Пособие ПО часть1 (1) (תוקן). Учебники и учебные пособия по общей биологии, адаптированные к программе подготовительного отделения для иностранных учащихся, начинающих изучать русский язык и готовящихся
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
Тема 9. Митохондрии. Энергетический обмен клетки. Клеточный центр Митохондрии - это небольшие органоиды клетки. Основная функция митохондрий - синтез макроэнергетических веществ - АТФ. Митохондрии - это энергетические станции клетки. Каждая клетка имеет много митохондрий. Они располагаются в наиболее активных в функциональном отношении участках клетки. Такое расположение митохондрий позволяет быстро передавать АТФ в зоны клетки с максимальным использованием энергии. Митохондрии образованы наружной и внутренней мембранами. Наружная мембрана имеет небольшое количество белков и представлена жидкостно-мозаичной моделью. Внутренняя мембрана имеет большое количество белков и представлена моделью липопротеинового коврика. Между наружной и внутренней мембранами находится межмембранное пространство. Внутренняя мембрана образует внутренние выросты - кристы. На них расположены грибовидные тела. Внутренняя полость митохондрий содержит матрикс. Это полужидкое вещество. Оно состоит из воды, различных ионов, различных молекул органических и неорганических веществ и ферментов. В матриксе находятся рибосомы и одна молекула ДНК, поэтому каждая митохондрия может синтезировать часть собственных белков. В результате этого митохондрии могут расти и делиться, их количество в клетке увеличивается. В митохондриях постоянно происходит сложный процесс синтеза макроэнергетических соединений - АТФ. Этот процесс составляет основную часть энергетического обмена клетки. Первый этап энергетического обмена клетки - гликолиз, происходит в гиалоплазме клетки. Это анаэробный процесс. В клетку поступают молекулы глюкозы. Они проходят химические изменения и из них образуется пировиноградная кислота. В результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты и две молекулы АТФ. Второй этап энергетического обмена – аэробный, происходит в митохондриях. Он состоит из двух частей. Это цикл Кребса и окислительное фосфорилирование. Цикл Кребса происходит в матриксе митохондрий. В процессе реакций этого цикла происходит расщепление молекул пировиноградной кислоты до углекислого газа, образуются атомы водорода и небольшое количество молекул АТФ. Водород используется для восстановления переносчиков водорода НАД и ФАД. Окислительное фосфорилирование происходит на внутренней мембране митохондрий и грибовидных телах крист. Это ряд сложных последовательных биохимических реакций, для которых необходим кислород. Эти реакции проходят с помощью сложных белковых соединений, содержащих атомы железа и меди - цитохромов. Они образуют дыхательную цепь. Восстановленные переносчики водорода НАД∙Н2 и ФАД∙Н2 передают свои атомы водорода на эту цепь, которая разделяет атомы водорода на протоны и электроны. Протоны перекачиваются в межмембранное пространство. Таким образом создается протонный градиент. Его энергия используется для синтеза АТФ из АДФ при помощи молекул АТФ-синтетазы (грибовидных тел). Электроны, покидающие электрон-транспортную цепь, соединяются с кислородом и протонами, в результате чего образуется вода. В результате энергетического обмена из одной молекулы глюкозы клетка синтезирует 38 молекул АТФ. Клеточный центр, или центросома находится в центре клетки. Он состоит из центриолей и центросферы. Все части клеточного центра образованы микротрубочками. Каждая центриоль имеет форму цилиндра. Клеточный центр участвует в процессе деления клетки. Он образует веретено деления. Это веретено состоит из белковых нитей. В организме имеются клетки с ресничками и жгутиками. Центриоли клеточного центра участвуют в образовании этих органоидов и их движении. Биологические термины и словосочетания митохондрии клеточный центр матрикс центросома криста центриоль гликолиз центросфера цикл Кребса веретено деления окислительное фосфорилирование нити веретена деления дыхательная цепь реснички АТФ-синтетаза жгутики Контрольные вопросы и задания Какая основная функция митохондрий? Что такое матрикс? Как увеличивается число митохондрий в клетке? Где происходит в митохондриях цикл Кребса? Могут ли митохондрии синтезировать свои белки? Какой процесс происходит на кристах митохондрий? Из каких частей состоит клеточный центр? Какая основная функция клеточного центра? Что образует клеточный центр в процессе деления клетки? Тема 10. Включения клетки Включения - это непостоянные части клетки. Они находятся в цитоплазме клетки в виде пузырьков, гранул, зёрен, кристаллов или в диффузном состоянии и состоят из углеводов, липидов, белков и неорганических веществ. В клетках встречаются несколько групп включений. Они могут быть полезными или вредными для клетки и организма. Трофические включения. Это питательные вещества клетки. К этой группе клеточных включений относятся: жир, гликоген, крахмал. Жир откладывается в цитоплазме клеток в виде пузырьков. В клетках печени гликоген откладывается в виде гранул. Растительные клетки содержат зёрна крахмала. Пигментные включения. Эта группа включений откладывается в клетках кожи, волос и глаз животных и человека. Они создают окраску и имеют защитное значение. Окраску образует особое вещество - меланин. Меланин откладывается в клетках в виде зерен. Секреторные включения. Эта группа включений образуется в клетках желез внутренней и внешней секреции при помощи комплекса Гольджи. В клетках желез внутренней секреции образуются гормоны. Эти железы не имеют специальных каналов, и гормоны выделяются в кровь. В клетках желез внешней секреции образуются ферменты. Эти железы имеют специальные каналы, и ферменты выделяются в полости внутренних органов. Экскреторные включения. Это вредные вещества для клетки и организма. Эти включения откладываются в виде кристаллов или мелких пузырьков. Например, в мертвых клетках растений содержатся кристаллы щавелевокислого кальция. В нервных клетках старых людей появляется особый пигмент - липофусцин. Это пигмент старения. Специальные включения. Эти включения выполняют определенную функцию в клетке и организме. Например, гемоглобин в эритроцитах. С его помощью в организме транспортируется кислород и углекислый газ. Клеточные включения синтезируются, накапливаются и используются клеткой в процессе метаболизма. Биологические термины и словосочетания включения: железа внутренней секреции трофические железа внешней секреции гликоген крахмал секреторные гормон экскреторные меланин липофусцин Контрольные вопросы и задания Что такое клеточные включения? В какой форме откладываются включения в цитоплазме клетки? Какие включения клетка использует как питательные вещества? Какие вещества относятся к секреторным включениям? Клетки каких желез синтезируют секреторные включения? Какое вещество определяет цвет глаз? Что такое экскреторные включения? Какие включения образуются в клетках с помощью комплекса Гольджи? Тема 11. Строение интерфазного ядра Каждая клетка животных и растений имеет ядро. Форма и размеры ядра зависят от формы и размеров клетки. Клетка содержит одно ядро. Это одноядерная клетка. Некоторые клетки могут иметь два и больше ядер. Это многоядерные клетки. Ядро на стадии интерфазы состоит из ядерной оболочки, кариоплазмы, матрикса, хроматина. Хроматин представлен материалом хромосом: ДНК и белками. Ядерная оболочка состоит из двух мембран. Наружная мембрана имеет рибосомы. Внутренняя мембрана гладкая. Между наружной и внутренней мембранами имеется пространство. Это перинуклеарное пространство. Оно заполнено полужидким веществом. Во многих местах наружная и внутренняя мембраны соединяются. В этих местах формируются поровые комплексы. Это сложное образование из молекул белка. Поровые комплексы выполняют транспортную функцию. Из ядра в цитоплазму клетки через поровые комплексы проходят различные виды РНК и субъединицы рибосом. Из цитоплазмы в ядро проходят белки (в том числе ферменты), АТФ, нуклеотиды. В поровых комплексах происходят процессы преобразования РНК. Под внутренней мембраной находится опорная пластинка - ламина. Она состоит из специальных белков-ламинов. Эти белки по строению близки к белкам скелетных фибрилл поверхностного аппарата клетки. Поэтому ламина выполняет функцию скелета ядра. Кариоплазма - это внутренняя среда ядра. Кариоплазма состоит из полужидкого вещества. Она содержит все части ядра и выполняет транспортную функцию. Ядерный матрикс – сложный комплекс, содержащий ДНК, ядерные белки-гистоны и регуляторные ядерные белки, РНК, липиды. Эта структура является интерфазными, активно работающими хромосомами. В интерфазном ядре выделяют два вида хроматина: эухроматин и гетерохроматин. Эухроматин деспирализован, и с него осуществляется транскрипция. Гетерохроматин спирализован. Одна часть гетерохроматина – конститутивный. Он никогда не транскрибируется. Другая часть – факультативный гетерохроматин, который иногда может переходить в эухроматин и транскрибироваться. Хромосома состоит из молекул ДНК и белков. Молекулы белков образуют глобулы. На этих глобулах располагается молекула ДНК. Каждая хромосома в период деления клетки на стадии метафазы состоит из двух частей. Эти части называются хроматидами. Количество молекул ДНК в ядре соответствует количеству хроматид. Хроматиды соединяются одной центромерой. Во время деления клетки к центромере присоединяются белковые нити веретена деления. Они образуются при помощи клеточного центра. Нити веретена помогают движению хромосом. Некоторые хромосомы имеют специальный участок. Этот участок называется ядрышком. Ядрышко состоит из ДНК, транскрибируемой с нее рибосомальной РНК и большого количества рибосомальных белков. В ядрышке происходит синтез р-РНК и образуются субъединицы рибосом. Биологические термины и словосочетания ядро ядерный матрикс одноядерная клетка кариоплазма многоядерная клетка хромосома ядерная оболочка хроматида поровый комплекс центромера перинуклеарное пространство ядрышко эухроматин субъединицы рибосом гетерохроматин Контрольные вопросы и задания Какой химический состав имеют хромосомы? Какую функцию выполняют поровые комплексы оболочки ядра? Какое строение имеет оболочка ядра? Что такое ядерный матрикс? Какие органоиды ядра находятся в кариоплазме? Какие вещества образуют ядрышко ядра? Где в клетке образуются рибосомы? Какое строение имеет хромосома? Тема 12. Код ДНК. Синтез белка Все организмы Земли построены из белков. В каждой клетке содержится несколько тысяч различных белков. Эти белки постоянно синтезируются в клетке. Каждая клетка синтезирует характерные для нее белки. Основная роль в синтезе специфических белков принадлежит хромосомам. Хромосомы состоят из молекул ДНК и белков. В молекуле ДНК заключена информация о первичной структуре молекулы белка. Участок ДНК с информацией о строении молекулы одного белка называется геном. Одна молекула ДНК может содержать несколько тысяч генов. Ген ДНК - это последовательность нуклеотидов. Молекула белка представляет собой определенную последовательность различных аминокислот. Последовательность трех нуклеотидов соответствует одной аминокислоте. Эти нуклеотиды называются триплетами. Последовательность триплетов в молекуле ДНК определяет последовательность аминокислот в молекуле белка. Последовательность триплетов называется генетическим кодом. Это триплетность генетического кода. Код ДНК одинаковый у всех организмов Земли. Эта особенность генетического кода называется универсальностью. В природе существует 20 аминокислот и 64 различных сочетаний триплетов. Каждой аминокислоте может соответствовать от одного до шести разных триплетов. Например, аминокислоте валину соответствует четыре триплета - ЦАА, ЦАГ, ЦАТ, ЦАЦ, а триптофану только один триплет - АЦЦ. Это свойство кода ДНК называется вырожденностью. Триплеты в молекуле ДНК расположены линейно. Границы между генами обозначаются специальными триплетами. Такие триплеты не кодируют аминокислоту. Синтез молекулы белка состоит из двух этапов - транскрипции и трансляции. Транскрипция происходит в ядре клетки. Это процесс синтеза различных видов РНК на молекуле ДНК. Молекула ДНК в месте нахождения генов деспирализуется. Синтез молекулы и-РНК проходит с помощью специального фермента - РНК-полимеразы. Он двигается только по одной цепи молекулы ДНК и по принципу комплементарности подбирает нуклеотиды. В молекуле РНК аденин занимает место против тимина молекулы ДНК, гуанин - против цитозина, урацил - против аденина. Тимин в состав молекулы РНК не входит. Готовая молекула и-РНК сходит с молекулы ДНК. В кариоплазме ядра с и-РНК происходят химические и физические изменения. Только после этого молекула через поровые комплексы оболочки ядра проходят в цитоплазму. Трансляция происходит в цитоплазме клетки. Это процесс синтеза молекулы белка на рибосомах. Рибосомы - это маленькие немембранные органоиды клетки. В состав рибосом входят белки, рибосомальная РНК и атомы магния. Каждая рибосома состоит из двух неодинаковых частей. Эти части: малая субъединица и большая субъединица. Эти субъединицы образуются отдельно друг от друга в ядрышке и соединяются на молекуле и-РНК во время синтеза белка. Одна молекула и-РНК может связывать несколько рибосом. Это полисома. В процессе трансляции принимают участие рибосомы, информационная РНК, транспортные РНК и специальные белки. В цитоплазме клетки имеется 20 видов аминокислот и более 20 видов т-РНК. Каждый вид т-РНК соответствует только одной аминокислоте. Аминокислота прикрепляется к одному концу молекулы т-РНК. На другом ее конце имеется триплет нуклеотидов. Этот триплет – антикодон – кодирует прикрепленную аминокислоту. В цитоплазме клетки молекула и-РНК соединяется с рибосомой одним концом своей молекулы. Этот конец соответствует началу генетического кода белка. Синтез молекулы белка начинается с момента присоединения к комплексу и-РНК - рибосома первой т-РНК. Эта т-РНК несет аминокислоту метионин. Затем к этому комплексу присоединяется вторая т-РНК со своей аминокислотой. При комплементарном соответствии триплетов и-РНК и двух т-РНК между аминокислотами образуется пептидная связь. После этого первая т-РНК выходит из рибосомы. Рибосома передвигается вдоль молекулы и-РНК на один триплет. В рибосоме вторая т-РНК занимает место первой. С комплексом рибосома - и-РНК соединяется третья т-РНК. При комплементарном соответствии триплетов между аминокислотами т-РНК возникает пептидная связь. Молекула белка увеличивается на одну аминокислоту. Этот процесс повторяется многократно, до тех пор, пока рибосома не достигнет последнего кодона. Это стоп-кодон. Он не соответствует ни одной аминокислоте, и соответственно не имеет комплементарной т-РНК. Вместо нее в рибосому встраиваются специальные белки терминации транскрипции. Синтез молекулы белка заканчивается. Рибосома освобождается от молекулы белка, и-РНК и т-РНК, а ее субъединицы расходятся. На одной молекуле и-РНК находятся несколько рибосом. В одно время синтезируются несколько молекул одного вида белка. Новые молекулы белка поступают в цитоплазму клетки или в эндоплазматическую сеть. Все реакции синтеза белка катализируются специальными ферментами и требуют энергетических затрат. Энергия для синтеза белка образуется при расщеплении молекул АТФ. Биологические термины и словосочетания ген вырожденность триплет универсальность генетический код последовательность трансляция триплетность транскрипция Контрольные вопросы и задания Что такое генетический код? Сколько аминокислот существует в природе? Что такое вырожденность генетического кода? Из каких этапов состоит процесс синтеза белка? Какое вещество образуется в процессе транскрипции? Какое количество рибосом одновременно участвует в процессе синтеза белка на одной молекуле и-РНК? Почему в цитоплазме клетки существует более 20 видов т-РНК? Почему генетический код универсален? Что такое ген? Напишите последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, если последовательность нуклеотидов молекулы ДНК следующая: АТГ - ЦАГ - ТТА - ЦГТ - ААА - ЦЦЦ - ЦАГ. Тема 13. Жизненный цикл клетки. Митоз Большинство клеток любого организма размножается делением. Процесс деления эукариотических клеток называется митозом. Время жизни клетки между двумя последовательными делениями называется интерфазой. Специализированные клетки не могут делиться. Они выполняют свои функции, стареют и погибают. Во время интерфазы клетка проходит три периода своей жизни. Первый период называется пресинтетическим периодом. Этот период начинается сразу после деления клетки. Клетка начинает расти, увеличивает свои размеры и массу. В цитоплазме клетки происходит интенсивный синтез белков, АТФ и различных видов РНК, образуются новые нуклеотиды. В пресинтетический период клетка активно выполняет свои функции в составе организма. Второй период интерфазы - это синтетический период. В этот период в ядре клетки происходит репликация ДНК и синтез специальных белков. На каждой хромосоме образуется вторая хроматида. Это процесс удвоения хромосом. В конце этого периода каждая хромосома состоит из двух хроматид. Третий период интерфазы называется постсинтетическим периодом. В этот период клетка подготавливается к делению. В ней интенсивно идет синтез рибосомальных РНК, ферментов, АТФ и специальных белков клеточного центра. Переход от интерфазы к делению ядра клетки происходит в конце постсинтетического периода. Митоз состоит из четырех последовательных фаз. Первая фаза митоза - это профаза. В профазе происходит изменение ядра клетки. Ядро увеличивается в размерах. Хромосомы спирализуются. Ядерная оболочка разрушается, и спирализованные хромосомы оказываются в цитоплазме клетки. В это время разрушается ядрышко. Клеточный центр, состоящий из двух центриолей, формирует веретено деления. Центриоли расходятся к противоположным сторонам клетки, обозначая полюса деления. Между ними располагаются нити веретена деления. Эти нити имеют белковую природу. Центральная часть клетки называется экваториальной плоскостью. Вторая фаза митоза - это метафаза. В этот период нити веретена деления присоединяются к специальным участкам центромер хромосом - кинетохорам. Все хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Третья фаза митоза - это анафаза. В этот период нити веретена деления начинают сокращаться. Хроматиды каждой хромосомы расходятся и начинают двигаться к разным полюсам. Последняя фаза митоза - это телофаза. Хроматиды собираются у противоположных полюсов деления. Затем происходит процесс их де- спирализации, образуется ядерная оболочка и формируется ядрышко. Цитоплазма клетки с органоидами разделяется на две части. Этот процесс называется цитокинезом. Цитокинез в растительных и животных клетках происходит различными способами, поскольку оболочки этих клеток имеют различное строение. В клетках растений развитие новой оболочки начинается с центра клетки, и далее оболочка растет к периферии. Цитокинез клеток животных происходит за счет впячивания оболочки и перетяжки клетки в ее средней части. В результате цитокинеза формируются две новые клетки. Эти клетки вступают в свой первый период интерфазы - пресинте- тический период. Биологические термины и словосочетания жизненный цикл интерфаза пресинтетический период митоз: синтетический период профаза постсинтетический период метафаза анафаза телофаза Контрольные вопросы и задания Что такое жизненный цикл клетки? Что такое митоз? Когда клетка выполняет свои специфические функции в составе организма? Какие процессы происходят в синтетический период жизни клетки? Какое количество фаз составляет период деления клетки? Когда в период деления клетки происходит разрушение ядерной оболочки? В какую фазу митоза расходятся хроматиды хромосом? Как образуется веретено деления? Что такое цитокинез? Из каких периодов состоит интерфаза клетки? Какое количество хромосом образуется в клетках после их деления митозом? Нарисуйте схему жизненного цикла клетки. |