Cheminė ląstelės sudėtis. Ląstelių struktūra

TEORIJA

Ląstelių organelių sandara ir funkcijos

Organoidinis pavadinimas	Konstrukcijos ypatumai, funkcijos
1. Išorinė citoplazminė membrana	Atskiria citoplazmos turinį nuo išorinės aplinkos; jonai ir mažos molekulės per poras gali prasiskverbti į ląstelę fermentų pagalba; užtikrina ryšį tarp audinių ląstelių; Be citoplazminės ląstelės, augalo ląstelėje yra stora, celiuliozės pagrindu pagaminta membrana – ląstelės sienelė, kurios neturi gyvūnų ląstelės.
2. Citoplazma	Skystoji terpė, kurioje suspenduojami organeliai ir intarpai, susideda iš skystos koloidinės sistemos, kurioje yra įvairių medžiagų molekulių.
3. Plastidai (leukoplastai, chromoplastai, chloroplastai)	Aptinkama tik augalų ląstelėse, dviejų membranų organelės. Žalieji plastidai - chloroplastai, turintys chlorofilo specialiose formacijose - tilakoidai (granos), kuriuose vyksta fotosintezė, gali atsinaujinti (turi savo DNR)
4. Endoplazminis tinklas	Aplink branduolį, kurį sudaro membranos, platus ertmių ir kanalų tinklas: lygus EPS dalyvauja anglies ir riebalų apykaitoje; grubus užtikrina baltymų sintezę ribosomų pagalba
5. Mitochondrijos	Dviejų membranų struktūra, vidinėje membranoje yra ataugų - cristae, ant kurių yra daug fermentų, suteikiant energijos apykaitos deguonies stadiją(turi savo DNR)
6. Vakuolės	Esminės augalo ląstelės organelės; ištirpusioje formoje yra daug organinių medžiagų, mineralinių druskų; randama gyvūnų ląstelėse
7. Ribosomos	Sferinės dalelės, susidedančios iš dviejų subvienetų, laisvai išsidėsčiusios citoplazmoje arba prisitvirtinusios prie EPS membranų; vykdyti baltymų sintezę
8. Citoskeletas	Mikrotubulių ir baltymų pluoštų ryšulių sistema, glaudžiai susijusi su išorine membrana ir branduolio apvalkalu
9. Vėliavos ir blakstienos	Judėjimo organelės turi bendrą struktūrinį planą. Žvynelių ir blakstienų judėjimas atsiranda dėl kiekvienos poros mikrotubulių slydimo vienas kito atžvilgiu.

KLAUSIMAI IR UŽDUOTYS

1. Kokia yra angliavandenių funkcija ląstelėje

1) katalizinė 2) energija 3) paveldimos informacijos saugojimas

4) dalyvavimas baltymų biosintezėje

1. Kokią funkciją atlieka DNR molekulės ląstelėje?

1) pastatas 2) apsauginis 3) paveldimos informacijos nešėjas

4) saulės šviesos energijos sugėrimas

1. Vykstant biosintezei ląstelėje,

1) organinių medžiagų oksidacija 2) deguonies tiekimas ir anglies dioksido pašalinimas

3) sudėtingesnių formavimas ekologiškas 4) krakmolo skaidymas į gliukozę

1. Viena iš nuostatų ląstelių teorija dalykas yra

1) organizmų ląstelės yra vienodos sandaros ir funkcijos

2) augalų organizmai susideda iš ląstelių

3) gyvūnų organizmai susideda iš ląstelių

4) visi žemesni ir aukštesni organizmai susideda iš ląstelių

1. Tarp koncepcijos ribosomų ir baltymų sintezė yra tam tikras ryšys. Toks pat ryšys egzistuoja tarp sąvokos ląstelės membrana ir vieną iš toliau nurodytų. Raskite šią koncepciją.

1) medžiagų pernešimas 2) ATP sintezė 3) ląstelių dalijimasis 4) riebalų sintezė

1. Vidinė ląstelės aplinka vadinama

1) branduolys 2) vakuolė 3) citoplazma 4) endoplazminis tinklas

1. Įsikūręs ląstelės branduolyje

1) lizosomos 2) chromosomos 3) plastidai 4) mitochondrijos

1. Kokį vaidmenį ląstelėje atlieka branduolys?

1) turi maistinių medžiagų tiekimą 2) bendrauja tarp organelių

3) skatina medžiagų patekimą į ląstelę 4) užtikrina motininės ląstelės panašumą su dukra

1. Maisto dalelių virškinimas ir negyvų ląstelių pašalinimas vyksta organizme padedant

1) Golgi aparatas 2) lizosomos 3) ribosomos 4) endoplazminis tinklas

1. Kokia yra ribosomų funkcija ląstelėje?

1) sintetina angliavandenius 2) vykdo baltymų sintezę

3) skaido baltymus iki aminorūgščių 4) dalyvauja neorganinių medžiagų kaupime

1. Mitochondrijose, skirtingai nei chloroplastuose,

1) angliavandenių sintezė 2) fermentų sintezė 3) mineralinių medžiagų oksidacija

4) organinių medžiagų oksidacija

1. Mitochondrijos ląstelėse nėra

1) gegutės linų samanos 2) miesto kregždės 3) papūgos žuvys 4) stafilokokų bakterijos

1. Chloroplastai randami ląstelėse

1) gėlavandenė hidra 2) baltagrybinis grybiena 3) alksnio stiebo mediena 4) burokėlių lapai

1. Autotrofinių organizmų ląstelės skiriasi nuo heterotrofinių ląstelių buvimu jose

1) plastidas 2) membranos 3) vakuolės 4) chromosomos

1. Tankus apvalkalas, citoplazma, branduolinė medžiaga, ribosomos, plazminė membrana turi ląstelių

1) dumbliai 2) bakterijos 3) grybai 4) gyvūnai

1. Endoplazminis tinklas ląstelėje

1) vykdo organinių medžiagų pervežimą

2) apriboja ląstelę nuo aplinkos ar kitų ląstelių

3) dalyvauja formuojant energiją

4) išsaugo paveldimą informaciją apie ląstelės požymius ir savybes

1. Grybo ląstelėse fotosintezė nevyksta, nes. jiems trūksta

1) chromosomos 2) ribosomos 3) mitochondrijos 4) plastidai

1. Jie neturi ląstelinės sandaros, aktyvūs tik kitų organizmų ląstelėse

1) bakterijos 2) virusai 3) dumbliai 4) pirmuonys

1. Žmonių ir gyvūnų ląstelėse naudojamos kaip energijos šaltinis

1) hormonai ir vitaminai 2) vanduo ir anglies dioksidas

3) neorganinės medžiagos 4) baltymai, riebalai ir angliavandeniai

1. Kuri iš sąvokų sekų atspindi kūną kaip vientisą sistemą

1) Molekulės – ląstelės – audiniai – organai – organų sistemos – organizmas

2) Organų sistemos – organai – audiniai – molekulės – ląstelės – organizmas

3) Organas – audiniai – organizmas – ląstelė – molekulės – organų sistemos

4) Molekulės – audiniai – ląstelės – organai – organų sistemos – organizmas

Ląstelė- elementarus gyvos sistemos vienetas. Įvairios gyvos ląstelės struktūros, atsakingos už tam tikros funkcijos atlikimą, vadinamos organelėmis, kaip ir viso organizmo organai. Specifinės funkcijos ląstelėje pasiskirsto tarp organelių, tarpląstelinių struktūrų, turinčių tam tikrą formą, pavyzdžiui, ląstelės branduolį, mitochondrijas ir kt.

Ląstelių struktūros:

Citoplazma. Privaloma kameros dalis, uždaryta tarp plazmos membrana ir šerdis. Citozolis- jis klampus vandens tirpalas įvairios druskos ir organinės medžiagos, prasiskverbusios baltymų gijų sistemos – citoskeletų. Dauguma cheminių ir fiziologinių ląstelės procesų vyksta citoplazmoje. Struktūra: citozolis, citoskeletas. Funkcijos: apima įvairius organelius, ląstelės vidinę aplinką
plazmos membrana. Kiekvieną gyvūnų, augalų ląstelę nuo aplinkos ar kitų ląstelių riboja plazminė membrana. Šios membranos storis toks mažas (apie 10 nm), kad jį galima pamatyti tik elektroniniu mikroskopu.

Lipidai membranoje jie sudaro dvigubą sluoksnį, o baltymai prasiskverbia per visą jos storį, yra panardinami į skirtingą gylį lipidiniame sluoksnyje arba yra išoriniame ir vidiniame membranos paviršiuose. Visų kitų organelių membranų struktūra panaši į plazminę. Struktūra: dvigubas lipidų, baltymų, angliavandenių sluoksnis. Funkcijos: ribojimas, ląstelės formos išsaugojimas, apsauga nuo pažeidimų, medžiagų patekimo ir pašalinimo reguliatorius.

Lizosomos. Lizosomos yra membraninės organelės. Jie yra ovalo formos ir 0,5 mikrono skersmens. Juose yra fermentų, kurie skaido organines medžiagas, rinkinys. Lizosomų membrana yra labai stipri ir neleidžia savo fermentams prasiskverbti į ląstelės citoplazmą, tačiau jei lizosoma yra pažeista išorinių poveikių, tuomet sunaikinama visa ląstelė arba jos dalis.
Lizosomos randamos visose augalų, gyvūnų ir grybų ląstelėse.

Lizosomos, vykdydamos įvairių organinių dalelių virškinimą, suteikia papildomų „žaliavų“ cheminiams ir energetiniams procesams ląstelėje. Badavimo metu lizosomų ląstelės virškina kai kuriuos organelius, nežudydami ląstelės. Toks dalinis virškinimas kurį laiką aprūpina ląstele būtinu maisto medžiagų minimumu. Kartais lizosomos virškina visas ląsteles ir ląstelių grupes, o tai atlieka esminį vaidmenį gyvūnų vystymosi procesuose. Pavyzdys yra uodegos praradimas, kai buožgalvis virsta varle. Struktūra: ovalo formos pūslelės, membrana išorėje, fermentai viduje. Funkcijos: organinių medžiagų skaidymas, negyvų organelių naikinimas, panaudotų ląstelių naikinimas.

Golgi kompleksas. Biosintezės produktai, patekę į endoplazminio tinklo ertmių ir kanalėlių spindžius, koncentruojami ir transportuojami Golgi aparate. Ši organelė yra 5–10 µm dydžio.

Struktūra: ertmės, apsuptos membranomis (pūslelėmis). Funkcijos: kaupimas, pakavimas, organinių medžiagų išskyrimas, lizosomų susidarymas

Endoplazminis Tinklelis. Endoplazminis tinklas yra organinių medžiagų sintezės ir transportavimo sistema ląstelės citoplazmoje, kuri yra ažūrinė sujungtų ertmių struktūra.
Prie endoplazminio tinklo membranų prisitvirtina daug ribosomų – ​​mažiausių ląstelių organelių, kurios atrodo kaip 20 nm skersmens rutulys. ir sudarytas iš RNR ir baltymų. Ribosomose vyksta baltymų sintezė. Tada naujai susintetinti baltymai patenka į ertmių ir kanalėlių sistemą, per kurią juda ląstelės viduje. Ertmės, kanalėliai, kanalėliai iš membranų, ribosomų membranų paviršiuje. Funkcijos: organinių medžiagų sintezė ribosomų pagalba, medžiagų pernešimas.

Ribosomos. Ribosomos prisitvirtinusios prie endoplazminio tinklo membranų arba laisvai išsidėsčiusios citoplazmoje, išsidėsčiusios grupėmis, ant jų sintetinami baltymai. Baltymų sudėtis, ribosominė RNR Funkcijos: užtikrina baltymų biosintezę (baltymų molekulės surinkimas iš).
Mitochondrijos. Mitochondrijos yra energijos organelės. Mitochondrijų forma yra skirtinga, jos gali būti likusios, lazdelės formos, siūlinės, kurių vidutinis skersmuo 1 mikronas. ir 7 µm ilgio. Mitochondrijų skaičius priklauso nuo ląstelės funkcinio aktyvumo ir gali siekti dešimtis tūkstančių skraidančių vabzdžių raumenyse. Mitochondrijas išoriškai riboja išorinė membrana, po ja yra vidinė membrana, formuojanti daugybę ataugų – cristae.

Mitochondrijų viduje yra RNR, DNR ir ribosomos. Į jo membranas yra įmontuoti specifiniai fermentai, kurių pagalba mitochondrijose maisto medžiagų energija paverčiama ATP energija, reikalinga ląstelės ir viso organizmo gyvybei.

Membrana, matrica, ataugos - cristae. Funkcijos: ATP molekulės sintezė, savų baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų sintezė, savų ribosomų susidarymas.

plastidai. Tik augalo ląstelėje: leukoplastai, chloroplastai, chromoplastai. Funkcijos: atsarginių organinių medžiagų kaupimas, apdulkinančių vabzdžių pritraukimas, ATP ir angliavandenių sintezė. Chloroplastai yra 4-6 mikronų skersmens disko arba rutulio formos. Su dviguba membrana - išorine ir vidine. Chloroplasto viduje yra DNR ribosomos ir specialios membranos struktūros – grana, sujungtos viena su kita ir su vidine chloroplasto membrana. Kiekviename chloroplaste yra apie 50 grūdelių, išdėstytų, kad būtų geriau užfiksuota šviesa. Chlorofilas randamas granulių membranose, jo dėka saulės šviesos energija paverčiama chemine ATP energija. ATP energija naudojama chloroplastuose organinių junginių, pirmiausia angliavandenių, sintezei.
Chromoplastai. Raudoni ir geltoni pigmentai, esantys chromoplastuose, suteikia įvairioms augalo dalims raudoną ir geltoną spalvą. morkos, pomidorų vaisiai.

Leukoplastai yra rezervinės maistinės medžiagos – krakmolo – kaupimosi vieta. Ypač daug leukoplastų yra bulvių gumbų ląstelėse. Šviesoje leukoplastai gali virsti chloroplastais (dėl to bulvių ląstelės pažaliuoja). Rudenį chloroplastai virsta chromoplastais, o žalieji lapai ir vaisiai tampa geltoni ir raudoni.

Ląstelių centras. Jį sudaro du cilindrai, centrioliai, išdėstyti statmenai vienas kitam. Funkcijos: atrama suklio sriegiams

Ląstelių inkliuzai arba atsiranda citoplazmoje, arba išnyksta ląstelės gyvavimo metu.

Tankiuose granulių pavidalo inkliuzuose yra rezervinių maistinių medžiagų (krakmolo, baltymų, cukraus, riebalų) arba ląstelių atliekų, kurių dar negalima pašalinti. Visi augalų ląstelių plastidai turi savybę sintetinti ir kaupti atsargines maistines medžiagas. Augalų ląstelėse rezervinių maistinių medžiagų kaupimasis vyksta vakuolėse.

Grūdai, granulės, lašai Funkcijos: nenuolatiniai dariniai, kaupiantys organines medžiagas ir energiją

Branduolys. Branduolinis apvalkalas iš dviejų membranų, branduolio sultys, branduolys. Funkcijos: paveldimos informacijos saugojimas ląstelėje ir jos dauginimasis, RNR sintezė – informacinė, transportinė, ribosominė. Sporos yra branduolio membranoje, per kurią vyksta aktyvus medžiagų apykaita tarp branduolio ir citoplazmos. Branduolys saugo paveldimą informaciją ne tik apie visas tam tikros ląstelės ypatybes ir savybes, apie procesus, kurie turėtų vykti su ja (pavyzdžiui, baltymų sintezė), bet ir apie viso organizmo ypatybes. Informacija įrašoma į DNR molekules, kurios yra pagrindinė chromosomų dalis. Branduolys turi branduolį. Branduolys dėl jame esančių chromosomų, kuriose yra paveldima informacija, atlieka centro, kuris kontroliuoja visą gyvybinę ląstelės veiklą ir vystymąsi, funkcijas.

Teorija 4 užduočiai iš biologijos egzamino

Ląstelė kaip biologinė sistema

Šiuolaikinė ląstelių teorija, pagrindinės jos nuostatos, vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtos mokslų pasaulio vaizdą. Žinių apie ląstelę plėtojimas. Organizmų ląstelinė struktūra yra organinio pasaulio vienybės pagrindas, gyvosios gamtos santykio įrodymas.

Šiuolaikinė ląstelių teorija, pagrindinės jos nuostatos, vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtos mokslo pasaulio vaizdą

Viena iš pagrindinių sąvokų šiuolaikinė biologija yra idėja, kad visi gyvi organizmai turi ląstelių struktūrą. Ląstelės sandaros, jos gyvybinės veiklos ir sąveikos su aplinką užsiima mokslu citologija dabar paprastai vadinama ląstelių biologija. Citologija atsirado dėl ląstelių teorijos formulavimo (1838-1839, M. Schleiden, T. Schwann, papildyta 1855 m. R. Virchow).

ląstelių teorija yra apibendrinta idėja apie ląstelių, kaip gyvų vienetų, struktūrą ir funkcijas, jų dauginimąsi ir vaidmenį formuojantis. daugialąsčiai organizmai.

Pagrindinės ląstelių teorijos nuostatos:

1. Ląstelė yra gyvų organizmų struktūros, gyvybinės veiklos, augimo ir vystymosi vienetas – už ląstelės ribų gyvybės nėra.
2. Ląstelė – viena sistema, susidedantis iš natūraliai tarpusavyje susijusių elementų rinkinio, atstovaujančių tam tikrą holistinį darinį.
3. Visų organizmų ląstelės yra savaip panašios. cheminė sudėtis, struktūra ir funkcija.
4. Naujos ląstelės susidaro tik dalijantis motininėms ląstelėms („ląstelė iš ląstelės“).
5. Daugialąsčių organizmų ląstelės sudaro audinius, o organai – iš audinių. Viso organizmo gyvenimą lemia jį sudarančių ląstelių sąveika.
6. Daugialąsčių organizmų ląstelės turi pilną genų rinkinį, tačiau skiriasi viena nuo kitos tuo, kad jas veikia skirtingos genų grupės, dėl ko atsiranda morfologinė ir funkcinė ląstelių įvairovė – diferenciacija.

Ląstelių teorijos sukūrimo dėka tapo aišku, kad ląstelė yra mažiausias gyvybės vienetas, elementari gyvoji sistema, turinti visus gyvybės požymius ir savybes. Ląstelių teorijos formulavimas tapo svarbiausia prielaida formuotis požiūriams į paveldimumą ir kintamumą, nes jų prigimties ir būdingų dėsnių identifikavimas neišvengiamai reiškė gyvų organizmų sandaros universalumą. Ląstelių cheminės sudėties ir struktūrinio plano vienovės atskleidimas buvo postūmis plėtoti idėjas apie gyvų organizmų kilmę ir jų evoliuciją. Be to, daugialąsčių organizmų kilmė iš vienos ląstelės proceso metu embriono vystymasis tapo šiuolaikinės embriologijos dogma.

Žinių apie ląstelę plėtojimas

Iki XVII amžiaus žmogus visiškai nieko nežinojo apie jį supančių objektų mikrostruktūrą ir pasaulį suvokė plika akimi. Mikropasauliui tirti skirtą instrumentą mikroskopą maždaug 1590 metais išrado olandų mechanikai G. ir Z. Jansenai, tačiau dėl jo netobulumo nebuvo įmanoma ištirti pakankamai mažų objektų. Prie pažangos šioje srityje prisidėjo tik K. Drebbelio (1572-1634) sukurtas vadinamasis sudėtinis mikroskopas.

1665 metais anglų fizikas R. Hukas (1635-1703) patobulino mikroskopo konstrukciją ir šlifavimo lęšių technologiją ir, norėdamas įsitikinti, kad vaizdo kokybė pagerėjo, ištyrė po juo esančias kamštienos pjūvius, anglis ir gyvi augalai. Pjūviuose jis rado mažiausias poras, primenančias korį, ir pavadino jas ląstelėmis (iš lat. ląstelė ląstelė, ląstelė). Įdomu pastebėti, kad R. Hooke'as laikė pagrindiniu ląstelės komponentu ląstelės membrana.

XVII amžiaus antroje pusėje pasirodė iškiliausių mikroskopininkų M. Malpighi (1628-1694) ir N. Gru (1641-1712) darbai, kurie taip pat atrado daugelio augalų ląstelinę struktūrą.

Siekdamas įsitikinti, ar tai, ką matė R. Hooke'as ir kiti mokslininkai, yra tiesa, specialaus išsilavinimo neturėjęs olandų pirklys A. van Leeuwenhoekas savarankiškai sukūrė mikroskopo konstrukciją, kuri iš esmės skyrėsi nuo esamo, ir patobulino lęšių gamybą. technologija. Tai leido jam pasiekti 275–300 kartų padidėjimą ir atsižvelgti į tokias konstrukcijos detales, kurios buvo techniškai neprieinamos kitiems mokslininkams. A. van Leeuwenhoekas buvo nepralenkiamas stebėtojas: jis kruopščiai nubraižė ir aprašė tai, ką matė pro mikroskopą, bet nesiekė to paaiškinti. Jis atrado vienaląsčius organizmus, įskaitant bakterijas, augalų ląstelėse aptiko branduolių, chloroplastų, ląstelių sienelių sustorėjimų, tačiau jo atradimus buvo galima įvertinti daug vėliau.

Pirmosios XIX amžiaus pusės organizmų vidinės sandaros komponentų atradimai sekė vienas po kito. G. Kanis išskyrė augalų ląstelėse gyva materija ir vandeningas skystis – ląstelių sultys, rastos poros. Anglų botanikas R. Brownas (1773-1858) orchidėjų ląstelėse branduolį atrado 1831 m., tada jis buvo rastas visose augalų ląstelėse. Čekų mokslininkas J. Purkinje (1787-1869) įvedė terminą „protoplazma“ (1840), reiškiantį pusiau skystą želatininį ląstelės be branduolio turinį. Toliau už visus savo amžininkus pažengė belgų botanikas M. Schleidenas (1804-1881), kuris, tyrinėdamas aukštesniųjų augalų įvairių ląstelių struktūrų raidą ir diferenciaciją, įrodė, kad visi augalų organizmai kilę iš vienos ląstelės. Jis taip pat laikė suapvalintus branduolio kūnus svogūnų apnašų ląstelių branduoliuose (1842).

1827 metais rusų embriologas K. Baeras atrado žmonių ir kitų žinduolių kiaušinėlius, taip paneigdamas mintį apie organizmo vystymąsi tik iš vyriškų lytinių ląstelių. Be to, jis įrodė daugialąsčio gyvūno organizmo susiformavimą iš vienos ląstelės – apvaisinto kiaušinėlio, taip pat daugialąsčių gyvūnų embrioninio vystymosi etapų panašumą, kas bylojo apie jų kilmės vienovę. Iki XIX amžiaus vidurio sukaupta informacija reikalavo apibendrinimo, kuris tapo ląstelių teorija. Biologija savo formuluotę skolinga vokiečių zoologui T. Schwannui (1810-1882), kuris, remdamasis savo duomenimis ir M. Schleideno išvadomis apie augalų vystymąsi, pasiūlė, kad jei branduolys yra bet kokiame matomame darinyje. po mikroskopu, tada šis darinys yra ląstelė. Remdamasis šiuo kriterijumi, T. Schwann suformulavo pagrindines ląstelių teorijos nuostatas.

Vokiečių gydytojas ir patologas R. Virchow (1821-1902) į šią teoriją įvedė dar vieną svarbų teiginį: ląstelės atsiranda tik dalijantis pirminę ląstelę, tai yra, ląstelės susidaro tik iš ląstelių („ląstelė iš ląstelės“).

Nuo pat ląstelės teorijos sukūrimo doktrina apie ląstelę kaip organizmo sandaros, funkcijos ir vystymosi vienetą buvo nuolat plėtojama. pabaigos mikroskopinių technologijų pažangos dėka buvo išaiškinta ląstelės sandara, aprašytos organelės – ląstelės dalys, atliekančios įvairias funkcijas, naujų ląstelių susidarymo būdai (mitozė, mejozė). išstudijavo, ir paaiškėjo nepaprasta ląstelių struktūrų reikšmė perduodant paveldimas savybes. Naujausių fizikinių ir cheminių tyrimų metodų panaudojimas leido gilintis į paveldimos informacijos saugojimo ir perdavimo procesus, taip pat ištirti kiekvienos ląstelės struktūrų smulkiąją struktūrą. Visa tai prisidėjo prie ląstelės mokslo atskyrimo į nepriklausomą žinių šaką - citologija.

Ląstelinė organizmų sandara, visų organizmų ląstelių sandaros panašumas – organinio pasaulio vienybės pagrindas, gyvosios gamtos santykio įrodymas

Visi šiuo metu žinomi gyvi organizmai (augalai, gyvūnai, grybai ir bakterijos) turi ląstelinę struktūrą. Net virusai, kurie neturi ląstelinės struktūros, gali daugintis tik ląstelėse. Ląstelė yra elementarus struktūrinis ir funkcinis gyvybės vienetas, būdingas visoms jo apraiškoms, ypač medžiagų apykaitai ir energijos konversijai, homeostazei, augimui ir vystymuisi, dauginimuisi ir dirglumui. Tuo pačiu metu būtent ląstelėse saugoma, apdorojama ir realizuojama paveldima informacija.

Nepaisant visų ląstelių įvairovės, jų struktūrinis planas yra tas pats: jose visose yra paveldimas aparataspanardintas į citoplazma, ir aplinkinė ląstelė plazmos membrana.

Ląstelė atsirado dėl ilgos evoliucijos organinis pasaulis. Ląstelių sujungimas į daugialąstį organizmą nėra paprastas sumavimas, nes kiekviena ląstelė, išlaikydama visas gyvam organizmui būdingas savybes, tuo pačiu įgyja naujų savybių, nes ji atlieka tam tikrą funkciją. Viena vertus, daugialąstį organizmą galima suskirstyti į jo sudedamąsias dalis – ląsteles, tačiau, kita vertus, jas vėl sudėjus, vientiso organizmo funkcijų atkurti neįmanoma, nes naujos savybės atsiranda tik sąveikaujant sistemos dalys. Tai išreiškia vieną iš pagrindinių modelių, apibūdinančių gyvąjį, atskirojo ir integralo vienybę. mažo dydžio ir reikšminga suma ląstelės sukuria didelį paviršių daugialąsčiuose organizmuose, o tai būtina norint užtikrinti greitą medžiagų apykaitą. Be to, mirus vienai kūno daliai, jos vientisumas gali būti atstatytas dėl ląstelių dauginimosi. Už ląstelės ribų paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas, energijos saugojimas ir perdavimas su vėlesniu jos pavertimu darbu yra neįmanomas. Galiausiai, funkcijų pasidalijimas tarp ląstelių daugialąsčiame organizme suteikė daug galimybių organizmams prisitaikyti prie savo aplinkos ir buvo būtina jų organizavimo komplikacijos sąlyga.

Taigi visų gyvų organizmų ląstelių struktūros plano vienybės nustatymas buvo visos gyvybės Žemėje kilmės vienybės įrodymas.

ląstelių įvairovė. Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės. Augalų, gyvūnų, bakterijų, grybų ląstelių lyginamoji charakteristika Ląstelių įvairovė

Pagal ląstelių teoriją ląstelė yra mažiausias struktūrinis ir funkcinis organizmų vienetas, turintis visas gyvo daikto savybes. Pagal ląstelių skaičių organizmai skirstomi į vienaląsčius ir daugialąsčius. Vienaląsčių organizmų ląstelės egzistuoja kaip savarankiški organizmai ir atlieka visas gyvo daikto funkcijas. Visi prokariotai ir nemažai eukariotų (daug dumblių, grybų ir pirmuonių rūšių) yra vienaląsčiai, kurie stebina nepaprasta formų ir dydžių įvairove. Tačiau dauguma organizmų vis dar yra daugialąsčiai. Jų ląstelės yra specializuotos atlikti tam tikras funkcijas ir formuoti audinius bei organus, kurie neatsispindi morfologiniuose požymiuose. Pavyzdžiui, žmogaus kūnas yra suformuotas iš maždaug 10 14 ląstelių, atstovaujamų apie 200 rūšių, turinčių pačių įvairiausių formų ir dydžių.

Ląstelių forma gali būti apvali, cilindrinė, kubinė, prizminė, disko formos, verpstės formos, žvaigždinė ir kt. nervinis audinys. Kai kurios ląstelės apskritai neturi nuolatinės formos. Tai visų pirma apima kraujo leukocitus.

Ląstelių dydžiai taip pat labai skiriasi: daugumos daugialąsčio organizmo ląstelių dydis yra nuo 10 iki 100 mikronų, o mažiausių - 2-4 mikronų. Apatinė riba yra dėl to, kad ląstelė turi turėti minimalų medžiagų ir struktūrų rinkinį gyvybinei veiklai užtikrinti, o per dideli ląstelės dydžiai trukdys medžiagų ir energijos mainams su aplinka, taip pat trukdys palaikyti homeostazė. Tačiau kai kurias ląsteles galima pamatyti plika akimi. Visų pirma, tai yra arbūzų ir obelų vaisių ląstelės, taip pat žuvų ir paukščių kiaušiniai. Net jei vienas iš linijinių ląstelės matmenų viršija vidurkį, visi kiti atitinka normą. Pavyzdžiui, neurono ataugos ilgis gali viršyti 1 m, tačiau jo skersmuo vis tiek atitiks vidutinę reikšmę. Nėra tiesioginio ryšio tarp ląstelės dydžio ir kūno dydžio. Taigi, dramblio ir pelės raumenų ląstelės yra vienodo dydžio.

Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės

Kaip minėta pirmiau, ląstelės turi daug panašių funkcinių savybių ir morfologinių savybių. Kiekvienas iš jų susideda iš į jį panardintos citoplazmos paveldimas aparatas, ir atskirtas nuo išorinės aplinkos plazmos membrana, arba plazmolema, kuris netrukdo medžiagų apykaitos ir energijos procesams. Už membranos ribų ląstelė taip pat gali turėti ląstelės sienelę, susidedančią iš įvairių medžiagų, kuri padeda apsaugoti ląstelę ir yra savotiškas jos išorinis skeletas.

Citoplazma yra visas ląstelės turinys, kuris užpildo erdvę tarp plazminės membranos ir struktūros, kurioje yra genetinė informacija. Jį sudaro pagrindinė medžiaga - hialoplazma- ir į jį panardintos organelės bei inkliuzai. Organelės– tai nuolatiniai ląstelės komponentai, atliekantys tam tikras funkcijas, o inkliuzai – tai komponentai, atsirandantys ir išnykstantys ląstelės gyvavimo metu, atliekantys daugiausia saugojimo ar šalinimo funkcijas. Inkliuzai dažnai skirstomi į kietus ir skystus. Kietieji inkliuzai daugiausia pavaizduoti granulėmis ir gali būti kitokio pobūdžio, o vakuolės ir riebalų lašeliai laikomi skystais intarpais.

Šiuo metu yra du pagrindiniai ląstelių organizavimo tipai: prokariotinė ir eukariotinė.

Prokariotinė ląstelė neturi branduolio, jos genetinė informacija nuo citoplazmos nėra atskirta membranomis.

Citoplazmos sritis, kurioje saugoma genetinė informacija prokariotinėje ląstelėje, vadinama nukleoidas. citoplazmoje prokariotinės ląstelės daugiausia yra vienos rūšies organelės – ribosomos, o membranomis apsuptų organelių visai nėra. Bakterijos yra prokariotai.

Eukariotinė ląstelė yra ląstelė, kurioje bent viename iš vystymosi etapų yra branduolys- speciali struktūra, kurioje yra DNR.

Citoplazma eukariotinės ląstelės skiriasi didele membraninių ir nemembraninių organelių įvairove. Į eukariotinių organizmų apima augalus, gyvūnus ir grybus. Prokariotinių ląstelių dydis, kaip taisyklė, yra eilės tvarka mažesnis nei eukariotinių ląstelių dydis. Dauguma prokariotų yra vienaląsčiai organizmai, o eukariotai yra daugialąsčiai.

Lyginamosios augalų, gyvūnų, bakterijų ir grybų ląstelių struktūros charakteristikos

Be prokariotams ir eukariotams būdingų savybių, augalų, gyvūnų, grybų ir bakterijų ląstelės turi nemažai kitų savybių. Taigi, augalų ląstelėse yra specifinių organelių - chloroplastai, kurios lemia jų gebėjimą fotosintezei, o kituose organizmuose šių organelių nerasta. Žinoma, tai nereiškia, kad kiti organizmai nesugeba fotosintezės, nes, pavyzdžiui, bakterijose tai įvyksta plazmalemos ir atskirų membraninių pūslelių invaginacijose citoplazmoje.

Augalų ląstelėse paprastai yra didelių vakuolių, užpildytų ląstelių sultimis. Gyvūnų, grybų ir bakterijų ląstelėse jų taip pat randama, tačiau jie yra visiškai kitokios kilmės ir atlieka skirtingas funkcijas. Pagrindinė rezervinė medžiaga, randama kietų intarpų pavidalu, yra krakmolas augaluose, glikogenas gyvūnuose ir grybuose bei glikogenas arba volutinas bakterijose.

Kitas skiriamasis ženklas iš šių organizmų grupių yra paviršinio aparato organizacija: gyvūnų organizmų ląstelės neturi ląstelės sienelės, jų plazminė membrana yra padengta tik plonu glikokaliksu, o visi kiti ją turi. Tai visiškai suprantama, nes gyvūnų maitinimosi būdas yra susijęs su maisto dalelių gaudymu fagocitozės procese, o ląstelės sienelės buvimas atimtų iš jų šią galimybę. Cheminė medžiagos, kuri yra ląstelės sienelės dalis, prigimtis nėra tokia pati įvairios grupės gyvi organizmai: jei augaluose tai celiuliozė, tai grybuose – chitinas, o bakterijose – mureinas. Lyginamosios augalų, gyvūnų, grybų ir bakterijų ląstelių struktūros charakteristikos

ženklas	bakterijos	Gyvūnai	Grybai	Augalai
Maitinimo būdas	heterotrofinis arba autotrofinis	Heterotrofinis	Heterotrofinis	autotrofinis
Paveldimos informacijos organizavimas	prokariotai	eukariotų	eukariotų	eukariotų
DNR lokalizacija	Nukleoidas, plazmidės	branduolys, mitochondrijos	branduolys, mitochondrijos	Branduolys, mitochondrijos, plastidai
plazmos membrana	Yra	Yra	Yra	Yra
ląstelių sienelės	Mureinovaya	—	Chitinous	Celiuliozės
Citoplazma	Yra	Yra	Yra	Yra
Organelės	Ribosomos	Membraninis ir nemembraninis, įskaitant ląstelės centrą	Membraninis ir nemembraninis	Membraninė ir nemembraninė, įskaitant plastidus
Judėjimo organelės	Vėliava ir gaureliai	Vėliava ir blakstienos	Vėliava ir blakstienos	Vėliava ir blakstienos
Vakuolės	Retai	susitraukiantis, virškinimo	Kartais	Centrinė vakuolė su ląstelių sultimis
Inkliuzai	Glikogenas, volutinas	Glikogenas	Glikogenas	Krakmolas

Skirtingų laukinės gamtos karalysčių atstovų ląstelių struktūros skirtumai parodyti paveikslėlyje.

Cheminė ląstelės sudėtis. Makro ir mikroelementai. Neorganinių ir organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų, ATP), sudarančių ląstelę, struktūros ir funkcijų ryšys. Cheminių medžiagų vaidmuo ląstelėje ir žmogaus organizme

Cheminė ląstelės sudėtis

Dauguma gyvų organizmų randami cheminiai elementai Periodinė D. I. Mendelejevo elementų sistema, atrasta iki šiol. Viena vertus, juose nėra nė vieno elemento, kurio nebūtų negyvojoje gamtoje, kita vertus, jų koncentracijos negyvosios gamtos kūnuose ir gyvuose organizmuose labai skiriasi.

Šie cheminiai elementai sudaro neorganines ir organines medžiagas. Nepaisant to, kad gyvuose organizmuose vyrauja neorganinės medžiagos, būtent organinės medžiagos lemia jų cheminės sudėties unikalumą ir apskritai gyvybės reiškinį, nes jas daugiausia sintetina organizmai gyvybinės veiklos procese ir vaidina svarbų vaidmenį. reakcijos.

Mokslas tiria organizmų cheminę sudėtį ir juose vykstančias chemines reakcijas. biochemija.

Reikėtų pažymėti, kad cheminių medžiagų kiekis skirtingose ​​ląstelėse ir audiniuose gali labai skirtis. Pavyzdžiui, baltymai vyrauja tarp organinių junginių gyvūnų ląstelėse, o angliavandeniai vyrauja augalų ląstelėse.

Cheminis elementas	Žemės pluta	Jūros vanduo	Gyvieji organizmai
O	49.2	85.8	65-75
C	0.4	0.0035	15-18
H	1.0	10.67	8-10
N	0.04	0.37	1.5-3.0
P	0.1	0.003	0.20-1.0
S	0.15	0.09	0.15-0.2
K	2.35	0.04	0.15-0.4
Ca	3.25	0.05	0.04-2.0
Cl	0.2	0.06	0.05-0.1
mg	2.35	0.14	0.02-0.03
Na	2.4	1.14	0.02-0.03
Fe	4.2	0.00015	0.01-0.015
Zn	< 0.01	0.00015	0.0003
Cu	< 0.01	< 0.00001	0.0002
aš	< 0.01	0.000015	0.0001
F	0.1	2.07	0.0001

Makro ir mikroelementai

Gyvuose organizmuose randama apie 80 cheminių elementų, tačiau tik 27 iš šių elementų atlieka savo funkcijas ląstelėje ir organizme. Likę elementai yra nedideliais kiekiais ir, atrodo, patenka per maistą, vandenį ir orą. Cheminių elementų kiekis organizme labai skiriasi. Pagal koncentraciją jie skirstomi į makroelementus ir mikroelementus.

Kiekvieno iš jų koncentracija makroelementų organizme viršija 0,01 proc., o bendras jų kiekis – 99 proc. Makroelementai yra deguonis, anglis, vandenilis, azotas, fosforas, siera, kalis, kalcis, natris, chloras, magnis ir geležis. Pirmieji keturi iš šių elementų (deguonis, anglis, vandenilis ir azotas) taip pat vadinami organogeninis, nes jie yra pagrindinių organinių junginių dalis. Fosforas ir siera taip pat yra daugelio organinių medžiagų, tokių kaip baltymai ir nukleino rūgštys, komponentai. Fosforas būtinas kaulams ir dantims formuotis.

Be likusių makroelementų normalus organizmo funkcionavimas neįmanomas. Taigi, kalis, natris ir chloras dalyvauja ląstelių sužadinimo procesuose. Kalis taip pat reikalingas daugeliui fermentų funkcionuoti ir išlaikyti vandenį ląstelėje. Kalcio yra augalų ląstelių sienelėse, kauluose, dantyse ir moliuskų kiautuose, jis reikalingas raumenų susitraukimui ir tarpląsteliniam judėjimui. Magnis yra chlorofilo – pigmento, užtikrinančio fotosintezės tėkmę, komponentas. Jis taip pat dalyvauja baltymų biosintezėje. Geležis, be to, kad yra hemoglobino dalis, pernešanti deguonį kraujyje, būtina kvėpavimo ir fotosintezės procesams, taip pat daugelio fermentų veiklai.

mikroelementų organizme yra mažesnės nei 0,01 % koncentracijos, o bendra jų koncentracija ląstelėje nesiekia net 0,1 %. Mikroelementai yra cinkas, varis, manganas, kobaltas, jodas, fluoras ir kt. Cinkas yra kasos hormono molekulės insulino dalis, varis reikalingas fotosintezei ir kvėpavimui. Kobaltas yra vitamino B12 komponentas, kurio trūkumas sukelia anemiją. Jodas būtinas skydliaukės hormonų, užtikrinančių normalią medžiagų apykaitos eigą, sintezei, o fluoras siejamas su danties emalio formavimusi.

Tiek trūkumas, tiek perteklius arba makro- ir mikroelementų apykaitos pažeidimas lemia vystymąsi įvairios ligos. Visų pirma, kalcio ir fosforo trūkumas sukelia rachitą, azoto trūkumas sukelia didelį baltymų trūkumą, geležies trūkumas sukelia anemiją, o jodo trūkumas sukelia skydliaukės hormonų susidarymo pažeidimą ir medžiagų apykaitos sumažėjimą. Fluoro suvartojimo su vandeniu ir maistu sumažinimas dideliu mastu sukelia dantų emalio atsinaujinimo pažeidimą ir dėl to polinkį į ėduonies atsiradimą. Švinas yra toksiškas beveik visiems organizmams. Jo perteklius sukelia negrįžtamą smegenų ir centrinės nervų sistemos pažeidimą, kuris pasireiškia regos ir klausos praradimu, nemiga, inkstų nepakankamumas, traukuliai, taip pat gali sukelti paralyžių ir ligas, tokias kaip vėžys. Ūmus apsinuodijimas švinu lydi staigios haliucinacijos ir baigiasi koma bei mirtimi.

Makro ir mikroelementų trūkumą galima kompensuoti didinant jų kiekį maiste ir geriamas vanduo taip pat vartojant vaistus. Taigi, jodo yra jūros gėrybėse ir joduotoje druskoje, kalcio - kiaušinio lukštas ir tt

Neorganinių ir organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų, ATP), sudarančių ląstelę, struktūros ir funkcijų ryšys. Cheminių medžiagų vaidmuo ląstelėje ir žmogaus organizme

neorganinių medžiagų

Cheminiai ląstelės elementai sudaro įvairius junginius – neorganinius ir organinius. Ląstelės neorganinės medžiagos yra vanduo, mineralinės druskos, rūgštys ir kt., o organinės medžiagos – baltymai, nukleino rūgštys, angliavandeniai, lipidai, ATP, vitaminai ir kt.

Vanduo(H 2 O) – labiausiai paplitusi neorganinė ląstelės medžiaga, turinti unikalių fizikinių ir cheminių savybių. Jis neturi nei skonio, nei spalvos, nei kvapo. Visų medžiagų tankis ir klampumas apskaičiuojami pagal vandenį. Kaip ir daugelis kitų medžiagų, vanduo gali būti trijų agregacijos būsenų: kietos (ledo), skystos ir dujinės (garai). Vandens lydymosi temperatūra yra $ 0 ° $ C, virimo temperatūra yra $ 100 ° $ C, tačiau kitų medžiagų ištirpimas vandenyje gali pakeisti šias charakteristikas. Vandens šiluminė talpa taip pat yra gana didelė - 4200 kJ / mol K, todėl jis gali dalyvauti termoreguliacijos procesuose. Vandens molekulėje vandenilio atomai yra 105 ° $ kampu, o bendras elektronų poras atitraukia labiau elektroneigiamas deguonies atomas. Tai lemia vandens molekulių dipolines savybes (vienas jų galas yra teigiamai įkrautas, kitas – neigiamai) ir vandenilinių ryšių tarp vandens molekulių susidarymo galimybę. Vandens molekulių sukibimas yra paviršiaus įtempimo, kapiliarumo ir vandens, kaip universalaus tirpiklio, savybių pagrindas. Dėl to visos medžiagos skirstomos į tirpias vandenyje (hidrofilines) ir jame netirpias (hidrofobines). Šių dėka unikalių savybių Iš anksto nustatyta, kad vanduo tapo gyvybės Žemėje pagrindu.

Vidutinis vandens kiekis organizmo ląstelėse yra nevienodas ir gali keistis su amžiumi. Taigi pusantro mėnesio amžiaus žmogaus embriono ląstelėse vandens kiekis siekia 97,5%, aštuonių mėnesių amžiaus - 83%, naujagimio jis sumažėja iki 74%, o suaugusio žmogaus - vidutiniškai 66%. Tačiau kūno ląstelės skiriasi vandens kiekiu. Taigi, kauluose yra apie 20% vandens, kepenyse - 70%, o smegenyse - 86%. Apskritai galima sakyti, kad vandens koncentracija ląstelėse yra tiesiogiai proporcinga medžiagų apykaitos greičiui.

mineralinės druskos gali būti ištirpusios arba neištirpusios būsenos. Tirpios druskos disocijuoja į jonus – katijonus ir anijonus. Svarbiausi katijonai yra kalio ir natrio jonai, kurie palengvina medžiagų pernešimą per membraną ir dalyvauja nervinio impulso atsiradime bei laidumoje; taip pat kalcio jonai, dalyvaujantys raumenų skaidulų susitraukimo ir kraujo krešėjimo procesuose; magnis, kuris yra chlorofilo dalis; geležies, kuri yra daugelio baltymų, įskaitant hemoglobiną, dalis. Svarbiausi anijonai yra fosfato anijonas, kuris yra ATP ir nukleorūgščių dalis, ir anglies rūgšties liekana, kuri sušvelnina terpės pH svyravimus. Mineralinių druskų jonai užtikrina ir paties vandens prasiskverbimą į ląstelę, ir jo sulaikymą joje. Jei druskų koncentracija aplinkoje mažesnė nei ląstelėje, tai vanduo prasiskverbia į ląstelę. Jonai taip pat lemia citoplazmos buferines savybes, t.y., jos gebėjimą išlaikyti pastovų šiek tiek šarminį citoplazmos pH, nepaisant nuolatinio rūgščių ir šarminių produktų susidarymo ląstelėje.

Netirpios druskos(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2 ir kt.) yra vienaląsčių ir daugialąsčių gyvūnų kaulų, dantų, kriauklių ir kiautų dalis.

Be to, organizmuose gali susidaryti ir kiti neorganiniai junginiai, tokie kaip rūgštys ir oksidai. Taigi žmogaus skrandžio parietalinės ląstelės gamina druskos rūgštį, kuri suaktyvina virškinimo fermentą pepsiną, o silicio oksidas impregnuoja asiūklių ląstelių sieneles ir formuoja diatomito lukštus. Pastaraisiais metais taip pat buvo tiriamas azoto oksido (II) vaidmuo perduodant signalus ląstelėse ir organizme.

organinės medžiagos

Bendrosios ląstelės organinių medžiagų charakteristikos

Organinės ląstelės medžiagos gali būti pavaizduotos tiek palyginti paprastomis, tiek sudėtingesnėmis molekulėmis. Tais atvejais, kai sudėtinga molekulė (makromolekulė) susidaro iš daug pasikartojančių paprastesnių molekulių, ji vadinama polimeras, ir struktūriniai padaliniai - monomerai. Priklausomai nuo to, ar polimerų vienetai kartojasi, ar ne, jie klasifikuojami kaip reguliarus arba netaisyklingos. Polimerai sudaro iki 90% ląstelės sausosios medžiagos masės. Jie priklauso trims pagrindinėms organinių junginių klasėms – angliavandeniams (polisacharidams), baltymams ir nukleino rūgštims. Įprasti polimerai yra polisacharidai, o baltymai ir nukleorūgštys yra netaisyklingi. Baltymuose ir nukleorūgštyse monomerų seka yra nepaprastai svarbi, nes jie atlieka informacinę funkciją.

Angliavandeniai

Angliavandeniai- tai yra organiniai junginiai, kuriuose daugiausia yra trys cheminiai elementai – anglis, vandenilis ir deguonis, nors kai kuriuose angliavandeniuose taip pat yra azoto arba sieros. Bendra formulė angliavandeniai - C m (H 2 O) n. Jie skirstomi į paprastus ir sudėtingus angliavandenius.

Paprasti angliavandeniai (monosacharidai) turi vieną cukraus molekulę, kurios negalima suskaidyti į paprastesnes. Tai kristalinės medžiagos, saldaus skonio ir gerai tirpios vandenyje. Monosacharidai aktyviai dalyvauja metabolizme ląstelėje ir yra sudėtinių angliavandenių – oligosacharidų ir polisacharidų – dalis.

Monosacharidai klasifikuojami pagal anglies atomų skaičių (C3-C9), pavyzdžiui, pentozės(C 5) ir heksozės(Nuo 6). Pentozės apima ribozę ir dezoksiribozę. Ribose yra RNR ir ATP dalis. Dezoksiribozė yra DNR komponentas. Heksozės (C 6 H 12 O 6) yra gliukozė, fruktozė, galaktozė ir kt. gliukozė(vynuogių cukrus) yra visuose organizmuose, taip pat ir žmogaus kraujyje, nes tai yra energijos rezervas. Jis yra daugelio sudėtingų cukrų dalis: sacharozės, laktozės, maltozės, krakmolo, celiuliozės ir kt. Fruktozė(vaisių cukrus) didžiausiomis koncentracijomis randamas vaisiuose, meduje, cukrinių runkelių šakniavaisiuose. Jis ne tik aktyviai dalyvauja medžiagų apykaitos procesuose, bet ir yra sacharozės bei kai kurių polisacharidų, tokių kaip insulinas, dalis.

Dauguma monosacharidų gali sukelti sidabro veidrodžio reakciją ir redukuoti varį, pridedant Fehlingo skysčio (vario (II) sulfato ir kalio-natrio tartrato tirpalų mišinio) ir verdant.

Į oligosacharidai apima angliavandenius, sudarytus iš kelių monosacharidų liekanų. Paprastai jie taip pat gerai tirpsta vandenyje ir yra saldaus skonio. Pagal šių likučių skaičių išskiriami disacharidai (dvi liekanos), trisacharidai (trys) ir kt.. Disacharidams priskiriama sacharozė, laktozė, maltozė ir kt. sacharozės(runkelių arba cukranendrių cukrus) susideda iš gliukozės ir fruktozės likučių, jo randama kai kurių augalų saugojimo organuose. Ypač daug sacharozės yra cukrinių runkelių ir cukranendrių šaknyse, kur jos gaunamos pramoniniu būdu. Jis naudojamas kaip angliavandenių saldumo etalonas. Laktozė, arba pieno cukraus, susidaro iš gliukozės ir galaktozės likučių, randamų motinos ir karvės pienas. Maltozė(salyklo cukrus) susideda iš dviejų gliukozės likučių. Jis susidaro skaidant polisacharidus augalų sėklose ir augalų sėklose Virškinimo sistemažmogus, naudojamas alaus gamyboje.

Polisacharidai yra biopolimerai, kurių monomerai yra mono- arba disacharidų liekanos. Dauguma polisacharidų netirpsta vandenyje ir skonis nesaldinti. Tai krakmolas, glikogenas, celiuliozė ir chitinas. Krakmolas– Tai balta miltelių pavidalo medžiaga, kurios nesudrėksta vanduo, o užplikius karštu vandeniu susidaro suspensija – pasta. Iš tikrųjų krakmolas susideda iš dviejų polimerų – mažiau šakotosios amilozės ir labiau šakotosios amilopektino (2.9 pav.). Tiek amilozės, tiek amilopektino monomeras yra gliukozė. Krakmolas yra pagrindinė augalų rezervinė medžiaga, kuri dideliais kiekiais kaupiasi sėklose, vaisiuose, gumbuose, šakniastiebiuose ir kituose augalų saugojimo organuose. Kokybinė reakcija į krakmolą yra reakcija su jodu, kai krakmolas nusidažo mėlynai violetine spalva.

Glikogenas(gyvūninis krakmolas) yra atsarginis gyvūnų ir grybų polisacharidas, kurio didžiausias kiekis žmogaus organizme kaupiasi raumenyse ir kepenyse. Jis taip pat netirpsta vandenyje ir skonis nesaldintas. Glikogeno monomeras yra gliukozė. Palyginti su krakmolo molekulėmis, glikogeno molekulės yra dar labiau išsišakojusios.

Celiuliozė, arba celiuliozė, – pagrindinis augalų etaloninis polisacharidas. Celiuliozės monomeras yra gliukozė. Neišsišakojusios celiuliozės molekulės sudaro ryšulius, kurie yra augalų ląstelių sienelių dalis. Celiuliozė yra medienos pagrindas, ji naudojama statybose, tekstilės, popieriaus, alkoholio ir daugelio organinių medžiagų gamyboje. Celiuliozė yra chemiškai inertiška ir netirpsta nei rūgštyse, nei šarmuose. Jo taip pat neskaido žmogaus virškinimo sistemos fermentai, tačiau storojoje žarnoje esančios bakterijos padeda jį suvirškinti. Be to, skaidulos skatina virškinamojo trakto sienelių susitraukimą, padeda pagerinti jo darbą.

Chitinas yra polisacharidas, kurio monomeras yra azoto turintis monosacharidas. Tai yra grybų ir nariuotakojų kriauklių ląstelių sienelių dalis. Žmogaus virškinimo sistemoje taip pat nėra fermento chitinui virškinti, jį turi tik kai kurios bakterijos.

Angliavandenių funkcijos. Angliavandeniai atlieka plastikines (statybines), energetines, kaupimo ir palaikymo funkcijas ląstelėje. Jie sudaro augalų ir grybų ląstelių sieneles. 1 g angliavandenių suskaidymo energetinė vertė yra 17,2 kJ. Gliukozė, fruktozė, sacharozė, krakmolas ir glikogenas yra atsarginės medžiagos. Angliavandeniai taip pat gali būti sudėtinių lipidų ir baltymų dalis, sudarydami glikolipidus ir glikoproteinus, ypač ląstelių membranose. Ne mažiau svarbus yra angliavandenių vaidmuo tarpląsteliniame aplinkos signalų atpažinime ir suvokime, nes jie veikia kaip receptoriai glikoproteinų sudėtyje.

Lipidai

Lipidai yra chemiškai nevienalytė mažos molekulinės masės medžiagų grupė, pasižyminti hidrofobinėmis savybėmis. Šios medžiagos netirpsta vandenyje, sudaro jame emulsijas, bet lengvai tirpsta organiniuose tirpikliuose. Lipidai yra riebūs liesti, daugelis jų palieka būdingus nedžiūvančius pėdsakus ant popieriaus. Kartu su baltymais ir angliavandeniais jie yra vienas iš pagrindinių ląstelių komponentų. Lipidų kiekis skirtingose ​​ląstelėse nevienodas, ypač daug jų kai kurių augalų sėklose ir vaisiuose, kepenyse, širdyje, kraujyje.

Priklausomai nuo molekulės struktūros, lipidai skirstomi į paprastus ir sudėtingus. Į paprastas lipidai apima neutralius lipidus (riebalus), vaškus ir steroidus. Sudėtingas lipidai taip pat turi kitą, nelipidinį komponentą. Svarbiausi iš jų – fosfolipidai, glikolipidai ir kt.

Riebalai yra trihidroalkoholio glicerolio ir aukštesnių riebalų rūgščių esteriai. Daugumoje riebalų rūgščių yra 14-22 anglies atomai. Tarp jų yra ir sočiųjų, ir nesočiųjų, tai yra, turinčių dvigubų ryšių. Iš sočiųjų riebalų rūgščių labiausiai paplitusios palmitino ir stearino rūgštys, o iš nesočiųjų – oleino. Kai kurie nesočiųjų riebalų rūgštisžmogaus organizme nesusintetinami arba sintezuojami nepakankamai, todėl yra nepakeičiami. Glicerolio likučiai sudaro hidrofilines galvutes, o riebalų rūgščių likučiai sudaro hidrofobines uodegas.

Riebalai daugiausia atlieka kaupimo funkciją ląstelėse ir yra energijos šaltinis. Juose gausu poodinio riebalinio audinio, kuris atlieka amortizacines ir termoizoliacines funkcijas, o vandens gyvūnams taip pat didina plūdrumą. Augaliniuose riebaluose daugiausia yra nesočiųjų riebalų rūgščių, dėl to jie yra skysti ir vadinami alyvos. Aliejų yra daugelio augalų sėklose, pavyzdžiui, saulėgrąžų, sojų pupelių, rapsų ir kt.

Vaškai yra riebalų rūgščių ir riebalų alkoholių esteriai ir mišiniai. Augaluose jie sudaro plėvelę lapo paviršiuje, kuri apsaugo nuo išgaravimo, ligų sukėlėjų įsiskverbimo ir kt. Daugelio gyvūnų jie dengia kūną arba padeda kurti korius.

Į steroidai Tai yra lipidai, tokie kaip cholesterolis, esminis ląstelių membranų komponentas, taip pat lytiniai hormonai estradiolis, testosteronas, vitaminas D ir kt.

Fosfolipidai, be glicerolio ir riebalų rūgščių likučių, yra ortofosforo rūgšties likučių. Jie yra ląstelių membranų dalis ir suteikia jiems barjerines savybes.

Glikolipidai taip pat yra membranų komponentai, tačiau jų kiekis ten mažas. Nelipidinė glikolipidų dalis yra angliavandeniai.

Lipidų funkcijos. Lipidai ląstelėje atlieka plastikines (statybines), energetines, kaupimo, apsaugines, šalinimo ir reguliavimo funkcijas, be to, yra vitaminai. Tai yra būtinas ląstelių membranų komponentas. Skaldant 1 g lipidų išsiskiria 38,9 kJ energijos. Jie saugomi įvairūs kūnai augalai ir gyvūnai. Be to, saugo poodinis riebalinis audinys Vidaus organai nuo hipotermijos ar perkaitimo, taip pat šoko. Lipidų reguliavimo funkciją lemia tai, kad kai kurie iš jų yra hormonai. Riebalinis vabzdžių kūnas tarnauja pašalinimui.

Voverės

Voverės– Tai didelės molekulinės masės junginiai, biopolimerai, kurių monomerai yra aminorūgštys, susietos peptidiniais ryšiais.

amino rūgštis vadinamas organiniu junginiu, turinčiu amino grupę, karboksilo grupę ir radikalą. Iš viso gamtoje randama apie 200 aminorūgščių, kurios skiriasi radikalais ir tarpusavio išsidėstymu. funkcines grupes, tačiau tik 20 iš jų gali būti baltymų dalis. Šios aminorūgštys vadinamos proteinogeninis.

Deja, ne visos proteinogeninės aminorūgštys gali būti susintetintos žmogaus organizme, todėl jos skirstomos į keičiamas ir nepakeičiamas. Neesminės aminorūgštysžmogaus organizme susidaro reikiamas kiekis, ir nepakeičiamas– Ne. Jų turi būti su maistu, bet iš dalies gali susintetinti ir žarnyno mikroorganizmai. Yra 8 visiškai nepakeičiamos aminorūgštys: valinas, izoleucinas, leucinas, lizinas, metioninas, treoninas, triptofanas ir fenilalaninas. Nepaisant to, kad augaluose sintetinamos absoliučiai visos proteinogeninės aminorūgštys, augaliniai baltymai yra nepilni, nes juose nėra viso aminorūgščių rinkinio, be to, baltymų buvimas vegetatyvinėse augalų dalyse retai viršija 1-2 proc. masė. Todėl būtina valgyti ne tik augalinės, bet ir gyvulinės kilmės baltymus.

Dviejų aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais, seka vadinama dipeptidas, iš trijų tripeptidas tt Tarp peptidų yra tokių svarbių junginių kaip hormonai (oksitocinas, vazopresinas), antibiotikai ir kt. Daugiau nei dvidešimties aminorūgščių grandinė vadinama polipeptidas, o polipeptidai, kuriuose yra daugiau nei 60 aminorūgščių liekanų, yra baltymai.

Baltymų struktūros organizavimo lygiai. Baltymai gali turėti pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę struktūrą.

Pirminė baltymo struktūra- tai yra linijinė aminorūgščių seka sujungtas peptidine jungtimi. Pirminė struktūra galiausiai nulemia baltymo specifiškumą ir jo unikalumą, nes net jei darysime prielaidą, kad vidutiniame baltyme yra 500 aminorūgščių liekanų, galimų derinių skaičius yra 20 500. Todėl bent vienos amino vietos pasikeitimas rūgštis pirminėje struktūroje reiškia antrinių ir aukštesnių struktūrų pasikeitimą, taip pat viso baltymo savybes.

Struktūrinės baltymo ypatybės lemia jo erdvinį pakavimą – antrinių ir tretinių struktūrų atsiradimą.

antrinė struktūra yra baltymo molekulės erdvinis išsidėstymas formoje spiralės arba raukšlės laikomi vandeniliniais ryšiais tarp skirtingų spiralės posūkių ar klosčių peptidinių grupių deguonies ir vandenilio atomų. Daugelyje baltymų yra daugiau ar mažiau ilgų regionų su antrine struktūra. Tai, pavyzdžiui, plaukų ir nagų keratinas, šilko fibroinas.

Tretinė struktūra voverė ( rutuliukas) taip pat yra erdvinio polipeptidinės grandinės lankstymo forma, kurią palaiko hidrofobinės, vandenilio, disulfidinės (S-S) ir kitos jungtys. Jis būdingas daugumai kūno baltymų, tokių kaip raumenų mioglobinas.

Kvarterinė struktūra- sudėtingiausias, sudarytas iš kelių polipeptidinių grandinių, sujungtų daugiausia tomis pačiomis jungtimis kaip ir tretinėje (hidrofobinės, joninės ir vandenilio), taip pat kitos silpnos sąveikos. Ketvirtinė struktūra būdinga keletui baltymų, tokių kaip hemoglobinas, chlorofilas ir kt.

Molekulės forma yra fibrilinis ir rutuliškas baltymai. Pirmosios yra pailgos, kaip kolagenas jungiamasis audinys arba plaukų ir nagų keratinų. Rutuliniai baltymai yra rutulio (globulių) pavidalo, kaip raumenų mioglobinas.

Paprasti ir sudėtingi baltymai. Baltymai gali būti paprastas ir kompleksas. Paprasti baltymai susideda tik iš aminorūgščių, tuo tarpu kompleksas baltymuose (lipoproteinuose, chromoproteinuose, glikoproteinuose, nukleoproteinuose ir kt.) yra baltyminių ir nebaltyminių dalių. Chromoproteinai turi spalvotą nebaltyminę dalį. Tai apima hemoglobiną, mioglobiną, chlorofilą, citochromus ir kt. Taigi hemoglobino sudėtyje kiekviena iš keturių globino baltymo polipeptidinių grandinių yra susijusi su nebaltymine dalimi - hemu, kurio centre yra geležis. jonas, suteikiantis hemoglobinui raudoną spalvą. Nebaltyminė dalis lipoproteinai yra lipidas ir glikoproteinai- angliavandeniai. Tiek lipoproteinai, tiek glikoproteinai yra ląstelių membranų dalis. Nukleoproteinai yra baltymų ir nukleorūgščių (DNR ir RNR) kompleksai. Jie atlieka svarbiausias funkcijas paveldimos informacijos saugojimo ir perdavimo procesuose.

Baltymų savybės. Daugelis baltymų gerai tirpsta vandenyje, tačiau tarp jų yra ir tokių, kurie tirpsta tik druskų, šarmų, rūgščių ar organinių tirpiklių tirpaluose. Baltymų molekulės struktūra ir funkcinis aktyvumas priklauso nuo aplinkos sąlygų. Baltymų molekulės savo struktūros praradimas išlaikant pirminę vadinamas denatūravimas.

Denatūracija vyksta dėl temperatūros, pH pokyčių, Atmosferos slėgis, veikiant rūgštims, šarmams, druskoms sunkieji metalai, organiniai tirpikliai ir tt Atvirkštinis antrinių ir aukštesnių struktūrų atkūrimo procesas vadinamas renatūracija tačiau tai ne visada įmanoma. Visiškas sunaikinimas baltymų molekulė vadinama sunaikinimas.

Baltymų funkcijos. Baltymai ląstelėje atlieka daugybę funkcijų: plastinės (konstrukcinės), katalizinės (fermentinės), energetinės, signalinės (receptoriaus), susitraukiančios (motorinės), transportavimo, apsauginės, reguliavimo ir saugojimo.

Baltymų kūrimo funkcija yra susijusi su jų buvimu ląstelių membranose ir ląstelės struktūriniuose komponentuose. Energija – dėl to, kad skaidant 1 g baltymų išsiskiria 17,2 kJ energijos. Membraninių receptorių baltymai aktyviai dalyvauja aplinkos signalų suvokime ir jų perdavimu per ląstelę, taip pat tarpląsteliniame atpažinime. Be baltymų ląstelių ir organizmų judėjimas apskritai yra neįmanomas, nes jie sudaro žvynelių ir blakstienų pagrindą, taip pat užtikrina raumenų susitraukimą ir tarpląstelinių komponentų judėjimą. Žmonių ir daugelio gyvūnų kraujyje esantis baltymas hemoglobinas perneša deguonį ir dalį anglies dioksido, o kiti baltymai perneša jonus ir elektronus. Apsauginis baltymų vaidmuo pirmiausia yra susijęs su imunitetu, nes interferono baltymas gali sunaikinti daugybę virusų, o antikūnų baltymai slopina bakterijų ir kitų svetimkūnių vystymąsi. Tarp baltymų ir peptidų yra daug hormonų, pavyzdžiui, kasos hormono insulino, kuris reguliuoja gliukozės koncentraciją kraujyje. Kai kuriuose organizmuose baltymai gali būti laikomi rezerve, pavyzdžiui, ankštinių augalų sėklose arba vištienos kiaušinių baltymai.

Nukleino rūgštys

Nukleino rūgštys yra biopolimerai, kurių monomerai yra nukleotidai. Šiuo metu žinomos dviejų tipų nukleino rūgštys: ribonukleino (RNR) ir dezoksiribonukleino (DNR).

Nukleotidas susidaro iš azoto bazės, pentozės cukraus likučių ir fosforo rūgšties liekanų. Nukleotidų savybes daugiausia lemia jų sudėtį sudarančios azoto bazės, todėl net sąlyginai nukleotidai žymimi pirmosiomis jų pavadinimų raidėmis. Nukleotidų sudėtį gali sudaryti penkios azoto bazės: adeninas (A), guaninas (G), timinas (T), uracilas (U) ir citozinas (C). Nukleotidų pentozės – ribozė ir dezoksiribozė – nulemia, kuris nukleotidas susidarys – ribonukleotidas ar dezoksiribonukleotidas. Ribonukleotidai yra RNR monomerai, jie gali veikti kaip signalinės molekulės (cAMP) ir būti didelės energijos junginių, tokių kaip ATP, dalis, ir kofermentai, tokie kaip NADP, NAD, FAD ir kt., o deoksiribonukleotidai yra DNR dalis.

Dezoksiribonukleorūgštis (DNR)- dvigrandžiai biopolimerai, kurių monomerai yra dezoksiribonukleotidai. Dezoksiribonukleotidų sudėtyje yra tik keturios azoto bazės iš penkių galimų - adeninas (A), timinas (T), guaninas (G) arba citozinas (C), taip pat dezoksiribozės ir fosforo rūgšties liekanos. Nukleotidai DNR grandinėje yra tarpusavyje sujungti per ortofosforo rūgšties liekanas, sudarydami fosfodiesterio ryšį. Kai susidaro dvigrandė molekulė, azoto bazės nukreipiamos į molekulės vidų. Tačiau DNR grandinių susijungimas nevyksta atsitiktinai – skirtingų grandinių azotinės bazės yra tarpusavyje sujungtos vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą: adeninas su timinu jungiasi dviem vandenilinėmis jungtimis (A \u003d T), o guaninas ir citozinas. trimis (G $ ≡ $ C).

Jai buvo nustatytos Įkrovimo taisyklės:

1. DNR nukleotidų, kuriuose yra adenino, skaičius yra lygus nukleotidų, turinčių timiną, skaičiui (A=T).
2. DNR nukleotidų, kuriuose yra guanino, skaičius yra lygus nukleotidų, turinčių citoziną (G$≡$C), skaičiui.
3. Dezoksiribonukleotidų, turinčių adenino ir guanino, suma lygi dezoksiribonukleotidų, turinčių timiną ir citoziną, sumai (A+G = T+C).
4. Dezoksiribonukleotidų, turinčių adenino ir timino, sumos santykis su dezoksiribonukleotidų, turinčių guanino ir citozino, sumos santykis priklauso nuo organizmo tipo.

DNR struktūrą iššifravo F. Crickas ir D. Watsonas ( Nobelio premija fiziologijos arba medicinos srityje, 1962). Pagal jų modelį DNR molekulė yra dešinioji dviguba spiralė. Atstumas tarp nukleotidų DNR grandinėje yra 0,34 nm.

Svarbiausia DNR savybė yra gebėjimas replikuotis (savaiminis padvigubėjimas). Pagrindinė DNR funkcija yra paveldimos informacijos, kuri rašoma nukleotidų sekų pavidalu, saugojimas ir perdavimas. DNR molekulės stabilumą palaiko galingos remonto (atkūrimo) sistemos, tačiau net ir jos nepajėgia visiškai pašalinti neigiamo poveikio, kuris galiausiai sukelia mutacijas. Eukariotinių ląstelių DNR yra sutelkta branduolyje, mitochondrijose ir plastiduose, o prokariotinės ląstelės yra tiesiai citoplazmoje. Branduolinė DNR yra chromosomų pagrindas, ją vaizduoja atviros molekulės. Mitochondrijų, plastidų ir prokariotų DNR yra apskritimo formos.

Ribonukleino rūgštis (RNR)- biopolimeras, kurio monomerai yra ribonukleotidai. Juose taip pat yra keturios azoto bazės – adeninas (A), uracilas (U), guaninas (G) arba citozinas (C), todėl skiriasi nuo DNR viena iš bazių (vietoj timino RNR yra uracilo). Pentozės cukraus likutį ribonukleotiduose vaizduoja ribozė. RNR dažniausiai yra viengrandės molekulės, išskyrus kai kurias virusines. Yra trys pagrindiniai RNR tipai: informacinė arba šabloninė (mRNR, mRNR), ribosominė (rRNR) ir transportinė (tRNR). Visi jie susidaro proceso metu transkripcijos- perrašymas iš DNR molekulių.

ir RNR sudaro mažiausią RNR dalį ląstelėje (2–4%), o tai kompensuoja jų įvairovė, nes vienoje ląstelėje gali būti tūkstančiai skirtingų mRNR. Tai yra vienagrandės molekulės, kurios yra polipeptidinių grandinių sintezės šablonai. Informacija apie baltymo struktūrą juose įrašoma nukleotidų sekų pavidalu, o kiekviena aminorūgštis koduoja nukleotidų tripletą - kodonas.

R RNR yra gausiausias RNR tipas ląstelėje (iki 80%). Jų molekulinė masė vidutiniškai 3000-5000; susidaro branduoliuose ir yra ląstelių organelių – ribosomų – ​​dalis. Atrodo, kad rRNR taip pat vaidina svarbų vaidmenį baltymų sintezėje.

t RNR yra mažiausia iš RNR molekulių, nes joje yra tik 73–85 nukleotidai. Jų dalis viso ląstelių RNR yra apie 16%. tRNR funkcija yra aminorūgščių pernešimas į baltymų sintezės vietą (ribosomose). tRNR molekulės forma primena dobilo lapą. Viename molekulės gale yra vieta aminorūgščiai prijungti, o vienoje iš kilpų yra nukleotidų tripletas, kuris yra komplementarus mRNR kodonui ir nustato, kurią aminorūgštį tRNR nešios. antikodonas.

Visų tipų RNR aktyviai dalyvauja įgyvendinant paveldimą informaciją, kuri iš DNR perrašoma į mRNR, o pastarojoje vyksta baltymų sintezė. tRNR baltymų sintezės procese tiekia aminorūgštis į ribosomas, o rRNR yra tiesiogiai ribosomų dalis.

Adenozino trifosforo rūgštis (ATP) yra nukleotidas, kuriame, be azoto bazės adenino ir ribozės liekanos, yra trys fosforo rūgšties liekanos. Ryšiai tarp paskutinių dviejų fosforo likučių yra makroerginiai (skilimo metu išsiskiria 42 kJ/mol energijos), o standartinė cheminė jungtis skaidant duoda 12 kJ/mol. Jei reikia energijos, ATP makroerginis ryšys suskaidomas, susidaro adenozino difosforo rūgštis (ADP), fosforo liekana ir išsiskiria energija:

ATP + H 2 O $→$ ADP + H 3 PO 4 + 42 kJ.

ADP taip pat gali būti suskaidytas, kad susidarytų AMP (adenozino monofosforo rūgštis) ir fosforo rūgšties liekana:

ADP + H 2 O $→$ AMP + H 3 PO 4 + 42 kJ.

Energijos apykaitos procese (kvėpavimo, fermentacijos metu), taip pat fotosintezės procese ADP prisijungia prie fosforo liekanos ir virsta ATP. ATP atkūrimo reakcija vadinama fosforilinimas. ATP yra universalus energijos šaltinis visiems gyvų organizmų gyvenimo procesams.

Visų gyvų organizmų ląstelių cheminės sudėties tyrimas parodė, kad juose yra tie patys cheminiai elementai, cheminės medžiagos, kurios atlieka tas pačias funkcijas. Be to, jame dirbs iš vieno organizmo į kitą perkelta DNR dalis, o bakterijų ar grybų sintetinamas baltymas žmogaus organizme veiks kaip hormonas ar fermentas. Tai vienas iš organinio pasaulio kilmės vienovės įrodymų.

Ląstelių struktūra. Ląstelės dalių ir organelių sandaros ir funkcijų ryšys yra jos vientisumo pagrindas

Ląstelių struktūra

Prokariotinių ir eukariotinių ląstelių struktūra

Pagrindiniai ląstelių struktūriniai komponentai yra plazminė membrana, citoplazma ir paveldimas aparatas. Atsižvelgiant į organizacijos ypatybes, išskiriami du pagrindiniai ląstelių tipai: prokariotinės ir eukariotinės. Pagrindinis skirtumas tarp prokariotinių ir eukariotinių ląstelių yra jų paveldimo aparato struktūra: prokariotuose jis yra tiesiai citoplazmoje (ši citoplazmos sritis vadinama nukleoidas) ir nėra nuo jo atskirta membraninėmis struktūromis, tuo tarpu eukariotuose didžioji dalis DNR yra sutelkta branduolyje, apsuptame dvigubos membranos. Be to, prokariotinių ląstelių, esančių nukleoide, genetinė informacija yra užfiksuota žiedinėje DNR molekulėje, o eukariotuose DNR molekulės nėra uždaros.

Skirtingai nuo eukariotų, prokariotinių ląstelių citoplazmoje taip pat yra nedidelis kiekis organelių, o eukariotinės ląstelės pasižymi didele šių struktūrų įvairove.

Biologinių membranų sandara ir funkcijos

Biomembranos struktūra. Eukariotinių ląstelių ląsteles ribojančios membranos ir membraniniai organeliai turi bendrą cheminę sudėtį ir struktūrą. Jie apima lipidus, baltymus ir angliavandenius. Membraninius lipidus daugiausia sudaro fosfolipidai ir cholesterolis. Dauguma membraninių baltymų yra sudėtingi baltymai, tokie kaip glikoproteinai. Angliavandeniai membranoje neatsiranda patys, jie yra susiję su baltymais ir lipidais. Membranų storis 7-10 nm.

Pagal šiuo metu priimtą skystosios mozaikos membranos struktūros modelį lipidai sudaro dvigubą sluoksnį arba lipidų bisluoksnis, kuriame lipidų molekulių hidrofilinės „galvutės“ pasuktos į išorę, o hidrofobinės „uodegos“ paslėptos membranos viduje. Šios „uodegos“ dėl savo hidrofobiškumo užtikrina vandeninių fazių atskyrimą vidinė aplinka ląstelė ir jos aplinka. Baltymai yra susieti su lipidais per įvairias sąveikas. Kai kurie baltymai yra membranos paviršiuje. Tokie baltymai vadinami periferinis, arba paviršutiniškas. Kiti baltymai iš dalies arba visiškai panardinami į membraną – tai yra vientisas, arba panardinti baltymai. Membraniniai baltymai atlieka struktūrines, transportavimo, katalizines, receptorines ir kitas funkcijas.

Membranos nėra kaip kristalai, jų komponentai nuolat juda, dėl to tarp lipidų molekulių atsiranda tarpai – poros, pro kurias įvairios medžiagos gali patekti į ląstelę arba iš jos išeiti.

Biologinės membranos skiriasi savo vieta ląstelėje, chemine sudėtimi ir funkcijomis. Pagrindiniai membranų tipai yra plazminė ir vidinė. plazmos membrana yra apie 45% lipidų (įskaitant glikolipidus), 50% baltymų ir 5% angliavandenių. Virš membranos paviršiaus išsikiša angliavandenių grandinės, sudarančios sudėtingus baltymus-glikoproteinus ir kompleksinius lipidus-glikolipidus. Plazmos glikoproteinai yra labai specifiniai. Taigi, pavyzdžiui, per juos yra abipusis ląstelių, įskaitant spermą ir kiaušinėlius, atpažinimas.

Gyvūnų ląstelių paviršiuje angliavandenių grandinės sudaro ploną paviršiaus sluoksnį - glikokaliksas. Jo rasta beveik visose gyvūnų ląstelėse, tačiau jo sunkumas nevienodas (10-50 mikronų). Glikokaliksas užtikrina tiesioginį ląstelės ryšį su išorine aplinka, joje vyksta ekstraląstelinis virškinimas; receptoriai yra glikokaliksuose. Bakterijų, augalų ir grybų ląstelės, be plazmalemos, taip pat yra apsuptos ląstelių membranų.

Vidinės membranos eukariotinės ląstelės riboja skirtingas ląstelės dalis, sudarydamos savotiškus „skyrius“ - skyriai, kuris prisideda prie įvairių medžiagų apykaitos ir energijos procesų atskyrimo. Jie gali skirtis savo chemine sudėtimi ir funkcijomis, tačiau išlaiko bendrą konstrukcijos planą.

Membranos funkcijos:

1. Ribojimas. Tai susideda iš to, kad jie atskiria vidinę ląstelės erdvę nuo išorinės aplinkos. Membrana yra pusiau pralaidi, tai yra, laisvai gali ją įveikti tik tos medžiagos, kurios yra būtinos ląstelei, tuo tarpu yra mechanizmai reikalingoms medžiagoms pernešti.
2. Receptorius. Tai pirmiausia siejama su aplinkos signalų suvokimu ir šios informacijos perkėlimu į ląstelę. Už šią funkciją atsakingi specialūs receptorių baltymai. Membraniniai baltymai taip pat yra atsakingi už ląstelių atpažinimą pagal „draugo arba priešo“ principą, taip pat už tarpląstelinių ryšių formavimąsi, iš kurių labiausiai ištirtos sinapsės. nervų ląstelės.
3. katalizinis. Ant membranų yra išsidėstę daugybė fermentų kompleksų, dėl kurių jose vyksta intensyvūs sintetiniai procesai.
4. Energijos transformavimas. Susijęs su energijos susidarymu, jos kaupimu ATP pavidalu ir išlaidomis.
5. Skirstymas. Membranos taip pat riboja erdvę ląstelės viduje, taip atskirdamos pradines reakcijos medžiagas ir fermentus, galinčius atlikti atitinkamas reakcijas.
6. Tarpląstelinių kontaktų formavimas. Nepaisant to, kad membranos storis yra toks mažas, kad jo negalima atskirti plika akimi, viena vertus, ji yra gana patikimas barjeras jonams ir molekulėms, ypač vandenyje tirpioms, ir, kita vertus, užtikrina jų perkėlimą į ląstelę ir iš jos.
7. Transportas.

membranos transportavimas. Dėl to, kad ląstelės kaip elementarios biologinės sistemos yra atviros sistemos, medžiagų apykaitai ir energijai užtikrinti, homeostazei palaikyti, augimui, dirglumui ir kitiems procesams palaikyti reikalingas medžiagų pernešimas per membraną – membranų pernešimas. Šiuo metu medžiagų pernešimas per ląstelės membraną skirstomas į aktyvų, pasyvų, endo- ir egzocitozę.

Pasyvus transportas yra transporto rūšis, kuri vyksta nenaudojant energijos iš didesnės koncentracijos į mažesnę. Lipiduose tirpios mažos nepolinės molekulės (O 2, CO 2) lengvai prasiskverbia į ląstelę paprasta difuzija. Netirpūs lipiduose, įskaitant įkrautas mažas daleles, pasiima baltymai-nešikliai arba praeina per specialius kanalus (gliukozę, aminorūgštis, K +, PO 4 3-). Šis pasyvaus transporto tipas vadinamas palengvinta difuzija. Vanduo į ląstelę patenka per poras lipidinėje fazėje, taip pat per specialius kanalus, išklotus baltymais. Vandens pernešimas per membraną vadinamas osmosas.

Osmosas yra nepaprastai svarbus ląstelės gyvenime, nes patalpinus jį į tirpalą, kuriame druskų koncentracija didesnė nei ląstelės tirpale, iš ląstelės pradės išeiti vanduo, o gyvojo turinio tūris pradės mažėti. . Gyvūnų ląstelėse ląstelė kaip visuma susitraukia, o augalų ląstelėse citoplazma atsilieka nuo ląstelės sienelės, kuri vadinama. plazmolizė. Ląstelę patalpinus į tirpalą, kuris yra mažiau koncentruotas nei citoplazma, vanduo transportuojamas priešinga kryptimi – į ląstelę. Tačiau yra ribos citoplazminės membranos išplėtimui, ir gyvūninė ląstelė ilgainiui plyšta, o augalo ląstelėje to neleidžia stipri ląstelės sienelė. Reiškinys, kai ląstelės turiniu užpildo visą vidinę ląstelės erdvę, vadinamas deplazmolizė. Ruošiant vaistus reikia atsižvelgti į tarpląstelinės druskos koncentraciją, ypač į veną, nes tai gali pakenkti kraujo ląstelėms (tam, fiziologinis tirpalas su 0,9 % natrio chlorido koncentracija). Tai ne mažiau svarbu auginant ląsteles ir audinius, taip pat gyvūnų ir augalų organus.

aktyvus transportas išleidžiant ATP energiją iš mažesnės medžiagos koncentracijos į didesnę. Tai atliekama specialių baltymų siurblių pagalba. Baltymai per membraną pumpuoja jonus K +, Na +, Ca 2+ ir kitus, kurie prisideda prie svarbiausių organinių medžiagų pernešimo, taip pat nervinių impulsų atsiradimo ir kt.

Endocitozė- tai aktyvus medžiagų įsisavinimo ląstelėje procesas, kurio metu membrana formuoja invaginacijas, o vėliau – membranines pūsleles. fagosomos, kuriuose yra absorbuotų objektų. Tada pirminė lizosoma susilieja su fagosoma ir susidaro antrinė lizosoma, arba fagolizosoma, arba virškinimo vakuolė. Pūslelės turinį skaido lizosomų fermentai, o skilimo produktus ląstelė sugeria ir pasisavina. Nesuvirškintos liekanos iš ląstelės pašalinamos egzocitozės būdu. Yra du pagrindiniai endocitozės tipai: fagocitozė ir pinocitozė.

Fagocitozė yra ląstelės paviršiaus sugavimo ir kietųjų dalelių absorbcijos procesas, ir pinocitozė-skysčiai. Fagocitozė daugiausia pasireiškia gyvūnų ląstelėse (vienaląsčiuose gyvūnuose, žmogaus leukocituose), ji suteikia jiems mitybą, o dažnai ir organizmo apsaugą. Pinocitozės būdu vyksta baltymų, antigenų-antikūnų kompleksų absorbcija imuninių reakcijų procese ir kt.. Tačiau daugelis virusų į ląstelę patenka ir pinocitozės ar fagocitozės būdu. Augalų ir grybų ląstelėse fagocitozė praktiškai neįmanoma, nes juos supa stiprios ląstelių membranos.

Egzocitozė yra atvirkštinis endocitozės procesas. Taip išsiskirti nesuvirškintų likučių maistas iš virškinimo vakuolių, pašalinamos ląstelės ir viso organizmo gyvybei reikalingos medžiagos. Pavyzdžiui, nerviniai impulsai perduodami dėl to, kad neuronas, siunčiantis impulsą, išskiria cheminius pasiuntinius - tarpininkai, o augalų ląstelėse tokiu būdu išsiskiria pagalbiniai ląstelės membranos angliavandeniai.

Augalų ląstelių, grybų ir bakterijų ląstelių sienelės. Už membranos ribų ląstelė gali išskirti tvirtą karkasą – ląstelės membrana, arba ląstelių sienelės.

Augaluose ląstelės sienelę sudaro celiuliozė supakuoti į ryšulius po 50-100 molekulių. Tarpai tarp jų užpildyti vandeniu ir kitais angliavandeniais. Augalų ląstelės membraną perveria kanalėliai - plazmodesmata pro kuriuos praeina endoplazminio tinklo membranos. Plazmodesmata perneša medžiagas tarp ląstelių. Tačiau medžiagų, tokių kaip vanduo, pernešimas gali vykti ir išilgai pačių ląstelių sienelių. Laikui bėgant augalų ląstelių membranoje kaupiasi įvairios medžiagos, įskaitant taninus ar į riebalus panašias medžiagas, o tai lemia pačios ląstelės sienelės ligninimą arba kamštėjimą, vandens išstūmimą ir ląstelių turinio mirtį. Tarp gretimų augalų ląstelių sienelių yra želė pavidalo pagalvėlės – vidurinės plokštės, kurios jas sujungia ir sucementuoja visą augalo kūną. Jie sunaikinami tik vaisių nokimo procese ir nukritus lapams.

Susidaro grybelių ląstelių sienelės chitinas- azoto turintis angliavandenis. Jie yra pakankamai stiprūs ir yra išorinis ląstelės karkasas, bet vis tiek, kaip ir augaluose, užkerta kelią fagocitozei.

Bakterijų ląstelės sienelėje yra angliavandenių su peptidų fragmentais - mureinas tačiau jo turinys labai skiriasi skirtingos grupės bakterijos. Ant ląstelės sienelės gali išsiskirti ir kiti polisacharidai, suformuojant gleivinę kapsulę, kuri apsaugo bakterijas nuo išorinių poveikių.

Apvalkalas nustato ląstelės formą, atlieka mechaninės atramos funkciją, atlieka apsauginę funkciją, suteikia ląstelės osmosines savybes, riboja gyvojo turinio tempimą ir neleidžia ląstelei plyšti, kuri didėja dėl antplūdžio. vandens. Be to, vanduo ir jame ištirpusios medžiagos įveikia ląstelės sienelę prieš patekdamos į citoplazmą arba, atvirkščiai, iš jos išeidamos, o vanduo ląstelės sienelėmis transportuojamas greičiau nei per citoplazmą.

Citoplazma

Citoplazma yra ląstelės vidus. Į jį panardinami visi ląstelės organelės, branduolys ir įvairios atliekos.

Citoplazma jungia visas ląstelės dalis viena su kita, joje vyksta daugybė medžiagų apykaitos reakcijų. Citoplazma yra atskirta nuo aplinkos ir padalinta į skyrius membranomis, tai yra, ląstelės turi membraninę struktūrą. Jis gali būti dviejų būsenų – zolio ir gelio. Sol- tai pusiau skysta, želė pavidalo citoplazmos būsena, kurioje gyvybiniai procesai vyksta intensyviausiai, ir gelis- tankesnė, želatininė būsena, trukdanti cheminių reakcijų eigai ir medžiagų transportavimui.

Skystoji citoplazmos dalis be organelių vadinama hialoplazma. Hialoplazma arba citozolis yra koloidinis tirpalas, kuriame yra tam tikra gana didelių dalelių, tokių kaip baltymai, suspensija, apsupta vandens molekulių dipolių. Šios suspensijos nusėdimas neįvyksta dėl to, kad jie turi tą patį krūvį ir atstumia vienas kitą.

Organelės

Organelės– Tai nuolatiniai ląstelės komponentai, atliekantys tam tikras funkcijas.

Priklausomai nuo struktūrinių savybių, jie skirstomi į membraninius ir nemembraninius. Membrana organelės, savo ruožtu, vadinamos viena membrana (endoplazminis tinklas, Golgi kompleksas ir lizosomos) arba dviguba membrana (mitochondrijos, plastidai ir branduolys). Ne membrana organelės yra ribosomos, mikrovamzdeliai, mikrofilamentai ir ląstelės centras. Iš išvardytų organelių prokariotams būdingos tik ribosomos.

Branduolio sandara ir funkcijos. Branduolys- didelė dviejų membranų organelė, esanti ląstelės centre arba jos periferijoje. Branduolio dydis gali skirtis 3-35 mikronų ribose. Branduolio forma dažniau būna sferinė arba elipsoidinė, tačiau yra ir lazdelių, verpstiškų, pupelių, skiltinių ir net segmentuotų branduolių. Kai kurie tyrinėtojai mano, kad branduolio forma atitinka pačios ląstelės formą.

Dauguma ląstelių turi vieną branduolį, bet, pavyzdžiui, kepenų ir širdies ląstelėse gali būti du, o kai kuriuose neuronų – iki 15. Skeleto raumenų skaidulose dažniausiai yra daug branduolių, tačiau jos nėra ląstelės visa prasme. žodis, nes jie susidaro susiliejus kelioms ląstelėms.

Šerdis yra apsupta branduolinis apvalkalas, o jo vidinė erdvė užpildyta branduolinės sultys, arba nukleoplazma (karioplazma) kuriuose panardinami chromatinas ir branduolys. Branduolys atlieka tokias svarbias funkcijas kaip paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas, taip pat ląstelės gyvybinės veiklos kontrolė.

Branduolio vaidmuo perduodant paveldimą informaciją buvo įtikinamai įrodytas eksperimentais su žaliosiomis dumbliais acetabularia. Vienoje milžiniškoje ląstelėje, kurios ilgis siekia 5 cm, išskiriama skrybėlė, koja ir šakniastiebis. Be to, jame yra tik vienas branduolys, esantis rizoidėje. 1930-aisiais I. Hemmerlingas vienos rūšies žalios spalvos acetabularijos branduolį persodino į kitos rūšies, rudos spalvos, rizoidą, kuriame buvo pašalintas branduolys. Po kurio laiko augalas su persodintu branduoliu užaugino naują kepurėlę, kaip dumbliai – branduolio donoras. Tuo pačiu metu nuo šakniastiebio atsiskyrusi kepurė ar stiebas, kuriame nebuvo branduolio, po kurio laiko mirė.

branduolinis apvalkalas Jį sudaro dvi membranos – išorinė ir vidinė, tarp kurių yra tarpas. Tarpmembraninė erdvė susisiekia su šiurkštaus endoplazminio tinklo ertme, o išorinėje branduolio membranoje gali būti ribosomų. Branduolinis apvalkalas yra persmelktas daugybe porų, apjuostų specialiais baltymais. Per poras pernešamos medžiagos: į branduolį patenka reikalingi baltymai (tarp jų ir fermentai), jonai, nukleotidai ir kitos medžiagos, o iš jo išeina RNR molekulės, atliekiniai baltymai, ribosomų subvienetai. Taigi branduolio apvalkalo funkcijos yra branduolio turinio atskyrimas nuo citoplazmos, taip pat medžiagų apykaitos tarp branduolio ir citoplazmos reguliavimas.

Nukleoplazma vadinamas branduolio turiniu, į kurį panardintas chromatinas ir branduolys. Tai koloidinis tirpalas, chemiškai primenantis citoplazmą. Nukleoplazmos fermentai katalizuoja aminorūgščių, nukleotidų, baltymų ir tt mainus. Nukleoplazma per branduolio poras yra prijungta prie hialoplazmos. Nukleoplazmos, kaip ir hialoplazmos, funkcijos yra užtikrinti visų branduolio struktūrinių komponentų tarpusavio ryšį ir daugelio fermentinių reakcijų įgyvendinimą.

chromatinas vadinamas plonų siūlų ir granulių rinkiniu, panardintų į nukleoplazmą. Jį galima aptikti tik dažant, nes chromatino ir nukleoplazmos lūžio rodikliai yra maždaug vienodi. Siūlinis chromatino komponentas vadinamas euchromatinas, ir granuliuotas heterochromatinas. Euchromatinas yra silpnai sutankintas, nes iš jo skaitoma paveldima informacija, o labiau spiralizuotas heterochromatinas yra genetiškai neaktyvus.

Chromatinas yra struktūrinė chromosomų modifikacija nesidalijančiame branduolyje. Taigi chromosomos branduolyje yra nuolat, tik jų būsena kinta priklausomai nuo funkcijos, kurią branduolys šiuo metu atlieka.

Chromatino sudėtyje daugiausia yra nukleoproteinų (dezoksiribonukleoproteinai ir ribonukleoproteinai), taip pat fermentai, iš kurių svarbiausi yra susiję su nukleorūgščių sinteze, ir kai kurios kitos medžiagos.

Chromatino funkcijos, pirma, yra tam tikram organizmui būdingų nukleino rūgščių, kurios nukreipia specifinių baltymų sintezę, sintezė ir, antra, paveldimų savybių perkėlimas iš motininės ląstelės į dukterines ląsteles, kurioms yra skirtos chromatino gijos. dalijimosi metu supakuota į chromosomas.

branduolys- sferinis kūnas, aiškiai matomas mikroskopu, kurio skersmuo 1-3 mikronai. Jis susidaro chromatino srityse, kurios koduoja informaciją apie rRNR ir ribosomų baltymų struktūrą. Branduolys branduolyje dažnai yra vienas, tačiau tose ląstelėse, kuriose vyksta intensyvūs gyvybiniai procesai, branduolių gali būti du ar daugiau. Branduolių funkcijos yra rRNR sintezė ir ribosomų subvienetų surinkimas, jungiant rRNR su baltymais, gaunamais iš citoplazmos.

Mitochondrijos- dvimembranės apvalios, ovalios arba lazdelės formos organelės, nors randama ir spiralės formos (spermatozoiduose). Mitochondrijos yra iki 1 µm skersmens ir iki 7 µm ilgio. Erdvė mitochondrijų viduje užpildyta matrica. Matrica Tai pagrindinė mitochondrijų medžiaga. Į ją panardinta žiedinė DNR molekulė ir ribosomos. Išorinė mitochondrijų membrana yra lygi ir nepralaidi daugeliui medžiagų. Vidinėje membranoje yra ataugų - cristae, kurie padidina membranų paviršiaus plotą, kad vyktų cheminės reakcijos. Membranos paviršiuje yra daugybė baltymų kompleksų, sudarančių vadinamąją kvėpavimo grandinę, taip pat grybo formos ATP sintetazės fermentai. Mitochondrijose vyksta aerobinis kvėpavimo etapas, kurio metu sintetinamas ATP.

plastidai- didelės dviejų membranų organelės, būdingos tik augalų ląstelėms. Užpildoma vidinė plastidų erdvė stroma, arba matrica. Stromoje yra daugiau ar mažiau išvystyta membraninių pūslelių sistema - tilakoidai, kurie surenkami į krūvas - grūdai, taip pat savo žiedinę DNR molekulę ir ribosomas. Yra keturi pagrindiniai plastidų tipai: chloroplastai, chromoplastai, leukoplastai ir proplastidai.

Chloroplastai– Tai žalios spalvos plastidės, kurių skersmuo 3-10 mikronų, aiškiai matomos pro mikroskopą. Jų yra tik žaliosiose augalų dalyse – lapuose, jaunuose stiebuose, žieduose ir vaisiuose. Chloroplastai dažniausiai būna ovalios arba elipsoidinės formos, bet gali būti ir taurelės, spiralės formos ir net skiltelės formos. Chloroplastų skaičius ląstelėje yra vidutiniškai nuo 10 iki 100 vienetų. Tačiau, pavyzdžiui, kai kuriuose dumbliuose jis gali būti vienas, turi didelį dydį ir sudėtingą formą - tada jis vadinamas chromatoforas. Kitais atvejais chloroplastų skaičius gali siekti kelis šimtus, o jų dydis yra mažas. Chloroplastų spalvą lemia pagrindinis fotosintezės pigmentas - chlorofilas, nors juose yra papildomų pigmentų - karotinoidų. Karotinoidai tampa pastebimi tik rudenį, kai senstančių lapų chlorofilas sunaikinamas. Pagrindinė chloroplastų funkcija yra fotosintezė. Šviesios fotosintezės reakcijos vyksta ant tilaoidinių membranų, ant kurių fiksuojamos chlorofilo molekulės, o tamsiosios – stromoje, kurioje yra daug fermentų.

Chromoplastai yra geltonos, oranžinės ir raudonos spalvos plastidai, turintys karotinoidinių pigmentų. Chromoplastų forma taip pat gali labai skirtis: jie yra vamzdiniai, sferiniai, kristaliniai ir kt. Chromoplastai suteikia spalvą augalų gėlėms ir vaisiams, pritraukia apdulkintojus ir sėklų bei vaisių platintojus.

Leukoplastai– Tai baltos arba bespalvės plastidės, dažniausiai apvalios arba ovalios formos. Jie paplitę nefotosintetinėse augalų dalyse, pavyzdžiui, lapų odelėse, bulvių gumbuose ir kt.. Juose kaupiasi maisto medžiagos, dažniausiai krakmolas, tačiau kai kuriuose augaluose tai gali būti baltymai ar aliejus.

Plastidės augalų ląstelėse susidaro iš proplastidų, kurie jau yra edukacinio audinio ląstelėse ir yra nedideli dviejų membranų kūnai. Ant ankstyvosios stadijos vystymąsi, skirtingų tipų plastidai sugeba virsti viena į kitą: veikiami šviesos, žaliuoja bulvių gumbų ir morkos šaknies chromoplastai.

Plastidės ir mitochondrijos vadinamos pusiau autonominėmis ląstelių organelėmis, nes turi savo DNR molekules ir ribosomas, vykdo baltymų sintezę ir dalijasi nepriklausomai nuo ląstelių dalijimosi. Šios savybės paaiškinamos kilme iš vienaląsčių prokariotinių organizmų. Tačiau mitochondrijų ir plastidų „nepriklausomybė“ yra ribota, nes jų DNR yra per mažai genų laisvam egzistavimui, o likusi informacija yra užkoduota branduolio chromosomose, o tai leidžia valdyti šiuos organelius.

Endoplazminis tinklas (ER), arba endoplazminis tinklas (ER), yra vienos membranos organelė, kuri yra membraninių ertmių ir kanalėlių tinklas, užimantis iki 30% citoplazmos turinio. ER kanalėlių skersmuo yra apie 25–30 nm. Yra dviejų tipų EPS – grubus ir lygus. Grubus XPS perneša ribosomas ir čia sintetinami baltymai. Sklandus EPS neturi ribosomų. Jo funkcija yra lipidų ir angliavandenių sintezė, taip pat toksinių medžiagų transportavimas, saugojimas ir šalinimas. Jis ypač išvystytas tose ląstelėse, kuriose vyksta intensyvūs medžiagų apykaitos procesai, pavyzdžiui, kepenų ląstelėse – hepatocituose – ir griaučių raumenų skaidulose. EPS susintetintos medžiagos transportuojamos į Golgi aparatą. ER taip pat surenkamos ląstelių membranos, tačiau jų formavimas baigiamas Golgi aparate.

Goldžio kompleksas, arba golgi kompleksas, yra vienos membranos organelė, suformuota sistemos plokščios cisternos, kanalėliai ir burbuliukai otsnurovyvayas iš jų. Golgi aparato struktūrinis vienetas yra diktiozomas- cisternų krūva, ant kurios vieno poliaus patenka medžiagos iš ER, o iš priešingo poliaus, patyrusios tam tikras transformacijas, supakuojamos į burbulus ir siunčiamos į kitas kameros dalis. Cisternų skersmuo yra apie 2 mikronus, o mažų burbuliukų - apie 20-30 mikronų. Pagrindinės Golgi komplekso funkcijos yra tam tikrų medžiagų sintezė ir iš ER gaunamų baltymų, lipidų ir angliavandenių modifikavimas (keitimas), galutinis membranų formavimas, taip pat medžiagų pernešimas per ląstelę, ląstelių atsinaujinimas. jo struktūras ir lizosomų susidarymą. Golgi aparatas gavo savo pavadinimą italų mokslininko Camillo Golgi garbei, kuris pirmą kartą atrado šį organoidą (1898).

Lizosomos- mažos iki 1 mikrono skersmens vienos membranos organelės, kuriose yra hidrolizinių fermentų, dalyvaujančių tarpląsteliniame virškinime. Lizosomų membranos šiems fermentams yra prastai pralaidžios, todėl lizosomos atlieka labai tiksliai ir tikslingai jų funkcijas. Taigi jie aktyviai dalyvauja fagocitozės procese, formuodami virškinimo vakuoles, o badaujant ar sugadinus tam tikras ląstelės dalis, jas virškina nepaveikdami kitų. Pastaruoju metu buvo atrastas lizosomų vaidmuo ląstelių mirties procesuose.

Vakuolė- augalų ir gyvūnų ląstelių citoplazmoje esanti ertmė, apribota membrana ir užpildyta skysčiu. Virškinimo ir susitraukimo vakuolės randamos pirmuonių ląstelėse. Pirmieji dalyvauja fagocitozės procese, nes skaido maistines medžiagas. Pastarieji užtikrina vandens ir druskos balanso palaikymą dėl osmoreguliacijos. Daugialąsčiuose gyvūnuose daugiausia randama virškinimo vakuolių.

Augalų ląstelėse vakuolės visada yra, jos yra apsuptos specialia membrana ir užpildytos ląstelių sultimis. Vakuolę supanti membrana savo chemine sudėtimi, struktūra ir funkcijomis yra panaši į plazmos membraną. ląstelių sultys yra įvairių neorganinių ir organinių medžiagų, įskaitant mineralines druskas, vandeninis tirpalas, organinės rūgštys, angliavandeniai, baltymai, glikozidai, alkaloidai ir kt. Vakuolė gali užimti iki 90% ląstelės tūrio ir nustumti branduolį į periferiją. Ši ląstelės dalis atlieka saugojimo, šalinimo, osmosines, apsaugines, lizosomines ir kitas funkcijas, nes kaupia maistines medžiagas ir atliekas, aprūpina vandeniu ir palaiko ląstelės formą bei tūrį, taip pat turi fermentų, skirtų daugelio ląstelių skaidymui. ląstelių komponentai. Be to, biologiškai veikliosios medžiagos vakuolės gali neleisti ėsti šių augalų daugeliui gyvūnų. Kai kuriuose augaluose dėl vakuolių išsipūtimo ląstelės auga tempiant.

Vakuolių yra ir kai kurių grybų bei bakterijų ląstelėse, tačiau jos atlieka tik osmoreguliacijos funkciją, o cianobakterijose palaiko plūdrumą ir dalyvauja azoto pasisavinimo iš oro procesuose.

Ribosomos- mažos nemembraninės organelės, kurių skersmuo 15-20 mikronų, susidedančios iš dviejų subvienetų - didelio ir mažo. Eukariotų ribosomų subvienetai surenkami branduolyje ir tada transportuojami į citoplazmą. Prokariotų, mitochondrijų ir plastidų ribosomos yra mažesnės nei eukariotų. Ribosomų subvienetai apima rRNR ir baltymus.

Ribosomų skaičius ląstelėje gali siekti keliasdešimt milijonų: citoplazmoje, mitochondrijose ir plastidėse jos yra laisvos, o grubioje ER – surištos būsenos. Jie dalyvauja baltymų sintezėje, visų pirma, jie vykdo vertimo procesą - polipeptidinės grandinės biosintezę mRNR molekulėje. Laisvosiose ribosomose sintetinami hialoplazmos baltymai, mitochondrijos, plastidai ir nuosavi ribosomų baltymai, o ribosomose, prijungtose prie šiurkščiojo ER, baltymai yra paverčiami išskyrimui iš ląstelių, membranų surinkimui, lizosomų ir vakuolių susidarymui.

Ribosomos gali būti išsidėsčiusios hialoplazmoje pavieniui arba sujungtos į grupes, tuo pačiu metu sintezuojant kelias polipeptidines grandines vienoje mRNR. Šios ribosomų grupės vadinamos poliribosomos, arba polisomos.

mikrovamzdeliai– Tai cilindrinės tuščiavidurės nemembraninės organelės, prasiskverbiančios per visą ląstelės citoplazmą. Jų skersmuo apie 25 nm, sienelės storis 6-8 nm. Jie sudaryti iš daugybės baltymų molekulių. tubulinas, kurios iš pradžių suformuoja 13 sruogų, primenančių karoliukus, o paskui susijungia į mikrovamzdelį. Mikrovamzdeliai sudaro citoplazminį tinklelį, kuris suteikia ląstelei formą ir tūrį, jungia plazminę membraną su kitomis ląstelės dalimis, užtikrina medžiagų pernešimą per ląstelę, dalyvauja ląstelės ir tarpląstelinių komponentų judėjime, dalijime. genetinės medžiagos. Jie yra ląstelės centro dalis ir judėjimo organelės – žvyneliai ir blakstienos.

mikrofilamentai, arba mikrofilamentai, taip pat yra nemembraninės organelės, tačiau turi siūlinę formą ir susidaro ne iš tubulino, o aktinomą. Jie dalyvauja membranos transportavimo, tarpląstelinio atpažinimo, ląstelės citoplazmos dalijimosi ir jos judėjimo procesuose. Raumenų ląstelėse aktino mikrofilamentų sąveika su miozino gijomis užtikrina susitraukimą.

Mikrovamzdeliai ir mikrofilamentai sudaro vidinį ląstelės karkasą citoskeletas. Tai sudėtingas skaidulų tinklas, kuris suteikia mechaninę atramą plazminei membranai, lemia ląstelės formą, ląstelės organelių išsidėstymą ir jų judėjimą dalijantis ląstelėms.

Ląstelių centras- ne membranos organelės, esančios gyvūnų ląstelėse šalia branduolio; jo nėra augalų ląstelėse. Jo ilgis yra apie 0,2–0,3 µm, o skersmuo – 0,1–0,15 µm. Ląstelės centras susideda iš dviejų centrioliai gulinčios viena kitai statmenose plokštumose, ir spinduliuojanti sfera iš mikrotubulių. Kiekvieną centriolę sudaro devynios mikrovamzdelių grupės, surinktos po tris, t. Ląstelių centras dalyvauja formuojant mikrovamzdelius, dalijant ląstelės paveldimą medžiagą, taip pat formuojant žvynelius ir blakstienas.

Judėjimo organelės. Flagella ir blakstienos yra ląstelių ataugos, padengtos plazmolema. Šios organelės yra pagrįstos devyniomis mikrovamzdelių poromis, esančiomis periferijoje, ir dviem laisvaisiais mikrovamzdeliais centre. Mikrovamzdelius tarpusavyje jungia įvairūs baltymai, užtikrinantys jų koordinuotą nukrypimą nuo ašies – svyravimą. Svyravimai priklauso nuo energijos, tai yra, šiam procesui išleidžiama ATP makroerginių ryšių energija. Prarastų žvynelių ir blakstienų atkūrimas yra funkcija baziniai kūnai, arba kinetosomos esančios jų bazėje.

Blakstienos ilgis yra apie 10-15 nm, o žvynelių ilgis - 20-50 mikronų. Dėl griežtai nukreiptų žvynelių ir blakstienų judesių vyksta ne tik vienaląsčių gyvūnų, spermatozoidų ir kt. judėjimas, bet ir išvalomi kvėpavimo takai, kiaušinėlis juda kartu. kiaušintakiai, nes visos šios žmogaus kūno dalys yra išklotos blakstienų epiteliu.

Inkliuzai

Inkliuzai– Tai nenuolatiniai ląstelės komponentai, kurie susiformuoja ir išnyksta jos gyvavimo eigoje. Tai apima ir atsargines medžiagas, pavyzdžiui, krakmolo arba baltymų grūdelius augalų ląstelėse, glikogeno granules gyvūnų ir grybelių ląstelėse, volutiną bakterijose, riebalų lašus visų tipų ląstelėse ir atliekas, ypač dėl to nesuvirškintus maisto likučius. fagocitozė. , sudarant vadinamuosius liekamuosius kūnus.

Ląstelės dalių ir organelių sandaros ir funkcijų ryšys yra jos vientisumo pagrindas

Kiekviena ląstelės dalis, viena vertus, yra atskira struktūra, turinti specifinę struktūrą ir funkcijas, kita vertus, daugiau sudėtinga sistema vadinama ląstele. Didžioji dalis paveldimos eukariotinės ląstelės informacijos yra sutelkta branduolyje, tačiau pats branduolys negali užtikrinti jos įgyvendinimo, nes tam reikia bent jau citoplazmos, kuri veikia kaip pagrindinė medžiaga, ir ribosomų, kuriose vyksta ši sintezė. . Dauguma ribosomų yra granuliuotame endoplazminiame tinkle, iš kurio baltymai dažniausiai transportuojami į Golgi kompleksą, o vėliau, modifikavus, į tas ląstelės dalis, kurioms jie skirti arba išskiriami. Baltymų ir angliavandenių membraninė pakuotė gali būti integruota į organoidines membranas ir citoplazminę membraną, užtikrinant nuolatinį jų atsinaujinimą. Iš Golgi komplekso taip pat suvarstomos lizosomos ir vakuolės, kurios atlieka svarbiausias funkcijas. Pavyzdžiui, be lizosomų ląstelės greitai virstų savotišku atliekų molekulių ir struktūrų sąvartynu.

Visiems šiems procesams reikalinga energija, kurią gamina mitochondrijos, o augaluose – ir chloroplastai. Ir nors šios organelės yra gana autonomiškos, kadangi turi savo DNR molekules, kai kurie jų baltymai vis dar yra užkoduoti branduolinio genomo ir sintetinami citoplazmoje.

Taigi ląstelė yra neatskiriama jos sudedamųjų dalių, kurių kiekvienas atlieka savo unikalią funkciją, vienybė.

Metabolizmas ir energijos konversija yra gyvų organizmų savybės. Energijos ir plastiko apykaita, jų ryšys. Energijos apykaitos etapai. Fermentacija ir kvėpavimas. Fotosintezė, jos reikšmė, kosminis vaidmuo. Fotosintezės fazės. Šviesos ir tamsios fotosintezės reakcijos, jų santykis. Chemosintezė. Chemosintetinių bakterijų vaidmuo Žemėje

Metabolizmas ir energijos konversija – gyvų organizmų savybės

Ląstelę galima prilyginti miniatiūrinei chemijos gamyklai, kurioje vyksta šimtai ir tūkstančiai cheminių reakcijų.

Metabolizmas- cheminių transformacijų rinkinys, skirtas biologinių sistemų išsaugojimui ir savaiminiam dauginimuisi.

Tai apima medžiagų patekimą į organizmą mitybos ir kvėpavimo metu, ląstelių metabolizmą arba medžiagų apykaitą, taip pat galutinių medžiagų apykaitos produktų paskirstymas.

Metabolizmas yra neatsiejamai susijęs su procesais, kai vienos rūšies energija virsta kita. Pavyzdžiui, fotosintezės procese šviesos energija kaupiama sudėtingų organinių molekulių cheminių ryšių energijos pavidalu, o kvėpavimo procese ji išsiskiria ir išleidžiama naujų molekulių sintezei, mechaniniam ir osmosiniam darbui, išsisklaido šilumos pavidalu ir kt.

Cheminių reakcijų srautą gyvuose organizmuose užtikrina baltyminio pobūdžio biologiniai katalizatoriai - fermentai, arba fermentai. Kaip ir kiti katalizatoriai, fermentai cheminių reakcijų eigą ląstelėje paspartina dešimtis ir šimtus tūkstančių kartų, o kartais net ir padaro jas įmanomas, tačiau nekeičia nei galutinio reakcijos produkto (produktų) pobūdžio, nei savybių bei patys nesikeičia. Fermentai gali būti ir paprasti, ir sudėtingi baltymai, kurie, be baltyminės dalies, apima ir nebaltyminę dalį - kofaktorius (kofermentas). Fermentų pavyzdžiai – seilių amilazė, kuri skaido polisacharidus ilgai kramtant, ir pepsinas, užtikrinantis baltymų virškinimą skrandyje.

Fermentai nuo nebaltyminių katalizatorių skiriasi dideliu veikimo specifiškumu, jų pagalba žymiai padidintu reakcijos greitį, taip pat galimybe reguliuoti veikimą keičiant reakcijos sąlygas ar sąveikaujant su įvairiomis medžiagomis. Be to, sąlygos, kuriomis vyksta fermentinė katalizė, labai skiriasi nuo tų, kuriomis vyksta nefermentinė: 37°C$ temperatūra yra optimali fermentų funkcionavimui žmogaus organizme, slėgis turi būti artimas atmosferiniam ir terpės $pH$ gali gerokai dvejoti. Taigi amilazei būtina šarminė aplinka, o pepsinui – rūgštinė.

Fermentų veikimo mechanizmas yra sumažinti medžiagų (substratų), kurios patenka į reakciją dėl tarpinių fermentų-substratų kompleksų susidarymo, aktyvavimo energiją.

Energijos ir plastiko apykaita, jų ryšys

Metabolizmas susideda iš dviejų ląstelėje vienu metu vykstančių procesų: plastiko ir energijos mainų.

Plastinė medžiagų apykaita (anabolizmas, asimiliacija) yra sintezės reakcijų rinkinys, vykstantis naudojant ATP energiją. Plastinės apykaitos procese sintetinamos ląstelei būtinos organinės medžiagos. Plastinių mainų reakcijų pavyzdžiai yra fotosintezė, baltymų biosintezė ir DNR replikacija (savaiminis padvigubėjimas).

Energijos apykaita (katabolizmas, disimiliacija) yra visuma reakcijų, kurios suskaido sudėtingas medžiagas į paprastesnes. Dėl energijos apykaitos išsiskiria energija, kaupiama ATP pavidalu. Svarbiausi energijos apykaitos procesai yra kvėpavimas ir fermentacija.

Plastikas ir energijos mainai yra neatsiejamai susiję, nes plastiko mainų procese sintetinamos organinės medžiagos ir tam reikia ATP energijos, o energijos apykaitos procese organinės medžiagos dalijasi ir išsiskiria energija, kuri vėliau bus skirta sintezei. procesus.

Organizmai energiją gauna mitybos procese, ją išskiria ir paverčia prieinama forma daugiausia kvėpavimo procese. Pagal mitybos būdą visi organizmai skirstomi į autotrofus ir heterotrofus. Autotrofai gali savarankiškai sintetinti organines medžiagas iš neorganinių, ir heterotrofai naudoti tik paruoštas organines medžiagas.

Energijos apykaitos etapai

Nepaisant energijos apykaitos reakcijų sudėtingumo, ji sąlygiškai skirstoma į tris etapus: parengiamąjį, anaerobinį (be deguonies) ir aerobinį (deguonies).

Ant paruošiamasis etapas polisacharidų, lipidų, baltymų, nukleino rūgščių molekulės skyla į paprastesnes, pvz., gliukozę, glicerolį ir riebalų rūgštis, aminorūgštis, nukleotidus ir kt. Ši stadija gali vykti tiesiai ląstelėse arba žarnyne, iš kur atsiranda suskaidytos medžiagos pristatomos su kraujotaka.

anaerobinis etapas energijos apykaitą lydi tolesnis organinių junginių monomerų skaidymas į dar paprastesnius tarpinius produktus, pavyzdžiui, piruvo rūgštį arba piruvatą. Jai nereikia deguonies, o daugeliui organizmų, gyvenančių pelkių dumble arba žmogaus žarnyne, vienintelis kelias energijos gavimas. Anaerobinis energijos apykaitos etapas vyksta citoplazmoje.

Įvairios medžiagos gali būti skaidomos be deguonies, tačiau gliukozė dažnai yra reakcijų substratas. Jo skilimo be deguonies procesas vadinamas glikolizė. Glikolizės metu gliukozės molekulė netenka keturių vandenilio atomų, t.y. ji oksiduojasi ir susidaro dvi piruvo rūgšties molekulės, dvi ATP molekulės ir dvi redukuoto vandenilio nešiklio $NADH + H^(+)$ molekulės:

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD → 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.

ATP susidarymas iš ADP vyksta dėl tiesioginio fosfato anijono pernešimo iš anksčiau fosforilinto cukraus ir yra vadinamas substrato fosforilinimas.

Aerobinis etapas energijos mainai gali vykti tik esant deguoniui, o bedeguonies skilimo procese susidarę tarpiniai junginiai oksiduojasi iki galutinių produktų (anglies dioksido ir vandens) ir išsiskiria didžioji dalis energijos, sukauptos organinių junginių cheminiuose ryšiuose. . Jis pereina į 36 ATP molekulių makroerginių ryšių energiją. Šis etapas taip pat vadinamas audinių kvėpavimas. Trūkstant deguonies, tarpiniai junginiai paverčiami kitomis organinėmis medžiagomis – procesas vadinamas fermentacija.

Kvėpavimas

Ląstelių kvėpavimo mechanizmas schematiškai parodytas fig.

Aerobinis kvėpavimas vyksta mitochondrijose, o piruvo rūgštis pirmiausia praranda vieną anglies atomą, o tai lydi vieno redukuojančio $NADH + H^(+)$ ir acetilkofermento A (acetil-CoA) molekulės sintezė:

$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.

Acetil-CoA mitochondrijų matricoje dalyvauja cheminių reakcijų grandinėje, kurios visuma vadinama Krebso ciklas (trikarboksirūgšties ciklas, citrinų rūgšties ciklas). Šių transformacijų metu susidaro dvi ATP molekulės, acetil-CoA visiškai oksiduojasi iki anglies dioksido, o jo vandenilio jonai ir elektronai prisijungia prie vandenilio nešėjų $NADH + H^(+)$ ir $FADH_2$. Nešėjai perneša vandenilio protonus ir elektronus į vidines mitochondrijų membranas, kurios sudaro krislas. Nešančių baltymų pagalba į tarpmembraninę erdvę įšvirkščiami vandenilio protonai, o elektronai perkeliami išilgai vadinamosios. kvėpavimo grandinė fermentai, esantys ant vidinės mitochondrijų membranos ir išleidžiami ant deguonies atomų:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Reikėtų pažymėti, kad kai kuriuose kvėpavimo grandinės baltymuose yra geležies ir sieros.

Iš tarpmembraninės erdvės specialių fermentų – ATP sintazių – pagalba vandenilio protonai pernešami atgal į mitochondrijų matricą, o šiuo atveju išsiskirianti energija išleidžiama 34 ATP molekulių sintezei iš kiekvienos gliukozės molekulės. Šis procesas vadinamas oksidacinis fosforilinimas. Mitochondrijų matricoje vandenilio protonai reaguoja su deguonies radikalais, sudarydami vandenį:

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

Deguonies kvėpavimo reakcijų rinkinys gali būti išreikštas taip:

$2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATP.$

Bendra kvėpavimo lygtis atrodo taip:

$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATP.$

Fermentacija

Trūkstant deguonies arba jo trūkstant, vyksta fermentacija. Fermentacija yra evoliuciškai ankstesnis energijos gavimo būdas nei kvėpavimas, tačiau jis energetiškai mažiau pelningas, nes fermentacijos metu susidaro organinės medžiagos, kuriose vis dar yra daug energijos. Yra keletas pagrindinių fermentacijos tipų: pieno rūgštis, alkoholis, acto rūgštis ir tt Taigi, in griaučių raumenys kai fermentacijos metu nėra deguonies, piruvo rūgštis redukuojama į pieno rūgštį, o anksčiau susidarę redukuojantys ekvivalentai sunaudojami ir lieka tik dvi ATP molekulės:

$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.

Fermentacijos metu, naudojant mielių grybus, piruvo rūgštis, esant deguoniui, virsta etilo alkoholiu ir anglies monoksidu (IV):

$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.

Fermentacijos metu su mikroorganizmų pagalba piruvo rūgštis taip pat gali sudaryti acto, sviesto, skruzdžių rūgštis ir kt.

ATP, gautas dėl energijos apykaitos, yra suvartojamas ląstelėje Skirtingos rūšys darbai: cheminiai, osmosiniai, elektriniai, mechaniniai ir reguliavimo. Cheminis darbas susideda iš baltymų, lipidų, angliavandenių, nukleorūgščių ir kitų gyvybiškai svarbių junginių biosintezės. Osmosinis darbas apima absorbcijos ląstelėje ir medžiagų, kurių ekstraląstelinėje erdvėje yra didesnėmis koncentracijomis nei pačioje ląstelėje, pašalinimo iš jos procesus. Elektros darbas yra glaudžiai susijęs su osmosiniu darbu, nes būtent dėl ​​įkrautų dalelių judėjimo per membranas susidaro membranos krūvis ir įgyjamos jaudrumo bei laidumo savybės. Mechaninis darbas yra susijęs su medžiagų ir struktūrų judėjimu ląstelės viduje, taip pat su ląstele kaip visuma. Reguliavimo darbas apima visus procesus, kuriais siekiama koordinuoti procesus ląstelėje.

Fotosintezė, jos reikšmė, kosminis vaidmuo

fotosintezė vadinamas šviesos energijos pavertimo organinių junginių cheminių jungčių energija, dalyvaujant chlorofilui.

Dėl fotosintezės kasmet pagaminama apie 150 milijardų tonų organinių medžiagų ir apie 200 milijardų tonų deguonies. Šis procesas užtikrina anglies cirkuliaciją biosferoje, užkertant kelią anglies dioksido kaupimuisi ir taip užkertant kelią šiltnamio efektui bei Žemės perkaitimui. Dėl fotosintezės susidariusių organinių medžiagų kiti organizmai nevisiškai sunaudoja, nemaža jų dalis per milijonus metų susidarė mineralinių medžiagų telkiniai (kieta ir rusva anglis, nafta). AT paskutiniais laikais rapsų aliejus („biodyzelinas“) ir alkoholis, gautas iš augalų liekanų, taip pat pradėtas naudoti kaip kuras. Iš deguonies, veikiant elektros iškrovoms, susidaro ozonas, kuris sudaro ozono skydą, saugantį visą gyvybę Žemėje nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio.

Mūsų tautietis, iškilus augalų fiziologas K. A. Timiryazevas (1843–1920), fotosintezės vaidmenį pavadino „kosminiu“, nes ji jungia Žemę su Saule (erdve), suteikdama planetai energijos antplūdį.

Fotosintezės fazės. Šviesos ir tamsios fotosintezės reakcijos, jų santykis

1905 metais anglų augalų fiziologas F.Blekmanas atrado, kad fotosintezės greitis negali didėti neribotą laiką, kai kurie faktoriai jį riboja. Remdamasis tuo, jis pasiūlė dviejų fotosintezės fazių egzistavimą: šviesos ir tamsus. Esant mažam šviesos intensyvumui, šviesos reakcijų greitis didėja proporcingai šviesos intensyvumo didėjimui, be to, šios reakcijos nepriklauso nuo temperatūros, nes joms atsirasti nereikia fermentų. Ant tilaoidinių membranų atsiranda šviesos reakcijos.

Tamsiųjų reakcijų greitis, atvirkščiai, didėja kylant temperatūrai, tačiau pasiekus 30°C$ temperatūros slenkstį šis augimas sustoja, o tai rodo šių stromoje vykstančių transformacijų fermentinį pobūdį. Reikėtų pažymėti, kad šviesa taip pat turi tam tikrą poveikį tamsos reakcijoms, nepaisant to, kad jos vadinamos tamsiomis.

Šviesioji fotosintezės fazė vyksta tilaoidinėse membranose, kuriose yra kelių tipų baltymų kompleksai, iš kurių pagrindiniai yra I ir II fotosistemos, taip pat ATP sintazė. Fotosistemų sudėtis apima pigmentų kompleksus, kuriuose, be chlorofilo, yra ir karotinoidų. Karotinoidai sulaiko šviesą tose spektro srityse, kuriose chlorofilas neveikia, taip pat apsaugo chlorofilą nuo sunaikinimo dėl didelio intensyvumo šviesos.

Be pigmentų kompleksų, fotosistemose taip pat yra daug elektronų akceptorių baltymų, kurie paeiliui perkelia elektronus iš chlorofilo molekulių vienas į kitą. Šių baltymų seka vadinama chloroplasto elektronų transportavimo grandinė.

Su II fotosistema siejamas ir specialus baltymų kompleksas, užtikrinantis deguonies išsiskyrimą fotosintezės metu. Šiame deguonį išskiriančiame komplekse yra mangano ir chloro jonų.

AT šviesos fazėšviesos kvantai arba fotonai, patekę ant chlorofilo molekulių, esančių ant tilakoido membranų, perkelia jas į sužadintą būseną, kuriai būdinga daugiau aukšta energija elektronų. Tuo pačiu metu sužadinti elektronai iš I fotosistemos chlorofilo per tarpininkų grandinę perkeliami į vandenilio nešiklį NADP, kuris prideda vandenilio protonų, kurių visada yra vandeniniame tirpale:

$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.

Sumažintas $NADPH + H^(+)$ vėliau bus naudojamas tamsoje. Elektronai iš II fotosistemos chlorofilo taip pat perduodami elektronų transportavimo grandine, tačiau jie užpildo I fotosistemos chlorofilo „elektronų skyles“. II fotosistemos chlorofilo elektronų trūkumas užpildomas atimant vandens molekules iš vandens molekulių. , kuris atsiranda dalyvaujant jau minėtam deguonį išskiriančiam kompleksui. Dėl vandens molekulių irimo, kuris vadinamas fotolizė, susidaro vandenilio protonai ir išsiskiria molekulinis deguonis, kuris yra šalutinis produktas fotosintezė:

$H_2O → 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)O_2$.

Genetinė informacija ląstelėje. Genai, genetinis kodas ir jo savybės. Biosintetinių reakcijų matricinė prigimtis. Baltymų ir nukleorūgščių biosintezė

Genetinė informacija ląstelėje

Savo rūšies dauginimasis yra viena iš pagrindinių gyvųjų savybių. Dėl šio reiškinio panašumas yra ne tik tarp organizmų, bet ir tarp atskirų ląstelių, taip pat jų organelių (mitochondrijų ir plastidžių). Šio panašumo materialusis pagrindas yra DNR, užšifruotos nukleotidų seka, perdavimas genetinė informacija, kuris atliekamas dėl DNR replikacijos (savaiminio padvigubėjimo) procesų. Visos ląstelių ir organizmų savybės ir savybės realizuojamos baltymų dėka, kurių struktūrą pirmiausia lemia DNR nukleotidų sekos. Todėl medžiagų apykaitos procesuose itin svarbią reikšmę turi nukleorūgščių ir baltymų biosintezė. Paveldimos informacijos struktūrinis vienetas yra genas.

Genai, genetinis kodas ir jo savybės

Paveldima informacija ląstelėje nėra monolitinė, ji suskirstyta į atskirus „žodžius“ – genus.

Gene yra pagrindinis genetinės informacijos vienetas.

„Žmogaus genomo“ programos darbai, kurie vienu metu buvo vykdomi keliose šalyse ir buvo baigti šio amžiaus pradžioje, leido suprasti, kad žmogus turi tik apie 25-30 tūkstančių genų, tačiau informacija iš daugumos mūsų DNR niekada neskaitoma, nes joje yra daugybė beprasmių skyrių, pakartojimų ir genų, koduojančių žmogui prasmę praradusius bruožus (uodega, kūno plaukai ir kt.). Be to, buvo iššifruoti keli genai, atsakingi už paveldimų ligų vystymąsi, taip pat genai, skirti tiksliniams vaistams. Tačiau įgyvendinant šią programą gautų rezultatų praktinis pritaikymas atidedamas, kol bus iškoduoti daugiau žmonių genomai ir paaiškės, kuo jie skiriasi.

Vadinami genai, koduojantys pirminę baltymo struktūrą, ribosominę arba pernešamąją RNR struktūrinės ir genai, kurie aktyvuoja arba slopina informacijos skaitymą iš struktūrinių genų, reguliavimo. Tačiau net struktūriniuose genuose yra reguliavimo regionų.

Paveldima organizmų informacija yra užšifruota DNR tam tikrų nukleotidų derinių ir jų sekos pavidalu - genetinis kodas. Jo savybės yra: tripletas, specifiškumas, universalumas, perteklius ir nepersidengimas. Be to, genetiniame kode nėra skyrybos ženklų.

Kiekvieną aminorūgštį DNR koduoja trys nukleotidai. trynukas pavyzdžiui, metioninas yra užkoduotas TAC tripleto, tai yra, tripleto kodu. Kita vertus, kiekvienas tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį, kuri yra jos specifiškumas arba vienareikšmiškumas. Genetinis kodas yra universalus visiems gyviems organizmams, tai yra, paveldimą informaciją apie žmogaus baltymus gali perskaityti bakterijos ir atvirkščiai. Tai liudija organinio pasaulio kilmės vienovę. Tačiau 64 trijų nukleotidų deriniai atitinka tik 20 aminorūgščių, dėl to 2-6 tripletai gali koduoti vieną aminorūgštį, tai yra, genetinis kodas yra perteklinis arba išsigimęs. Trys tripletai neturi atitinkamų aminorūgščių, jie vadinami stop kodonai, nes jie žymi polipeptidinės grandinės sintezės pabaigą.

Bazių seka DNR tripletuose ir jų koduojamos aminorūgštys

*Stop kodonas, nurodantis polipeptidinės grandinės sintezės pabaigą.

Aminorūgščių pavadinimų santrumpos:

Ala – alaninas

Arg – argininas

Asn – asparaginas

Asp – asparto rūgštis

Val – valinas

Jo – histidinas

Gly – glicinas

Gln – glutaminas

Glu - glutamo rūgštis

Ile – izoleucinas

Leu – leucinas

Liz - lizinas

Metas – metioninas

Pro - prolinas

Ser - serinas

Tiras – tirozinas

Tre – treoninas

Trys – triptofanas

Fen – fenilalaninas

cis - cisteinas

Jei pradėsite skaityti genetinę informaciją ne nuo pirmojo nukleotido triplete, o nuo antrojo, tada pasislinks ne tik skaitymo rėmelis, taip susintetintas baltymas bus visiškai kitoks ne tik nukleotidų seka, bet ir struktūra. ir savybes. Tarp trynukų nėra skyrybos ženklų, todėl nėra kliūčių skaitymo rėmelio poslinkiui, o tai atveria galimybes atsirasti ir palaikyti mutacijas.

Biosintetinių reakcijų matricinė prigimtis

Bakterijų ląstelės geba dubliuotis kas 20-30 minučių, o eukariotinės – kasdien ir dar dažniau, o tam reikalingas didelis DNR replikacijos greitis ir tikslumas. Be to, kiekvienoje ląstelėje yra šimtai ir tūkstančiai daugelio baltymų, ypač fermentų, kopijų, todėl jų dauginimuisi „gabalinis“ gamybos būdas yra nepriimtinas. Progresyvesnis būdas yra štampavimas, kuris leidžia gauti daugybę tikslių gaminio kopijų ir taip pat sumažinti jo kainą. Štampavimui reikalinga matrica, kuria daromas įspaudas.

Ląstelėse matricos sintezės principas yra tas, kad naujos baltymų ir nukleino rūgščių molekulės sintetinamos pagal programą, numatytą tų pačių nukleorūgščių (DNR arba RNR) jau egzistuojančių molekulių struktūroje.

Baltymų ir nukleorūgščių biosintezė

DNR replikacija. DNR yra dvigrandis biopolimeras, kurio monomerai yra nukleotidai. Jei DNR biosintezė vyktų pagal fotokopijavimo principą, neišvengiamai atsirastų daugybė paveldimos informacijos iškraipymų ir klaidų, kurios galiausiai sukeltų naujų organizmų mirtį. Todėl DNR dubliavimosi procesas yra skirtingas, pusiau konservatyviu būdu: DNR molekulė išsivynioja, ir ant kiekvienos grandinės pagal komplementarumo principą susintetinama nauja grandinė. DNR molekulės savaiminio dauginimosi procesas, užtikrinantis tikslų paveldimos informacijos kopijavimą ir jos perdavimą iš kartos į kartą, vadinamas replikacija(iš lat. replikacija- pasikartojimas). Dėl replikacijos susidaro dvi absoliučiai tikslios pirminės DNR molekulės kopijos, kurių kiekviena turi po vieną pirminės DNR kopiją.

Replikacijos procesas iš tikrųjų yra labai sudėtingas, nes jame dalyvauja daugybė baltymų. Vieni iš jų išvynioja dvigubą DNR spiralę, kiti nutraukia vandenilinius ryšius tarp komplementarių grandinių nukleotidų, kiti (pavyzdžiui, DNR polimerazės fermentas) atrenka naujus nukleotidus pagal komplementarumo principą ir tt Dvi DNR molekulės susiformavo kaip replikacijos rezultatas dalijimosi metu išsiskiria į dvi dalis.naujai susiformavusios dukterinės ląstelės.

Klaidos replikacijos procese yra itin retos, tačiau jei jos pasitaiko, jas labai greitai pašalina tiek DNR polimerazės, tiek specialūs remonto fermentai, nes bet kokia nukleotidų sekos klaida gali sukelti negrįžtamus baltymo struktūros ir funkcijų pokyčius. ir galiausiai neigiamai paveiktų gyvybingumą nauja ląstelė ar net asmenys.

baltymų biosintezė. Kaip vaizdžiai pasakė iškilus XIX amžiaus filosofas F. Engelsas: „Gyvenimas yra baltyminių kūnų egzistavimo forma“. Baltymų molekulių struktūrą ir savybes lemia pirminė jų struktūra, t.y., DNR užkoduotų aminorūgščių seka. Nuo šios informacijos atkūrimo tikslumo priklauso ne tik paties polipeptido egzistavimas, bet ir visos ląstelės funkcionavimas, todėl baltymų sintezės procesas turi didelę reikšmę. Atrodo, kad tai pats sudėtingiausias sintezės procesas ląstelėje, nes čia dalyvauja iki trijų šimtų skirtingų fermentų ir kitų makromolekulių. Be to, jis teka dideliu greičiu, o tai reikalauja dar didesnio tikslumo.

Yra du pagrindiniai baltymų biosintezės etapai: transkripcija ir vertimas.

Transkripcija(iš lat. transkripcija- perrašymas) yra mRNR molekulių biosintezė DNR šablone.

Kadangi DNR molekulėje yra dvi antilygiagrečios grandinės, nuskaitant informaciją iš abiejų grandinių susidarytų visiškai skirtingos iRNR, todėl jų biosintezė galima tik vienoje iš grandinių, kuri vadinama koduojančia arba kodogenine, priešingai nei antroji. nekoduojantys arba nekodogeniški. Perrašymo procesą užtikrina specialus fermentas RNR polimerazė, kuri pagal komplementarumo principą atrenka RNR nukleotidus. Šis procesas gali vykti tiek branduolyje, tiek savo DNR turinčiose organelėse – mitochondrijose ir plastidėse.

Transkripcijos metu susintetintose iRNR molekulėse vyksta sudėtingas paruošimo transliacijai procesas (mitochondrijų ir plastidų mRNR gali likti organelių viduje, kur vyksta antrasis baltymų biosintezės etapas). iRNR brendimo procese prie jo pritvirtinami pirmieji trys nukleotidai (AUG) ir adenilo nukleotidų uodega, kurios ilgis lemia, kiek baltymų kopijų galima susintetinti tam tikroje molekulėje. Tik tada subrendusios mRNR palieka branduolį per branduolio poras.

Lygiagrečiai citoplazmoje vyksta aminorūgščių aktyvacijos procesas, kurio metu aminorūgštis prisijungia prie atitinkamos laisvos tRNR. Šį procesą katalizuoja specialus fermentas, jis sunaudoja ATP.

Transliacija(iš lat. transliacija- perkėlimas) yra polipeptidinės grandinės biosintezė mRNR šablone, kurioje genetinė informacija paverčiama polipeptidinės grandinės aminorūgščių seka.

Antrasis baltymų sintezės etapas dažniausiai vyksta citoplazmoje, pavyzdžiui, ant šiurkštaus endoplazminio tinklo. Jai atsirasti reikalingas ribosomų buvimas, tRNR aktyvacija, kurios metu jos prijungia atitinkamas aminorūgštis, Mg2+ jonų buvimas, taip pat optimalios aplinkos sąlygos (temperatūra, pH, slėgis ir kt.).

Norėdami pradėti transliuoti inicijavimas) prie sintezei paruoštos mRNR molekulės prijungiamas nedidelis ribosomos subvienetas, o tada pagal komplementarumo principą tRNR, nešanti aminorūgštį metioniną, atrenkama prie pirmojo kodono (AUG). Tik tada prisijungia didysis ribosomos subvienetas. Surinktoje ribosomoje yra du mRNR kodonai, iš kurių pirmasis jau užimtas. Prie greta esančio kodono prijungiama antroji tRNR, taip pat turinti aminorūgštį, po kurios fermentų pagalba tarp aminorūgščių liekanų susidaro peptidinis ryšys. Ribosoma perkelia vieną mRNR kodoną; pirmoji iš tRNR, išlaisvinta iš aminorūgšties, grįžta į citoplazmą kitai aminorūgščiai, o ant likusios tRNR tarsi kabo būsimos polipeptidinės grandinės fragmentas. Kita tRNR prisijungia prie naujo kodono, esančio ribosomoje, procesas kartojasi ir žingsnis po žingsnio polipeptidinė grandinė ilgėja, t.y. pailgėjimas.

Baltymų sintezės pabaiga nutraukimas). Po to atskiriama ribosoma, iRNR ir polipeptidinė grandinė, o naujai susintetintas baltymas įgauna atitinkamą struktūrą ir yra transportuojamas į tą ląstelės dalį, kurioje atliks savo funkcijas.

Vertimas yra labai daug energijos reikalaujantis procesas, nes vienos ATP molekulės energija sunaudojama prijungiant vieną aminorūgštį prie tRNR, o dar kelios naudojamos ribosomai perkelti išilgai mRNR molekulės.

Siekiant pagreitinti tam tikrų baltymų molekulių sintezę, prie mRNR molekulės gali būti nuosekliai prijungtos kelios ribosomos, kurios sudaro vieną struktūrą - polisomas.

Ląstelė yra gyvų būtybių genetinis vienetas. Chromosomos, jų sandara (forma ir dydis) ir funkcijos. Chromosomų skaičius ir jų rūšies pastovumas. Somatinės ir lytinės ląstelės. Ląstelių gyvenimo ciklas: tarpfazė ir mitozė. Mitozė yra somatinių ląstelių dalijimasis. Mejozė. Mitozės ir mejozės fazės. Augalų ir gyvūnų lytinių ląstelių vystymasis. Ląstelių dalijimasis yra organizmų augimo, vystymosi ir dauginimosi pagrindas. Mejozės ir mitozės vaidmuo

Ląstelė yra genetinis gyvybės vienetas

Nepaisant to, kad nukleorūgštys yra genetinės informacijos nešėjas, šios informacijos įgyvendinimas už ląstelės ribų yra neįmanomas, o tai nesunkiai įrodo virusų pavyzdys. Šie organizmai, dažnai turintys tik DNR arba RNR, negali patys daugintis, tam jie turi naudoti paveldimą ląstelės aparatą. Jie net negali prasiskverbti į ląstelę be pačios ląstelės pagalbos, nebent naudojant membranos transportavimo mechanizmus arba dėl ląstelės pažeidimo. Dauguma virusų yra nestabilūs, miršta po kelių valandų buvimo gryname ore. Todėl ląstelė yra genetinis gyvųjų organizmų vienetas, turintis minimalų komponentų rinkinį, skirtą paveldimos informacijos išsaugojimui, modifikavimui ir įgyvendinimui, taip pat jos perdavimui palikuonims.

Dauguma eukariotinės ląstelės genetinės informacijos yra branduolyje. Jo organizavimo ypatybė yra ta, kad, skirtingai nei prokariotinės ląstelės DNR, eukariotinės DNR molekulės nėra uždaros ir sudaro sudėtingus kompleksus su baltymais - chromosomomis.

Chromosomos, jų sandara (forma ir dydis) ir funkcijos

Chromosoma(iš graikų kalbos. chromo- spalva, spalva ir šamas- kūnas) yra ląstelės branduolio struktūra, kurioje yra genų ir yra tam tikra paveldima informacija apie organizmo požymius ir savybes.

Kartais prokariotų žiedinės DNR molekulės dar vadinamos chromosomomis. Chromosomos gali savaime kartotis, turi struktūrinį ir funkcinį individualumą ir išlaiko jį per kelias kartas. Kiekviena ląstelė neša visą paveldimą organizmo informaciją, tačiau veikia tik nedidelė jos dalis.

Chromosomos pagrindas yra dvigrandė DNR molekulė, kupina baltymų. Eukariotuose histono ir nehistono baltymai sąveikauja su DNR, o prokariotuose histono baltymų nėra.

Chromosomos geriausiai matomos šviesos mikroskopu ląstelių dalijimosi metu, kai dėl sutankinimo jos įgauna lazdelės formos kūnus, atskirtus pirminiu susiaurėjimu. centromeras — ant pečių. Chromosoma taip pat gali turėti antrinis susiaurėjimas, kuris kai kuriais atvejais atskiria vadinamąjį palydovas. Chromosomų galai vadinami telomerų. Telomerai neleidžia chromosomų galams sulipti ir užtikrina jų prisitvirtinimą prie branduolio membranos nesidalijančioje ląstelėje. Dalijimosi pradžioje chromosomos padvigubėja ir susideda iš dviejų dukterinių chromosomų - chromatidės pritvirtintas prie centromeros.

Pagal formą išskiriamos lygiarankės, nelygios rankos ir lazdelės formos chromosomos. Chromosomų dydžiai labai skiriasi, tačiau vidutinis chromosomos dydis yra 5 $ × $ 1,4 µm.

Kai kuriais atvejais chromosomose dėl daugybės DNR dubliavimosi yra šimtai ir tūkstančiai chromatidžių: tokios milžiniškos chromosomos vadinamos polietileno. Jie susitinka seilių liaukos Drosophila lervos, taip pat apvaliųjų kirmėlių virškinimo liaukose.

Chromosomų skaičius ir jų rūšies pastovumas. Somatinės ir lytinės ląstelės

Pagal ląstelių teoriją ląstelė yra organizmo struktūros, gyvybės ir vystymosi vienetas. Taigi tokios svarbios gyvų būtybių funkcijos kaip organizmo augimas, dauginimasis ir vystymasis atliekamos ląstelių lygmeniu. Daugialąsčių organizmų ląstelės gali būti skirstomos į somatines ir lytines.

somatinės ląstelės yra visos kūno ląstelės, kurios susidaro dėl mitozinio dalijimosi.

Chromosomų tyrimas leido nustatyti, kad kiekvienos biologinės rūšies organizmo somatinėms ląstelėms būdingas pastovus chromosomų skaičius. Pavyzdžiui, žmogus jų turi 46. Somatinių ląstelių chromosomų rinkinys vadinamas diploidas(2n) arba dvigubai.

lytinių ląstelių, arba gametos, yra specializuotos ląstelės, kurios tarnauja lytiniam dauginimuisi.

Lytinėse ląstelėse visada yra perpus mažiau chromosomų nei somatinėse ląstelėse (žmogaus - 23), todėl lytinių ląstelių chromosomų rinkinys vadinamas haploidas(n) arba vienas. Jo susidarymas yra susijęs su mejoziniu ląstelių dalijimusi.

Somatinių ląstelių DNR kiekis žymimas 2c, o lytinių ląstelių - 1c. Somatinių ląstelių genetinė formulė rašoma kaip 2n2c, o lytis – 1n1c.

Kai kurių somatinių ląstelių branduoliuose chromosomų skaičius gali skirtis nuo jų skaičiaus somatinėse ląstelėse. Jei šis skirtumas didesnis vienu, dviem, trimis ir tt haploidinėmis aibėmis, tada tokios ląstelės vadinamos poliploidas(atitinkamai tri-, tetra-, pentaploidas). Tokiose ląstelėse medžiagų apykaitos procesai dažniausiai būna labai intensyvūs.

Chromosomų skaičius savaime nėra rūšiai būdingas požymis, nes skirtingi organizmai gali turėti vienodą chromosomų skaičių, o giminingi organizmai gali turėti skirtingą skaičių. Pavyzdžiui, maliarinis plazmodis ir arklio apvaliosios kirmėlės turi dvi chromosomas, o žmonės ir šimpanzės turi atitinkamai 46 ir 48.

Žmogaus chromosomos skirstomos į dvi grupes: autosomas ir lytines chromosomas (heterochromosomas). Autosomežmogaus somatinėse ląstelėse yra 22 poros, jos yra vienodos vyrams ir moterims, ir lytinės chromosomos tik viena pora, bet būtent ji nustato individo lytį. Yra dviejų tipų lytinės chromosomos – X ir Y. Moters kūno ląstelės turi dvi X chromosomas, o vyrų – X ir Y.

Kariotipas- tai organizmo chromosomų rinkinio požymių rinkinys (chromosomų skaičius, jų forma ir dydis).

Į sąlyginį kariotipo įrašą įtraukiamas bendras chromosomų skaičius, lytinės chromosomos ir galimi chromosomų rinkinio nukrypimai. Pavyzdžiui, normalaus vyro kariotipas rašomas kaip 46,XY, o normalios moters kariotipas yra 46,XX.

Ląstelių gyvenimo ciklas: tarpfazė ir mitozė

Ląstelės neatsiranda kiekvieną kartą iš naujo, jos susidaro tik dalijantis motininėms ląstelėms. Po atskyrimo dukterinėms ląstelėms užtrunka šiek tiek laiko, kad susiformuotų organelės ir įgautų atitinkamą struktūrą, kuri užtikrintų tam tikros funkcijos atlikimą. Šis laikotarpis vadinamas nokimo.

Laikotarpis nuo ląstelės atsiradimo dėl dalijimosi iki jos dalijimosi ar mirties vadinamas ląstelės gyvavimo ciklas.

Eukariotinėse ląstelėse gyvavimo ciklas skirstomas į du pagrindinius etapus: tarpfazę ir mitozę.

Tarpfazė– tai gyvenimo ciklo laikotarpis, kai ląstelė nesidalija ir funkcionuoja normaliai. Tarpfazė skirstoma į tris periodus: G 1 -, S- ir G 2 - periodus.

G 1 -periodas(presintetinis, postmitozinis) – ląstelių augimo ir vystymosi laikotarpis, kurio metu vyksta aktyvi RNR, baltymų ir kitų medžiagų, reikalingų visapusiškam naujai susidariusios ląstelės gyvybei palaikyti, sintezė. Šio laikotarpio pabaigoje ląstelė gali pradėti ruoštis DNR dubliavimui.

AT S laikotarpis(sintetinis) vyksta DNR replikacijos procesas. Vienintelė chromosomos dalis, kuri nereplikuoja, yra centromeras, todėl susidariusios DNR molekulės visiškai neišsiskiria, o lieka joje pritvirtintos, o dalijimosi pradžioje chromosoma yra X formos. Ląstelės genetinė formulė po DNR dubliavimo yra 2n4c. Taip pat S-periode atsiranda ląstelės centro centriolių padvigubėjimas.

G 2 -periodas(postsintetinis, premitozinis) pasižymi intensyvia RNR, baltymų ir ATP, būtinų ląstelių dalijimosi procesui, sinteze, taip pat centriolių, mitochondrijų ir plastidų atskyrimu. Iki tarpfazės pabaigos chromatinas ir branduolys išlieka aiškiai atskirti, branduolinės membranos vientisumas nepažeidžiamas, organelės nekinta.

Kai kurios organizmo ląstelės gali atlikti savo funkcijas per visą organizmo gyvenimą (mūsų smegenų neuronai, širdies raumenų ląstelės), o kitos egzistuoja trumpai, po to miršta (žarnyno epitelio ląstelės , odos epidermio ląstelės). Vadinasi, organizme nuolat turi vykti ląstelių dalijimosi ir naujų ląstelių susidarymo procesai, kurie pakeistų mirusias. Ląstelės, galinčios dalytis, vadinamos stiebas. Žmogaus kūne jie yra raudonos spalvos kaulų čiulpai, giliuose odos epidermio sluoksniuose ir kitose vietose. Naudodami šias ląsteles galite išauginti naują organą, pasiekti atjauninimo ir klonuoti kūną. Kamieninių ląstelių panaudojimo perspektyvos gana aiškios, tačiau apie moralinius ir etinius šios problemos aspektus vis dar diskutuojama, nes dažniausiai naudojamos embrioninės kamieninės ląstelės, gautos iš abortų metu nužudytų žmogaus embrionų.

Augalų ir gyvūnų ląstelėse interfazės trukmė vidutiniškai yra 10-20 valandų, o mitozė trunka apie 1-2 valandas.

Daugialąsčių organizmų dalijimosi metu dukterinės ląstelės tampa vis įvairesnės, nes skaito informaciją iš vis daugiau genų.

Kai kurios ląstelės ilgainiui nustoja dalytis ir miršta, o tai gali būti dėl tam tikrų funkcijų, pvz., odos epidermio ląstelių ir kraujo ląstelių, atlikimo arba dėl aplinkos veiksnių, ypač patogenų, pažeidimo šioms ląstelėms. Genetiškai užprogramuota ląstelių mirtis vadinama apoptozė o atsitiktinė mirtis yra nekrozė.

Mitozė yra somatinių ląstelių dalijimasis. Mitozės fazės

Mitozė- netiesioginio somatinių ląstelių dalijimosi metodas.

Mitozės metu ląstelė pereina eilę nuoseklių fazių, dėl kurių kiekviena dukterinė ląstelė gauna tą patį chromosomų rinkinį kaip ir motininėje ląstelėje.

Mitozė skirstoma į keturias pagrindines fazes: profazę, metafazę, anafazę ir telofazę. Profazė- ilgiausia mitozės stadija, kurios metu vyksta chromatino kondensacija, dėl kurios išryškėja X formos chromosomos, susidedančios iš dviejų chromatidžių (dukterinių chromosomų). Tokiu atveju branduolys išnyksta, centrioliai nukrypsta link ląstelės polių ir pradeda formuotis mikrovamzdelių achromatino verpstė (verpstė). Profazės pabaigoje branduolinė membrana skyla į atskiras pūsleles.

AT metafazė chromosomos išsirikiuoja išilgai ląstelės pusiaujo su savo centromerais, prie kurių prisitvirtina visiškai susiformavusio dalijimosi verpstės mikrovamzdeliai. Šiame dalijimosi etape chromosomos yra tankiausios ir turi būdingą formą, leidžiančią ištirti kariotipą.

AT anafazė centromeruose vyksta greita DNR replikacija, ko pasekoje chromosomos suskyla ir chromatidės nukrypsta link ląstelės polių, ištemptų mikrovamzdeliais. Chromatidžių pasiskirstymas turi būti visiškai vienodas, nes būtent šis procesas palaiko chromosomų skaičiaus pastovumą kūno ląstelėse.

Ant scenos telofazė dukterinės chromosomos susirenka prie polių, despiralizuojasi, aplink jas iš pūslelių susidaro branduoliniai apvalkalai, naujai susidariusiuose branduoliuose atsiranda branduolių.

Pasidalijus branduoliui, įvyksta citoplazmos dalijimasis - citokinezė, kurio metu daugmaž tolygiai pasiskirsto visos motininės ląstelės organelės.

Taigi, dėl mitozės iš vienos motininės ląstelės susidaro dvi dukterinės ląstelės, kurių kiekviena yra motininės ląstelės genetinė kopija (2n2c).

Sergančiose, pažeistose, senstančiose ląstelėse ir specializuotuose organizmo audiniuose gali vykti kiek kitoks dalijimosi procesas – amitozė. Amitozė paskambino tiesioginis padalijimas eukariotinės ląstelės, kuriose genetiškai lygiavertės ląstelės nesusiformuoja, nes ląstelių komponentai pasiskirsto netolygiai. Jis atsiranda augalų endosperme ir gyvūnams kepenyse, kremzlėje ir akies ragenoje.

Mejozė. Mejozės fazės

Mejozė- tai netiesioginis pirminių lytinių ląstelių (2n2c) dalijimosi būdas, dėl kurio susidaro haploidinės ląstelės (1n1c), dažniausiai lytinės ląstelės.

Skirtingai nuo mitozės, mejozė susideda iš dviejų nuoseklių ląstelių dalijimosi, prieš kiekvieną tarpfazę. Pirmasis mejozės padalijimas (mejozė I) vadinamas sumažinimas, nes šiuo atveju chromosomų skaičius sumažėja perpus, o antrasis dalijimasis (II mejozė) - lygtinė, nes jo proceso metu išsaugomas chromosomų skaičius.

I tarpfazė vyksta panašiai kaip mitozės tarpfazė. Mejozė I yra padalintas į keturias fazes: I fazę, I metafazę, I anafazę ir I telofazę. I fazė Vyksta du pagrindiniai procesai: konjugacija ir kirtimas. Konjugacija- tai homologinių (suporuotų) chromosomų susiliejimo per visą ilgį procesas. Konjugacijos metu susidariusios chromosomų poros išlaikomos iki I metafazės pabaigos.

Perėjimas- homologinių chromosomų homologinių sričių tarpusavio mainai. Dėl kryžminimo chromosomos, kurias organizmas gauna iš abiejų tėvų, įgyja naujų genų derinių, dėl kurių atsiranda genetiškai įvairių palikuonių. Pasibaigus I fazei, kaip ir mitozės fazėje, branduolys išnyksta, centrioliai nukrypsta link ląstelės polių ir suyra branduolio apvalkalas.

AT I metafazė chromosomų poros išsirikiuoja išilgai ląstelės pusiaujo, prie jų centromerų prisitvirtina dalijimosi verpstės mikrovamzdeliai.

AT anafazė I ištisos homologinės chromosomos, susidedančios iš dviejų chromatidžių, išsiskiria į polius.

AT I telofazė aplink chromosomų sankaupas ląstelės poliuose susidaro branduolinės membranos, formuojasi branduoliai.

Citokinezė I užtikrina dukterinių ląstelių citoplazmų dalijimąsi.

Dukterinės ląstelės, susidariusios dėl I mejozės (1n2c), yra genetiškai nevienalytės, nes jų chromosomose, atsitiktinai išsklaidytose į ląstelės polius, yra nevienodų genų.

Lyginamosios mitozės ir mejozės charakteristikos

ženklas	Mitozė	Mejozė
Kokios ląstelės pradeda dalytis?	Somatinė (2n)	Pirminės lytinės ląstelės (2n)
Padalijimų skaičius	1	2
Kiek ir kokių ląstelių susidaro dalijimosi procese?	2 somatinės (2n)	4 seksualiniai (n)
Tarpfazė		Ląstelių paruošimas dalijimuisi, DNR dubliavimui	Labai trumpas, DNR dubliavimasis nevyksta
Fazės		Mejozė I	Mejozė II
Profazė		Gali atsirasti chromosomų kondensacija, branduolio išnykimas, branduolio apvalkalo suirimas, konjugacija ir kryžminimas.	Chromosomų kondensacija, branduolio išnykimas, branduolio apvalkalo irimas
metafazė		Išilgai pusiaujo išsidėsčiusios chromosomų poros, susidaro dalijimosi velenas	Chromosomos išsirikiuoja išilgai pusiaujo, susidaro dalijimosi velenas
Anafazė		Homologinės chromosomos iš dviejų chromatidžių skiriasi link polių	Chromatidės išsiskiria link ašigalių
Telofazė		Chromosomos despiralizuojasi, susidaro nauji branduolio apvalkalai ir branduoliai	Chromosomos despiralizuojasi, susidaro nauji branduolio apvalkalai ir branduoliai

II tarpfazė labai trumpas, nes jame nevyksta DNR padvigubėjimas, tai yra, nėra S periodo.

Mejozė II taip pat skirstomi į keturias fazes: II fazę, II metafazę, II anafazę ir II telofazę. AT II fazė vyksta tie patys procesai kaip ir I fazėje, išskyrus konjugaciją ir perėjimą.

AT II metafazė Chromosomos yra išilgai ląstelės pusiaujo.

AT anafazė II Chromosomos skyla centromeroje, o chromatidės tęsiasi link polių.

AT II telofazė branduolinės membranos ir branduoliai susidaro aplink dukterinių chromosomų sankaupas.

Po to citokinezė II visų keturių dukterinių ląstelių genetinė formulė yra 1n1c, tačiau jos visos turi skirtingą genų rinkinį, kuris yra susikirtimo ir atsitiktinio motinos ir tėvo chromosomų derinio dukterinėse ląstelėse rezultatas.

Augalų ir gyvūnų lytinių ląstelių vystymasis

Gametogenezė(iš graikų kalbos. gameta- žmona, gametos- vyras ir genezė- kilmė, atsiradimas) yra brandžių lytinių ląstelių formavimosi procesas.

Kadangi lytiniam dauginimuisi dažniausiai reikalingi du individai – patelė ir patinas, gaminantys skirtingas lytines ląsteles – kiaušinėlius ir spermatozoidus, tai šių lytinių ląstelių susidarymo procesai turėtų skirtis.

Proceso pobūdis taip pat labai priklauso nuo to, ar jis vyksta augalo ar gyvūno ląstelėje, nes augaluose formuojant lytinėms ląstelėms vyksta tik mitozė, o gyvūnuose vyksta ir mitozė, ir mejozė.

Lytinių ląstelių vystymasis augaluose. Gaubtasėkliuose vyriškos ir moteriškos lytinės ląstelės formuojasi skirtingose ​​žiedo dalyse – atitinkamai kuokelių ir piestelių.

Prieš susiformuojant vyriškoms lytinėms ląstelėms - mikrogametogenezė(iš graikų kalbos. mikros- mažas) - vykstantis mikrosporogenezė, tai yra mikrosporų susidarymas kuokelių dulkėse. Šis procesas yra susijęs su mejoziniu motininės ląstelės dalijimusi, dėl kurio susidaro keturios haploidinės mikrosporos. Mikrogametogenezė yra susijusi su mitoziniu mikrosporų dalijimusi, todėl vyriškas gametofitas iš dviejų ląstelių – didelės. vegetatyvinis(sifonogeninis) ir negilus generatyvinis. Po pasidalijimo vyriškasis gametofitas pasidengia tankiais lukštais ir suformuoja žiedadulkių grūdelius. Kai kuriais atvejais, net žiedadulkių brendimo procese, o kartais tik perkėlus į piestelės stigmą, generacinė ląstelė dalijasi mitotiškai, susidarant dviem nejudrioms vyriškoms lytinėms ląstelėms - sperma. Po apdulkinimo iš vegetatyvinės ląstelės susidaro žiedadulkių vamzdelis, per kurį spermatozoidai prasiskverbia į piestelės kiaušidę apvaisinti.

Moteriškų lytinių ląstelių vystymasis augaluose vadinamas megagametogenezė(iš graikų kalbos. megas- didelis). Jis atsiranda piestelės kiaušidėje, prieš kurią megasporogenezė, ko pasekoje iš branduolyje gulinčios megasporos motininės ląstelės mejozinio dalijimosi būdu susidaro keturios megasporos. Viena iš megasporų mitotiškai dalijasi tris kartus, todėl susidaro moteriškas gametofitas – embriono maišelis su aštuoniais branduoliais. Vėliau išskyrus dukterinių ląstelių citoplazmas, viena iš susidariusių ląstelių tampa kiaušinėliu, kurio šonuose yra vadinamosios sinergidės, priešingame embriono maišelio gale susidaro trys antipodai, o centre. , susiliejus dviem haploidiniams branduoliams, susidaro diploidinė centrinė ląstelė.

Lytinių ląstelių vystymasis gyvūnuose. Gyvūnuose išskiriami du lytinių ląstelių formavimosi procesai – spermatogenezė ir oogenezė.

spermatogenezė(iš graikų kalbos. sperma, spermatozoidai- sėklos ir genezė- kilmė, atsiradimas) yra brandžių vyriškų lytinių ląstelių - spermatozoidų susidarymo procesas. Žmonėms jis atsiranda sėklidėse arba sėklidėse ir skirstomas į keturis laikotarpius: dauginimosi, augimo, brendimo ir formavimosi.

AT veisimosi sezonas pradinės lytinės ląstelės dalijasi mitotiškai, todėl susidaro diploidas spermatogonija. AT augimo laikotarpis spermatogonijos kaupia maistines medžiagas citoplazmoje, didėja ir virsta pirminiai spermatocitai, arba 1-osios eilės spermatocitai. Tik po to jie patenka į mejozę ( brendimo laikotarpis), kuris pirmiausia sukelia du antrinis spermatocitas, arba 2 eilės spermatocitai, o tada - keturios haploidinės ląstelės su gana dideliu citoplazmos kiekiu - spermatidai. AT formavimosi laikotarpis jie netenka beveik visos citoplazmos ir suformuoja žiuželius, kurie virsta spermatozoidais.

spermatozoidai, arba guminukai, - labai mažos mobilios vyriškos lyties ląstelės su galva, kaklu ir uodega.

AT galva, išskyrus šerdį, yra akrosomas- modifikuotas Golgi kompleksas, užtikrinantis kiaušialąstės membranų ištirpimą apvaisinimo metu. AT kaklas yra ląstelės centro centrioliai ir pagrindas arklio uodega formuoja mikrovamzdelius, kurie tiesiogiai palaiko spermatozoidų judėjimą. Jame taip pat yra mitochondrijų, kurios suteikia spermai ATP energijos judėjimui.

Ovogenezė(iš graikų kalbos. JT- kiaušinis ir genezė- kilmė, atsiradimas) yra brandžių moteriškų lytinių ląstelių - kiaušinėlių - formavimosi procesas. Žmonėms jis atsiranda kiaušidėse ir susideda iš trijų laikotarpių: dauginimosi, augimo ir brendimo. Reprodukcijos ir augimo laikotarpiai, panašūs į spermatogenezės laikotarpius, vyksta net ir intrauterinio vystymosi metu. Tuo pačiu metu iš pirminių lytinių ląstelių dėl mitozės susidaro diploidinės ląstelės. oogonija, kurie vėliau virsta diploidiniais pirminiais oocitai, arba 1 eilės oocitai. Mejozė ir vėlesnė citokinezė, atsirandanti brendimo laikotarpis, pasižymi netolygiu motininės ląstelės citoplazmos pasiskirstymu, todėl iš pradžių gaunama antrinis oocitas, arba oocitas 2 eilės, ir pirmasis poliarinis kūnas, o po to iš antrinio oocito – kiaušinėlio, kuriame išsaugo visas maistinių medžiagų atsargas, ir antrojo poliarinio kūno, o pirmasis poliarinis kūnas yra padalintas į du. Poliariniai kūnai pašalina genetinės medžiagos perteklių.

Žmonėms kiaušinėliai gaminami kas 28–29 dienas. Ciklas, susijęs su kiaušialąsčių brendimu ir išsiskyrimu, vadinamas menstruaciniu ciklu.

Kiaušinis- didelė patelė lytinė ląstelė, kuris turi ne tik haploidinį chromosomų rinkinį, bet ir reikšmingą maistinių medžiagų tiekimą tolesniam embriono vystymuisi.

Žinduolių kiaušinėlis yra padengtas keturiomis membranomis, kurios sumažina tikimybę, kad jį sugadins įvairūs veiksniai. Žmogaus kiaušinėlio skersmuo siekia 150–200 mikronų, o stručio – kelis centimetrus.

Ląstelių dalijimasis yra organizmų augimo, vystymosi ir dauginimosi pagrindas. Mitozės ir mejozės vaidmuo

Jei vienaląsčiuose organizmuose dėl ląstelių dalijimosi didėja individų skaičius, tai yra dauginimasis, tai daugialąsčiuose organizmuose šis procesas gali pasireikšti. skirtinga prasmė. Taigi embriono ląstelių dalijimasis, pradedant nuo zigotos, yra biologinis pagrindas tarpusavyje susijusiems augimo ir vystymosi procesams. Panašūs pokyčiai pastebimi ir žmonėms paauglystė kai ne tik padaugėja ląstelių, bet ir įvyksta kokybinis pokytis organizme. Daugialąsčių organizmų dauginimasis taip pat grindžiamas ląstelių dalijimusi, pavyzdžiui, nelytinio dauginimosi metu, dėl šio proceso iš organizmo dalies atsistato visas kūnas, o lytinio dauginimosi metu gametogenezės metu susidaro lytinės ląstelės, vėliau duodančios a. naujas organizmas. Pažymėtina, kad pagrindiniai eukariotinių ląstelių dalijimosi metodai – mitozė ir mejozė – turi skirtingą reikšmę organizmų gyvavimo ciklams.

Dėl mitozės tarp dukterinių ląstelių tolygiai pasiskirsto paveldima medžiaga – tikslios motinos kopijos. Be mitozės daugialąsčių organizmų, besivystančių iš vienos ląstelės, zigotos, egzistavimas ir augimas būtų neįmanomas, nes visos tokių organizmų ląstelės turi turėti tą pačią genetinę informaciją.

Dalijimosi procese dukterinės ląstelės tampa vis įvairesnės struktūros ir funkcijų, o tai siejama su naujų genų grupių aktyvavimu jose dėl tarpląstelinės sąveikos. Taigi mitozė yra būtina organizmo vystymuisi.

Šis ląstelių dalijimosi būdas būtinas pažeistų audinių, taip pat organų nelytinio dauginimosi ir regeneracijos (atstatymo) procesams.

Mejozė savo ruožtu užtikrina kariotipo pastovumą lytinio dauginimosi metu, nes per pusę sumažėja chromosomų rinkinys prieš lytinį dauginimąsi, kuris vėliau atsistato dėl apvaisinimo. Be to, mejozė sukelia naujų tėvų genų derinių atsiradimą dėl dukterinių ląstelių chromosomų kryžminimo ir atsitiktinio derinio. Dėl šios priežasties palikuonys yra genetiškai įvairus, o tai suteikia medžiagos natūraliai atrankai ir yra materialus evoliucijos pagrindas. Viena vertus, pasikeitus chromosomų skaičiui, formai ir dydžiui, gali atsirasti įvairių organizmo vystymosi nukrypimų ir net mirti, kita vertus, gali atsirasti individų. labiau prisitaikę prie aplinkos.

Taigi ląstelė yra organizmų augimo, vystymosi ir dauginimosi vienetas.

Dauguma gyvų organizmų turi ląstelinę struktūrą. Ląstelė yra struktūrinis ir funkcinis gyvybės vienetas. Jai būdingi visi gyvų organizmų požymiai ir funkcijos: medžiagų apykaita ir energija, augimas, dauginimasis, savireguliacija. Ląstelės skiriasi forma, dydžiu, funkcijomis, medžiagų apykaitos tipu (47 pav.).

Ryžiai. 47. Ląstelių įvairovė: 1 - žalia euglena; 2 - bakterija; 3 - lapų minkštimo augalinė ląstelė; 4 - epitelio ląstelė; 5 - nervų ląstelė

Ląstelių dydžiai svyruoja nuo 3-10 iki 100 µm (1 µm = 0,001 m). Mažiau nei 1-3 mikronų dydžio ląstelės susitinka rečiau. Taip pat yra milžiniškų ląstelių, kurių dydis siekia kelis centimetrus. Ląstelių forma taip pat labai įvairi: sferinė, cilindrinė, ovali, verpstės formos, žvaigždiška ir kt. Tačiau tarp visų ląstelių yra daug bendro. Jie turi tą pačią cheminę sudėtį ir bendrą struktūros planą.

Cheminė ląstelės sudėtis. Iš visų žinomų cheminių elementų gyvuose organizmuose yra apie 20, o 4 iš jų dalis: deguonis, anglis, vandenilis ir azotas - sudaro iki 95%. Šie elementai vadinami biogeniniais elementais. Iš neorganinių medžiagų, sudarančių gyvus organizmus, svarbiausias yra vanduo. Jo kiekis ląstelėje svyruoja nuo 60 iki 98%. Be vandens, ląstelėje yra ir mineralų, daugiausia jonų pavidalu. Tai geležies, jodo, chloro, fosforo, kalcio, natrio, kalio ir kt.

Be neorganinių medžiagų, ląstelėje yra ir organinių medžiagų: baltymų, lipidų (riebalų), angliavandenių (cukrų), nukleino rūgščių (DNR, RNR). Jie sudaro didžiąją ląstelės dalį. Svarbiausios organinės medžiagos yra nukleino rūgštys ir baltymai. Nukleino rūgštys (DNR ir RNR) dalyvauja perduodant paveldimą informaciją, baltymų sintezę ir reguliuojant visus ląstelės gyvybės procesus.

Voverės atlieka daugybę funkcijų: pastato, reguliavimo, transporto, sutraukiamosios, apsauginės, energetinės. Tačiau svarbiausia yra fermentinė baltymų funkcija.

Fermentai– Tai biologiniai katalizatoriai, kurie pagreitina ir reguliuoja įvairias chemines reakcijas, vykstančias gyvuose organizmuose. Nė viena gyvos ląstelės reakcija nevyksta be fermentų dalyvavimo.

Lipidai ir angliavandenių atlieka daugiausia statybines ir energetines funkcijas, yra rezervinės organizmo maistinės medžiagos.

Taigi, fosfolipidai Kartu su baltymais jie sukuria visas ląstelės membranines struktūras. Didelės molekulinės masės angliavandeniai – celiuliozė formuoja augalų ir grybų ląstelių sienelę.

Riebalai, krakmolas ir glikogeno yra rezervinės maistinės medžiagos ląstelei ir visam organizmui. Gliukozė, fruktozė, sacharozė ir kt Sachara yra augalų šaknų ir lapų, vaisių dalis. gliukozė yra būtinas žmonių ir daugelio gyvūnų kraujo plazmos komponentas. Organizme skaidant angliavandenius ir riebalus išsiskiria didelis energijos kiekis, būtinas gyvybiniams procesams.

Ląstelių struktūros. Ląstelė susideda iš išorinės ląstelės membranos, citoplazmos su organelėmis ir branduolio (48 pav.).

Ryžiai. 48. Gyvūno (A) ir augalo (B) ląstelės struktūros kombinuota schema: 1 - apvalkalas; 2 - išorinė ląstelės membrana 3 - branduolys; 4 - chromatinas; 5 - branduolys; 6 - endoplazminis tinklas (lygus ir granuliuotas); 7 - mitochondrijos; 8 - chloroplastai; 9 - Goldžio kompleksas; 10 - lizosoma; 11 - ląstelių centras; 12 - ribosomos; 13 - vakuolė; 14 - citoplazma

išorinė ląstelės membrana- tai viena membrana ląstelės struktūra, kuris riboja visų organizmų ląstelių gyvąjį turinį. Turėdamas selektyvų pralaidumą, apsaugo ląstelę, reguliuoja medžiagų srautą ir mainus su išorine aplinka, palaiko tam tikrą ląstelės formą. Ląstelės augalų organizmai, grybai, be membranos išorėje, dar turi ir apvalkalą. Ši negyva ląstelinė struktūra susideda iš celiuliozės augaluose ir chitino grybuose, suteikia ląstelei tvirtumo, saugo ją, yra augalų ir grybų „skeletas“.

AT citoplazma, pusiau skystas ląstelės turinys, yra visos organelės.

Endoplazminis Tinklelis prasiskverbia į citoplazmą, užtikrindamas ryšį tarp atskirų ląstelės dalių ir medžiagų pernešimą. Yra lygus ir granuliuotas EPS. Granuliuotame ER yra ribosomų.

Ribosomos– Tai nedideli grybo formos kūnai, ant kurių ląstelėje vyksta baltymų sintezė.

Goldžio kompleksas užtikrina susintetintų medžiagų pakavimą ir pašalinimą iš ląstelės. Be to, iš jo formuojasi struktūros lizosomos.Šiuose sferiniuose kūnuose yra fermentų, kurie suskaido į ląstelę patenkančias maistines medžiagas, leidžiančias virškinti ląstelėje.

Mitochondrijos- Tai yra pusiau autonominės pailgos formos membraninės struktūros. Jų skaičius ląstelėse yra skirtingas ir didėja dėl dalijimosi. Mitochondrijos yra ląstelės stiprybės. Kvėpavimo procese jose įvyksta galutinė medžiagų oksidacija su atmosferos deguonimi. Šiuo atveju išsiskirianti energija kaupiama ATP molekulėse, kurių sintezė vyksta šiose struktūrose.

chloroplastai, pusiau autonominės membranos organelės, būdingos tik augalų ląstelėms. Chloroplastai yra žalios spalvos dėl pigmento chlorofilo, jie užtikrina fotosintezės procesą.

Be chloroplastų augalų ląstelės turi ir vakuolės užpildytas ląstelių sultimis.

Ląstelių centras dalyvauja ląstelių dalijimosi procese. Jį sudaro du centrioliai ir centrosfera. Dalijimosi metu jie suformuoja dalijimosi verpstės siūlus ir užtikrina tolygų chromosomų pasiskirstymą ląstelėje.

Branduolys yra ląstelių veiklos reguliavimo centras. Branduolys yra atskirtas nuo citoplazmos branduoline membrana, kuri turi poras. Jo viduje užpildyta karioplazma, kurioje yra DNR molekulės, užtikrinančios paveldimos informacijos perdavimą. Čia vyksta DNR, RNR, ribosomų sintezė. Dažnai branduolyje galima pamatyti vieną ar daugiau tamsių suapvalėjusių darinių – tai yra branduoliai. Čia susidaro ir kaupiasi ribosomos. Branduolyje DNR molekulių nesimato, nes jos yra plonų chromatino gijų pavidalo. Prieš dalijimąsi DNR spiralizuojasi, sutirštėja, sudaro kompleksus su baltymu ir virsta aiškiai matomomis dariniais – chromosomomis (49 pav.). Paprastai ląstelės chromosomos yra suporuotos, identiškos formos, dydžio ir paveldimos informacijos. Suporuotos chromosomos vadinamos homologiškas. Dvigubas chromosomų rinkinys vadinamas diploidas. Kai kuriose ląstelėse ir organizmuose yra vienas nesuporuotas rinkinys, vadinamas haploidas.

Ryžiai. 49. A - chromosomos struktūra: 1 - centromeras; 2 - chromosomų rankos; 3 - DNR molekulės; 4 - seserinės chromatidės B - chromosomų tipai: 1 - lygiapečiai; 2 - daugiapečiai; 3 - vienas petys

Kiekvieno tipo organizmo chromosomų skaičius yra pastovus. Taigi žmogaus ląstelėse yra 46 chromosomos (23 poros), kviečių ląstelėse – 28 (14 porų), balandžių ląstelėse – 80 (40 porų). Šiuose organizmuose yra diploidinis chromosomų rinkinys. Kai kurie organizmai, tokie kaip dumbliai, samanos, grybai, turi haploidinį chromosomų rinkinį. Visų organizmų lytinės ląstelės yra haploidinės.

Be išvardytų, kai kurios ląstelės turi specifinių organelių - blakstienos ir žvyneliai, užtikrina judėjimą daugiausia vienaląsčiuose organizmuose, tačiau jų yra ir kai kuriose daugialąsčių organizmų ląstelėse. Pavyzdžiui, žvyneliai randami Euglena green, Chlamydomonas, kai kuriose bakterijose, o blakstienos - gyvūnų ciliarinio epitelio ląstelėse.

| |
§ 43. Pagrindiniai gyvenimo kriterijai§ 45. Ląstelių gyvybinės veiklos ypatumai

Panašūs puslapiai

Gyvų organizmų cheminė sudėtis

Gyvų organizmų cheminė sudėtis gali būti išreikšta dviem formomis: atomine ir molekuline. Atominė (elementinė) sudėtis rodo gyvus organizmus sudarančių elementų atomų santykį. Molekulinė (medžiaginė) sudėtis atspindi medžiagų molekulių santykį.

Cheminiai elementai yra ląstelių dalis neorganinių ir organinių medžiagų jonų ir molekulių pavidalu. Svarbiausios neorganinės medžiagos ląstelėje yra vanduo ir mineralinės druskos, svarbiausios organinės medžiagos – angliavandeniai, lipidai, baltymai ir nukleorūgštys.

Vanduo yra vyraujanti visų gyvų organizmų sudedamoji dalis. Vidutinis vandens kiekis daugumos gyvų organizmų ląstelėse yra apie 70%.

Mineralinės druskos vandeniniame ląstelės tirpale disocijuoja į katijonus ir anijonus. Svarbiausi katijonai yra K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NHJ, anijonai - Cl-, SO2-, HPO2-, H2PO-, HCO-, NO-.

Angliavandeniai - organiniai junginiai, sudaryti iš vienos ar daugiau paprastųjų cukrų molekulių. Angliavandenių kiekis gyvūnų ląstelėse yra 1-5%, o kai kuriose augalų ląstelėse jis siekia 70%.

Lipidai - riebalai ir į riebalus panašūs organiniai junginiai, praktiškai netirpūs vandenyje. Jų kiekis skirtingose ​​ląstelėse labai skiriasi: nuo 2-3 iki 50-90% augalų sėklų ir gyvūnų riebalinio audinio ląstelėse.

Voverės yra biologiniai heteropolimerai, kurių monomerai yra aminorūgštys. Tik 20 aminorūgščių dalyvauja formuojant baltymus. Jie vadinami pagrindiniais arba pagrindiniais. Kai kurios amino rūgštys nėra sintezuojamos gyvūnų ir žmonių organizmuose, todėl turi būti tiekiamos su augaliniu maistu (jos vadinamos nepakeičiamomis).

Nukleino rūgštys. Nukleino rūgštys yra dviejų tipų: DNR ir RNR. Nukleorūgštys yra polimerai, kurių monomerai yra nukleotidai.

Ląstelių struktūra

Ląstelių teorijos formavimasis

• Robertas Hukas 1665 m. atrado ląsteles kamštienos pjūvyje ir pirmasis pavartojo terminą „ląstelė“.
• Anthony van Leeuwenhoekas atrado vienaląsčius organizmus.
• Matthias Schleidenas 1838 m. ir Thomas Schwannas 1839 m. suformulavo pagrindines ląstelių teorijos nuostatas. Tačiau jie klaidingai manė, kad ląstelės atsiranda iš pirminės neląstelinės medžiagos.
• Rudolfas Virchovas 1858 metais įrodė, kad visos ląstelės susidaro iš kitų ląstelių dalijantis.

Pagrindinės ląstelių teorijos nuostatos

1. Ląstelė yra visų gyvų dalykų struktūrinis vienetas. Visi gyvi organizmai susideda iš ląstelių (virusai yra išimtis).
2. Ląstelė yra visų gyvų dalykų funkcinis vienetas. Ląstelė rodo visą gyvybinių funkcijų spektrą.
3. Ląstelė yra visų gyvų dalykų vystymosi vienetas. Naujos ląstelės susidaro tik dalijantis pradinei (motininei) ląstelei.
4. Ląstelė yra visų gyvų dalykų genetinis vienetas. Ląstelės chromosomose yra informacijos apie viso organizmo vystymąsi.
5. Visų organizmų ląstelės yra panašios savo chemine sudėtimi, struktūra ir funkcijomis.

Ląstelių organizavimo tipai

Iš gyvų organizmų tik virusai neturi ląstelinės struktūros. Visi kiti organizmai yra atstovaujami ląstelių gyvybės formų. Yra du ląstelių organizavimo tipai: prokariotinė ir eukariotinė. Bakterijos yra prokariotai, o augalai, grybai ir gyvūnai yra eukariotai.

Prokariotinės ląstelės yra gana paprastos. Jie neturi branduolio, DNR vieta citoplazmoje vadinama nukleoidu, vienintelė DNR molekulė yra žiedinė ir nesusijusi su baltymais, ląstelės mažesnės už eukariotų ląsteles, ląstelės sienelėje yra glikopeptidas – mureinas, nėra membraninių organelių, jų funkcijas atlieka plazminės membranos invaginacijos, ribosomos mažos, mikrovamzdelių nėra, todėl citoplazma yra nejudri, o blakstienos ir žvyneliai turi ypatingą struktūrą.

Eukariotinės ląstelės turi branduolį, kuriame yra chromosomos - linijinės DNR molekulės, susijusios su baltymais; citoplazmoje yra įvairios membranos organelės.

Augalų ląstelės išsiskiria stora celiuliozės ląstelių sienele, plastidėmis ir didele centrine vakuole, kuri perkelia branduolį į periferiją. Aukštesniųjų augalų ląstelių centre centriolių nėra. Sandėliavimo angliavandeniai yra krakmolas.

Grybelinės ląstelės turi ląstelės membraną, kurioje yra chitino, citoplazmoje yra centrinė vakuolė, plastidžių nėra. Tik kai kurie grybai turi centriolę ląstelių centre. Pagrindinis atsarginis angliavandenis yra glikogenas.

Gyvūnų ląstelės paprastai turi ploną ląstelių sienelę, jose nėra plastidų ir centrinės vakuolės, centriolė būdinga ląstelės centrui. Sandėliavimo angliavandeniai yra glikogenas.

Eukariotinės ląstelės sandara

Tipiška eukariotinė ląstelė susideda iš trijų komponentų: membranos, citoplazmos ir branduolio.

Ląstelių sienelės

Išorėje ląstelę supa apvalkalas, kurio pagrindas yra plazminė membrana arba plazmolema, kurios tipinė struktūra ir 7,5 nm storis.

Ląstelės membrana atlieka svarbias ir labai įvairias funkcijas: nustato ir palaiko ląstelės formą; apsaugo ląstelę nuo žalingų biologinių veiksnių įsiskverbimo mechaninio poveikio; priima daugybę molekulinių signalų (pavyzdžiui, hormonų); riboja vidinį ląstelės turinį; reguliuoja medžiagų apykaitą tarp ląstelės ir aplinkos, užtikrinant tarpląstelinės kompozicijos pastovumą; dalyvauja formuojant tarpląstelinius kontaktus ir įvairių rūšių specifinius citoplazmos išsikišimus (mikrovilus, blakstienas, žiuželius).

Anglies komponentas gyvūnų ląstelių membranoje vadinamas glikokaliksu.

Medžiagų mainai tarp ląstelės ir jos aplinkos vyksta nuolat. Medžiagų transportavimo į ląstelę ir iš jos mechanizmai priklauso nuo pernešamų dalelių dydžio. Mažas molekules ir jonus ląstelė perneša tiesiai per membraną aktyvaus ir pasyvaus transportavimo forma.

Priklausomai nuo tipo ir krypties, išskiriama endocitozė ir egzocitozė.

Kietųjų ir didelių dalelių absorbcija ir išsiskyrimas atitinkamai vadinamos fagocitoze ir atvirkštine fagocitoze, skystos arba ištirpusios dalelės – pinocitoze ir atvirkštine pinocitoze.

Citoplazma

Citoplazma yra vidinis ląstelės turinys ir susideda iš hialoplazmos ir įvairių joje esančių tarpląstelinių struktūrų.

Hialoplazma (matrica) – vandeninis neorganinių ir organinių medžiagų tirpalas, galintis keisti savo klampumą ir nuolat judantis. Gebėjimas judėti ar tekėti citoplazmoje vadinamas cikloze.

Matrica yra aktyvi terpė, kurioje vyksta daug fizinių ir cheminių procesų ir kuri sujungia visus ląstelės elementus į vieną sistemą.

Ląstelės citoplazmines struktūras vaizduoja intarpai ir organelės. Inkliuzai yra santykinai nenuolatiniai, atsirandantys tam tikro tipo ląstelėse tam tikrais gyvenimo momentais, pavyzdžiui, aprūpinant maistines medžiagas (krakmolo grūdelius, baltymus, glikogeno lašus) ar produktus, kuriuos reikia išskirti iš ląstelės. Organelės yra nuolatinės ir nepakeičiamos daugumos ląstelių sudedamosios dalys, turinčios specifinę struktūrą ir atliekančios gyvybinę funkciją.

Eukariotinės ląstelės membranos organelės apima endoplazminį tinklą, Golgi aparatą, mitochondrijas, lizosomas ir plastidus.

Endoplazminis Tinklelis. Visa vidinė citoplazmos zona užpildyta daugybe mažų kanalų ir ertmių, kurių sienelės yra membranos, panašios į plazmos membraną. Šie kanalai šakojasi, jungiasi vienas su kitu ir sudaro tinklą, vadinamą endoplazminiu tinklu.

Endoplazminis tinklas yra nevienalytis savo struktūra. Žinomi du jo tipai – granuliuotas ir lygus. Granuliuoto tinklo kanalų ir ertmių membranose yra daug mažų apvalių kūnelių - ribosomų, kurios suteikia membranoms grubią išvaizdą. Lygiojo endoplazminio tinklo membranos savo paviršiuje neneša ribosomų.

Endoplazminis tinklas atlieka daugybę skirtingų funkcijų. Pagrindinė granuliuoto endoplazminio tinklo funkcija yra dalyvavimas baltymų sintezėje, kuri atliekama ribosomose.

Ant lygaus endoplazminio tinklo membranų sintetinami lipidai ir angliavandeniai. Visi šie sintezės produktai kaupiasi kanaluose ir ertmėse, o vėliau pernešami į įvairias ląstelių organeles, kur sunaudojami arba kaupiasi citoplazmoje kaip ląstelių inkliuzai. Endoplazminis tinklas jungia pagrindinius ląstelės organelius.

Goldžio kompleksas

Daugelyje gyvūnų ląstelių, pavyzdžiui, nervų ląstelėse, jis yra sudėtingo tinklo, esančio aplink branduolį, forma. Augalų ir pirmuonių ląstelėse Golgi aparatą vaizduoja atskiri pjautuvo arba lazdelės formos kūnai. Šio organoido struktūra yra panaši augalų ir gyvūnų organizmų ląstelėse, nepaisant jo formos įvairovės.

Golgi aparato sudėtis apima: ertmes, apribotas membranomis ir išdėstytas grupėmis (po 5-10); dideli ir maži burbuliukai, esantys ertmių galuose. Visi šie elementai sudaro vieną kompleksą.

Golgi aparatas atlieka daug svarbių funkcijų. Endoplazminio tinklo kanalais į ją pernešami ląstelės sintetinės veiklos produktai – baltymai, angliavandeniai ir riebalai. Visos šios medžiagos pirmiausia kaupiasi, o vėliau didelių ir mažų burbuliukų pavidalu patenka į citoplazmą ir yra arba panaudojamos pačioje ląstelėje jos gyvavimo metu, arba pašalinamos iš jos ir panaudojamos organizme. Pavyzdžiui, žinduolių kasos ląstelėse sintetinami virškinimo fermentai, kurie kaupiasi organoido ertmėse. Tada susidaro pūslelės, užpildytos fermentais. Iš ląstelių jie išsiskiria į kasos lataką, iš kur nuteka į žarnyno ertmę. Kita svarbi šio organoido funkcija – ant jo membranų sintetinami riebalai ir angliavandeniai (polisacharidai), kurie naudojami ląstelėje ir yra membranų dalis. Dėl Golgi aparato veiklos atsinaujina ir auga plazmos membrana.

Mitochondrijos

Daugumos gyvūnų ir augalų ląstelių citoplazmoje yra nedideli kūnai (0,2-7 mikronai) – mitochondrijos (gr. „mitos“ – siūlas, „chondrion“ – grūdas, granulė).

Mitochondrijos aiškiai matomos šviesos mikroskopu, su kuriuo galima matyti jų formą, vietą, suskaičiuoti skaičių. Vidinė struktūra mitochondrijos buvo tiriamos naudojant elektroninį mikroskopą. Mitochondrijos apvalkalas susideda iš dviejų membranų - išorinės ir vidinės. Išorinė plėvelė lygi, nesudaro jokių raukšlių ir ataugų. Priešingai, vidinė membrana sudaro daugybę raukšlių, nukreiptų į mitochondrijų ertmę. Vidinės membranos raukšlės vadinamos cristae (lot. „crista“ – šukos, atauga).Kristų skaičius skirtingų ląstelių mitochondrijose nėra vienodas. Jų gali būti nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų, o ypač daug kristalų yra aktyviai veikiančių ląstelių mitochondrijose, pavyzdžiui, raumenų ląstelėse.

Mitochondrijos vadinamos ląstelių „elektrinėmis“, nes jų pagrindinė funkcija yra adenozino trifosfato (ATP) sintezė. Ši rūgštis sintetinama visų organizmų ląstelių mitochondrijose ir yra universalus energijos šaltinis, būtinas ląstelės ir viso organizmo gyvybiniams procesams įgyvendinti.

Naujos mitochondrijos susidaro dalijantis ląstelėje jau esančioms mitochondrijoms.

Lizosomos

Jie yra maži apvalūs kūnai. Kiekviena lizosoma nuo citoplazmos yra atskirta membrana. Lizosomos viduje yra fermentų, kurie skaido baltymus, riebalus, angliavandenius, nukleino rūgštis.

Lizosomos priartėja prie į citoplazmą patekusios maisto dalelės, susilieja su ja ir susidaro viena virškinimo vakuolė, kurios viduje yra maisto dalelė, apsupta lizosomų fermentų. Medžiagos, susidarančios virškinus maisto daleles, patenka į citoplazmą ir jas naudoja ląstelė.

Lizosomos, turinčios galimybę aktyviai virškinti maistines medžiagas, dalyvauja pašalinant ląstelių dalis, visas ląsteles ir organus, kurie miršta gyvybinės veiklos procese. Ląstelėje nuolat susidaro naujų lizosomų. Lizosomose esantys fermentai, kaip ir bet kurie kiti baltymai, sintetinami citoplazmos ribosomose. Tada šie fermentai endoplazminio tinklo kanalais patenka į Golgi aparatą, kurio ertmėse susidaro lizosomos. Šioje formoje lizosomos patenka į citoplazmą.

plastidai

Plastidės randamos visų augalų ląstelių citoplazmoje. Gyvūnų ląstelėse plastidų nėra. Yra trys pagrindiniai plastidų tipai: žalieji – chloroplastai; raudona, oranžinė ir geltona - chromoplastai; bespalviai – leukoplastai.

Daugeliui ląstelių privalomos ir organelės, neturinčios membranos struktūros. Tai apima ribosomas, mikrofilamentus, mikrotubulus ir ląstelių centrą.

Ribosomos. Ribosomos randamos visų organizmų ląstelėse. Tai mikroskopiniai suapvalintos formos kūnai, kurių skersmuo 15-20 nm. Kiekviena ribosoma susideda iš dviejų skirtingo dydžio dalelių – mažų ir didelių.

Vienoje ląstelėje yra daug tūkstančių ribosomų, jos yra arba ant granuliuoto endoplazminio tinklo membranų, arba laisvai guli citoplazmoje. Ribosomos sudarytos iš baltymų ir RNR. Ribosomų funkcija yra baltymų sintezė. Baltymų sintezė yra sudėtingas procesas, kurį vykdo ne viena ribosoma, o visa grupė, įskaitant iki kelių dešimčių sujungtų ribosomų. Ši ribosomų grupė vadinama polisoma. Susintetinti baltymai pirmiausia kaupiami endoplazminio tinklo kanaluose ir ertmėse, o vėliau transportuojami į organelius ir ląstelių vietas, kur jie suvartojami. Endoplazminis tinklas ir ribosomos, esančios ant jo membranų, yra vienas baltymų biosintezės ir transportavimo aparatas.

Mikrovamzdeliai ir mikrofilamentai

Gijinės struktūros, susidedančios iš įvairių susitraukiančių baltymų ir sukeliančios ląstelės motorines funkcijas. Mikrovamzdeliai turi tuščiavidurių cilindrų pavidalą, kurių sienelės sudarytos iš baltymų – tubulinų. Mikrofilamentai yra labai plonos, ilgos, siūlinės struktūros, sudarytos iš aktino ir miozino.

Mikrovamzdeliai ir mikrofilamentai prasiskverbia į visą ląstelės citoplazmą, suformuodami jos citoskeletą, sukeldami ciklozę, organelių judėjimą ląstelėse, chromosomų segregaciją dalijimosi metu. branduolinės medžiagos ir tt

Ląstelės centras (centrosoma). Gyvūnų ląstelėse organoidas yra šalia branduolio, kuris vadinamas ląstelės centru. Pagrindinę ląstelės centro dalį sudaro du maži kūnai – centrioliai, esantys nedideliame sutankintos citoplazmos plote. Kiekviena centriolė yra iki 1 µm ilgio cilindro formos. Centrioliai žaidžia svarbus vaidmuo ląstelių dalijimosi metu; jie dalyvauja formuojantis dalijimosi verpstei.

Evoliucijos procese skirtingos ląstelės pritaikytas gyventi įvairiomis sąlygomis ir atlikti specifines funkcijas. Tam reikėjo specialių organoidų, vadinamų specializuotais, priešingai nei aukščiau aptartos bendrosios paskirties organelės. Tai yra susitraukiančios pirmuonių vakuolės, raumenų skaidulų miofibrilės, nervinių ląstelių neurofibrilės ir sinaptinės pūslelės, epitelio ląstelių mikrovileliai, kai kurių pirmuonių blakstienos ir žiuželės.

Branduolys

Branduolys yra svarbiausias eukariotinių ląstelių komponentas. Dauguma ląstelių turi vieną branduolį, tačiau yra ir daugiabranduolių ląstelių (daugelyje pirmuonių, stuburinių gyvūnų skeleto raumenyse). Kai kurios labai specializuotos ląstelės praranda branduolius (pavyzdžiui, žinduolių eritrocitus).

Branduolys, kaip taisyklė, yra sferinės arba ovalios formos, rečiau gali būti segmentuotas arba fusiformas. Branduolys susideda iš branduolio membranos ir karioplazmos, kurioje yra chromatino (chromosomų) ir branduolių.

Branduolinę membraną sudaro dvi membranos (išorinė ir vidinė), joje yra daug porų, per kurias tarp branduolio ir citoplazmos keičiasi įvairios medžiagos.

Karioplazma (nukleoplazma) yra želė pavidalo tirpalas, kuriame yra įvairių baltymų, nukleotidų, jonų, taip pat chromosomų ir branduolio.

Branduolys yra mažas suapvalintas kūnas, intensyviai nudažytas ir randamas nesidalijančių ląstelių branduoliuose. Branduolių funkcija – rRNR sintezė ir jų sujungimas su baltymais, t.y. ribosomų subvienetų surinkimas.

Chromatinas – gabalėliai, granulės ir gijinės struktūros, kurios yra specifiškai nudažytos kai kuriais dažais, kurias sudaro DNR molekulės kartu su baltymais. Chromatino sudėtyje yra įvairių DNR molekulių dalių įvairaus laipsnio spiralizacija, todėl skiriasi spalvos intensyvumas ir genetinės veiklos pobūdis. Chromatinas yra genetinės medžiagos egzistavimo forma nesidalijančiose ląstelėse ir suteikia galimybę padvigubinti ir realizuoti joje esančią informaciją. Ląstelių dalijimosi procese vyksta DNR spiralizacija ir chromatino struktūros sudaro chromosomas.

Chromosomos yra tankios, intensyviai dažančios struktūros, kurios yra genetinės medžiagos morfologinės struktūros vienetai ir užtikrina tikslų jos pasiskirstymą ląstelių dalijimosi metu.

Chromosomų skaičius kiekvienos biologinės rūšies ląstelėse yra pastovus. Paprastai kūno ląstelių branduoliuose (somatinėse) chromosomos pateikiamos poromis, lytinėse ląstelėse jos nėra suporuotos. Vienintelis chromosomų rinkinys lytinėse ląstelėse vadinamas haploidiniu (n), chromosomų rinkinys somatinėse ląstelėse vadinamas diploidinėmis (2n). Chromosomos skirtingi organizmai skiriasi dydžiu ir forma.

Diploidinis chromosomų rinkinys tam tikros rūšies gyvų organizmų ląstelėse, pasižymintis chromosomų skaičiumi, dydžiu ir forma, vadinamas kariotipu. Somatinių ląstelių chromosomų rinkinyje suporuotos chromosomos vadinamos homologinėmis, o skirtingų porų chromosomos – nehomologinėmis. Homologinės chromosomos yra vienodos savo dydžiu, forma, sudėtimi (viena paveldima iš motinos, kita iš tėvo organizmo). Kariotipo chromosomos taip pat skirstomos į autosomas arba nelytines chromosomas, kurios vyrams ir moterims yra vienodos, ir heterochromosomas, arba lyties chromosomas, dalyvaujančias nustatant lytį ir kurios skiriasi vyrams ir moterims. Žmogaus kariotipui atstovauja 46 chromosomos (23 poros): 44 autosomos ir 2 lytinės chromosomos (moterys turi dvi identiškas X chromosomas, patinas X ir Y chromosomas).

Branduolys kaupia ir įgyvendina genetinę informaciją, kontroliuoja baltymų biosintezės procesą, o per baltymus – visus kitus gyvybės procesus. Branduolys dalyvauja paveldimos informacijos replikacijoje ir paskirstyme tarp dukterinių ląstelių, taigi ir ląstelių dalijimosi bei organizmo vystymosi reguliavime.