RNA nie może rozpocząć syntezy mRNA.

Mechanizm regulacji syntezy białek u eukariontów.

Regulacja pracy genów u eukariontów, zwłaszcza u organizmów wielokomórkowych, jest znacznie bardziej skomplikowana. Po pierwsze, białka niezbędne do zapewnienia dowolnej funkcji mogą być zakodowane w genach różnych chromosomów (przypomnijmy, że u prokariotów DNA w komórce jest reprezentowane przez pojedynczą cząsteczkę). Po drugie, u eukariontów same geny są bardziej złożone niż u prokariotów; mają „ciche” regiony, z których nie odczytuje się mRNA, ale które są w stanie regulować pracę sąsiednich regionów DNA. Po trzecie, w organizmie wielokomórkowym konieczna jest precyzyjna regulacja i koordynacja pracy genów w komórkach różnych tkanek.

Ta koordynacja odbywa się na poziomie całego organizmu i głównie za pomocą hormonów. Wytwarzane są zarówno w komórkach gruczołów dokrewnych, jak iw komórkach wielu innych tkanek, np. nerwowej. Hormony te wiążą się ze specjalnymi receptorami znajdującymi się na błonie komórkowej lub wewnątrz komórki. W wyniku interakcji receptora z hormonem w komórce dochodzi do aktywacji lub wręcz stłumienia pewnych genów, a synteza białek w tej komórce zmienia swój charakter. Na przykład adrenalina, hormon nadnerczy, aktywuje rozpad glikogenu do glukozy w komórkach mięśniowych, co prowadzi do poprawy zaopatrzenia tych komórek w energię. Przeciwnie, inny hormon, insulina, wydzielana przez trzustkę, sprzyja powstawaniu glikogenu z glukozy i jego magazynowaniu w komórkach wątroby.

Należy również wziąć pod uwagę, że 99,9% DNA u wszystkich ludzi jest takie samo, a tylko pozostałe 0,1% decyduje o niepowtarzalnej indywidualności każdego człowieka: wyglądzie, cechach charakteru, metabolizmie, podatności na określone choroby, indywidualnej reakcji na leki i wiele innych. więcej. .

Można przypuszczać, że część „niedziałających” genów w pewnych komórkach jest tracona, niszczona. Jednak wiele eksperymentów wykazało, że tak nie jest. W pewnych warunkach z komórki jelita kijanki można wyhodować całą żabę, co jest możliwe tylko wtedy, gdy w jądrze tej komórki zachowana jest cała informacja genetyczna, chociaż część z nich nie została wyrażona w postaci białek, gdy komórka była częścią ściany jelita. W konsekwencji w każdej komórce organizmu wielokomórkowego wykorzystywana jest tylko część informacji genetycznej zawartej w jej DNA, co oznacza, że ​​muszą istnieć mechanizmy, które „włączają” lub „wyłączają” pracę określonego genu w różnych komórkach .

Całkowita długość cząsteczek DNA zawartych w 46 ludzkich chromosomach wynosi prawie 2 metry. Gdyby litery alfabetu były genetycznie zakodowane potrójnym kodem, to DNA jednej ludzkiej komórki wystarczyłoby do zaszyfrowania 1000 grubych tomów tekstu!

Wszystkie organizmy na Ziemi składają się z komórek. Istnieją organizmy jednokomórkowe i wielokomórkowe.

Organizmy bez jądra nazywane są prokariotami, a te, które mają jądra w swoich komórkach, nazywane są eukariontami. Na zewnątrz każda komórka pokryta jest błoną biologiczną. Wewnątrz komórki znajduje się cytoplazma, w której znajduje się jądro (u eukariontów) i inne organelle. Jądro jest wypełnione karioplazmą, która zawiera chromatynę i jąderka. Chromatyna to DNA związane z białkami, z których podczas podziału komórki powstają chromosomy.

Zestaw chromosomów komórki nazywany jest kariotypem.

Cytoszkielet znajduje się w cytoplazmie komórek eukariotycznych - złożony system pełniący funkcje podporowe, motoryczne i transportowe. Najważniejsze organelle komórkowe: jądro, retikulum endoplazmatyczne, kompleks Golgiego, rybosomy, mitochondria, lizosomy, plastydy. Niektóre komórki mają organelle ruchu: wici, rzęski.

Istnieją znaczne różnice strukturalne między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi.

Wirusy to niekomórkowe formy życia.

Do prawidłowego funkcjonowania komórki i całego organizmu wielokomórkowego niezbędna jest stałość środowiska wewnętrznego, zwana homeostazą.

Homeostazę utrzymują reakcje metaboliczne, które dzielą się na asymilację (anabolizm) i dysymilację (katabolizm). Wszystkie reakcje metaboliczne zachodzą przy udziale katalizatorów biologicznych - enzymów. Każdy enzym jest specyficzny, to znaczy uczestniczy w regulacji ściśle określonych procesów życiowych. Dlatego wiele enzymów „pracuje” w każdej komórce.

Wszystkie koszty energii każdej komórki są dostarczane przez uniwersalną substancję energetyczną - ATP. ATP powstaje w wyniku energii uwalnianej podczas utleniania substancji organicznych. Proces ten jest wieloetapowy, a najbardziej efektywne rozszczepienie tlenu zachodzi w mitochondriach.

Zgodnie z metodą pozyskiwania substancji organicznych niezbędnych do życia, wszystkie komórki dzielą się na autotrofy i heterotrofy. Autotrofy dzielą się na fotosyntetyczne i chemosyntetyczne i wszystkie są w stanie samodzielnie syntetyzować potrzebne im substancje organiczne. Heterotrofy otrzymują większość związków organicznych z zewnątrz.

Fotosynteza jest najważniejszym procesem leżącym u podstaw powstania i istnienia ogromnej większości organizmów na Ziemi. W wyniku fotosyntezy następuje synteza złożonych związków organicznych dzięki energii promieniowania słonecznego. Z wyjątkiem chemosyntetyków, wszystkie organizmy na Ziemi zależą bezpośrednio lub pośrednio od fotosyntezy.

Najważniejszym procesem zachodzącym we wszystkich komórkach (z wyjątkiem komórek, które utraciły DNA podczas rozwoju) jest synteza białek. Informacja o sekwencji aminokwasów tworzących pierwotną strukturę białka zawarta jest w sekwencji potrójnych kombinacji nukleotydów DNA. Gen to odcinek DNA, który koduje informacje o strukturze pojedynczego białka. Transkrypcja to proces syntezy mRNA kodującego sekwencję aminokwasową białka. mRNA opuszcza jądro (u eukariontów) do cytoplazmy, gdzie w rybosomach tworzy się łańcuch aminokwasowy białka. Ten proces nazywa się translacją. Każda komórka zawiera wiele genów, ale komórka wykorzystuje tylko ściśle określoną część informacji genetycznej, co zapewnia obecność w genach specjalnych mechanizmów włączających lub wyłączających syntezę określonego białka w komórce.

Bibliografia

1. Darevsky, IS; Orłow, N.L. Rzadkie i zagrożone zwierzęta. płazy i gady; M.: Szkoła wyższa, 1988r. - 463 s.

2. Linneusz, Karol Filozofia Botaniki; M.: Nauka, 1989. - 456 s.

3. Oparin, A.I. Materiał. Życie. Inteligencja; M.: Nauka, 1977. - 208 s.

5. Attenborough, David Living Planet; M.: Mir, 1988. - 328 s.

Hostowane na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Główne organelle komórki. Cytoplazma jest półpłynnym medium, w którym znajduje się jądro komórkowe i wszystkie organelle, jego skład. Schemat struktury zespołu Golgiego. Organelle ruchu inkluzji (rzęski i wici). Kształt i wielkość jądra, jego główne funkcje.

prezentacja, dodano 13.11.2014


Pojedynczy plan struktury komórek ciała. Ścisłe uporządkowanie struktury jądra i cytoplazmy. Jądro komórkowe (repozytorium wszystkich informacji genetycznych). Zawartość jądra komórkowego (chromatyna). Aparat Golgiego, retikulum endoplazmatyczne, struktury komórkowe.

streszczenie, dodano 28.07.2009


Istota organelli, klasyfikacja inkluzji cytoplazmatycznych ze względu na ich przeznaczenie. Cechy charakterystyczne komórek roślinnych i zwierzęcych, rola jądra w ich funkcjonowaniu. Główne organelle komórkowe: zespół Golgiego, mitochondria, lizosomy, plastydy.

prezentacja, dodano 27.12.2011


Ewolucyjne znaczenie jądra komórkowego - składnika komórki eukariotycznej zawierającego informację genetyczną. Budowa jądra: chromatyna, jąderko, karioplazma i otoczka jądrowa. Funkcje jądra: przechowywanie, przekazywanie i wdrażanie informacji dziedzicznej.

prezentacja, dodano 21.02.2014


Oznaki i poziomy organizacji organizmów żywych. Chemiczna organizacja komórki. Substancje nieorganiczne, organiczne i witaminy. Budowa i funkcja lipidów, węglowodanów i białek. Kwasy nukleinowe i ich rodzaje. Cząsteczki DNA i RNA, ich budowa i funkcje.

streszczenie, dodano 07.06.2010


Elementy budowy komórki i ich charakterystyka. Funkcje błony, jądra, cytoplazmy, centrum komórkowego, rybosomu, retikulum endoplazmatycznego, kompleksu Golgiego, lizosomów, mitochondriów i plastydów. Różnice w budowie komórek przedstawicieli różnych królestw organizmów.

prezentacja, dodano 26.11.2013


Historia rozwoju teorii komórki, jej ewolucja. Budowa i funkcje błony komórkowej, charakterystyka błony, cytoplazmy, jądra. Rola błony plazmatycznej i aparatu Golgiego w czynności życiowej komórek. Rybosomy i mitochondria, ich funkcje i skład.

streszczenie, dodano 16.08.2009


Historia badań nad komórkami, najsłynniejsze dzieła wszechczasów napisane na ten temat oraz aktualna wiedza. Elementarna budowa komórki, jej główne składniki i ich funkcje. Cytoplazma i jej organelle, przeznaczenie kompleksu Golgiego i inkluzji.

streszczenie, dodano 07.10.2009


Budowa i funkcje jądra komórkowego. Jego forma, skład, struktura. Kwas dezoksyrybonukleinowy jest nośnikiem informacji dziedzicznej. mechanizm replikacji DNA. Proces przywracania naturalnej struktury DNA uszkodzonej podczas jego normalnej biosyntezy.

streszczenie, dodano 09.07.2015


Cytoplazma jest istotną częścią komórki, zamkniętą między błoną plazmatyczną a jądrem. Reakcja środowiska i cechy ruchu cytoplazmy. Znaczenie, funkcje i budowa hialoplazmy. Rodzaje i rola jedno- i dwubłonowych organelli żywej komórki.

BUDOWA I FUNKCJE KOMÓRKI

Komórka to elementarna jednostka budowy i czynności życiowej wszystkich organizmów (z wyjątkiem wirusów, które często określane są jako bezkomórkowe formy życia), która posiada własny metabolizm, jest zdolna do samodzielnego istnienia, samoreprodukcji i rozwoju . Wszystkie żywe organizmy albo składają się z wielu komórek (wielokomórkowe zwierzęta, rośliny i grzyby), albo są organizmami jednokomórkowymi (wiele pierwotniaków i bakterii). Dział biologii zajmujący się badaniem struktury i aktywności komórek nazywa się cytologią. Ostatnio stało się również zwyczajem mówienie o biologii komórki lub komórka biologiczna.

Zwykle rozmiary komórek roślinnych i zwierzęcych wahają się od 5 do 20 mikronów średnicy. Typowa komórka bakteryjna jest znacznie mniejsza - ok. 2 µm, a najmniejsza znana to 0,2 µm.

Niektóre wolno żyjące komórki, takie jak pierwotniaki, takie jak otwornice, mogą mieć kilka centymetrów długości; zawsze mają wiele jąder. Komórki cienkich włókien roślinnych osiągają długość jednego metra, a procesy komórek nerwowych osiągają kilka metrów u dużych zwierząt. Przy takiej długości objętość tych komórek jest niewielka, a powierzchnia bardzo duża.

Największe komórki to niezapłodnione ptasie jaja wypełnione żółtkiem. Największe jajo (a tym samym największa komórka) należało do wymarłego ogromnego ptaka - epiornisa (Aepyornis). Przypuszczalnie jego żółtko ważyło ok. 3,5 kg. Największe jajo spośród żyjących gatunków należy do strusia, jego żółtko waży ok. 0,5 kg

Kiedyś komórka była uważana za mniej lub bardziej jednorodną kroplę materii organicznej, którą nazywano protoplazmą lub żywą substancją. Termin ten stał się przestarzały, gdy stało się jasne, że komórka składa się z wielu wyraźnie oddzielonych struktur, zwanych organellami komórkowymi („małe narządy”).

Pierwszą osobą, która zobaczyła komórki, był angielski naukowiec Robert Hooke (znany nam dzięki prawu Hooke'a). W 1665 roku, próbując zrozumieć, dlaczego drzewo korkowe tak dobrze unosi się na wodzie, Hooke zaczął badać cienkie skrawki korka za pomocą ulepszonego immikroskopu. Odkrył, że korek był podzielony na wiele maleńkich komórek, które przypominały mu plastry miodu w ulach pszczół miodnych, i nazwał te komórki komórkami (po angielsku cell oznacza „cell, cell”).

W 1675 roku włoski lekarz M. Malpighi, a w 1682 roku angielski botanik N. Gru potwierdził strukturę komórkową roślin. Zaczęli mówić o komórce jako o „bańce wypełnionej pożywnym sokiem”. W 1674 mistrz holenderski Anthony van Leeuwenhoeka(Anton van Leeuwenhoek, 1632-1723) za pomocą mikroskopu po raz pierwszy zobaczył w kropli wody „zwierzęta” – poruszające się organizmy żywe (rzęski, ameby, bakterie). Leeuwenhoek jako pierwszy zaobserwował także komórki zwierzęce – erytrocyty i plemniki. Tak więc już na początku XVIII wieku naukowcy wiedzieli, że pod dużym powiększeniem rośliny mają strukturę komórkową i widzieli pewne organizmy, które później nazwano jednokomórkowymi. W latach 1802-1808 francuski odkrywca Charles-Francois Mirbel ustalił, że wszystkie rośliny składają się z tkanek utworzonych przez komórki. B. Lamarcka w 1809 roku

rozszerzył ideę Mirbela dotyczącą struktury komórkowej na organizmy zwierzęce. W 1825 roku czeski naukowiec J. Purkyne odkrył jądro komórki jajowej ptaków, aw 1839 roku wprowadził termin „protoplazma”. W 1831 roku angielski botanik R. Brown jako pierwszy opisał jądro komórki roślinnej, aw 1833 roku ustalił, że jądro jest podstawową organellą komórki roślinnej. Od tego czasu najważniejszą rzeczą w organizacji komórek nie jest błona, ale zawartość.

Metody badań komórkowych

Po raz pierwszy komórki można było zobaczyć dopiero po stworzeniu mikroskopów świetlnych; od tego czasu do dziś mikroskopia pozostaje jedną z najważniejszych metod badania komórek. Mikroskopia świetlna (optyczna) mimo stosunkowo małej rozdzielczości umożliwiła obserwację żywych komórek. W XX wieku wynaleziono mikroskopię elektronową, która umożliwiła badanie ultrastruktury komórek.

W badaniu kształtu i struktury komórek pierwszym instrumentem był mikroskop świetlny. Jego rozdzielczość jest ograniczona do wymiarów porównywalnych z długością fali światła (0,4–0,7 µm dla światła widzialnego). Jednak wiele elementów struktury komórkowej ma znacznie mniejsze rozmiary.

Inną trudnością jest to, że większość składników komórkowych jest przezroczysta, a ich współczynnik załamania jest prawie taki sam jak wody. Aby poprawić widoczność, często stosuje się barwniki, które mają różne powinowactwo do różnych składników komórkowych. Barwienie jest również wykorzystywane do badania chemii komórki. Na przykład niektóre barwniki wiążą się głównie z kwasami nukleinowymi iw ten sposób ujawniają ich lokalizację w komórce. Niewielka ilość barwników

- nazywane są in vivo - mogą być użyte do barwienia żywych komórek, ale zwykle komórki muszą być wcześniej utrwalone (za pomocą substancji koagulujących białko) i dopiero po tym mogą być barwione.

Przed badaniem komórki lub fragmenty tkanki są zwykle zatapiane w parafinie lub plastiku, a następnie cięte na bardzo cienkie skrawki za pomocą mikrotomu. Ta metoda jest szeroko stosowana w laboratoriach klinicznych do wykrywania komórek nowotworowych. Oprócz konwencjonalnej mikroskopii świetlnej opracowano również inne optyczne metody badania komórek: mikroskopię fluorescencyjną, mikroskopię z kontrastem fazowym, spektroskopię i analizę dyfrakcji rentgenowskiej.

Mikroskopia optyczna

W mikroskopie optycznym powiększenie obiektu uzyskuje się za pomocą szeregu soczewek, przez które przechodzi światło. Maksymalne powiększenie, jakie można uzyskać za pomocą mikroskopu optycznego, wynosi około 1000. Inną ważną cechą jest to

rozdzielczości wynoszą tylko około 200 nm; pozwolenie takie uzyskano w końcu

XIX wiek. Tak więc najmniejszymi strukturami, które można zaobserwować pod mikroskopem optycznym, są mitochondria i bakterie, których rozmiar liniowy wynosi około 500 nm. Jednak obiekty mniejsze niż 200 nm są widoczne w mikroskopie świetlnym tylko wtedy, gdy same emitują światło. Ta funkcja jest używana w mikroskopia fluorescencyjna gdy struktury komórkowe lub poszczególne białka wiążą się ze specjalnymi białkami fluorescencyjnymi lub przeciwciałami ze znacznikami fluorescencyjnymi. Na jakość obrazu uzyskanego za pomocą mikroskopu optycznego ma również wpływ kontrast – można go podnieść różnymi metodami barwienia komórek. Do badania żywych komórek używa się mikroskopii z kontrastem fazowym, kontrastem różnicowo-interferencyjnym i mikroskopii ciemnego pola. Mikroskopy konfokalne mogą poprawić jakość obrazów fluorescencyjnych.

mikroskopia elektronowa

W latach trzydziestych XX wieku skonstruowano mikroskop elektronowy, w którym zamiast światła przez obiekt przepuszcza się wiązkę elektronów. Teoretyczna granica rozdzielczości dla nowoczesnych mikroskopów elektronowych wynosi około 0,002 nm, jednak ze względów praktycznych dla obiektów biologicznych osiąga się tylko rozdzielczość około 2 nm. Mikroskop elektronowy może służyć do badania ultrastruktury komórek. Istnieją dwa główne typy mikroskopii elektronowej:

skanowanie i przesyłanie.

Skaningowa (rastrowa) mikroskopia elektronowa (SEM) służy do badania powierzchni obiektu. Próbki są często pokryte cienką warstwą złota. REM

pozwala uzyskać obrazy 3D. Transmisyjna (transmisyjna) mikroskopia elektronowa (TEM) - służy do badania wnętrza

struktury komórkowe. Wiązka elektronów jest przepuszczana przez obiekt wstępnie potraktowany metalami ciężkimi, które gromadzą się w pewnych strukturach, zwiększając ich gęstość elektronową. Elektrony rozpraszają się do obszarów komórki o większej gęstości elektronowej, powodując, że obszary te wydają się ciemniejsze na obrazach.

Frakcjonowanie komórek. Dla ustalenia funkcji poszczególnych składników komórki ważne jest wyizolowanie ich w czystej postaci, najczęściej odbywa się to metodą różnicową. wirowanie. Opracowano techniki pozyskiwania czystych frakcji dowolnych organelli komórkowych. Produkcja frakcji rozpoczyna się od zniszczenia błony plazmatycznej i powstania homogenatu komórkowego. Homogenat jest kolejno wirowany z różnymi prędkościami, w pierwszym etapie można otrzymać cztery frakcje: (1) jądra i duże fragmenty komórek, (2) mitochondria, plastydy, lizosomy i peroksysomy, (3) mikrosomy - pęcherzyki Golgiego i endoplazmatyczny reticulum, (4) rybosomy, białka i mniejsze cząsteczki pozostaną w supernatancie. Dalsze różnicowe wirowanie każdej z wymieszanych frakcji umożliwia otrzymanie czystych preparatów organelli, do których można zastosować różnorodne metody biochemiczne i mikroskopowe.

struktura komórkowa

Wszystkie komórkowe formy życia na Ziemi można podzielić na dwa królestwa w oparciu o strukturę ich komórek składowych:

prokarioty (przedjądrowe) - prostsza w strukturze;

eukarionty (jądrowe) są bardziej złożone. Komórki budujące ludzkie ciało są eukariotyczne.

Pomimo różnorodności form, organizacja komórek wszystkich żywych organizmów podlega jednolitym zasadom strukturalnym.

komórka prokariotyczna

Prokarioty (łac. pro - przed, przed greckim κάρῠον - rdzeń, orzech) - organizmy, które w przeciwieństwie do eukariontów nie mają uformowanego jądra komórkowego i innych organelli błony wewnętrznej (z wyjątkiem płaskich cystern u gatunków fotosyntetycznych, na przykład ucyanobacteria ). Jedyna duża kolista (u niektórych gatunków liniowa) dwuniciowa cząsteczka DNA, która zawiera główną część materiału genetycznego komórki (tzw. nukleoid), nie tworzy kompleksu z białkami histonowymi (tzw. chromatyną). Prokarionty obejmują bakterie, w tym cyjanobakterie (niebiesko-zielone algi) i archeony. Główną zawartością komórki, która wypełnia całą swoją objętość, jest lepki granulat

cytoplazma.

komórka eukariotyczna

Eukarionty (Eukaryotes) (gr. ευ - dobry, całkowicie i κάρῠον - rdzeń, orzech)

Organizmy, które w przeciwieństwie do prokariotów mają dobrze ukształtowane jądro komórkowe, oddzielone od cytoplazmy błoną jądrową. Materiał genetyczny zamknięty jest w kilku liniowych dwuniciowych cząsteczkach DNA (w zależności od rodzaju organizmów ich liczba w jądrze może wahać się od dwóch do kilkuset), przyczepionych od wewnątrz do błony jądra komórkowego i tworzących się w rozległych większość z nich kompleks z białkami histonowymi, zwany chromatyną.

Budowa komórki eukariotycznej. Schematyczne przedstawienie komórki zwierzęcej.

Niektóre komórki, głównie roślinne i bakteryjne, mają zewnętrzną Ściana komórkowa. W wyższych roślinach składa się z celulozy. Ściana komórkowa pełni niezwykle ważną rolę: jest zewnętrzną ramką, ochronną powłoką, zapewnia turgor komórek roślinnych: przez ścianę komórkową przechodzą woda, sole i cząsteczki wielu substancji organicznych.Komórki zwierzęce zwykle nie mają ścian komórkowych.

Znajduje się pod ścianą komórkową roślin błona plazmatyczna lub plazmalemma. Grubość błony plazmatycznej wynosi około 10 nm, badanie jej struktury i funkcji jest możliwe tylko za pomocą mikroskopu elektronowego.

Wewnątrz komórki jest wypełniona cytoplazma, w której znajdują się różne organelle i inkluzje komórkowe, a także materiał genetyczny w postaci cząsteczki DNA. Każdy z organoidów komórki pełni swoją specjalną funkcję i razem wszystkie określają aktywność życiową komórki jako całości.

Błona plazmatyczna zapewnia przede wszystkim funkcję ograniczającą w stosunku do zewnętrznego for

komórki w środowisku. Jest to podwójna warstwa cząsteczek (warstwa dwucząsteczkowa lub dwuwarstwowa). Zasadniczo są to cząsteczki fosfolipidów i innych bliskich im substancji. Cząsteczki lipidów mają podwójną naturę, przejawiającą się w sposobie, w jaki zachowują się w stosunku do wody. Głowy cząsteczek są hydrofilowe, tj. mają powinowactwo do wody, a ich ogony węglowodorowe są hydrofobowe. Dlatego po zmieszaniu z wodą lipidy tworzą na jej powierzchni film, podobny do filmu olejowego; jednocześnie wszystkie ich cząsteczki są zorientowane w ten sam sposób: głowy cząsteczek znajdują się w wodzie, a ogony węglowodorowe znajdują się nad jej powierzchnią.

W błona komórkowa ma dwie takie warstwy, aw każdej z nich głowy cząsteczek są skierowane na zewnątrz, a ogony są zwrócone do wnętrza błony, jedna do drugiej, nie wchodząc w kontakt z wodą.

Oprócz głównych składników lipidowych zawiera duże cząsteczki białka, które są zdolne do „unoszenia się” w dwuwarstwie lipidowej i są rozmieszczone tak, że jedna ich strona jest zwrócona do wnętrza komórki, a druga ma kontakt ze środowiskiem zewnętrznym. Niektóre białka znajdują się tylko na zewnętrznej lub tylko wewnętrznej powierzchni błony lub są tylko częściowo zanurzone w dwuwarstwie lipidowej.

Główną funkcją błony komórkowej jest regulacja transportu substancji do i z komórki.

Istnieje kilka mechanizmów transportu substancji przez błonę:

Dyfuzja - przenikanie substancji przez membranę wzdłuż gradientu stężeń (od obszaru, w którym ich stężenie jest wyższe, do obszaru, w którym ich stężenie jest niższe). Transport dyfuzyjny substancji odbywa się przy udziale białek błonowych, w których znajdują się pory molekularne (woda, jony) lub przy udziale fazy lipidowej (dla substancji rozpuszczalnych w tłuszczach).

Ułatwiona dyfuzja- specjalne białka nośnikowe błony selektywnie wiążą się z jednym lub drugim jonem lub cząsteczką i przenoszą je przez błonę.

transport aktywny. Mechanizm ten wiąże się z kosztami energii i służy do transportu substancji wbrew ich gradientowi stężeń. Jest przeprowadzany przez specjalne

białka nośnikowe tworzące tzw. pompy jonowe. Najlepiej zbadana jest pompa Na+ /K+ w komórkach zwierzęcych, która aktywnie wypompowuje jony Na+, jednocześnie absorbując jony K+.

W W połączeniu z aktywnym transportem jonów do komórki różne cukry, nukleotydy i aminokwasy przenikają przez błonę cytoplazmatyczną.

Taka selektywna przepuszczalność jest fizjologicznie bardzo ważna, a jej brak

– pierwszy dowód śmierci komórki. Łatwo to zilustrować na przykładzie buraków. Jeśli żywy korzeń buraka zostanie zanurzony w zimnej wodzie, zachowuje swój pigment; jeśli buraki są gotowane, komórki obumierają, stają się łatwo przepuszczalne i tracą pigment, który zabarwia wodę na czerwono.

Duże cząsteczki, takie jak komórki białkowe, mogą „połykać”. Pod wpływem niektórych białek, jeśli są one obecne w płynie otaczającym komórkę, w błonie komórkowej dochodzi do wgłobienia, które następnie zamyka się, tworząc bańkę - małą wakuolę zawierającą wodę i cząsteczki białka; następnie błona wokół wakuoli pęka, a zawartość wchodzi do komórki. Ten proces nazywa się pinocytozą (dosłownie „piciem komórkowym”) lub endocytozą.

Większe cząstki, takie jak cząstki jedzenia, mogą zostać wchłonięte w podobny sposób podczas tzw. fagocytoza. Z reguły wakuola powstająca podczas fagocytozy jest większa, a pokarm jest trawiony przez enzymy lizosomów wewnątrz wakuoli, aż do pęknięcia otaczającej ją błony. Ten rodzaj odżywiania jest typowy dla pierwotniaków, na przykład dla ameb, które zjadają bakterie.

Egzocytoza (exo - out), dzięki niej komórka usuwa produkty wewnątrzkomórkowe czyli niestrawione pozostałości zamknięte w wakuolach, czyli pęcherzykach. Pęcherzyk zbliża się do błony cytoplazmatycznej, łączy się z nią, a jej zawartość jest uwalniana do środowiska. W ten sposób wydzielane są enzymy trawienne, hormony, hemiceluloza itp.

Struktura cytoplazmy.

Ciekły składnik cytoplazmy jest również nazywany cytozolem. Pod mikroskopem świetlnym wydawało się, że komórka jest wypełniona czymś w rodzaju płynnej plazmy lub zolu, w której „pływa” jądro i inne organelle. Właściwie tak nie jest. Wewnętrzna przestrzeń komórki eukariotycznej jest ściśle uporządkowana. Ruch organelli koordynowany jest za pomocą wyspecjalizowanych systemów transportowych, tzw. mikrotubul, które pełnią rolę wewnątrzkomórkowych „drogi”, oraz specjalnych białek, dynein i kinezyn, które pełnią rolę „silników”. Oddzielne cząsteczki białek również nie dyfundują swobodnie po całej przestrzeni wewnątrzkomórkowej, ale są kierowane do niezbędnych przedziałów za pomocą specjalnych sygnałów na ich powierzchni, rozpoznawanych przez systemy transportowe komórki.

Retikulum endoplazmatyczne

W komórce eukariotycznej istnieje system przechodzących w siebie przedziałów membranowych (rurki i zbiorniki),

który jest nazywany retikulum endoplazmatyczne(Lub retikulum endoplazmatyczne, EPR lub EPS). Ta część EPR, do której błony są przyłączone rybosomy, jest określana jako ziarnista (lub szorstka) endoplazmatyczna

siateczki, na jej błonach zachodzi synteza białek. Te przedziały, na których ściankach nie ma rybosomów, zaliczamy do gładkich ER, które biorą udział w syntezie lipidów. Wewnętrzne przestrzenie gładkiej i ziarnistej ER nie są izolowane, ale przechodzą jedna w drugą i komunikują się z błoną luminalną. Kanaliki otwierają się również na powierzchni komórki, a retikulum endoplazmatyczne pełni zatem rolę aparatu, przez który środowisko zewnętrzne może bezpośrednio oddziaływać z całą zawartością komórki.

Maleńkie ciała zwane rybosomami pokrywają powierzchnię szorstkiej retikulum endoplazmatycznego, zwłaszcza w pobliżu jądra. Średnica rybosomu wynosi około 15 nm. Każdy rybosom składa się z dwóch cząsteczek o różnej wielkości, małej i dużej.Ich główną funkcją jest synteza białek; matrix (informacyjny) RNA i aminokwasy związane z transferem RNA są przyczepione do ich powierzchni. Zsyntetyzowane białka są najpierw gromadzone w kanałach i jamach retikulum endoplazmatycznego, a następnie transportowane do organelli i miejsc komórkowych, gdzie są konsumowane.

Aparat Golgiego

Aparat Golgiego (zespół Golgiego)

to stos płaskich woreczków membranowych, nieco rozszerzonych bliżej krawędzi. W zbiornikach aparatu Golgiego dojrzewają niektóre białka syntetyzowane na błonach ziarnistego ER i przeznaczone do wydzielania lub tworzenia lizosomów. Aparat Golgiego jest asymetryczny - zbiorniki znajdujące się bliżej jądra komórkowego (cis-Golgi) zawierają najmniej dojrzałe białka, pęcherzyki błonowe, pęcherzyki pączkujące z retikulum endoplazmatycznego, stale dołączają do tych zbiorników. Najwyraźniej za pomocą tych samych pęcherzyków odbywa się dalszy ruch dojrzewających białek z jednego zbiornika do drugiego. Wreszcie z przeciwnego końca organelli

(trans-Golgi) pęcherzyki zawierające w pełni dojrzałe białka pączkują.

Lizosomy

Lizosomy (gr. „Liseo” – rozpuścić, „Soma” – ciało) to małe, okrągłe ciałka. Te błoniaste organelle komórkowe mają owalny kształt i średnicę 0,5 µm. Pączkują z aparatu Golgiego i prawdopodobnie z retikulum endoplazmatycznego. Lizosomy zawierają różnorodne enzymy, które rozkładają duże cząsteczki: białka, tłuszcze, węglowodany, kwasy nukleinowe. Ze względu na swoje destrukcyjne działanie enzymy te są niejako „zamknięte” w lizosomach i uwalniane tylko w razie potrzeby. Ale jeśli lizosom

uszkodzona przez wpływy zewnętrzne, wówczas cała komórka lub jej część ulega zniszczeniu.

Podczas trawienia wewnątrzkomórkowego enzymy są uwalniane z lizosomów do wakuoli trawiennych.

Podczas głodu komórki lizosomalne trawią niektóre organelle bez zabijania komórki. Takie częściowe trawienie zapewnia komórce niezbędne minimum składników odżywczych przez jakiś czas.

Posiadając zdolność aktywnego trawienia składników odżywczych, lizosomy biorą udział w usuwaniu części komórek, całych komórek i narządów, które obumierają w procesie życiowej aktywności. Na przykład zniknięcie ogona kijanki żaby następuje pod działaniem enzymów lizosomalnych.W tym przypadku jest to normalne i korzystne dla organizmu, ale czasami takie zniszczenie komórek jest patologiczne. Na przykład, gdy pył azbestowy jest wdychany, może dostać się do komórek płuc, a następnie lizosomy pękają, komórki ulegają zniszczeniu i rozwija się choroba płuc.

Centrum informacyjne komórki, miejsce przechowywania i reprodukcji informacji dziedzicznej, które określa wszystkie cechy danej komórki i organizmu jako całości, to jądro. Usunięcie jądra z komórki z reguły prowadzi do jej szybkiej śmierci. Kształt i wielkość jądra komórkowego jest bardzo zmienna w zależności od typu organizmu, a także od rodzaju, wieku i stanu funkcjonalnego komórki. Plan ogólny

Struktura jądra jest taka sama we wszystkich komórkach eukariotycznych. Jądro komórkowe składa się z błony jądrowej, macierzy jądrowej (nukleoplazmy), chromatyny i jąderka (jednego lub więcej). Zawartość jądra jest oddzielona od cytoplazmy podwójną błoną lub tzw otoczka jądrowa. Błona zewnętrzna w niektórych miejscach przechodzi do kanałów retikulum endoplazmatycznego; przyczepione są do niej rybosomy Jądro komórkowe zawiera cząsteczki DNA, na których zapisana jest informacja genetyczna organizmu. . To determinuje wiodącą rolę jądra komórkowego w dziedziczeniu. W jądrze zachodzi replikacja - duplikacja cząsteczek DNA, a także transkrypcja - synteza cząsteczek RNA na matrycy DNA. Montaż karibosomów odbywa się również w jądrze, w specjalnych formacjach zwanych jąderkami. Otoczka jądrowa jest przesiąknięta wieloma porami, których średnica wynosi około 90 nm. Ze względu na obecność porów, które zapewniają selektywną przepuszczalność, otoczka jądrowa kontroluje wymianę substancji między jądrem a cytoplazmą.

struktury włókniste zlokalizowane w cytoplazmie komórki: mikrotubule, aktyna i włókna pośrednie. Mikrotubule biorą udział w transporcie organelli, wchodzą w skład wici, a wrzeciono mitotyczne jest zbudowane z mikrotubul. Filamenty aktynowe są niezbędne do utrzymania

kształt komórki, reakcje pseudopodialne. Wydaje się, że rolą włókien pośrednich jest również utrzymanie struktury komórki. Białka cytoszkieletu stanowią kilkadziesiąt procent masy białka komórkowego.

Centriole

Centriole to cylindryczne struktury białkowe znajdujące się w pobliżu jądra komórek zwierzęcych (rośliny nie mają centrioli, z wyjątkiem niższych alg). Centriola jest cylindrem, którego boczna powierzchnia jest utworzona przez dziewięć zestawów mikrotubul. Liczba mikrotubul w zestawie

wahają się dla różnych organizmów od 1 do 3.

Wokół centrioli znajduje się tak zwane centrum organizacji cytoszkieletu, obszar, w którym zgrupowane są końce ujemne mikrotubul komórki.

Przed podziałem komórka zawiera dwa centriole ustawione względem siebie pod kątem prostym. Podczas mitozy rozchodzą się na różne końce komórki, tworząc wrzecionowate bieguny podziału. Po cytokinezie każda komórka potomna otrzymuje jedną centriolę, która podwaja się do następnego podziału. Podwojenie centrioli następuje nie przez podział, ale przez syntezę nowej struktury prostopadłej do istniejącej.

mitochondria

mitochondria - specjalne organelle komórkowe, których główną funkcją jest synteza ATP - uniwersalny nośnik energii. W mitochondriach zachodzi utlenianie substancji organicznych połączone z syntezą

trójfosforan adenozyny (ATP). Rozpadowi ATP z utworzeniem difosforanu adenozyny (ADP) towarzyszy uwolnienie energii, która jest zużywana na różne procesy życiowe, takie jak synteza białek i kwasów nukleinowych, transport substancji do i z komórki, przekazywanie impulsów nerwowych lub skurcze mięśni.

Mitochondria są zatem stacjami energetycznymi, które przetwarzają „paliwo” – tłuszcze i węglowodany – w formę energii, którą może wykorzystać komórka, a tym samym organizm jako całość.

Wszystkie żywe istoty składają się z komórek - małych, otoczonych błoną wnęk wypełnionych stężonym wodnym roztworem chemikaliów. Komórka- elementarna jednostka budowy i czynności życiowej wszystkich organizmów żywych (z wyjątkiem wirusów, które często określa się jako bezkomórkowe formy życia), posiadająca własny metabolizm, zdolna do samodzielnego istnienia, samoreprodukcji i rozwoju. Wszystkie żywe organizmy albo, jak wielokomórkowe zwierzęta, rośliny i grzyby, składają się z wielu komórek, albo, jak wiele pierwotniaków i bakterii, są organizmami jednokomórkowymi. Dział biologii zajmujący się badaniem struktury i aktywności komórek nazywa się cytologią. Uważa się, że wszystkie organizmy i wszystkie ich komórki składowe wyewoluowały ze wspólnej komórki pre-DNA.

Przybliżona historia komórki

Początkowo pod wpływem różnych czynników naturalnych (ciepło, promieniowanie ultrafioletowe, wyładowania elektryczne) pojawiły się pierwsze związki organiczne, które posłużyły jako materiał do budowy żywych komórek.

Pojawienie się pierwszych cząsteczek replikatorów wydaje się być kluczowym momentem w historii rozwoju życia. Replikator to rodzaj cząsteczki będącej katalizatorem syntezy własnych kopii lub szablonów, co jest prymitywnym analogiem reprodukcji w świecie zwierzęcym. Spośród najpowszechniejszych obecnie cząsteczek DNA i RNA są replikatorami. Na przykład cząsteczka DNA umieszczona w szklance z niezbędnymi składnikami zaczyna spontanicznie tworzyć własne kopie (choć znacznie wolniej niż w komórce pod działaniem specjalnych enzymów).

Pojawienie się cząsteczek replikatorów uruchomiło mechanizm ewolucji chemicznej (prebiologicznej). Pierwszym przedmiotem ewolucji były najprawdopodobniej prymitywne, składające się z zaledwie kilku nukleotydów cząsteczki RNA. Ten etap charakteryzuje się (choć w bardzo prymitywnej formie) wszystkimi głównymi cechami ewolucji biologicznej: rozmnażaniem, mutacjami, śmiercią, walką o przetrwanie i doborem naturalnym.

Ewolucję chemiczną ułatwił fakt, że RNA jest cząsteczką uniwersalną. Oprócz tego, że jest replikatorem (czyli nośnikiem informacji dziedzicznej), może działać jako enzymy (na przykład enzymy przyspieszające replikację lub enzymy rozkładające konkurencyjne cząsteczki).

W pewnym momencie ewolucji powstały enzymy RNA, które katalizują syntezę cząsteczek lipidów (tj. tłuszczów). Cząsteczki lipidów mają jedną niezwykłą właściwość: są polarne i mają strukturę liniową, a grubość jednego z końców cząsteczki jest większa niż grubość drugiego. Dlatego cząsteczki lipidów w zawiesinie spontanicznie łączą się w otoczki o kształcie zbliżonym do kulistego. Tak więc RNA syntetyzujące lipidy były w stanie otoczyć się otoczką lipidową, co znacznie poprawiło odporność RNA na czynniki zewnętrzne.

Stopniowe zwiększanie długości RNA doprowadziło do powstania wielofunkcyjnych RNA, których poszczególne fragmenty pełniły różne funkcje.

Najwyraźniej pierwsze podziały komórkowe nastąpiły pod wpływem czynników zewnętrznych. Synteza lipidów wewnątrz komórki doprowadziła do zwiększenia jej rozmiarów i utraty wytrzymałości, tak że duża amorficzna otoczka została podzielona na części pod wpływem oddziaływań mechanicznych. Następnie pojawił się enzym regulujący ten proces.

struktura komórkowa

Wszystkie komórkowe formy życia na Ziemi można podzielić na dwa królestwa w oparciu o strukturę ich komórek składowych - prokarionty (przedjądrowe) i eukarionty (jądrowe). Komórki prokariotyczne mają prostszą budowę, najwyraźniej powstały wcześniej w procesie ewolucji. Komórki eukariotyczne - bardziej złożone, powstały później. Komórki budujące ludzkie ciało są eukariotyczne. Pomimo różnorodności form, organizacja komórek wszystkich żywych organizmów podlega jednolitym zasadom strukturalnym.

Żywa zawartość komórki - protoplast - jest oddzielona od środowiska błoną plazmatyczną, czyli plazmalemmą. Wewnątrz komórki jest wypełniona cytoplazma, która zawiera różne organelle i inkluzje komórkowe, a także materiał genetyczny w postaci cząsteczki DNA. Każda z organelli komórki pełni swoją specjalną funkcję i razem wszystkie określają aktywność życiową komórki jako całości.

komórka prokariotyczna

prokarioty(z łac. pro - przed, do i gr. κάρῠον - rdzeń, orzech) - organizmy, które w przeciwieństwie do eukariontów nie mają uformowanego jądra komórkowego i innych organelli błony wewnętrznej (z wyjątkiem płaskich zbiorników u gatunków fotosyntetycznych, np. sinice). Jedyna duża kolista (u niektórych gatunków liniowa) dwuniciowa cząsteczka DNA, która zawiera główną część materiału genetycznego komórki (tzw. nukleoid), nie tworzy kompleksu z białkami histonowymi (tzw. chromatyną). Prokarionty obejmują bakterie, w tym cyjanobakterie (niebiesko-zielone algi) i archeony. Potomkami komórek prokariotycznych są organelle komórek eukariotycznych - mitochondria i plastydy.

Komórki prokariotyczne mają błonę cytoplazmatyczną, podobnie jak komórki eukariotyczne. U bakterii błona jest dwuwarstwowa (dwuwarstwowa lipidowa), u archeonów błona dość często jest jednowarstwowa. Błona archeonów składa się z substancji innych niż te, które tworzą błonę bakteryjną. Powierzchnia komórek może być pokryta torebką, otoczką lub śluzem. Mogą mieć wici i kosmki.

Ryc.1. Budowa typowej komórki prokariotycznej

Jądro komórkowe, takie jak u eukariontów, jest nieobecne u prokariotów. DNA znajduje się wewnątrz komórki, uporządkowane i pofałdowane oraz wspierane przez białka. Ten kompleks DNA-białko nazywany jest nukleoidem. U eubakterii białka podtrzymujące DNA różnią się od histonów tworzących nukleosomy (u eukariontów). A archibakterie mają histony i pod tym względem są podobne do eukariontów. Procesy energetyczne u prokariontów zachodzą w cytoplazmie i na specjalnych strukturach - mezosomach (wyrostkach błony komórkowej, które są skręcone w spiralę w celu zwiększenia powierzchni, na której zachodzi synteza ATP). Wewnątrz komórki mogą znajdować się pęcherzyki gazu, substancje zapasowe w postaci granulek polifosforanowych, granulek węglowodanowych, kropli tłuszczu. Mogą występować wtrącenia siarki (powstające np. w wyniku fotosyntezy beztlenowej). Bakterie fotosyntetyzujące mają pofałdowane struktury zwane tylakoidami, na których zachodzi fotosynteza. Tak więc w zasadzie prokarionty mają te same elementy, ale bez przegród, bez błon wewnętrznych. Te przegrody, które są obecne, są wyrostkami błony komórkowej.

Kształt komórek prokariotycznych nie jest tak zróżnicowany. Okrągłe komórki nazywane są ziarniakami. Taką formę mogą mieć zarówno archeony, jak i eubakterie. Paciorkowce to ziarniaki ułożone w łańcuch. Gronkowce to skupiska ziarniaków, diplokoki to ziarniaki zjednoczone w dwóch komórkach, tetrady to cztery, a sarcyny to osiem. Bakterie w kształcie pałeczek nazywane są pałeczkami. Dwa kije - diplobacilli, rozciągnięte w łańcuch - paciorkowce. Istnieją również maczugowce (z wypustkami na końcach, podobnymi do maczugi), spirilla (komórki o długich zwiniętych kłębuszkach), vibrios (komórki o krótkich zakrzywionych końcach) i krętki (zwijają się inaczej niż spirilla). Wszystko to zilustrowano poniżej i podano dwóch przedstawicieli archebakterii. Chociaż zarówno archeony, jak i bakterie są organizmami prokariotycznymi (niejądrowymi), struktura ich komórek ma pewne znaczące różnice. Jak wspomniano powyżej, bakterie mają dwuwarstwę lipidową (kiedy hydrofobowe końce są zanurzone w błonie, a naładowane główki wystają z obu stron), podczas gdy archeony mogą mieć błonę jednowarstwową (po obu stronach znajdują się naładowane głowy, a wewnątrz jest pojedynczą całą cząsteczką; ta struktura może być sztywniejsza niż dwuwarstwowa). Poniżej znajduje się struktura błony komórkowej archebakterii.

eukarionty(eukarioty) (z greckiego ευ - dobry, całkowicie i κάρῠον - rdzeń, orzech) - organizmy, które w przeciwieństwie do prokariotów mają dobrze ukształtowane jądro komórkowe, oddzielone od cytoplazmy błoną jądrową. Materiał genetyczny zamknięty jest w kilku liniowych dwuniciowych cząsteczkach DNA (w zależności od rodzaju organizmów ich liczba w jądrze może wahać się od dwóch do kilkuset), przyczepionych od wewnątrz do błony jądra komórkowego i tworzących się w rozległych większość (z wyjątkiem bruzdnic) kompleks z białkami histonowymi, zwany chromatyną. Komórki eukariotyczne mają system błon wewnętrznych, które oprócz jądra tworzą szereg innych organelli (retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego itp.). Ponadto zdecydowana większość ma stałe symbionty wewnątrzkomórkowe - prokarioty - mitochondria, a algi i rośliny również mają plastydy.

klatka dla zwierząt

Budowa komórki zwierzęcej opiera się na trzech głównych składnikach - jądrze, cytoplazmie i ścianie komórkowej. Wraz z jądrem cytoplazma tworzy protoplazmę. Ściana komórkowa jest biologiczną błoną (przegrodą), która oddziela komórkę od środowiska zewnętrznego, służy jako otoczka dla organelli komórkowych i jądra oraz tworzy przedziały cytoplazmatyczne. Jeśli umieścisz preparat pod mikroskopem, łatwo zobaczysz strukturę komórki zwierzęcej. Ściana komórkowa zawiera trzy warstwy. Warstwę zewnętrzną i wewnętrzną stanowią białka, a warstwę pośrednią stanowią lipidy. W tym przypadku warstwa lipidowa jest podzielona na dwie kolejne warstwy - warstwę cząsteczek hydrofobowych i warstwę cząsteczek hydrofilowych, które są ułożone w określonej kolejności. Na powierzchni błony komórkowej znajduje się specjalna struktura - glikokaliks, który zapewnia selektywną zdolność błony. Powłoka przepuszcza niezbędne substancje i opóźnia te, które są szkodliwe.

Ryc.2. Struktura komórki zwierzęcej

Budowa komórki zwierzęcej ma na celu zapewnienie funkcji ochronnej już na tym poziomie. Penetracja substancji przez błonę następuje przy bezpośrednim udziale błony cytoplazmatycznej. Powierzchnia tej błony jest dość znacząca ze względu na zagięcia, wyrostki, fałdy i kosmki. Błona cytoplazmatyczna przepuszcza zarówno najmniejsze, jak i większe cząstki. Struktura komórki zwierzęcej charakteryzuje się obecnością cytoplazmy, składającej się głównie z wody. Cytoplazma jest zbiornikiem dla organelli i inkluzji.

Ponadto cytoplazma zawiera również cytoszkielet - włókna białkowe, które biorą udział w procesie podziału komórki, ograniczają przestrzeń wewnątrzkomórkową i utrzymują komórkowy kształt, zdolność do kurczenia się. Ważnym składnikiem cytoplazmy jest hialoplazma, która decyduje o lepkości i elastyczności struktury komórkowej. W zależności od czynników zewnętrznych i wewnętrznych hialoplazma może zmieniać swoją lepkość – stać się płynną lub żelową. Badając strukturę komórki zwierzęcej, nie można nie zwrócić uwagi na aparat komórkowy - organelle znajdujące się w komórce. Wszystkie organelle mają swoją specyficzną strukturę, która jest określona przez pełnione funkcje.

Jądro jest centralną jednostką komórki, która zawiera informacje dziedziczne i bierze udział w metabolizmie samej komórki. Organelle komórkowe obejmują retikulum endoplazmatyczne, centrum komórkowe, mitochondria, rybosomy, kompleks Golgiego, plastydy, lizosomy i wakuole. W każdej komórce znajdują się podobne organelle, ale w zależności od funkcji struktura komórki zwierzęcej może różnić się obecnością określonych struktur.

Funkcje organelli komórkowych: - mitochondria utleniają związki organiczne i gromadzą energię chemiczną; - siateczka śródplazmatyczna dzięki obecności specjalnych enzymów syntetyzuje tłuszcze i węglowodany, jej kanały biorą udział w transporcie substancji w obrębie komórki; - rybosomy syntetyzują białko; - kompleks Golgiego koncentruje białko, zagęszcza syntetyzowane tłuszcze, polisacharydy, tworzy lizosomy i przygotowuje substancje do ich usunięcia z komórki lub bezpośredniego zastosowania w jej wnętrzu; - lizosomy rozkładają węglowodany, białka, kwasy nukleinowe i tłuszcze, w rzeczywistości trawiąc składniki odżywcze dostające się do komórki; - ośrodek komórkowy bierze udział w procesie podziału komórki; - wakuole dzięki zawartości soku komórkowego podtrzymują turgor komórki (ciśnienie wewnętrzne).

Budowa żywej komórki jest niezwykle złożona - na poziomie komórkowym zachodzi wiele procesów biochemicznych, które wspólnie zapewniają życiową aktywność organizmu.