2 ćelijska struktura organizama. Ćelijska struktura živih organizama

Nivoi organizacije

Čovjek je vrhunac evolucije životinjskog svijeta. Sva živa tijela su sastavljena od pojedinaca molekule, koji su, pak, organizovani u ćelije, ćelije - in tkanine, tkanine - in organi, organi - in sisteme organa. I zajedno čine holistički organizam.

Dijagram prikazuje međusobnu povezanost svih organskih sistema u tijelu. Određujući (određujući) princip je genotip, a opšti regulatorni sistemi su nervni i endokrini. Nivoi organizacije od molekularne do sistemske karakteristični su za sve organe. Tijelo kao cjelina je jedan međusobno povezani sistem.

Život na Zemlji predstavljaju pojedinci određene strukture, koji pripadaju određenim sistematskim grupama, kao i zajednicama različite složenosti. Pojedinci i zajednice su organizovani u prostoru i vremenu. Na osnovu pristupa njihovom proučavanju može se razlikovati nekoliko glavnih nivoa organizacije žive materije:

Molekularno- svaki živi sistem, ma koliko složeno organizovan, manifestuje se na nivou funkcionisanja bioloških makromolekula: nukleinskih kiselina, proteina, polisaharida i drugih organskih. Sa ovog nivoa počinju najvažniji životni procesi: metabolizam i konverzija energije, prenošenje naslednih informacija itd. Ovaj nivo proučava molekularna biologija.

Cellular-ćelija je strukturna, funkcionalna i univerzalna jedinica živog organizma. Ćelijska biologija (nauka o citologiji) proučava morfološku organizaciju ćelija, ćelijske specijalizacije tokom razvoja, funkcije ćelijske membrane, mehanizam i regulaciju ćelijske deobe;

Fabric- zbirka ćelija ujedinjenih zajedničkim porijeklom, sličnošću u strukturi i obavljanju zajedničke funkcije.

Orgulje- strukturno i funkcionalno ujedinjenje i interakcija više vrsta tkiva koja formiraju organe.

Organski- integralni diferencirani sistem organa koji obavljaju različite funkcije i predstavljaju višećelijski organizam.

Populacija-vrsta- skup jedinki iste vrste, ujedinjenih zajedničkim staništem, stvarajući populaciju kao sistem nadorganskog poretka. U ovom sistemu se provode najjednostavnije elementarne evolucione transformacije.

Biogeocenotic- skup organizama različitih vrsta i različite složenosti organizacije sa svim faktorima sredine.

Biosfera- sistem najvišeg ranga, koji pokriva sve pojave života na Zemlji. Na ovom nivou odvija se cirkulacija supstanci i transformacija energije povezana sa vitalnom aktivnošću živih organizama.

Nivoi organizacije ljudskog tijela ( koristeći primjer izvedbe motoričke funkcije)

Nivo	Strukture	Operacija
Molekularno	Proteini: aktin, miozin	Oslobađanje energije, kretanje aktinskih filamenata u odnosu na filamente miozina
Subcelularno	Sarkomeri i miofibrili - strukture formirane od nekoliko proteina	Skraćivanje sarkomera i miofibrila
Cellular	Mišićna vlakna	Skraćivanje mišićnih vlakana
Fabric	Poprečno-prugasto mišićno tkivo	Skraćivanje grupa (snopova) mišićnih vlakana
Organski	Poprečno-prugasti skeletni mišići	Skraćivanje mišića
Sistem	Mišićno-skeletni sistem	Promjena položaja kostiju (kože u slučaju mišića lica) jedna u odnosu na drugu
Funkcionalni sistem	Mišićno-skeletni sistem	Pomicanje dijelova tijela ili tijela u prostoru

Struktura tijela

Čulni organi se nalaze na glavi: neupareni - nos, jezik; parovi - oči, uši, organ za ravnotežu. Unutra lobanja nalazi mozak.

Ljudsko tijelo je prekriveno kožom. Kosti i mišići čine mišićno-koštani sistem. Unutar tijela postoje dva tjelesne šupljine - trbušne i torakalne koji su odvojeni septumom – mišićnim dijafragma. Ove šupljine sadrže unutrašnje organe. u grudima - pluća, srca, krvnih sudova, respiratornog trakta i jednjaka. IN trbušne duplje lijevo (ispod dijafragme) - stomak, desno - jetra sa žučnom kesom I slezena. U kičmenom kanalu postoji kičmena moždina. U lumbalnom dijelu postoje bubrezi, odakle polaze ureteri uključeno u mjehur sa uretrom.

Ženski polni organi predstavljeni su: jajnici, jajovodi, materica.

Muški polni organi predstavljeni su: testisi nalazi se u skrotum.

Organi i sistemi organa

Svaki organ ima svoj oblik i specifično mjesto u ljudskom tijelu. Organi koji obavljaju opšte fiziološke funkcije ujedinjeni su u organski sistem.

Organski sistem	Funkcije sistema	Organi koji čine sistem
Pokrovnaya	Štiti tijelo od oštećenja i od prodora patogena	Koža
Musculoskeletal	Davanje snage i oblika tijelu, izvođenje pokreta	Skelet, mišići
Respiratorni	Osiguravanje izmjene plina	Dišni putevi, pluća, respiratorni mišići
Krv	Transport, snabdevanje svih organa hranljivim materijama, kiseonikom, oslobađanje metaboličkih produkata	Srce, krvni sudovi
Digestive	Varenje hrane, snabdijevanje tijela energetskim supstancama, zaštitno	Pljuvačne žlijezde, zubi, jezik, jednjak, želudac, crijeva, jetra, gušterača
izlučivanje	Uklanjanje metaboličkih produkata, osmoregulacija	Bubrezi, bešika, ureteri
Sistem reproduktivnih organa	Reprodukcija organizama	Jajnici, jajovodi, materica, testisi, spoljašnji genitalije
Nervni sistem	Regulacija aktivnosti svih organa i ponašanja tijela	Mozak i kičmena moždina, periferni živci
Endokrini sistem	Hormonska regulacija unutrašnjih organa i ponašanja tijela	Štitna žlijezda, nadbubrežne žlijezde, hipofiza itd.

Nervni sistem vrši regulaciju pomoću elektrohemijskih signala i nervnih impulsa. Endokrini sistem funkcioniše uz pomoć biološki aktivnih supstanci - hormona, koji ulaze u krv i, dospevši u organe, menjaju njihov rad.

Ćelijska struktura tijela

Spoljašnje i unutrašnje okruženje organizma

Eksterno okruženje- ovo je sredina u kojoj se nalazi ljudsko tijelo. Ovo je skup specifičnih abiotičkih i biotičkih uslova u kojima živi određena jedinka, populacija ili vrsta. Čovek živi u gasovitom okruženju.

Unutrašnje okruženje tela je okruženje koje se nalazi unutar tela: od njega je odvojeno spoljašnje okruženje membrane tijela (koža, sluzokože). Sadrži sve ćelije tela. Tečan je, ima određeni sastav soli i konstantnu temperaturu. Unutrašnja sredina ne uključuje: sadržaj probavnog kanala, urinarnog i respiratornog trakta. Graniče s vanjskim okruženjem: vanjskim keratiniziranim slojem kože i nekim sluzokožama. Organi ljudskog tela snabdevaju ćelije kroz unutrašnju sredinu potrebnim supstancama i uklanjaju nepotrebne supstance tokom života organizma.

Struktura ćelije

Ćelije su raznolike po obliku, strukturi i funkciji, ali su strukturno slične. Svaka ćelija je odvojena od drugih ćelijskom membranom. Većina ćelija ima citoplazmu i jezgro. Citoplazma- unutrašnja sredina, živi sadržaj ćelije, koji se sastoji od vlaknaste materije - citosola i ćelijskih organela. Cytosol- topljivi dio citoplazme koji ispunjava prostor između ćelijskih organela. Citosol sadrži 90% vode, kao i mineralne i organske supstance (gasove, jone, šećere, vitamine, aminokiseline, masne kiseline, proteine, lipide, nukleinske kiseline i druge). Ovo je mjesto metaboličkih procesa (na primjer, glikoliza, sinteza masnih kiselina, nukleotida, aminokiselina, itd.).

U citoplazmi ćelije postoji niz struktura organela, od kojih svaka ima specifičnu funkciju i pravilne strukturne karakteristike i ponašanje u različiti periodiživot ćelije. Organoidi- trajne, vitalne komponente ćelija.

Struktura i funkcije jezgra

Ćelija i njen sadržaj odvojeni su od vanjskog okruženja ili od susjednih ćelija površinskom strukturom. Core- najvažnija, obavezna organela životinjske ćelije. Ima sferni ili jajolik oblik, prečnika 10-20 mikrona. Nukleus je odvojen od citoplazme nuklearnom membranom. Vanjska nuklearna membrana na površini okrenuta prema citoplazmi prekrivena je ribosomima, unutrašnja je glatka. Izbočine vanjske nuklearne membrane povezuju se s kanalima endoplazmatskog retikuluma. Razmjena tvari između jezgre i citoplazme odvija se na dva glavna načina: kroz nuklearne pore i zbog oslobađanja invaginacija i izraslina nuklearne membrane.

Nuklearna šupljina je ispunjena želastim nuklearnim sokom (karioplazma), koji sadrži jednu ili više nukleola, hromozoma, DNK, RNK, enzime, ribosomske i strukturne proteine ​​hromozoma, nukleotide, aminokiseline, ugljikohidrate, mineralne soli, jone, itd. kao i produkti aktivnosti nukleola i hromatina. Nuklearni sok obavlja funkcije vezivanja, transporta i regulacije.

Ćelijsko jezgro, kao najvažnija komponenta ćelije, koja sadrži DNK (gene), obavlja sledeće funkcije:

1. Čuvanje, reprodukcija i prijenos nasljednih genetskih informacija.
2. Regulacija metaboličkih procesa, biosinteza supstanci, dioba i vitalna aktivnost stanice.

Jezgro sadrži hromozome, čiju osnovu čine molekule DNK koji određuju nasljedni aparat ćelije. Zovu se dijelovi molekula DNK odgovorni za sintezu određenog proteina geni. Na svakom hromozomu postoje milijarde gena. Kontrolirajući stvaranje proteina, geni kontroliraju cijeli lanac složene biologije hemijske reakcije u tijelu i na taj način određuju njegove karakteristike. U običnim ćelijama (somatskim) ljudsko tijelo sadrži 46 hromozoma, zametne ćelije (jajna ćelija i spermatozoid) imaju 23 hromozoma (pola skupa).

Jezgro sadrži nucleolus- gusto okruglo tijelo uronjeno u nuklearni sok u kojem se vrši sinteza važnih tvari. To je centar sinteze i organizacije ribonukleoproteina, koji u obliku snopova nitastih formacija formiraju kromatinske strukture nukleola. Dakle, nukleolus je mjesto sinteze RNK.

Ćelijske organele

Trajne ćelijske strukture, od kojih svaka obavlja svoje posebne funkcije, nazivaju se organoidi. U ćeliji imaju istu ulogu kao i organi u tijelu.

Glavne membranske strukture ćelije su citoplazmatska membrana, odvajanje ćelije od susjednih ćelija ili međućelijska supstanca, endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat, mitohondrijalne i nuklearne membrane. Svaka od ovih membrana ima strukturne karakteristike i određene funkcije, ali su sve građene prema istom tipu.

Funkcije citoplazmatska membrana:

1. Ograničenje sadržaja citoplazme iz spoljašnje sredine formiranjem ćelijske površine.
2. Zaštita od oštećenja.
3. Raspodjela unutarćelijske sredine u odjeljke u kojima se odvijaju određeni metabolički procesi.
4. Selektivni transport supstanci (polupropusnost). Vanjska citoplazmatska membrana je lako propusna za neke tvari, a nepropusna za druge. Na primjer, koncentracija K+ jona uvijek je veća u ćeliji nego u okolini. Naprotiv, uvijek ima više Na+ jona u međućelijskoj tekućini. Membrana regulira ulazak određenih jona i molekula u ćeliju i uklanjanje tvari iz stanice.
5. Funkcija transformacije energije je pretvaranje električne energije u hemijsku energiju.
6. Prijem (vezivanje) i prijenos regulatornih signala u ćeliju.
7. Izlučivanje supstanci.
8. Formiranje međućelijskih kontakata, povezivanje ćelija i tkiva.

Endoplazmatski retikulum- membranski razgranati sistem kanala prečnika 25-75 nm i šupljina koje prodiru u citoplazmu. U ćelijama sa intenzivnim metabolizmom ima posebno mnogo kanala kroz koje se transportuju supstance sintetizovane na membranama.

Postoje dvije vrste membrana endoplazmatskog retikuluma: glatko I grubo(ili granularni, koji sadrže ribozome). Glatke membrane sadrže enzimske sisteme uključene u metabolizam masti i ugljikohidrata i detoksikaciju supstanci. Takve membrane prevladavaju u stanicama lojnih žlijezda, gdje se odvija sinteza masti i jetre (sinteza glikogena). Glavna funkcija grubih membrana je sinteza proteina, koja se odvija u ribosomima. Posebno je mnogo grubih membrana u žljezdanim i nervnim stanicama.

Ribosomi- mala sferna tijela prečnika 15–35 nm, koja se sastoje od dvije podjedinice (velike i male). Ribosomi sadrže proteine ​​i rRNA. Ribosomalna RNK (rRNA) se sintetiše u jezgri na molekulu DNK nekih hromozoma. Tu se formiraju i ribosomi, koji potom napuštaju jezgro. U citoplazmi ribozomi mogu biti slobodno locirani ili pričvršćeni za vanjsku površinu membrana endoplazmatskog retikuluma (hrapave membrane). Ovisno o vrsti proteina koji se sintetizira, ribozomi mogu "raditi" pojedinačno ili se kombinirati u komplekse - poliribozome. U takvom kompleksu ribozomi su povezani dugačkim m-RNA molekulom. Funkcija ribozoma je da učestvuju u sintezi proteina.

Golgijev aparat- sistem membranskih cijevi koje formiraju hrpu spljoštenih vrećica (cisterni) i pripadajućih sistema mehurića i šupljina. Golgijev aparat je posebno razvijen u ćelijama koje proizvode proteinske sekrecije, u neuronima i jajima. Rezervoari su povezani EPS kanalima. Proteini, polisaharidi i masti sintetizirani na membranama ER transportiraju se do Golgijevog aparata, kondenziraju se unutar njegovih struktura i "pakuju" u obliku sekreta, spremne za oslobađanje ili za upotrebu u samoj ćeliji tokom njenog života. Golgijev aparat je uključen u obnavljanje biomembrana i formiranje lizosoma.

Lizozomi- mala okrugla tijela, oko 0,2-0,5 µm u prečniku, ograničena membranom. Unutar ribozoma postoji kisela sredina (pH 5) i sadrži kompleks (više od 30 vrsta) hidrolitičkih enzima za razgradnju proteina, lipida, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina i drugih. U ćeliji postoji nekoliko desetina lizosoma (naročito ih ima u leukocitima).

Lizosomi se formiraju ili iz struktura Golgijevog kompleksa ili direktno iz endoplazmatskog retikuluma. Prilaze pinocitotičnim ili fagocitotskim vakuolama i izlivaju njihov sadržaj u njihovu šupljinu. Glavna funkcija lizosoma je da učestvuju u intracelularnoj probavi nutrijenata kroz fagocitozu i lučenje probavnih enzima. Lizozomi također mogu razgraditi i ukloniti mrtve organele i otpadne tvari, uništiti strukture same ćelije kada umre, tokom embrionalnog razvoja i u nizu drugih slučajeva.

Mitohondrije- mala tijela omeđena dvoslojnom membranom. Mitohondrije mogu imati različite oblike - sferične, ovalne, cilindrične, filamentne, spiralne, izdužene, čašaste, razgranate. Njihove veličine su 0,25-1 µm u prečniku i 1,5-10 µm u dužini. Broj mitohondrija u ćeliji je nekoliko hiljada i varira u različitim tkivima, što zavisi od funkcionalne aktivnosti ćelije: ima ih više tamo gde su sintetički procesi intenzivniji (npr. u jetri).

Zid mitohondrija se sastoji od dvije membrane - vanjske glatke i unutrašnje presavijene, u koje je ugrađen lanac transporta elektrona, ATPaza i međumembranski prostor od 10-20 nm. Pregrade se protežu od unutrašnje membrane duboko u organoid, ili cristas. Preklapanje značajno povećava unutrašnju površinu mitohondrija.

Na membranama krista u mitohondrijskom matriksu (unutar mitohondrija) nalaze se brojni enzimi uključeni u energetski metabolizam (enzimi Krebsovog ciklusa, oksidacija masnih kiselina i drugi). Mitohondrije su usko povezane sa membranama ER, čiji se kanali često otvaraju direktno u mitohondrije. Broj mitohondrija može se brzo povećati diobom, što je posljedica molekule DNK koja je dio njih. Dakle, mitohondrije sadrže vlastitu DNK, RNK, ribozome i proteine. Glavna funkcija mitohondrija je sinteza ATP-a tokom oksidativne fosforilacije (aerobno disanje ćelije).

Struktura i funkcije ćelijskih organela

Shematska ilustracija	Struktura	Funkcije
Plazma membrana (ćelijska membrana)	Dva sloja lipida (dvosloj) između dva sloja proteina	Selektivno propusna barijera koja reguliše razmjenu između ćelije i okoline
Core	Najveća organela, zatvorena u školjku od dvije membrane, prožeta nuklearnim porama. Sadrži hromatin- u ovom obliku, odmotani hromozomi su u interfazi. Sadrži nucleolus	Kromosomi sadrže DNK - supstancu naslijeđa. DNK se sastoji od geni reguliše sve vrste ćelijske aktivnosti. Nuklearna dioba je u osnovi reprodukcije stanica, a samim tim i procesa reprodukcije. r-RNA i ribozomi se formiraju u nukleolu
Endoplazmatski retikulum (ER)	Sistem spljoštenih membranskih vreća - cisterni - u obliku cijevi i ploča. Sa vanjskom membranom nuklearnog omotača čini jednu jedinicu	Ako je površina ER prekrivena ribosomima, onda se zove grubo. Protein sintetizovan na ribosomima transportuje se kroz EPS cisterne. Glatko(bez ribozoma) služi kao mjesto za sintezu lipida i steroida
Ribosom	Vrlo male organele koje se sastoje od dvije podčestice - velike i male. Sadrže proteine ​​i RNK u približno jednakim omjerima. Ribosomi koji se nalaze u mitohondrijima su još manji	Mjesto sinteze proteina, gdje se različiti molekuli u interakciji drže u ispravnom položaju. Ribosomi su povezani sa EPS-om ili leže slobodni u citoplazmi. Mnogi ribozomi mogu formirati polizom (poliribozom) u kojem su nanizani na jedan lanac glasničke RNK
Mitohondrije	Mitohondrij je okružen školjkom od dvije membrane; interni membrana formira nabore (kriste). Sadrži matriks koji sadrži mali broj ribozoma, jednu kružnu DNK molekulu i granule fosfata	At aerobno disanje oksidativna fosforilacija i prijenos elektrona se javljaju u kristama, a enzimi uključeni u Krebsov ciklus i oksidaciju masnih kiselina djeluju u matriksu
Golgijev aparat	Gomila spljoštenih membranskih vreća - rezervoara. Na jednom kraju naslagane vrećice se kontinuirano formiraju, a na drugom se povezuju u obliku mjehurića.	Mnogi ćelijski materijali (npr. EPS enzimi) prolaze kroz modifikaciju u cisternama i transportuju se u vezikulama. Golgijev aparat je uključen u proces sekrecije i u njemu se formiraju lizozomi
Lizozom	Jednostavna sferična membranska vrećica (jedna membrana) ispunjena probavnim (hidrolitičkim) enzimima	Obavlja mnoge funkcije, uvijek povezane s dezintegracijom bilo koje strukture ili molekula. Lizozomi igraju ulogu u autofagiji, autolizi, endocitozi, egzocitozi

Podjela ćelije

Podjela ćelije je složen proces aseksualne reprodukcije. Kod jednoćelijskih organizama to dovodi do povećanja broja jedinki, dok kod višećelijskih organizama, koji svoje postojanje počinju iz jedne ćelije - zigote, stvaraju višećelijski organizam. Ovo je složen proces koji počinje formiranjem iste molekule pored svakog molekula DNK. Dakle, postoje dva identična DNK molekula u hromozomu. Prije nego što počne dioba ćelije, jezgro se povećava u veličini. Kromosomi se uvijaju u spiralu, a nuklearna membrana nestaje. Organele ćelijskog centra divergiraju na suprotne polove i između njih a vreteno divizije. Zatim se hromozomi nižu duž ekvatora. Upareni molekuli DNK svakog hromozoma su povezani centriola- jedan molekul DNK iz jednog centriola, a njegov dvostruki iz drugog. Ubrzo molekuli DNK počinju da se divergiraju (svaki prema svom polu), formirajući nove skupove koji se sastoje od identičnih hromozoma i gena. U ćelijama kćerima stvaraju se hromozomski spletovi oko kojih se formira nuklearni omotač. Hromozomi se odmotaju i više nisu vidljivi. Nakon formiranja jezgra, organele i citoplazma se dijele - pojavljuje se suženje, dijeleći jednu ćeliju na dvije ćelije kćeri.

Podjela ćelije

Faze podjele	Crtanje	Mitoza
Profaza		hromozomi spiralni, zadebljani i sastoje se od dvije sestrinske hromatide; nuklearna membrana se rastvara; formiraju se filamenti vretena
Metafaza		hromozomi se nižu u ekvatorijalnoj ravni; vretenasti filamenti su povezani sa centromerima
Anafaza		centromere se dijele, sestrinski hromozomi se kreću prema polovima; svaki pol proizvodi onoliko hromozoma koliko je bilo u originalnoj majčinoj ćeliji
Telofaza		citoplazma i sve njene organele se dijele; u sredini ćelije stvara se suženje; formira se jezgro; pojavljuju se dvije kćerke ćelije, potpuno identične majčinoj

Biološki značaj mitoze sastoji se u reprodukciji identične ćelije, održavajući konstantan broj hromozoma. Rezultat njegovog rada je formiranje dvije genetski homogene ćelije identične majčinoj.

Životni procesi ćelije

Procesi se odvijaju u ćelijama bilo kog organizma metabolizam. Nutrijenti koji ulaze u ćeliju formiraju složene tvari; formiraju se ćelijske strukture. Osim toga, stvaranjem novih tvari dolazi do procesa biološke oksidacije organskih tvari - ugljikohidrata, bjelančevina, masti, pri čemu se oslobađa energija neophodna za život ćelije, a produkti raspadanja se uklanjaju.

Enzimi. Pod uticajem se odvija sinteza i razgradnja supstanci enzimi- biološki katalizatori proteinske prirode, koji višestruko ubrzavaju bioaktivnost hemijski procesi u kavezu. Jedan enzim djeluje samo na određena jedinjenja – supstrat ovog enzima.

Rast i razvoj ćelija. Tokom života organizma, mnoge njegove ćelije rastu i razvijaju se. Visina- povećanje veličine i mase ćelije. Razvoj- starosne promjene i sposobnost ćelije da obavlja svoje funkcije.

Odmor i ekscitacija ćelije. Ćelije u tijelu mogu biti u stanju mirovanja i uzbuđenja. Kada je uzbuđena, ćelija počinje da radi i obavlja svoje funkcije. Uzbuđenje ćelije obično je povezano sa iritacijom. Iritacija- ovo je proces uticaja na ćeliju mehanički, hemijski, električni, termički itd. uticaj. Kao rezultat toga, ćelija prelazi iz stanja mirovanja u pobuđeno stanje (aktivno radi). Ekscitabilnost- sposobnost ćelije da reaguje na iritaciju (tu sposobnost imaju mišićne i nervne ćelije).

Tkanine

Ljudska tjelesna tkiva se dijele na četiri tipa: epitelne, ili granica; povezivanje, ili tkiva unutrašnje sredine tela; kontraktilnih mišića tkanine i tekstil nervni sistem .

Opšte tkanine- epitelna i unutrašnja sredina (krv, limfa i vezivno tkivo: samo vezivno tkivo, hrskavica, kost).

Specijalne tkanine- mišićav, nervozan.

Epitelno tkivo(pokrovno) - susjedno tkivo koje prekriva tijelo izvana; oblaže unutrašnje organe i šupljine; dio jetre, žlijezda, pluća. Osim toga, oblažu unutrašnju površinu krvnih žila, respiratornih puteva i uretera. Epitelno tkivo uključuje i žljezdano tkivo koje proizvodi različite vrste sekreta (znoj, pljuvačka, želudačni sok, sok pankreasa). Ćelije ovog tkiva su raspoređene u obliku sloja, a njihova karakteristika je polaritet (gornji i Donji dioćelije). Epitelne ćelije imaju sposobnost regeneracije ( regeneracija). U epitelnom tkivu nema krvnih sudova (ćelije se difuzno hrane kroz bazalnu laminu).

Različite vrste epitela

Vrsta tkanine (dezen)	Struktura tkiva	Lokacija	Funkcije
Ravni epitel	glatka površina ćelije; ćelije se čvrsto drže jedna za drugu; jednoslojni; poklopac	površina kože, usna šupljina, jednjak, alveole, kapsule nefrona, pleura, peritoneum	integumentarni, zaštitni, izlučujući(razmjena plinova, izlučivanje urina)
Kuboidni epitel	kubične ćelije koje su čvrsto jedna uz drugu; jednoslojni; glandularni	tubuli bubrega, pljuvačne žlijezde, endokrine žlijezde	reapsorpcija (obrnuta) pri formiranju sekundarnog urina, lučenje pljuvačke, sekret sa hormonima
Kolumnarni epitel (prizmatični)	cilindrične ćelije; jednoslojni; poklopac	želudac, crijeva, žučne kese, dušnik, materica	sluzokože želuca i crijeva
Jednoslojni cilirani epitel	sastoji se od ćelija sa brojnim dlačicama (cilija); jednoslojni	respiratorni trakt, kičmeni kanal, moždane komore, jajovode	zaštitni(cilije zadržavaju i uklanjaju čestice prašine), organizuju protok tečnosti, kretanje jajeta
Pseudo-višeslojni	ćelije konusnog oblika leže u jednom sloju, ali naizmjenično uske i široke krajeve, stvarajući dvoredni raspored jezgara; poklopac	olfaktorne zone, okusni pupoljci jezika, mokraćni kanal, dušnik	osetljiv epitel. Percepcija mirisa, ukusa, punjenja bešike, osećaj prisustva stranih čestica u dušniku
Višeslojni	keratiniziraju gornje slojeve ćelija; poklopac	kože, kose, noktiju	zaštitni, termoregulacijski, pokrovni

Dakle, epitelno tkivo ima sljedeće funkcije: integumentarni, zaštitni, trofični, sekretorni.

Vezivna tkiva

Vezivna tkiva ili tkiva unutrašnje sredine predstavljena su krvlju, limfom i vezivnim tkivom. Karakteristika ovog tkiva je prisustvo, pored ćelijskih elemenata, velike količine međustanične supstance koju predstavljaju mljevena tvar i vlaknaste strukture(formirani od fibrilarnih proteina - kolagena, elastina, itd.). Vezivno tkivo se deli na: zapravo vezivna, hrskavična, koštana.

Samo vezivno tkivo stvara slojeve unutrašnjih organa, potkožnog tkiva, ligamenti, tetive i drugo. Tkivo hrskavice oblici:

• hijalinska hrskavica - formira zglobne površine;
• fibrozni - nalaze se u intervertebralnim diskovima;
• elastika uključena - uključena uši i epiglotis.

Kost formira kosti skeleta, čiju snagu daju naslage nerastvorljivih kalcijevih soli u njemu. Koštano tkivo učestvuje u mineralnom metabolizmu organizma. (Pogledajte odeljak „Mišićno-skeletni sistem”).

Tkiva unutrašnje sredine

Vrsta tkanine (dezen)	Struktura tkiva	Lokacija	Funkcije
Labavo vezivno tkivo	Labavo raspoređena vlakna i ćelije isprepletene jedna s drugom; međućelijska tvar je bez strukture, sa mastocitom i masnim stanicama.	potkožno masno tkivo, perikardijalna vreća, putevi nervnog sistema, krvni sudovi, mezenterije	povezuje kožu s mišićima, podržava organe u tijelu, popunjava praznine između organa. Učestvuje u termoregulaciji tela
Tkivo hrskavice	Žive okrugle ili ovalne ćelije hondrociti, ležanje u kapsulama; kolagena vlakna; Međućelijska tvar je gusta, elastična, prozirna.	intervertebralni diskovi, hrskavice larinksa, dušnik, rebra, ušna školjka, zglobne površine, baze tetiva, skelet fetusa	zaglađivanje trljajućih površina kostiju. Zaštita od deformacije respiratornog trakta i ušiju. Pričvršćivanje tetiva na kosti

Funkcije vezivnog tkiva: zaštitni, potporni, nutritivni (trofički).

Ćelije mišićno tkivo imaju svojstva: ekscitabilnost, kontraktilnost, provodljivost.

Vrste mišićnog tkiva

Postoje tri vrste mišićnog tkiva: glatko, prugasto, srčano.

Tkiva unutrašnje sredine

Vrsta tkanine (dezen)	Struktura tkiva	Lokacija	Funkcije
Glatka tkanina	ćelije su vretenaste; ćelije sadrže jedno jezgro; nemaju poprečne pruge	formira mišiće unutrašnjih organa, dio je zidova krvnih i limfnih žila	inervira autonomni nervni sistem i izvode relativno spore pokrete i tonične kontrakcije
Poprečno-prugasto tkivo (mišićna vlakna)	duga multinuklearna stanica s poprečnim prugama zbog određenog sastava i rasporeda mišićnih proteina; sadrže kontraktilna vlakna	skeletni mišići, mišići jezika, ždrijela, početni dio jednjaka	kontrakcije kao odgovor na impulse koji dolaze iz motornih neurona u leđnoj moždini i mozgu
Srčano tkivo	ima pruge i ima autonomija ćelije su povezane jedna s drugom procesima (interkalirani diskovi)	kombinuje svojstva glatkog i prugastog mišićnog tkiva; srce	odgovoran za kontrakciju svih mišićnih elemenata

Funkcije mišićnog tkiva: kretanje tijela u prostoru; pomicanje i fiksiranje dijelova tijela; promjene volumena tjelesne šupljine, lumena žile, kretanja kože; rad srca.

Nervno tkivo

Nervno tkivo formira mozak i kičmenu moždinu, nervne ganglije i vlakna. Ćelije nervnog tkiva su neuroni i glijalne ćelije. Glavna karakteristika neurona je visoka ekscitabilnost. Oni primaju iritaciju (signale) iz vanjskog i unutrašnjeg okruženja tijela, provode ih i obrađuju. Neuroni su sastavljeni u vrlo složena i brojna kola koja su neophodna za primanje, obradu, pohranjivanje i korištenje informacija.

Vrste neurona:

1. jednopolarni ( pogonski, centrifugalni)
2. pseudobipolarni ( osetljiva, centripetalna)
3. multipolarni ( dio mozga)

1. Dendriti
2. Neuronsko tijelo
3. Ćelijsko jezgro
4. Citoplazma
5. Aksoni
6. Schwannova ćelija
7. Akson terminali
8. Dendron

Neuron se sastoji od telo ćelije(soma) i dvije vrste procesa - dendriti, aksoni i završne ploče. Tijelo neurona sadrži jezgro sa zaobljenim nukleolima.

Struktura neurona (nervne ćelije)

1. Neuronsko tijelo
2. Dendriti
3. Aksoni
4. Završne ploče
5. Sinaptičke vezikule
6. Mijelinski omotač
7. Presretanje Ranviera
8. Nissl supstanca
9. Završetak nervnih vlakana
10. Dio mišićnog vlakna koji je u stanju kontrakcije

Dendriti(2) - kratki, debeli, jako razgranati procesi koji provode nervne impulse (ekscitaciju) do tijela nervne ćelije.

Axon(3) - jedan dugačak (do 1,5 m) negranajući proces nervne ćelije, koji vodi nervni impuls od tela ćelije do njenog terminalnog dela. Procesi su šuplje cijevi ispunjene citoplazmom koja teče prema krajnjim pločama. Citoplazma preuzima enzime koji su nastali u strukturama granularnog endoplazmatskog retikuluma (8) i kataliziraju sintezu posrednici u završnim pločama (4). Odašiljači su pohranjeni u sinaptičkim vezikulama (5). Aksoni nekih neurona su na površini zaštićeni formiranom mijelinskom ovojnicom (6). Schwannove ćelije, omotavanje oko aksona. Ova membrana se sastoji od ćelija neke vrste nervnog tkiva - glia, u koji su sve nervne ćelije uronjene. Glia ima pomoćnu ulogu - obavlja izolacijsku, potpornu, trofičku i zaštitnu funkciju. Mjesta na kojima akson nije prekriven (mijelinskim omotačem) nazivaju se Ranvierovi čvorovi (7). Mijelin (bijela tvar slična masnoći) je ostatak membrane mrtvih stanica i njegov sastav osigurava izolacijska svojstva ćelije.

Nervne ćelije se međusobno povezuju preko sinapsi. Synapse- mjesto kontakta između dva neurona, gdje se odvija prijenos nervnog impulsa iz jedne ćelije u drugu. Sinapse se formiraju na mjestima kontakta aksona sa stanicama na koje prenosi informacije. Ove oblasti su donekle zadebljane (10), jer sadrže mehuriće sa iritantnom tečnošću. Ako nervni impulsi stignu do sinapse, mjehurići pucaju, tečnost se izlije u sinoptički rascjep i utječe na membranu ćelije koja prima informaciju. Ovisno o sastavu i količini biološki aktivnih tvari sadržanih u tekućini, stanica koja prima informaciju može se uzbuditi i pojačati svoj rad, ili usporiti - oslabiti ga ili potpuno zaustaviti.

Ćelije koje primaju informacije obično imaju mnogo sinapsi. Preko nekih od njih primaju stimulativne signale, preko drugih - negativne, inhibitorne. Svi ovi signali se sumiraju, nakon čega slijedi promjena u radu.

Dakle, funkcije nervnog tkiva uključuju: primanje, obradu, skladištenje, prenošenje informacija koje dolaze iz spoljašnje sredine i unutrašnjih organa; regulacija i koordinacija aktivnosti svih tjelesnih sistema.

Fiziološki sistemi organa

Tkiva ljudskog i životinjskog tijela čine organe i fiziološke organske sisteme: pokrovni, potporni i pokretni, probavni, cirkulatorni, respiratorni, ekskretorni, reproduktivni, endokrini, nervni.

Fiziološki sistemi	Organi koji formiraju sistem	Značenje
Integumentarni sistem	Koža i sluzokože	Štiti tijelo od vanjskih utjecaja
Sistem podrške i kretanja	Kosti koje čine skelet i mišiće	Dajte tijelu oblik, pružite podršku i kretanje, zaštitite unutrašnje organe
Probavni sustav	Organi usne duplje ( jezik, zubi, pljuvačne žlezde), ždrijelo, jednjak, želudac, crijeva, jetra, gušterača	Obezbedite reciklažu hranljive materije u organizmu
Cirkulatorni sistem	Srce i krvni sudovi	Obavlja proces cirkulacije krvi i metabolizma između tijela i okoline
Respiratornog sistema	Nosna šupljina, nazofarinks, dušnik, pluća	Obezbediti razmenu gasa
Ekskretorni sistem	Bubrezi, ureteri, mokraćna bešika, uretra	Uklanja konačne toksične produkte metabolizma iz tijela
Reproduktivni sistem	Muški organi(testisi, skrotum, prostata, penis). Ženski organi(jajnici, materica, vagina, spoljašnji ženski genitalije)	Obezbedite reprodukciju
Endokrini sistem	Endokrine žlijezde (tiroidne, reproduktivne, pankreas, nadbubrežne žlijezde itd.)	Proizvodi hormone koji reguliraju funkcije i metabolizam u organima i tkivima
Nervni sistem	Nervno tkivo koje prodire u sve organe i tkiva	Reguliše usklađeno funkcionisanje svih sistema i celog organizma u promenljivim uslovima sredine

Regulacija refleksa

Nervni sistem reguliše sve procese u organizmu, a takođe obezbeđuje odgovarajući odgovor organizma na uticaj spoljašnje sredine. Ove funkcije nervnog sistema se izvode refleksno. Reflex- odgovor organizma na iritaciju, koja se javlja uz učešće centralnog nervnog sistema. Refleksi nastaju kao rezultat procesa ekscitacije koji se širi duž refleksnog luka. Refleksna aktivnost je rezultat interakcije dva procesa - ekscitacija i inhibicija.

Ekscitacija i inhibicija su dva suprotna procesa, čija interakcija osigurava koordiniranu aktivnost nervnog sistema i koordinisano funkcionisanje organa našeg tela.

Centralni i periferni nervni sistem

Većina neurona nalazi se u mozgu i kičmenoj moždini. Oni se pomire centralnog nervnog sistema(CNS). Neki od ovih neurona prelaze njegove granice: njihovi dugi procesi su sjedinjeni u snopove, koji, kao dio nerava, idu do svih organa tijela. Nervni sistem se sastoji od nervnih ćelija - neurona (postoji 25 milijardi neurona u mozgu i 25 miliona na periferiji.

Centralni nervni sistem uključuje mozak i kičmenu moždinu. Pored nerava, u mozgu a ne u centralnom nervnom sistemu postoje nakupine neuronskih tijela - to su nervni ganglije. Periferni dio nervnog sistema uključuje živce koji nastaju iz mozga i kičmene moždine i nervne ganglije smještene izvan mozga i kičmene moždine. Na osnovu funkcije, nervni sistem se deli na somatski i autonomni nervni sistem. Somatski - komunicira tijelo sa vanjskim okruženjem (percepcija iritacija, regulacija pokreta prugasto-prugastih mišića i sl.), a vegetativni - reguliše metabolizam i rad unutrašnjih organa (otkucaje srca, vaskularni tonus, peristaltičke kontrakcije crijeva, lučenje razne žlezde itd.). Oba ova sistema blisko rade zajedno, ali autonomni nervni sistem ima određenu nezavisnost (autonomiju), kontrolišući nevoljne funkcije.

Refleks i refleksni luk

Aktivnost nervnog sistema je refleksivne prirode. Refleks je prirodni odgovor organizma na promene u spoljašnjem ili unutrašnjem okruženju, koji sprovodi centralni nervni sistem kao odgovor na iritaciju receptora. Receptori su nervni završeci koji percipiraju informacije o promjenama koje se dešavaju u vanjskom i unutrašnjem okruženju. Bilo kakva iritacija ( mehanički, svjetlosni, zvučni, kemijski, električni, temperaturni), koji receptor percipira, pretvara se u proces ekscitacije. Ekscitacija se prenosi preko osetljivih - centripetalnih nervnih vlakana do centralnog nervnog sistema, gde dolazi do hitnog procesa obrade impulsa. Odavde se impulsi šalju duž vlakana centrifugalnih neurona do izvršnih organa koji provode odgovor na stimulaciju.

Refleksni luk je put kojim nervni impulsi putuju od receptora do izvršnog organa. Za implementaciju bilo kojeg refleksa neophodan je koordiniran rad svih dijelova refleksnog luka.

Dijagram refleksnog luka.

1. Vanjski stimulans
2. Senzorni nervni završeci u koži
3. Senzorni neuron
4. Synapse
5. Interneuron
6. sinapsa ( prijenos sa neurona na neuron)
7. Motorni neuron

Provedba bilo koje refleksne radnje uključuje procese ekscitacije, izazivanja određene aktivnosti, i proces inhibicije, isključujući one nervne centre koji ometaju provedbu refleksnih radnji. Proces inhibicije je suprotan od ekscitacije. Interakcija procesa ekscitacije i inhibicije je u osnovi nervne aktivnosti, regulacije i koordinacije funkcija u tijelu.

Dakle, ova oba procesa ( ekscitacija i inhibicija) su međusobno usko povezani, što osigurava koordiniranu aktivnost svih organa i cijelog organizma.

Razvoj lekcija (napomene sa lekcija)

Prezentacije za nastavu

Osnove opšte obrazovanje

Linija UMK V.V. biologija (5-9)

Pažnja! Administracija sajta nije odgovorna za sadržaj metodoloških razvoja, kao ni za usklađenost izrade sa Federalnim državnim obrazovnim standardom.

Pobjednik konkursa "Elektronski udžbenik u učionici".

Cilj: generalizovati i sistematizovati znanja o građi biljne ćelije i vitalnim procesima koji se u njoj odvijaju.

Planirani rezultati:

• lični: formiranje komunikativne kompetencije u komunikaciji sa učenicima i nastavnikom u procesu obrazovne aktivnosti;
• meta-predmet: sposobnost povezivanja svojih akcija sa planiranim rezultatima, praćenje svojih aktivnosti, evaluacija rezultata aktivnosti;
• komunikativna: sposobnost rada u grupi;
• regulatorno: sposobnost da se napravi pretpostavka i dokaže je;
• kognitivni: odabrati osnove za poređenje, izgraditi logički lanac
• predmet: identifikacija karakterističnih osobina gljiva, poređenje bioloških objekata, sposobnost izvođenja zaključaka.

Vrsta lekcije: sažetak lekcije.

Oprema za nastavu: tablice “Biljne ćelije”, “Mitoza”, koverte sa zadacima, mikroskopi, Petrijeve zdjelice s komadićima luk, stakalca i pokrovne čaše, igle za seciranje, pipete, čaše vode, salvete. Zadaci u kovertama.

EFU korišten u lekciji: elektronski dodatak udžbeniku Biologija. Bakterije, gljive, biljke V.V. Pasechnik Izdavačka kuća “Drofa”.

Vrsta ICT alata koji se koriste u lekciji: kompjuter, projektor, platno. učiteljski laptop, studentski laptop (20 kom). Slušalice (za rad sa zvučnim izvorima informacija). Multimedijalna prezentacija.

Kancelarija je pripremljena za rad studenata u tri grupe. Distribucija u grupe se odvija nezavisno. Žetoni tri boje prema broju učenika. Učenici crtaju žeton određene boje i ujedinjuju se po bojama, formirajući tri grupe.

Tokom nastave

Organizaciona faza. Pozdrav

Formulacija problema

U: Nakon rješavanja zagonetke naučit ćete temu lekcije.

COP PRO NZV VLT BSO IKR LAE YUDN GHI TNE

Ažuriranje znanja

U: Ćelija je strukturna i funkcionalna jedinica svih živih organizama. Osim toga, sama ćelija je živa. Svi živi organizmi su ili jedna slobodnoživuća ćelija ili kombinacija određenog broja ćelija. Slajd br. 2

?: Sjećate se koja svojstva imaju svi živi organizmi?

O: Ishrana, disanje, izlučivanje, rast i razvoj, metabolizam i energija itd.

U: Ćelija je zapravo samoreplicirajući hemijski sistem. Ona je fizički odvojena od svog okruženja, ali ima sposobnost razmjene sa ovom okolinom, odnosno sposobna je apsorbirati supstance koje su joj potrebne kao „hrana“ i ukloniti nagomilani „otpad“. Ćelije se mogu razmnožavati diobom.

?: Postavite cilj lekcije

O: Ponoviti i učvrstiti znanje stečeno tokom proučavanja teme: „Ćelijska građa organizama“.

U: Koja pitanja treba da ponovimo?

O: Struktura ćelije, životni procesi u ćeliji.

Glavna pozornica. Generalizacija i sistematizacija

U: Podijeljeni ste u tri grupe. Odaberite kapetana u svojoj grupi. Kapetani su pozvani da dobiju koverte sa zadacima. Priprema traje 7 minuta.

Aktivnosti studenata: Unutar svake grupe dijele uloge kako bi dovršili zadatak i zaštitili svoj projekt. Proučavaju gradivo, analiziraju informacije i prave bilješke u bilježnicama. Pripremite izvještaj o radu grupe.

• Grupa I"Struktura biljne ćelije." Koristeći informacije iz elektronskog udžbenika i koristeći interaktivni način, kreirajte „portret ćelije“ (interaktivni sadržaj str. 36; sl. 20 „Struktura biljne ćelije“).

1. Sistematizirajte svoje znanje o strukturi i funkciji organela da biste to učinili, postavite pokazivač miša preko naziva svakog od elemenata njegove strukture i kliknite mišem.
2. Pripremite mikroskopski uzorak ljuske luka i pregledajte ga pod mikroskopom. Slajd br. 3

• Grupa II“Dizajn mikroskopa i pravila za rad s njim” (interaktivni sadržaj str. 32-33; sl. 17 “Svjetlosni mikroskop”).

1. Pomoću miša povucite i otpustite nazive strukturnih elemenata svjetlosnog mikroskopa.
2. Koristeći miš, prevucite uvećanje koje daje odgovarajuća kombinacija sočivo-okular. Slajd br. 4

• III grupa“Vitalna aktivnost ćelije. Podela i rast ćelija” (interaktivni sadržaj str. 44; slika 24 “Interakcija susednih ćelija”).

1. Koristeći interaktivni način rada, sumirajte znanje o značaju kretanja citoplazme u ćeliji.
2. Koristite interaktivni način rada da rezimirate svoje znanje o diobi stanica. Slajd br. 5

Svaka grupa prilikom izvođenja zadatka koristi različite izvore informacija: elektronski dodatak udžbeniku, tekst i slike udžbenika, prezentaciju za čas. Oblici: frontalni, grupni, individualni. Metode: verbalne (priča, razgovor); vizuelni (demonstracija tabela i slajdova); praktičan (traženje informacija iz različitih izvora, mini-projekat); deduktivni (analiza, generalizacija). Po završetku rada učenici prezentiraju rezultate rada grupe.

Nakon odgovora na pitanja, učenici dobijaju druge zadatke. Nastavnik poziva najaktivnije učenike da pređu za drugi sto. Dobijaju teži zadatak - pročitajte tekst, naslovite ga i ubacite riječi koje nedostaju (sada su u kurzivu u tekstu).

Zadaci povećane težine

Popunite pojmove koji nedostaju:

... je strukturna i funkcionalna jedinica svih živih organizama. Sve ćelije su odvojene jedna od druge ćelijskom.... Sa spoljašnje strane, koja ima posebnu gustu ljusku koja se sastoji od.... Živi sadržaj ćelije predstavlja... - bezbojna viskozna prozirna supstanca. Citoplazma sadrži brojne.... Najvažnija organela ćelije je.... Pohranjuje nasljedne informacije i reguliše metaboličke procese unutar ćelije. Jezgro sadrži jednu ili više... Postoje tri tipa u biljnoj ćeliji... . ... imaju zelenu boju, ... su crvene i ... su bijele. U starim ćelijama jasno su vidljive šupljine koje sadrže ćelijski sok. Ove formacije se zovu... .

Tačan odgovor:Cell – strukturna i funkcionalna jedinica svih živih organizama. Sve ćelije odvojene jedna od druge ćelijskim putem školjka. Na vanjskoj strani, koja sadrži posebnu gustu ljusku koja se sastoji od vlakna. Prikazani su živi sadržaji ćelije citoplazma – bezbojna viskozna prozirna supstanca. Citoplazma sadrži brojne organoidi. Najvažnija organela ćelije je jezgro. Pohranjuje nasljedne informacije i reguliše metaboličke procese unutar ćelije. Jezgro sadrži jedan ili više nucleoli. U biljnoj ćeliji postoje tri tipa plastid. Hloroplasti imaju zelenu boju hromoplasti crvena i leukoplasti – bijela. U starim ćelijama jasno su vidljive šupljine koje sadrže ćelijski sok. Ove formacije se nazivaju ( vakuole).

Ostali učenici crtaju opšti dijagram strukture ćelije, identifikujući sve njene delove, koristeći olovke u boji.

U: Nažalost, ćelije, kao i sva živa bića, umiru. Naša tijela su također napravljena od ćelija. Pušenje duhana i pijenje alkohola posebno razorno djeluju na ćelije tijela.

Duvanski dim sadrži otrovne tvari, poput nikotina i benzopirena, koji uništavaju stanice i doprinose razvoju malignih tumora.

Rezimirajući

Danas smo s vama ponovili strukturne karakteristike i vitalne funkcije biljne ćelije. Koji zaključak se može izvući na kraju naše lekcije? Slajd br. 6

O:Ćelija je elementarni živi sistem, osnova strukture i vitalne aktivnosti svih živih organizama. Unatoč velikoj raznolikosti biljnih i životinjskih stanica, sve stanice imaju iste dijelove - ćelijsku membranu, citoplazmu i jezgro. Sve ćelije prolaze kroz slične životne procese: ishranu, disanje, rast, razvoj, reprodukciju, metabolizam. Slajd br. 7

Učenici smišljaju žetone i primaju ocjene.

Domaći zadatak po izboru učenika:

• Napravite model biljne ćelije koristeći različite materijale (plastelin, papir u boji, itd.)
• Sastavite bajku o životu biljne ćelije
• Pripremite izvještaj o otkriću R. Hookea
• Posjetite školsku laboratoriju i pripremite “istorijski” preparat R. Hookea*

rabljene knjige:

• A.A.Kalinina. Razvoj nastave iz biologije. 6(7) razred – M.: Vako, 2005.

Teorija za zadatak 4 sa Jedinstvenog državnog ispita iz biologije

Ćelija kao biološki sistem

Moderna ćelijska teorija, njene glavne odredbe, uloga u formiranju moderne prirodnonaučne slike svijeta. Razvoj znanja o ćeliji. Stanična struktura organizama je osnova jedinstva organskog svijeta, dokaz srodnosti žive prirode

Moderna ćelijska teorija, njene glavne odredbe, uloga u formiranju moderne prirodnonaučne slike svijeta

Jedan od osnovnih pojmova u moderna biologija je ideja da svi živi organizmi imaju ćelijsku strukturu. Nauka proučava strukturu ćelije, njenu životnu aktivnost i interakciju sa okolinom. citologija, sada se češće naziva ćelijska biologija. Citologija duguje svoju pojavu formulaciji ćelijske teorije (1838-1839, M. Schleiden, T. Schwann, dopunjen 1855. od R. Virchow).

Ćelijska teorija je generalizirana ideja o strukturi i funkcijama stanica kao živih jedinica, njihovoj reprodukciji i ulozi u formiranju višećelijskih organizama.

Osnovni principi ćelijske teorije:

1. Ćelija je jedinica strukture, vitalne aktivnosti, rasta i razvoja živih organizama - izvan ćelije nema života.
2. Ćelija je jedinstven sistem koji se sastoji od mnogo elemenata koji su međusobno prirodno povezani, koji predstavljaju određenu integralnu formaciju.
3. Ćelije svih organizama slične su po svom hemijskom sastavu, strukturi i funkcijama.
4. Nove ćelije nastaju samo kao rezultat deobe matičnih ćelija („ćelija od ćelije“).
5. Ćelije višećelijskih organizama formiraju tkiva, a organi se sastoje od tkiva. Život organizma u cjelini određen je interakcijom njegovih sastavnih ćelija.
6. Ćelije višećelijskih organizama imaju pun skup gena, ali se međusobno razlikuju po tome što u njima rade različite grupe gena, što rezultira morfološkom i funkcionalnom raznolikošću ćelija – diferencijacijom.

Zahvaljujući stvaranju ćelijske teorije, postalo je jasno da je ćelija najmanja jedinica života, elementarni živi sistem, koji ima sve znakove i svojstva živih bića. Formulacija ćelijske teorije postala je najvažniji preduvjet za razvoj pogleda na naslijeđe i varijabilnost, budući da je identifikacija njihove prirode i inherentnih obrazaca neizbježno sugerirala univerzalnost strukture živih organizama. Identifikacija jedinstva hemijskog sastava i strukture ćelija poslužila je kao podsticaj za razvoj ideja o poreklu živih organizama i njihovoj evoluciji. Osim toga, porijeklo višećelijskih organizama iz jedne ćelije tokom embrionalnog razvoja postalo je dogma moderne embriologije.

Razvoj znanja o ćeliji

Sve do 17. veka ljudi nisu znali ništa o mikrostrukturi objekata oko sebe i percipirali su svet golim okom. Napravu za proučavanje mikrosvijeta - mikroskop - izumili su oko 1590. holandski mehaničari G. i Z. Jansen, ali njegova nesavršenost nije omogućila ispitivanje dovoljno malih objekata. Samo stvaranje na njegovoj osnovi takozvanog složenog mikroskopa K. Drebbela (1572-1634) doprinijelo je napretku u ovoj oblasti.

Engleski fizičar R. Hooke (1635-1703) je 1665. godine poboljšao dizajn mikroskopa i tehnologiju brušenja sočiva i, želeći da osigura bolji kvalitet slike, ispitao je dijelove plute, drvenog uglja i živih biljaka ispod njega. Na isječcima je otkrio sićušne pore, koje podsjećaju na saće, i nazvao ih ćelijama (od latinskog. cellulum- ćelija, ćelija). Zanimljivo je napomenuti da je R. Hooke smatrao da je ćelijska membrana glavna komponenta ćelije.

U drugoj polovini 17. stoljeća pojavljuju se radovi najistaknutijih mikroskopista M. Malpighija (1628-1694) i N. Grewa (1641-1712), koji su otkrili i ćelijsku strukturu mnogih biljaka.

Da bi bili sigurni da je istina ono što su vidjeli R. Hooke i drugi naučnici, koji nisu specijalno obrazovanje Holandski trgovac A. van Leeuwenhoek samostalno je razvio dizajn mikroskopa koji se suštinski razlikovao od postojećeg i poboljšao tehnologiju proizvodnje sočiva. To mu je omogućilo da postigne povećanje od 275-300 puta i ispita strukturne detalje koji su tehnički nedostupni drugim naučnicima. A. van Leeuwenhoek je bio nenadmašan posmatrač: pažljivo je skicirao i opisao ono što je video pod mikroskopom, ali nije nastojao da to objasni. Otkrio je jednoćelijske organizme, uključujući bakterije, i pronašao jezgre, hloroplaste i zadebljanje staničnih zidova u biljnim stanicama, ali su njegova otkrića cijenjena mnogo kasnije.

Otkrića komponenti unutrašnje strukture organizama u prvoj polovini 19. vijeka nizala su se jedno za drugim. G. Moljac se razlikuje u biljnim ćelijama živa materija i vodenasta tečnost - ćelijski sok, otkrivene pore. Engleski botaničar R. Brown (1773-1858) otkrio je nukleus u ćelijama orhideja 1831. godine, zatim je otkriven u svim biljnim ćelijama. Češki naučnik J. Purkinje (1787-1869) skovao je termin „protoplazma” da označi polutečni želatinozni sadržaj ćelije bez jezgra (1840). Belgijski botaničar M. Schleiden (1804-1881) napredovao je dalje od svih svojih savremenika, koji je proučavanjem razvoja i diferencijacije različitih ćelijskih struktura viših biljaka dokazao da svi biljni organizmi potiču iz jedne ćelije. Ispitivao je i zaobljena tijela jezgrica u jezgrima ćelija crnog luka (1842).

Godine 1827. ruski embriolog K. Baer otkrio je jaja ljudi i drugih sisara, čime je pobio ideju o razvoju organizma isključivo iz muških spolnih stanica. Osim toga, dokazao je stvaranje višećelijskog životinjskog organizma iz jedne ćelije - oplođenog jajeta, kao i sličnost faza embrionalnog razvoja višećelijskih životinja, što je sugeriralo jedinstvo njihovog porijekla. Informacije prikupljene sredinom 19. stoljeća zahtijevale su generalizaciju, koja je postala ćelijska teorija. Biologija duguje svoju formulaciju njemačkom zoologu T. Schwannu (1810-1882), koji je na osnovu vlastitih podataka i zaključaka M. Schleidena o razvoju biljaka iznio pretpostavku da ako je jezgro prisutno u bilo kojoj formaciji vidljivoj pod mikroskop, onda je ova formacija ćelija. Na osnovu ovog kriterijuma, T. Schwann je formulisao glavne odredbe ćelijske teorije.

Njemački liječnik i patolog R. Virchow (1821-1902) uveo je još jednu važnu tačku u ovu teoriju: ćelije nastaju samo dijeljenjem prvobitne ćelije, tj. ćelije nastaju samo iz ćelija („ćelija od ćelije“).

Od nastanka ćelijske teorije, učenje o ćeliji kao jedinici strukture, funkcije i razvoja organizma kontinuirano se razvija. Do kraja 19. stoljeća, zahvaljujući uspjesima mikroskopske tehnologije, razjašnjena je struktura ćelije, opisane organele - dijelovi ćelije koji obavljaju različite funkcije, proučavani su načini stvaranja novih ćelija (mitoza, mejoza), i postao je jasan primarni značaj ćelijskih struktura u prenošenju naslednih svojstava. Primjena najnovijih fizičke i hemijske metode istraživanja su nam omogućila da dublje prodremo u procese skladištenja i prenošenja nasljednih informacija, kao i da istražimo tanka struktura svaka od ćelijskih struktura. Sve je to doprinijelo odvajanju nauke o ćelijama u samostalnu granu znanja - citologija.

Stanična struktura organizama, sličnost strukture ćelija svih organizama osnova je jedinstva organskog svijeta, dokaz srodnosti žive prirode

Svi danas poznati živi organizmi (biljke, životinje, gljive i bakterije) imaju ćelijsku strukturu. Čak i virusi koji nemaju ćelijsku strukturu mogu se razmnožavati samo u ćelijama. Ćelija je elementarna strukturna i funkcionalna jedinica živog bića, koju karakteriziraju sve njene manifestacije, a posebno metabolizam i pretvorba energije, homeostaza, rast i razvoj, reprodukcija i razdražljivost. Istovremeno, u ćelijama se pohranjuju, obrađuju i implementiraju nasljedne informacije.

Bez obzira na svu raznolikost ćelija, strukturni plan za njih je isti: sve sadrže nasljedni aparaturonjen u citoplazma, i okolnu ćeliju plazma membrana.

Ćelija je nastala kao rezultat duge evolucije organskog svijeta. Spajanje ćelija u višećelijski organizam nije jednostavno zbrajanje, jer svaka ćelija, zadržavajući sve karakteristike svojstvene živom organizmu, istovremeno stječe nova svojstva zbog obavljanja određene funkcije. S jedne strane, višećelijski organizam se može podijeliti na njegove sastavne dijelove - ćelije, ali s druge strane, njihovim sastavljanjem, nemoguće je obnoviti funkcije cijelog organizma, jer samo u interakciji dijelova u sistemu se pojavljuju nova svojstva. Ovo otkriva jedan od glavnih obrazaca koji karakteriziraju živa bića - jedinstvo diskretnog i holističkog. Male veličine i značajan broj ćelija stvaraju u višećelijskim organizmima veliku površinu neophodnu za brzi metabolizam. Osim toga, ako jedan dio tijela umre, njegov integritet se može obnoviti reprodukcijom stanica. Izvan ćelije, skladištenje i prijenos nasljednih informacija, skladištenje i prijenos energije s njenim naknadnim pretvaranjem u rad su nemogući. Konačno, podjela funkcija između stanica u višećelijskom organizmu pružila je široke mogućnosti organizmima da se prilagode svom okruženju i bila je preduvjet za povećanje složenosti njihove organizacije.

Dakle, uspostavljanje jedinstva strukturnog plana ćelija svih živih organizama poslužilo je kao dokaz jedinstva nastanka svega života na Zemlji.

Raznolikost ćelija. Prokariotske i eukariotske ćelije. Uporedne karakteristike ćelija biljaka, životinja, bakterija, gljiva Raznolikost ćelija

Prema staničnoj teoriji, ćelija je najmanja strukturna i funkcionalna jedinica organizama, koja ima sva svojstva živog bića. Na osnovu broja ćelija organizmi se dijele na jednoćelijske i višećelijske. Ćelije jednoćelijskih organizama postoje kao nezavisni organizmi i obavljaju sve funkcije živih bića. Svi prokarioti i određeni broj eukariota (mnoge vrste algi, gljivica i protozoa), koji zadivljuju svojom izuzetnom raznolikošću oblika i veličina, jednoćelijski su. Međutim, većina organizama je još uvijek višestanična. Njihove ćelije su specijalizovane za obavljanje određenih funkcija i formiraju tkiva i organe, što ne može a da ne utiče na njihove morfološke karakteristike. Na primjer, ljudsko tijelo je formirano od otprilike 10 14 ćelija, predstavljenih sa oko 200 vrsta, koje imaju široku paletu oblika i veličina.

Oblik ćelija može biti okrugao, cilindričan, kubičan, prizmatičan, diskasti, vretenasti, zvezdasti itd. Tako jaja imaju okrugli oblik, epitelne ćelije imaju cilindrični, kubični i prizmatični oblik, crvena krvna zrnca imaju u obliku bikonkavnog diska, ćelije mišićnog tkiva imaju vretenasti oblik, a zvjezdaste - ćelije nervnog tkiva. Jedan broj ćelija uopšte nema trajni oblik. To uključuje, prije svega, leukocite u krvi.

Veličine ćelija također se značajno razlikuju: većina stanica višećelijskog organizma ima veličine od 10 do 100 mikrona, a najmanja - 2-4 mikrona. Donja granica je zbog činjenice da ćelija mora imati minimalan skup supstanci i struktura kako bi osigurala vitalnu aktivnost, a prevelika veličina ćelije ometat će razmjenu tvari i energije s okolinom, a također će komplicirati procese. održavanja homeostaze. Međutim, neke ćelije se mogu vidjeti golim okom. Prije svega, to su ćelije plodova lubenice i jabuke, kao i jaja riba i ptica. Čak i ako jedna od linearnih dimenzija ćelije premašuje prosjek, sve ostale odgovaraju normi. Na primjer, proces neurona može premašiti 1 m dužine, ali će njegov promjer i dalje odgovarati prosječnoj vrijednosti. Ne postoji direktna veza između veličine ćelije i veličine tijela. Dakle, mišićne ćelije slona i miša su iste veličine.

Prokariotske i eukariotske ćelije

Kao što je gore spomenuto, ćelije imaju mnoga slična funkcionalna svojstva i morfološke karakteristike. Svaki od njih se sastoji od citoplazme uronjene u nju nasljedni aparat, i odvojen od vanjskog okruženja plazma membrana , ili plazmalema, koji ne ometa proces metabolizma i energije. Izvan membrane, ćelija može imati i ćelijski zid, koji se sastoji od različitih supstanci, koji služi za zaštitu ćelije i predstavlja svojevrsni spoljašnji skelet.

Citoplazma je cjelokupni sadržaj ćelije, koji ispunjava prostor između plazma membrane i strukture koja sadrži genetske informacije. Sastoji se od glavne supstance - hijaloplazma- i organele i inkluzije uronjene u njega. Organoidi su trajne komponente ćelije koje obavljaju određene funkcije, a inkluzije su komponente koje se pojavljuju i nestaju tokom života ćelije, prvenstveno obavljajući funkcije skladištenja ili izlučivanja. Inkluzije se često dijele na čvrste i tekuće. Čvrste inkluzije su uglavnom predstavljene granulama i mogu biti različite prirode, dok se vakuole i kapljice masti smatraju tekućim inkluzijama.

Trenutno postoje dva glavna tipa organizacije ćelija: prokariotska i eukariotska.

Prokariotska ćelija nema jezgro, njena genetska informacija nije odvojena od citoplazme membranama.

Područje citoplazme u kojem su genetske informacije pohranjene u prokariotskoj ćeliji naziva se nukleoid. U citoplazmi prokariotskih ćelija uglavnom postoji jedna vrsta organela - ribosomi, a organele okružene membranama potpuno su odsutne. Bakterije su prokarioti.

Eukariotska ćelija je ćelija u kojoj ima barem jedan od faza razvoja jezgro- posebna struktura u kojoj se nalazi DNK.

Citoplazma eukariotskih stanica odlikuje se značajnom raznolikošću membranskih i nemembranskih organela. Eukariotski organizmi uključuju biljke, životinje i gljive. Veličina prokariotskih ćelija je obično za red veličine manja od veličine eukariotskih ćelija. Većina prokariota su jednoćelijski organizmi, dok su eukarioti višećelijski.

Uporedne karakteristike strukture stanica biljaka, životinja, bakterija i gljiva

Pored osobina karakterističnih za prokariote i eukariote, ćelije biljaka, životinja, gljiva i bakterija imaju i niz karakteristika. Dakle, biljne ćelije sadrže specifične organele - hloroplasti, koji određuju njihovu sposobnost fotosinteze, dok se ove organele ne nalaze u drugim organizmima. Naravno, to ne znači da drugi organizmi nisu sposobni za fotosintezu, jer se, na primjer, kod bakterija javlja na invaginacijama plazma membrane i pojedinih membranskih vezikula u citoplazmi.

Biljne ćelije, po pravilu, sadrže velike vakuole ispunjene ćelijskim sokom. Također se nalaze u stanicama životinja, gljiva i bakterija, ali imaju potpuno drugačije porijeklo i obavljaju različite funkcije. Glavna rezervna tvar koja se nalazi u obliku čvrstih inkluzija u biljkama je škrob, kod životinja i gljiva je glikogen, a kod bakterija je glikogen ili volutin.

Još jedan žig od ovih grupa organizama je organizacija površinskog aparata: ćelije životinjskih organizama nemaju ćelijski zid, njihova plazma membrana je prekrivena samo tankim glikokaliksom, dok ga svi ostali imaju. Ovo je sasvim razumljivo, budući da je način na koji se životinje hrane povezan sa hvatanjem čestica hrane tokom procesa fagocitoze, a prisustvo ćelijskog zida bi ih lišilo ove mogućnosti. Hemijska priroda supstance koja čini ćelijski zid je različita razne grupeživi organizmi: ako je u biljkama celuloza, onda je u gljivama hitin, a u bakterijama murein. Uporedne karakteristike struktura ćelija biljaka, životinja, gljiva i bakterija

Potpiši	Bakterije	Životinje	Pečurke	Biljke
Način ishrane	Heterotrofni ili autotrofni	Heterotrofno	Heterotrofno	Autotrofno
Organizacija nasljednih informacija	Prokarioti	Eukarioti	Eukarioti	Eukarioti
DNK lokalizacija	Nukleoidi, plazmidi	Nukleus, mitohondrije	Nukleus, mitohondrije	Nukleus, mitohondrije, plastidi
Plazma membrana	Jedi	Jedi	Jedi	Jedi
Ćelijski zid	Mureinovaya	—	Hitinski	Pulpa
Citoplazma	Jedi	Jedi	Jedi	Jedi
Organoidi	Ribosomi	Membranska i nemembranska, uključujući ćelijski centar	Membranski i nemembranski	Membranske i nemembranske, uključujući plastide
Organoidi kretanja	Flagele i resice	Flagele i cilije	Flagele i cilije	Flagele i cilije
Vakuole	Rijetko	Kontraktilni, digestivni	Ponekad	Centralna vakuola sa ćelijskim sokom
Inkluzije	Glikogen, volutin	Glikogen	Glikogen	Škrob

Razlike u strukturi ćelija predstavnika različitih kraljevstava žive prirode prikazane su na slici.

Hemijski sastav ćelije. Makro- i mikroelementi. Odnos između strukture i funkcija neorganskih i organskih supstanci (proteini, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, lipidi, ATP) koje čine ćeliju. Uloga hemikalija u ćeliji i ljudskom tijelu

Hemijski sastav ćelije

Većina hemijskih elemenata pronađena je u živim organizmima Periodni sistem elementi D.I. Mendeljejeva, otkriveni do danas. S jedne strane, ne sadrže niti jedan element koji se ne bi našao u neživoj prirodi, a s druge strane, njihove koncentracije u tijelima nežive prirode i živim organizmima značajno se razlikuju.

Ove hemijski elementi formiraju neorganske i organske supstance. Uprkos činjenici da živim organizmima dominiraju neorganske supstance, organske supstance određuju jedinstvenost njihovog hemijskog sastava i fenomena života uopšte, budući da ih sintetiziraju uglavnom organizmi u procesu života i igraju vitalnu ulogu u reakcijama.

Nauka proučava hemijski sastav organizama i hemijske reakcije koje se u njima odvijaju. biohemija.

Treba napomenuti da sadržaj hemikalija u različitim ćelijama i tkivima može značajno da varira. Na primjer, ako u životinjskim stanicama proteini prevladavaju među organskim spojevima, onda u biljnim stanicama prevladavaju ugljikohidrati.

Hemijski element	Zemljina kora	Morska voda	Živi organizmi
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
N / A	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
I	< 0.01	0.000015	0.0001
F	0.1	2.07	0.0001

Makro- i mikroelementi

Oko 80 hemijskih elemenata nalazi se u živim organizmima, ali samo 27 od ovih elemenata ima svoju funkciju u ćeliji i uspostavljenom organizmu. Preostali elementi prisutni su u malim količinama i, po svemu sudeći, ulaze u tijelo s hranom, vodom i zrakom. Sadržaj hemijskih elemenata u organizmu značajno varira. Ovisno o koncentraciji, dijele se na makroelemente i mikroelemente.

Koncentracija svakog makronutrijenti u organizmu prelazi 0,01%, a njihov ukupan sadržaj je 99%. Makroelementi uključuju kiseonik, ugljenik, vodonik, azot, fosfor, sumpor, kalijum, kalcijum, natrijum, hlor, magnezijum i gvožđe. Prva četiri od navedenih elemenata (kiseonik, ugljenik, vodonik i azot) se takođe nazivaju organogena, budući da su dio glavnih organskih jedinjenja. Fosfor i sumpor su takođe komponente brojnih organskih supstanci, kao što su proteini i nukleinske kiseline. Fosfor je neophodan za formiranje kostiju i zuba.

Bez preostalih makroelemenata nemoguće je normalno funkcioniranje organizma. Dakle, kalij, natrijum i hlor su uključeni u procese ćelijske ekscitacije. Kalijum je takođe neophodan za funkcionisanje mnogih enzima i zadržavanje vode u ćeliji. Kalcij se nalazi u ćelijskim zidovima biljaka, kostima, zubima i školjkama mekušaca i potreban je za kontrakciju mišićnih stanica i unutarćelijsko kretanje. Magnezijum je komponenta hlorofila, pigmenta koji omogućava fotosintezu. Takođe učestvuje u biosintezi proteina. Gvožđe, osim što je deo hemoglobina, koji prenosi kiseonik u krvi, neophodno je za procese disanja i fotosinteze, kao i za rad mnogih enzima.

Mikroelementi sadržani su u organizmu u koncentracijama manjim od 0,01%, a njihova ukupna koncentracija u ćeliji ne dostiže 0,1%. Mikroelementi uključuju cink, bakar, mangan, kobalt, jod, fluor itd. Cink je dio molekula hormona pankreasa inzulina, bakar je neophodan za procese fotosinteze i disanja. Kobalt je komponenta vitamina B12, čiji nedostatak dovodi do anemije. Jod je neophodan za sintezu hormona štitnjače, koji osiguravaju normalan metabolizam, a fluor je povezan s formiranjem zubne cakline.

I nedostatak i višak ili poremećaj metabolizma makro- i mikroelemenata dovode do razvoja razne bolesti. Konkretno, nedostatak kalcija i fosfora uzrokuje rahitis, nedostatak dušika uzrokuje ozbiljan nedostatak proteina, nedostatak željeza uzrokuje anemiju, a nedostatak joda uzrokuje poremećaj u stvaranju hormona štitnjače i smanjenje brzine metabolizma. Smanjenje unosa fluora iz vode i hrane u velikoj mjeri određuje poremećaj obnove zubne cakline i, kao posljedicu, predispoziciju za karijes. Olovo je toksično za gotovo sve organizme. Njegov višak izaziva nepovratna oštećenja mozga i centralnog nervnog sistema, što se manifestuje gubitkom vida i sluha, nesanicom, zatajenje bubrega, napade, a može dovesti i do paralize i bolesti kao što je rak. Akutno trovanje olovom je praćeno iznenadnim halucinacijama i završava komom i smrću.

Nedostatak makro- i mikroelemenata može se nadoknaditi povećanjem njihovog sadržaja u hrani i vodi za piće, kao i uzimanjem lijekovi. Tako se jod nalazi u morskim plodovima i jodiranoj soli, kalcijum se nalazi u ljusci jajeta itd.

Odnos između strukture i funkcija neorganskih i organskih supstanci (proteini, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, lipidi, ATP) koje čine ćeliju. Uloga hemikalija u ćeliji i ljudskom tijelu

Neorganske supstance

Hemijski elementi ćelije formiraju različita jedinjenja - neorganska i organska. Neorganske tvari ćelije uključuju vodu, mineralne soli, kiseline itd., a organske tvari uključuju proteine, nukleinske kiseline, ugljikohidrate, lipide, ATP, vitamine itd.

Voda(H 2 O) je najčešća neorganska supstanca ćelije, koja ima jedinstvena fizičko-hemijska svojstva. Nema ukus, boju, miris. Gustoća i viskoznost svih supstanci se procjenjuju pomoću vode. Kao i mnoge druge supstance, voda može postojati u tri agregatna stanja: čvrstom (led), tečnom i gasovitom (para). Tačka topljenja vode je $0°$S, tačka ključanja je $100°$S, međutim, rastvaranje drugih supstanci u vodi može promijeniti ove karakteristike. Toplotni kapacitet vode je takođe prilično visok - 4200 kJ/mol K, što joj daje mogućnost da učestvuje u procesima termoregulacije. U molekuli vode, atomi vodonika se nalaze pod uglom od 105°$, dok se zajednički elektronski parovi povlače elektronegativniji atom kiseonika. Time se određuju dipolna svojstva molekula vode (jedan kraj je pozitivno, a drugi negativno) i mogućnost stvaranja vodikovih veza između molekula vode. Kohezija molekula vode je u osnovi fenomena površinske napetosti, kapilarnosti i svojstava vode kao univerzalnog rastvarača. Kao rezultat toga, sve tvari se dijele na one rastvorljive u vodi (hidrofilne) i netopive u njoj (hidrofobne). Zahvaljujući ovim jedinstvenim svojstvima, unaprijed je određeno da je voda postala osnova života na Zemlji.

Prosječan sadržaj vode u tjelesnim ćelijama varira i može se mijenjati s godinama. Tako u ljudskom embrionu od mesec i po, sadržaj vode u ćelijama dostiže 97,5%, kod osmomesečnog - 83%, kod novorođenčeta se smanjuje na 74%, a u odrasla osoba u prosjeku iznosi 66%. Međutim, ćelije tijela se razlikuju po sadržaju vode. Dakle, kosti sadrže oko 20% vode, jetra - 70%, a mozak - 86%. Generalno se može reći da koncentracija vode u ćelijama je direktno proporcionalna brzini metabolizma.

Mineralne soli mogu biti u otopljenom ili neotopljenom stanju. Rastvorljive soli disociraju na jone - katjone i anjone. Najvažniji kationi su joni kalija i natrija, koji olakšavaju prijenos tvari kroz membranu i učestvuju u nastanku i provođenju nervnih impulsa; kao i joni kalcija, koji sudjeluje u procesima kontrakcije mišićnih vlakana i zgrušavanja krvi; magnezijum, koji je dio hlorofila; gvožđe, koje je deo niza proteina, uključujući hemoglobin. Najvažniji anioni su fosfatni anion, koji je dio ATP-a i nukleinskih kiselina, te ostatak ugljične kiseline, koji ublažava fluktuacije pH okoline. Joni mineralnih soli osiguravaju prodiranje same vode u ćeliju i njeno zadržavanje u njoj. Ako je koncentracija soli u okolini niža nego u ćeliji, tada voda prodire u ćeliju. Joni određuju i puferska svojstva citoplazme, odnosno njenu sposobnost da održava konstantan blago alkalni pH citoplazme, uprkos stalnom stvaranju kiselih i alkalnih produkata u ćeliji.

Nerastvorljive soli(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2 itd.) dio su kostiju, zuba, ljuski i ljuski jednoćelijskih i višećelijskih životinja.

Osim toga, organizmi mogu proizvoditi i druga anorganska jedinjenja, kao što su kiseline i oksidi. Tako parijetalne ćelije ljudskog želuca proizvode hlorovodoničnu kiselinu koja aktivira probavni enzim pepsin, a silicijum oksid prožima zidove ćelija preslice i formira ljuske dijatomeja. Posljednjih godina proučavana je i uloga dušikovog oksida (II) u signaliziranju u stanicama i tijelu.

Organska materija

Opće karakteristike organskih ćelijskih supstanci

Organske supstance ćelije mogu biti predstavljene i relativno jednostavnim i složenijim molekulima. U slučajevima kada je složena molekula (makromolekula) formirana od značajnog broja ponavljajućih jednostavnijih molekula, naziva se polimer, i strukturne jedinice - monomeri. U zavisnosti od toga da li se polimerne jedinice ponavljaju ili ne, klasifikuju se kao redovno ili nepravilan. Polimeri čine do 90% mase suve materije ćelije. Pripadaju trima glavnim klasama organskih jedinjenja - ugljikohidrati (polisaharidi), proteini i nukleinske kiseline. Polisaharidi su regularni polimeri, dok su proteini i nukleinske kiseline nepravilni. Kod proteina i nukleinskih kiselina redoslijed monomera je izuzetno važan, jer oni obavljaju informacijsku funkciju.

Ugljikohidrati

Ugljikohidrati- To su organska jedinjenja koja se sastoje uglavnom od tri hemijska elementa - ugljenika, vodonika i kiseonika, iako jedan broj ugljenih hidrata sadrži i azot ili sumpor. Opšta formula ugljikohidrata je C m (H 2 O) n. Dijele se na jednostavne i složene ugljikohidrate.

Jednostavni ugljeni hidrati (monosaharidi) sadrže jednu molekulu šećera koja se ne može razgraditi na jednostavnije. To su kristalne supstance, slatkog ukusa i veoma rastvorljive u vodi. Monosaharidi aktivno učestvuju u staničnom metabolizmu i dio su složenih ugljikohidrata - oligosaharida i polisaharida.

Monosaharidi se klasifikuju prema broju atoma ugljika (C3-C9), npr. pentoze(C 5) i heksoze(C 6). Pentoze uključuju ribozu i deoksiribozu. Riboza dio je RNK i ATP-a. Deoksiriboza je komponenta DNK. Heksoze (C 6 H 12 O 6) su glukoza, fruktoza, galaktoza itd. Glukoza(grožđani šećer) se nalazi u svim organizmima, uključujući i ljudsku krv, jer je rezerva energije. Sastoji se od mnogih složenih šećera: saharoze, laktoze, maltoze, škroba, celuloze itd. Fruktoza(voćni šećer) nalazi se u najvećim koncentracijama u voću, medu i korijenu šećerne repe. Ne samo da aktivno učestvuje u metaboličkim procesima, već je i dio saharoze i nekih polisaharida, poput inzulina.

Većina monosaharida je sposobna dati reakciju srebrnog ogledala i reducirati bakar kada se doda tečnost za filovanje (mešavina rastvora bakar (II) sulfata i kalijum natrijum tartrata) i ključa.

TO oligosaharidi uključuju ugljikohidrate formirane od nekoliko monosaharidnih ostataka. Općenito su također vrlo topljivi u vodi i slatkog su okusa. U zavisnosti od broja ovih ostataka razlikuju se disaharidi (dva ostatka), trisaharidi (tri) itd. U disaharide spadaju saharoza, laktoza, maltoza itd. Saharoza(šećer od repe ili trske) sastoji se od ostataka glukoze i fruktoze, nalazi se u organima za skladištenje nekih biljaka. Saharoze posebno ima u korjenastim usjevima šećerne repe i šećerne trske, odakle se industrijski dobijaju. Služi kao standard za slatkoću ugljikohidrata. Laktoza, ili mlečni šećer, formiran od ostataka glukoze i galaktoze, nalazi se u majčinom i kravljem mlijeku. Maltoza(slani šećer) sastoji se od dvije jedinice glukoze. Nastaje prilikom razgradnje polisaharida u sjemenu biljaka i probavni sustav ljudski, koristi se u proizvodnji piva.

Polisaharidi su biopolimeri čiji su monomeri mono- ili disaharidni ostaci. Većina polisaharida je nerastvorljiva u vodi i ima nezaslađen ukus. To uključuje škrob, glikogen, celulozu i hitin. Škrob je bijela praškasta supstanca koja se ne vlaži vodom, već nastaje kada se kuha vruća voda suspenzija - pasta. U stvarnosti, skrob se sastoji od dva polimera – manje razgranate amiloze i više razgranatog amilopektina (slika 2.9). Monomer i amiloze i amilopektina je glukoza. Škrob je glavna tvar za skladištenje biljaka, koja se u ogromnim količinama nakuplja u sjemenu, plodovima, gomoljima, rizomima i drugim skladišnim organima biljaka. Kvalitativna reakcija na škrob je reakcija s jodom, u kojoj škrob postaje plavoljubičast.

Glikogen(životinjski škrob) je rezervni polisaharid životinja i gljiva, koji se kod ljudi u najvećim količinama akumulira u mišićima i jetri. Takođe je nerastvorljiv u vodi i nema sladak ukus. Monomer glikogena je glukoza. U poređenju sa molekulima škroba, molekuli glikogena su još više razgranati.

Celuloza, ili celuloza, je glavni potporni polisaharid biljaka. Monomer celuloze je glukoza. Nerazgranati molekuli celuloze formiraju snopove koji čine dio zidova biljnih stanica. Celuloza je osnova drveta, koristi se u građevinarstvu, u proizvodnji tekstila, papira, alkohola i mnogih organskih materija. Celuloza je hemijski inertna i ne otapa se ni u kiselinama ni u lužinama. Također se ne razgrađuje enzimima u ljudskom probavnom sistemu, ali njegovu probavu olakšavaju bakterije u debelom crijevu. Osim toga, vlakna stimuliraju kontrakcije zidova gastrointestinalnog trakta, pomažući da se poboljša njegovo funkcioniranje.

Chitin je polisaharid čiji je monomer monosaharid koji sadrži dušik. Dio je ćelijskih zidova gljiva i ljuski artropoda. Ljudskom probavnom sistemu takođe nedostaje enzim za varenje hitina;

Funkcije ugljikohidrata. Ugljikohidrati obavljaju plastične (konstrukcijske), energetske, skladišne ​​i potporne funkcije u ćeliji. Oni formiraju ćelijske zidove biljaka i gljiva. Energetska vrijednost razgradnje 1 g ugljikohidrata je 17,2 kJ. Glukoza, fruktoza, saharoza, škrob i glikogen su tvari za skladištenje. Ugljikohidrati također mogu biti dio složenih lipida i proteina, formirajući glikolipide i glikoproteine, posebno u ćelijskim membranama. Ništa manje važna je i uloga ugljikohidrata u međućelijskom prepoznavanju i percepciji signala iz vanjskog okruženja, jer funkcionišu kao receptori u sastavu glikoproteina.

Lipidi

Lipidi je hemijski heterogena grupa supstanci male molekularne težine sa hidrofobnim svojstvima. Ove tvari su netopive u vodi i u njoj stvaraju emulzije, ali su vrlo topljive u organskim rastvaračima. Lipidi su masni na dodir, mnogi od njih ostavljaju karakteristične tragove koji se ne isušuju na papiru. Zajedno s proteinima i ugljikohidratima, oni su jedna od glavnih komponenti stanica. Sadržaj lipida u različitim ćelijama nije isti, posebno ga ima mnogo u sjemenkama i plodovima nekih biljaka, u jetri, srcu i krvi.

Ovisno o strukturi molekula, lipidi se dijele na jednostavne i složene. TO jednostavno Lipidi uključuju neutralne lipide (masti), voskove i steroide. Kompleks Lipidi također sadrže još jednu, nelipidnu komponentu. Najvažniji od njih su fosfolipidi, glikolipidi itd.

Masti su estri trihidričnog alkohola glicerola i viših masnih kiselina. Većina masnih kiselina sadrži 14-22 atoma ugljika. Među njima postoje i zasićene i nezasićene, odnosno koje sadrže dvostruke veze. Najčešće zasićene masne kiseline su palmitinska i stearinska, a najčešće nezasićene masne kiseline su oleinska. Neke nezasićene masne kiseline se ne sintetiziraju u ljudskom tijelu ili se sintetiziraju u nedovoljnim količinama, te su stoga esencijalne. Ostaci glicerola formiraju hidrofilne "glave", a ostaci masnih kiselina formiraju hidrofobne "repove".

Masti prvenstveno obavljaju funkciju skladištenja u ćelijama i služe kao izvor energije. Njima je bogato potkožno masno tkivo koje obavlja funkciju amortizacije i termoizolacije, a kod vodenih životinja povećavaju i plovnost. Biljne masti uglavnom sadrže nezasićene masne kiseline, zbog čega su tečne i nazivaju se ulja. Ulja se nalaze u sjemenkama mnogih biljaka, poput suncokreta, soje, uljane repice itd.

Voskovi- To su estri i mješavine masnih kiselina i masnih alkohola. Kod biljaka na površini lista stvaraju film koji štiti od isparavanja, prodora patogena i sl. Kod jednog broja životinja pokrivaju tijelo ili služe za izgradnju saća.

TO steroidi To uključuje lipide poput holesterola, bitnu komponentu ćelijskih membrana, kao i polne hormone estradiol, testosteron, vitamin D, itd.

Fosfolipidi, pored ostataka glicerola i masnih kiselina, sadrže i ostatak ortofosforne kiseline. Oni su dio ćelijskih membrana i pružaju njihova barijerna svojstva.

Glikolipidi su također komponente membrana, ali je njihov sadržaj tamo mali. Nelipidni dio glikolipida su ugljikohidrati.

Funkcije lipida. Lipidi vrše plastičnu (konstrukciju), energetsku, skladišnu, zaštitnu, izlučnu i regulatornu funkciju u ćeliji, osim toga, vitamini su. Bitna je komponenta ćelijskih membrana. Kada se 1 g lipida razgradi, oslobađa se 38,9 kJ energije. Pohranjuju se u raznim organima biljaka i životinja. Osim toga, potkožno masno tkivo štiti unutrašnje organe od hipotermije ili pregrijavanja, kao i od šoka. Regulatorna funkcija lipida je zbog činjenice da su neki od njih hormoni. Masno tijelo insekata služi za izlučivanje.

Vjeverice

Vjeverice- To su visokomolekularna jedinjenja, biopolimeri, čiji su monomeri aminokiseline povezane peptidnim vezama.

Amino kiseline naziva se organsko jedinjenje koje ima amino grupu, karboksilnu grupu i radikal. Ukupno se u prirodi nalazi oko 200 aminokiselina koje se razlikuju po radikalima i međusobnom rasporedu funkcionalnih grupa, ali samo 20 od njih može biti dio proteina. Ove aminokiseline se nazivaju proteinogen.

Nažalost, ne mogu se sve proteinogene aminokiseline sintetizirati u ljudskom tijelu, pa se dijele na zamjenjive i esencijalne. Neesencijalne aminokiseline formiraju se u ljudskom tijelu u potrebnoj količini, i nezamjenjiv- Ne. Moraju se snabdjeti hranom, ali ih mogu djelomično sintetizirati i crijevni mikroorganizmi. Postoji 8 potpuno esencijalnih aminokiselina, uključujući valin, izoleucin, leucin, lizin, metionin, treonin, triptofan i fenilalanin. Unatoč činjenici da se apsolutno sve proteinogene aminokiseline sintetiziraju u biljkama, biljni proteini su nekompletni jer ne sadrže kompletan set aminokiselina, a prisutnost proteina u vegetativnim dijelovima biljaka rijetko prelazi 1-2% mase. . Stoga je potrebno jesti proteine ​​ne samo biljnog, već i životinjskog porijekla.

Slijed od dvije aminokiseline povezane peptidnim vezama naziva se dipeptid, od tri - tripeptida itd. Među peptidima postoje tako važna jedinjenja kao što su hormoni (oksitocin, vazopresin), antibiotici itd. Lanac od više od dvadeset aminokiselina naziva se polipeptid, a polipeptidi koji sadrže više od 60 aminokiselinskih ostataka su proteini.

Nivoi strukturne organizacije proteina. Proteini mogu imati primarnu, sekundarnu, tercijarnu i kvarternu strukturu.

Primarna struktura proteina- Ovo linearni niz aminokiselina povezani peptidnom vezom. Primarna struktura u konačnici određuje specifičnost proteina i njegovu jedinstvenost, jer čak i ako pretpostavimo da prosječan protein sadrži 500 aminokiselinskih ostataka, onda je broj mogućih kombinacija 20.500, dakle, promjena lokacije barem jednog aminokiselina kiselina u primarnoj strukturi povlači za sobom promjenu sekundarne i više strukture, kao i svojstva proteina u cjelini.

Strukturne karakteristike proteina određuju njegov prostorni raspored – pojavu sekundarnih i tercijarnih struktura.

Sekundarna struktura predstavlja prostorni raspored proteinske molekule u obliku spirale ili nabori, držane vodoničnim vezama između atoma kisika i vodika peptidnih grupa različitih zavoja spirale ili nabora. Mnogi proteini sadrže više ili manje dugačke regije sa sekundarnom strukturom. To su, na primjer, keratini kose i noktiju, svileni fibroin.

Tercijarna struktura vjeverica ( globule) je također oblik prostornog rasporeda polipeptidnog lanca koji se drži zajedno hidrofobnim, vodoničnim, disulfidnim (S-S) i drugim vezama. Karakteristična je za većinu proteina u tijelu, poput mišićnog mioglobina.

Kvartarna struktura- najkompleksniji, formiran od nekoliko polipeptidnih lanaca povezanih uglavnom istim vezama kao u tercijarnom (hidrofobnom, jonskom i vodikovom), kao i drugim slabim interakcijama. Kvartarna struktura je karakteristična za nekoliko proteina, kao što su hemoglobin, hlorofil itd.

Na osnovu oblika molekula razlikuju se fibrilar I globularni proteini. Prvi od njih su izduženi, poput kolagena vezivnog tkiva ili keratina kose i noktiju. Globularni proteini imaju oblik lopte (globule), poput mišićnog mioglobina.

Jednostavni i složeni proteini. Proteini mogu biti jednostavno I kompleks. Jednostavni proteini se sastoje samo od aminokiselina kompleks proteini (lipoproteini, hromoproteini, glikoproteini, nukleoproteini, itd.) sadrže proteinske i neproteinske dijelove. hromoproteini sadrže obojeni neproteinski dio. Tu spadaju hemoglobin, mioglobin, hlorofil, citokromi itd. Dakle, u sastavu hemoglobina svaki od četiri polipeptidna lanca proteina globina povezan je sa neproteinskim dijelom - hemom, u čijem se središtu nalazi željezo. jona, koji hemoglobinu daje crvenu boju. Neproteinski dio lipoproteini je lipid, i glikoproteini- ugljeni hidrati. I lipoproteini i glikoproteini su dio ćelijskih membrana. Nukleoproteini su kompleksi proteina i nukleinskih kiselina (DNK i RNK). Oni obavljaju najvažnije funkcije u procesima skladištenja i prijenosa nasljednih informacija.

Osobine proteina. Mnogi proteini su visoko rastvorljivi u vodi, ali postoje i oni koji se otapaju samo u rastvorima soli, lužina, kiselina ili organskih rastvarača. Struktura proteinske molekule i njena funkcionalna aktivnost zavise od uslova okoline. Gubitak njegove strukture od strane proteinske molekule uz zadržavanje svoje primarne strukture naziva se denaturacija.

Do denaturacije dolazi zbog promjena temperature, pH, atmosferski pritisak, pod uticajem kiselina, lužina, soli teški metali, organski rastvarači itd. Obrnuti proces obnavljanja sekundarnih i viših struktura naziva se renaturacija, međutim, nije uvijek moguće. Potpuno uništenje proteinske molekule naziva se uništenje.

Funkcije proteina. Proteini obavljaju niz funkcija u ćeliji: plastičnu (konstrukciju), katalitičku (enzimsku), energetsku, signalnu (receptorsku), kontraktilnu (motornu), transportnu, zaštitnu, regulatornu i skladišnu.

Konstrukcijska funkcija proteina povezana je s njihovim prisustvom u ćelijskim membranama i strukturnim komponentama ćelije. Energija - zbog činjenice da se prilikom razgradnje 1 g proteina oslobađa 17,2 kJ energije. Proteini membranskih receptora aktivno učestvuju u percepciji ekoloških signala i njihovom prijenosu kroz ćeliju, kao i u međućelijskom prepoznavanju. Bez proteina je nemoguće kretanje stanica i organizama u cjelini, jer oni čine osnovu flagela i cilija, a također osiguravaju kontrakciju mišića i kretanje intracelularnih komponenti. U krvi ljudi i mnogih životinja, protein hemoglobin prenosi kisik i dio ugljičnog dioksida, drugi proteini prenose ione i elektrone. Zaštitna uloga proteina povezana je prvenstveno sa imunitetom, jer je protein interferona sposoban da uništi mnoge viruse, a proteini antitijela potiskuju razvoj bakterija i drugih stranih agenasa. Među proteinima i peptidima postoji mnogo hormona, na primjer, hormon pankreasa - inzulin, koji regulira koncentraciju glukoze u krvi. U nekim organizmima, proteini se mogu skladištiti kao rezerve, poput mahunarki u sjemenkama ili bjelančevina kokošijeg jajeta.

Nukleinske kiseline

Nukleinske kiseline su biopolimeri čiji su monomeri nukleotidi. Trenutno su poznate dvije vrste nukleinskih kiselina: ribonukleinska kiselina (RNA) i deoksiribonukleinska kiselina (DNK).

Nukleotid formiran od azotne baze, ostatka šećera pentoze i ostatka ortofosforne kiseline. Karakteristike nukleotida uglavnom su određene dušičnim bazama koje ih čine, pa se, čak i konvencionalno, nukleotidi označavaju prvim slovima njihovih imena. Nukleotidi mogu sadržavati pet azotnih baza: adenin (A), gvanin (G), timin (T), uracil (U) i citozin (C). Nukleotidi pentoze - riboza i deoksiriboza - određuju koji će nukleotid biti formiran - ribonukleotid ili deoksiribonukleotid. Ribonukleotidi su monomeri RNK, mogu djelovati kao signalni molekuli (cAMP) i dio su visokoenergetskih jedinjenja, kao što je ATP, i koenzima, kao što su NADP, NAD, FAD, itd., a deoksiribonukleotidi su dio DNK.

Deoksiribonukleinska kiselina (DNK) je dvolančani biopolimer čiji su monomeri deoksiribonukleotidi. Dezoksiribonukleotidi sadrže samo četiri azotne baze od pet mogućih - adenin (A), timin (T), gvanin (G) ili citozin (C), kao i ostatke deoksiriboze i ortofosforne kiseline. Nukleotidi u lancu DNK povezani su jedni s drugima preko ostataka ortofosforne kiseline, formirajući fosfodiestersku vezu. Kada se formira dvolančana molekula, azotne baze se usmjeravaju prema unutrašnjosti molekula. Međutim, spajanje lanaca DNK ne događa se nasumično – azotne baze različitih lanaca međusobno su povezane vodoničnim vezama po principu komplementarnosti: adenin je povezan s timinom pomoću dvije vodikove veze (A=T), a gvanin je povezan sa citozinom pomoću tri (G$≡C).

Instalirani su za nju Chargaffova pravila:

1. Broj nukleotida DNK koji sadrže adenin jednak je broju nukleotida koji sadrže timin (A=T).
2. Broj nukleotida DNK koji sadrže gvanin jednak je broju nukleotida koji sadrže citozin (G$≡$C).
3. Zbir deoksiribonukleotida koji sadrže adenin i gvanin jednak je zbiru deoksiribonukleotida koji sadrže timin i citozin (A+G = T+C).
4. Odnos zbira deoksiribonukleotida koji sadrže adenin i timin prema zbroju deoksiribonukleotida koji sadrže gvanin i citozin ovisi o vrsti organizma.

Strukturu DNK dešifrovali su F. Crick i D. Watson ( nobelova nagrada fiziologije i medicine, 1962). Prema njihovom modelu, molekula DNK je desna dvostruka spirala. Udaljenost između nukleotida u lancu DNK je 0,34 nm.

Najvažnije svojstvo DNK je sposobnost replikacije (samodupliranja). Glavna funkcija DNK je skladištenje i prijenos nasljednih informacija koje su zapisane u obliku nukleotidnih sekvenci. Stabilnost molekule DNK održavaju snažni sistemi popravke, ali ni oni nisu u stanju da u potpunosti eliminišu štetne efekte, što u konačnici dovodi do pojave mutacija. DNK eukariotskih ćelija koncentrisana je u jezgru, mitohondrijama i plastidima, dok se u prokariotskim ćelijama nalazi direktno u citoplazmi. Nuklearna DNK je osnova hromozoma, predstavljena je otvorenim molekulima. DNK mitohondrija, plastida i prokariota je kružna.

ribonukleinska kiselina (RNA)- biopolimer čiji su monomeri ribonukleotidi. Sadrže i četiri azotne baze - adenin (A), uracil (U), gvanin (G) ili citozin (C), čime se od DNK razlikuju po jednoj od baza (umjesto timina, RNK sadrži uracil). Ostatak šećera pentoze u ribonukleotidima je predstavljen ribozom. RNK su uglavnom jednolančani molekuli, s izuzetkom nekih virusnih. Postoje tri glavne vrste RNK: glasnik ili šablon (mRNA), ribosomalna (rRNA) i transportna (tRNA). Svi oni nastaju u procesu transkripcije- prepisivanje iz DNK molekula.

I RNK čine najmanji dio RNK u ćeliji (2-4%), što je kompenzirano njihovom raznolikošću, jer jedna ćelija može sadržavati hiljade različitih mRNA. To su jednolančani molekuli koji su šabloni za sintezu polipeptidnih lanaca. Informacije o strukturi proteina su u njima zabilježene u obliku nukleotidnih sekvenci, pri čemu je svaka aminokiselina kodirana tripletom nukleotida - kodon.

R RNK su najzastupljenija vrsta RNK u ćeliji (do 80%). Njihova molekularna težina je u prosjeku 3000-5000; formiraju se u nukleolima i dio su ćelijskih organela - ribozoma. Čini se da rRNA također igraju ulogu u sintezi proteina.

T RNK je najmanji od RNK molekula, jer sadrži samo 73-85 nukleotida. Njihov udio u ukupnoj količini RNK u ćeliji je oko 16%. Funkcija tRNA je transport aminokiselina do mjesta sinteze proteina (ribozoma). Molekul tRNA je oblikovan kao list djeteline. Na jednom kraju molekule nalazi se mjesto za vezanje aminokiseline, au jednoj od petlji nalazi se triplet nukleotida, komplementaran kodonu mRNA i koji određuje koju će aminokiselinu tRNA nositi - antikodon.

Sve vrste RNK aktivno učestvuju u procesu implementacije nasljednih informacija, koje se transkribuju iz DNK u mRNA, a potonja vrši sintezu proteina. tRNA isporučuje aminokiseline ribozomima tokom sinteze proteina, a rRNA je dio samih ribozoma.

Adenozin trifosforna kiselina (ATP) je nukleotid koji sadrži, pored azotne baze adenina i ostatka riboze, tri ostatka fosforne kiseline. Veze između posljednja dva ostatka fosfora su visokoenergetske (cijepanjem se oslobađa 42 kJ/mol energije), dok standardna hemijska veza tokom cijepanja proizvodi 12 kJ/mol. Kada je energija potrebna, makroergijska veza ATP-a se cijepa, adenozin difosforna kiselina (ADP), formira se ostatak fosfora i energija se oslobađa:

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

ADP se također može razgraditi da nastane AMP (adenozin monofosforna kiselina) i ostatak fosforne kiseline:

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

Tokom energetskog metabolizma (tokom disanja, fermentacije), kao i tokom fotosinteze, ADP vezuje ostatak fosfora i pretvara se u ATP. Reakcija redukcije ATP-a se naziva fosforilacija. ATP je univerzalni izvor energije za sve životne procese živih organizama.

Proučavanje hemijskog sastava ćelija svih živih organizama pokazalo je da one sadrže iste hemijske elemente, hemijske supstance koje obavljaju iste funkcije. Štoviše, u njemu će raditi dio DNK koji se prenosi iz jednog organizma u drugi, a protein koji sintetiziraju bakterije ili gljive obavljat će funkcije hormona ili enzima u ljudskom tijelu. Ovo je jedan od dokaza o jedinstvu porijekla organskog svijeta.

Struktura ćelije. Odnos između strukture i funkcija dijelova i organela ćelije je osnova njenog integriteta

Struktura ćelije

Struktura prokariotskih i eukariotskih ćelija

Glavne strukturne komponente ćelija su plazma membrana, citoplazma i nasljedni aparat. Ovisno o karakteristikama organizacije razlikuju se dvije glavne vrste ćelija: prokariotske i eukariotske. Glavna razlika između prokariotskih i eukariotskih ćelija je organizacija njihovog nasljednog aparata: kod prokariota se nalazi direktno u citoplazmi (ovo područje citoplazme se naziva nukleoid) i nije odvojen od njega membranskim strukturama, dok je kod eukariota većina DNK koncentrisana u jezgru, okružena dvostrukom membranom. Osim toga, genetske informacije prokariotskih ćelija, koje se nalaze u nukleoidu, zapisane su u kružnom DNK molekulu, dok su kod eukariota molekule DNK otvorene.

Za razliku od eukariota, citoplazma prokariotskih stanica također sadrži mali broj organela, dok eukariotske stanice karakterizira značajna raznolikost ovih struktura.

Struktura i funkcije bioloških membrana

Struktura biomembrane. Membrane koje ograničavaju ćelije i membranske organele eukariotskih ćelija imaju zajednički hemijski sastav i strukturu. Uključuju lipide, proteine ​​i ugljikohidrate. Membranski lipidi su uglavnom predstavljeni fosfolipidima i holesterolom. Većina membranskih proteina su složeni proteini, kao što su glikoproteini. Ugljikohidrati se ne pojavljuju samostalno u membrani; oni su povezani s proteinima i lipidima. Debljina membrane je 7-10 nm.

Prema trenutno opšteprihvaćenom modelu tekućeg mozaika strukture membrane, lipidi čine dvostruki sloj, tj. lipidni dvosloj, u kojem su hidrofilne "glave" molekula lipida okrenute prema van, a hidrofobni "repovi" su skriveni unutar membrane. Ovi “repovi” zbog svoje hidrofobnosti osiguravaju odvajanje vodenih faza unutrašnjeg okruženja ćelije i njenog okruženja. Sa upotrebom lipida razne vrste interakcije su srodni proteini. Neki proteini se nalaze na površini membrane. Takvi proteini se nazivaju periferni, ili površno. Ostali proteini su djelomično ili potpuno uronjeni u membranu - to su integralni, ili potopljeni proteini. Membranski proteini obavljaju strukturnu, transportnu, katalitičku, receptorsku i druge funkcije.

Membrane nisu poput kristala, njihove komponente su stalno u pokretu, zbog čega se pojavljuju praznine između molekula lipida - pora kroz koje različite tvari mogu ući ili napustiti ćeliju.

Biološke membrane se razlikuju po svom položaju u ćeliji, hemijskom sastavu i funkcijama. Glavne vrste membrana su plazma i unutrašnje. Plazma membrana sadrži oko 45% lipida (uključujući glikolipide), 50% proteina i 5% ugljikohidrata. Lanci ugljikohidrata, koji su dio složenih proteina-glikoproteina i složenih lipida-glikolipida, strše iznad površine membrane. Glikoproteini plazmaleme su izuzetno specifični. Na primjer, koriste se za međusobno prepoznavanje stanica, uključujući spermu i jaje.

Na površini životinjskih ćelija, ugljikohidratni lanci formiraju tanak površinski sloj - glikokaliks. Otkriva se u skoro svim životinjskim ćelijama, ali stepen njegove ekspresije varira (10-50 µm). Glikokaliks obezbeđuje direktnu komunikaciju između ćelije i spoljašnjeg okruženja, gde se dešava ekstracelularna probava; Receptori se nalaze u glikokaliksu. Pored plazmaleme, ćelije bakterija, biljaka i gljiva su takođe okružene ćelijskim membranama.

Unutrašnje membrane eukariotske ćelije razgraničavaju različite dijelove ćelije, formirajući neobične "kompartmente" - pretinci, koji pospješuje razdvajanje različitih metaboličkih i energetskih procesa. Mogu se razlikovati po hemijskom sastavu i funkcijama, ali opšti plan njihove zgrade su očuvane.

Funkcije membrane:

1. Ograničavanje. Ideja je da odvajaju unutrašnji prostor ćelije od spoljašnjeg okruženja. Membrana je polupropusna, odnosno kroz nju mogu slobodno proći samo one tvari koje su potrebne ćeliji, a postoje i mehanizmi za transport potrebnih tvari.
2. Receptor. On je prvenstveno povezan sa percepcijom signala okoline i prenosom ovih informacija u ćeliju. Za ovu funkciju odgovorni su posebni proteini receptora. Membranski proteini su također odgovorni za ćelijsko prepoznavanje po principu „prijatelj ili neprijatelj“, kao i za formiranje međućelijskih veza, od kojih su najviše proučavane sinapse nervnih ćelija.
3. Katalitički. Na membranama se nalaze brojni enzimski kompleksi, zbog čega se na njima odvijaju intenzivni sintetički procesi.
4. Energetska transformacija. Povezan sa stvaranjem energije, njenim skladištenjem u obliku ATP-a i potrošnjom.
5. Kompartmentalizacija. Membrane također ograničavaju prostor unutar ćelije, odvajajući tako početne materijale reakcije i enzime koji mogu izvršiti odgovarajuće reakcije.
6. Formiranje međućelijskih kontakata. Unatoč činjenici da je debljina membrane toliko mala da se ne može razlikovati golim okom, ona, s jedne strane, služi kao prilično pouzdana barijera za ione i molekule, posebno one topive u vodi, a s druge strane , osigurava njihov transport u i iz ćelije.
7. Transport.

Membranski transport. Zbog činjenice da su ćelije, kao elementarni biološki sistemi, otvoreni sistemi, za obezbeđivanje metabolizma i energije, održavanje homeostaze, rasta, razdražljivosti i drugih procesa, potreban je prenos supstanci kroz membranu - membranski transport. Trenutno se transport tvari kroz ćelijsku membranu dijeli na aktivnu, pasivnu, endo- i egzocitozu.

Pasivni transport- Ovo je vrsta transporta koja se odvija bez potrošnje energije od viših do nižih koncentracija. Male nepolarne molekule rastvorljive u lipidima (O 2, CO 2) lako prodiru u ćeliju jednostavna difuzija. One netopive u lipidima, uključujući nabijene male čestice, pokupe se proteini nosači ili prolaze kroz posebne kanale (glukoza, aminokiseline, K+, PO 4 3-). Ova vrsta pasivnog transporta se naziva olakšanu difuziju. Voda ulazi u ćeliju kroz pore u lipidnoj fazi, kao i kroz posebne kanale obložene proteinima. Transport vode kroz membranu naziva se osmozom.

Osmoza je izuzetno važna u životu ćelije, jer ako se stavi u rastvor sa većom koncentracijom soli nego u ćelijskom rastvoru, tada će voda početi da napušta ćeliju i volumen živog sadržaja počinje da se smanjuje. U životinjskim ćelijama ćelija se u celini smanjuje, a u biljnim ćelijama citoplazma zaostaje za ćelijskim zidom, što se naziva plazmoliza. Kada se ćelija stavi u rastvor manje koncentriran od citoplazme, dolazi do transporta vode u suprotnom smeru - u ćeliju. Međutim, postoje ograničenja za rastezljivost citoplazmatske membrane, a životinjska stanica na kraju pukne, dok biljna stanica to ne dozvoljava zbog svog snažnog ćelijskog zida. Fenomen punjenja čitavog unutrašnjeg prostora ćelije ćelijskim sadržajem naziva se deplazmoliza. Prilikom pripremanja lijekova treba uzeti u obzir intracelularnu koncentraciju soli, posebno za intravenozno davanje, jer to može dovesti do oštećenja krvnih stanica (za to se koristi fiziološka otopina s koncentracijom od 0,9% natrijevog klorida). To nije ništa manje važno kada se uzgajaju ćelije i tkiva, kao i životinjski i biljni organi.

Aktivan transport nastavlja sa trošenjem energije ATP-a od niže koncentracije supstance ka većoj. Izvodi se pomoću posebnih pumpnih proteina. Proteini pumpaju K+, Na+, Ca 2+ i druge jone kroz membranu, što pospješuje transport esencijalnih organskih tvari, kao i nastanak nervnih impulsa itd.

Endocitoza- ovo je aktivni proces apsorpcije tvari u ćeliji, u kojem membrana formira invaginacije, a zatim formira membranske vezikule - fagozomi, koji sadrže apsorbirane objekte. Tada se primarni lizozom spaja sa fagosomom i formira sekundarni lizozom, ili fagolizozom, ili digestivna vakuola. Sadržaj vezikule probavljaju enzimi lizosoma, a produkte razgradnje ćelija apsorbuje i asimilira. Nesvareni ostaci se uklanjaju iz ćelije egzocitozom. Postoje dvije glavne vrste endocitoze: fagocitoza i pinocitoza.

Fagocitoza je proces hvatanja na površini ćelije i apsorpcije čvrstih čestica od strane ćelije, i pinocitoza- tečnosti. Fagocitoza se javlja uglavnom u životinjskim ćelijama (jednoćelijske životinje, ljudski leukociti), obezbeđuje njihovu ishranu i često štiti organizam. Pinocitozom se u procesu apsorbuju proteini i kompleksi antigen-antitijelo imunološke reakcije itd. Međutim, mnogi virusi također ulaze u ćeliju pinocitozom ili fagocitozom. U biljnim i gljivičnim stanicama fagocitoza je praktički nemoguća, jer su okružene trajnim ćelijskim membranama.

Egzocitoza- proces obrnut od endocitoze. Na taj način se iz probavnih vakuola oslobađaju nesvareni ostaci hrane, a uklanjaju se tvari neophodne za život stanice i tijela u cjelini. Na primjer, do prijenosa nervnih impulsa dolazi zbog oslobađanja hemijskih glasnika od strane neurona koji šalje impuls - posrednici, a u biljnim ćelijama na taj način se luče pomoćni ugljikohidrati stanične membrane.

Ćelijski zidovi biljnih ćelija, gljivica i bakterija. Izvan membrane, ćelija može lučiti jak okvir - stanične membrane, ili ćelijski zid.

Kod biljaka je osnova ćelijskog zida celuloza, upakovane u snopove od 50-100 molekula. Prostori između njih su ispunjeni vodom i drugim ugljikohidratima. Zid biljne ćelije prožet je tubulima - plazmodesmata, kroz koji prolaze membrane endoplazmatskog retikuluma. Plazmodezma obavlja transport tvari između stanica. Međutim, transport supstanci, kao što je voda, može se desiti i duž samih ćelijskih zidova. S vremenom se u ćelijskom zidu biljaka nakupljaju različite tvari, uključujući tanine ili tvari slične mastima, što dovodi do lignifikacije ili suberizacije samog ćelijskog zida, istiskivanja vode i odumiranja ćelijskog sadržaja. Između ćelijskih zidova susjednih biljnih ćelija nalaze se žele poput odstojnika - srednje ploče koje ih drže zajedno i cementiraju biljno tijelo kao cjelinu. Uništavaju se samo u procesu sazrevanja plodova i kada lišće opada.

Formiraju se ćelijski zidovi ćelija gljivica hitin- ugljeni hidrat koji sadrži azot. Prilično su jaki i vanjski su skelet ćelije, ali ipak, kao i kod biljaka, sprječavaju fagocitozu.

U bakterijama, stanični zid sadrži ugljikohidrate s peptidnim fragmentima - murein, međutim, njegov sadržaj značajno varira među različitim grupama bakterija. Drugi polisaharidi se također mogu lučiti na vrhu ćelijskog zida, formirajući mukoznu kapsulu koja štiti bakterije od vanjskih utjecaja.

Membrana određuje oblik ćelije, služi kao mehanički oslonac i obavlja funkciju zaštitna funkcija, obezbeđuje osmotska svojstva ćelije, ograničavajući rastezanje živog sadržaja i sprečavajući pucanje ćelije, koje se povećava usled priliva vode. Osim toga, voda i tvari otopljene u njoj prevladavaju ćelijski zid prije ulaska u citoplazmu ili, obrnuto, pri izlasku iz nje, dok se voda transportuje kroz ćelijske zidove brže nego kroz citoplazmu.

Citoplazma

Citoplazma- Ovo je unutrašnji sadržaj ćelije. Sve ćelijske organele, jezgro i razni otpadni proizvodi su uronjeni u njega.

Citoplazma povezuje sve dijelove ćelije jedni s drugima i u njoj se odvijaju brojne metaboličke reakcije. Citoplazma je odvojena od okoline i membranama podijeljena na odjeljke, odnosno ćelije imaju membransku strukturu. Može biti u dva stanja - sol i gel. Sol- ovo je polutečno, želeasto stanje citoplazme, u kojem se vitalni procesi odvijaju najintenzivnije, i gel- gušće, želatinasto stanje koje ometa nastanak hemijskih reakcija i transport supstanci.

Tečni dio citoplazme bez organela naziva se hijaloplazma. Hijaloplazma ili citosol je koloidni rastvor, u kojoj postoji neka vrsta suspenzije prilično velikih čestica, na primjer proteina, okruženih dipolima molekula vode. Taloženje ove suspenzije ne dolazi zbog činjenice da imaju isti naboj i da se međusobno odbijaju.

Organoidi

Organoidi- To su trajne komponente ćelije koje obavljaju određene funkcije.

Ovisno o strukturnim karakteristikama, dijele se na membranske i nemembranske. Membrane organele su zauzvrat klasifikovane kao jednomembranske (endoplazmatski retikulum, Golgijev kompleks i lizozomi) ili dvostruke membrane (mitohondrije, plastidi i jezgra). Nemembranski Organele su ribozomi, mikrotubule, mikrofilamenti i ćelijski centar. Od navedenih organela, samo ribozomi su inherentni prokariotima.

Struktura i funkcije jezgra. Core- velika dvomembranska organela koja leži u centru ćelije ili na njenoj periferiji. Dimenzije jezgra mogu biti u rasponu od 3-35 mikrona. Oblik jezgra je najčešće sferičan ili elipsoidan, ali postoje i štapićasta, vretenasta, zrnasta, režnjeva pa čak i segmentirana jezgra. Neki istraživači vjeruju da oblik jezgra odgovara obliku same ćelije.

Većina ćelija ima jedno jezgro, ali, na primer, u ćelijama jetre i srca mogu ih biti dva, au nizu neurona - do 15. Vlakna skeletnih mišića obično sadrže mnogo jezgara, ali to nisu ćelije u punom smislu te riječi, budući da nastaju kao rezultat fuzije nekoliko ćelija.

Jezgro je okruženo nuklearni omotač, a njen unutrašnji prostor je ispunjen nuklearni sok, ili nukleoplazma (karioplazma), u koji su uronjeni hromatin I nucleolus. Jezgro obavlja tako važne funkcije kao što su pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija, kao i kontrola života ćelije.

Uloga jezgra u prijenosu nasljednih informacija uvjerljivo je dokazana u eksperimentima sa zelenom algom Acetabularia. U jednoj divovskoj ćeliji, koja doseže dužinu od 5 cm, razlikuju se kapa, stabljika i rizoid. Štaviše, sadrži samo jedno jezgro smješteno u rizoidu. Tridesetih godina I. Hemmerling je presadio jezgro jedne vrste acetabularia zelene boje u rizoid druge vrste, braon boje, iz koje je jezgro uklonjeno. Nakon nekog vremena, biljci sa presađenim jezgrom izrasla je nova kapica, poput alge donora jezgra. U isto vrijeme, klobuk ili stabljika, odvojena od rizoida i koja ne sadrži jezgro, nakon nekog vremena je umrla.

Nuklearni omotač formirane od dvije membrane - vanjske i unutrašnje, između kojih postoji prostor. Intermembranski prostor komunicira sa šupljinom grubog endoplazmatskog retikuluma, a vanjska membrana jezgra može nositi ribozome. Nuklearni omotač je prožet brojnim porama obloženim posebnim proteinima. Transport supstanci se odvija kroz pore: potrebni proteini (uključujući enzime), ioni, nukleotidi i druge supstance ulaze u jezgro, a molekule RNK, istrošeni proteini i podjedinice ribosoma ga napuštaju. Dakle, funkcije nuklearnog omotača su odvajanje sadržaja jezgre od citoplazme, kao i regulacija metabolizma između jezgre i citoplazme.

Nukleoplazma naziva se sadržaj jezgra, u koji su uronjeni hromatin i nukleolus. To je koloidni rastvor, hemijski podseća na citoplazmu. Enzimi nukleoplazme kataliziraju razmjenu aminokiselina, nukleotida, proteina itd. Nukleoplazma je povezana s hijaloplazmom preko nuklearnih pora. Funkcije nukleoplazme, kao i hijaloplazma, su da osigura međusobnu povezanost svih strukturne komponente jezgra i provođenje niza enzimskih reakcija.

Chromatin nazvana kolekcija tankih filamenata i granula uronjenih u nukleoplazmu. Može se otkriti samo bojenjem, jer su indeksi loma kromatina i nukleoplazme približno isti. Filamentozna komponenta hromatina se naziva euchromatin, i granulirani - heterohromatin. Euhromatin je slabo zbijen, jer se iz njega čitaju nasljedne informacije, dok je spiraliziraniji heterohromatin genetski neaktivan.

Hromatin je strukturna modifikacija hromozoma u jezgri koja se ne dijeli. Dakle, hromozomi su stalno prisutni u jezgri, samo se njihovo stanje menja u zavisnosti od funkcije koju jezgro obavlja u ovom trenutku.

Sastav hromatina uglavnom uključuje nukleoproteinske proteine ​​(deoksiribonukleoproteine ​​i ribonukleoproteine), kao i enzime, od kojih su najvažniji povezani sa sintezom nukleinskih kiselina, i nekih drugih supstanci.

Funkcije hromatina sastoje se, prvo, u sintezi nukleinskih kiselina specifičnih za dati organizam, koje usmjeravaju sintezu specifičnih proteina, i drugo, u prijenosu nasljednih svojstava sa ćelije majke na ćelije kćeri, za šta se hromatinske niti se pakuju u hromozome tokom procesa deobe.

Nucleolus- sferično tijelo, jasno vidljivo pod mikroskopom, prečnika 1-3 mikrona. Formira se na dijelovima hromatina u kojima su kodirane informacije o strukturi rRNA i ribosomalnih proteina. U jezgru se često nalazi samo jedno jezgro, ali u onim stanicama u kojima se odvijaju intenzivni vitalni procesi mogu biti dvije ili više jezgara. Funkcije nukleola su sinteza rRNA i sastavljanje ribosomskih podjedinica kombinovanjem rRNK sa proteinima koji dolaze iz citoplazme.

Mitohondrije- dvomembranske organele okruglog, ovalnog ili štapićastog oblika, iako se nalaze i spiralne (u spermi). Prečnik mitohondrija je do 1 µm, a dužina do 7 µm. Prostor unutar mitohondrija ispunjen je matriksom. Matrix- Ovo je glavna supstanca mitohondrija. U njega su uronjeni kružni DNK molekul i ribozomi. Vanjska membrana Mitohondrije su glatke i nepropusne za mnoge supstance. Unutrašnja membrana ima izbočine - cristas, povećavajući površinu membrane za hemijske reakcije. Na površini membrane ima ih mnogo proteinski kompleksi, koji čine takozvani respiratorni lanac, kao i enzimi ATP sintetaze u obliku gljive. Aerobna faza disanja javlja se u mitohondrijima, tokom koje se sintetiše ATP.

Plastidi- velike dvomembranske organele, karakteristične samo za biljne ćelije. Unutrašnji prostor plastida je ispunjen stroma, ili matrica. Stroma sadrži manje ili više razvijen sistem membranskih vezikula - tilakoidi, koji se skupljaju u gomile - zrna, kao i vlastiti kružni DNK molekul i ribozomi. Postoje četiri glavne vrste plastida: hloroplasti, hromoplasti, leukoplasti i proplastidi.

Hloroplasti- to su zeleni plastidi promjera 3-10 mikrona, jasno vidljivi pod mikroskopom. Ima ih samo u zelenim dijelovima biljaka - listovima, mladim stabljikama, cvjetovima i plodovima. Kloroplasti su općenito ovalnog ili elipsoidnog oblika, ali također mogu biti u obliku čaše, spirale ili čak režnjevi. Broj hloroplasta u ćeliji je u prosjeku od 10 do 100 komada. Međutim, na primjer, u nekim algama može biti jedna, imati značajne dimenzije i složen oblik - tada se zove hromatofora. U drugim slučajevima, broj hloroplasta može doseći nekoliko stotina, dok su njihove veličine male. Boja hloroplasta je zbog glavnog pigmenta fotosinteze - hlorofil, iako sadrže i dodatne pigmente - karotenoidi. Karotenoidi postaju vidljivi tek u jesen, kada se hlorofil u ostarjelim listovima razgradi. Glavna funkcija hloroplasta je fotosinteza. Svjetlosne reakcije fotosinteze odvijaju se na tilakoidnim membranama na koje su pričvršćene molekule klorofila, a tamne reakcije se odvijaju u stromi, gdje se nalaze brojni enzimi.

Hromoplasti- To su žuti, narandžasti i crveni plastidi koji sadrže karotenoidne pigmente. Oblik hromoplasta također može značajno varirati: mogu biti cjevasti, sferni, kristalni, itd. Kromoplasti daju boju cvjetovima i plodovima biljaka, privlačeći oprašivače i distributere sjemena i plodova.

Leukoplasti- To su bijeli ili bezbojni plastidi, uglavnom okruglog ili ovalnog oblika. Uobičajeni su u nefotosintetičkim dijelovima biljaka, na primjer u kožici listova, gomoljima krompira itd. Pohranjuju hranjive tvari, najčešće škrob, ali kod nekih biljaka to mogu biti proteini ili ulje.

Plastidi se formiraju u biljnim ćelijama od proplastida, koji su već prisutni u ćelijama obrazovnog tkiva i predstavljaju mala dvomembranska tela. U ranim fazama razvoja, različite vrste plastida mogu se transformirati jedna u drugu: kada su izloženi svjetlosti, leukoplasti gomolja krumpira i hromoplasti korijena mrkve postaju zeleni.

Plastidi i mitohondrije nazivaju se poluautonomnim organelama ćelije, jer imaju sopstvene molekule DNK i ribozome, vrše sintezu proteina i dele se nezavisno od deobe ćelije. Ove karakteristike se objašnjavaju njihovim porijeklom od jednoćelijskih prokariotskih organizama. Međutim, „nezavisnost“ mitohondrija i plastida je ograničena, jer njihova DNK sadrži premalo gena za slobodno postojanje, dok je ostatak informacija kodiran u hromozomima jezgre, što mu omogućava da kontroliše ove organele.

Endoplazmatski retikulum (ER), ili endoplazmatski retikulum (ER), je jednomembranska organela, koja je mreža membranskih šupljina i tubula koji zauzimaju do 30% sadržaja citoplazme. Prečnik EPS tubula je oko 25-30 nm. Postoje dve vrste EPS-a - grubi i glatki. Rough XPS nosi ribozome, gdje se odvija sinteza proteina. Smooth XPS nema ribozoma. Njegova funkcija je sinteza lipida i ugljikohidrata, kao i transport, skladištenje i neutralizacija toksičnih tvari. Posebno je razvijen u onim stanicama u kojima se odvijaju intenzivni metabolički procesi, na primjer u ćelijama jetre - hepatocitima - i skeletnim mišićnim vlaknima. Supstance sintetizovane u ER transportuju se do Golgijevog aparata. Sastavljanje ćelijskih membrana se također događa u ER-u, ali se njihovo formiranje završava u Golgijevom aparatu.

Golgijev aparat, ili Golgijev kompleks, je jednomembranska organela formirana sistemom ravnih cisterni, tubula i vezikula odvojenih od njih. Strukturna jedinica Golgijevog aparata je dictyosome- gomila rezervoara, na čiji jedan pol dolaze supstance iz EPS-a, a sa suprotnog pola, podvrgnuti određenim transformacijama, pakuju se u vezikule i šalju u druge delove ćelije. Prečnik rezervoara je oko 2 mikrona, a prečnik malih mehurića je oko 20-30 mikrona. Glavne funkcije Golgijevog kompleksa su sinteza određenih supstanci i modifikacija (promjena) proteina, lipida i ugljikohidrata koji dolaze iz ER, konačno formiranje membrana, kao i transport tvari kroz ćeliju, obnavljanje njenih struktura. i formiranje lizosoma. Golgijev aparat dobio je ime po italijanskom naučniku Camillu Golgiju, koji je prvi otkrio ovu organelu (1898).

Lizozomi- male jednomembranske organele do 1 μm u promjeru, koje sadrže hidrolitičke enzime uključene u unutarćelijsku probavu. Membrane lizosoma su slabo propusne za ove enzime, pa lizozomi vrlo precizno i ​​ciljano obavljaju svoje funkcije. Tako aktivno učestvuju u procesu fagocitoze, formirajući probavne vakuole, a u slučaju izgladnjivanja ili oštećenja pojedinih dijelova stanice, probavljaju ih bez utjecaja na druge. Nedavno je otkrivena uloga lizosoma u procesima stanične smrti.

Vacuole je šupljina u citoplazmi biljnih i životinjskih ćelija, omeđena membranom i ispunjena tečnošću. Probavne i kontraktilne vakuole nalaze se u ćelijama protozoa. Prvi sudjeluju u procesu fagocitoze, jer se hranjive tvari u njima razgrađuju. Potonji osiguravaju održavanje ravnoteže vode i soli zbog osmoregulacije. Kod višećelijskih životinja uglavnom se nalaze probavne vakuole.

U biljnim ćelijama, vakuole su uvek prisutne, okružene su posebnom membranom i ispunjene ćelijskim sokom. Membrana koja okružuje vakuolu slična je po hemijskom sastavu, strukturi i funkcijama plazma membrani. Ćelijski sok je vodeni rastvor različitih anorganskih i organskih supstanci, uključujući mineralne soli, organske kiseline, ugljikohidrati, proteini, glikozidi, alkaloidi, itd. Vakuola može zauzeti do 90% volumena ćelije i potisnuti jezgro na periferiju. Ovaj dio ćelije vrši skladištenje, izlučivanje, osmotsku, zaštitnu, lizozomsku i druge funkcije, jer akumulira hranjive tvari i otpadne tvari, osigurava snabdijevanje vodom i održava oblik i volumen ćelije, a sadrži i enzime za razgradnju mnoge ćelijske komponente. Osim toga, biološki aktivne tvari vakuola mogu spriječiti mnoge životinje da jedu ove biljke. Kod brojnih biljaka zbog bubrenja vakuola dolazi do rasta ćelija produljenjem.

Vakuole su prisutne i u ćelijama nekih gljiva i bakterija, ali kod gljiva obavljaju samo funkciju osmoregulacije, dok kod cijanobakterija održavaju plovnost i učestvuju u procesu asimilacije dušika iz zraka.

Ribosomi- male nemembranske organele promjera 15-20 mikrona, koje se sastoje od dvije podjedinice - velike i male. Eukariotske ribosomske podjedinice se sklapaju u nukleolu i zatim transportuju u citoplazmu. Ribosomi kod prokariota, mitohondrija i plastida su manje veličine od ribozoma u eukariota. Ribosomalne podjedinice uključuju rRNA i proteine.

Broj ribozoma u ćeliji može doseći nekoliko desetina miliona: u citoplazmi, mitohondrijima i plastidima oni su u slobodnom stanju, a na grubom ER - u vezanom stanju. Oni učestvuju u sintezi proteina, posebno provode proces translacije - biosintezu polipeptidnog lanca na molekulu mRNA. Slobodni ribozomi sintetiziraju proteine ​​hijaloplazme, mitohondrija, plastida i vlastite ribosomske proteine, dok ribozomi vezani za grubi ER vrše translaciju proteina za uklanjanje iz ćelija, sklapanje membrane i formiranje lizosoma i vakuola.

Ribosomi se mogu naći pojedinačno u hijaloplazmi ili sastavljeni u grupe tokom simultane sinteze nekoliko polipeptidnih lanaca na jednoj mRNK. Takve grupe ribozoma se nazivaju poliribozomi, ili polizomi.

Mikrotubule- To su cilindrične šuplje nemembranske organele koje prodiru kroz cijelu citoplazmu ćelije. Njihov promjer je oko 25 nm, debljina stijenke 6-8 nm. Formirani su od brojnih proteinskih molekula tubulin, koje prvo formiraju 13 niti koje liče na perle, a zatim se sklapaju u mikrotubulu. Mikrotubule formiraju citoplazmatski retikulum, koji ćeliji daje oblik i zapreminu, povezuje plazma membranu sa ostalim delovima ćelije, obezbeđuje transport supstanci kroz ćeliju, učestvuje u kretanju ćelije i intracelularnih komponenti, kao i u podjela genetskog materijala. Oni su dio ćelijskog centra i organela kretanja - flagela i cilija.

mikrofilamenti, ili microthreads, su također nemembranske organele, međutim, imaju filamentasti oblik i formiraju ih ne tubulin, već actin. Učestvuju u procesima membranskog transporta, intercelularnog prepoznavanja, diobe ćelijske citoplazme i njenog kretanja. U mišićnim ćelijama, interakcija aktinskih mikrofilamenata sa filamentima miozina posreduje u kontrakciji.

Mikrotubule i mikrofilamenti čine unutrašnji skelet ćelije - citoskelet. To je složena mreža vlakana koja pružaju mehaničku potporu plazma membrani, određuju oblik ćelije, lokaciju ćelijskih organela i njihovo kretanje tokom ćelijske deobe.

Ćelijski centar- nemembranska organela koja se nalazi u životinjskim ćelijama u blizini jezgra; nema ga u biljnim ćelijama. Dužina mu je oko 0,2-0,3 mikrona, a prečnik 0,1-0,15 mikrona. Ćelijski centar formiraju dva centriola, koji leže u međusobno okomitim ravninama, i radiant sphere iz mikrotubula. Svaki centriol je formiran od devet grupa mikrotubula, sakupljenih u grupe od tri, odnosno tripleta. Ćelijski centar učestvuje u procesima sklapanja mikrotubula, deobi naslednog materijala ćelije, kao i u formiranju bičaka i cilija.

Organele kretanja. Flagella I cilia To su izrasline ćelije prekrivene plazmalemom. Osnovu ovih organela čini devet pari mikrotubula smještenih duž periferije i dvije slobodne mikrotubula u centru. Mikrotubule su međusobno povezane različitim proteinima, osiguravajući njihovo koordinirano odstupanje od ose - oscilacije. Oscilacije su energetski zavisne, odnosno na ovaj proces se troši energija visokoenergetskih ATP veza. Obnavljanje izgubljenih flagela i cilija je funkcija bazalna tijela, ili kinetozomi nalazi u njihovoj bazi.

Dužina cilija je oko 10-15 nm, a dužina flagela je 20-50 µm. Zbog striktno usmjerenih pokreta bičaka i cilija ne dolazi samo do kretanja jednoćelijskih životinja, sperme i dr., već i do čišćenja respiratornog trakta i kretanja jajne stanice kroz jajovode, budući da svi ovi dijelovi ljudskog tijela obložene su trepljastim epitelom.

Inkluzije

Inkluzije- To su nestalne komponente ćelije koje se formiraju i nestaju tokom njenog života. To uključuje i rezervne tvari, na primjer, zrnca škroba ili proteina u biljnim stanicama, granule glikogena u stanicama životinja i gljiva, volutin u bakterijama, kapi masti u svim vrstama stanica, i otpadne proizvode, posebno ostatke hrane. nesvareni kao rezultat fagocitoze, formirajući takozvana rezidualna tijela.

Odnos između strukture i funkcija dijelova i organela ćelije je osnova njenog integriteta

Svaki od dijelova ćelije, s jedne strane, posebna je struktura sa specifičnom strukturom i funkcijama, as druge, komponenta više složen sistem zove se ćelija. Većina nasljednih informacija eukariotske stanice koncentrirana je u jezgru, ali samo jezgro nije u stanju osigurati njegovu implementaciju, jer je za to potrebna barem citoplazma, koja djeluje kao glavna tvar, i ribozomi na kojima se odvija ova sinteza. . Većina ribozoma se nalazi na granularnom endoplazmatskom retikulumu, odakle se proteini najčešće transportuju do Golgijevog kompleksa, a zatim, nakon modifikacije, do onih dijelova ćelije za koje su namijenjeni, odnosno izlučuju se. Membransko pakovanje proteina i ugljikohidrata može se ugraditi u membrane organela i citoplazmatsku membranu, osiguravajući njihovo stalno obnavljanje. Lizozomi i vakuole, koji obavljaju važne funkcije, također se odvajaju od Golgijevog kompleksa. Na primjer, bez lizosoma, stanice bi se brzo pretvorile u svojevrsno deponije za otpadne molekule i strukture.

Za nastanak svih ovih procesa potrebna je energija koju proizvode mitohondriji, au biljkama hloroplasti. I iako su ove organele relativno autonomne, budući da imaju svoje molekule DNK, neki od njihovih proteina su još uvijek kodirani nuklearnim genomom i sintetizirani u citoplazmi.

Dakle, ćelija je neraskidivo jedinstvo svojih sastavnih komponenti, od kojih svaka obavlja svoju jedinstvenu funkciju.

Metabolizam i pretvaranje energije svojstva su živih organizama. Energetski i plastični metabolizam, njihov odnos. Faze energetskog metabolizma. Fermentacija i disanje. Fotosinteza, njen značaj, kosmička uloga. Faze fotosinteze. Reakcije svjetlosti i tame fotosinteze, njihov odnos. Hemosinteza. Uloga hemosintetskih bakterija na Zemlji

Metabolizam i pretvaranje energije - svojstva živih organizama

Ćelija se može uporediti sa minijaturnom hemijskom fabrikom u kojoj se dešavaju stotine i hiljade hemijskih reakcija.

Metabolizam- skup hemijskih transformacija u cilju očuvanja i samoreprodukcije bioloških sistema.

Uključuje unos supstanci u organizam tokom ishrane i disanja, unutarćelijskog metabolizma ili metabolizam, kao i izolaciju konačnih metaboličkih proizvoda.

Metabolizam je neraskidivo povezan sa procesima pretvaranja jedne vrste energije u drugu. Na primjer, tokom procesa fotosinteze svjetlosna energija se pohranjuje u obliku energije hemijskih veza složenih organskih molekula, a tokom procesa disanja se oslobađa i troši na sintezu novih molekula, mehanički i osmotski rad, raspršen u obliku toplote, itd.

Pojava hemijskih reakcija u živim organizmima osigurana je zahvaljujući biološkim katalizatorima proteinske prirode - enzimi, ili enzimi. Kao i drugi katalizatori, enzimi ubrzavaju nastanak hemijskih reakcija u ćeliji za desetine i stotine hiljada puta, a ponekad ih čak i omogućavaju, ali ne menjaju prirodu ili svojstva krajnjeg(ih) proizvoda(a) reakcije i čine ne menjaju sebe. Enzimi mogu biti i jednostavni i složeni proteini, koji osim proteinskog dijela uključuju i neproteinski dio - kofaktor (koenzim). Primjeri enzima su pljuvačka amilaza, koja razgrađuje polisaharide tokom dužeg žvakanja, i pepsin, koji osigurava varenje proteina u želucu.

Enzimi se razlikuju od neproteinskih katalizatora po visokoj specifičnosti djelovanja, značajnom povećanju brzine reakcije uz njihovu pomoć, kao i po sposobnosti reguliranja djelovanja promjenom uvjeta reakcije ili interakcije različitih tvari s njima. Osim toga, uvjeti pod kojima se odvija enzimska kataliza značajno se razlikuju od onih pod kojima se odvija neenzimska kataliza: optimalna temperatura za funkcioniranje enzima u ljudskom tijelu je $37°C$, tlak treba biti blizu atmosferskog, a $pH$ okoline može značajno oklevati. Dakle, amilaza zahtijeva alkalno okruženje, a pepsin kiselo okruženje.

Mehanizam djelovanja enzima je smanjenje energije aktivacije supstanci (supstrata) koje ulaze u reakciju zbog stvaranja intermedijarnih kompleksa enzim-supstrat.

Energetski i plastični metabolizam, njihov odnos

Metabolizam se sastoji od dva procesa koja se odvijaju istovremeno u ćeliji: plastičnog i energetskog metabolizma.

Plastični metabolizam (anabolizam, asimilacija) je skup reakcija sinteze koje uključuju trošenje ATP energije. U procesu plastičnog metabolizma sintetiziraju se organske tvari potrebne za ćeliju. Primjeri reakcija plastične razmjene su fotosinteza, biosinteza proteina i replikacija DNK (samo-duplikacija).

Energetski metabolizam (katabolizam, disimilacija) je skup reakcija koje razlažu složene tvari na jednostavnije. Kao rezultat energetskog metabolizma, energija se oslobađa i pohranjuje u obliku ATP-a. Najvažniji procesi energetskog metabolizma su disanje i fermentacija.

Plastična i energetska razmjena su neraskidivo povezane, jer se u procesu plastične izmjene sintetiziraju organske tvari i za to je potrebna energija ATP-a, a u procesu izmjene energije organske tvari se razgrađuju i oslobađa energija koja će se potom trošiti na procese sinteze. .

Organizmi primaju energiju tokom procesa ishrane, a oslobađaju je i pretvaraju u pristupačan oblik uglavnom tokom procesa disanja. Prema načinu ishrane svi organizmi se dele na autotrofe i heterotrofe. Autotrofi sposoban da samostalno sintetiše organske supstance od neorganskih, i heterotrofi koristiti isključivo pripremljene organske supstance.

Faze energetskog metabolizma

Unatoč složenosti reakcija energetskog metabolizma, on se konvencionalno dijeli u tri faze: pripremni, anaerobni (bez kisika) i aerobni (kiseonik).

On pripremna faza molekule polisaharida, lipida, proteina, nukleinskih kiselina razlažu se na jednostavnije, na primjer glukozu, glicerol i masne kiseline, aminokiseline, nukleotide itd. Ova faza se može javiti direktno u stanicama ili u crijevima, odakle dolazi do razgradnje. donje supstance se isporučuju kroz krvotok.

Anaerobna faza energetski metabolizam je praćen daljnjim razlaganjem monomera organskih spojeva u još jednostavnije međuproizvode, na primjer, pirogrožđanu kiselinu ili piruvat. Ne zahtijeva prisustvo kisika, a za mnoge organizme koji žive u blatu močvare ili u ljudskim crijevima, to je jedini način da dobiju energiju. Anaerobna faza energetskog metabolizma odvija se u citoplazmi.

Različite tvari mogu biti podvrgnute cijepanju bez kisika, ali vrlo često je supstrat reakcija glukoza. Proces njegovog cijepanja bez kisika naziva se glikoliza. Tokom glikolize, molekul glukoze gubi četiri atoma vodika, odnosno oksidira se i nastaju dva molekula pirogrožđane kiseline, dva molekula ATP-a i dva molekula redukovanog nosača vodonika $NADH + H^(+)$:

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

Do stvaranja ATP-a iz ADP-a dolazi zbog direktnog prijenosa fosfatnog anjona iz predfosforiliranog šećera i naziva se fosforilacija supstrata.

Aerobna faza do razmjene energije može doći samo u prisustvu kisika, dok se međuspojni spojevi koji nastaju cijepanjem bez kisika oksidiraju do konačnih proizvoda (ugljični dioksid i voda) i oslobađa se najveći dio energije pohranjene u kemijskim vezama organskih spojeva. Pretvara se u energiju visokoenergetskih veza od 36 ATP molekula. Ova faza se još naziva tkivno disanje. U nedostatku kisika, intermedijarni spojevi se pretvaraju u druge organske tvari, proces tzv fermentacija.

Breath

Mehanizam ćelijskog disanja šematski je prikazan na Sl.

Aerobno disanje se događa u mitohondrijama, pri čemu pirogrožđana kiselina prvo gubi jedan atom ugljika, što je praćeno sintezom jednog redukcijskog ekvivalenta $NADH + H^(+)$ i molekula acetil koenzima A (acetil-CoA):

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

Acetil-CoA u mitohondrijskom matriksu je uključen u lanac hemijskih reakcija, čija se ukupnost naziva Krebsov ciklus (ciklus trikarboksilne kiseline, ciklus limunska kiselina ). Tokom ovih transformacija formiraju se dva ATP molekula, acetil-CoA se potpuno oksidira u ugljični dioksid, a njegovi vodikovi joni i elektroni se dodaju na nosače vodonika $NADH + H^(+)$ i $FADH_2$. Nosači prenose vodikove protone i elektrone do unutrašnjih membrana mitohondrija, formirajući kriste. Uz pomoć proteina nosača, protoni vodonika se pumpaju u međumembranski prostor, a elektroni se prenose kroz tzv. respiratorni lanac enzima koji se nalaze na unutrašnjoj membrani mitohondrija i ispuštaju se na atome kiseonika:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Treba napomenuti da neki proteini respiratornog lanca sadrže željezo i sumpor.

Iz intermembranskog prostora protoni vodika se transportuju nazad u mitohondrijsku matricu uz pomoć posebnih enzima - ATP sintaza, a energija koja se pri tome oslobađa troši se na sintezu 34 ATP molekula iz svakog molekula glukoze. Ovaj proces se zove oksidativna fosforilacija. U mitohondrijskom matriksu, vodikovi protoni reaguju sa radikalima kiseonika i formiraju vodu:

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

Skup reakcija disanja kisika može se izraziti na sljedeći način:

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

Ukupna jednačina disanja izgleda ovako:

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

Fermentacija

U nedostatku kiseonika ili njegovom nedostatku dolazi do fermentacije. Fermentacija je evolucijski ranija metoda dobivanja energije od disanja, ali je energetski manje korisna jer fermentacija proizvodi organske tvari koje su još uvijek bogate energijom. Postoji nekoliko glavnih tipova fermentacije: mliječna, alkoholna, octena itd. Tako se u skeletnim mišićima u nedostatku kisika tokom fermentacije, pirogrožđana kiselina reducira u mliječnu kiselinu, dok se prethodno formirani redukcijski ekvivalenti troše, a samo ostaju dva ATP molekula:

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

Tokom fermentacije uz pomoć kvasca, pirogrožđana kiselina se u prisustvu kiseonika pretvara u etil alkohol i ugljen monoksid (IV):

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

Prilikom fermentacije uz pomoć mikroorganizama iz pirogrožđane kiseline mogu nastati i sirćetna, buterna, mravlja kiselina itd.

ATP, dobijen kao rezultat energetskog metabolizma, troši se u ćeliji za različite vrste rada: hemijski, osmotski, električni, mehanički i regulatorni. Hemijski rad uključuje biosintezu proteina, lipida, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina i drugih vitalnih spojeva. Osmotski rad uključuje procese apsorpcije ćelije i uklanjanja iz nje supstanci koje se nalaze u ekstracelularnom prostoru u koncentracijama većim nego u samoj ćeliji. Elektro radovi je usko povezan s osmozom, jer se kao rezultat kretanja nabijenih čestica kroz membrane formira membranski naboj i stječu svojstva ekscitabilnosti i vodljivosti. Mehanički rad uključuje kretanje tvari i struktura unutar ćelije, kao i ćelije u cjelini. Regulatorni rad obuhvata sve procese koji imaju za cilj koordinaciju procesa u ćeliji.

Fotosinteza, njen značaj, kosmička uloga

fotosinteza je proces pretvaranja svjetlosne energije u energiju kemijskih veza organskih spojeva uz sudjelovanje hlorofila.

Kao rezultat fotosinteze, godišnje se proizvede oko 150 milijardi tona organske materije i oko 200 milijardi tona kiseonika. Ovaj proces osigurava kruženje ugljika u biosferi, sprječavajući nakupljanje ugljičnog dioksida i na taj način sprječavajući nastanak efekat staklenika i pregrijavanje Zemlje. Organske tvari nastale kao rezultat fotosinteze nisu u potpunosti potrošene od strane drugih organizama, značajan dio njih je tokom miliona godina formirao naslage minerala (kameni i mrki ugalj, nafta). Nedavno su kao gorivo počeli da se koriste i repičino ulje („biodizel“) i alkohol dobijen iz biljnih ostataka. Ozon nastaje iz kiseonika pod uticajem električnih pražnjenja, koji formira ozonski ekran koji štiti sav život na Zemlji od razornog dejstva ultraljubičastih zraka.

Naš sunarodnik, izvanredni biljni fiziolog K. A. Timiryazev (1843-1920), nazvao je ulogu fotosinteze "kosmičkom", jer povezuje Zemlju sa Suncem (svemirom), osiguravajući priliv energije planeti.

Faze fotosinteze. Reakcije svjetlosti i tame fotosinteze, njihov odnos

Godine 1905. engleski biljni fiziolog F. Blackman otkrio je da se brzina fotosinteze ne može povećavati u nedogled. Na osnovu toga, on je pretpostavio da postoje dvije faze fotosinteze: svjetlo I mračno. Pri niskom intenzitetu svjetlosti, brzina svjetlosnih reakcija raste proporcionalno porastu intenziteta svjetlosti, a osim toga, ove reakcije ne zavise od temperature, jer ne zahtijevaju enzime. Svjetlosne reakcije se javljaju na tilakoidnim membranama.

Brzina tamnih reakcija, naprotiv, raste sa povećanjem temperature, međutim, kada se postigne temperaturni prag od $30°C$, ovo povećanje prestaje, što ukazuje na enzimsku prirodu ovih transformacija koje se dešavaju u stromi. Treba napomenuti da svjetlost ima određeni utjecaj i na tamne reakcije, uprkos činjenici da se one nazivaju tamnim reakcijama.

Svjetlosna faza fotosinteze odvija se na tilakoidnim membranama koje nose nekoliko tipova proteinskih kompleksa, od kojih su glavni fotosistemi I i II, kao i ATP sintaza. Fotosistemi uključuju pigmentne komplekse, koji pored hlorofila sadrže i karotenoide. Karotenoidi hvataju svjetlost u područjima spektra gdje hlorofil nema, a također štite hlorofil od uništenja svjetlošću visokog intenziteta.

Pored pigmentnih kompleksa, fotosistemi uključuju i niz proteina akceptora elektrona, koji uzastopno prenose elektrone s molekula hlorofila jedan na drugi. Redoslijed ovih proteina se naziva lanac transporta elektrona hloroplasta.

Poseban kompleks proteina je takođe povezan sa fotosistemom II, koji obezbeđuje oslobađanje kiseonika tokom fotosinteze. Ovaj kompleks koji oslobađa kiseonik sadrži ione mangana i hlora.

IN svetlosna faza svjetlosni kvanti, odnosno fotoni, koji padaju na molekule klorofila smještene na tilakoidnim membranama, prenose ih u pobuđeno stanje, koje karakterizira veća energija elektrona. U ovom slučaju, pobuđeni elektroni iz hlorofila fotosistema I prenose se kroz lanac posrednika do nosača vodonika NADP, koji vezuje protone vodonika, uvek prisutne u vodenom rastvoru:

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

Redukovani $NADPH + H^(+)$ će se kasnije koristiti u mračnoj fazi. Elektroni iz hlorofila fotosistema II se takođe prenose duž lanca transporta elektrona, ali oni popunjavaju “elektronske rupe” hlorofila fotosistema I. Nedostatak elektrona u hlorofilu fotosistema II popunjava se oduzimanjem molekula vode, koje se dešava uz učešće već pomenutog kompleksa koji oslobađa kiseonik. Kao rezultat raspadanja molekula vode, što se tzv fotoliza, formiraju se protoni vodika i oslobađa se molekularni kiseonik, koji je nusproizvod fotosinteze:

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

Genetske informacije u ćeliji. Geni, genetski kod i njegova svojstva. Matrična priroda reakcija biosinteze. Biosinteza proteina i nukleinskih kiselina

Genetske informacije u ćeliji

Reprodukcija svoje vrste jedno je od osnovnih svojstava živih bića. Zahvaljujući ovom fenomenu, postoji sličnost ne samo između organizama, već i između pojedinačnih ćelija, kao i njihovih organela (mitohondrija i plastida). Materijalna osnova ove sličnosti je prijenos genetskih informacija šifriranih u DNK nukleotidnom nizu, koji se odvija kroz procese DNK replikacije (samo-duplikacije). Sve karakteristike i svojstva ćelija i organizama ostvaruju se zahvaljujući proteinima, čija je struktura prvenstveno određena slijedom nukleotida DNK. Stoga, biosinteza nukleinskih kiselina i proteina igra od najveće važnosti u metaboličkim procesima. Strukturna jedinica nasljedne informacije je gen.

Geni, genetski kod i njegova svojstva

Nasljedna informacija u ćeliji nije monolitna, podijeljena je na zasebne “riječi” - gene.

Gene je elementarna jedinica genetske informacije.

Rad na programu “Ljudski genom”, koji je istovremeno sproveden u nekoliko zemalja i završen početkom ovog veka, dao nam je razumevanje da osoba ima samo oko 25-30 hiljada gena, ali informacije iz većine našeg DNK se nikada ne čita, jer sadrži ogroman broj besmislenih sekcija, ponavljanja i gena koji kodiraju osobine koje su izgubile značenje za ljude (rep, dlake na tijelu, itd.). Osim toga, brojni geni su odgovorni za razvoj nasledne bolesti, kao i ciljni geni lijeka. Međutim, praktična primjena rezultata dobijenih tokom implementacije ovog programa odgađa se dok se ne dešifruju genomi većeg broja ljudi i ne postane jasno po čemu se razlikuju.

Geni koji kodiraju primarnu strukturu proteina, ribosomske ili transferne RNK se nazivaju strukturalni i geni koji omogućavaju aktivaciju ili supresiju čitanja informacija iz strukturnih gena - regulatorni. Međutim, čak i strukturni geni sadrže regulatorne regije.

Nasljedne informacije organizama su šifrirane u DNK u obliku određenih kombinacija nukleotida i njihovog niza - genetski kod. Njegova svojstva su: trostrukost, specifičnost, univerzalnost, redundantnost i nepreklapanje. Osim toga, u genetskom kodu nema znakova interpunkcije.

Svaka aminokiselina je kodirana u DNK sa tri nukleotida - trojka, na primjer, metionin je kodiran TAC tripletom, odnosno kod je triplet. S druge strane, svaki triplet kodira samo jednu aminokiselinu, što je njena specifičnost ili nedvosmislenost. Genetski kod je univerzalan za sve žive organizme, odnosno nasljedne informacije o ljudskim proteinima mogu čitati bakterije i obrnuto. Ovo ukazuje na jedinstvo porijekla organskog svijeta. Međutim, 64 kombinacije od tri nukleotida odgovaraju samo 20 aminokiselina, zbog čega jedna aminokiselina može biti kodirana sa 2-6 tripleta, odnosno genetski kod je suvišan ili degenerisan. Tri trojke nemaju odgovarajuće aminokiseline, nazivaju se stop kodoni, jer ukazuju na kraj sinteze polipeptidnog lanca.

Slijed baza u DNK tripletima i aminokiseline koje kodiraju

*Stop kodon, koji označava kraj sinteze polipeptidnog lanca.

Skraćenice za nazive aminokiselina:

Ala - alanin

Arg - arginin

Asn - asparagin

Asp - asparaginska kiselina

Val - valin

Njegov - histidin

Gly - glicin

Gln - glutamin

Glu - glutaminska kiselina

Ile - izoleucin

Leu - leucin

Liz - lizin

Met - metionin

Pro - proline

Ser - serin

Tyr - tirozin

Tre - treonin

Tri - triptofan

Fen - fenilalanin

Cys - cistein

Ako počnete čitati genetske informacije ne od prvog nukleotida u tripletu, već od drugog, onda će se okvir čitanja pomaknuti, već će i protein sintetiziran na ovaj način biti potpuno drugačiji ne samo u nukleotidnoj sekvenci, već iu struktura i svojstva. Između trojki nema znakova interpunkcije, tako da nema prepreka za pomicanje okvira čitanja, što otvara prostor za nastanak i održavanje mutacija.

Matrična priroda reakcija biosinteze

Bakterijske ćelije su sposobne da se udvostruče svakih 20-30 minuta, a eukariotske ćelije - svaki dan i još češće, što zahteva veliku brzinu i tačnost replikacije DNK. Osim toga, svaka stanica sadrži stotine i tisuće kopija mnogih proteina, posebno enzima, stoga je "parealni" način njihove proizvodnje neprihvatljiv za njihovu reprodukciju. Progresivnija metoda je žigosanje, koje vam omogućava da dobijete brojne točne kopije proizvoda i smanjite njegovu cijenu. Za žigosanje je potrebna matrica iz koje se pravi otisak.

U ćelijama princip sinteze šablona je da se novi molekuli proteina i nukleinskih kiselina sintetišu u skladu sa programom ugrađenim u strukturu već postojećih molekula istih nukleinskih kiselina (DNK ili RNK).

Biosinteza proteina i nukleinskih kiselina

DNK replikacija. DNK je dvolančani biopolimer, čiji su monomeri nukleotidi. Kada bi se biosinteza DNK odvijala na principu fotokopiranja, neminovno bi se pojavila brojna izobličenja i greške u nasljednim informacijama, što bi u konačnici dovelo do smrti novih organizama. Stoga se proces udvostručavanja DNK odvija drugačije, na polukonzervativan način: molekula DNK se odmotava i na svakom od lanaca se sintetiše novi lanac prema principu komplementarnosti. Proces samoreprodukcije molekula DNK, koji osigurava precizno kopiranje nasljednih informacija i njihov prijenos s generacije na generaciju, naziva se replikacija(od lat. replicationo- ponavljanje). Kao rezultat replikacije, formiraju se dvije apsolutno točne kopije molekula DNK majke, od kojih svaka nosi po jednu kopiju molekule DNK majke.

Proces replikacije je zapravo izuzetno složen, jer je u njemu uključen veliki broj proteina. Neki od njih odmotavaju dvostruku spiralu DNK, drugi razbijaju vodikove veze između nukleotida komplementarnih lanaca, treći (na primjer, enzim DNK polimeraza) odabiru nove nukleotide na principu komplementarnosti, itd. Dvije molekule DNK nastale kao rezultat replikacije se razilaze na dva tokom diobe novoformirane kćerke ćelije.

Greške u procesu replikacije nastaju izuzetno rijetko, ali ako se i dogode, vrlo brzo se eliminiraju kako DNK polimerazama tako i posebnim enzimima za popravak, jer svaka greška u nukleotidnoj sekvenci može dovesti do nepovratne promjene strukture i funkcija proteina. i, na kraju, negativno utiču na održivost nove ćelije ili čak pojedinca.

Biosinteza proteina. Kao što je figurativno rekao istaknuti filozof 19. veka F. Engels: „Život je oblik postojanja proteinskih tela“. Struktura i svojstva proteinskih molekula određuju se njihovom primarnom strukturom, odnosno sekvencom aminokiselina kodiranih u DNK. Od tačnosti reprodukcije ovih informacija zavisi ne samo postojanje samog polipeptida, već i funkcionisanje ćelije u celini, pa je proces sinteze proteina od velike važnosti. Čini se da je to najsloženiji proces sinteze u ćeliji, jer uključuje do tri stotine različitih enzima i drugih makromolekula. Osim toga, teče velikom brzinom, što zahtijeva još veću preciznost.

Postoje dvije glavne faze u biosintezi proteina: transkripcija i translacija.

Transkripcija(od lat. transkripcija- prepisivanje) je biosinteza mRNA molekula na DNK matrici.

Budući da molekula DNK sadrži dva antiparalelna lanca, čitanje informacija iz oba lanca dovelo bi do stvaranja potpuno različitih mRNA, pa je njihova biosinteza moguća samo na jednom od lanaca, koji se naziva kodirajući, odnosno kodogen, za razliku od drugog, nekodirajući ili nekodogeni. Proces ponovnog pisanja osigurava poseban enzim, RNA polimeraza, koji bira RNA nukleotide prema principu komplementarnosti. Ovaj proces se može dogoditi i u jezgri i u organelama koje imaju svoju DNK - mitohondrije i plastide.

Molekuli mRNA sintetizirani tokom transkripcije prolaze kroz složen proces pripreme za translaciju (mitohondrijalne i plastidne mRNA mogu ostati unutar organela, gdje se odvija druga faza biosinteze proteina). Tokom procesa sazrijevanja mRNA, za nju su vezana prva tri nukleotida (AUG) i rep adenil nukleotida, čija dužina određuje koliko kopija proteina može biti sintetizirano na datom molekulu. Tek tada zrele mRNA napuštaju jezgro kroz nuklearne pore.

Paralelno, u citoplazmi se odvija proces aktivacije aminokiselina, tokom kojeg se aminokiselina pridružuje odgovarajućoj slobodnoj tRNK. Ovaj proces katalizira poseban enzim i zahtijeva ATP.

Broadcast(od lat. emitovanje- transfer) je biosinteza polipeptidnog lanca na matrici mRNA, tokom koje se genetska informacija prevodi u aminokiselinsku sekvencu polipeptidnog lanca.

Druga faza sinteze proteina najčešće se javlja u citoplazmi, na primjer na grubom ER. Za njen nastanak neophodno je prisustvo ribozoma, aktivacija tRNK, pri čemu se vezuju odgovarajuće aminokiseline, prisustvo Mg2+ jona, kao i optimalni uslovi okoline (temperatura, pH, pritisak, itd.).

Za početak emitovanja ( iniciranje) mala ribosomalna podjedinica je vezana za molekul mRNA spreman za sintezu, a zatim se, prema principu komplementarnosti prvom kodonu (AUG), odabire tRNA koja nosi aminokiselinu metionin. Tek nakon toga se veže velika ribosomska podjedinica. Unutar sastavljenog ribozoma postoje dva kodona mRNA, od kojih je prvi već zauzet. Druga tRNA, koja također nosi aminokiselinu, dodaje se kodonu uz nju, nakon čega se uz pomoć enzima formira peptidna veza između aminokiselinskih ostataka. Ribosom pomiče jedan kodon mRNA; prva tRNA oslobođena aminokiseline vraća se u citoplazmu nakon sljedeće aminokiseline, a fragment budućeg polipeptidnog lanca visi, takoreći, na preostaloj tRNK. Sljedeća tRNA se veže za novi kodon koji se nađe unutar ribozoma, proces se ponavlja i korak po korak se polipeptidni lanac produžuje, tj. izduženje.

Kraj sinteze proteina ( raskid) se javlja čim se u molekuli mRNA naiđe na specifičnu sekvencu nukleotida koja ne kodira aminokiselinu (stop kodon). Nakon toga se odvajaju ribosom, mRNA i polipeptidni lanac, a novosintetizovani protein dobija odgovarajuću strukturu i transportuje se u deo ćelije gde će obavljati svoje funkcije.

Translacija je energetski vrlo intenzivan proces, budući da se energija jedne molekule ATP-a troši za pričvršćivanje jedne aminokiseline na tRNA, a još nekoliko se koristi za pomicanje ribozoma duž mRNA molekula.

Da bi se ubrzala sinteza određenih proteinskih molekula, nekoliko ribozoma može se sukcesivno vezati za molekulu mRNA, koji formiraju jednu strukturu - polizom.

Ćelija je genetska jedinica živog bića. Kromosomi, njihova struktura (oblik i veličina) i funkcije. Broj hromozoma i konstantnost njihove vrste. Somatske i zametne ćelije. Životni ciklus ćelije: interfaza i mitoza. Mitoza je podjela somatskih ćelija. Mejoza. Faze mitoze i mejoze. Razvoj zametnih stanica u biljkama i životinjama. Podjela ćelija je osnova za rast, razvoj i reprodukciju organizama. Uloga mejoze i mitoze

Ćelija je genetska jedinica živog bića.

Unatoč činjenici da su nukleinske kiseline nosilac genetske informacije, implementacija tih informacija je nemoguća izvan ćelije, što se lako dokazuje na primjeru virusa. Ovi organizmi, koji često sadrže samo DNK ili RNK, ne mogu se samostalno razmnožavati da bi to učinili, moraju koristiti nasljedni aparat ćelije; Ne mogu čak ni prodrijeti u ćeliju bez pomoći same ćelije, osim upotrebom membranskih transportnih mehanizama ili zbog oštećenja ćelije. Većina virusa je nestabilna; oni umiru nakon samo nekoliko sati izlaganja na otvorenom. Shodno tome, ćelija je genetska jedinica živog bića, koja ima minimalan skup komponenti za očuvanje, promjenu i implementaciju nasljednih informacija, kao i njihovo prenošenje na potomke.

Većina genetskih informacija eukariotske ćelije nalazi se u jezgru. Posebnost njegove organizacije je da, za razliku od DNK prokariotske ćelije, molekuli DNK eukariota nisu zatvoreni i formiraju složene komplekse s proteinima - hromozomima.

Kromosomi, njihova struktura (oblik i veličina) i funkcije

hromozom(iz grčkog hrom- boja, boja i soma- tijelo) je struktura ćelijskog jezgra, koja sadrži gene i nosi određene nasljedne informacije o karakteristikama i svojstvima organizma.

Ponekad se kružni DNK molekuli prokariota nazivaju i hromozomi. Hromozomi su sposobni za samoumnožavanje, imaju strukturnu i funkcionalnu individualnost i zadržavaju je generacijama. Svaka ćelija nosi sve nasljedne informacije tijela, ali samo mali dio radi u njoj.

Osnova hromozoma je dvolančana DNK molekula prepuna proteina. Kod eukariota, histonski i nehistonski proteini stupaju u interakciju sa DNK, dok kod prokariota histonski proteini odsutni.

Hromozomi se najbolje vide pod svjetlosnim mikroskopom tokom diobe ćelije, kada kao rezultat zbijanja poprimaju izgled štapićastih tijela razdvojenih primarnim suženjem - centromere — na ramenima. Na hromozomu takođe može biti sekundarna konstrikcija, koji u nekim slučajevima razdvaja tzv satelit. Zovu se krajevi hromozoma telomere. Telomeri sprečavaju da se krajevi hromozoma lepe zajedno i obezbeđuju njihovo pričvršćivanje za nuklearnu membranu u ćeliji koja se ne deli. Na početku diobe hromozomi se udvostručuju i sastoje se od dva ćerka hromozoma - hromatida, pričvršćen na centromeri.

Na osnovu svog oblika, hromozomi se dijele na jednakokrake, nejednakoruke i hromozome u obliku štapa. Veličine hromozoma značajno variraju, ali prosječni hromozom ima dimenzije od 5 $×$ 1,4 mikrona.

U nekim slučajevima, hromozomi, kao rezultat brojnih duplikacija DNK, sadrže stotine i hiljade hromatida: takvi ogromni hromozomi se nazivaju polytene. Sastaju se unutra pljuvačne žlijezde Drosophila larve, kao i u probavnim žlijezdama okruglih crva.

Broj hromozoma i konstantnost njihove vrste. Somatske i zametne ćelije

Prema ćelijskoj teoriji, ćelija je jedinica strukture, vitalne aktivnosti i razvoja organizma. Dakle, tako važne funkcije živih bića kao što su rast, reprodukcija i razvoj organizma se obezbjeđuju na ćelijskom nivou. Ćelije višećelijskih organizama mogu se podijeliti na somatske i reproduktivne stanice.

Somatske ćelije- sve su to ćelije tijela nastale kao rezultat mitotičke diobe.

Proučavanje hromozoma omogućilo je da se to utvrdi za somatske ćelije svakog tela biološke vrste karakterizira konstantan broj hromozoma. Na primjer, osoba ih ima 46. Skup hromozoma somatskih ćelija se zove diploidni(2n), ili duplo.

Polne ćelije, ili gamete, su specijalizovane ćelije koje se koriste za seksualnu reprodukciju.

Gamete uvijek sadrže upola manje hromozoma od somatskih ćelija (kod ljudi - 23), pa se skup hromozoma zametnih ćelija naziva haploidni(n), ili pojedinačni. Njegovo stvaranje povezano je s mejotskom diobom stanica.

Količina DNK u somatskim ćelijama označena je kao 2c, au polnim ćelijama - 1c. Genetska formula somatskih ćelija je zapisana kao 2n2c, a polnih ćelija - 1n1c.

U jezgrima nekih somatskih stanica broj kromosoma može se razlikovati od broja u somatskim stanicama. Ako je ta razlika veća od jednog, dva, tri itd. haploidnih skupova, tada se takve ćelije nazivaju poliploid(tri-, tetra-, pentaploid, respektivno). U takvim ćelijama se metabolički procesi obično odvijaju vrlo intenzivno.

Broj hromozoma sam po sebi nije specifično obilježje vrste, budući da različiti organizmi mogu imati jednak broj hromozoma, ali srodni mogu imati različit broj. Na primjer, malarijski plazmodijum i konjski okrugli crv imaju po dva hromozoma, dok ljudi i čimpanze imaju 46, odnosno 48.

Ljudski hromozomi se dijele u dvije grupe: autozomi i polni hromozomi (heterohromozomi). Autosome u ljudskim somatskim ćelijama ima 22 para, isti su za muškarce i žene, i polni hromozomi samo jedan par, ali to je ono što određuje pol pojedinca. Postoje dvije vrste polnih hromozoma - X i Y. Ženske tjelesne ćelije nose dva X hromozoma, a muške - X i Y.

Kariotip- ovo je skup karakteristika hromozomskog seta organizma (broj hromozoma, njihov oblik i veličina).

Konvencionalna notacija kariotipa uključuje ukupno hromozomi, polni hromozomi i moguća odstupanja u setu hromozoma. Na primjer, kariotip normalnog muškarca piše se kao 46,XY, a kariotip normalna zena— 46, XX.

Životni ciklus ćelije: interfaza i mitoza

Ćelije ne nastaju svaki put iznova, one nastaju samo kao rezultat diobe matičnih stanica. Nakon diobe ćelijama kćeri potrebno je neko vrijeme da formiraju organele i steknu odgovarajuću strukturu koja bi osigurala obavljanje određene funkcije. Ovaj vremenski period se zove sazrevanje.

Naziva se vremenski period od pojave ćelije kao rezultat diobe do njene diobe ili smrti životni ciklus ćelije.

U eukariotskim ćelijama životni ciklus je podijeljen u dvije glavne faze: interfazu i mitozu.

Interfaza- ovo je vremenski period u životnom ciklusu tokom kojeg se ćelija ne dijeli i normalno funkcionira. Interfaza je podijeljena na tri perioda: G 1 -, S- i G 2 -periodi.

G 1 -period(presintetički, postmitotski) je period rasta i razvoja ćelije tokom kojeg se odvija aktivna sinteza RNK, proteina i drugih supstanci neophodnih za potpuni život novonastale ćelije. Pred kraj ovog perioda, ćelija može početi da se priprema za dupliciranje svoje DNK.

IN S-period(sintetički) dolazi do samog procesa replikacije DNK. Jedini dio hromozoma koji ne podliježe replikaciji je centromera, pa se tako nastale DNK molekule ne divergiraju u potpunosti, već se drže zajedno u njemu, a na početku diobe kromosom ima X-oblik. Genetska formula ćelije nakon udvostručenja DNK je 2n4c. Takođe u S-periodu, centrioli ćelijskog centra su udvostručeni.

G 2 -period(postsintetski, premitotički) karakteriše intenzivna sinteza RNK, proteina i ATP-a neophodnih za proces deobe ćelije, kao i odvajanje centriola, mitohondrija i plastida. Do kraja interfaze, kromatin i nukleolus ostaju jasno razlučivi, integritet nuklearnog omotača nije narušen, a organele se ne mijenjaju.

Neke od tjelesnih stanica su u stanju da obavljaju svoje funkcije tokom cijelog života u tijelu (neuroni našeg mozga, mišićne ćelije srca), dok druge postoje kratko, nakon čega odumiru (ćelije crijevnog epitela, epidermalne ćelije koža). Shodno tome, tijelo mora stalno prolaziti kroz procese diobe stanica i formiranja novih koje bi zamijenile mrtve. Ćelije sposobne za dijeljenje se nazivaju stablo. U ljudskom tijelu nalaze se u crvenoj boji koštana srž, u dubokim slojevima epiderme kože i drugim mjestima. Koristeći ove ćelije, možete uzgajati novi organ, postići podmlađivanje, a također i klonirati tijelo. Izgledi za korištenje matičnih stanica su apsolutno jasni, ali se još uvijek raspravlja o moralnim i etičkim aspektima ovog problema, jer se u većini slučajeva koriste embrionalne matične stanice dobivene iz ljudskih embriona ubijenih tijekom pobačaja.

Trajanje interfaze u biljnim i životinjskim ćelijama je u prosjeku 10-20 sati, dok mitoza traje oko 1-2 sata.

Tokom uzastopnih podjela u višećelijskim organizmima, ćelije kćeri postaju sve raznovrsnije dok čitaju informacije od svih više geni.

Neke stanice se s vremenom prestaju dijeliti i umiru, što može biti zbog dovršetka određenih funkcija, kao u slučaju epidermalnih stanica kože i krvnih stanica, ili zbog oštećenja ovih stanica faktorima okoline, posebno patogenima. Genetski programirana ćelijska smrt se naziva apoptoza, dok nesretna smrt - nekroza.

Mitoza je podjela somatskih ćelija. Faze mitoze

Mitoza- metoda indirektne diobe somatskih stanica.

Tokom mitoze, ćelija prolazi kroz niz uzastopnih faza, usled čega svaka ćelija kćerka dobija isti set hromozoma kao i matična ćelija.

Mitoza je podijeljena u četiri glavne faze: profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Profaza- najduža faza mitoze, tokom koje se hromatin kondenzuje, što rezultira hromozomima u obliku slova X koji se sastoje od dve hromatide (kromosoma kćeri) postaju vidljivi. U tom slučaju nukleolus nestaje, centriole se razilaze prema polovima stanice i počinje se formirati akromatinsko vreteno (diobno vreteno) iz mikrotubula. Na kraju profaze, nuklearna membrana se raspada u zasebne vezikule.

IN metafaza Kromosomi su poređani duž ekvatora ćelije sa svojim centromerama, za koje su pričvršćene mikrotubule potpuno formiranog vretena. U ovoj fazi podjele, kromosomi su najkompaktniji i imaju karakterističan oblik, što omogućava proučavanje kariotipa.

IN anafaza Brza replikacija DNK događa se na centromerama, zbog čega se hromozomi cijepaju i hromatide divergiraju do polova ćelije, rastegnute mikrotubulama. Raspodjela hromatida mora biti apsolutno jednaka, jer upravo ovaj proces osigurava održavanje konstantnog broja kromosoma u stanicama tijela.

Na sceni telofaze kćeri hromozomi se skupljaju na polovima, oko njih se iz vezikula formiraju despiralne, nuklearne membrane, a u novonastalim jezgrama pojavljuju se jezgre.

Nakon nuklearne diobe dolazi do diobe citoplazme - citokineza, tokom koje dolazi do manje ili više ujednačene raspodele svih organela matične ćelije.

Dakle, kao rezultat mitoze, iz jedne matične ćelije nastaju dvije kćerke ćelije, od kojih je svaka genetska kopija matične ćelije (2n2c).

U bolesnim, oštećenim, ostarjelim stanicama i specijalizovanim tkivima tijela može se dogoditi nešto drugačiji proces diobe - amitoza. Amitoza naziva se direktna dioba eukariotskih stanica, u kojoj ne dolazi do formiranja genetski ekvivalentnih stanica, jer su ćelijske komponente neravnomjerno raspoređene. Nalazi se u biljkama u endospermu, a kod životinja - u jetri, hrskavici i rožnici oka.

Mejoza. Faze mejoze

Mejoza je metoda indirektne diobe primarnih zametnih stanica (2n2c), koja rezultira stvaranjem haploidnih stanica (1n1c), najčešće zametnih stanica.

Za razliku od mitoze, mejoza se sastoji od dvije uzastopne diobe stanica, od kojih svakoj prethodi interfaza. Prva podjela mejoze (mejoza I) se zove redukcionistički, budući da je u ovom slučaju broj hromozoma prepolovljen, a druga podjela (mejoza II) - equational, budući da je u njegovom procesu sačuvan broj hromozoma.

Interfaza I nastavlja kao interfaza mitoze. Mejoza I podijeljen je u četiri faze: profaza I, metafaza I, anafaza I i telofaza I. B profaza I Događaju se dva važna procesa: konjugacija i ukrštanje. Konjugacija- Ovo je proces fuzije homolognih (uparenih) hromozoma po celoj dužini. Parovi hromozoma nastali tokom konjugacije čuvaju se do kraja metafaze I.

Prelazak- međusobna izmjena homolognih regija homolognih hromozoma. Kao rezultat križanja, hromozomi koje tijelo primi od oba roditelja dobivaju nove kombinacije gena, što uzrokuje pojavu genetski raznolikog potomstva. Na kraju profaze I, kao i u profazi mitoze, jezgro nestaje, centriole divergiraju prema polovima ćelije, a nuklearna membrana se raspada.

IN metafaza I parovi hromozoma su poredani duž ekvatora ćelije, a mikrotubule vretena su pričvršćene za njihove centromere.

IN anafaza I Cijeli homologni hromozomi, koji se sastoje od dvije hromatide, divergiraju do polova.

IN telofaza I Nuklearne membrane se formiraju oko klastera hromozoma na polovima ćelije i formiraju se jezgre.

Citokineza I osigurava odvajanje citoplazme ćelija kćeri.

Ćerke ćelije (1n2c) nastale kao rezultat mejoze I su genetski heterogene, budući da njihovi hromozomi, nasumično raspoređeni na polove ćelije, sadrže različite gene.

Komparativne karakteristike mitoze i mejoze

Potpiši	Mitoza	Mejoza
Koje ćelije počinju da se dele?	somatski (2n)	Primarne zametne ćelije (2n)
Broj podjela	1	2
Koliko i kakvih ćelija se formira tokom procesa deobe?	2 somatske (2n)	4 seksualna (n)
Interfaza		Priprema ćelije za podelu, udvostručavanje DNK	Vrlo kratko, ne dolazi do udvostručavanja DNK
Faze		Mejoza I	Mejoza II
Profaza		Može doći do kondenzacije hromozoma, nestanka nukleola, dezintegracije nuklearne membrane, konjugacije i krosingovera	Kondenzacija hromozoma, nestanak nukleola, dezintegracija nuklearne membrane
Metafaza		Parovi hromozoma nalaze se duž ekvatora, formira se vreteno	Hromozomi se nižu duž ekvatora, formira se vreteno
Anafaza		Homologni hromozomi iz dvije hromatide kreću se prema polovima	Kromatide se kreću prema polovima
Telofaza		Kromosomi su despiralni, formiraju se nove nuklearne membrane i jezgre	Kromosomi su despiralni, formiraju se nove nuklearne membrane i jezgre

Interfaza II vrlo kratko, pošto u njemu ne dolazi do udvostručenja DNK, odnosno nema S-perioda.

Mejoza II također podijeljen u četiri faze: profaza II, metafaza II, anafaza II i telofaza II. IN profaza II isti procesi se dešavaju kao u profazi I, sa izuzetkom konjugacije i krosingovera.

IN metafaza II hromozomi se nalaze duž ekvatora ćelije.

IN anafaza II hromozomi su podijeljeni na centromerima i hromatide su rastegnute prema polovima.

IN telofaza II Nuklearne membrane i jezgre formiraju se oko klastera kćeri hromozoma.

Poslije citokineza II Genetska formula sve četiri ćelije kćeri je 1n1c, ali sve imaju drugačiji skup gena, što je rezultat ukrštanja i slučajne kombinacije hromozoma majčinog i očinskog organizma u ćelijama kćeri.

Razvoj zametnih ćelija u biljkama i životinjama

Gametogeneza(iz grčkog gameta- supruga, gamete- muž i geneza- nastanak, nastanak) je proces formiranja zrelih zametnih ćelija.

Budući da su za spolnu reprodukciju najčešće potrebne dvije individue - ženka i mužjak, koji proizvode različite spolne stanice - jajašca i spermu, onda se procesi formiranja ovih gameta moraju razlikovati.

Priroda procesa u značajnoj mjeri ovisi o tome da li se događa u biljnoj ili životinjskoj ćeliji, jer se kod biljaka javlja samo mitoza prilikom formiranja gameta, a kod životinja i mitoza i mejoza.

Razvoj zametnih ćelija u biljkama. Kod kritosjemenjača formiranje muških i ženskih reproduktivnih stanica događa se u različitim dijelovima cvijeta - prašnicima, odnosno tučkom.

Prije formiranja muških reproduktivnih stanica - mikrogametogeneza(iz grčkog mikros- mali) - dešava se mikrosporogeneza, odnosno stvaranje mikrospora u prašnicima prašnika. Ovaj proces je povezan s mejotičkom diobom matične stanice, što rezultira četiri haploidne mikrospore. Mikrogametogeneza je povezana s mitotskom diobom mikrospore, dajući muški gametofit iz dvije ćelije - velike vegetativno(sifonogena) i plitka generativno. Nakon diobe, muški gametofit postaje prekriven gustim membranama i formira polenovo zrno. U nekim slučajevima, čak i tokom procesa sazrevanja polena, a ponekad tek nakon prelaska na stigmu tučka, generativna ćelija se mitotički deli i formira dve nepokretne muške zametne ćelije - sperma. Nakon oprašivanja, iz vegetativne ćelije se formira polenova cijev kroz koju spermatozoidi prodiru u jajnik tučka radi oplodnje.

Razvoj ženskih zametnih ćelija u biljkama naziva se megagametogeneza(iz grčkog megas- veliki). Javlja se u jajniku tučka, kojem prethodi megasporogeneza, kao rezultat čega se mejotičkom diobom formiraju četiri megaspore iz matične stanice megaspore koja leži u nucelusu. Jedna od megaspora se mitotički dijeli tri puta, dajući ženskom gametofitu - embrionsku vrećicu sa osam jezgara. Naknadnim odvajanjem citoplazme ćelija kćeri, jedna od nastalih ćelija postaje jaje, na čijim stranama leže takozvani sinergidi, na suprotnom kraju embrionalne vrećice formiraju se tri antipoda, au centru , kao rezultat fuzije dva haploidna jezgra, nastaje diploidna centralna ćelija.

Razvoj zametnih ćelija kod životinja. Kod životinja postoje dva procesa formiranja zametnih ćelija - spermatogeneza i oogeneza.

Spermatogeneza(iz grčkog spermatozoida, spermatozoida- seme i geneza- porijeklo, pojava) je proces formiranja zrelih muških zametnih stanica - spermatozoida. Kod ljudi se javlja u testisima, odnosno testisima, i dijeli se na četiri perioda: razmnožavanje, rast, sazrijevanje i formiranje.

IN sezona razmnožavanja primordijalne zametne stanice dijele se mitotički, što rezultira stvaranjem diploida spermatogonije. IN period rasta spermatogonije akumuliraju hranjive tvari u citoplazmi, povećavaju se i pretvaraju u primarnih spermatocita, ili Spermatociti 1. reda. Tek nakon toga ulaze u mejozu ( period sazrevanja), kao rezultat toga nastaju prva dva sekundarni spermatocit, ili Spermatocit 2. reda, a zatim - četiri haploidne ćelije sa još prilično velikom količinom citoplazme - spermatida. IN period formiranja gube gotovo svu svoju citoplazmu i formiraju flagellum, pretvarajući se u spermu.

Sperma, ili živahno, - vrlo male pokretne muške reproduktivne stanice s glavom, vratom i repom.

IN glava, pored jezgre, je akrozom- modificirani Golgi kompleks koji osigurava otapanje jajnih membrana tokom oplodnje. IN cerviksa su centrioli ćelijskog centra i baze konjski rep formiraju mikrotubule koje direktno podržavaju kretanje spermatozoida. Sadrži i mitohondrije, koje spermiju obezbjeđuju ATP energiju za kretanje.

Oogeneza(iz grčkog UN- jaje i geneza- porijeklo, nastanak) je proces formiranja zrelih ženskih zametnih stanica - jaja. Kod ljudi se javlja u jajnicima i sastoji se od tri perioda: reprodukcije, rasta i sazrijevanja. U toku se javljaju periodi razmnožavanja i rasta, slični onima u spermatogenezi intrauterini razvoj. U ovom slučaju, diploidne ćelije nastaju iz primarnih zametnih ćelija kao rezultat mitoze. oogonia, koji se zatim pretvaraju u diploidne primarne oociti, ili Oociti 1. reda. Mejoza i naknadna citokineza koja se javlja u period sazrevanja, karakteriše neravnomerna deoba citoplazme matične ćelije, tako da se kao rezultat toga dobija prvo sekundarne oocite, ili Oocita 2. reda, And prvo polarno tijelo, a zatim iz sekundarne oocite - jajeta, koje zadržava cjelokupnu zalihu hranjivih tvari, i drugo polarno tijelo, dok je prvo polarno tijelo podijeljeno na dva. Polarna tijela preuzimaju višak genetskog materijala.

Kod ljudi se jaja stvaraju u intervalu od 28-29 dana. Ciklus povezan sa sazrevanjem i oslobađanjem jajnih ćelija naziva se menstrualni.

Jaje- velika ženka polna ćelija, koji nosi ne samo haploidni set hromozoma, već i značajnu zalihu nutrijenata za kasniji razvoj embrija.

Jaje kod sisara je prekriveno sa četiri membrane, koje smanjuju mogućnost oštećenja raznim faktorima. Promjer jajeta kod ljudi doseže 150-200 mikrona, dok u noja može biti nekoliko centimetara.

Podjela ćelija je osnova za rast, razvoj i reprodukciju organizama. Uloga mitoze i mejoze

Ako kod jednoćelijskih organizama dioba stanica dovodi do povećanja broja jedinki, odnosno reprodukcije, onda kod višećelijskih organizama ovaj proces može imati različita značenja. Dakle, podjela embrionalnih stanica, počevši od zigote, predstavlja biološka osnova međusobno povezanih procesa rasta i razvoja. Slične promjene se primjećuju kod ljudi tokom adolescencije, kada se broj ćelija ne samo povećava, već se javlja i kvalitativna promjena u tijelu. Razmnožavanje višećelijskih organizama zasniva se i na diobi ćelija, na primjer, kod aseksualne reprodukcije, zahvaljujući ovom procesu, obnavlja se cijeli dio organizma, a kod spolne reprodukcije u procesu gametogeneze nastaju polne ćelije koje nakon toga stvaraju novi organizam. Treba napomenuti da glavne metode diobe eukariotske ćelije - mitoza i mejoza - imaju različita značenja u životnim ciklusima organizama.

Kao rezultat mitoze, postoji ravnomjerna distribucija nasljednog materijala između stanica kćeri - točne kopije majke. Bez mitoze, postojanje i rast višećelijskih organizama koji se razvijaju iz jedne ćelije, zigote, bili bi nemogući, jer sve ćelije takvih organizama moraju sadržavati iste genetske informacije.

U procesu diobe ćelije kćeri postaju sve raznovrsnije po strukturi i funkcijama, što je povezano sa aktivacijom sve više novih grupa gena u njima zbog međustanične interakcije. Dakle, mitoza je neophodna za razvoj organizma.

Ova metoda diobe ćelija neophodna je za procese aseksualne reprodukcije i regeneracije (obnove) oštećenih tkiva, kao i organa.

Mejoza, zauzvrat, osigurava postojanost kariotipa tijekom seksualne reprodukcije, budući da prepolovi skup kromosoma prije seksualne reprodukcije, koji se zatim obnavlja kao rezultat oplodnje. Osim toga, mejoza dovodi do pojave novih kombinacija roditeljskih gena zbog križanja i nasumične kombinacije hromozoma u ćelijama kćerima. Zahvaljujući tome, potomci su genetski raznoliki, što daje materijal za prirodnu selekciju i predstavlja materijalnu osnovu za evoluciju. Promjena broja, oblika i veličine hromozoma, s jedne strane, može dovesti do pojave raznih odstupanja u razvoju organizma, pa čak i njegove smrti, as druge strane može dovesti do pojave jedinki. prilagođeniji okruženju.

Dakle, ćelija je jedinica rasta, razvoja i reprodukcije organizama.

(nuklearni). Prokariotske ćelije su očigledno jednostavnije, nastale su ranije u procesu evolucije. Eukariotske ćelije su složenije i nastale su kasnije. Ćelije koje čine ljudsko tijelo su eukariotske.

Unatoč raznolikosti oblika, organizacija ćelija svih živih organizama podliježe zajedničkim strukturnim principima.

Prokariotska ćelija

Eukariotska ćelija

Struktura eukariotske ćelije

Površinski kompleks životinjske ćelije

Sadrži glikokaliks, plazma membrane i kortikalni sloj citoplazme koji se nalazi ispod. Plazma membrana se još naziva i plazmalema, vanjska membrana ćelije. Ovo je biološka membrana, debljine oko 10 nanometara. Pruža prvenstveno funkciju razgraničenja u odnosu na okruženje izvan ćelije. Osim toga, obavlja i transportnu funkciju. Ćelija ne troši energiju da bi održala integritet svoje membrane: molekuli se drže zajedno prema istom principu po kojem se molekule masti drže zajedno - termodinamički je povoljnije da se hidrofobni dijelovi molekula nalaze u neposrednoj blizini jedni drugima. Glikokaliks su molekule oligosaharida, polisaharida, glikoproteina i glikolipida “usidrena” u plazmalemi. Glikokaliks obavlja funkciju receptora i markera. Plazma membrana životinjskih ćelija se uglavnom sastoji od fosfolipida i lipoproteina isprepletenih proteinskim molekulima, posebno površinskim antigenima i receptorima. U kortikalnom (uz plazma membranu) sloju citoplazme nalaze se specifični citoskeletni elementi - aktinski mikrofilamenti poredani na određeni način. Glavna i najvažnija funkcija kortikalnog sloja (korteksa) su pseudopodijalne reakcije: izbacivanje, pričvršćivanje i kontrakcija pseudopodija. U tom slučaju se mikrofilamenti preuređuju, produžavaju ili skraćuju. Oblik ćelije (na primjer, prisustvo mikrovila) također ovisi o strukturi citoskeleta kortikalnog sloja.

Citoplazmatska struktura

Tekuća komponenta citoplazme naziva se i citosol. Pod svjetlosnim mikroskopom, činilo se da je ćelija ispunjena nečim poput tečne plazme ili sola, u kojem jezgro i druge organele "lebde". Zapravo to nije istina. Unutrašnji prostor eukariotske ćelije je strogo uređen. Kretanje organela koordinira se uz pomoć specijalizovanih transportnih sistema, takozvanih mikrotubula, koji služe kao intracelularni „putevi“ i posebnih proteina dineina i kinezina, koji imaju ulogu „motora“. Pojedinačni proteinski molekuli također ne difundiraju slobodno po cijelom unutarćelijskom prostoru, već se usmjeravaju u potrebne odjeljke pomoću posebnih signala na njihovoj površini, koje prepoznaju transportni sistemi ćelije.

Endoplazmatski retikulum

U eukariotskoj ćeliji postoji sistem membranskih odjeljaka (cijevi i cisterni) koji prelaze jedan u drugi, koji se naziva endoplazmatski retikulum (ili endoplazmatski retikulum, ER ili EPS). Taj dio ER-a, za čije su membrane vezani ribozomi, naziva se granularni(ili grubo) endoplazmatski retikulum, na njegovim membranama se odvija sinteza proteina. Oni odjeljci koji nemaju ribozome na svojim zidovima klasificiraju se kao glatko(ili agranularno) ER, koji učestvuje u sintezi lipida. Unutrašnji prostori glatkog i granularnog ER nisu izolovani, već prelaze jedan u drugi i komuniciraju sa lumenom nuklearnog omotača.

Golgijev aparat

Core

Citoskelet

Centrioles

Mitohondrije

Poređenje pro- i eukariotskih ćelija

Najvažnija razlika između eukariota i prokariota dugo se smatrala prisustvom formiranog jezgra i membranskih organela. Međutim, do 1970-1980-ih. postalo je jasno da je to samo posledica dubljih razlika u organizaciji citoskeleta. Neko vrijeme se vjerovalo da je citoskelet karakterističan samo za eukariote, ali sredinom 1990-ih. proteini homologni glavnim proteinima citoskeleta eukariota također su otkriveni u bakterijama.

To je prisustvo specifično strukturiranog citoskeleta koji omogućava eukariotima da stvore sistem mobilnih organela unutrašnje membrane. Osim toga, citoskelet omogućava nastanak endo- i egzocitoze (pretpostavlja se da su se upravo zahvaljujući endocitozi u eukariotskim stanicama pojavili intracelularni simbionti, uključujući mitohondrije i plastide). Druga važna funkcija eukariotskog citoskeleta je da obezbijedi podjelu jezgra (mitoza i mejoza) i tijela (citotomija) eukariotske ćelije (podjela prokariotskih ćelija je jednostavnije organizirana). Razlike u strukturi citoskeleta objašnjavaju i druge razlike između pro- i eukariota - na primjer, postojanost i jednostavnost oblika prokariotskih ćelija i značajnu raznolikost oblika i sposobnost da se on mijenja u eukariotskim stanicama, kao i relativno velike veličine potonjeg. Tako su veličine prokariotskih ćelija u prosjeku 0,5-5 mikrona, veličine eukariotskih stanica u prosjeku od 10 do 50 mikrona. Osim toga, samo među eukariotima postoje zaista divovske ćelije, kao što su masivna jaja ajkule ili noja (u ptičjem jajetu, cijelo žumance je jedno ogromno jaje), neuroni velikih sisara, čiji procesi ojačani citoskeletom , može doseći desetine centimetara u dužinu.

Anaplazija

Uništenje ćelijska struktura(na primjer, kod malignih tumora) naziva se anaplazija.

Istorija otkrića ćelija

Prva osoba koja je vidjela ćelije bio je engleski naučnik Robert Hooke (poznat nam zahvaljujući Hookeovom zakonu). Te godine, pokušavajući da shvati zašto drvo plute tako dobro lebdi, Hooke je počeo da ispituje tanke delove plute koristeći mikroskop koji je unapredio. Otkrio je da je pluta podijeljena na mnogo sićušnih ćelija, što ga je podsjećalo na manastirske ćelije, te je te ćelije nazvao ćelijama (na engleskom cell znači “ćelija, ćelija, ćelija”). Iste godine, holandski majstor Anton van Leeuwenhoek (-) prvi put je upotrijebio mikroskop kako bi u kapi vode vidio "životinje" - pokretne žive organizme. Tako su do početka 18. vijeka naučnici znali da biljke pod velikim povećanjem imaju ćelijsku strukturu i vidjeli su neke organizme koji su kasnije nazvani jednoćelijski. Međutim, ćelijska teorija strukture organizama nastala je tek sredinom 19. stoljeća, nakon što su se pojavili moćniji mikroskopi i razvijene metode za fiksiranje i bojenje stanica. Jedan od njegovih osnivača bio je Rudolf Virchow, ali njegove ideje su sadržavale niz pogrešaka: na primjer, pretpostavljao je da su ćelije slabo povezane jedna s drugom i da svaka postoji “za sebe”. Tek kasnije je bilo moguće dokazati integritet ćelijskog sistema.

vidi takođe

• Poređenje stanične strukture bakterija, biljaka i životinja

Linkovi

• Molekularna biologija ćelije, 4. izdanje, 2002. - udžbenik o molekularnoj biologiji na engleskom jeziku
• Citologija i genetika (0564-3783) objavljuje članke na ruskom, ukrajinskom i engleskom po izboru autora, prevedene na engleski (0095-4527)

Wikimedia Foundation. 2010.

Pogledajte šta je “Ćelija (biologija)” u drugim rječnicima:

BIOLOGIJA- BIOLOGIJA. Sadržaj: I. Istorija biologije................. 424 Vitalizam i mašinizam. Pojava empirijskih nauka u 16. i 18. veku. Pojava i razvoj evolucione teorije. Razvoj fiziologije u 19. veku. Razvoj celularne nauke. Rezultati 19. veka... Veliki medicinska enciklopedija

- (cellula, cytus), osnovna strukturna i funkcionalna jedinica svih živih organizama, elementarni živi sistem. Može postojati kao odjel. organizmu (bakterije, protozoe, određene alge i gljive) ili u tkivima višećelijskih životinja, ... ... Biološki enciklopedijski rječnik

Ćelije aerobnih bakterija koje stvaraju spore su u obliku štapa i, u poređenju sa bakterijama koje ne stvaraju spore, obično su veće veličine. Vegetativni oblici bakterija koje nose spore imaju slabije aktivno kretanje, iako... ... Biološka enciklopedija

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Ćelija (značenja). Ljudske krvne ćelije (HBC) ... Wikipedia

Hemijski sastav živih organizama

Hemijski sastav živih organizama može se izraziti u dva oblika: atomskom i molekularnom. Atomski (elementarni) sastav pokazuje odnos atoma elemenata uključenih u žive organizme. Molekularni (materijalni) sastav odražava omjer molekula tvari.

Hemijski elementi su dio ćelija u obliku jona i molekula neorganskih i organskih supstanci. Najvažnije anorganske tvari u ćeliji su voda i mineralne soli, najvažnije organske tvari su ugljikohidrati, lipidi, proteini i nukleinske kiseline.

Voda je dominantna komponenta svih živih organizama. Prosječan sadržaj vode u ćelijama većine živih organizama je oko 70%.

Mineralne soli u vodenom rastvoru ćelije disociraju na katione i anione. Najvažniji kationi su K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NHJ, anjoni su Cl-, SO2-, HPO2-, H2PO-, HCO-, NO-.

Ugljikohidrati - organska jedinjenja koja se sastoje od jednog ili više molekula jednostavnih šećera. Sadržaj ugljikohidrata u životinjskim stanicama je 1-5%, au nekim biljnim stanicama dostiže i 70%.

Lipidi - masti i organska jedinjenja slična mastima, praktično nerastvorljiva u vodi. Njihov sadržaj u različitim ćelijama veoma varira: od 2-3 do 50-90% u ćelijama sjemena biljaka i masnog tkiva životinja.

Vjeverice su biološki heteropolimeri čiji su monomeri aminokiseline. Samo 20 aminokiselina je uključeno u formiranje proteina. Nazivaju se osnovnim ili osnovnim. Neke od aminokiselina se ne sintetiziraju u životinjama i ljudima i moraju se unositi iz biljne hrane (nazivaju se esencijalnim).

Nukleinske kiseline. Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: DNK i RNK. Nukleinske kiseline su polimeri čiji su monomeri nukleotidi.

Struktura ćelije

Pojava ćelijske teorije

• Robert Hooke je otkrio ćelije u dijelu plute 1665. godine i prvi je upotrijebio izraz "ćelija".
• Anthony van Leeuwenhoek otkrio je jednoćelijske organizme.
• Matthias Schleiden 1838. i Thomas Schwann 1839. formulirali su osnovne principe ćelijske teorije. Međutim, pogrešno su vjerovali da stanice nastaju iz primarne nestanične supstance.
• Rudolf Virchow je 1858. dokazao da se sve ćelije formiraju od drugih ćelija ćelijska dioba.

Osnovni principi ćelijske teorije

1. Ćelija je strukturna jedinica svih živih bića. Svi živi organizmi se sastoje od ćelija (s izuzetkom virusa).
2. Ćelija je funkcionalna jedinica svih živih bića. Ćelija pokazuje čitav kompleks vitalnih funkcija.
3. Ćelija je jedinica razvoja svih živih bića. Nove ćelije nastaju samo kao rezultat deobe prvobitne (majčinske) ćelije.
4. Ćelija je genetska jedinica svih živih bića. Kromosomi ćelije sadrže informacije o razvoju cijelog organizma.
5. Ćelije svih organizama slične su po hemijskom sastavu, strukturi i funkcijama.

Tipovi ćelijske organizacije

Među živim organizmima samo virusi nemaju ćelijsku strukturu. Svi ostali organizmi su predstavljeni ćelijskim oblicima života. Postoje dva tipa ćelijske organizacije: prokariotska i eukariotska. Prokarioti uključuju bakterije, eukarioti uključuju biljke, gljive i životinje.

Prokariotske ćelije su relativno jednostavne. Nemaju jezgro, područje gdje se nalazi DNK u citoplazmi naziva se nukleoid, jedina molekula DNK je kružna i nije povezana sa proteinima, ćelije su manje od eukariotskih ćelija, ćelijski zid uključuje glikopeptid - murein, nema membranskih organela, njihove funkcije se obavljaju invaginacijama plazma membrane, ribosomi su mali, nema mikrotubula, pa je citoplazma nepomična, a cilije i bičevi imaju posebnu građu.

Eukariotske ćelije imaju jezgro u kojem se nalaze hromozomi - linearne molekule DNK povezane sa proteinima nalaze se u citoplazmi;

Biljne ćelije se razlikuju po prisustvu debelog celuloznog ćelijskog zida, plastida i velike centralne vakuole koja pomera jezgro na periferiju. Ćelijski centar viših biljaka ne sadrži centriole. Ugljikohidrat za skladištenje je škrob.

Gljivične ćelije imaju ćelijski zid koji sadrži hitin, centralnu vakuolu u citoplazmi i nema plastida. Samo neke gljive imaju centriol u centru ćelije. Glavna rezerva ugljenih hidrata je glikogen.

Životinjske ćelije, u pravilu, imaju tanak ćelijski zid, ne sadrže plastide i centralnu vakuolu karakterizira centriol. Ugljikohidrat za skladištenje je glikogen.

Struktura eukariotske ćelije

Tipična eukariotska ćelija ima tri komponente: membranu, citoplazmu i jezgro.

Stanične membrane

Izvana je ćelija okružena membranom čija je osnova plazma membrana ili plazmalema, koja ima tipičnu strukturu i debljinu od 7,5 nm.

Ćelijska membrana obavlja važne i vrlo raznolike funkcije: određuje i održava oblik ćelije; štiti ćeliju od mehaničkih učinaka prodiranja štetnih bioloških agenasa; obavlja prijem mnogih molekularnih signala (na primjer, hormona); ograničava unutrašnji sadržaj ćelije; regulira metabolizam između stanice i okoline, osiguravajući postojanost unutarćelijskog sastava; učestvuje u formiranju međućelijskih kontakata i razne vrste specifične izbočine citoplazme (mikrovile, cilije, flagele).

Ugljična komponenta u membrani životinjskih stanica naziva se glikokaliks.

Razmjena supstanci između ćelije i njene okoline odvija se stalno. Mehanizmi transporta supstanci u ćeliju i van nje zavise od veličine transportovanih čestica. Male molekule i ione prenosi stanica direktno preko membrane u obliku aktivnog i pasivnog transporta.

Ovisno o vrsti i smjeru, razlikuju se endocitoza i egzocitoza.

Apsorpcija i oslobađanje čvrstih i velikih čestica se nazivaju fagocitoza, odnosno reverzna fagocitoza, odnosno otopljene čestice se nazivaju pinocitoza i reverzna pinocitoza.

Citoplazma

Citoplazma je unutrašnji sadržaj ćelije i sastoji se od hijaloplazme i raznih unutarćelijskih struktura koje se nalaze u njoj.

Hijaloplazma (matriks) je vodena otopina anorganskih i organskih supstanci koje mogu promijeniti svoj viskozitet i nalaze se u stalno kretanje. Sposobnost kretanja ili protoka citoplazme naziva se cikloza.

Matrica je aktivno okruženje u kojem se odvijaju mnogi fizički i hemijski procesi i koje ujedinjuje sve elemente ćelije u jedinstven sistem.

Citoplazmatske strukture ćelije su predstavljene inkluzijama i organelama. Inkluzije su relativno nestabilne, nalaze se u određenim tipovima ćelija u određenim trenucima života, na primjer, kao zalihe nutrijenata (zrna škroba, proteina, kapi glikogena) ili proizvoda koji se oslobađaju iz stanice. Organele su trajne i bitne komponente većine ćelija, imaju specifičnu strukturu i obavljaju vitalnu funkciju.

Membranske organele eukariotske ćelije uključuju endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat, mitohondrije, lizozome i plastide.

Endoplazmatski retikulum. Sve unutrašnja zona Citoplazma je ispunjena brojnim malim kanalima i šupljinama čiji su zidovi membrane slične strukture plazma membrani. Ovi kanali se granaju, povezuju jedni s drugima i formiraju mrežu koja se naziva endoplazmatski retikulum.

Endoplazmatski retikulum je heterogen po svojoj strukturi. Postoje dvije poznate njegove vrste: zrnasta i glatka. Na membranama kanala i šupljina granularne mreže nalaze se mnoga mala okrugla tijela - ribozomi, koji daju membranama grub izgled. Membrane glatkog endoplazmatskog retikuluma ne nose ribozome na svojoj površini.

Endoplazmatski retikulum obavlja mnoge različite funkcije. Glavna funkcija granularnog endoplazmatskog retikuluma je učešće u sintezi proteina, koja se javlja u ribosomima.

Sinteza lipida i ugljikohidrata odvija se na membranama glatkog endoplazmatskog retikuluma. Svi ovi produkti sinteze akumuliraju se u kanalima i šupljinama, a zatim se transportuju u različite organele ćelije, gdje se troše ili akumuliraju u citoplazmi kao ćelijske inkluzije. Endoplazmatski retikulum povezuje glavne organele ćelije.

Golgijev aparat

U mnogim životinjskim ćelijama, kao što su nervne ćelije, ima oblik složene mreže koja se nalazi oko jezgra. U stanicama biljaka i protozoa, Golgijev aparat predstavljen je pojedinačnim tijelima u obliku srpa ili štapa. Struktura ove organele je slična u ćelijama biljnih i životinjskih organizama, uprkos raznolikosti njenog oblika.

Golgijev aparat uključuje: šupljine ograničene membranama i smještene u grupama (5-10); veliki i mali mjehurići koji se nalaze na krajevima šupljina. Svi ovi elementi čine jedan kompleks.

Golgijev aparat obavlja mnoge važne funkcije. Proizvodi se do njega transportuju kroz kanale endoplazmatskog retikuluma sintetička aktivnostćelije - proteini, ugljikohidrati i masti. Sve te tvari se prvo akumuliraju, a zatim u obliku velikih i malih mjehurića ulaze u citoplazmu i ili se koriste u samoj ćeliji tokom njenog života, ili se iz nje uklanjaju i koriste u tijelu. Na primjer, u stanicama gušterače sisara sintetiziraju se probavni enzimi koji se akumuliraju u šupljinama organele. Zatim se formiraju mjehurići ispunjeni enzimima. Izlučuju se iz ćelija u kanal gušterače, odakle se ulijevaju u crijevnu šupljinu. Druga važna funkcija ove organele je da se na njenim membranama odvija sinteza masti i ugljikohidrata (polisaharida) koji se koriste u ćeliji i koji su dio membrana. Zahvaljujući aktivnosti Golgijevog aparata dolazi do obnavljanja i rasta plazma membrane.

Mitohondrije

Citoplazma većine životinjskih i biljnih ćelija sadrži mala tijela (0,2-7 mikrona) - mitohondrije (grčki "mitos" - nit, "chondrion" - zrno, granula).

Mitohondrije su jasno vidljive u svjetlosnom mikroskopu, pomoću kojeg možete ispitati njihov oblik, lokaciju i prebrojati njihov broj. Unutrašnja struktura mitohondrija je proučavana pomoću elektronski mikroskop. Ljuska mitohondrija sastoji se od dvije membrane - vanjske i unutrašnje. Vanjska membrana je glatka, ne stvara nabore ili izrasline. Unutrašnja membrana, naprotiv, formira brojne nabore koji su usmjereni u šupljinu mitohondrija. Nabori unutrašnje membrane nazivaju se cristae (latinski "crista" - greben, izraslina). Broj krista varira u mitohondrijama različitih ćelija. Može ih biti od nekoliko desetina do nekoliko stotina, a posebno mnogo krista u mitohondrijima aktivno funkcionalnih stanica, kao što su mišićne ćelije.

Mitohondrije se nazivaju elektrane"ćelije" jer je njihova glavna funkcija sinteza adenozin trifosforne kiseline (ATP). Ova kiselina se sintetiše u mitohondrijima ćelija svih organizama i predstavlja univerzalni izvor energije neophodne za vitalne procese ćelije i celog organizma.

Nove mitohondrije nastaju podjelom mitohondrija koji već postoje u ćeliji.

Lizozomi

Oni su mala okrugla tijela. Svaki lizozom je odvojen od citoplazme membranom. Unutar lizozoma nalaze se enzimi koji razgrađuju proteine, masti, ugljikohidrate i nukleinske kiseline.

Lizozomi se približavaju čestici hrane koja je ušla u citoplazmu, stapaju se s njom i formira se jedna probavna vakuola unutar koje se nalazi čestica hrane okružena enzimima lizosoma. Tvari nastale kao rezultat probave čestica hrane ulaze u citoplazmu i koristi ih stanica.

Posjedujući sposobnost aktivnog varenja hranljivih materija, lizozomi učestvuju u uklanjanju delova ćelije, celih ćelija i organa koji umiru tokom vitalne aktivnosti. Stvaranje novih lizosoma događa se stalno u ćeliji. Enzimi sadržani u lizosomima, kao i svaki drugi protein, sintetiziraju se na ribosomima u citoplazmi. Ovi enzimi zatim putuju kroz endoplazmatski retikulum do Golgijevog aparata, u čijim se šupljinama formiraju lizozomi. U ovom obliku, lizozomi ulaze u citoplazmu.

Plastidi

Plastidi se nalaze u citoplazmi svih biljnih ćelija. U životinjskim ćelijama nema plastida. Postoje tri glavne vrste plastida: zeleni - hloroplasti; crvena, narandžasta i žuta - hromoplasti; bezbojni - leukoplasti.

Za većinu ćelija potrebne su i organele koje nemaju membransku strukturu. To uključuje ribozome, mikrofilamente, mikrotubule i ćelijski centar.

Ribosomi. Ribosomi se nalaze u ćelijama svih organizama. To su mikroskopska okrugla tijela promjera 15-20 nm. Svaki ribosom se sastoji od dvije čestice nejednake veličine, male i velike.

Jedna ćelija sadrži više hiljada ribozoma, oni se nalaze ili na membranama granularnog endoplazmatskog retikuluma ili slobodno leže u citoplazmi. Ribosomi sadrže proteine ​​i RNK. Funkcija ribozoma je sinteza proteina. Sinteza proteina je složen proces koji ne provodi jedan ribosom, već cijela grupa, uključujući i do nekoliko desetina ujedinjenih ribozoma. Ova grupa ribozoma naziva se polizom. Sintetizirani proteini se prvo akumuliraju u kanalima i šupljinama endoplazmatskog retikuluma, a zatim se transportuju do organela i staničnih mjesta gdje se troše. Endoplazmatski retikulum i ribozomi koji se nalaze na njegovim membranama predstavljaju jedinstveni aparat za biosintezu i transport proteina.

Mikrotubule i mikrofilamenti

Strukture nalik na niti koje se sastoje od različitih kontraktilnih proteina i određuju motoričke funkcije ćelije. Mikrotubule izgledaju kao šuplji cilindri, čiji se zidovi sastoje od proteina - tubulina. Mikrofilamenti su vrlo tanke, dugačke strukture u obliku niti koje se sastoje od aktina i miozina.

Mikrotubule i mikrofilamenti prožimaju čitavu citoplazmu ćelije, formirajući njen citoskelet, izazivajući ciklozu, unutarćelijska pomeranja organela, divergenciju hromozoma prilikom deobe nuklearnog materijala itd.

Ćelijski centar (centrosom). U životinjskim ćelijama, u blizini jezgra nalazi se organela koja se zove ćelijski centar. Glavni dio ćelijskog centra se sastoji od dva mala tijela - centriola, smještena u malom području zgusnute citoplazme. Svaki centriol ima oblik cilindra dužine do 1 µm. Centrioles play važnu ulogu tokom ćelijske diobe; učestvuju u formiranju diobenog vretena.

U procesu evolucije različite ćelije su se prilagođavale životu u različitim uslovima i obavljanju određenih funkcija. To je zahtijevalo prisustvo posebnih organela u njima, koje se nazivaju specijaliziranim za razliku od organoida opće namjene o kojima je gore raspravljano. To uključuje kontraktilne vakuole protozoa, miofibrile mišićnih vlakana, neurofibrile i sinaptičke vezikule nervnih ćelija, mikrovile epitelne ćelije, cilije i flagele nekih protozoa.

Core

Jedro je najvažnija komponenta eukariotskih ćelija. Većina ćelija ima jedno jezgro, ali se nalaze i višejezgrene ćelije (u nizu protozoa, u skeletnim mišićima kičmenjaka). Neke visokospecijalizirane stanice gube svoje jezgre (crvena krvna zrnca sisara, na primjer).

Jezgro, u pravilu, ima sferni ili ovalni oblik, rjeđe može biti segmentirano ili fusiformno. Jezgro se sastoji od nuklearne ovojnice i karioplazme koja sadrži hromatin (hromozome) i jezgre.

Nuklearni omotač čine dvije membrane (vanjska i unutrašnja) i sadrži brojne pore kroz koje se razmjenjuju različite tvari između jezgre i citoplazme.

Karioplazma (nukleoplazma) je rastvor nalik na žele koji sadrži različite proteine, nukleotide, jone, kao i hromozome i nukleolus.

Nukleolus je malo okruglo tijelo, intenzivno obojeno i nalazi se u jezgrima ćelija koje se ne dijele. Funkcija nukleola je sinteza rRNA i njena veza sa proteinima, tj. sastavljanje ribosomskih podjedinica.

Kromatin su grudvice, granule i filamentne strukture formirane od molekula DNK u kompleksu s proteinima koji su posebno obojeni određenim bojama. Različiti dijelovi molekula DNK unutar hromatina imaju u različitom stepenu spiralizacije, te se stoga razlikuju po intenzitetu boje i prirodi genetske aktivnosti. Hromatin je oblik postojanja genetskog materijala u ćelijama koje se ne dijele i pruža mogućnost udvostručavanja i implementacije informacija sadržanih u njemu. Tokom diobe ćelije, spirale DNK i strukture kromatina formiraju hromozome.

Hromozomi su guste, intenzivno obojene strukture koje su jedinice morfološke organizacije genetskog materijala i osiguravaju njegovu preciznu distribuciju tokom diobe ćelije.

Broj hromozoma u ćelijama svake biološke vrste je konstantan. Obično su u jezgri tjelesnih ćelija (somatski) hromozomi predstavljeni u parovima, u zametnim ćelijama nisu u paru. Jedan skup hromozoma u zametnim ćelijama naziva se haploidni (n), dok se skup hromozoma u somatskim ćelijama naziva diploidni (2n). Kromosomi različitih organizama razlikuju se po veličini i obliku.

Diploidni skup hromozoma stanica određene vrste živog organizma, karakteriziran brojem, veličinom i oblikom kromosoma, naziva se kariotip. U hromozomskom setu somatskih ćelija, upareni hromozomi se nazivaju homologni, hromozomi iz različitih parova se nazivaju nehomolognim. Homologni hromozomi su identični po veličini, obliku i sastavu (jedan je naslijeđen od majčinog organizma, drugi od očevog organizma). Kromosomi kao dio kariotipa se također dijele na autosome, ili nespolne hromozome, koji su isti kod muških i ženskih pojedinaca, i heterohromozome, ili polne hromozome, koji su uključeni u određivanje pola i razlikuju se kod muškaraca i žena. Ljudski kariotip je predstavljen sa 46 hromozoma (23 para): 44 autosoma i 2 polna hromozoma (žene imaju dva identična X hromozoma, muškarci imaju X i Y hromozoma).

Jezgro pohranjuje i implementira genetske informacije, kontrolira proces biosinteze proteina i, preko proteina, sve druge životne procese. Jezgro je uključeno u replikaciju i distribuciju nasljednih informacija između ćelija kćeri, a samim tim iu regulaciju diobe stanica i razvojnih procesa u tijelu.