Какая структура управляет процессами жизнедеятельности в клетках растений. каким образом осуществляется управление процессами жизнедеятельности клетки

Детский сад № 4 "Золотая рыбка"

город Карпинск Свердловской области

 
ГлавнаяРастенийКакая структура управляет процессами жизнедеятельности в клетках растений

Вопросы теста по биологии по теме "Цитология и генетика" c ответами. Какая структура управляет процессами жизнедеятельности в клетках растений


каким образом осуществляется управление процессами жизнедеятельности клетки

1. Строение клетки — наличие наружной мембраны, цитоплазмы с органоидами, ядра с хромосомами.

2. Наружная, или плазматическая, мембрана

отграничивает содержимое клетки от окружающей среды (других клеток, межклеточного вещества) , состоит из молекул липидов и белка, обеспечивает связь между клетками, транспорт веществ в клетку (пиноцитоз, фагоцитоз, активный перенос) и из клетки.

3. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, которая обеспечивает связь между расположенными в ней ядром и органоидами. В цитоплазме протекают основные процессы жизнедеятельности. 4. Органоиды клетки:

1) эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система ветвящихся канальцев, участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ в клетке;

2) рибосомы — тельца, содержащие рРНК, расположены на ЭПС и в цитоплазме, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белка;

3) митохондрии — «силовые станции» клетки, отграничены от цитоплазмы двумя мембранами. Внутренняя образует кристы (складки) , увеличивающие ее поверхность. Ферменты на кристах ускоряют реакции окисления органических веществ и синтеза молекул АТФ, богатых энергией;

4) комплекс Гольджи — группа полостей, отграниченных мембраной от цитоплазмы, заполненных белками, жирами и углеводами, которые либо используются в процессах жизнедеятельности, либо удаляются из клетки. На мембранах комплекса осуществляется синтез жиров и углеводов;

5) лизосомы — тельца, заполненные ферментами, ускоряют реакции расщепления белков до аминокислот, липидов до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов. В лизо-сомах разрушаются отмершие части клетки, целые клетки.

5. Клеточные включения — скопления запасных питательных веществ: белков, жиров и углеводов.

6. Ядро — наиболее важная часть клетки. Оно покрыто двухмембранной оболочкой с порами, через которые одни вещества проникают в ядро, а другие поступают в цитоплазму. Хромосомы — основные структуры ядра, носители наследственной информации о признаках организма. Она передается в процессе деления материнской клетки дочерним клеткам, а с половыми клетками — дочерним организмам. Ядро — место синтеза ДНК, иРНК, рРНК.

otvet.mail.ru

Ответы@Mail.Ru: помогите)

_***TwisT***_ Ученик (125), закрыт 3 года назад

40. Простые белки – это: 41. Функция ферментов: 42. Нуклеотид свойственный только РНК: 43. Компонент различный у ДНК и РНК: 44. Найдите правильное соотношение: А) иРНК - переносит аминокислоты к рибосоме В) тРНК – переносит информацию от ДНК к рибосоме С) рРНК – хранение информации в ряде поколений D) ДНК – содержится в рибосоме Е) РНК – участие в биосинтезе белка 45. Процесс удвоения молекулы ДНК: 46. ДНК имеет вид свернутой в кольцо молекулы в клетках организмов: 47. Формулировка одного из положений клеточной теории: А) клетки растений отличаются от клеток животных наличием хлоропластов В) клетка – единица строения, жизнедеятеотности и развития организмов С) клетки прокариот не имеют оформленного ядра D) вирусы не имеют клеточного строения; Е) вирусы имеют клеточное строение 48. Клетки организмов всех царств живой природы имеют: 49. Сходство функций хлоропластов и митохондрий состоит в том, что в них происходит синтез: 50. Все органоиды и ядро клетки связаны между собой с помощью: 51. Синтез молекул АТФ происходит в: 52. Клетки прокариотических и эукариотических организмов сходны по наличию: 53. Аппарат Гольджи участвует в процессе: 54. В хлоропластах растительных клеток светособирающие комплексы расположены на: 55. Одномембранный органоид клетки: 56. В бактериальной клетке отсутствует: 57. Не имеет мембраны какой органоид: 58. Структура, управляющая процессами жизнедеятельности в клетках растений, животных, грибов: 59. Органелла, обеспечивающая быстрое продвижение веществ в клетке, представляет собой: 60. Двойная мембрана с порами окружает:

micolaj grichin Профи (871) 6 лет назад 40 Просты́е белки́ — белки, которые построены из остатков α-аминокислот и при гидролизе распадаются только на аминокислоты 41 Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах — ими катализируется более 4000 разных биохимических реакций [2]. Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма. Подобно всем катализаторам, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, понижая энергию активации процесса. Химическое равновесие при этом не смещается ни в прямую, ни в обратную сторону. Отличительной особенностью ферментов по сравнению с небелковыми катализаторами является их высокая 42 43 ДНК: Дезоксирибоза и цитозин РНК: Рибоза и урацил 44 45 Репликация 46 прокариот 47 В) клетка – единица строения, жизнедеятеотности и развития организмов 48 Наличие плазматической мембраны, цитоплазмы, ядра или ядерного вещества, рибосом в клетках всех организмов, а также митохондрий, комплекса Гольджив клетках растений, животных и грибов. Сходство в строении клеток организмов всех царств – доказательство их родства, единства органического мира 49 50 цитоплазмы

Остальные ответы

Похожие вопросы

Также спрашивают

otvet.mail.ru

в чём Отличие в строении животной клетки от растительной?

Строение и жизнедеятельность растительной и животной клеток. Их сходство и различие. 1. Строение растительной и животной клеток. Признаки сходства в строении этих клеток: наличие ядра, цитоплазмы, клеточной мембраны, митохондрий, рибосом, комплекса Гольджи и др. Признаки сходства — доказательство родства растений и животных. Отличия: только растительные клетки имеют твердую оболочку из клетчатки, пластиды, вакуоли с клеточным соком. 2. Функции клеточных структур. Функции оболочки и клеточной мембраны: защита клетки, поступление в нее одних веществ из окружающей среды и выделение других. Выполнение оболочкой функции скелета (постоянная форма клетки) . Расположение цитоплазмы между клеточной мембраной и ядром, а в цитоплазме всех органоидов клетки. Функции цитоплазмы: связь между ядром и органоидами клетки, осуществление всех процессов клеточного обмена веществ (кроме синтеза нуклеиновых кислот) , расположение в ядре хромосом, в которых хранится наследственная информация о признаках организма, передача хромосом от родителей потомству в результате деления клеток. Роль ядра в управлении синтезом белка клетки и всеми физиологическими процессами. Окисление в митохондриях органических веществ кислородом с освобождением энергии. Синтез в рибосомах молекул белка. Наличие хлоропластов (пластид) в растительных клетках, образование в них органических веществ из неорганических с использованием солнечной энергии (фотосинтез) . 3. Жизнедеятельность клетки. Питание, дыхание. Рост. Деление (размножение) клеток. Создание клеточной структуры в процессе питания из органических веществ. Сущность дыхания: окисление органических веществ клетки и освобождение энергии, которая используется в процессах жизнедеятельности. Рост молодых клеток и их старение. Размножение клетки путем деления.

Строение и жизнедеятельность растительной и животной клеток. Их сходство и различие. 1. Строение растительной и животной клеток. Признаки сходства в строении этих клеток: наличие ядра, цитоплазмы, клеточной мембраны, митохондрий, рибосом, комплекса Гольджи и др. Признаки сходства — доказательство родства растений и животных. Отличия: только растительные клетки имеют твердую оболочку из клетчатки, пластиды, вакуоли с клеточным соком. 2. Функции клеточных структур. Функции оболочки и клеточной мембраны: защита клетки, поступление в нее одних веществ из окружающей среды и выделение других. Выполнение оболочкой функции скелета (постоянная форма клетки) . Расположение цитоплазмы между клеточной мембраной и ядром, а в цитоплазме всех органоидов клетки. Функции цитоплазмы: связь между ядром и органоидами клетки, осуществление всех процессов клеточного обмена веществ (кроме синтеза нуклеиновых кислот) , расположение в ядре хромосом, в которых хранится наследственная информация о признаках организма, передача хромосом от родителей потомству в результате деления клеток. Роль ядра в управлении синтезом белка клетки и всеми физиологическими процессами. Окисление в митохондриях органических веществ кислородом с освобождением энергии. Синтез в рибосомах молекул белка. Наличие хлоропластов (пластид) в растительных клетках, образование в них органических веществ из неорганических с использованием солнечной энергии (фотосинтез) . 3. Жизнедеятельность клетки. Питание, дыхание. Рост. Деление (размножение) клеток. Создание клеточной структуры в процессе питания из органических веществ. Сущность дыхания: окисление органических веществ клетки и освобождение энергии, которая используется в процессах жизнедеятельности. Рост молодых клеток и их старение. Размножение клетки путем деления.

в животной клетке нет вакуоля и клеточной стенки

Многочисленные мелкие тельца - хлоропласты, находящиеся в цитоплазме, свойственны только растительной клетке. Центральная вакуоль, расположенная в центре клетки, в отличие от ядра и других органоидов, также является частью исключительно растительной клетки. Лизосомы, переваривающие пищевые частицы и удаляющие отходы, свойственны только животной клетке. У самого ядра животной клетки вы увидите еще один новый элемент, набор микротрубочек цилиндрической формы, центриоли. Центриоли участвуют в делении клетки.

touch.otvet.mail.ru

тест по биологии по теме "Цитология и генетика" с ответами

251. Как называется процесс диссоциации воды под действием солнечных лучей?

  • 1) фотолиз
  • 1) фотосинтез
  • 2) хемосинтез
  • 3) плазмолиз

252. В каких реакциях накапливается АТФ?

  • 1) окисления, брожения
  • 1) окисления, синтеза
  • 2) окисления, синтеза, брожения
  • 3) синтеза, брожения

253. Укажите вещества, которые образуются из аминокислот. 1) меланин; 2) тироксин; 3) витамины; 4) жиры; 5) половые гормоны; 6) адреналин.

  • 1) 4, 5, 6
  • 1) 1, 2, 3
  • 2) 1, 2, 6
  • 3) 2, 3, 6

254. Чем определяется ценность белка?

  • 1) активностью ферментов
  • 1) количеством и качеством аминокислот
  • 2) последовательностью заменимых аминокислот
  • 3) окислением и дезаминированием белка

255. Что не характерно для метафазы митоза?

  • 1) расположение центромер в одной плоскости экватора
  • 1) устремление хромосом к экватору клетки
  • 2) становление хроматид дочерними хромосомами
  • 3) отделение хроматид хромосом друг от друга, соединяясь только центромерой

256. Что не характерно для клеток периода размножения при гаметогенезе?

  • 1) мейоз
  • 1) увеличение количества клеток
  • 2) отсутствие увеличения размера клеток
  • 3) митоз

257. Что не характерно для органогенеза?

  • 1) образование многочисленных тканей и органов
  • 1) возникновение мезодермы
  • 2) формирование нервной системы
  • 3) дифференцировка клеток

258. Что не характерно для непрямого постэмбрионального развития?

  • 1) сведение его только в основном к росту и половому созреванию
  • 1) появление личинок
  • 2) разрушение личиночных органов
  • 3) замена одних органов на другие, часто смена среды обитания

259. Какие мутации не наследуются потомством при половом размножении?

  • 1) генеративные
  • 1) возникшие в результате кроссинговера
  • 2) индуцированные под влиянием радиации
  • 3) соматические

260. Что не характерно для соматической мутации?

  • 1) может быть доминантной и рецессивной
  • 1) наследуется при бесполом размножении
  • 2) появляется в клетках тела организма
  • 3) наследуется при половом размножении

261. Распределите указанные признаки организмов по группам. I – узкая норма реакции;II – широкая норма реакции;а) размер мозга; о) размер сердца; с) изменчивость цветка насекомоядных растений; d) тип плодовых веток хлопчатника; е) число листьев у культурных растений; f) число плодов.

  • 1) I – а, b, с; II – d, e, f
  • 1) I – a, b, f; II – c, d, e
  • 2) I – d, e, f, d; II – a, b, c
  • 3) I – a, b, c, d; II – e, f

262. Какой год считается годом закладки основной отрасли науки биологии – генетики?

  • 1) 1859
  • 1) 1865
  • 2) 1900
  • 3) 1953

263. Что не характерно для определения I закона Менделя?

  • 1) F1 – гомозиготное, единообразное по генотипу и фенотипу
  • 1) F1 – единообразное по генотипу и фенотипу
  • 2) F1 – несет признак одного из родителей
  • 3) скрещивание двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга по 1 паре альтернативных признаков

264. Что характерно для определения II закона Менделя?

  • 1) соотношение гибридов F2 3:1 по генотипу
  • 1) соотношение гибридов F2 3:1 по фенотипу
  • 2) соотношение гибридов F2 9:3:3:1 по фенотипу
  • 3) гибриды F2 однообразны

265. Одинаковое действие двух и более неаллельных генов на развитие одного и того же признака в организме называется…

  • 1) плейотропией
  • 1) комплементарным взаимодействием
  • 2) эпистазом
  • 3) полимерным взаимодействием

266. Что не характерно для фенотипической изменчивости?

  • 1) ненаследуемость
  • 1) индивидуальный характер
  • 2) зависимость от внешних факторов
  • 3) обусловленность пределов изменчивости генотипом

267. Для каких больных характерно число хромосом XY Y?

  • 1) с синдромом Шерешевского-Тернера
  • 1) с синдромом Дауна
  • 2) больных фенилкетонурией
  • 3) с синдромом Клайнфельтера

268. Что представляет из себя лактозный оперон?

  • 1) транспозон
  • 1) один ген
  • 2) фермент
  • 3) три структурных гена и промотор

269. Что не характерно для автономных плазмид?

  • 1) переход плазмидных генов от одной плазмиды к другой в связанном состоянии с транспозонами
  • 1) передача по наследству сцепленно с генами основной хромосомы
  • 2) переход из клетки в клетку через поры
  • 3) распределение при делении клетки случайно

270. Кто впервые получил рекомбинантную ДНК в искусственных условиях и осуществил клонирование генов?

  • 1) Гордон
  • 1) Бойер, Коэн
  • 2) Келер, Мильштейн
  • 3) Коэн, Келер

271. Как называется чужой отрезок ДНК, вмонтированный в собственную ДНК клетки?

  • 1) гетерологический
  • 1) конструкционный
  • 2) рекомбинантный
  • 3) мутационный

272. Что не характерно при создании гибридной клетки – гибридомы?

  • 1) присоединение клеток любой ткани к раковым клеткам
  • 1) введение в клетку плазмид
  • 2) соединение клеток растений разных видов
  • 3) присоединение лимфоцита к раковым клеткам

273. Что происходит с хромосомами после завершения деления клетки?

  • 1) приобретение формы
  • 1) спирализация
  • 2) деспирализация
  • 3) укорочение

274. Что не характерно для ядрышка?

  • 1) скопление р-РНК и рибосом
  • 1) исчезновение во время митоза
  • 2) самостоятельная структура ядра
  • 3) плотное тельце

275. Клетки организмов всех царств живой природы имеют…

  • 1) митохондрии
  • 1) хлоропласты
  • 2) цитоплазму
  • 3) ядро

276. Все органоиды и ядро клетки связаны между собой с помощью…

  • 1) оболочки
  • 1) плазматической мембраны
  • 2) цитоплазмы
  • 3) вакуолей

277. Какая структура управляет процессами жизнедеятельности в клетках растений, животных, грибов?

  • 1) цитоплазма
  • 1) митохондрия
  • 2) хлоропласт
  • 3) ядро

278. Как называют процесс размножения соматических клеток организмов разных царств живой природы?

  • 1) оплодотворение
  • 1) митоз
  • 2) мейоз
  • 3) дробление

279. Если гены, ответственные за окраску и форму семян гороха, расположены в разных хромосомах, то во втором поколении проявляется закон…

  • 1) независимого наследования
  • 1) неполного сцепленного наследования
  • 2) полного сцепленного наследования
  • 3) доминирования

280. Клетка, в которой отсутствует ядерная мембрана, а наследственное вещество располагается в цитоплазме, принадлежит…

  • 1) растению
  • 1) грибу
  • 2) животному
  • 3) бактерии

281. Какими связями удерживается вторичная структура белка, имеющая форму спирали?

  • 1) ионными
  • 1) пептидными
  • 2) водородными
  • 3) ковалентными

282. Как происходит активный транспорт веществ в клетку и из клетки, из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией?

  • 1) путем осмоса
  • 1) путем фагоцитоза
  • 2) без затраты энергии
  • 3) с затратами энергии

283. В клетках каких организмов ДНК имеет вид свернутой в кольцо молекулы?

  • 1) эукариот
  • 1) прокариот
  • 2) вирусов
  • 3) грибов

284. У каких организмов отсутствует метаболический аппарат и процесс обмена веществ?

  • 1) лишайников
  • 1) грибов
  • 2) вирусов
  • 3) простейших

285. На синтез каких молекул используется энергия, образуемая в митохондрии при окислении НАДН2?

  • 1) АТФ
  • 1) углеводов
  • 2) белка
  • 3) жира

286. Как называется процесс разложения воды в клетках растений под воздействием солнечного света?

  • 1) реакцией восстановления
  • 1) фотосинтезом
  • 2) реакцией окисления
  • 3) фотолизом

287. Совокупность морфологических и физиологических признаков организма называют…

  • 1) генетическим кодом
  • 1) фенотипом
  • 2) генофондом
  • 3) генотипом

288. Для какого скрещивания характерно соотношение расщепления в F2 по фенотипу 9:3:3:1?

  • 1) моногибридного
  • 1) анализирующего
  • 2) дигибридного
  • 3) отдаленного

289. Хлоропласты участвуют в …

  • 1) расщеплении высокомолекулярных веществ
  • 1) транспорте веществ внутри клетки
  • 2) синтезе углеводов
  • 3) энергетическом обмене

290. Рибосомы представлены…

  • 1) двумя субъединицами
  • 1) системой цистерн и каналов
  • 2) системой микротрубочек
  • 3) двумя центриолями и центросферой

291. Какое понятие является синонимом ассимиляции?

  • 1) диссимиляция
  • 1) анаболизм
  • 2) катаболизм
  • 3) энергетический обмен

292. На чем основан гибридологический метод?

  • 1) на изучении признаков у близнецов
  • 1) на изучении хромосомных наборов
  • 2) на изучении родословных
  • 3) на скрещивании особей

293. Каково число возможных вариантов гамет при генотипе особи АаВbСс?

294. Какой триплет т-РНК соответствует триплету ЦЦГ и-РНК?

  • 1) ГГТ
  • 1) ГГЦ
  • 2) УУЦ
  • 3) ГГА

295. Какой набор половых хромосом у самца шелкопряда является нормой?

296. Какой метод разработал Г.Д.Карпеченко по преодолению бесплодия у межвидовых гибридов?

  • 1) онтогенетический
  • 1) генетическая инженерия
  • 2) экспериментальная аллоплоидия
  • 3) гибридизация

297. Какой процесс относится к диссимиляционным?

  • 1) трансляция
  • 1) гликолиз
  • 2) фотосинтез
  • 3) трансдукция

298. В какой молекуле имеются пептидные связи?

  • 1) ДНК
  • 1) АТФ
  • 2) белка
  • 3) жира

299. В молекуле РНК мононуклеотиды соединены между собой…

  • 1) азотистыми основаниями и дезоксирибозой
  • 1) диэфирной связью фосфорной кислоты и углеродными атомами рибозы
  • 2) азотистыми основаниями и рибозой
  • 3) комплементарными основаниями

300. У собак черный цвет шерсти доминирует над кофейным, а короткая шерсть – над длинной. Обе пары генов находятся в разных хромосомах. Охотник купил собаку с короткой шерстью и хочет быть уверен, что она не несет генов длинной шерсти кофейного цвета. Какого партнера по фенотипу и генотипу надо подобрать для скрещивания, чтобы проверить генотип купленной собаки?

  • 1) кофейную, длинношерстную – aabb
  • 1) кофейную, короткошерстную – ааВВ
  • 2) черную, длинношерстную – AAbb
  • 3) черную, короткошерстную – ААВВ
назад1234567891011

Страница 1Страница 2Страница 3Страница 4Страница 5Страница 6Страница 7Страница 8Страница 9Страница 10Страница 11

вперед

geetest.ru

УРОК 11. Процессы жизнедеятельности в клетке (§ 9)



Вопрос 1. Какие процессы жизнедеятельности характерны для клетки любого организма?

Для любого организма характерно питание, рост и развитие, дыхание, размножение, выделение, обмен веществ и энергией.

Вопрос 2. В процессе обмена веществ через клетку осуществляется постоянный ток веществ и энергии, сопровождающийся их превращениями. Что произойдёт, если этот процесс будет нарушен?

В процессе обмена веществ нужные клетке вещества поступают в нее, а продукты метаболизма (ненужные вещества) выводятся из клетки. Если этот процесс будет нарушен, то существование клетки будет под угрозой. Она будет отравлять саму себя продуктами своей жизнедеятельности, а вместе с этим в клетку не будут поступать питательные вещества.

Вопрос 3. Рассмотрите в учебнике рисунок 20 «Рост растительной клетки».

1) Опишите, что происходит с растительной клеткой по мере её роста и развития.

По мере роста растительной клетки происходи ее увеличение в размерах и слияние вакуолей в одну большую.

*2) За счёт чего происходит увеличение объёма клетки, если известно, что количество цитоплазмы остаётся неизменным?

Происходит увеличение органоидов клетке, что в свою очередь ведёт к увеличению объёма. Например увеличение вакуоли.

Вопрос 3. Рассмотрите рисунок, на котором изображены молодая и старая растительные клетки. Определите и подпишите на рисунке названия основных структурных элементов данных клеток.

Структурные элементы клетки:

- клеточная стенка

- вакуоль

- хлоропласты

- ядро

- цитоплазма

Ответьте на вопросы:

1) В чём заключается различие в строении этих клеток?

В молодой растительной клетке присутствует одна большая вакуоль с клеточным соком, а в старой много маленьких.

2) Какое значение имеют поры (поровые каналы) для растительной клетки?

Именно через поры из растительной клетки выделяется вода, что не допускает перегрева листовой пластины.

3) Какую роль играют хлоропласты и вакуоли в жизни растительной клетки?

В хлоропластах на солнечном свету происходит процесс фотосинтеза, в результате которого образуются питательные вещества и кислород. Вакуоли являются кладовыми питательных веществ, так как в них содержится клеточный сок.

resheba.me

Клеточное ядро – центр управления жизнедеятельностью клетки - Биология

ВВЕДЕНИЕ

Клеточное ядро - центр управления жизнедеятельностью клетки. Из общей схемы белкового синтеза можно видеть, что начальным пунктом, с которого начинается поток информации для биосинтеза белков в клетке, является ДНК. Следовательно, именно ДНК содержит ту первичную запись информации, которая должна сохраняться и воспроизводиться от клетки к клетке, из поколения в поколение. Кратко касаясь вопроса о месте хранения генетической информации, т. е. о локализации ДНК в клетке, можно сказать следующее. Уже давно известно, что, в отличие от всех прочих компонентов синтезирующего белок аппарата, универсально распределенных по всем частям живой клетки, ДНК имеет особую, весьма ограниченную локализацию: местом ее нахождения в клетках высших (эукариотических) организмов является клеточное ядро. У низших (прокариотических) организмов, не имеющих оформленного клеточного ядра, - бактерий и сине-зеленых водорослей, - ДНК также отделена от остальной части протоплазмы одним или несколькими компактными нуклеоидными образованиями. В полном соответствии с этим ядро эукариотов или нуклеоид прокариотов издавна рассматриваются как вместилище генов, как уникальный клеточный органоид, контролирующий реализацию наследственных признаков организмов и их передачу в поколениях. Генетические данные о «единоначалии» ядра в клетке всегда непосредственно объединялись с биохимическими данными об уникальной локализации ДНК в ядре.

1. СТРУКТУРА И ХИМИЯ КЛЕТОЧНОГО ЯДРА. ОТКРЫТИЕ ЯДРА. РОБЕРТ БРОУН

Термин «ядро» впервые был применен Броуном в 1833 г. для обозначения шаровидных постоянных структур в клетках растений. В 1831-1833 гг., шотландский путешественник и физик (открывший «броуновское движение») Роберт Броун (1773-1858) обнаружил ядро в растительных клетках. Он дал ему название «Nucleus», или «Areola». Первый термин стал общепринятым и сохранился по настоящее время, второй же распространения не получил и забыт. Весьма важно, что Броун настаивал на постоянном наличии ядра во всех живых клетках. Роль и значение клеточного ядра не были в то время известны. Полагали, что оно представляет собой «конденсированную в комочек слизь, а возможно, и запасное питательное вещество». Позднее такую же структуру описали во всех клетках высших организмов. Говоря о клеточном ядре, мы имеем в виду собственно ядра эукариотических клеток. Их ядра построены сложным образом и довольно резко отличаются от «ядерных» образований, нуклеоидов прокариотических организмов. У последних в состав нуклеоидов (ядроподобных структур) входит одиночная, кольцевая молекула ДНК, практически лишенная белков. Иногда такую молекулу ДНК бактериальных клеток называют бактериальной хромосомой, или генофором (носителем генов). Бактериальная хромосома не отделена мембранами от основной цитоплазмы, однако собрана в компактную, ядерную зону, нуклеоид, который можно видеть в световом микроскопе после специальных окрасок или же в электронном микроскопе. Анализируя структуру и химию клеточного ядра, мы будем опираться на данные, касающиеся ядер эукариотических клеток, постоянно сравнивая их с ядрами прокариотов. Клеточное ядро, обычно одно на клетку (есть примеры многоядерных клеток), состоит из ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы, хроматина, ядрышка и кариоплазмы или ядерного сока. Эти четыре основных компонента встречаются практически во всех неделящихся клетках эукариотических одно- или многоклеточных организмов.

1.1. ИНТЕРФАЗНОЕ ЯДРО

Ядро - постоянный и важнейший компонент всех эукариотических клеток. Жизненный цикл любой клетки, как правило, слагается из двух фаз: периода покоя (интерфазы) и периода деления, в результате которого образуются две дочерние клетки. Следовательно, с помощью клеточного деления, которому предшествует деление ядра, осуществляется рост отдельных тканей, а также всего организма в целом. В период деления ядро претерпевает ряд сложных упорядоченных изменений, в процессе которых исчезают ядрышко и оболочка ядра, а хроматин конденсируется и образует дискретные, легко идентифицируемые палочковидные тельца, названные хромосомами, число которых для клеток каждого вида постоянно. Ядро неделящейся клетки называют интерфазным. В этот период обменные процессы в нем проходят наиболее интенсивно. Основные функции клеточного ядра - сохранение, передача и реализация наследственной информации, а также регуляция большинства функций клетки. В состав ядерного вещества любой клетки входит ДНК, которая служит носителем наследственной информации, передающейся в поколениях. Относительное содержание ДНК в ядре находится в прямой зависимости от степени плоидности организма. Как правило, клетки бывают одноядерными, однако у некоторых низших растений могут преобладать двухъядерные (дикарионы у грибов) и многоядерные клетки. При некоторых патологических состояниях растений число многоядерных клеток и количество ядер в них резко возрастают. Форма и размеры ядер колеблются. Обычно ядра имеют сферическую, реже - удлиненную или чечевицеобразную форму, чаще всего соответствующую форме клетки. В процессе жизнедеятельности клетки форма ядра может заметно изменяться. Способность ядра к деформации поразительна. Известны случаи изменения формы ядра вплоть до нитевидной. Именно таким путем ядра дрожжевых грибов проникают через тончайшие каналы в новообразовавшуюся клетку, а ядра базидий переходят в базидиоспоры. Существует закономерность, согласно которой в живых клетках определенному объему ядра соответствует определенный объем цитоплазмы; при этом в одних видах клеток может преобладать по объему и массе цитоплазма, в других - ядро. Это соотношение, названное ядерно-плазменным, постоянное для данного типа клеток. Указанное равновесие предполагает также определенное соотношение химических веществ в клетке. Следует отметить, что ядерно-плазменные отношения не всегда стабильны, они изменяются в зависимости от возраста клеток и условий среды (температура, освещение, питание и т. п.), а также от воздействия ряда факторов, например от ионизирующей радиации. Расположение ядра в клетке не постоянное. В молодых и эмбриональных клетках оно часто находится в центре. По мере роста клетки и усиления в ней процессов обмена веществ положение ядра может измениться. Кроме того, смещение ядра может быть связано с повреждением клетки или ее физиологическими функциями. Однако ядро всегда погружено в цитоплазму и тесно взаимодействует с другими компонентами клетки. Иногда оно обладает способностью активно двигаться. В строении ядра находят отражение сложные метаболические процессы, происходящие в клетке в различные периоды ее жизни. Особенно четко видна структура ядерного вещества перед подготовкой ядра к делению и при раздражении клетки. Ядро клетки отличается от цитоплазмы более плотной консистенцией и большей вязкостью. Плотность его находится в пределах 1,03-1,10. В некоторых клетках вязкость содержимого ядра лишь немного больше, чем у воды; в подобных случаях нуклеоплазма легко вытекает при повреждении его мембраны. Вместе с тем есть ядра, имеющие настолько плотную консистенцию, что их можно извлекать микроиглами с сохранением прижизненной структуры и даже разрезать. Установлено, что вязкость ядра варьируется не только в клетках различных объектов и тканей, но и в различных физиологических состояниях одной и той же клетки. Из всех структур ядра наибольшей плотностью обладает ядрышко, наименьшей - нуклеоплазма. Затруднения, возникающие при изучении ядра живой клетки, связаны с тем, что показатель преломления ядра близок к показателю преломления цитоплазмы. Изучение химического состава ядра показало, что 70-96 % его массы составляют белки - протеины и протеиды. Общее количество ядерных белков варьируется в клетках различных тканей и в процессе онтогенеза одной и той же клетки. В то же время изменение окраски клеток, а также различия их внутренней структуры обусловлены динамикой качественного состава белков. Среди ядерных белковых комплексов преобладают нуклеопротеиды, в состав которых входят ДНК и РНК. Изотопным методом установлено, что в ядре присутствуют две фракции РНК: хромосомная и ядерная. Наиболее интенсивно синтез белка идет в интерфазной клетке, когда основная часть хромосомного материала (хроматин) представлена в виде участков рыхло расположенных фибрилл дезоксирибонуклеопротеина (ДНП). Наследственная информация клетки в виде ДНК обычно сосредоточена в хромосомах (хроматине), а РНК - в хроматине, ядрышке, нуклеоплазме, цитоплазме и рибосомах. Содержание ДНК в ядре каждой клетки данного вида есть величина постоянная, не зависящая ни от питания клетки, ни от скорости ее роста, ни от других внешних условий. К моменту деления клетки количество ДНК точно удваивается и после деления вновь снижается до начального уровня. Количество РНК в клетках зависит от скорости роста и интенсивности процесса биосинтеза в них. ДНК была выделена в 1868 г. швейцарским врачом Мишером. Это вещество, локализованное в ядре и содержащее азот и фосфор, он назвал нуклеином; впоследствии оно было переименовано в дезоксирибонуклеиновую кислоту. В 1914 г. впервые продемонстрирована цветная реакция на ДНК, а спустя 10 лет при помощи этой же реакции доказал, что ДНК концентрируется в хромосомах. С помощью новых красителей изучается деятельность ядра.

1.2. РАБОТЫ ФЛЕММИНГА

До некоторых пор роль ядра в клеточном делении оставалась неопределенной. Это, вероятно, было связано с трудностью наблюдения за ним. В живой клетке ядро, как правило, можно видеть только при значительном увеличении обычного светового микроскопа. Ядро, находящееся в процессе деления, наблюдать еще труднее. Анилиновые красители окрашивают ядро, цитоплазму и клеточную оболочку по-разному и, следовательно, облегчают узнавание этих структур. Анилиновые красители синтезируются искусственно, и методика их получения не была известна до середины XIX в. Естественные красители, которые биологи использовали раньше, не всегда окрашивали ядра достаточно хорошо, чтобы их можно было отличить от остальных частей клетки. И вновь дальнейший прогресс зависел от развития подходящих для проведения исследований методов. В то время не было недостатка в хороших микроскопах, но не было известно, как обрабатывать клетки, чтобы увидеть как можно больше клеточных структур. Следует отметить, что никто не знал, будут ли анилиновые красители для этой цели лучше, чем естественные. Когда в 1860-х гг. химики получили анилиновые красители, кто-то просто наугад попытался использовать их для окрашивания тонких срезов растительных и животных тканей. В 1879 г. немецкий биолог Вальтер Флемминг использовал различные анилиновые красители и ахроматические линзы. Обработав клетки красителями и изучая их под микроскопом с ахроматическими линзами, он проследил за поведением ядра в процессе клеточного деления. В его книге «Клеточное вещество, ядро и клеточное деление» описаны результаты наблюдений над клеточным делением, причем описания очень близки к современным. Поскольку хромосомы похожи на нити, Флемминг решил назвать этот процесс митозом (греческое слово, что в переводе значит «нить»). Строго говоря, митоз относится только к процессу ядерного удвоения. Образования клеточной пластинки в растительных клетках и клеточной бороздки в животных клетках являются делениями цитоплазмы. Было бы неправильным считать, что Флемминг - единственный первооткрыватель явления митоза. Понимание всей последовательности процесса митоза зависело от многих ученых, работавших над этой проблемой все предыдущие годы. Одна из основных трудностей исследования событий, происходящих в клетке, состояла в том, что клетки погибали в процессе окрашивания. Это означает, что клетка изучается только после того, как жизнедеятельность в ней прекращена. По этой «остановленной в движении» картине Флемминг и другие исследователи воссоздали то, что происходит в живых клетках. Это примерно то же, что воссоздать работу фабрики по серии моментальных снимков, взятых в различные интервалы времени. По существу, это и было сделано Флеммингом. Другие ученые, основываясь на работе Флеминга, в конце концов выявили связь хромосом с наследственностью и эволюцией. Именно так развивается наука: успех зависит не от случайных открытий ученых-«гигантов», а от кропотливой работы большого отряда ученых. В световом, а также в фазово-контрастном микроскопах ядро обычно представляется оптически гомогенным: видны лишь оболочка и одно или несколько ядрышек внутри. Иногда обнаруживаются также гранулы и небольшие глыбки. Реже в неделящихся живых клетках удается наблюдать хромосомы. Тонкая хроматиновая сеть отчетливо выявляется лишь после фиксации и окрашивания клетки основными красителями. Исследования ядра на фиксированных и окрашенных препаратах показали, что его микроскопическое изображение почти не зависит от метода изготовления препаратов. Лучше всего тонкая структура ядра сохраняется при фиксации четырехокисью осмия. Другие общепринятые фиксаторы позволяют различать на препарате ядерную оболочку, ядрышко, хроматиновые структуры в виде глыбок и нитей и неокрашенную массу между ними - нуклеоплазму. Хроматиновые структуры расположены в более жидкой ахроматической среде, они могут быть плотными или рыхлыми, пузыревидными. У некоторых объектов хроматин после фиксации не образует явно выраженной ядерной сети, а концентрируется в ядре в виде крупных глыбок, названных хромоцентрами, или прохромосомами. В ядрах подобного типа весь хроматин сосредоточен в хромоцентрах.

1.3. ЯДРЫШКИ

Согласно электронно-микроскопическим исследованиям, ядрышки лишены какой-либо мембраны. Вещество их в основном состоит из субмикроскопических нитей и нуклеоплазмы. Ядрышки можно наблюдать, применяя специальные методы окрашивания, а также в ядрах некоторых живых клеток при использовании фазово-контрастного микроскопа или темнопольного конденсора. На электронных микрофотографиях в ядрышках нередко видны две зоны: центральная - гомогенная и периферическая - построенная из гранулированных нитей. Эти гранулы напоминают рибосомы, но отличаются от них меньшей плотностью и величиной. Ядрышки богаты белками (80-85 %) и РНК (около 15 %) и служат активными центрами синтеза рибосомальной РНК. В соответствии с этим главной составной частью ядрышка является ядрышковая ДНК, которая принадлежит организатору ядрышек одной из хромосом. содержание РНК заметно колеблется, в зависимости от интенсивности обмена веществ в ядре и цитоплазме. Ядрышки не присутствуют в ядре постоянно: они возникают в средней телофазе митоза и исчезают в конце профазы. Полагают, что по мере затухания синтеза РНК в средней профазе происходят разрыхление ядрышка и выход в цитоплазму образовавшихся в нуклеоплазме субчастиц рибосом. При исчезновении ядрышка во время митоза его белки, ДНК и РНК, становятся основой матрикса хромосом, а в дальнейшем из материала старого ядрышка формируется новое. Установлена связь ядрышек с хромосомами, имеющими спутников, поэтому число ядрышек соответствует числу спутничных хромосом. Нуклеолонемы сохраняются на протяжении всего цикла клеточного деления и в телофазе переходят от хромосом к новому ядрышку.

1.4. ЯДЕРНАЯ МЕМБРАНА

Неделящееся клеточное ядро заключено в плотную и упругую оболочку, которая растворяется и вновь восстанавливается в процессе деления клетки. Это образование отчетливо видно лишь на некоторых объектах, например у гигантских ядер слизевых клеток алоэ толщина мембраны достигает 1 мкм. В световом микроскопе структуру ядерной оболочки удается наблюдать лишь у плазмолизированных клеток, фиксированных и окрашенных. Детальное изучение ядерной мембраны стало возможным с появлением электронной микроскопии. Исследования показали, что наличие ядерной оболочки характерно для всех эукариотических клеток. Она состоит из двух элементарных мембран толщиной 6-8 нм каждая - внешней и внутренней, между которыми находится перинуклеарное пространство шириной от 20 до 60 нм. Оно заполнено энхилемой - сывороткообразной жидкостью с низкой электронной плотностью. Итак, ядерная мембрана представляет собой полый мешок, отделяющий содержимое ядра от цитоплазмы, и состоит из двух слоев: внешний слой ограничивает перинуклеарное пространство снаружи, т. е. со стороны цитоплазмы, внутренний - изнутри, т. е. со стороны ядра. Из всех внутриклеточных мембранных компонентов подобным строением мембран обладают ядро, митохондрии и пластиды. Морфологическое строение каждого слоя такое же, как и внутренних мембран цитоплазмы. Отличительная особенность ядерной оболочки - наличие в ней пор - округлых перфораций, образующихся в местах слияния внешней и внутренней ядерных мембран. Размеры пор довольно стабильны (30-100 нм в диаметре), в то же время их число изменчиво и зависит от функциональной активности клетки: чем активнее идут в ней синтетические процессы, тем больше пор приходится на единицу поверхности клеточного ядра. Обнаружено, что количество пор увеличивается в период реконструкции и роста ядра, а также при репликации ДНК. Одно из крупнейших открытий, сделанных с помощью электронной микроскопии, - обнаружение тесной взаимосвязи между ядерной оболочкой и эндоплазматической сетью. Поскольку ядерная оболочка и тяжи эндоплазматической сети во многих местах сообщаются между собой, перинуклеарное пространство должно содержать ту же сывороткообразную жидкость, что и полости между мембранами эндоплазматической сети. При оценке функциональной роли ядерной оболочки большое значение приобретает вопрос о ее проницаемости, обусловливающей обменные процессы между ядром и цитоплазмой в связи с передачей наследственной информации. Для правильного понимания ядерно-цитоплазматических взаимодействий важно знать, насколько ядерная оболочка проницаема для белков и других метаболитов. Опыты показывают, что ядерная оболочка легко проницаема для относительно крупных молекул. Так, рибонуклеаза - фермент, гидролизующий рибонуклеиновую кислоту без выделения свободной фосфорной кислоты, - имеет молекулярную массу около 13000 и очень быстро проникает в ядро. Даже в корешках, фиксированных видоизмененным методом замораживания, можно наблюдать, как окрашивание ядрышек подавляется во всех клетках уже через 1 ч после обработки рибонуклеазой.

1.5. КАРИОПЛАЗМА

Кариоплазма (ядерный сок, нуклеоплазма) - основная внутренняя среда ядра, она занимает все пространство между ядрышком, хроматином, мембранами, всевозможными включениями и другими структурами. Кариоплазма под электронным микроскопом имеет вид гомогенной или мелкозернистой массы с низкой электронной плотностью. В ней во взвешенном состоянии находятся рибосомы, микротельца, глобулины и различные продукты метаболизма. Вязкость ядерного сока примерно такая же, как вязкость основного вещества цитоплазмы. Кислотность ядерного сока, определенная путем микроинъекции индикаторов в ядро, оказалась несколько выше, чем у цитоплазмы. Кроме того, в ядерном соке содержатся ферменты, участвующие в синтезе нуклеиновых кислот в ядре и рибосомы. Ядерный сок не окрашивается основными красителями, поэтому его называют ахроматиновым веществом, или кариолимфой, в отличие от участков, способных окрашиваться, - хроматина.

1.6. ХРОМАТИН

Термин «хромосома» используется по отношению к молекуле нуклеиновой кислоты, которая представляет собой хранилище генетической информации вируса, прокариота или эукариотической клетки. Однако первоначально слово «хромосома» (т. е. «окрашенное тело») использовалось в другом смысле, - для обозначения густо окрашенных образований в эукариотических ядрах, которые можно было наблюдать в световой микроскоп после обработки клеток красителем. Эукариотические хромосомы, в изначальном смысле этого слова, выглядят как резко очерченные структуры только непосредственно до и во время митоза - процесса деления ядра в соматических клетках. В покоящихся, неделящихся эукариотических клетках хромосомный материал, называемый хроматином, выглядит нечетко и как бы беспорядочно распределен по всему ядру. Однако, когда клетка готовится к делению, хроматин уплотняется и собирается в свойственное данному виду число хорошо различимых хромосом. Хроматин был выделен из ядер и проанализирован. Он состоит из очень тонких волокон, которые содержат 60 % белка, 35 % ДНК и, вероятно, 5 % РНК. Хроматиновые волокна в хромосоме свернуты и образуют множество узелков и петель. ДНК в хроматине очень прочно связана с белками, называемыми гистонами, функция которых состоит в упаковке и упорядочении ДНК в структурные единицы - нуклеосомы. В хроматине содержится также ряд негистоновых белков. В отличие от эукариотических, бактериальные хромосомы не содержат гистонов; в их состав входит лишь небольшое количество белков, способствующих образованию петель и конденсации (уплотнению) ДНК.

Глава 2. КЛЕТОЧНОЕ ЯДРО - ЦЕНТР УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ КЛЕТКИ

2.1. ЯДРО - НЕЗАМЕНИМЫЙ КОМПОНЕНТ КЛЕТКИ

Еще в конце прошлого века было доказано, что лишенные ядра фрагменты, отрезанные от амебы или инфузории, через более или менее короткое время погибают. Более детальные опыты показали, что энуклеированные амебы живут, но вскоре после операции перестают питаться, двигаться и через несколько дней (до одной недели) погибают. Если пересадить ядро в ранее энуклеированную клетку, то процессы нормальной жизнедеятельности восстанавливаются и через некоторое время амеба начинает делиться. Яйцеклетки морского ежа, лишенные ядра, при стимуляции к партеногенетическому развитию делятся, но тоже в конце концов погибают. Особенно интересные опыты были проведены на крупной одноклеточной водоросли ацетабулярии. После удаления ядра водоросль не только живет, но и в течение определенного периода может восстанавливать безъядерные участки. Следовательно, при отсутствии ядра прежде всего нарушается способность к размножению, и, хотя жизнеспособность на какое-то время сохраняется, в конце концов такая клетка неизбежно погибает. содержание ядерного и лишенного ядра фрагмента в среде с радиоактивным предшественником РНК - 3Н-уридином показало, что синтез РНК в безъядерном фрагменте отсутствует. Белковый же синтез продолжается некоторое время за счет информационных РНК и рибосом, сформированных ранее, до удаления ядра. Пожалуй, наиболее яркую иллюстрацию роли ядра дают безъядерные эритроциты млекопитающих. Это эксперимент, поставленный самой природой. Созревая, эритроциты накапливают гемоглобин, затем выбрасывают ядро и в таком состоянии живут и функционируют в течение 120 дней. Они не способны размножаться и в конце концов погибают. Однако клетки, только что выбросившие ядро, так называемые ретикулоциты, еще продолжают синтез белка, но уже не синтезируют РНК. Следовательно, удаление ядра влечет за собой прекращение поступления в цитоплазму новых РНК, которые синтезируются на молекулах ДНК, локализованных в хромосомах ядра. Однако это не мешает уже существующей в цитоплазме информационной РНК продолжать синтезировать белок, что и наблюдается в ретикулоцитах. Затем, когда РНК распадается, синтез белка прекращается, но эритроцит еще продолжает жить долгое время, выполняя свою функцию, которая не связана с интенсивным расходованием белка. Лишенные ядра яйцеклетки морского ежа продолжают жить и могут делиться благодаря тому, что во время овогенеза запасли значительное количество РНК, которая и продолжает функционировать. Информационная РНК у бактерий функционирует минуты, но в ряде специализированных клеток млекопитающих она сохраняется сутки и больше. Несколько особняком стоят данные, полученные на ацетобулярии. Оказалось, что морфогенез удаленной части определяется ядром, но жизнь кусочка обеспечивается ДНК, которую содержат хлоропласты. На этой ДНК синтезируется информационная РНК, которая, в свою очередь, обеспечивает синтез белка.

2.2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ЯДРА

В изучении структурно-биохимической организации ядерного аппарата различных клеток большую роль играют сравнительно-цитологические исследования, в которых применяются как традиционный эволюционно-исторический подход, так и широкие сравнительно-цитологические сопоставления организации ядерного аппарата различных разновидностей клеток. Эволюционно-историческое направление в этих исследованиях имеет особое значение, поскольку ядерный аппарат представляет собой наиболее консервативную клеточную структуру - структуру, ответственную за хранение и передачу генетической информации. Широкое сравнительно-цитологическое изучение ядерного аппарата у тех клеток, которые как бы резко уклоняются от обычного (типичного) уровня организации (ооциты, сперматозоиды, ядерные эритроциты, инфузории и т. д.), и использование данных, полученных с помощью молекулярно-биологических и цитологических методов в специальных науках, занимающихся клеточным уровнем организации (частная цитология, протозоология и т. д.), позволили выявить массу интересных особенностей организации ядерного аппарата, имеющих общецитологическое значение. В составе ядерного аппарата эукариотных клеток можно выделить ряд субсистем, центральное место среди которых занимает совокупность интерфазных хромосом, или ДНК ядра. В них сосредоточена вся ДНК ядра, находящаяся в весьма сложных взаимоотношениях с белками хроматина, которые, в свою очередь, подразделяются на структурные, функциональные и регуляторные белки. Второй и весьма важной субсистемой ядерного аппарата является ядерный матрикс, представляющий собой систему фибриллярных белков, выполняющих как структурную (скелетную) функцию в топографической организации всех ядерных компонентов, так и регуляторную функцию в организации процессов репликации, транскрипции, в созревании (процессинге) и перемещении продуктов транскрипции внутри ядра и за его пределы. По-видимому, белковый матрикс имеет двоякую природу: какие-то одни его компоненты обеспечивают в основном скелетную функцию, другие - регуляторную и транспортную. Вместе с определенными участками ДНК хроматина белки ядерного матрикса (функционального и структурного) образуют основу ядрышка. Белки структурного матрикса принимают участие и в формировании поверхностного аппарата ядра. Поверхностный аппарат ядра занимает и в структурном, и в функциональном отношениях промежуточное положение между метаболическим аппаратом цитоплазмы и ядром. Мембраны и цистерны ядерной оболочки являются по сути дела специализированной частью общей мембранной системы цитоплазмы. Специфическими структурами поверхностного аппарата ядра, играющими важную роль в реализации его основной функции - обеспечении взаимодействия ядра и цитоплазмы выступают поровые комплексы и субмембранная плотная пластинка, которые образуются с помощью белков ядерного матрикса. Наконец, последней субсистемой ядерного аппарата является кариоплазма. Это аналогичная гиалоплазме внешне бесструктурная фаза ядерного аппарата, которая создает специфическое для ядерных структур микроокружение, что обеспечивает возможность их нормального функционирования. Кариоплазма находится в постоянном взаимодействии с гиалоплазмой через систему поровых комплексов и мембран ядерной оболочки.

2.3. РОЛЬ ЯДЕРНЫХ СТРУКТУР В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ

Основные процессы, связанные с синтезом белка, в принципе одинаковы у всех форм живого, указывают на особое значение клеточного ядра. Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, направленную на собственно хранение генетической информации, другую - на ее реализацию, на обеспечение синтеза белка. Иными словами, первую группу составляют процессы поддержания наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК. Эти процессы обусловлены наличием так называемых репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения молекул ДНК (разрыв одной из цепей ДНК, часть радиационных повреждений), что сохраняет строение молекул ДНК практически неизменными в ряду поколений клеток или организмов. Далее в ядре происходит воспроизведение, или редупликация, молекул ДНК, что дает возможность двум клеткам получить совершенно одинаковые и в качественном, и в количественном смысле объемы генетической информации. В ядрах происходят процессы изменения и рекомбинации генетического материала, что наблюдается во время мейоза (кроссинговер). Наконец, ядра непосредственно участвуют в процессах распределения молекул ДНК при делении клеток. Другой группой клеточных процессов, обеспечивающихся активностью ядра, является создание собственно аппарата белкового синтеза. Это не только синтез, транскрипция на молекулах ДНК разных информационных РНК, но транскрипция всех видов трансферных РНК и рибосомных РНК. В ядре эукариотов происходит также образование субъединиц рибосом путем комплексирования синтезированных в ядрышке рибосомных РНК с рибосомными белками, которые синтезируются в цитоплазме и переносятся в ядро. Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетического материала, но и место, где этот материал функционирует и воспроизводится. Поэтому выпадение или нарушение любой из перечисленных выше функций гибельно для клетки в целом. Так, нарушение репарационных процессов будет приводить к изменению первичной структуры ДНК и автоматически - к изменению структуры белков, что непременно скажется на их специфической активности, которая может просто исчезнуть или измениться так, что не сможет обеспечивать клеточные функции, в результате чего клетка погибает. Нарушения редупликации ДНК приведут к остановке размножения клеток или к появлению клеток с неполноценным набором генетической информации, что тоже гибельно для них. К такому же результату приведет нарушение процессов распределения генетического материала (молекул ДНК) при делении клеток. Выпадение в результате поражения ядра или в случаях нарушений каких-либо регуляторных процессов синтеза любой формы РНК автоматически приведет к остановке синтеза белка в клетке или к грубым его нарушениям. Все это указывает на ведущее значение ядерных структур в процессах, связанных с синтезом нуклеиновых кислот и белков, главных функционеров в жизнедеятельности клетки. Ядро осуществляет сложную координацию и регуляцию процессов синтеза РНК. Как указывалось, все три типа РНК образуются на ДНК. Радиографическими методами показано, что синтез РНК начинается в ядре (хроматине и ядрышке), и уже синтезированная РНК перемещается в цитоплазму. Таким образом мы видим, что ядро программирует синтез белка, который осуществляется в цитоплазме. Однако само ядро также испытывает влияние цитоплазмы, т. к. синтезируемые в ней ферменты поступают в ядро и необходимы для его нормального функционирования. Например, в цитоплазме синтезируется ДНК-полимераза, без которой не может происходить авторепродукция молекул ДНК. Поэтому следует говорить о взаимном влиянии ядра и цитоплазмы, при котором главенствующая роль все же принадлежит ядру как хранителю наследственной информации, которая передается при делении от одной клетки к другой.

2.4. ВЕДУЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДНК

Основное биологическое значение ядерного аппарата определяется его главным компонентом - гигантскими молекулами ДНК, способными к репликации и транскрипции. Эти два свойства ДНК и лежат в основе двух важнейших функций ядерного аппарата любой клетки:

а) удвоения наследственной информации и передачи ее в ряду клеточных поколений; б) регулируемой транскрипции участков молекул ДНК и транспорта синтезируемых РНК в цитоплазму клеток.

По характеру организации ядерного аппарата все клетки делятся на три группы: прокариотные, мезокариотные и эукариотные. Клеткам прокариот свойственны отсутствие ядерной оболочки, укладка ДНК без участия гистонов, унирепликонный тип репликации ДНК, моноцистронный принцип организации транскрипции и ее регуляция преимущественно по принципу положительной и отрицательной обратной связи. Клетки эукариот, напротив, отличаются наличием ядерной оболочки, точнее говоря, даже сложного поверхностного аппарата ядра и мультирепликонным типом репликации молекул ДНК, образующих набор хромосом. Упаковка этих молекул происходит с помощью комплекса белков. Характер упаковки подвергается циклическим изменениям, связанным с прохождением клетками закономерных фаз цикла репродукции. Процессы транскрипции ДНК и ее регуляции у эукариот значительно отличаются от таковых у прокариот. Мезокариотные клетки по организации ядерного аппарата занимают как бы промежуточное положение между эукариотными и прокариотными клетками. У мезокариот, как и у эукариот, имеется хорошо развитый поверхностный аппарат ядра. Укладка в хромосомы молекул ДНК существенно отличается от организации ДНП в эукариотных клетках. Механизмы репликации и транскрипции ДНК у мезокариот выяснены слабо. Таким образом в клеточном ядре протекают важнейшие процессы, связанные с наследственным статусом организма, - peпликация (биосинтез ДНК) и транскрипция. Кроме того, ядро является источником отдельных белков и ферментов, необходимых для жизнедеятельности дифференцированных тканей. Одновременно с потоком информации в клетку для обеспечения синтеза белков осуществляется обратная связь: цитоплазма - ядро, т. е. ядро функционирует в тесном взаимодействии с другими частями клетки, объединяя процессы ядерно-цитоплазматического транспорта и регуляторного взаимодействия с цитоплазмой клетки.

Ключевые слова страницы: как, скачать, бесплатно, без, регистрации, смс, реферат, диплом, курсовая, сочинение, ЕГЭ, ГИА, ГДЗ

referatzone.com

biologia_9_klass - Стр 3

густым ядерным веществом — кариоплазмой (греч.karyon — «ядро»). От цитоплазмы ядро отделено двухслойнойядерной мембраной. Через многочисленные поры в мембране происходит обмен молекулами между ядром и цитоплазмой. В ядре имеется одно или несколькоядрышек, связанных с синтезом РНК.

Кроме ядрышек в ядре находятся хромосомы, образованные двухцепочечными молекулами ДНК и белками. Хромосомы являются носителями генов, определяющих наследственные свойства клетки и организма в целом.Ген представляет собой участок молекулы ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов.

Наследственная информация (ДНК), заключенная в хромосомах ядра, с помощью РНК и ферментов управляет всеми процессами, протекающими в клетке: биохимическими, физиологическими, морфологическими, синтезом и распадом веществ.

Ядро — центр управления процессами, происходящими в клетке.

Включения — непостоянные структурные компоненты клетки. В отличие от органоидов включения то появляются, то исчезают в клетке в процессе ее жизнедеятельности.

Органоиды (от греч.organon — «орган» иeidos— «вид») — постоянные структурные компоненты, которые выполняют жизненно важные для клетки функции.

Части клетки, взаимодействуя между собой, образуют целостное единство, т. е. биосистему.

У многих одноклеточных и некоторых многоклеточных организмов в клетке нет оформленного ядра, но есть ДНК-содержащаязона, которая называетсянуклеоидом (от лат.nucleus — «ядро» и греч.eidos — «вид»), т. е. похожим на ядро. Обычно нуклеоид прикреплен к внутренней части мембраны, но он не отграничен мембранами от цитоплазмы. Это свойственно прокариотам.

Клетки, не имеющие оформленного ядра, называют прокариотическими (от лат.pro — «перед», «раньше» и греч.karyon — «ядро»), а имеющие ядро —эукариотическими (от лат.eu— «полностью», «хорошо» и греч.karyon— «ядро»). На этом основании все организмы разделяются напрокариот иэукариот. К прокариотам относятся бактерии (включая цианобактерий) и архебактерии.

Прокариотические клетки присущи древним одноклеточным организмам, а эукариотические возникли позже в процессе эволюции. Эукариоты — это растения, животные и грибы.

Клетки прокариот имеют достаточно простое строение, так как сохраняют черты первых организмов, возникших на Земле. Клетки эукариот имеют более сложное строение.

Форма клеток бывает разной (рис. 10, 11), что зависит от выполняемых клетками функций. У эукариот молекулы ДНК имеют линейное строение. У прокариот молекула ДНК всегда одна и образует кольцо.

Особую, неклеточную форму жизни представляют собой вирусы. Эти организмы, выделяемые в особое царство Вирусы, имеют очень простое строение. Каждая вирусная частица содержит молекулу нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), окруженную белковой оболочкой. Отличительная особенность вирусов — способность размножаться только в живых клетках (рис. 12). Проникая в клетку, вирус нарушает ее генетический аппарат таким образом, что клетка начинает производить вирусную нуклеиновую кислоту и вирусные белки. Вирусы являются возбудителями многих болезней растений, грибов, животных и человека. Они вызывают такие заболевания, как гепатит, полиомиелит, оспа, грипп, ящур и др.

1. Почему цитоплазму называют внутренней средой клетки?

2*. Как осуществляется управление процессами жизнедеятельности в клетках прокариот, у которых нет ядра?

3. Попытайтесь сформулировать ответ кратко.

•

Молекула белка — полимер. А что представляет собой молекула ДНК

и РНК?

 

•

По какому признаку организмы делят на прокариот и эукариот?

§ 8 Органоиды клетки и их функции

Все органоиды клеток делятся на две группы: мембранные и немембранные.

Большинство внутриклеточных структур принадлежит к мембранным органоидам, у которых содержимое отделено от цитоплазмы биологическими мембранами. К ним относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пластиды.Немембранными органоидами, которые образованы без участия мембран, являются рибосомы, микротрубочки, клеточный центр. Все названные органоиды имеются в клетках эукариот. В клетках прокариот содержатся лишь рибосомы. Рассмотрим кратко строение и функции органоидов.

Мембранные органоиды

Эндоплазматическая сеть — это сложная система в виде трубочек, мешочков, плоских цистерн разных размеров. Они объединены в единую замкнутую полость и отграничены от содержимого цитоплазмы биологической мембраной, образующей многочисленные складки и изгибы. Из плоских цистерн в клетках растений образуютсявакуоли.

Эндоплазматическая сеть разделяет цитоплазму на отдельные отсеки, в которых одновременно могут проходить различные химические процессы, не мешая друг другу. Различают шероховатую и гладкую эндоплазматическую сеть. «Шероховатость» вызвана многочисленными рибосомами, усеивающими поверхность мембран, где происходит процесс синтеза белков в клетке. Гладкая эндоплазматическая сеть синтезирует различные липиды и углеводы. Эндоплазматическая сеть не только синтезирует и накапливает в своих цистернах различные вещества, но и участвует в их внутриклеточной транспортировке.

Комплекс Гольджи состоит из цистерн, трубчатых структур, вакуолей и транспортных пузырьков. В клетке может быть один комплекс или несколько. Его основная функция — накопление и «упаковка» химических соединений, синтезируемых в клетке. Комплекс Гольджи взаимодействует с эндоплазматической сетью, получая от нее новообразованные белки и другие выделяемые клеткой вещества. В структурах комплекса Гольджи эти вещества накапливаются, сортируются и могут долгое время храниться в цитоплазме как запас, пока клетка их не востребует.

Лизосома (от греч.lysis — «растворение» иsoma — «тело») — округлый одноцветный органоид. Лизосомы наполнены специальными пищеварительными ферментами. Основная функция лизосом — внутриклеточное пищеварение. Продукты переваривания поступают в цитоплазму клетки.

Обычно лизосомы сливаются с вакуолью, содержащей пищевые частицы. В результате в клетке образуется так называемая пищеварительная вакуоль. В ней и происходит переваривание. Ферменты, встречающиеся в лизосомах, способны разрушить практически любые природные полимерные органические соединения. При помощи лизосом разрушаются отмирающие части клетки или различные чужеродные вещества, проникшие в клетку. Они могут участвовать в удалении целых клеток, межклеточного вещества, органа или его частей (например, разрушение хвоста у головастиков, разжижение тканей в очаге воспаления).

Митохондрия (от греч.mitos — «нить» иchondrion — «зернышко», «крупинка»)

— небольшой органоид овальной формы. Стенка митохондрий образована двумя мембранами — наружной и внутренней. Внутренняя мембрана образует много складок, называемых кристами. Митохондрии имеют собственную ДНК и способны к делению. Эти органоиды участвуют в процессах клеточного кислородного дыхания и преобразуют энергию, которая при этом освобождается, в форму, доступную для использования другими структурами клетки. Поэтому митохондрии часто называют энергетическими станциями клетки.

Пластида (греч.plastides — «создающий») — органоид, свойственный только растительным клеткам. Различают три вида пластид в зависимости от окраски: зеленые —хлоропласты, желтые и оранжевые —хромопласты и бесцветные —лейкопласты. Цвет пластид придает характерную зеленую иликрасно-желтуюокраску клетке и органам растений. Зеленый цвет хлоропластов обусловливает пигментхлорофилл — главный фотосинтезирующий пигмент. В хлоропластах на свету осуществляется процесс фотосинтеза. По строению пластиды сходны с митохондриями — они также окружены двойной мембраной, причем внутренняя образует много складчатых выростов, собранных в стопки —граны. Как и митохондрии, пластиды содержат собственную ДНК и способны к делению.

Немембранные органоиды

Рибосома (от «рибонуклеиновая кислота» и греч.soma — «тело») — органоид, выполняющий «сборку» полимерной молекулы белка. Количество рибосом в клетке огромно — от 10 тысяч у прокариот до многих сотен тысяч у эукариот. Каждая рибосома образуется из двух частей (субъединиц) — большой и малой, состоящих из четырех молекул РНК и нескольких молекул белков. У эукариот рибосомы встречаются не только в цитоплазме, но и в митохондриях и хлоропластах. Функция рибосом — синтез белка. Обычно они объединяются в группы, так называемыеполисомы (греч.polys — «многочисленный»).

Микротрубочка — полая цилиндрическая структура. Микротрубочки поддерживают форму клетки — создают цитоскелет. Они связаны с цитоплазматической и ядерной мембранами, обеспечивают движение внутриклеточных структур. Кроме того, микротрубочки входят в состав органоидов движения —ресничек ижгутиков, характерных для некоторых клеток (например, инфузорий, сперматозоидов). Они также входят в составклеточного центра, играя важную роль в клеточном движении: «растаскивают» хромосомы в ходе деления клетки.

Несмотря на свои чрезвычайно малые размеры, клетка является сложной биологической системой. Типичной клетки не существует, но у всего многообразия клеток много общего.

Сравнивая клетки растений, животных и бактерий, можно увидеть их общие черты (см. рис. 10, 11).

1. Поясните, почему органоиды называют специализированными структурами клетки.

2*. Докажите, что клетка — это элементарная живая система (биосистема).

3*. Вы узнали, что клеткам эукариот и прокариот свойственны сходные черты. О чем свидетельствует этот факт?

Лабораторная работа № 1 (см. Приложение, с. 229).

§ 9 Обмен веществ — основа существования клетки

Для изучения клетки под микроскопом обычно ее фиксируют, окрашивают. На приготовленном микропрепарате рассматривают уже неживую клетку, поэтому создается впечатление, что все структурные части клетки неподвижны, статичны, а это не соответствует действительности. На самом деле в живой клетке все находится в движении: движется цитоплазма, увлекая за собой многие органоиды, вещества и включения; активно работают рибосомы и митохондрии, совершается множество

химических превращений. Во всех этих процессах жизнедеятельности накапливается, тратится и преобразуется энергия. Из окружающей среды в клетку поступают различные вещества, а из клетки в окружающую среду удаляются ненужные продукты обмена. Так осуществляется обмен веществ, илиметаболизм (греч.metabole— «превращение»).

Обмен веществ и энергии (метаболизм) — это совокупность биохимических реакций, протекающих в клетке и обеспечивающих процессы ее жизнедеятельности.

Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных процессов —

анаболизма и катаболизма.

Анаболизм (греч.anabole— «подъем»), илиассимиляция (лат.assimilatio —

«слияние», «усвоение»), — совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток. Поэтому анаболизм еще называют пластическим обменом. В ходе анаболизма происходит биосинтез сложных молекул из простыхмолекул-предшественниковили из молекул веществ, поступивших из внешней среды. Важнейшими процессами анаболизма являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойствен всем организмам) и синтез углеводов (у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).

Пластический обмен особенно интенсивно происходит в периоды роста организмов: в молодом возрасте у животных — при формировании потомства, а у растений — в течение вегетационного периода. При этом биосинтезирующие реакции характеризуются видовой и индивидуальной специфичностью. Например, клетки растений синтезируют для клеточной стенки сложный полисахарид — целлюлозу, клетки наружных покровов членистоногих синтезируют тоже полисахарид, но другой — хитин; в клетках наружных покровов многих позвоночных животных образуется роговое вещество, основу которого составляет белок кератин.

Анаболизм является созидательным этапом обмена веществ. Он осуществляется всегда с потреблением энергии при участии ферментов.

В процессе анаболизма с образованием сложных молекул идет накопление энергии, главным образом, в виде химических связей. Поступление этой энергии в большинстве случаев обеспечивается реакциями биологического окисления веществ клетки — реакциями катаболизма.

Катаболизм (греч.katabole — «сбрасывание», «разрушение»), илидиссимиляция, — совокупность реакций, в которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии. При разрыве химических связей молекул органических соединений энергия высвобождается и запасается, главным образом, в виде молекул

аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), т. е. аденозинтрифосфата.Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, а у прокариот — в цитоплазме, на мембранных структурах.

Катаболизм обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией, поэтому его еще называют энергетическим обменом.

В процессе эволюции клетки живых организмов выработали регуляторные системы, обеспечивающие упорядоченность и согласованность метаболических реакций. Это и позволяет им адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Аденозинтрифосфорная кислота, или АТФ, — это нуклеотид, содержащий аденин, рибозу и трифосфат (три остатка фосфорной кислоты) (рис. 13).

Молекула АТФ очень энергоемка. Она является универсальным переносчиком и накопителем энергии. Энергия заключена в связях между тремя остатками фосфорной кислоты.

Как происходит выделение энергии в клетке? Отделение от АТФ одного концевого фосфата (Ф) сопровождается выделением 40 кДж на 1 моль, тогда как при разрыве химических связей других соединений выделяется 12 кДж. Образовавшаяся при этом молекула

аденозиндифосфата (АДФ) с двумя фосфатными остатками может быстро восстановиться до АТФ или, при необходимости отдав еще один концевой фосфат, превратиться в

аденозинмонофосфат (АМФ).

Пара АТФ/АДФ служит основным механизмом выработки энергии в клетке. Присоединение фосфорных остатков к АМФ и АДФ

сопровождается накоплением (аккумуляцией) энергии, а их отщепление от АТФ и АДФ приводит к выделению энергии. Благодаря богатым энергией химическим связям в молекулах АТФ клетка способна накапливать много энергии и расходовать

еепо мере надобности на все жизненные процессы клетки и организма в целом.

1.Поясните, в каком виде накапливается энергия в клетках.

2.Что произойдет с клеткой, если при метаболизме будет превалировать анаболизм или катаболизм?

3*. Клетка — это биосистема. Охарактеризуйте процессы, которые обеспечивают ее целостность.

§ 10 Биосинтез белков в живой клетке

Каждая живая клетка создает (синтезирует) составляющие ее вещества. Этот процесс называют биосинтезом. Биосинтез (от греч.bios — «жизнь» иsynthesis— «соединение») — образование органических веществ, происходящее в живых клетках с помощью ферментов и внутриклеточных структур.

Биосинтез, осуществляемый в процессе обмена веществ, всегда идет с потреблением энергии. Биосинтез, например, простых углеводов у зеленых растений происходит за счет энергии света. Биосинтез белков идет с потреблением энергии химических связей в органических веществах.

Главным поставщиком энергии для биосинтеза служит аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Ферменты, отщепляя остатки фосфорной кислоты от молекул АТФ, обеспечивают выделение энергии и тем создают возможность ее использования для биосинтеза.

В биосинтезе молекул белка участвуют разные аминокислоты, многочисленные ферменты, рибосомы и разные РНК (рРНК — рибосомная, тРНК — транспортная и иРНК — информационная ). Процесс биосинтеза молекул белка осуществляется в рибосомах.

Характер биосинтеза определяется наследственной информацией, закодированной в определенных участках ДНК хромосом — в генах. Гены содержат информацию об очередности аминокислот того или иного синтезируемого белка, иными словами, кодируют его первичную структуру. Молекулы иРНК передают этот код для биосинтеза.

Схематически процесс биосинтеза можно представить так: ДНК ->иРНК->белок.

Перенос генетической информации в виде копий ДНК из ядра в рибосому осуществляет информационная РНК.

Этот процесс происходит в ядре. Благодаря действию ферментов участок ДНК раскручивается, и вдоль одной из цепей по принципу комплементарности, т. е. избирательного соответствия, выстраиваются нуклеотиды. Соединяясь между собой, они образуют полинуклеотидную цепочку иРНК (рис. 14).

После этого происходит так называемое созревание, когда с участием ферментов вырезаются внутренние участки молекулы, а оставшиеся фрагменты «сшиваются» в одну линейную структуру. В результате образуется иРНК.

При этом разные ферменты способны вырезать разные участки РНК, и таким образом образуются разные иРНК.

Смысл созревания иРНК заключается в том, что на основе информации одного гена возможен синтез нескольких иРНК, а в дальнейшем и разных белков.

Образовавшаяся таким образом новая информационная цепь иРНК оказывается точной копией генетической информации, «списанной» с ДНК как с матрицы. Этот процесс называется транскрипцией (лат.Transcriptio — «переписывание»).

Транскрипция — первый этап биосинтеза белка. На этом этапе происходит «списывание» генетической информации путем создания иРНК.

Образовавшаяся иРНК выходит из ядра в цитоплазму через поры в ядерной оболочке и вступает в контакт с многочисленными рибосомами.

Рибосома — уникальный «сборочный аппарат». Рибосома скользит по иРНК как по матрице и в строгом соответствии с последовательностью расположения ее нуклеотидов выстраивает определенные аминокислоты в длинную полимерную цепь белка. Порядок аминокислот в этой цепи соответствует генетической информации, скопированной («списанной») с определенного участка ДНК. «Считывание» информации с иРНК и создание при этом полимерной цепи белка называетсятрансляцией (лат.Translatio — «передача»). В процессе трансляции информация о строении будущего белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов в молекулах иРНК, переводится с нуклеотидного кода в последовательность аминокислот в синтезируемых белках. Трансляция («считывание») происходит в цитоплазме клетки.

«Считывание» (трансляция) генетической информации с иРНК и создание (сборка) полимерной цепи на рибосомах — второй этап биосинтеза белка.

Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК (тРНК), которые, находясь в цитоплазме в свободном состоянии и в большом количестве, обеспечивают создание полимерной молекулы белка (рис. 15).

Для каждой аминокислоты требуется своя тРНК, комплементарная определенному участку иРНК. Такой участок всегда представлен триплетом — сочетанием трех нуклеотидов, называемым кодоном. В свою очередь, и каждая аминокислота, входящая в белок, тоже закодирована определенным сочетанием трех нуклеотидов (антикодон), по которым они и находят друг друга.

Например, рибосома, «прочитав» последовательность триплета нуклеотидов иРНК: урацил—урацил—урацил,присоединяет к синтезируемому белку аминокислоту фенилаланин, доставленную тРНК с такой последовательностью нуклеотидов:аденин—-аденин—аденин,затем другие три нуклеотида определяют следующую присоединяемую аминокислоту и так далее — до завершения сборки каждой молекулы белка. Многие

аминокислоты кодируются не одним, а несколькими триплетами. В то же время, известны три триплета, которые не кодируют ни одной аминокислоты. Эти триплеты прерывают синтез белковой цепочки. Изменение последовательности нуклеотидов (мутация) может привести к изменению аминокислот в белке. Такой белок приобретает новые свойства и может оказывать значительное влияние на жизнедеятельность организма — как положительное, так и отрицательное.

Обычно вдоль одной молекулы иРНК движется сразу несколько рибосом, при этом одновременно синтезируется несколько молекул белка.

Срок жизни иРНК — от двух минут у бактерий до многих дней у высших организмов. В конце концов ферменты разрушают иРНК до отдельных нуклеотидов. Нуклеотиды затем используются для синтеза новых РНК. Расщепляя и синтезируя иРНК, клетка строго регулирует синтез белков, их тип и количество.

Генетический триплетный код биосинтеза молекул белка был расшифрован в 1965 г. Из 4 типов нуклеотидов можно составить 64 триплетных сочетания. В построении белков участвует всего 20 аминокислот. Но генов в ДНК хромосом очень много, поэтому в клетке может синтезироваться много различных белков. Значительная их часть — ферменты.

Процесс биосинтеза молекул белков осуществляется только в живой клетке.

1. Охарактеризуйте функции различных видов РНК в биосинтезе.

2*. Какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка?

3. Исправьте ошибку в утверждении.

•Транскрипция завершает процесс синтеза белка в клетке.

§11 Биосинтез углеводов — фотосинтез

Биосинтез белка создает полимерную молекулу из готовых мономеров — аминокислот, уже имеющихся в клетке. Этот процесс осуществляется за счет внутренней энергии клетки (АТФ).

Биосинтез углеводов идет принципиально иначе. В клетках растений мономеры

— моносахариды — образуются из неорганических веществ (углекислого газа и воды). Осуществляется этот процесс с помощью энергии света, поступающей в клетку из внешней среды. Этот процесс называют фотосинтезом (от греч.photos — «свет» иsynthesis — «соединение»).

Созданные в клетке моносахариды (глюкоза, фруктоза) как первичные продукты фотосинтеза используются затем для биосинтеза различных полисахаридов, сложных белковых соединений, жирных кислот, нуклеиновых кислот и многих других органических соединений.

Фотосинтез — процесс, чрезвычайно важный для всего живого населения планеты. Он происходит в клетках зеленых растений с помощью пигментов (хлорофилла и других), находящихся в пластидах.

Хлоропласты — это внутриклеточные органоиды (пластиды), которые благодаря пигменту хлорофиллу окрашены в зеленый цвет. В растительной клетке обычно содержится от 15 до 50 хлоропластов.

Хлоропласта имеют сложное строение. От цитоплазмы они отделены двойной мембраной, обладающей избирательной проницаемостью. Полость хлоропласта — строма (греч.stroma — «подстилка», «ковер») представляет собой белковое образование. Внутренняя мембрана хлоропласта, врастая внутрь стромы, создает мешковидные уплощенные структуры —тилакоиды (рис. 16)

Тилакоиды заполнены жидкостью. На мембранах тилакоида размещаются молекулы хлорофилла и других вспомогательных пигментов (каротиноиды). Поэтому их называют фотосинтезирующими мембранами. Местами тилакоиды, связанные между собой в цепочку плоских мешочков (дисков), располагаются друг над другом (как стопка монет). Такие стопки называютгранами. Число гран в хлоропластах у разных растений различно: от 40 до 150. Все граны хлоропласта обычно соединены между собойламеллами — одиночными пластинчатыми тилакоидами.

Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс. Начало ему задает свет. Многолетние исследования фотосинтеза показали, что он включает в себя две стадии: световую и темновую.

Первая стадия фотосинтеза

— световая. Под действием энергии света молекулы хлорофилла (и других соединений, называемых переносчиками) возбуждаются

и теряют электроны. Часть электронов, захваченных ферментами, способствует образованию АТФ путем присоединения остатка фосфорной кислоты (Ф) к АДФ. Другая часть электронов принимает участие в расщеплении (разложении) воды на молекулярный кислород, ионы водорода и электроны. Разложение воды происходит внутри хлоропласта.

Образовавшийся при расщеплении воды водород с помощью электронов присоединяется к веществу, способному транспортировать водород в пределах хлоропласта. Таким веществом является сложное органическое соединение из группы ферментов — окисленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат, или НАДФ. Присоединив водород, НАДФ восстанавливается до НАДФ • Н. В такой химической связи запасается энергия, и заканчивается первая стадия фотосинтеза.

Участие энергии света здесь является обязательным условием. Поэтому

данную стадию называют еще стадией световых реакций.

Кислород, образующийся на первой стадии фотосинтеза как побочный продукт при расщеплении воды, выводится наружу или используется клеткой для дыхания.

Вторая стадия фотосинтеза — темновая. Здесь используются образовавшиеся в процессе световых реакций продукты. С их помощью происходит преобразование углекислого газа в простые углеводы — моносахариды. Их создание идет путем большого количества реакций восстановления С02 за счет энергии АТФ и восстановительной возможности НАДФ • Н. В результате этих реакций образуются молекулы глюкозы (C6h22O6), из которых путем полимеризации создаются полисахариды — целлюлоза, крахмал, гликоген и другие сложные органические соединения. Поскольку все реакции на этой стадии идут без участия света, ее называютстадией темповых реакций.

Все световые реакции (первая стадия фотосинтеза) происходят на мембранах хлоропласта — в тилакоидах, а темновые (вторая стадия фотосинтеза) — между мембранами внутри хлоропласта — в строме (рис. 17).

Сложный поэтапный процесс фотосинтеза идет непрерывно, пока зеленые клетки получают световую энергию.

На скорость фотосинтеза влияют внешние условия среды: интенсивность освещения, концентрация углекислого газа и температура. Если эти параметры достигают оптимальных величин, происходит усиление фотосинтеза. Благодаря фотосинтезу примерно 1-1,5%энергии Солнца, получаемой зелеными растениями, запасается в органических молекулах. Фотосинтезирующие организмы дают пищу гетеротрофам, а также кислород, необходимый для дыхания всем живым существам на планете. Установлено, что 21% кислорода в современной атмосфере Земли создан главным образом путем фотосинтеза.

studfiles.net
Sad4-Karpinsk | Все права защищены © 2018 | Карта сайта