Прокариотическая и эукариотическая клетки. Кто такие эукариоты и прокариоты: сравнительная характеристика клеток разных царств У прокариот имеется
Клетка - элементарная структурно-функциональная единица строения и жизнедеятельности всех организмов, которая обладает собственным обменом веществ и способна к самостоятельному существованию, самовоспроизведению. Организмы, состоящие из одной клетки, называются одноклеточным. К одноклеточным организмам можно отнести многие простейшие (саркодовые, жгутиконосцы, споровики, инфузории) и бактерии. Каждая клетка в своем составе имеет до 80% воды, и только остальное приходится на массу сухого вещества.
Особенности строения клеток
Все клеточные формы жизни на основании особенностей строения составляющих их клеток можно разделить на два вида (надцарствия):
1. Прокариоты (доядерные) - возникшие раньше в процессе эволюции и более простые по строению. Это одноклеточные живые организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами. Средний диаметр клетки составляет 0,5-10 мкм. Имеет одну кольцевую молекулу ДНК расположенную в цитоплазме. Обладает простым бинарным делением. При этом веретено деления не образуется;
2. Эукариоты (ядерные) - возникшие позже более сложные клетки. Все организмы, кроме бактерий и архей, являются ядерными. Каждая ядерная клетка содержит ядро. Средний диаметр клетки составляет 10-100 мкм. Обычно имеет несколько линейных молекул ДНК (хромосом) находящихся в ядре. Обладает делением мейоз или митоз. Образует веретено деления.
В свою очередь эукариоты можно также разделить на два вида (царства):
1. Растительные клетки;
2. Животные клетки.
Особенности строения животной клетки можно увидеть на картинке выше.
Клетку можно разделить на следующие составляющие части:
1. Клеточная мембрана ;
2. Цитоплазма или цитазоль ;
3. Цитоскелет ;
4. Центриоли ;
5. Аппарат гольджи ;
6. Лизосома;
7. Рибосома;
8. Митохондрия;
11. Ядро;
12. Ядрышко;
13. Пероксисома.
Особенности строения растительной клетки можно также увидеть на картинке расположенной выше. Клетку можно разделить на следующие составляющие части:
1. Клеточная мембрана ;
2. Цитоплазма или цитазоль ;
3. Цитоскелет ;
4. Поры;
5. Аппарат гольджи ;
6. Центральная вакуоль;
7. Рибосома;
8. Митохондрия;
9. Шероховатый эндоплазматический ретикулум;
10. Гладкий эндоплазматический ретикулум;
11. Ядро;
12. Ядрышко.
Особенности строения клеток эукариот и прокариот
Об особенностях строения клеток эукариот и прокариот можно написать целую статью, но всё же постараемся выделить только важные части и разберём отличие одного надцарствия над другим. Описывать различие начнём двигаясь к ядру.
| Сравнительная таблица клеток | ||
|---|---|---|
| Сравнение | Клетка прокариот (доядерные) | Клетка эукариот (ядерные) |
| Размер клетки | 0.5-10 мкм | 10-100 мкм |
| Молекула ДНК | Одна кольцевая молекула находящаяся в цитоплазме | Несколько линейных молкул ДНК находящаяся в ядре |
| Деление клетки | Простое бинарное | Мейоз или митоз |
| Клеточная стенка | Есть состоящая из полимерных белковоуглеводных молекул | Есть у растительных клеток состоящая из целлюлозы. У животных клеток нет. |
| Клеточная мембрана | Есть | Есть |
| Цитоплазма | Есть | Есть |
| ЭПР* | Нет | Есть |
| Аппарат Гольджи | Нет | Есть |
| Митохондрии | Нет | Есть |
| Вакуоли | Нет | Есть у большинства клеток |
| Цитоскелет | Нет | Есть |
| Центриоль | Нет | Есть у животных клеток |
| Рибосомы | Есть | Есть |
| Лизосомы | Нет | Есть |
| Ядро | Нуклеарная область с отсутствием ядерной мембраны | Есть окружено мембраной |
* ЭПР - Эндоплазматический ретикулум
| Признаки | Эукариоты | Прокариоты |
| Ядерная оболочка | Присутствует | Отсутствует |
| ДНК | Находится в форме линейных хромосом, где ДНК связана с белками гисто-нами, причем на долю белков приходится до 65 % массы хромосомы | Обычно одна кольцевая хромосома, всегда связанная с плазматической мембраной. Суперспирали-зованная «голая» (без белков) ДНК собрана в петли (около 120), отходящие от центральной области, в которой они связаны небольшим количеством белковых молекул |
| Комплекс Гольджи | Присутствует | Отсутствует |
| ЭПС | Присутствует | Отсутствует |
| Лизосомы | Присутствуют | Отсутствуют |
| **Жгутики | Покрыты мембраной, в середине две центральные микротрубочки, по периферии - девять двойных микротрубочек, в основании - базальные тельца | Принципиально отличны от жгутиков эукариот. В основании базальное тельце с 2 или 4 дисками и крючок. Сам жгутик - микротрубочка из белка флагеллина |
| Рибосомы | Состоят из двух субъединиц, коэффициент седиментации 80, содержат молекулы белка и четыре молекулы рРНК | Состоят из двух субъединиц, коэффициент седиментации 70, содержат молекулы белка и три молекулы рРНК |
| Клеточный центр | Присутствует | Отсутствует |
| **Цито-скелет | Присутствует | Отсутствует |
| Признаки | Эукариоты | Прокариоты |
| Митохондрии | Присутствуют | Отсутствуют |
| Пластиды у автотрофов | Присутствуют | Отсутствуют |
| Способ поглощения нищи | За счет осмоса; путем фагоцитоза и пиноцитоза. Захват пищи ртом у многоклеточных животных | За счет осмоса |
| Пищевари-гсльные вакуоли | Присутствуют | Отсутствуют |
Задание 2.21. Заполните таблицу
Таблица 15
Сравнительная характеристика клеток эукариот
| Признаки | Царство Животные | Царство Растения | Царство Грибы |
| Клеточная стенка | Отсутствует, на поверхности мембраны находится гликока-ликс | Образована целлюлозой (клетчаткой) | Образована хитином |
| Резервное питательное вещество | Гликоген | Крахмал | Гликоген |
| Наличие пластид | Как правило, отсутствуют | Присутствуют | Отсутствуют |
| Пишите митохондрий | Присутствуют | Присутствуют | Присутствуют |
| Центриоли в клеточном центре | Присутствуют | Отсутствуют у высших растений | Отсутствуют |
| Способ поглащения пищи | Захват пищи | За счет осмоса | За счет осмоса |
ДЗ№14
Задание 2.22. Тест «Ядро. Эукариоты, прокариоты»
1. Оболочка ядра образована:
1. Мембраной, имеющей 3. Одной мембраной, поры
поры. отсутствуют.
2. Двумя мембранами, 4. Двумя мембранами, поры
имеет поры. отсутствуют.
2. Ядрышки в ядре обеспечивают:
1. Синтез белков. 3. Образование субъединиц
2. Удвоение ДНК. рибосом.
4. Образование центриолей клеточного центра.
3. Наследственную информацию клетки хранят:
1.ДНК. З.Липиды.
2. Белки хромосом. 4. Углеводы.
*4. К прокариотам относятся:
1. Вирусы. 4. Синезеленые.
2. Грибы. 5. Животные.
3.
Растения. 6. Бактерии.
*5. К эукариотам относятся:
1. Вирусы. 4. Синезеленые.
2. Грибы. 5. Животные.
3. Растения. 6. Бактерии.
*6. Симбионтами эукариотической клетки считаются:
1. Рибосомы. 3. Митохондрии.
2.
Комплекс Гольджи. 4. Пластиды.
*7. У прокариот отсутствуют:
1. Митохондрии. 5. Комплекс Гольджи.
2. Пластиды. 6. ЭПС.
3. Ядро. 7. Лизосомы.
4. Рибосомы. 8. Клеточный центр.
8. Вещество, характерное для клеточной стенки грибов:
1. Целлюлоза (клетчатка). 3. Муреин.
2. Хитин. 4. Такого вещества нет.
9. Запасное питательное вещество, характерное для грибов:
1. Крахмал. 3. Гликоген.
2. Глюкоза. 4. Такого вещества нет.
10. В клеточном центре не имеют центриолей:
1. Низшие растения. 3. Многоклеточные животные.
2. Высшие растения. 4. Простейшие.
Задание 2.23. Определите правильность суждений,
относящихся к теме «Органоиды клетки.
Прокариоты, эукариоты»
1. Лизосомы образуются в комплексе Гольджи.
2. Рибосомы отвечают за синтез белка.
3. Кмембранам шероховатой ЭПС прикреплены рибосомы.
4. Комплекс Гольджи отвечает за выведение продуктов биосинтеза из клетки.
5. Митохондрии присутствуют в растительных и животных клетках.
6. Хромопласты имеют зеленую окраску.
7. Лейкопласты могут превращаться вхлоропласты.
8. Длярастительных клеток характерна центральная вакуоль.
9. В ядрышках синтезируются субъединицы рибосом.
10. Ядро - одномембранный органоид.
11. В ядре происходит синтез рибосомальных белков.
**12. Высшиерастения не имеют центриолей.
13. В клетках грибов встречаются хлоропласты.
14. У растений нет митохондрий.
** 15. У водорослей в клеточном центре есть центриоли.
16. Грибы относятся к эукариотам.
17. Грибы относятся к царству Растения.
18. В состав клеточной стенки грибов входит хитин.
19. Основное запасное вещество грибов - крахмал.
20. В клетках грибов хлоропласты отсутствуют.
21. Прокариоты имеют кольцевую ДНК.
22. Прокариоты имеют одну линейную хромосому.
**23. Бактерии имеют 70S рибосомы.
**24. Бактерии имеют 80S рибосомы.
ЗАЧЕТ 2
Задание 2.24. Вопросы к зачету по теме «Структура и функции клетки»
I. Когда и кем были созданы первые два положения клеточной и теории?
2. Кто доказал, что новые клетки образуются путем деления материнской клетки?
3. Кто показал, что клетка является единицей развития?
4. Чем образована плазмалемма?
5. Из каких слоев состоят оболочки животной и растительной клеток?
6. Перечислите функции клеточной оболочки.
7. Назовите виды транспорта через клеточную мембрану.
8. Что такое фагоцитоз и пиноцитоз?
9. В каком участке клетки образуются субъединицы рибосом?
10. Каковы функции рибосом?
11. ** 11. Каков коэффициент седиментации прокариотических рибосом и эукариотических?
12. Какие виды эндоплазматической сети вам известны и каковы их функции?
13. Какие функции выполняет комплекс Гольджи?
14. Какие функции выполняют лизосомы?
15. Какие органоиды клетки называют органоидами дыхания?
16. Как происходят взаимопревращения пластид?
17. Как называется внутренняя среда у митохондрий и пластид?
18. Чем образованы центриоли клеточного центра?
19. Какие эукариоты не имеют центриолей?
20. Каковы функции клеточного центра?
21. Перечислите органоиды движения клетки.
22. Перечислите одномембранные органоиды клетки.
23. Перечислите двумембранные органоиды клетки.
24. Перечислите немембранные органоиды клетки.
25. В каких клеточных органоидах имеется ДНК?
26. Каковы функции ядра?
27.Какие органоиды отсутствуют в растительной клетке высших растений?
28. Какое вещество характерно для стенок растительных клеток?
29.Какие органоиды отсутствуют в клетках многоклеточных животных?
30. Какие органоиды эукариотической клетки возникли в резульгате симбиоза?
31. Какие клеточные органоиды способны к самоудвоению?
32. Приведите классификацию эукариот.
33. Какое вещество характерно для стенок клеток грибов?
34. Какое запасное вещество характерно для клеток грибов?
35.Приведите классификацию прокариот
36. Какие органоиды отсутствуют у прокариот?
37. Какое вещество характерно для стенок бактериальных клеток?
38. Как происходит размножение прокариот?
39. В какой форме находится генетический материал у эукариотческой клетки?
40.В какой форме находится генетический материал у прокариотической клетки?
ДЗ№15
Задание 3.1. Заполните таблицу
Таблица 16 Различия в обмене веществ между гетеротрофами и автотрофами
Задание 3.2. Определите правильность суждений, относящихся к теме «Обмен веществ и энергии»
1. Гетеротрофные организмы используют для синтеза органических соединений неорганический источник углерода - СО 2 .
2. Гетеротрофные организмы, которые в качестве источника энергии используют энергию химических связей органических веществ, относятся к хемогетеротрофам.
3. Первые гетеротрофные организмы Земли были анаэробными организмами.
4. В настоящее время все гетеротрофы используют кислород для дыхания, для окисления органических веществ.
5. Автотрофные организмы способны использовать углеродуглекислого газа для синтеза органических соединений.
6. Хемоавтотрофные организмы в качестве основного источника энергии используют энергию химических связей молекул органичесих веществ.
7. Фотоавтотрофные организмы в качестве источника энергии используют энергию света, в качестве источника углерода – СО 2
8. Наиболее древние фотосинтезирующие организмы Земли (зеленые и пурпурные бактерии) при фотосинтезе выделяют О 2 .
9. Синезеленые (цианобактерии) при фотосинтезе впервые стали выделять кислород в атмосферу.
10. В результате симбиоза бактерий-окислителей с анаэробной клеткой бактерии преобразовались в митохондрии.
11. В результате симбиоза синезеленых с древней эукариотической клеткой появились растения, при этом синезеленые трансформировались в хлоропласты.
12. Ассимиляция - совокупность реакций обмена веществ в клетке.
13. Диссимиляция - совокупность реакций распада и окисления, протекающих в клетке.
14. Реакции пластического обмена идут с потреблением энергии.
15. Реакции энергетического обмена идут с выделением энергии.
Задание 3.3. Заполните таблицу
Таблица 17 Реакции ассимиляции и диссимиляции
ДЗ№16
Таблица 18 Фотосинтез
| Фазы фотосинтеза | Процессы, происходящие в данной фазе | Результаты процессов |
| Световая фаза | За счет световой энергии происходит окисление хлорофилла. Восстановление его происходит за счет электронов, отбираемых у водорода воды. Создается разность потенциалов между внутренней и наружной сторонами мембраны тилакоида, и с помощью АТФ-синтетазы образуется АТФ, при этом происходит восстановление НАДФ+ доНАДФ Н 2 | Происходит фотолиз воды, при котором выделяется О 2 , энергия света превращается в энергию химических связей АТФ иНАДФН 2 |
| Темновая фаза | Происходит фиксация СО?. В реакциях цикла Кальвинапревращается СОг в глюкозу за счет АТФ и восстановительной силы НАДФ Н^ образованных в световую фазу | Образование моносахаридов |
Задание 3.8. Тест «Фотосинтез»
*1. Максимально используются в световую фазу фотосинтеза:
1. Красные лучи. 3. Зеленые лучи.
2. Желтые лучи. 4. Синие лучи.
2. Фотосинтетические пигменты располагаются:
3. В строме. пласта.
3. Протоны в световую фазу фотосинтеза накапливаются:
1. В мембранах тилакоидов. 4. В межмембранном
2. В полости тилакоидов. пространстве хлоро-
3. В строме. пласта.
4. Реакции темновой фазы фотосинтеза происходят:
1. В мембранах тилакоидов. 4. В межмембранном
2. В полости тилакоидов. пространстве хлоро-
3.
В строме. пласта.
*5. В световую фазу фотосинтеза происходит:
1. Образование АТФ. 3. Выделение О 2
2. Образование НАДФ ■ Н. 4. Образование углеводов.
6. В темновую фазу фотосинтеза происходит:
1. Образование АТФ. 3. Выделение О г
2. Образование НАДФ Н 2 . 4. Образование углеводов.
7. При фотосинтезе происходит выделение О 2 , который образуется при разложении:
1.СО 2 . З.СО 2 иН 2 О.
2. (Я 2 О.) 4. С 6 Н, 2 О 6 .
8. Реакции цикла Кальвина происходят:
1. В мембранах тилакоидов. 3. В полостях тилакоидов.
2. В строме. 4. И в тилакоидах, и в строме.
*9. Синтезировать органические вещества, используя неорганический источник углерода, способны:
10. Синтезировать органические вещества, используя только органический источник углерода, способны:
1. Хемоавтотрофы. 3. Фотоавтотрофы.
2. Хемогетеротрофы. 4. Все вышеперечисленные.
ДЗ№17
Тема: Энергетический обмен
Задание 3.9. Тест «Гликолиз»
*1. На подготовительном этапе энергетического обмена происходит:
1. Гидролиз белков до 2. Гидролиз жиров
аминокислот до глицерина и жирных кислот.
3. Гидролиз углеводов 4. Гидролиз нуклеиновых
до моносахаридов. кислот до нукяеотидов.
2. Обеспечивают гликолиз:
1. Ферменты пищеваритель- 3. Ферменты цикла Кребса.
ного тракта и лизосом.
2. Ферменты цитоплазмы. 4. Ферменты дыхательной цепи.
3. В результате бескислородного окисления в клетках у животных при недостатке О 2 образуется:
1.ПВК. 3. Этиловый спирт.
4. В результате бескислородного окисления в клетках у растений при недостатке О 2 образуется:
1. ПВК. 3. Этиловый спирт
2. Молочная кислота. 4. Ацетил-КоА.
5. Энергия, образующаяся при гликолизе одного моля глюкозы, равна:
1.200кДж. 3. бООкДж.
2. 400 кДж. 4. 800 кДж.
6. Три моля глюкозы подверглось гликолизу в животных клетках при недостатке кислорода. При этом углекислого газа выделилось:
1. 3 моль. 4. Углекислый газ в животных
2. 6 моль. клетках при гликолизе
3.12 моль. не выделяется.
**7. К биологическому окислению относятся:
1. Окисление вещества А в реакции: А + О 2 -» AO 2
2. Дегидрирование вещества А в реакции: АН 2 + В -> А + ВН,.
3. Потеря электронов (например, Fe 2+ в реакции: Fe 2+ -^Fe 3+ + e).
4. Приобретение электронов (например, Fe 3+ в реакции: Fe 2+ ->
-> Fe 3+ + e~).
*8. Реакции подготовительного этапа энергетического обмена происходят:
1. В пищеварительном 3. В цитоплазме.
тракте. 4. В лизосомах.
2. В митохондриях.
9. Энергия, которая выделяется в реакциях подготовительного этапа энергетического обмена:
2. Запасается в форме АТФ.
3. Большая часть рассеивается в форме тепла, меньшая - запасается в форме АТФ.
4. Меньшая часть рассеивается в форме тепла, большая - запасается в форме АТФ.
10. Энергия, которая выделяется в реакциях гликолиза:
1. Рассеивается в форме тепла.
2. Запасается в форме АТФ.
3. 120 кДж рассеивается в форме тепла, 80 кДж запасается в форме АТФ.
4. 80 кДж рассеивается в форме тепла, 120 кДж запасается в форме АТФ.
Задание 3.11. Тест «Кислородное окисление»
1. Реакции кислородного окисления происходят:
1. В цитоплазме клетки. 3. Во всех органоидах и цитоплазме.
2. В ядре клетки. 4. В митохондриях.
2. В результате гликолиза образуется и поступает в митохондрию:
1. Глюкоза. 3. Пировиноградная кислота.
2. Молочная кислота. 4. Ацетил-КоА.
3. В цикл Кребса включается:
1.ПВК. 3. Этиловый спирт.
2. Молочная кислота. 4. Ацетильная группа.
*4. В реакциях цикла Кребса происходит:
1. Дегидрирование ацетильной группы.
3. Образуется одна молекула АТФ при разрушении каждой ацетильной группы.
4. В результате работы АТФ-синтетазы образуется 34 моля АТФ.
5. Реакции цикла Кребса происходят:
1. В матриксе митохондрий.
2. В цитоплазме клеток.
3. На внутренней мембране митохондрий на ферментах дыхательной цепи.
4. В межмембранном пространстве митохондрий.
6. При полном разрушении в митохондрии одной молекулы ПВК образуется:
1.12 пар атомов водорода. 3. 6 пар атомов водорода.
7. При полном разрушении одной молекулы глюкозы в дыхательную цепь транспортируется:
1. 12 пар атомов водорода. 3. 6 пар атомов водорода.
2. 10 пар атомов водорода. 4. 5 пар атомов водорода.
8. Протонный резервуар митохондрий находится:
1. В межмембранном пространстве.
2. В матриксе.
3.На внутренней стороне внутренней мембраны
4. В матриксе и на внутренней стороне внутренней мембраны.
9. АТФ-синтетазой при восстановлении 12 пар атомов водорода образуется:
1. 38 молекулы АТФ. 3. 34.молекулы АТФ.
2. 36 молекулы АТФ. 4. 42 молекулы АТФ.
10. При полном окислении одного моля глюкозы образуется:
1. 38 моля АТФ. 3. 34 моля АТФ.
2. 36 молей АТФ. 4. 42 моля АТФ.
ДЗ№18
Задание 3.15. Тест «Код ДНК. Транскрипция»
1. Триплетность генетического кода проявляется в том, что:
1.Одну аминокислоту кодируют не один, не два, а три нуклеотида.
2. Вырожденность генетического кода проявляется в том, что:
3.Одну аминокислоту могут кодировать до 6 кодонов.
4.Рамка считывания всегда равна трем нуклеотидам, один нуклеотид не может входить в состав двух кодонов.
5.У всех организмов Земли генетический код одинаков.
3. Однозначность генетического кода проявляется в том, что:
1. Одну аминокислоту кодируют не один, не два, а три нуклеотида.
2.Один кодон всегда кодирует одну аминокислоту.
3.Одну аминокислоту могут кодировать до 6 кодонов.
4.Рамка считывания всегда равна трем нуклеотидам, один нуклеотид не может входить в состав двух кодонов.
5.У всех организмов Земли генетический код одинаков.
4. Универсальность генетического кода проявляется в том, что:
2. Один кодон всегда кодирует одну аминокислоту.
5. Неперекрываемость генетического кода проявляется в том, что:
1. Одну аминокислоту кодируют не один, не два, а три нуклеотида.
2. Один кодон всегда кодирует одну аминокислоту.
3. Одну аминокислоту могут кодировать до 6 кодонов.
4. Рамка считывания всегда равна трем нуклеотидам, один нуклеотид не может входить в состав двух кодонов.
5. У всех организмов Земли генетический код одинаков.
6.Транскрипция - это:
1. Удвоение ДНК.
2. Синтез иРНК на ДНК.
3. Синтез полипептидной цепочки на иРНК.
4.
Синтез иРНК, затем синтез на ней полипептидной цепочки.
*7. ДНК содержится:
1. В ядре. 5. В комплексе Гольджи.
2. В митохондриях.
3. В пластидах..
4. В лизосомах. 8.
*8. В ДНК может быть зашифрована структура:
1. Полипептидов. 5. рРНК.
2. Полисахаридов. 6. Олигосахаридов.
3. Жиров. 7. Моносахаридов.
4. тРНК. 8. Жирных кислот.
9. Кодовые триплеты ДНК кодируют :
1.10 аминокислот. 3. 26 аминокислот.
2.20 аминокислот. 4. 170 аминокислот.
10. Все многообразие аминокислот, входящих в состав белков, кодируют:
1. 20 кодовых триплетов. 3. 61 кодовый триплет.
2. 64 кодовых триплета. 4. 26 кодовых триплетов.
11. Матрицей при транскрипции являются:
1. Кодирующая цепь ДНК. 3. иРНК.
2. Обе цепи. 4. Цепь ДНК, комплементарная
кодогенной.
*12. Для транскрипции необходимы:
1. АТФ. 5.ТТФ.
2. УТФ. 6. Кодирующая цепь ДНК.
3. ГТФ. 7. Рибосомы.
4. ЦТФ. 8. РНК-полимераза.
13. Участок молекулы ДНК, с которого происходит транскрипция,
содержит 30 000 нуклеотидов. Для транскрипции потребуется:
1. 30 000 нуклеотидов. 3. 60 000 нуклеотидов.
2. 15 000 нуклеотидов. 4. 90 000 нуклеотидов.
14. РНК-полимераза при транскрипции движется:
15. РНК-полимераза способна собирать полинуклеотид:
1. От 5"-конца к З"-концу. 3. Начиная с любого конца.
2.От З"-конца к 5"-концу. 4. В зависимости от фермента.
ДЗ№19
Задание 3.18. Заполните таблицу
Таблица 20 Биосинтез белка
| Что происходит на данном этапе | Что необходимо | |
| Транскрипция: образование иРНК | /. Кодирующая цепь ДНК | /. Кодирует последовательность аминокислот |
| 2. Фермент РНК-полимераза | 2. Образует иРНК | |
| 3. АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ | 3. Материал и энергия для синтеза и РНК | |
| Трансляция: синтез па иРНК молипептид-иой цепочки | 1. иРНК | 1. Переносит информацию о строении белка из ядра в цитоплазму |
| 2. Рибосомы | 2. Органоиды, отвечающие за синтез полипептидов | |
| Что происходит на данном этапе | Что необходимо | Функции структур, веществ и органоидов, принимающих участие в процессе |
| Трансляция: синтез на иРНК полипептидной цепочки | 3. тРНК | 3. Молекулы, транспортирующие аминокислоты в рибосомы |
| 4. Аминокислоты | 4. Строительный материал | |
| 5. Ферменты ами-ноацил-тРНК-синтетазы | 5. Присоединяют аминокислоты к соответствующей тРНК за счет энергии АТФ | |
| 6. Энергия в форме AT Ф, ГТФ | 6. Энергия для присоединения аминокислот к 3 "-концу тРНК, для сканирования, образования пептидных связей, движения рибосомы |
Задание 3.19. Тест «Трансляция»
*1. К реакциям матричного синтеза относятся:
1. Репликация ДНК. 3. Трансляция.
2. Транскрипция. 4. Образование нуклеотидов.
2. Если информационная РНК состоит из 156 нуклеотидов (вместе с терминальным триплетом), то на ней закодировано:
1. 156 аминокислот. 3. 52 аминокислоты.
2.
155 аминокислот. 4. 51 аминокислота.
**3. Сколько известно различных видов тРНК?
1. 20 различных видов, столько же, сколько и аминокислот.
2.Один вид, который транспортирует все 20 видов аминокислот.
3.61 вид тРНК, столько же, сколько кодовых триплетов.
4.Более 30, так как с одним кодоном могут соединяться неколько антикодоновразных тРНК, последний нуклеотид в антикодоне не всегда важен.
4. Аминокислота соединяется со своей тРНК:
1.С помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы без затраты АТФ.
2.С помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы с затратой АТФ.
3.С помощью фермента РНК-полимеразы без затраты АТФ.
4. С помощью фермента РНК-полимеразы с затратой АТФ.
**5. Как происходит инициация трансляции?
1. Рибосома присоединяется к 5"-концу иРНК, в П-участок заходит метиониновая тРНК с метионином.
2. Малая субъединица рибосомы присоединяется к иРНК и сканирует ее до инициирующего кодона, затем присоединяется большая субъединица рибосомы и в П-участок заходит метиониновая тРНК с метионином.
3. (Малая субъединица рибосомы присоединяется к иРНК, в П-участок заходит тРНК с метионином, инициаторный комплекс сканирует иРНК до инициирующего кодона, затем присоединяется большая субъединица рибосомы.)
6. Каждая следующая тРНК со своей аминокислотой попадают:
1. В любой, или А-, или Р-участок рибосомы.
2. Только в А-участокрибосомы.
3. Только в Р-участок рибосомы.
4. В зависимости от вида тРНК, некоторые - в А-участок, другие - в Р-участок.
7. В функциональном центре рибосомы имеется:
1.3 нуклеотида. 3.9 нуклеотидов.
2. 6 нуклеотидов. 4. 12 нуклеотидов.
*8. Для трансляции необходимы:
1.Кодирующая цепь ДНК.
2.ДНК-полимераза.
3.РНК-полимераза.
4.Аминоацил-тРНК-синтетазы.
5.Нуклеотиды.
9. Синтез полипептидной цепи на матрице иРНК - это:
1. Репликация. 3. Транскрипция.
2.Трансляция. 4. Процессинг.
10. Рибосома по иРНК может двигаться:
1. От 5"- к 3"-концу. 3. В обоих направлениях.
2. От 3"- к 5"-концу. 4. В зависимости от син-
тезируемого белка.
ЗАЧЕТ 3
Задание 3.2O. Вопросы к зачету по теме «Обмен веществ»
1. Что такое ассимиляция?
2. Что такое диссимиляция?
3. Какие организмы называются автотрофами?
4. На какие группы делятся автотрофы?
5. Какие организмы называются гетеротрофами?
6. Какие три этапа энергетического обмена вам известны?
7. Каковы продукты гидролиза белков, жиров, углеводов, нукле
иновых кислот на подготовительном этапе?
8. Что происходит с энергией, выделяющейся на подготовитель
ном этапе энергообмена?
9. Где расположены ферменты бескислородного этапа энергооб
мена?
10. Какие продукты и сколько энергии образуется при гликолизе?
11. Как называются реакции, связанные с дегидрированием и декарбоксилированием, которые протекают в матриксе митохондрий?
12. Сколько молекул АТФ образуется при дегидрировании и декарбоксилировании ацетильной группы в цикле Кребса?
13. Сколько пар атомов водорода транспортируется на дыхательную цепь при полном дегидрировании 2 молекул ПВК?
14. Какие ферменты перекачивают протоны в протонный резервуар митохондрий?
15. . Напишите общую формулу энергетического обмена.
16. Что может быть закодировано в ДНК?
17. Что означает триплетность генетического кода?
18. Что означает однозначность генетического кода? Сколько триплетов кодируют 20 видов аминокислот?
19. В чем заключается вырожденность генетического кода?
20. Что означает универсальность генетического кода?
21. Что означает неперекрываемость генетического кода?
22. Что такое транскрипция?
23. Что необходимо для транскрипции?
24. Участок ДНК содержит 300 000 нуклеотидов. Сколько нуклеотидов нужно для репликации и для транскрипции?
25. В каком направлении движется РНК-полимераза по кодирующей цепи?
26. иРНК вместе с терминальным триплетом состоит из 156 нуклеотидов. Сколько аминокислот закодировано в этой иРНК?
27. Что такое трансляция?
28. Что необходимо для трансляции?
29. Сколько нуклеотидов в ФЦР рибосомы?
30. В какой участок ФЦР поступает тРНК с новой аминокислотой?
31. Напишите общую формулу фотосинтеза.
33. Где происходят световые реакции фотосинтеза?
34. Что происходит в световую фазу фотосинтеза?
35. Где находятся протонные резервуары в хлоропласте?
36. Где происходят темновые реакции фотосинтеза?
37. Что происходит в темновую фазу фотосинтеза?
**38. Какая (какие) фотосистема (фотосистемы) есть у фотосинтезирующих серобактерий?
**39. Какая (какие) фотосистема (фотосистемы) есть у синезеле-ных?
40. Кто открыл процесс хемосинтеза?
Похожая информация.
Сходства и различия в строении прокариотических и эукариотических клеток
1. Вспомните примеры многоядерных клеток.
2. Какую форму могут иметь бактерии?
Прокариоты.
Древнейшие на Земле организмы не имеют клеточного ядра и называются прокариотами, т. е, доядерными. Они объединяются в отдельное царство - Дробянки, к которому относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.
Каковы же отличительные признаки прокариотических клеток по сравнению с эукариотическими?
Клетки прокариот, как правило, значительно меньше, чем у эукариот - их размеры редко превышают 10 мкм, а бывают размером даже 0,3 X 0,2 мкм. Правда, есть и исключения - описана огромная бактериальная клетка размером 100 х 10 мкм.
Строение и обмен веществ прокариот. Прокариоты, как следует из их названия, не имеют оформленного ядра.
Единственная кольцевая молекула ДНК , находящаяся в клетках прокариот и условно называемая бактериальной хромосомой, находится в центре клетки, однако эта молекула ДНК не имеет оболочки и располагается непосредственно в цитоплазме (рис. 36).
Снаружи клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной . Строение мембран у двух этих групп организмов одинаковое. Клеточная мембрана прокариот образует многочисленные впячивания внутрь клетки - мезосомы. На них располагаются ферменты, обеспечивающие реакции обмена веществ в прокариотической клетке. Поверх плазматической мембраны клетки прокариот покрыты оболочкой, состоящей из углеводов, напоминающей клеточную стенку растительных клеток. Однако эта стенка образована не клетчаткой, как у растений, а другими полисахаридами - пектином и муреином.
Основная статья: Сравнение строения клеток бактерий, растений и животных
Наиболее важным отличием эукариот от прокариот долгое время считалось наличие оформленного ядра и мембранных органоидов. Однако к 1970-1980-м гг. стало ясно, что это лишь следствие более глубинных различий в организации цитоскелета. Некоторое время считалось, что цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг. белки, гомологичные основным белкам цитоскелета эукариот, были обнаружены и у бактерий.
Сравнение прокариотической и эукариотической клеток
Именно наличие специфическим образом устроенного цитоскелета позволяет эукариотам создать систему подвижных внутренних мембранных органоидов. Кроме того, цитоскелет позволяет осуществлять эндо- и экзоцитоз (как предполагается, именно благодаря эндоцитозу в эукариотных клетках появились внутриклеточные симбионты, в том числе митохондрии и пластиды). Другая важнейшая функция цитоскелета эукариот - обеспечение деления ядра (митоз и мейоз) и тела (цитотомия) эукариотной клетки (деление прокариотических клеток организовано проще). Различия в строении цитоскелета объясняют и другие отличия про- и эукариот - например, постоянство и простоту форм прокариотических клеток и значительное разнообразие формы и способность к её изменению у эукариотических, а также относительно большие размеры последних. Так, размеры прокариотических клеток составляют в среднем 0,5-5мкм, размеры эукариотических - в среднем от 10 до 50 мкм. Кроме того, только среди эукариот попадаются поистине гигантские клетки, такие как массивные яйцеклетки акул или страусов (в птичьем яйце весь желток - это одна огромная яйцеклетка), нейроны крупных млекопитающих, отростки которых, укрепленные цитоскелетом, могут достигать десятков сантиметров в длину.
| Сравнительная характеристика клеток эукариот и прокариот | ||
| Признак | Прокариоты | Эукариоты |
| Размеры клеток | Средний диаметр 0,5-10 мкм | Средний диаметр 10-100 мкм |
| Организация генетического материала | ||
| Форма, количество и расположение молекул ДНК | Обычно имеется одна кольцевая молекула ДНК, размещенная в цитоплазме | Обычно есть несколько линейных молекул ДНК - хромосом, локализованных в ядре |
| Компактизация ДНК | У бактерий ДНК компактизируется без участия гистонов . У архей ДНК ассоциирована с белками гистонами | Имеется хроматин: ДНК компактизируется в комплексе с белками гистонами . |
| Организация генома | У бактерий экономный геном: отсутствуют интроны и большие некодирующие участки . Гены объединены в опероны . У архей имеются интронные участки особой структуры . | Большей частью геном не экономный: имеется экзон-интронная организация генов, большие участки некодирующей ДНК Гены не объединены в опероны . |
| Деление | ||
| Тип деления | Простое бинарное деление | Мейоз или митоз |
| Образование веретена деления | Веретено деления не образуется | Веретено деления образуется |
| Органеллы | ||
| Тип рибосом | 70S рибосомы | 80S рибосомы |
| Наличие мембранных органелл | Окруженные мембранами органеллы отсутствуют, иногда плазмалемма образует выпячивание внутрь клетки | Имеется большое количество одномембранных и двумембранных органелл |
| Тип жгутика | Жгутик простой, не содержит микротрубочки, не окружен мембраной, диаметр около 20 нм | Жгутики состоят из микротрубочек, расположенных по принципу «9+2», окружены плазматической мембраной, диаметр около 200 нм |
Анаплазия
Разрушение клеточной структуры (например, при злокачественных опухолях) носит название анаплазии.
Межклеточные контакты
Основная статья: Межклеточные контакты
У высших животных и растений клетки объединены в ткани и органы, в составе которых они взаимодействуют между собой, в частности, благодаря прямым физическим контактам. В растительных тканях отдельные клетки соединяются между собой с помощью плазмодесм, а животные образуют различные типы клеточных контактов.
Плазмодесмы растений - это тонкие цитоплазматические каналы, которые проходят через клеточные стенки соседних клеток, соединяя их между собой. Полость плазмодесм устлана плазмалеммой. Совокупность всех клеток, объединенных плазмодесмами, называется симпластом, между ними возможен регулируемый транспорт веществ.
Межклеточные контакты позвоночных животных на основе строения и функций разделяют на три основных типа: якорные (англ. anchoring junctions ), включающие адгезионные контакты и десмосомы, плотные или изоляционные (англ. tight junction ) и щелевые или коммуникационные (англ. gap junction ). Кроме того, некоторые особые виды соединений между клетками, такие как химические синапсы нервной системы и иммунологические синапсы (между T-лимфоцитами и антигенпредставляющими клетками), объединяют по функциональному признаку в отдельную группу: контакты, которые передают сигналы, (англ. signal-relaying junction ). Однако в межклеточном сигнализировании могут участвовать и якорные, щелевые и плотные контакты .
| Основные характеристики межклеточных контактов позвоночных животных | ||
| Якорные контакты | Плотные контакты | Щелевые контакты |
 |  |  |
| Якорные контакты физически соединяют клетки между собой, обеспечивают целостность и прочность тканей, в частности эпителиальных и мышечных. При образовании контактов этого типа элементы цитоскелета соседних клеток как бы объединяются в единую структуру: с помощью специальных якорных белков они прикрепляются к внутриклеточной части белков кадгенринов, проходящих через плазматическую мембрану, и в межклеточном пространстве прикрепляются к кадгеринам соседних клеток. Различают два основных типа якорных контактов: адгезионные, объединяющие микрофиламенты соседних клеток; и десмосомы, в образовании которых принимают участиепромежуточные филаменты. | Плотные (изоляционные) контакты обеспечивают максимальное сближение мембран соседних клеток, между которыми остается промежуток в 2-3 нм. Этот тип контактов чаще всего возникает вэпителии. Плотные контакты образуют непрерывные пояса вокруг каждой клетки, крепко прижимая их друг к другу и предотвращая протекание межклеточной жидкости между ними. Такие контакты необходимы, в частности, для обеспеченияводонепроницаемости кожи. В формировании тесных контактов принимают участие белки окклюдины, клаудины и другие. | Щелевые (коммуникационные) контакты - это небольшие участки, на которыхплазмалеммы соседних клеток приближены друг к другу на расстояние 2-4 нм и пронизаны белковыми комплексами - коннексонами. Каждый коннексон состоит из шести трансмембранных белков коннексинов, которые окружают небольшие гидрофильные поры диаметром в 1,5 нм. Через эти каналы от одной клетки к другой могут проходить ионы и другие небольшие гидрофильные молекулы. Таким образом происходит общение между соседними клетками. Щелевые контакты характерны для большинства тканей животного организма: в частности, эпителиальной, соединительной, сердечной мышцы, нервной (где формируют электрические синапсы) и др. |
Клеточный цикл
Основная статья: Клеточный цикл
Деление клетки
Клетки лука в различных фазахклеточного цикла
Митоз клеток мыши на стадиителофазы: веретено деления (микротрубочки) закрашены оранжевым, актиновые филаменты - зеленым, хроматин - голубым
Деление раковых клеток (оптический микроскоп, замедленная киносъёмка)
Основная статья: Деление клетки
Дополнительные сведения: Амитоз, Митоз, и Мейоз
См. также: Деление прокариотических клеток
Деление эукариотических клеток]
Амито́з - прямое деление клетки , происходит в соматических клетках эукариот реже, чем митоз. В большинстве случаев амитоз наблюдается в клетках со сниженной митотической активностью: это стареющие или патологически измененные клетки, часто обреченные на гибель (клетки зародышевых оболочек млекопитающих, опухолевые клетки и другие). При амитозе морфологически сохраняется интерфазное состояние ядра, хорошо видны ядрышко и ядерная оболочка. Репликация ДНК отсутствует. Спирализация хроматина не происходит, хромосомы не выявляются. Клетка сохраняет свойственную ей функциональную активность, которая почти полностью исчезает при митозе. Таково, например, деление макронуклеусов многих инфузорий, где без образования веретенапроисходит сегрегация коротких фрагментов хромосом. При амитозе делится только ядро, причём без образования веретена деления, поэтому наследственный материал распределяется случайным образом. Отсутствие цитокинеза приводит к образованию двуядерных клеток, которые в дальнейшем не способны вступать в нормальный митотический цикл. При повторных амитозах могут образовываться многоядерные клетки.
Мито́з (от греч. μιτος - нить) - непрямое деление клетки, наиболее распространённый способ репродукции эукариотических клеток, один из фундаментальных процессов онтогенеза. Митотическое деление обеспечивает рост многоклеточных эукариот за счёт увеличения популяции тканевых клеток. Биологическое значение митоза заключается в строго одинаковом распределении хромосоммежду дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений . Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений . На основании морфологических особенностей митоз условно подразделяется на:
· профазу,
· прометафазу,
· метафазу,
· анафазу,
· телофазу.
Продолжительность митоза в среднем составляет 1-2 часа . В клетках животных митоз, как правило, длится 30-60 минут, а в растительных - 2-3 часа . Клетки человека за 70 лет суммарно претерпевают порядка 10 14 клеточных делений .
Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение) или редукционное деление клетки - деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом - образованием специализированных половых клеток или гамет из недифференцированных стволовых. Уменьшение числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле ведёт к переходу от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса. В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма. Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Определённые ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).
2.4. Строение про– и эукариотной клеток. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки – основа ее целостности
Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: аппарат
Голъджи, вакуоль, клеточная мембрана, клеточная теория, лейкопласты, митохондрии, органоиды клетки, пластиды, прокариоты, рибосомы, хлоропласты, хромопласты, хромосомы, эукариоты, ядро.
Любая клетка представляет собой систему. Это означает, что все ее компоненты взаимосвязаны, взаимозависимы и взаимодействуют друг с другом. Это также означает, что нарушение деятельности одного из элементов данной системы ведет к изменениям и нарушениям работы всей системы. Совокупность клеток образует ткани, различные ткани образуют органы, а органы, взаимодействуя и выполняя общую функцию, образуют системы органов. Эту цепочку можно продолжить дальше, и вы можете сделать это самостоятельно. Главное, что нужно понять, – любая система обладает определенной структурой, уровнем сложности и основана на взаимодействии элементов, которые ее составляют. Ниже даются справочные таблицы, в которых сравнивается строение и функции прокариотических и эукариотических клеток, а также разбирается их строение и функции. Внимательно проанализируйте эти таблицы, ибо в экзаменационных работах достаточно часто задаются вопросы, требующие знания этого материала.
2.4.1. Особенности строения эукариотических и прокариотических клеток. Сравнительные данные
Сравнительная характеристика эукариотических и прокариотических клеток.
Строение эукариотичеких клеток.
Функции эукариотических клеток . Клетки одноклеточных организмов осуществляют все функции, характерные для живых организмов – обмен веществ, рост, развитие, размножение; способны к адаптации.
Клетки многоклеточных организмов дифференцированы по строению, в зависимости от выполняемых ими функций. Эпителиальные, мышечные, нервные, соединительные ткани формируются из специализированных клеток.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ Часть А
А1. К прокариотическим организмам относится 1) бацилла 2) гидра 3) амеба 4) вольвокс
А2. Клеточная мембрана выполняет функцию
1) синтеза белка
2) передачи наследственной информации
3) фотосинтеза
4) фагоцитоза и пиноцитоза
А3. Укажите пункт, в котором строение названной клетки совпадает с ее функцией
1) нейрон – сокращение
2) лейкоцит – проведение импульса
3) эритроцит – транспорт газов
4) остеоцит – фагоцитоз
А4. Клеточная энергия вырабатывается в
1) рибосомах 3) ядре
2) митохондриях 4) аппарате Гольджи
А5. Исключите из предложенного списка лишнее понятие
1) лямблия 3) инфузория
2) плазмодий 4) хламидомонада
А6. Исключите из предложенного списка лишнее понятие
1) рибосомы 3) хлоропласты
2) митохондрии 4) крахмальные зерна
А7. Хромосомы клетки выполняют функцию
1) биосинтеза белка
2) хранения наследственной информации
3) формирования лизосом
4) регуляции обмена веществ
В1. Выберите из предложенного списка функции хлоропластов
1) образование лизосом 4) синтез АТФ
2) синтез глюкозы 5) выделение кислорода
3) синтез РНК 6) клеточное дыхание
В2. Выберите особенности строения митохондрий
1) окружены двойной мембраной
2) содержат хлорофилл
3) есть кристы
4) наружная мембрана складчатая
5) окружены одинарной мембраной
6) внутренняя мембрана богата ферментами ВЗ. Соотнесите органоид с его функцией
В4. Заполните таблицу, отметив знаками « + » или «- » наличие указанных структур в про– и эукариотических клетках
С1. Докажите, что клетка является целостной биологической, открытой системой.
2.5. Метаболизм: энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь. Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле
Термины, проверяемые в экзаменационной работе: автотрофные организмы,
анаболизм, анаэробный гликолиз, ассимиляция, аэробный гликолиз, биологическое окисление, брожение, диссимиляция, биосинтез, гетеротрофные организмы, дыхание, катаболизм, кислородный этап, метаболизм, пластический обмен, подготовительный этап, световая фаза фотосинтеза, темновая фаза фотосинтеза, фотолиз воды, фотосинтез, энергетический обмен.
2.5.1. Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь
Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме. Биологи разделяют его на пластический (анаболизм ) и энергетический обмены (катаболизм ), которые связаны между собой. Все синтетические процессы нуждаются в веществах и энергии, поставляемых процессами расщепления. Процессы расщепления катализируются ферментами, синтезирующимися в ходе пластического обмена, с использованием продуктов и энергии энергетического обмена.
Для отдельных процессов, происходящих в организмах, используются следующие термины:
Анаболизм (ассимиляция ) – синтез более сложных мономеров из более простых с поглощением и накоплением энергии в виде химических связей в синтезированных веществах.
Катаболизм (диссимиляция ) – распад более сложных мономеров на более простые с освобождением энергии и ее запасанием в виде макроэргических связей АТФ.
Живые существа для своей жизнедеятельности используют световую и химическую энергию. Зеленые растения – автотрофы , – синтезируют органические соединения в процессе фотосинтеза, используя энергию солнечного света. Источником углерода для них является углекислый газ. Многие автотрофные прокариоты добывают энергию в процессе хемосинтеза – окисления неорганических соединений. Для них источником энергии могут быть соединения серы, азота, углерода. Гетеротрофы используют органические источники углерода, т.е. питаются готовыми органическими веществами. Среди растений могут встречаться те, которые питаются смешанным способом (миксотрофно ) – росянка, венерина мухоловка или даже гетеротроф– но – раффлезия. Из представителей одноклеточных животных миксотрофами считаются эвглены зеленые.
Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме . Ферменты – это всегда специфические белки – катализаторы. Термин «специфические» означает, что объект, по отношению к которому этот термин употребляется, имеет неповторимые особенности, свойства, характеристики. Каждый фермент обладает такими особенностями, потому что, как правило, катализирует определенный вид реакций. Ни одна биохимическая реакция в организме не происходит без участия ферментов. Особенности специфичности молекулы фермента объясняются ее строением и свойствами. В молекуле фермента есть активный центр, пространственная конфигурация которого соответствует пространственной конфигурации веществ, с которыми фермент взаимодействует. Узнав свой субстрат, фермент взаимодействует с ним и ускоряет его превращение.
Ферментами катализируются все биохимические реакции. Без их участия скорость этих реакций уменьшилась бы в сотни тысяч раз. В качестве примеров можно привести такие реакции, как участие РНК – полимеразы в синтезе – и-РНК на ДНК, действие уреазы на мочевину, роль АТФ – синтетазы в синтезе АТФ и другие. Обратите внимание на то, что названия многих ферментов оканчиваются на «аза».
Активность ферментов зависит от температуры, кислотности среды, количества субстрата, с которым он взаимодействует. При повышении температуры активность ферментов увеличивается. Однако происходит это до определенных пределов, т.к. при достаточно высоких температурах белок денатурируется. Среда, в которой могут функционировать ферменты, для каждой группы различна. Есть ферменты, которые активны в кислой или слабокислой среде или в щелочной или слабощелочной среде. В кислой среде активны ферменты желудочного сока у млекопитающих. В слабощелочной среде активны ферменты кишечного сока. Пищеварительный фермент поджелудочной железы активен в щелочной среде. Большинство же ферментов активны в нейтральной среде.
2.5.2. Энергетический обмен в клетке (диссимиляция)
Энергетический обмен – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа, каждый из которых сопровождается
многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами. У одноклеточных – ферментами лизосом. На первом этапе происходит расщепление белков
до аминокислот, жиров до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов,
нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Этот процесс называется пищеварением.
Второй этап – бескислородный (гликолиз ). Его биологический смысл заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде 2 молекул АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) и две молекулы АТФ, в виде которой запасается часть энергии, выделившейся при гликолизе: С6Н12O6 + 2АДФ + 2Ф → 2С3Н4O3 + 2АТФ. Остальная энергия рассеивается в виде тепла.
В клетках дрожжей и растений (при недостатке кислорода ) пируват распадается на этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением .
Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С3Н6O3), которая накапливается в виде лактата. Появляется боль в мышцах. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.
Третий этап – кислородный , состоящий из двух последовательных процессов – цикла Кребса, названного по имени Нобелевского лауреата Ганса Кребса, и окислительного фосфорилирования. Его смысл заключается в том, что при кислородном дыхании пируват окисляется до окончательных продуктов – углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 36 молекул АТФ. (34 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования). Эта энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене. Кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.
Окислительное фосфорилирование или клеточное дыхание происходит, на
внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы-переносчики электронов. В ходе этой стадии освобождается большая часть метаболической энергии. Молекулы-переносчики транспортируют электроны к молекулярному кислороду. Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.
Суммарная реакция энергетического обмена:
С6Н12O6 + 6O2 → 6СO2 + 6Н2O + 38АТФ.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ Часть А
А1. Способ питания хищных животных называется
1) автотрофным 3) гетеротрофным
2) миксотрофным 4) хемотрофным
А2. Совокупность реакций обмена веществ называется:
1) анаболизм 3) диссимиляция
2) ассимиляция 4) метаболизм
А3. На подготовительном этапе энергетического обмена происходит образование:
1) 2 молекул АТФ и глюкозы
2) 36 молекул АТФ и молочной кислоты
3) аминокислот, глюкозы, жирных кислот
4) уксусной кислоты и спирта
А4. Вещества, катализирующие биохимические реакции в организме, – это:
1) белки 3) липиды
2) нуклеиновые кислоты 4) углеводы
А5. Процесс синтеза АТФ в ходе окислительного фосфорилирования происходит в:
1) цитоплазме 3) митохондриях
2) рибосомах 4) аппарате Гольджи
А6. Энергия АТФ, запасенная в процессе энергетического обмена, частично используется для реакций:
1) подготовительного этапа
2) гликолиза
3) кислородного этапа
4) синтеза органических соединений А7. Продуктами гликолиза являются:
1) глюкоза и АТФ
2) углекислый газ и вода
3) пировиноградная кислота и АТФ
4) белки, жиры, углеводы
В1. Выберите события, происходящие на подготовительном этапе энергетического обмена у человека
1) белки распадаются до аминокислот
2) глюкоза расщепляется до углекислого газа и воды
3) синтезируются 2 молекулы АТФ
4) гликоген расщепляется до глюкозы
5) образуется молочная кислота
6) липиды расщепляются до глицерина и жирных кислот
В2. Соотнесите процессы, происходящие при энергетическом обмене с этапами, на которых они происходят
ВЗ. Определите последовательность превращений куска сырого картофеля в процессе энергетического обмена в организме свиньи:
А) образование пирувата Б) образование глюкозы
В) всасывание глюкозы в кровь Г) образование углекислого газа и воды
Д) окислительное фосфорилирование и образование Н2О Е) цикл Кребса и образование СО2
С1. Объясните причины утомляемости спортсменов-марафонцев на дистанциях, и как она преодолевается?
2.5.3. Фотосинтез и хемосинтез
Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы, как уже говорилось, используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения. Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза. Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно. Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной. Исследования продолжались, и в настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (СО2) и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.
Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл . Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ+ – никотинамиддифосфат ). При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ. Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их называют световой
и темновой фазами.