Растительная клетка, ее строение
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
Протоны, неспособные к диффузии через мембрану, накапливаются в гране. Ионы гидроксила ОН отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН0, взаимодействующие друг с другом с образованием воды и молекулярного кислорода, который, диффундируя через мембрану, выделяется в атмосферу. 4ОН -> О2| + 2Н2О Таким образом, по одну сторону мембраны накапливаются положительно заряженные протоны, по другую - частицы с отрицательным зарядом, что приводит к нарастанию разности потенциалов. При достижении критического уровня разности потенциала протоны проталкиваются на другую сторону мембраны через канал внутри АТФ-синтезы. Освобождающаяся при этом энергия тратится на синтез АТФ, которая переправляется в место синтеза углеводов. Протоны, присоединив электрон, превращаются в атомы водорода, они также переправляются в место синтеза углеводов (Н+ + е --> Н0). Общее уравнение световой фазы фотосинтеза: 4ОН --> О2 + 2Н2О Таким образом, в световую фазу фотосинтеза протекают следующие процессы: * образование молекулярного кислорода, выделяющегося в атмосферу; * синтез АТФ; * образование атомарного водорода. Темновая фаза фотосинтеза состоит из ряда последовательных ферментативных реакций, в результате которых образуется глюкоза, служащая исходным материалом для биосинтеза других углеводов. Этот процесс идет с использованием энергии АТФ и при участии атомов водорода, образовавшегося в световую фазу. Общее уравнение темновой фазы фотосинтеза: 6СО2 + 24 Н2О --> C6H12O6 + 6 H2O Общее уравнение фотосинтеза: 6 С02 + 6 Н20 --> С6Н1206 + 6 02| Кроме углеводов, в пластидах синтезируются аминокислоты, белки, липиды, хлорофилл. Синтез белка Синтез белка и фотосинтез относятся к реакциям пластического обмена. Синтез белков наиболее активно протекает в молодых растущих клетках. Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном. В молекуле ДНК закодирована последовательность аминокислот о белке в виде определенно сочетающихся нуклеотидов. Сущность кода ДНК состоит в том, что каждой аминокислоте соответствует участок гена из трех рядом стоящих нуклеотидов - триплет. Разных аминокислот 20, число возможных сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 равно 64. Следовательно, триплетов с избытком хватает для кодирования всех аминокислот. Этапы биосинтеза белка: 1. Транскрипция - процесс синтеза на одной из цепей молекулы ДНК молекулы и-РНК по принципу комплементарности. Процесс происходит не на всей молекуле ДНК одновременно, а на небольшом ее участке, соответствующем одному гену. 2. Трансляция - перевод информации с молекулы и-РНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи, происходит в цитоплазме. Молекула и-РНК доставляется с помощью особого белка- фермента из ядра к рибосомам. Рибосома перемещается по молекуле и-РНК прерывисто, триплет за триплетом. По мере перемещения рибосомы к полипептидной цепочке одна за другой присоединяются аминокислоты. Точное соответствие аминокислоты триплету обеспечивает т-РНК (транспортная РНК). Для каждой аминокислоты существует своя т-РНК, один из триплетов которой (антикодон) комплементарен определенному триплету и-РНК. Конфигурация т-РНК напоминает лист клевера. К «черешку» листа присоединяется определенная аминокислота, а на «верхушке листа» расположен кодовый триплет нуклеотидов, соответствующий данной аминокислоте. На одной нити -РНК может одновременно располагаться несколько рибосом, образуя полисому. Биосинтез белка - сложный многоступенчатый процесс, представляющий цепь реакций, протекающих по принципу матричного синтеза. Суть реакций матричного синтеза состоит в том, что новые молекулы белка синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре молекул ДНК. Вирусы, их строение и функционирование Вирусы — это неклеточные формы жизни, различимые только под электронным микроскопом. Это внутриклеточные паразиты. За пределами клетки они не проявляют своих свойств и имеют кристаллическую форму. Строение вирусов Наиболее просто организованные вирусы представляют собой нуклеопротеид, состоящий из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки (капсида). Сложные вирусы могут иметь дополнительную оболочку из липопротеина. Некоторые вирусы (бактериофаги) имеют аппарат транспортировки своего генома в бактерии, после проникновения в клетку капсид остается за пределами клетки. Тело бактериофага имеет сложное строение, оно содержит головку, хвостик (трубку, через которую геном проталкивается в клетку) и хвостовые отростки. В клетку вирусы могут попасть вместе с пиноцитозными пузырьками или путем погружения части оболочки клетки с приклеившимся к ней вирусом в цитоплазму, а также путем растворения оболочки клетки. Вирусы вносят в клетку свою генетическую информацию, и клетка начинает производить подобные вирусы. Внутри клетки начинает синтезироваться ДНК или РНК вируса и образуется множество вирусов. В результате клетка гибнет, и вирусы выходят наружу, заражая новые клетки. Встроенный в геном клетки геном вируса может существовать в таком виде долгое время. Вирусы вызывают табачную мозаику у растений, оспу, грипп, полиомиелит, гепатит, СПИД у человека. Наибольшую опасность в наше время представляет вирус СПИДа. Он попадает в организм человека при переливании крови, при половых контактах. Этот вирус поражает клетки организма, отвечающие за иммунитет. В результате человек оказывается беззащитным перед инфекционными болезнями и быстро погибает. Вирусы, благодаря мутированию и способности быстро размножаться внутри клеток, становятся устойчивыми к действию лекарств, и это обстоятельство затрудняет лечение таких вирусных заболеваний, как грипп, гепатит и др. Деление клеток - основа размножения и роста организмов Деление клеток - процесс, лежащий в основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов. Основную роль в делении клеток играет ядро. На окрашенных препаратах клетки содержимое ядра в состоянии покоя представлено хроматином, который различим в виде тонких тяжей (фибрилл), мелких гранул и глыбок. Основу хроматина составляют нуклеопротеины - длинные нитевидные молекулы ДНК (хроматиды), соединенные со специфическими белками- гистонами. В процессе деления ядра нуклеопротеины спирализуются, укорачиваются и становятся видны а световой микроскоп в виде компактных палочковидных хромосом. У каждой хромосомы есть первичная перетяжка (утонченный неспирализованный участок) - центромера, которая делит хромосому на два плеча. Митоз - это непрямое деление клеток, широко распространенное в природе. Благодаря митозу обеспечивается равномерное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками. Митоз состоит из четырех последовательных фаз. Период жизни клетки между двумя ми- готическими делениями называется интерфазой. Она в десятки раз продолжительнее митоза. В эту фазу происходит синтез молекул АТФ и белков, удвоение ДНК, удваиваются некоторые органоиды клетки. В профазе начинается спирализация ДНК. Утолщенные и укороченные нити ДНК состоят из двух хроматид, К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам, формируется веретено деления. В метафазе происходит окончательная спирализация хромосом, их центромеры располагаются по экватору, прикрепляясь к нитям веретена деления. В анафазе центромеры делятся, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и за счет сокращения нитей веретена отходят к противоположным полюсам клетки. В телофазе хромосомы раскручиваются, вокруг них образуются ядерные мембраны. В центре материнской клетки образуется перетяжка, происходит деление цитоплазмы. Так из одной материнской клетки образуются две дочерние. Значение митоза: обеспечивает точную передачу наследственной информации каждой из дочерних клеток. Мейоз Мейоз - особый вид деления клеток, в результате которого образуются гаметы - половые клетки с гаплоидным набором хромосом. Мейоз представляет собой два последовательных деления в процессе гаметогенеза. Оба деления мейоза включают те же фазы, что и митоз: * профазу, * метафазу, * анафазу, * телофазу. Перед первым делением клетки в интерфазе происходит удвоение ДНК. Первое мейотическое деление: В профазе начинается спирализация хромосом. Затем хромосомы каждой гомологичной пары соединяются друг с другом по всей длине и переплетаются. Этот процесс называется конъюгацией. Во время конъюгации происходит обмен участками генов гомологичных хромосом (кроссинговер). После конъюгации гомологичные хромосомы отталкиваются друг от друга, но сохраняют связи в местах кроссинговера. В метафазе первого деления хромосомы гомологичных пар располагаются в плоскости экватора. В анафазе к полюсам клетки расходятся целые хромосомы, каждая из которых содержит две хроматиды. В дочерние клетки попадает только одна из каждой пары гомологичных хромосом. Второе мейотическое деление: Ему не предшествует синтез ДНК, т. к. интерфазы практически нет. После короткой профазы в метафазе второго деления к хромосомам, состоящим из двух хроматид, прикрепляются нити веретена деления. В анафазе к полюсам клетки расходятся хроматиды и в каждой дочерней клетке оказывается по одной дочерней хромосоме. Таким образом, в половых клетках количество хромосом уменьшается вдвое. Биологическое значение мейоза заключается в уменьшении числа хромосом вдвое и образовании гаплоидных гамет. Слияние гаплоидных клеток при оплодотворении восстанавливает в зиготе диплоидный набор хромосом. Перекомбинация генов, осуществляемая в мейозе, приводит к внутривидовой изменчивости. Половое и бесполое размножение организмов Размножение - это свойство живых организмов воспроизводить себе подобных, в основе которого лежит передача наследственной информации от родителей потомству. Размножение обеспечивает преемственность между поколениями, увеличение численности особей в популяции и их расселение на новые территории, существование вида в целом. Половое размножение осуществляется при помощи специализированных половых решеток. В отличие от соматических клеток тела, половые клетки (гаметы), имеют гаплоидный (одинарный) набор хромосом. При слиянии двух половых клеток восстанавливается диплоидный (двойной) набор хромосом. Половое размножение имеет очень большое эволюционное преимущество перед бесполым, т. к. основано на новых комбинациях генов, обеспечивающих приспособление вида к меняющимся условиям среды. Оплодотворение - это процесс слияния половых клеток с образованием зиготы - диплоидной клетки, с которой начинается индивидуальное развитие организма. У особей разных видов существуют свои особенности оплодотворения. Мхам и папоротникам для оплодотворения необходима водная среда. У животных оплодотворение может быть внешним и внутренним. При внешнем оплодотворении гаметы выделяются в водную среду в большом количестве, т. к. большая их часть гибнет. Внутреннее оплодотворение обеспечивает большую вероятность встречи родительских гамет. Женские гаметы - яйцеклетки, образуются в половых органах женских особей. У цветковых растений яйцеклетка образуется в семяпочках завязи, у голосеменных - в семенных зачатках женских шишек. Яйцеклетки крупнее сперматозоидов, т. к. содержат запас питательных веществ, необходимых для зародыша. Они неподвижны. В процессе созревания яйцеклетки покрываются оболочками. Их функция - защита яйцеклетки и зародыша от внешних неблагоприятных воздействий. Мужские гаметы - сперматозоиды, образуются в семенниках- мужских половых железах. Их функции состоят в доставке яйцеклетке генетической информации и стимуляции ее развития. После завершения мейоза мужская половая клетка подвергается изменениям: аппарат Гольджи на переднем конце головки преобразуется в акросому, выделяющую ферменты для растворения мембраны яйца; митохондрии группируются вокруг жгутика, образуя шейку. Эмбриональное развитие животных Независимо от способа размножения, начало новому организму дает одна клетка, содержащая наследственные задатки и обладающая всеми характерными признаками и свойствами целого организма. Индивидуальное развитие заключается в постепенной реализации наследственной информации, полученной от родителей. Начало эволюционной эмбриологии положили русские ученые А.О. Ковалевский и И. И. Мечников. Они впервые обнаружили три зародышевых листка и установили принципы развития беспозвоночных и позвоночных животных. Онтогенезом, или индивидуальным развитием, называется весь период жизни особи с момента образования зиготы до гибели организма. Онтогенез делится на два периода: * эмбриональный период: от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек; * постэмбриональный период: от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма. Стадии эмбрионального развития (на примере ланцетника): 1. Дробление - многократное деление зиготы путем митоза. Образование бластулы - многоклеточного зародыша. 2. Гасптруляция - образование двухслойного зародыша - гаструлы с наружным слоем клеток (эктодермой) и внутренним, выстилающим полость (эктодермой). У многоклеточных животных часто вслед за образованием двухслойного зародыша, возникает третий зародышевый слой - мезодерма, который находится между экто-и энтодермой. Зародыш становится трехслойным. Сущность процесса гаструляции заключается а перемещении клеточных масс. Клетки зародыша практически не делятся и не растут. Появляются первый признаки дифференцировки клеток. 3. Органогенез - образование комплекса осевых органов: нервной трубки, хорды, кишечной трубки, мезодермальных сомеитов. Дальнейшая дифференцировка клеток приводит к возникновению многочисленных производных зародышевых листков - органов и тканей. Из эктодермы формируются: нервная система, кожа, органы зрения и слуха. Из энтодермы формируются: кишечник, легкие, печень, поджелудочная железа. Из мезодермы - хорда, скелет, мышцы, почки, кровеносная и лимфатическая системы. В ходе органогенеза одни зачатки влияют на развитие других зачатков (эмбриональная индукция). Взаимодействие частей зародыша является основой его целостности. В период эмбрионального развития зародыш очень чувствителен к влиянию факторов среды. Такие вредные воздействия, как алкоголь, табак, наркотики, могут нарушить ход развития и привести к различным уродствам. Постэмбриональное или послезародышевое развитие начинается с момента рождения или выхода из яйцевых оболочек и длится до смерти организма. Оно бывает двух типов: прямое и непрямое. При прямом развитии родившиеся потомки во всем сходны с взрослыми особями, обитают в той же среде и питаются той же пищей, что обостряет внутривидовую конкуренцию (птицы, пресмыкающиеся, млекопитающие, некоторые насекомые и др.). При непрямом развитии новый организм появляется на свет в виде личинки, претерпевающей в своем развитии ряд превращений - метаморфозов (амфибии, многие насекомые). Метаморфоз связан с разрушением личиночных органов и возникновением органов, присущих взрослым животным. Например, у головастика в процессе метаморфоза, происходящего под влиянием гормона щитовидной железы, исчезает боковая линия, рассасывается хвост, появляются конечности, развиваются легкие и второй круг кровообращения. Значение метаморфоза: 1. Личинки могут самостоятельно питаться, расти и накапливать вещества для формирования постоянных органов, обитая в среде, нехарактерной для взрослых особей. 2. Личинки могут играть важную роль в расселении организмов. Например, личинки двухстворчатых моллюсков. 3. Разная среда обитания снижает интенсивность внутривидовой борьбы за существование. Непрямое развитие особей является важным приспособлением, возникшим в ходе эволюции Общая биология Основы генетики. Законы наследственности Генетика — наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Мендель, проводя опыты по скрещиванию различных сортов гороха, установил ряд законов наследования, положивших начало генетике. Он разработал гибридно- логический метод анализа наследования признаков организмами. Этот метод предусматривает скрещивание особей с альтернативными признаками; анализ исследованных признаков у гибридов без учета остальных; количественный учет гибридов. Проводя моногибридное скрещивание (скрещивание по одной паре альтернативных признаков), Мендель установил закон единообразия первого поколения. Он гласит: при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, первое поколение гибридов единообразно как по фенотипу, так и по генотипу. Этот закон так же называют законом доминирования, т. к. один из признаков проявляется, а другой - подавлен. Если потомков первого поколения скрестить между собой, то во втором поколении исчезнувший в первом поколении признак проявляется вновь. Это явление получило название второго закона Менделя или закона расщепления. Он гласит: при скрещивании гибридов первого поколения между собой, во втором поколении наблюдается расщепление доминантных и рецессивных признаков в соотношении 3 :1. Генотипы второго поколения - АА, Аа, Аа, аа, то есть наблюдается соотношение 1:2:1. Расщепление признаков в потомстве при скрещивании гетерозиготных особей объясняется тем, что гаметы генетически чисты, несут только один ген из аллельной пары. При образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из аллельной пары (закон чистоты гамет). Цитологической основой расщепления признаков при моногибридном скрещивании является расхождение гомологичных хромосом к разным полюсам |