1)Биология как наука. Предмет ее исследования и задачи. Методы биологии. Основные этапы развития биологии. Структура биологии. Место и задачи биологии в подготовке провизора.

1.Биология—наука о жизни. Термин введен Жаном Батистом Ламарком в 1802 г. Биология изучает все аспекты жизни, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.

2.Предметом изучения биологии служит жизнь во всех ее проявлениях: строение живых организмов, физиология, поведение, онтогенез, филогенез, их взаимоотношения друг с другом и окружающей средой. Основными задачами биологии являются:

1) раскрытие сущности жизни и ее проявления с целью познания,

2) изучение живых существ и закономерности их в живой природе.

3.Основные методы исследования в биологии: Эмпирические–наблюдение, эксперимент

Теоретические–сравнительный, исторический, моделирования, статическая обработка, формулировка гипотез, законов и теорий.

Наблюдение дает возможность описать биологические объекты и явления. При этом используются инструментальные методы.

Эксперимент –исследователи искусственно создают ситуации, которые помогают изучать свойства биологических объектов.

Также используются инструментальные методы: электрофорез, хроматография, культивирование тканей. Сравнение и обобщение–позволяют найти общие закономерности для нескольких явлений. С помощью этого метода была основана систематика, создана клеточная теория.

Исторический метод–позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития природы.

Моделирование–имитирует отдельные биологические процессы.

4.Основные этапы развития биология 1. Систематики – начало связано с именем шведского естествоиспытателя К. Линнея (1707 –1778). В своей работе «Система природы» он создал систему классификации растительного и животного мира: царство, тип, класс, отряд, семейство, род, вид. Линней определил соотношение между различными систематическими группами, четко их, выделив и показав их иерархическую соподчиненность.

2. Эволюционный. Первую эволюционную гипотезу предложил Ж.-Б.Ламарк в своей книге «Философия зоологии» (1809). Он высказал предположение об изменении организмов под влиянием окружающей среды и передаче приобретенных признаков потомкам. Он в своей теории опирался на ряд неверных исходных положений, ему не удалось решить вопрос о соотношении внешних и внутренних факторов эволюции. Дальнейшее развитие эволюционной теории в биологии связано с работами английского естествоиспытателя Ч. Дарвина. По Дарвину эволюция осуществляется в результате взаимодействия трех основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора. Дарвин установил движущие силы эволюции органического мира, объяснил процесс развития и становления биологических видов.

3. Молекулярной биологии и генетики – первые работы в этом направлении выполнены Г. Менделем, установившим законы наследственности и элементарную единицу наследственности – ген.

5.структура биологии. По объектам исследования биология подразделяется на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию. По свойствам, проявлениям живого в биологии выделяются:

- морфология – наука о строении живых организмов;

- физиология – наука о функционировании организмов;

- молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых тканей и клеток;

- экология, рассматривающая образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой;

- генетика, исследующая законы наследственности и изменчивости.

По уровню организации исследуемых живых объектов выделяются:

- анатомия, изучающая макроскопическое строение животных и человека;

- гистология, изучающая строение тканей;

- цитология, исследующая строение живых клеток.

Место и задачи биологии в подготовке провизора: Целью преподавания биологии является формирование у студентов умения использовать теоретические знания и практические навыки, полученные при изучении биологии, в своей дальнейшей учебной деятельности на теоретических и клинических кафедрах вуза, в своей профессиональной деятельности.

2)Свойства живой материи. Основные свойства живого и их характеристика. Обмен веществ и энергии. Репродукция. Наследственность и изменчивость. Индивидуальное и филогенетическое развитие. Дискретность и целостность живого. Раздражимость. Гомеостаз и саморегуляция.

Основные свойства живого: 1.Химический состав. Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных только для живого. 2.Дискретность и целостность. Любая биологическая система состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему

3.Структурная организация. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаза.

4. Наследственность. Молекула ДНК способна хранить, передавать наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации, обеспечивая материальную преемственность между поколениями.

Обмен веществ и энергии:-это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду. Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием –метаболизм. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм(ассимиляция) и катаболизм(диссимиляция).

Анаболизм-это совокупность процессов биосинтеза органических веществ. Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии.

Катаболизм-это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма.

Репродукция. Наследственность и изменчивость: Репродукция(размножение)—присущее всем живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни. Для организмов, обладающих клеточным строением, в основе всех форм размножения лежит деление клетки.

Наследственность—способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей их генетической информации. Носителями наследственной информации у организмов являются гены.

Изменчивость–свойство организмов изменять свою организацию, обусловливающее разнообразие индивидов, популяций, рост. Изменчивость присуща всем организмам и наблюдается даже у генетически близкородственных особей, имеющих сходные или общие условия жизни и развития.

Индивидуальное развитие: (онтогенез)—индивидуальное развитие организма от оплодотворения или от момента отделения от материнской особи до смерти.

Филогенетическое развитие(филогенез)—историческое развитие организмов с биологической и не сводимая к ней. В силу этого человек, в отличие от всех других существ, представляет собой биосоциальный организм.

Дискретность и целостность: Дискретность—свойство, при котором любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных в пространстве, но в то же время тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, которые образуют структурно-функциональное единство. Целостность–свойство, характеризующееся структурным соединением и единством всех частей организма (клеток, тканей, органов, жидкостей и связью всех частей организм.

Раздражимость: (возбудимость)—способность реагировать на внешнее воздействие изменением своих физико-химических и физиологических свойств.

Раздражимость—фундаментальное свойство живых систем: еѐ наличие — классический критерий, по которому отличают живое от не живого. Минимальная величина раздражителя, достаточная для проявления раздражимости, называется порогом восприятия.

Гомеостаз и саморегуляция: способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

Саморегуля́ция — свойство систем в результате реакций, компенсирующих влияние внешнего воздействия, сохранять внутреннюю стабильность на определённом, относительно постоянном уровне. В зависимости от рассматриваемых систем саморегуляция является предметом изучения разных наук: биологии, психологии, социологии, экономики.

3 Химический состав живого. Химические элементы, входящие в состав клеток. Макро- и микроэлементы. Органогены. Вода, свойства и биологическая роль.

Химические элементы, входящие в состав клеток. Наиболее распространены в клетке: углерод, азот, кислород, фосфор, и сера. Они составляют 99% общей массы клетки.

Макроэлементы: кислород, углерод, водород, азот, калий, натрий, кальций, сера, фосфор, магний, железо, хлор.

Они составляют 99% всего состава клетки. Концентрация некоторых из них велика.

Кислород 65-75%. Углерод 15-18%. Азот 1,5-3%.

Микроэлементы: медь, бор, кобальт, молибден, марганец, никель, бром, цинк, йод. На их долю в клетке приходится не более 0,1%; концентрация каждого не превышает 0.001%.

Это ионы металлов, входящие в состав биологически активных веществ (гормонов, ферментов).

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро, бериллий, ртуть, цезий, селен.

Физиологическая роль не установлена.

Органогены – это химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Основную долю массы клетки составляют 4 элемента:

Кислород — 65-75 %; Углерод — 15- 18 %; Водород — 10 %; Азот — 1,5-3 %.

Эти макроэлементы называют органогенными элементами или макронутриентами.

Преимущественно из них построены белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и многие другие органические вещества.

Вода, свойства и биологическая роль Вода – это жидкое вещество, без запаха и вкуса, которая представляет собой соединение двух газов: водорода и кислорода.

Физические свойства Вода при нормальных условиях находится в жидком состоянии. Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45°. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды обладает большим дипольным моментом. Каждая молекула воды образует до четырёх водородных связей — две из них образует атом кислорода и две — атомы водорода. Температура кипения 100 °C.

Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке.

Ее основные функции следующие:

1.Универсальный растворитель.

2.Среда, в которой протекают биохимические реакции.

3.Определяет физиологические свойства клетки (ее упругость, объем).

4.Участвует в химических реакциях.

5.Поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.

6.Основное средство для транспорта веществ.

Биологическая роль Биологическая роль воды в клетке заключается в следующих аспектах:

1.Создание адекватной среды для передачи разнообразных веществ внутри клетки от органеллы к органелле. 2.Универсальный катализатор всех химических реакций.

3.Поддержание тургора любой клетки.

4.Донор ионов Н+ для многих химических реакций.

5.Вода формирует растворимую среду для транспорта ионов внутрь клетки и из клетки.

6.Является веществом, которое легко выводится из клетки и в котором растворены все продукты жизнедеятельности.

4. Химический состав живого. Биополимеры. Белки: строение, уровни структурной организации, функции в клетке.

Биополимеры Органические соединения состоят из многих повторяющихся элементов (мономеров) и представляют собой крупные молекулы, называемые полимерами. К органическим полимерным молекулам относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

Белки: строение, уровни структурной организации, функции в клетке

Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом.

Структурной единицей, мономером является аминокислота.

В образовании белков принимают участие 20 аминокислот.

В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи.

В состав аминокислот входят: NH2 - аминокислотная группа, сдающая основными свойствами;

СООН - карбоксильная группа, имеет кислотные свойства. Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами – R.

Аминокислоты – амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей. Есть первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка.

Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы белка, определяют его первичную структуру (инсулин). Между аминокислотами находятся пептидные связи (очень прочные).

Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и образовывать вторичную структуру (кератин). В результате образования внутримолекулярных водородных связей между атомами водорода аминогрупп и атомами кислорода карбонильных групп полипептидные цепи многих белков скручиваются в спираль.

Полипептидные цепи, скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу (шар), представляющую собой третичную структуру белка. Третичная структура образуется за счет дисульфидных мостиков -S-S- между цистеиновыми остатками, находящимися в разных местах полипептидной цепи. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы. Белки, имеющие глобулярную структуру, объединяются вместе и формируют четвертичную структуру (гемоглобин).

Денатурация – разрушение сложного белка при воздействии высокой температуры, кислот и других факторов. Ренатурация - восстановление структуры белка вновь при улучшении условий, если не разрушается его первичная структура.

Белки отличаются видовой специфичностью. Каждый вид животных имеет свои белки. В одном и том же организме каждая ткань имеет свои белки — это тканевая специфичность. Организмы характеризуются также индивидуальной специфичностью белков.

Белки бывают простые и сложные. Простые состоят из аминокислот, альбумины, глобулины, фибриноген, миозин.

В состав сложных белков, кроме аминокислот, входят и другие органические соединения, жиры, углеводы, образуя липопротеиды, гликопротеиды.

Белки выполняют следующие функции:•ферментативную(амилаза, расщепляет углеводы);

•структурную(входят в состав мембран клетки);

•рецепторную(родопсин, способствует лучшему зрению);

•транспортную(гемоглобин,переносит кислород или диоксид углерода);

•защитную(иммуноглобулины,участвуют в образовании иммунитета);

•двигательную(актин,миозин,участвуют в сокращении мышечных волокон);

•гормональную (Инсулин,превращает глюкозу в гликоген);

•энергетическую(при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии).

5. Химический состав живого. Липиды и углеводы: классификация, строение, биологическая роль.

Кроме неорганических веществ и их ионов все клеточные структуры также состоят из органических соединений— белков, липидов, углеводов и нуклеиновых кислот.

Углеводы (сахара) —биоорганические соединения углерода и воды, входящие в состав всех живых организмов: Общая формула— Сn (Н2О)n. Растворимые в воде углеводы.

Моносахариды: глюкоза— основной источник энергии для клеточного дыхания;

фруктоза — составная часть нектара цветов и фруктовых соков; рибоза и дезоксирибоза — структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК; Дисахариды : сахароза (глюкоза + фруктоза) — основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях;

лактоза (глюкоза-Н галактоза)— входит в состав молока млекопитающих;

мальтоза (глюкоза + глюкоза) — источник энергии в прорастающих семенах. Функции растворимых углеводов: транспортная,

защитная,

сигнальная,

энергетическая. Не растворимые в воде углеводы: - крахмал - смесь двух полимеров: амилозы и амилопектина. Разветвленная спирализованная молекула, служащая запасным веществом в тканях растений; - целлюлоза (клетчатка) — полимер, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток;

- хитин — основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов;

- гликоген — запасное вещество животной клетки. Мономером является а-глюкоза. Функции нерастворимых углеводов: структурная,

запасающая,

энергетическая,

защитная. Липиды — органические соединения, большинство которых являются сложными эфирами глицерина и жирных кислот. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.

Виды липидов : жиры, воска, фосфолипиды, стероиды.

Функции липидов : - запасающая— жиры откладываются в запас в тканях позвоночных животных;

- энергетическая— половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды

- защитная — подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений;

- структурная — фосфолипиды входят в состав клеточных мембран; - теплоизоляционная — подкожный жир помогает сохранить тепло;

- электроизоляционная — миелин, выделяемый клетками Шванна, изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов;

- питательная— желчные кислоты и витамин D образуются из стероидов;

- смазывающая— воска покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот;

- гормональная — гормон надпочечников — кортизон — и половые гормоны имеют липидную природу. Их молекулы не содержат жирных кислот.

6. Организация наследственной информации в клетке. Химический состав, молекулярная организация, свойства и биологическая роль ДНК. Участки с уникальными и повторяющимися последовательностями.

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Молекула ДНК хранит биологическую информацию в виде генетического кода, состоящего из последовательности нуклеотидов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органеллах (митохондриях и пластидах).

В клетках прокариотических организмов кольцевая или линейная молекула ДНК, (нуклеоид), прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Кроме того, одно- или двухцепочечные молекулы ДНК могут образовывать геном ДНК-содержащих вирусов.

С химической точки зрения ДНК — длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи). В подавляющем большинстве случаев макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула закручена по винтовой линии. В целом структура молекулы ДНК получила название «двойным винтом». Винтовая линия может быть правой (A- и B-формы ДНК) или левой (Z-форма ДНК). В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин (A), гуанин (G), тимин (T) и цитозин (C)). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин (A) с тимином (T), гуанин (G) —с цитозином (C). Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции. Первый уровень компактизации ДНК - нуклеосомный. Если подвергнуть действию нуклеазы хроматин, то ДНК подвергается распаду на регулярно повторяющиеся структуры. Эти повторяющиеся структуры представляют собой 8 молекул белков-гистонов (октамер) и намотанную на этот октамер ДНК. Такая сложная нуклеопротеидная частица получила название нуклеосомы. В ней гистоны образуют белковую основу-сердцевину, по поверхности которой располагается почти 2 витка ДНК. Между нуклеосомами остается не связанный с гистонами участок ДНК — линкер, который, соединяя две соседние нуклеосомы, переходит в ДНК следующей нуклеосомы. Этот уровень компактизации иногда называют «бусины на нитке», где бусины — это нуклеосомы, а нитка — это ДНК. Диаметр нуклеосомы около 11 нм. Первый, уровень хроматина играет регуляторную и структурную роль, обеспечивая плотность упаковки ДНК в 6—7 раз. Второй уровень компактизации—30 нм фибрилла. В митотических хромосомах и в интерфазных ядрах выявляются фибриллы хроматина с диаметром 25—30 нм. Выделяют соленоидный тип укладки нуклеосом: нить плотно упакованных нуклеосом диаметром 10 нм образует витки с шагом спирали около 10 нм. На один виток такой суперспирали приходится 6—7 нуклеосом. В результате такой упаковки возникает фибрилла спирального типа с центральной полостью. Хроматин в составе ядер имеет 25-нм фибриллы, которая состоит из сближенных глобул того же размера — нуклеомеров. Эти нуклеомеры называют сверхбусинами («супербиды»). Основная фибрилла хроматина диаметром 25 нм представляет собой линейное чередование нуклеомеров вдоль компактизованной молекулы ДНК. В составе нуклеомера образуются два витка нуклеосомной фибриллы, по 4 нуклеосомы в каждом. Нуклеомерный уровень укладки хроматина обеспечивает 40-кратное уплотнение ДНК. Нуклесомный и нуклеомерный (супербидный) уровни компактизации ДНК хроматина осуществляются за счет гистоновых белков. Петлевые домены ДНК—третий уровень структурной организации хроматина — хромомерный. В высших уровнях организации хроматина специфические белки связываются с особыми участками ДНК, которая в местах связывания образует большие петли, или домены. В некоторых местах есть сгустки конденсированного хроматина, розетковидные образования, состоящие из многих петель 30 нм-фибрилл, соединяющихся в плотном центре. Средний размер розеток достигает 100—150 нм. Розетки фибрилл хроматина—хромомеры. Каждый хромомер состоит из нескольких содержащих нуклеосомы петель, которые связаны в одном центре. Хромомеры связаны друг с другом участками нуклеосомного хроматина. Такая петельно-доменная структура хроматина обеспечивает структурную компактизацию хроматина и организует функциональные единицы хромосом — репликоны и транскрибируемые гены.

4) Более плотная упаковка ДНК (хроматидный и хромосомный уровень) достигается за счет дальнейшей компактизации хромомеров и наблюдается в делящихся клетках — в них хромосомы настолько плотны, что становятся видны в световой микроскоп как отдельные образования. В неделящейся клетке хромосомы деспирализованы (деконденсированы), границ между ними не видно, и их диффузный материал называется хроматином. На электронной микрофотографии в растительной клетке видны более тёмные и плотные участки гетерохроматина и более светлые, рыхлые участки эухроматина. Эухроматин транскрипционно активен, геторохроматин — в основном молчащие участки ДНК, а также теломеры и центромеры — структурные элементы хромосом, не содержащие генов. Центромерные и теломерные участки относятся к облигатому (обязательному) гетерохроматину. Факультативный гетерохроматин может образовываться или не образовываться в данной области ДНК в том или ином типе клеток. Биологические функции ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. С молекулами ДНК связаны два основополагающих свойства живых организмов — наследственность и изменчивость.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков. Большинство природных ДНК имеет двухцепочечную структуру, линейную или кольцевую. Линейную одноцепочечную ДНК содержат некоторые вирусы и бактериофаги. В клетках эукариот ДНК располагается главным образом в ядре в виде набора хромосом. Бактериальная ДНК обычно представлена одной кольцевой молекулой ДНК. Генетическая информация генома состоит из генов. Ген — единица передачи наследственной информации и участок ДНК, который влияет на определённую характеристику организма. Хромосомная ДНК подразделяется на 2 группы участков: с уникальной последовательностью пар нуклеотидов и с повторяющимися последовательностями. Из общей массы ДНК в клетке примерно 50% ДНК с уникальными последовательностями и 50% — с повторяющимися.

7. Организация наследственной информации в клетке. Уровни организации наследственного материала эукариот. Химический состав, строение хромосом. Кариотип. Кариотип человека. Классификация хромосом человека.

Структурно-функциональные уровни организации наследственного материала. В наследственной структуре клетки и организма в целом выделяют три уровня организации генетического материала: генный, хромосомный и геномный.

Генный уровень. Наименьшей (элементарной) единицей наследственного материала является ген. Ген – это часть молекулы ДНК, имеющая определенную последовательность нуклеотидов и представляющая собой единицу функционирования наследственного материала. Ген несет информацию о конкретном признаке или свойстве организма. У человека имеется около 30 тысяч генов. Изменение в структуре гена ведет к изменению соответствующего признака. Следовательно, на генном уровне обеспечиваются индивидуальное наследование и индивидуальная изменчивость признаков.

Хромосомный уровень. Все гены в клетке объединены в группы и располагаются в хромосомах в линейном порядке. Каждая хромосома уникальна по набору входящих в нее генов. В состав хромосом входят ДНК, белки, РНК, полисахариды, липиды и ионы металлов. Хромосомный уровень в эукариотических клетках обеспечивает характер функционирования отдельных генов, тип их наследования и регуляцию их активности. Он позволяет закономерно воспроизводить и передавать наследственную информацию в процессе деления клетки. Геномный уровень Геном – совокупность всех генов, находящихся в гаплоидном наборе хромосом. При оплодотворении два генома родительских гамет сливаются и образуют генотип. Генотип – совокупность всех генов, заключенных в диплоидном наборе хромосом, или кариотипе. Кариотип – полный набор хромосом, характеризующийся у каждого вида их строго определенным числом и строением. Геномный уровень отличается высокой стабильностью. Он обеспечивает сложную систему взаимодействия генов. Результатом взаимодействия генов друг с другом и с факторами внешней среды является фенотип.

Молекулярные основы наследственности. Ген как элементарная единица наследственной информации выполняет определенные функции и обладает определенными свойствами.

Химический состав хромосом. Хромосомы представляют собой нуклеопротеидные образования, состоящие из ДНК и белка. Молекула ДНК в хромосомах тесно связана с двумя классами белков- гистонами (основные белки) и негистонами (кислые белки).

Гистоны - это небольшие по величине белки с высоким содержанием заряженных аминокислот (лизина и аргинина). Выполняют структурную функцию. Это очень стабильные белки, молекулы которых могут сохраняться в течение всей жизни клетки. В эукариотической клетке присутствуют 5 типов гистонов, которые распределяются на две основные группы: первая группа (их обозначают как Н2А, Н2В, НЗ, Н4), отвечает за формирование специфических дезоксирибонуклеопротеидных комплексов - нуклеосом. Вторая группа гистонов (HI) располагается между нуклеосомами и фиксирует укладку нуклеосомной цепи в более высокий уровень структурной организации (супернуклеосомную нить). Негистоновые белки весьма разнообразны. Число их фракций превышает 100. Они присутствуют в меньших количествах в хромосомах в сравнении с гистонами и выполняют в основном регуляторную функцию. Участвуют в регуляции транскрипционной активности генов, в обеспечении редупликации и репарации ДНК. В группу негистоновых белков входит много ферментов. Хромосомы— нуклеопротеидные структуры клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи. Хромосомы чётко различимы в световом микроскопе только в период митоза или мейоза. Набор всех хромосом клетки, называемый кариотипом. Хромосома образуется из единственной и чрезвычайно длинной молекулы ДНК, которая содержит группу множества генов. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин. Хроматин — нуклеопротеид, составляющий основу хромосом, находится внутри ядра клеток эукариот и входит в состав нуклеоида у прокариот. Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК. Строение хромосомы лучше всего видно в метафазе митоза. Она представляет собой палочковидную структуру и состоит из 2 сестринских хроматид, удерживаемых центромерой в области первичной перетяжки. Под микроскопом видно, что хромосомы имеют поперечные полосы, которые чередуются в различных хромосомах по-разному. Распознают пары хромосом, учитывая распределение светлых и темных полос. Поперечной исчерченностью обладают хромосомы представителей разных видов. Генов, кодирующих различные признаки, у любого организма очень много. Так, по приблизительным подсчетам, у человека около 120 тыс. генов, а видов хромосом всего 23. Все это огромное количество генов размещается в этих хромосомах.

КАРИОТИП - совокупность признаков хромосомного набора, характерная для каждого биологического вида. К таким признакам относятся число, размер и форма хромосом, положение на хромосомах первичной перетяжки, наличие вторичных перетяжек, чередование гетерохроматиновых и эухроматиновых участков. Постоянство всех признаков видового кариотипа обеспечивается точными процессами распределения хромосом по дочерним клеткам в митозе и мейозе. Кариотип человека состоит из 46 хромосом. Само определение кариотипа подразумевает не только анализ количества хромосом, но и описание их строения. Дело в том, что у разных видов живых организмов количество хромосом может совпадать, а вот полное совпадение их строения — никогда. Таким образом, кариотип видоспецифичен, т. е. уникален для каждого вида живых организмов, что позволяет их отличать от других.

Таким образом, кариотип — это диплоидный (2n) набор хромосом. Половина хромосом кариотипа достается организму от матери, другая — от отца. Типы хромосом выделяют по расположению центромеры. 1. Метацентрические хромосомы – центромера расположена посередине, и плечи имеют одинаковую длину. Участок плеча около центромеры называется проксимальным, противоположный – дистальным. 2. Субметацентрические хромосомы – центромера смещена от центра и плечи имеют разную длину. 3. Акроцентрические хромосомы – центромера сильно смещена от центра и одно плечо очень короткое, второе плечо очень длинное.

8. Энергообеспечение клеток. АТФ – строение роль в биоэнергетике. Способы получения энергии клетками: хемосинтез, фотосинтез, дыхание. Характеристика световой и темновой фаз фотосинтеза. Значение фотосинтеза.

В биологии аббревиатурой АТФ обозначают органическое вещество (мономер) аденозинтрифосфат (аденозинтрифосфорную кислоту). По химическому строению оно представляет собой нуклеозидтрифосфат. В состав АТФ входят рибоза, аденин, три остатка фосфорной кислоты. Фосфаты последовательно связаны между собой. При этом два последних так называемой макроэргической связью, разрыв которой обеспечивает клетку большим количеством энергии. АТФ выполняет в клетке энергетическую функцию. Большая часть молекул АТФ образуется в митохондриях в реакциях клеточного дыхания. В клетках постоянно идет синтез и распад большого количество молекул аденозинтрифосфорной кислоты. в биоэнергетическом обмене веществ живых организмов важным является наличие двух основных моментов: 1Химическая энергия запасается путем образования АТФ при протекании катаболических реакций окисления органических субстратов; 2Химическая энергия утилизируется путем расщепления АТФ. Этот процесс сопряжен с реакциями анаболизма, а также другими процессами, которые также требуют энергетических затрат. Выделяют три основных способа образования АТФ в клетке. А именно: Субстратное фосфорилирование, протекающее в цитоплазме клетке. Такие реакции получили название гликолиза или анаэробного этапа аэробного дыхания; Окислительное фосфорилирование; Также к достаточно важным функциям АТФ, иллюстрирующим ее роль в клетке относят: Может являться медиатором в синапсах, сигнальным веществом в других клеточных взаимодействиях. 1АТФ регулирует биохимические процессы. при участии АТФ происходит усиление и подавление активности некоторых ферментов с помощью присоединения к их регуляторным центрам молекулы; 2Участвует в создании циклического аденозинмонофосфата, который, в свою очередь, выступает посредником передачи гормональных сигналов в клетки; 3 АТФ участвует в синтезе нуклеиновых кислот (ДНК и РНК); 4АТФ отвечает за обеспечение всех двигательных реакций организма, а именно от ее наличия зависит работа всех элементов опорно – двигательного аппарата.

Хемосинтез. Хемотрофы, как и все автотрофные организмы, самостоятельно синтезируют необходимые органические вещества. От фототрофных зеленых растений их отличает полная независимость от солнечного света как источника энергии. Хемосинтез — образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С.Н.Виноградский в 1887г. открыл процесс хемосинтеза. Существует несколько видов хемосинтетических реакций: 1. Окисление аммиака до азотистой и азотной кислоты нитрифицирующими бактериями: NH ₃ -»HNO ₂ -»HNO ₃ + Q; 2. Превращение двухвалентного железа в трехвалентное железобактериями: 3. Окисление сероводорода до серы или серной кислоты серобактериями: Выделяемая энергия используется для синтеза органических веществ. Роль хемосинтеза в природе. Бактерии хемосинтетики разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых, взаимодействуя с минеральными веществами почвы, образуют соли, которые являются важнейшим компонентом минерального питания высших растений. Фотосинтез — синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света: 6СО₂ + 6Н₂О + Q_света → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂. У высших растений органом фотосинтеза является лист, органоидами фотосинтеза — хлоропласты. В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хлорофилла (a, b, c, d), главным является хлорофилл a. В молекуле хлорофилла можно выделить порфириновую «головку» с атомом магния в центре и фитольный «хвост». Порфириновая «головка» представляет собой плоскую структуру, является гидрофильной и поэтому лежит на той поверхности мембраны, которая обращена к водной среде стромы. Фитольный «хвост» — гидрофобный и за счет этого удерживает молекулу хлорофилла в мембране. Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый свет, отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску. Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов организованы в фотосистемы. Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс; реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы.

Световая фаза Эта фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента — АТФ-синтетазы. Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве. Это приводит к распаду или фотолизу воды: Н₂О + Q_света → Н⁺ + ОН^—. Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы •ОН: ОН^— → •ОН + е^—. Радикалы •ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород: 4НО• → 2Н₂О + О₂. Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счет Н⁺ заряжается положительно, с другой за счет электронов — отрицательно. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород идет на восстановление специфического переносчика НАДФ⁺ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) до НАДФ·Н₂: 2Н⁺ + 2е^— + НАДФ → НАДФ·Н₂. в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1) синтезом АТФ; 2) образованием НАДФ·Н₂; 3) образованием кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н₂ транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ. Первая реакция в этой цепочке — фиксация углекислого газа; акцептором углекислого газа является пятиуглеродный сахар рибулозобифосфат (РиБФ); катализирует реакцию фермент рибулозобифосфат-карбоксилаза (РиБФ-карбоксилаза). В результате карбоксилирования рибулозобисфосфата образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК). Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов фосфоглицериновая кислота преобразуется в глюкозу. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н₂, образованных в световую фазу; цикл этих реакций получил название «цикл Кальвина»: 6СО₂ + 24Н⁺ + АТФ → С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О. Кроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды. В настоящее время различают два типа фотосинтеза: С₃- и С₄-фотосинтез.

Значение фотосинтеза Благодаря фотосинтезу, ежегодно из атмосферы поглощаются миллиарды тонн углекислого газа, выделяются миллиарды тонн кислорода; фотосинтез является основным источником образования органических веществ. Из кислорода образуется озоновый слой, защищающий живые организмы от коротковолновой ультрафиолетовой радиации. При фотосинтезе зеленый лист использует лишь около 1% падающей на него солнечной энергии, продуктивность составляет около 1 г органического вещества на 1 м² поверхности в час.

9 Энергообеспечение клеток. Этапы энергетического обмена у аэробов (на примере расщепления глюкозы): подготовительный, гликолиз, кислородный. Место протекания, сущность процессов, энергетический выход.

Этапы энергетического обмена у аэробов:.

Подготовительный этап – во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами, у одноклеточных – ферментами лизосом. Полисахариды распадаются на ди- и моносахариды, белки – до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превращений энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется. Образующиеся в ходе подготовительного этапа соединения-мономеры могут участвовать в реакциях пластического обмена (в дальнейшем из них синтезируются вещества, необходимые для клетки) или подвергаться дальнейшему расщеплению с целью получения энергии.

Большинство клеток в первую очередь используют углеводы, жиры остаются в первом резерве и используются по окончания запаса углеводов. Белки расходуются в последнюю очередь, когда запас углеводов и жиров будет исчерпан – при длительном голодании.

Бескислородный этап (гликолиз) – происходит в цитоплазме клеток. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Ее бескислородное расщепление называют анаэробным гликолизом. Он состоит из ряда последовательных реакций по превращению глюкозы в лактат. Этот этап заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, полученных в ходе первого этапа. Так как глюкоза является наиболее доступным субстратом для клетки как продукт расщепления полисахаридов, то второй этап можно рассмотреть на примере ее бескислородного расщепления – гликолиза. Гликолиз – многоступенчатый процесс бескислородного расщепления молекулы глюкозы, содержащей шесть атомов углерода, до двух молекул пировиноградной кислоты (пируват). Реакция гликолиза катализируется многими ферментами и протекает в цитоплазме клетки. В ходе гликолиза при расщеплении одного моля глюкозы выделяется около 200 кДж энергии, 60 % ее рассеивается в виде тепла, 40 % – для синтезирования двух молекул АТФ из двух молекул АДФ. При наличии кислорода в среде пировиноградная кислота из цитоплазмы переходит в митохондрии и участвует в третьем этапе энергетического обмена. Если кислорода в клетке нет, то пировиноградная кислота преобразуется в животных клетках или превращается в молочную кислоту.

В микроорганизмах, которые существуют без доступа кислорода – получают энергию в процессе брожения, начальный этап аналогичен гликолизу: распад глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты, и далее она зависит от ферментов, которые находятся в клетке – пировиноградная кислота может преобразовываться в спирт, уксусную кислоту, пропионовую и молочную кислоту. В отличие от того, что происходит в животных тканях, у микроорганизмов этот процесс носит название молочнокислого брожения. При брожении, так же как и при гликолизе, выделяется всего две молекулы АТФ.

Кислородный этап - стал возможен после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода, он происходит в митохондриях клеток. Он очень сложен по сравнению с гликолизом, это процесс многостадийный и идет при участии большого количества ферментов. В результате третьего этапа энергетического обмена из двух молекул пировиноградной кислоты формируется углекислый газ, вода и 36 молекул АТФ. Две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления молекулами глюкозы, поэтому суммарный энергетический обмен в клетке в случае распада глюкозы можно представить как: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 38АДФ + 38Н₃РО₄ = 6СО₂ + 44Н₂О + 38АТФ В результате окисления одной молекулы глюкозы шестью молекулами кислорода образуется шесть молекул углекислого газа и выделяется 38 молекул АТФ. что в трехэтапном варианте энергетического обмена выделяется гораздо больше энергии, чем в двухэтапном варианте – 38 молекул АТФ против 2.

10Клеточная теория. Открытие клетки. Клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена. Развитие клеточной теории в трудах Р. Вирхова. Современное состояние клеточной теории.

История открытия клетки: Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук (известный открытием закона Гука). В 1665 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему соты в ульях медоносных пчёл, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «ячейка, клетка»).

В 1675 году итальянский врач Марчелло Мальпиги подтвердил клеточное строение растений, а в 1681 году — английский ботаник Неемия Грю. О клетке стали говорить как о «пузырьке, наполненном питательным соком». В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» — движущиеся живые организмы (инфузории, амёбы, бактерии). Также Левенгук впервые наблюдал животные клетки — эритроциты и сперматозоиды. Таким образом, к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. В 1802—1808 годах французский исследователь Шарль-Франсуа Мирбель установил, что растения состоят из тканей, образованных клетками. Ж. Б. Ламарк в 1809 году распространил идею Мирбеля о клеточном строении и на животные организмы. В 1825 году чешский учёный Я. Пуркине открыл ядро яйцеклетки птиц, а в 1839 ввёл термин «протоплазма». В 1831 году английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро растительной клетки, а в 1833 году установил, что ядро является обязательным органоидом клетки растения. С тех пор главным в организации клеток считается не оболочка, а содержимое.

Клеточная теория Шванна и Шлейдена. Клеточная теория — это обобщенные представления о строении клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов.

Все эти многочисленные наблюдения позволили Т. Шванну и М. Шлейдену в 1838 г. сделать ряд обобщений. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой (гомологичны). «Заслуга Т. Шванна заключалась не в том, что он открыл клетки как таковые, опираясь на опыты Шлейдена, а в том, что он научил исследователей понимать их значение». Дальнейшее развитие эти представления получили в работах Р. Вирхова (1858).

Основные Положения на 1838 г 1. Все животные и растения состоят из клеток.

2. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.

3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток.

Современное состояние Клеточной Теории. Клетка — элементарная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов. Вне клетки нет жизни.

1Клетка — целостная система, содержащая большое количество связанных друг с другом элементов — органелл.

2Клетки различных организмов похожи (гомологичны) по строению и основным свойствам и имеют общее происхождение.

3Увеличение количества клеток происходит путём их деления, после репликации их ДНК: клетка — от клетки.

4Многоклеточный организм — система из большого количества клеток, объединённых в системы тканей и органов, связанных между собой гуморальной и нервной регуляциями.

5Клетки многоклеточных организмов обладают одинаковым полным фондом генетического материала этого организма, всеми возможными потенциями для проявления этого материала, — но отличаются по уровню экспрессии (работы) отдельных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию — дифференцировке.

Вклад Вирхова в развитие клеточной теории Правда, Шванн и Шлейден ошибочно полагали, что клетки образуются из некого «неклеточного вещества». Эта идея впоследствии была опровергнута другим известным немецким биологом Р. Вирховым, который доказал, что «всякая клетка может происходить исключительно из другой клетки», подобно тому как растение может происходить только от другого растения, и животное только от другого животного. Это положение стало также одним из важных частей клеточной теории.

11Учение о клетке. Значение клеточной теории в обосновании диалектикоматериалистической концепции единства органического мира. Основные типы клеточной организации и их характеристика. Симбиотическая теория происхождения эукариотических клеток.

1. Клетка - элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Все живые организмы либо, как многоклеточные животные, растения и грибы, состоят из множества клеток, либо, как многие простейшие и бактерии, являются одноклеточными организмами. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток- цитология.

Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента живых организмов.

Основные положения клеточной теории: - Клетка — единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет

- Клетка — единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определённое целостное образование

- Ядро − главная составная часть клетки (эукариот)

- Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток

Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.

2. Значение клеточной теории. Клеточная теория — одно из биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента живых организмов. Клеточная теория — основополагающая теория. Ее сформулировали в 19 веке Шлейден и Шванн, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка из клетки). Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов «вне клеток нет жизни».

3. Типы клеток. характеристика. - прокариоты. Клеткам прокариотического типа свойственны малые размеры, отсутствие обособленного ядра, так что генетический материал в виде ДНК не отграничен от цитоплазмы оболочкой. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена основных белков – гистонов (гистоны являются белками клеточных ядер). В прокариотических клетках отсутствует клеточный центр. В клетках отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение. Время, необходимое для образования двух дочерних клеток из материнской (время генерации), сравнительно мало и исчисляется десятками минут.

- Эукариоты(растения, животные, грибы). Живые организмы, клетки которых содержат ядра. Эукариотические клетки в среднем намного крупнее прокариотических, разница в объеме достигает тысяч раз. Клетки эукариот включают около десятка видов различных структур, известных как органоиды, из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами. Ядро обычно одно, но бывают и многоядерные клетки.

Растительные клетки отличаются наличием толстой целлюлозной клеточной стенки, пластид, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии. Клеточный центр высших растений не содержит центриоли. Запасным углеводом является крахмал.

Клетки грибов имеют клеточную стенку, содержащую хитин, в цитоплазме имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречаются центриоль. Главным резервным углеводом является гликоген.

Животные клетки не имеют клеточной стенки, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерна центриоль. Запасным углеводом является гликоген.

Одноклеточные организмы состоят из одной-единственной клетки, выполняющей функции целостного организма. Одноклеточными являются все водоросли и грибы. Тело многоклеточных организмов состоит из множества клеток, объединенных в ткани, органы и системы органов.

4. Симбиотическая теория происхождения эукариотических клеток. Согласно этой теории основой, или клеткой-хозяином, в эволюции клетки эукариотического типа послужил анаэробный прокариот. Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрии, которые произошли путем изменений симбионтов— аэробных бактерий, проникших в клетку-хозяина и сосуществовавших с ней. Способность зеленых растений к фотосинтезу обусловлена присутствием в их клетках хлоропластов. Сторонники симбиотической гипотезы считают, что симбионтами клетки-хозяина, давшими начало хлоропластам, послужили прокариотические сине-зеленые водоросли. Серьезным доводом в пользу симбиотического происхождения митохондрий, центриолей и хлоропластов является то, что перечисленные органеллы имеют собственную ДНК.

12Строение клетки. Строение и функции плазматической мембраны. Поступление веществ в клетку. Надмембранный комплекс: клеточная оболочка, гликокаликс. Цитоплазма. Органоиды и включения.

1. Плазматическая мембрана. Мембрана — является молекулярной структурой, эластичной по своей природе, которая состоит из различных белков и липидов. Она отделяет содержание любой клетки от внешней среды, тем самым регулируя ее защитные свойства, а также обеспечивает обмен между внешней средой и непосредственно внутренним содержимым клетки.

Строение плазматической мембраны: называют плазмалеммой. Плазматическая мембрана состоит из двойного слоя липидов, между молекулами которых располагаются белки. С этими липидами и белками могут быть связаны молекулы углеводов. Плазматическая мембрана находится под клеточной стенкой. Мембрана проницаема: она пропускает внутрь клетки вещества и выводит из клетки ненужные вещества.

Функции плазматической мембраны: • Защитная функция -- Отделяют клеточное содержимое от внешней среды • Регуляторная функция -- Регулируют обмен между клеткой и внешней средой • Рецепторная функция -- На мембранах располагаются рецепторные участки для распознования внешних сигналов. • Поддерживают постоянную форму клетки • Выводит из клетки ненужные вещества • Обьединение клеток в ткани

2. Поступление веществ в клетку. Различают пассивный и активный транспорт веществ через клеточную мембрану.- Пассивный транспорт веществ происходит без использования энергии по градиенту концентрации (из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). Пассивный транспорт осуществляется путем диффузии и осмоса.

Диффузия – это процесс, в ходе которого молекулы (или ионы) переходят через мембрану из области с высокой концентрацией в область низкой концентрации в результате броуновского движения (теплового движения атомов и молекул). Различают простую и облегченную диффузию веществ через клеточную мембрану. Простая диффузия происходит через те участки мембран, где преобладают липиды. Характеризуется низкой избирательностью мембраны к веществам, которые переносятся. При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики временно соединяются с молекулой вещества и проводят его через мембрану. Осмос – диффузия воды через мембрану из менее концентрированного в более концентрированный раствор. Естественно в более разбавленном растворе концентрация воды «выше», чем в концентрированном. В процессе осмоса происходит выравнивание концентраций двух растворов, разделенных избирательно проницаемой мембраной.

Активный транспорт – перенесение веществ против градиента концентрации с использованием энергии. Он осуществляется с помощью белков-переносчиков, образующих так называемые ионные насосы для переноса ионов в сторону более высокого биохимического потенциала. Наиболее известным является Na+/K+– насос в клетках животных, который обуславливает активный транспорт в клетку ионов калия и выведения из нее ионов натрия.

Макромолекулы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот, липопротеидов поступают в клетку путем эндоцитоза. Эндоцитоз – способность клетки активно поглощать питательные вещества в виде мелких пузырьков (пиноцитоз) или твердых частиц (фагоцитоз). В результате этого образуются мелкие мембранные вакуоли, которые соединяются с лизосомой. Под влиянием ферментов лизосом макромолекулы вакуолей расщепляются до мономеров, которые используются в клетке как пластический и энергетический материал. 3. Надмембранный комплекс. - У животных: гликокаликс. В его составе периферические белки мембраны, углеводные части гликопротеидов и гликолипидов. Гликокаликс играет важную роль в рецепторной функции, обеспечивает межклеточное узнавание, очень тонкий. - У растений: клеточная оболочка. В ее составе состоящей из полисахаридов (целлюлозы, пектина). Клеточная стенка располагается снаружи от мембраны. Она синтезируется самой клеткой. Компоненты клеточной стенки выделяются из цитоплазмы, а затем собираются вне клетки в сложные комплексы. Функции клеточной стенки растений: защитная, образует внешний каркас, поддерживает постоянную форму; регулирует поступление воды в клетку, обеспечивает тургор клеток, обмен веществ. Очень толстая и плотная. 4. Цитоплазма.— полужидкое содержимое клетки, её внутренняя среда, кроме ядра и вакуоли, ограниченная плазматической мембраной. Включает гиалоплазму — основное прозрачное вещество цитоплазмы, находящиеся в ней обязательные клеточные компоненты — органеллы, а также различные непостоянные структуры — включения. Иногда под цитоплазмой понимают только гиалоплазму. В состав цитоплазмы входят органические и неорганические вещества многих видов. Основное вещество цитоплазмы — вода. Многие вещества образуют истинный раствор, некоторые другие— коллоидный. В ней протекают почти все процессы клеточного метаболизма. в цитоплазме есть нерастворимые отходы обменных процессов и запасные питательные вещества. Цитоплазма постоянно движется, перетекает внутри живой клетки, перемещая вместе с собой различные вещества, включая и органоиды. Это движение называется циклозом. Цитоплазма способна к росту и воспроизведению и при частичном удалении может восстановиться. Однако она нормально функционирует только в присутствии ядра. Без него долго существовать цитоплазма обычно не может, как и ядро без цитоплазмы. Важнейшая роль цитоплазмы — объединение всех клеточных структур (компонентов) и обеспечение их химического взаимодействия. Она выполняет и другие функции, в частности, поддерживает тургор клетки.

5. Цитоплазматические структуры клетки представлены включениями и органоидами. Органоиды – это постоянные и обязательные компоненты большинства клеток, имеющие специфическую структуру и выполняющие жизненно важные функции. Органоиды бывают общего назначения и специального назначения. -Органоиды общего значения присутствуют во всех клетках и в зависимости от особенностей строения делятся на немембранные, одномембранные и двумембранные. -Органоиды специального значения присутствуют только в клетках определенных тканей; например, миофибриллы в мышечных тканях, нейрофибриллы в нервной ткани. ВКЛЮЧЕНИЯ. В отличие от органоидов, включения являются временными структурами, появляющимися в клетке в определенные периоды жизнедеятельности клетки. Основное место локализации включений - цитоплазма, но иногда и ядро. Включения являются продуктами клеточного метаболизма, могут иметь вид гранул, зерен, капель, вакуолей и кристаллов; используются или самой клеткой по мере надобности, или служат для всего макроорганизма.

Включения классифицируются по химическому составу: жировые:1) в любой клетке в виде капелек жира; 2) белый жир - специализированная жировая ткань взрослых; 3) бурый жир - специализированная жировая ткань эмбрионов; 4) в результате патологических процессов - жировая дистрофия клеток (печень, сердце); 5) у растений - в семенах содержится до 70 % включений;

углеводные: 1) гликоген - в клетках скелетных мышц, печени, нейронах; 2) в клетках эндопаразитов (анаэробный тип дыхания); 3) крахмал - в клетках растений;

белковые:1) в яйцеклетках, клетках печени, простейших;

пигментные: 1) липофусцин - пигмент старения; 2) липохромы - в корковом веществе надпочеников и желтом теле яичника; 3) ретинин - зрительный пурпур глаза; 4) меланин - в пигментных клетках; 5) гемоглобин - дыхательный - в эритроцитах;

секреторные: могут быть белками, жирами, углеводами, или смешанными и находятся в клетках соответствующих желез: 1) сальная железа; 2) железы внутренней секреции; 3) железы пищеварительной системы; 4) молочные железы; 5) слизь в бокаловидных клетках; 6) эфирные масла растений.

13. Строение клетки. Немембранные органоиды – рибосомы, центриоли, микрофиламенты, микротрубочки – строение, локализация в клеткке, функции.

Органоиды – это постоянные образования в клетке, каждое из которых исполняет определенные функции. Включения – это временные структуры, которые в основном состоят из гликогена у животных и крахмала у растений.

К немембранным органоидам относятся рибосомы, клеточный центр (центриоль), микротрубочки и микрофиламенты.

1.Рибосомы Эти немембранные органоиды находятся на стенках эндоплазматического ретикулума (сеть). Рибосома обладает шаровидной формой. Эти немембранные органоиды состоят из двух частей (субъединиц) – малой и большой. Когда рибосома не функционирует, они находятся раздельно. Для того, чтобы они объединились, обязательно присутствие ионов магния или кальция в цитоплазме. Рибосомы состоят из белков и рРНК (рибосомной рибонуклеиновой кислоты), а также молекул воды и ионов металлов (магния или кальция). Рибосомы нужны для того, чтобы синтезировать белок. Они отвечают за процесс трансляции, то есть расшифровке информации, которая находится на иРНК, и формировании полипептидной цепочки из отдельных аминокислот.

2.Клеточный центр У эукариот эти немембранные органоиды состоят из двух частей, называемых центросомами, и центросферы – более светлой области цитоплазмы, которая окружает центриоли. В отличие от случая с рибосомами, части этого органоида обычно объединены. Совокупность двух центросом называется диплосомой. Каждая центросома состоит из микротрубочек, которые закручены в форме цилиндра. Клеточный центр участвует в образовании веретена деления. Оно образуется как в процессе мейоза, так и митоза. Находится в центральной области цитоплазмы клетки.

3.Микрофиламенты Находятся в цитоплазме. Тонкие нити, образующие в клетке трехмерную сеть. Состоят из белка актина и ассоциированных с ним белков: фимбрин (связывает в пучки параллельно расположенные филаменты); альфа-актинин и филамин (связывают филаменты, независимо от их пространственной ориентации); винкулин (служит для прикрепления микрофиламентов к внутренней поверхности цитомембраны). Филаменты способны к сборке и разборке. В небольшом количестве в клетке встречаются миозиновые микрофиламенты, сделанные из белка миозина. Вместе с актиновыми они формируют сократительные структуры. Микрофиламенты могут участвовать в процессе изменения формы клетки, а также нужны для передвижения некоторых одноклеточных организмов, таких как амебы.

4.Микротрубочки. Находятся в цитоплазме. Микротрубочки представляют длинные цилиндры, пустые внутри, которые растут от центриоли к краям клетки. Эти немембранные органоиды состоят в первую очередь из белка тубулина. Микротрубочки являются нестабильными органоидами, которые постоянно изменяются. У них наблюдается плюс-конец и минус-конец. Первый постоянно присоединяет к себе молекулы тубулина, а от второго они постоянно отщепляются. Такие немембранные органоиды, как микротрубочки, формируют цитоскелет. Он выполняет структурную и транспортную функции. По поверхности микротрубочек могут перемещаться как отдельные вещества, так и целые органоиды, например, митохондрии. Процесс транспортировки происходит с помощью специальных белков, которые называются моторными. Центром организации микротрубочек является центриоль.

14. Строение клетки. Одномембранные органоиды – эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы – строение и функции

Одномембранные органоиды 1. Эндоплазматическая сеть – совокупность мембранных каналов и полостей, пронизывающих всю клетку. Является непосредственным продолжением внешней ядерной мембраны. Бывает двух видов – гладкая и шероховатая (гранулярная). На гранулярной ЭПС идет синтез белка, на гладкой – синтез липидов и углеводов. Функции: Соединяет все клеточные мембранные структуры в единую систему. Является поверхностью, на которой происходят все внутриклеточные процессы (синтез мембранных белков, липидов и углеводов). Пространственно разделяет клетку. Внутри каналов ЭПС синтезированные вещества накапливаются и транспортируются по клетке.

2.Комплекс Гольджи Система уложенных в стопку уплощенных мембранных мешочков – цистерн, трубочек и связанных с ними пузырьков. По каналам ЭПС вещества поступают в АГ, там накапливаются и химически модифицируются. Затем готовые вещества заключаются в пузырьки и отправляются по месту назначения.

Функции Комплекса Гольджи 1) сортировка, накопление и выведение секреторных продуктов 2) завершение посттрансляционной модификации белков 3) накопление молекул липидов и образование липопротеидов 4) образование лизосом 5) синтез полисахаридов для образования гликопротеидов, восков, слизей, веществ матрикса клеточных стенок растений (гемицеллюлоза, пектины) 6) формирование клеточной пластинки после деления ядра в растительных клетках 7) участие в формировании акросомы ; формирование сократимых вакуолей простейших.

3.Лизосомы – пузырьки, заполненные пищеварительными ферментами. Образуются в аппарате Гольджи. Пищеварительная вакуоль, в которой происходит переваривание пищи, получается после слияния фагоцитозного пузырька с лизосомой. Кроме того, лизосомы могут переваривать ненужные части клетки или целые клетки. Различают первичные и вторичные лизосомы. Первые образуются в области аппарата Гольджи, в них находятся ферменты в неактивном состоянии, вторые же содержат активные ферменты. Среди лизосом можно также выделить гетеролизосомы (переваривающие материал, поступающий в клетку извне— путем фаго- или пиноцитоза) и аутолизосомы (разрушающие собственные белки или органоиды клетки). Функции лизосом: 1)переваривание захваченных клеткой при эндоцитозе веществ или частиц (бактерий, других клеток) 2)аутофагия— уничтожение ненужных клетке структур или переваривание белков и других веществ, произведенных внутри самой клетки 3)автолиз — самопереваривание клетки, приводящее к ее гибели (иногда этот процесс не является патологическим, а сопровождает развитие организма или дифференцировку некоторых специализированных клеток).

4.Вакуоли– один из важнейших органоидов клетки растений. Эти структуры выглядят как достаточно крупные полости или более мелкие пузырьки, формирующиеся из эндоплазматической сети. Они отграничены от цитоплазмы мембраной и заполнены жидкостью с растворенными органическими и неорганическими веществами. У растений это так называемый клеточный сок. Вакуоль растительной клетки имеет одну мембрану – тонопласт. Образование такого элемента происходит при слиянии везикул эндоплазматического ретикулума и клеток Гольджи. В молодых клетках имеется несколько маленьких вакуолей. В процессе старения клетки из мелких вакуолей получается крупная центральная вакуоль. Ее объем может достигать 90% клетки. Функции вакуоли: 1)Давление тургорного типа (Создает силу воздействия на клеточную стенку. Позволяет структурам растительного характера сохранять жесткость). 2) Развитие и рост (Обеспечивает клеточное удлинение. Достигается за счет поглощения воды и создания тургорного давления на клеточную стенку. Усиливается высвобождением белков, необходимых для снижения степени жесткости стенки.)

3) Накопление (Способствует хранению воды, минералов, питательных веществ, ферментов, ионов, молекул и пигментов.) 4) Детоксикация (Гарантирует выведение токсичных веществ (гербицидов и тяжелых металлов) из области цитозоля). 5)Защита (Обеспечивает первоначальное хранение и последующее выделение химических веществ, несущих потенциальный вред для организма).

6)Транспорт (Создается накопление и транспортировка ионов).

7)Водно-солевой обмен (Обеспечивает формирование внутренней водной среды).

5.Пероксисома— клеточная органелла, окружённая единственной мембраной и не содержащая ДНК и рибосом. Они состоят из матрикса и нуклеотида. Матрикс пероксисом содержит до 15 ферментов. Наиболее важные из них пероксидаза и каталаза, оксидаза D-аминокислот и уратроксидаза. Нуклеотид пероксисомы соответствует области конденсации ферментов. Пероксисомы образуются в ЭПС, отпочковываясь от агранулярной ЭПС, их ферменты частично синтезируются в гранулярной ЭПС, частично в гиалоплазме. Мембрана пероксисом непроницаема для ионов и низкомолекулярных субстратов.

Пероксисомы – главный центр образования кислорода клетки. В результате окисления аминокислот, углеводов образуется Н₂О₂, которая благодаря каталазе распадается на воду и О₂. Крупные пероксисомы печени и почек играют важную роль в обезвреживании ряда веществ. Помимо этого они участвуют в катаболизме (в обмене аминокислот, оксалата и полиаминов).

15. Строение клетки. Строение и функции митохондрий. Пластиды, их виды и значение в жизнедеятельности клетки.

Митохондрии - микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Впервые митохондрии в виде гранул в мышечных клетках наблюдал в 1850 г. Р. Кёлликер. Позднее, в 1898 г., Л. Михаэлис показал, что они играют важную роль в дыхании. Митохондрии имеются во всех эукариотических клетках и отсутствуют в клетках простейших организмов, бактерий, энтамеб, которые живут без использования кислорода. Число митохондрий в клетках не постоянно, оно зависит от вида организма и типа клетки. В клетках, потребность которых в энергии велика, содержится много митохондрий, в менее активных клетках митохондрий гораздо меньше. Чрезвычайно сильно варьируются также размеры и формы митохондрий. Они могут быть спиральными, округлыми, вытянутыми и разветвленными. Некоторые митохондрии могут перемещаться в более активные участки клетки. Строение Каждая митохондрия окружена оболочкой, состоящей из двух мембран. ●  Внешняя мембрана гладкая, не имеет складок, отграничивает внутреннее содержимое от цитоплазмы. в составе находятся липиды и белки. Важную роль выполняет порин — белок, образующий каналы во внешней мембране. Они обеспечивают ионный и молекулярный обмен. ●  Наружную мембрану отделяет от внутренней небольшое расстояние – межмембранное пространство.   Вещество, заполняющее его по составу сходно с цитоплазмой, за исключением крупных молекул, которые могут сюда проникнуть только путем активного транспорта. ●  Внутренняя мембрана построена в основном из белка, только треть отводится на липидные вещества. Большое количество белков являются транспортными. Функция внутренней мембраны - перенос макромолекул, поддержание протонного градиента. Ферменты транслоказы внутренней мембраны митохондрий осуществляют активный транспорт АДФ и АТФ. Внутренняя мембрана образует многочисленные гребневидные складки - кристы. Кристы существенно увеличивают поверхность внутренней мембраны. На мембранах крист происходят процессы клеточного дыхания, необходимые для синтеза АТФ. В структуре крист выделяют элементарные частицы, состоящие из головки, ножки и основания. ●  Внутреннюю мембрану окружает жидкий матрикс, в котором находятся белки, ферменты, РНК, кольцевые молекулы ДНК, рибосомы. Матрикс – внутренняя среда митохондрий, имеет зернистую однородную структуру. В матриксе находится полуавтономная система синтеза белка – здесь расположены ДНК, все виды РНК, рибосомы. Но все же большая часть белков поставляется с ядра, поэтому митохондрии называют полуавтономными органеллами. Генетический аппарат имеет вид кольцевой молекулы – нуклеотида, точь в точь как у бактерий.  Главная функция митохондрий — снабжать клетку энергией, которая путем многочисленных ферментативных реакций извлекается из органических соединений и запасается в АТФ. Особенность функции митохондрий в том, что в них протекают реакции не только бескислородного окисления, но и кислородный этап энергетического обмена. Пластиды — органоиды эукариотических растений, прокариотов и некоторых фотосинтезирующих простейших. Совокупность пластид клетки называется пластидом. Пластиды развиваются из пропластид – проламеллярных белково-липоидных телец. Содержат генетический код, способны воспроизводить себе подобных путем синтеза ДНК, РНК , белков. Роль и функции пластид в клетке определяется их строением. Они способны накапливать питательные вещества, выступать в роли депо. Отдельные виды пластид выполняют функцию фотосинтеза под воздействием энергии света. Размер органоидов небольшой, от 3 до 10 микрон. Обычно они имеют круглую или овальную форму, выпуклые сверху, снизу. Большинство имеют две мембраны: внешняя (оболочная): внутренняя (погруженная в стромы). За счет мембран формируются: тилакоиды – своеобразные отсеки различного строения; граны – столбчатые или цепочные скопления тилакоидов; ламеллы – тилакоиды удлиненной формы. Строма – вязкое содержимое, внутреннее содержимое пластид. Классификация пластид по окраске и выполняемой функции подразумевает деление этих органоидов на три типа: хлоропласты, лейкопласты и хромопласты. Пластиды водорослей именуются хроматофорами. 1.Хлоропласты – это пластиды, в которых протекает фотосинтез. Они содержат пигмент хлорофилл и каротиноиды. Молекула хлорофилла очень сходна с молекулой гемоглобина и отличается тем, что расположенный в центре молекулы гемоглобина атом железа заменен в хлорофилле на атом магния. Каротиноиды – это жирорастворимые пигменты, которые накапливаются в виде кристаллов. Хлорофилл использует энергию красной части спектра, каротиноиды – синей. По своему строению каротиноиды являются либо углеводородами, либо окисленными углеводородами, т. е. кислородсодержащими. Кроме того каротиноиды могут защищать молекулы хлорофилла от чрезмерного фотоокисления на ярком свету. Обычно хлоропласты имеют форму диска. В одной клетке мезофилла может находиться 40-50 хлоропластов, а в квадратном миллиметре листа – около 500 000.   Внутренняя структура хлоропласта сложная. Строма пронизана развитой системой мембран, имеющих форму пузырьков – тилакоидов. Тилакоиды образуют единую систему, они собраны в стопки – граны, напоминающие столбики монет. Тилакоиды отдельных гран связаны между собой тилакоидами стромы, или ламеллами. В строме хлоропластов находятся кольцевые молекулы ДНК, РНК, рибосомы, белки, липидные капли. Там же происходят первичные отложения запасного полисахарида – крахмала, в виде крахмальных зерен. Крахмальные зерна – это временные хранилища продуктов фотосинтеза. 2. Хромопласты – пигментированные пластиды. Они не содержат хлорофилл, но содержат каротиноиды, которые окрашивают плоды, цветки, некоторые корни и старые листья в красные, желтые и оранжевые цвета. Хромопласты могут образовываться из хлоропластов, которые при этом теряют хлорофилл и внутренние мембранные структуры и начинают синтезировать каротиноиды. Такое происходит при созревании плодов. Хромопласт – это конечная форма развития пластид. 3. Лейкопласты – непигментированные пластиды. Некоторые из них могут накапливать крахмал, другие могут синтезировать и накапливать белки или липиды. На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты. Разновидности лейкопластов: Амилопласты накапливают крахмал, встречаются во всех растениях, так как углеводы основной продукт питания растительной клетки. Некоторые лейкопласты полностью наполнены крахмалом, их называют крахмальными зернами. Элайопласты продуцируют и запасают жиры. Протеинопласты содержат белковые вещества. В неблагоприятный жизненный период, когда процессы фотосинтеза не осуществляются, они расщепляют полисахариды до простых углеводов, которые необходимы растениям для выживания. В лейкопластах не может происходить фотосинтез, потому что они не содержат гран и пигментов. Функции пластид Хлоропласты выполняют фотосинтезирующую функцию. В лейкопластах накапливаются запасные питательные вещества: крахмал в амилопластах, жиры в липидопластах, белки в протеинопластах. Хромопласты, за счет содержащихся в них пигментов-каротиноидов, окрашивают различные части растений. Яркий окрас часто служит своеобразным сигналом для животных-опылителей. В дегенерирующих зеленых частях растений хлоропласты превращаются в хромопласты. Пигмент хлорофилл разрушается, поэтому остальные пигменты, несмотря на малое количество, становятся в пластидах заметными и окрашивают туже листву в желто-красные оттенки. Общие свойства для митохондрий и хлоропластов наличием двойной мембраны. Признаки сходства также заключаются в способности самостоятельно синтезировать белок. Эти органеллы имеют свое ДНК, РНК, рибосомы. И митохондрии и хлоропласты могут делиться с помощью перетяжки. Объединяет их также возможность продуцировать энергию, митохондрии более специализированы в этой функции, но хлоропласты во время фотосинтезирующих процессов тоже образуют молекулы АТФ. сходства и различия: Являются двумембранными органеллами; внутренняя мембрана образует выпячивания: для митохондрий характерны кристы, для хлоропластов – тиллакоиды; обладают собственным геномом; способны синтезировать белки и энергию. Различаются данные органоиды своими функциями: митохондрии предназначены для синтеза энергии, здесь осуществляется клеточное дыхание, хлоропласты нужны растительным клеткам для фотосинтеза.

16. Ядро. Строение и функции ядерной оболочки. Ядерный сок. Ядрышко. Уровни компактизации ДНК. Хроматин. Эухроматин-и гетерохроматин.

Ядро – это важный структурный компонент эукариотической клетки, который содержит молекулы ДНК – генетическую информацию. Имеет округлую или овальную форму. Ядро хранит, передает и реализует наследственную информацию, обеспечивает синтез белка. эукариотическая клетка имеет одно ядро, но встречаются двуядерные и многоядерные клетки. Некоторые высоко­специализи­рованные клетки вторично утрачивают ядро. Ядро окружено ядерной оболочкой (кариолеммой), состоящей из двух концентрически расположенных наружной и внутренней ядерных мембран. Каждая мембрана содержит определенный набор белков и сплошной двойной слой фосфолипидов. внутренняя ядерная мембрана поддерживается сетью филаментов, закрепленных в сетчатой структуре. называется ядерная ламина. Пространство между мембранами называется перинуклеарным пространством, оно заполнено полужидким веществом. В некоторых местах мембраны сливаются друг с другом, образуя поры. Пора представляет собой сложный комплекс, состоящий из нескольких белковых глобул. Через поры из ядра в цитоплазму транспортируются молекула иРНК, сложные образования из рРНК и белков и некоторые вещества.  Наружная ядерная мембрана со стороны, обращённой в цитоплазму, покрыта рибосомами, придающими ей шероховатость, внутренняя мембрана гладкая. Внешняя мембрана может переходить в мембраны ЭПС. Это позволяет постоянно обмениваться содержимым перинуклеарного пространства и каналов ЭПС. Ядерные мембраны являются частью мембранной системы клетки: выросты наружной ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов. Функцией ядерной мембраны является поддержание разделения между нуклеоплазмой - содержимым ядра - и цитоплазмой клетки. ДНК остается безопасной и изолированной от химических реакций, происходящих в цитоплазме, и может негативно влиять на генетический материал. Селективный транспорт макромолекул между внутренней частью ядра и цитоплазмой происходит благодаря наличию ядерных пор и позволяет регулировать экспрессию генов.  Содержимое ядра представляет собой гелеобразный матрикс, это нуклеоплазма или ядерный сок. В ядерном соке располагается хроматин и одно, или несколько ядрышек. В нуклеоплазме также располагаются различные ионы, белки – ферменты и нуклеотиды. Она состоит из воды (основная часть) и растворённых в ней органических и неорганических соединений.

Ядрышко  представляет собой округлое плотное тельце, погружённое в ядерный сок. Количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра и варьирует от 1 до 7 и более. Ядрышки обнаруживаются только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают. Ядрышко образуется на определённых участках хромосом, несущих информацию о структуре рРНК. Такие участки называются ядрышковым организатором и содержат многочисленные копии генов, кодирующих рРНК. Из рРНК и белков, поступающих из цитоплазмы, формируются субъединицы рибосом. Таким образом, ядрышко представляет собой скопление рРНК и рибосомальных субъединиц на разных этапах их формирования. Функция ядрышек — синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды — рибосомы. Хромосомы — структуры клетки, хранящие и передающие наследственную информацию. Хромосома состоит из ДНК и белка. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин. Белки играют важную роль в упаковке молекул ДНК в ядре. ДНК в хромосомах упакована таким образом, что умещается в ядре, диаметр которого обычно не превышает 5 мкм (5-10^{- 4} см). Упаковка ДНК приобретает вид петельной структуры. Петли поддерживаются с помощью белков, которые узнают определенные последовательности нуклеотидов и сближают их. Строение хромосомы лучше всего видно в метафазе митоза. Компактизация ДНК – это процесс «укладки» ДНК внутри хромосом. Суммарная длина ДНК внутри клеток человека составляет приблизительно 2 метра. Диаметр ядра клетки составляет приблизительно 7 мкм. При учете того факта, что каждая хромосома представлена отдельной молекулой ДНК, то компактизация ДНК составляет более шести тысяч раз.

Хроматином называется содержащий наследственную информацию материал клеточного ядра, представляющий собой сложный функциональный комплекс ДНК со структурными белками и другими элементами, обеспечивающими упаковку, хранение и реализацию кариотического генома. В упрощенной трактовке это вещество, из которого состоят хромосомы. Термин происходит от греческого «хрома» – цвет, краска. Понятие было введено Флемингом еще в 1880 году, Конденсация хроматина во время клеточного деления приводит к образованию хромосом, которые видны даже в обычном световом микроскопе. химический состав хроматина на 40% представлен длинными молекулами ДНК и почти на 60% – различными белками: гистоны и негистоновые. Гистонами называют большое семейство основных ядерных белков, которые прочно связываются с ДНК, формируя структурный скелет хроматина. Их количество примерно равно процентному содержанию генетических молекул. Большое количество остатков основных аминокислот лизина и аргинина придают этим белкам положительный заряд, способствуя формированию ионных связей с противоположно заряженными фосфатными группами двойной спирали ДНК. Выделяют 5 разновидностей гистонов. Первые четыре типа участвуют в формировании основной структурной единицы хроматина – нуклеосомы, которая состоит из кора (белковой сердцевины) и обмотанной вокруг него ДНК. Нуклеосомный кор представлен октамерным комплексом из восьми молекул гистонов, в который входят тетрамер и димер.

Существует несколько сотен разновидностей негистоновых белков с различными свойствами и функциями. Особую группу составляют сайт-специфические белки, каждый из которых комплементарен определенному участку ДНК. В эту группу входят 2 семейства: «цинковые пальцы» – узнают фрагменты длиной в 5 нуклеотидных пар; гомодимеры – характеризуются структурой «спираль-поворот-спираль» во фрагменте, связанном с ДНК. Хроматин в ядре существует в двух формах: менее спирализованной (эухроматин) и более компактной (гетерохроматин). Первая форма соответствует транскрипционно-активным участкам ДНК и поэтому структурирована не так плотно.

Эухроматин - неконденсированный хроматин, с которого происходит синтез белка. Гетерохроматин - конденсированный хроматин, с которого белок не синтезируется. Гетерохроматин - плотно спирализованная часть хроматина, соответствует конденсированным, плотно скрученным сегментам хромосом, что делает их недоступными для транскрипции. Он интенсивно окрашивается основными красителями, и в световом микроскопе имеет вид тёмных пятен, гранул. Гетерохроматин подразделяется на факультативный и конститутивный . Во время митотического или мейотического деления весь хроматин неактивен. Конститутивный гетерохроматин обнаружен возле центромер и в концевых участках хромосомы. Результаты электронной микроскопии показывают, что такой хроматин сохраняет высокую степень конденсации не только на стадии деления клетки, но и во время интерфазы.

Основная функция хроматина заключается в плотной упаковке большого количества генетического материала. Однако просто уместить ДНК в ядре для жизнедеятельности клетки недостаточно. Необходимо, чтобы эти молекулы должным образом «работали», то есть, могли передавать заключенную в них информацию по системе ДНК-РНК-белок. Кроме этого, клетке нужно распределять генетический материал во время деления. Устройство хроматина полностью отвечает этим задачам. Белковая часть содержит все необходимые ферменты, а особенности структуры позволяют им взаимодействовать с определенными участками ДНК. Поэтому, второй важной функцией хроматина является обеспечение всех процессов, связанных с реализацией ядерного генома.

Функции ядра: 1) хранение наследственной информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления, 2) регуляция жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков, 3) место образования субъединиц рибосом.