Строение

Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложные — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др.

Структура биомембран

Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются.

Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой затруднён.

6. Основные свойства живых организмов. Аминокислоты и белки, их строение, роль в живом организме.

Белки – сложные органические соединения (биополимеры), состоящие из углерода, водорода, кислорода и азота (иногда серы), мономерами которых являются аминокислоты. Молекулы белков имеют вид длинных цепей, которые состоят из 50-1500 аминокислот, соединенных прочной ковалентной азот-углеродной связью, называемой пептидной связью (- СО – NH -). Такая структура (полипептидная цепочка) называется первичной структурой белка. Структура молекулы белка, имеющая вид закрученной в спираль цепочки, называется вторичной. В результате дальнейшей укладки спирали возникает третичная структура. В живой клетке полипептидные цепочки приобретают вторичную и третичную структуру. При объединении нескольких белковых молекул, имеющих третичную структуру, возникает четвертичная структура белка.

Белки вместе с нуклеиновыми кислотами создают материальную основу всего видового многообразия животного мира. На их долю приходится 50-80% сухой массы клетки.

Функции белков в организме:

с т р у к т у р н а я (строительная) функция : белки входят в состав клеточных мембран и органелл клетки, из белков состоят стенки кровеносных сосудов, хрящи, сухожилия высших животных.

д в и г а т е л ь н а я функция – присуща особым сократительным белкам, которые обусловливают сокращение мускулатуры, перемещение хромосом при делении клетки, движение органов растений и т.д.

т р а н с п о р т в е щ е с т в – белки связывают и переносят с током крови многие химические соединения (гемоглобин, переносящий кислород в крови, миоглобин – в мышцах и др.)

з а щ и т н а я функция – при проникновении в клетку чужеродных тел вырабатываются особые белки – иммуноглобулины (антитела), которые нейтрализуют чужеродные тела и осуществляют иммунологическую защиту организма

с и г н а л ь н а я функция – в поверхностную мембрану клетки встроены белки, способные изменять третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды – прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку

р е г у л я т о р н а я функция – свойственна белкам-гормонам, оказывающим влияние на обмен веществ: поддержание постоянных концентраций веществ в крови (например, инсулин снижает содержание сахара), рост, размножение и т.д.

к а т а л и т и ч е с к а я функция – регулирование биохимических процессов белками-ферментами

э н е р г е т и ч е с к а я функция – белки являются энергетическим материалом: при их расщеплении выделяется определенное количество энергии.

Аминокисло́ты (аминокарбо́новые кисло́ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Аминокислоты – бесцветные кристаллические вещества, обычно растворимые в воде. Благодаря пептидным связям аминокислоты объединяются друг с другом, образуя полипептиды (белки).

Функции и роль аминокислот в организме

В первую очередь, аминокислоты необходимы для того, чтобы из них синтезировались белки, входящие в состав органов организма и его тканей.

Кроме этого, аминокислоты необходимы для полноценной работы головного мозга, являясь предшественниками нейромедиаторов, или даже выполняя их роль, передавая от одной нервной клетки к другой нервный импульс.

Если в организме нормальное количество аминокислот, то и минералы с витаминами выполняют все свои полезные функции.

Отдельные аминокислоты непосредственно воздействуют на мышечную ткань, снабжая её энергией.

7. Основные свойства живых организмов. Нуклеиновые кислоты, их строение, роль в живом организме.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ – биологические полимерные молекулы, хранящие всю информацию об отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению. Нуклеиновые кислоты есть ядрах клеток всех растительных и животных организмов, что определило их название (лат. nucleus – ядро).

Состав полимерной цепи нуклеиновых кислот. Полимерная цепь нуклеиновых кислот собрана из фрагментов фосфорной кислоты Н3РО3 и фрагментов гетероциклических молекул, представляющих собой производные фурана. Есть лишь два вида нуклеиновых кислот, каждая построена на основе одного из двух типов таких гетероциклов – рибозы (рибонуклеиновую кислоту (РНК)) или дезоксирибозы (дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)).

Главная функция ДНК в клетке – хранение наследственной информации. На основе этой информации осуществляется важнейший процесс в организме – биосинтез белка.

Различные типы РНК выполняют разные функции.

- тРНК - низкомолекулярные; выполняют транспортную функцию – перенос одной аминокислоты к рибосомам.

- рРНК - большая часть РНК клетки. Они входят в состав рибосом, выполняя тем самым строительную функцию. Кроме того они участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит формирование пептидных связей – биосинтез белка.

- иРНК (матричные РНК) – программируют синтез белков клетки, осуществляя непосредственную передачу кода ДНК для синтеза белка. Каждый белок кодируется специфической иРНК.

8. РНК и ДНК, передача наследственной информации.

Рибонуклеи́новая кисло́та (РНК)

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула (одна из трех основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.

Процесс передачи генетической информации определяется так называемой центральной догмой молекулярной биологии: ДНК-РНК-белок. Поскольку ДНК находится в ядре клетки, а синтез белка происходит в цитоплазме, существует посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы. Таким посредником является и-РНК. :

В биосинтезе белка определяют следующие этапы, идущие в разных частях клетки:

Первый этап — синтез и-РНК происходит в ядре, в процессе которого информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией (от лат. «транскриптик» — переписывание).

На втором этапе происходит соединение аминокислот с молекулами т-РНК, которые последовательно состоят из трех нуклеотидов — антикодонов, с помощью которых определяется свой триплет-кодон.

Третий этап — это процесс непосредственного синтеза полипептидных связей, называемый трансляцией. Он происходит в рибосомах.

На четвертом этапе происходит образование вторич ной и третичной структуры белка, то есть формирование окончательной структуры белка.

Таким образом, в процессе биосинтеза белка образуются новые молекулы белка в соответствии с точной информацией, заложенной в ДНК. Этот процесс обеспечивает обновление белков, процессы обмена веществ, рост и развитие клеток, то есть все процессы жизнедеятельности клетки.

9. Уровни организации живых организмов(1). Современная система живых организмов Земли(2). Представление о биологическом виде(3).

(1)Уровни организации:

Клеточный, субклеточный и молекулярный уровень: клетки содержат внутриклеточные структуры, которые строятся из молекул.

Организменный и органно-тканевой уровень: у многоклеточных организмов клетки составляют ткани и органы. Органы же, в свою очередь, взаимодействуют в рамках целого организма.

Популяционный уровень: особи одного и того же вида, обитающие на части ареала, образуют популяцию.

Видовой уровень: свободно скрещивающиеся друг с другом особи обладающие морфологическим, физиологическим, биохимическим сходством и занимающие определённый ареал (район распространения) формируют биологический вид.

Биогеоценотический и биосферный уровень: на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют биосферу.

(2) В настоящее время в систематике используют девять основных систематических категорий: империя, надцарство, царство, тип, класс, отряд, семейство, род, вид.

ИМПЕРИИ
Неклеточные организмы	Клеточные организмы
вирусы	НАДЦАРСТВА
прокариоты	Эукариоты
ЦАРСТВА
бактерии	растения	грибы	животные

Прокариоты (безъядерные организмы) – примитивные организмы, не имеющие четко оформленного ядра. В таких клетках выделяется лишь ядерная зона, содержащая молекулу ДНК. Кроме того, в клетках прокариот отсутствуют многие органеллы. У них имеются только наружная клеточная мембрана и рибосомы. К прокариотам относятся бактерии.

Эукариоты – истинно ядерные организмы, имеют четко оформленное ядро и все основные структурные компоненты клетки. К ним относятся растения, животные, грибы.

(3) Вид (лат. species) — основная структурная единица биологической систематики живых организмов (животных, растений и микроорганизмов) — таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды.

10. Основные положения клеточной теории(1). Типы клеток и их характеристика(2). Строение и функции основных органелл клетки(3).

(1) Клетки – это структурные единицы организмов.

Клеточная теория в 1840г. Матиас Шлейден(немецкий ботаник) и Теодор Шванн(немецкий цитолог).

Основные положения клеточной теории:

-Тела всех живых организмов состоят из клеток

-Клетки сходны по строению и биохимическим свойствам

-Клетка - основная структурная и функциональная единица: есть одно-и многоклеточные организмы. В листе дерева порядка 20 000 000 клеток.

-Каждый организм развивается из единой начальной клетки

(2)типы клеток

(3) Клеточная мембрана – это оболочка клетки, выполняющая следующие функции:

- разделение содержимого клетки и внешней среды;

- регуляция обмена веществ между клеткой и средой;

- место протекания некоторых биохимических реакций (в том числе фотосинтеза, окислительного фосфорилирования);

- объединение клеток в ткани.

Ядро (лат. nucleus) — это один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка.

Цитопла́зма (от греч. κύτος «клетка» и πλάσμα зд. «содержимое») — внутренняя среда живой или умершей клетки, кроме ядра и вакуоли, ограниченная плазматической мембраной.

Важнейшая роль цитоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур (компонентов) и обеспечении их химического взаимодействия. Так же цитоплазма поддерживает тургор(объём) клетки, поддержание температуры.

Хлоропласт(пластиды) – фотосинтез

Эндоплазматическая сеть - трансляция и свёртывание новых белков, синтез липидов.

Комплекс Гольджи - сортировка и преобразование белков

Метохондрии – энергетическая

Вакуоль - запас, поддержание гомеостаза, в клетках растений — поддержание формы клетки

Рибосомы - синтез белка на основе матричных РНК при помощи транспортных РНК

Лизосомы - мелкие лабильные образования, содержащие ферменты, в частности гидролазы, принимающие участие в процессах переваривания фагоцитированной пищи и автолиза (саморастворение органелл)

Центриоли (клеточный центр) - Центр организации цитоскелета. Необходим для процесса клеточного деления (равномерно распределяет хромосомы)

11. Строение и функции клеток растений, их отличие от клеток животных.

Ядро - Хранение наследственной информации, синтез РНК

Клеточная мембрана - Выполняет барьерную, транспортную, матричную, механическую, рецепторную, энергетическую, ферментативную и маркировочную функции

Клеточная стенка - Полисахаридная оболочка над клеточной мембраной, через неё происходит регуляция воды и газов в клетке. Не проницаема даже для мелких молекул. Не препятствует диффузному движению. У животных нет

Хромосома - Нуклеопротеиновый комплекс, содержащий ДНК, а также гистоны и гистоноподобные белки

Цитоплазма - Содержит в себе органеллы клетки и равномерно распределяет питательные вещества по клетке.

Митохондрии - Органоиды, принимающие участие в превращении энергии в клетке. Имеют внутренние мембраны, на которых осуществляется синтез АТФ

Аппарат Гольджи - Производит синтез сложных белков, полисахаридов, их накопление и секрецию

Эндоплазматический ретикулум - Выполняет синтез и обеспечивает транспорт белков и липидов

Рибосомы - Органоиды, состоящие из двух субъединиц, осуществляют синтез белка (трансляцию).

У растений нет, а у животных есть Центриоль - Во время деления клетки образует веретено деления

Пластиды -Двухмембранные структуры, в которых происходят реакции фотосинтеза (хлоропласты), происходит накопление крахмала (лейкопласты), придают окраску плодам и цветкам (хромопласты). У животных нет

Лизосомы - Производят расщепление различных органических веществ

Пероксисомы - Производят синтез и транспорт белков и липидов

Вакуоли - Накапливают клеточный сок. Для перемещения бактериальных клеток в толще воды. Поддерживает напряжённое состояние оболочек клеток. У животных нет

Цитоскелет - Опорно-двигательная система клетки. Изменения в белках цитоскелета приводят к изменению формы клетки и расположению в ней органоидов.

У растений нет, а у животных есть Органеллы для перемещения Служат для перемещения в пространстве (реснички, жгутики и др.)

12. Ядро как важнейшая часть клетки. Строение ядра, строение и функции хромосом.

Благодаря наличию ДНК ядро является информационным центром клетки, т.е. местом хранения и воспроизведения наследственной информации, определяющей признаки данной клетки и всего организма. Ядро служит также центром управления обменом веществ клетки, поскольку образуемая им иРНК определяет, какие белки и в какое время должны синтезироваться.

Большинство клеток имеют одно ядро, изредка встречаются двухъядерные (клетки печени) и многоядерные (многие протисты, водоросли и грибы, поперечнополосатые мышцы) клетки. Некоторые клетки в зрелом состоянии не имеют ядра (например, эритроциты млекопитающихся). Форма и размеры ядра очень изменчивы и зависят от вида организма, а также от типа, возраста и функционального состояния клетки. Но общий план строения ядра одинаков у всех клеток. Ядро состоит из ядерной оболочки, нуклеоплазмы, хроматина и ядрышек. В ядрышке происходит объединение РНК с белком, в результате чего образуются рибонуклеотиды – предшественники рибосом. Формирование рибосом оканчивается уже в цитоплазме.

Основу хроматина составляют нуклеопротеины – длинные нитевидные молекулы. В процессе деления клетки они превращаются в компактные палочковидные хромосомы. Помимо нуклеопротеинов в состав хромосом входят также РНК, кислые белки, липиды и минеральные вещества, также фермент ДНК-полимераза, необходимый для репликации (удвоению) ДНК.

Совокупность хромосом соматической клетки, типичной для данной систематической группы организмов, называется кариотипом или хромосомным набором. Число хромосом в зрелых половых клетках называется гаплоидным и обозначается буквой n. Соматические клетки содержат двойное число хромосом – диплоидный набор 2n. Клетки, имеющие более двух наборов хромосом называются полиплоидными. Парные хромосомы, т.е. одинаковые по форме, структуре и размерам, но имеющие разное происхождение (одна материнская, другая – отцовская) являются гомологичными. В клетках человека диплоидный набор составляет 46 хромосом.

Функция хромосом: в хромосомах заключена наследственная информация. В хромосоме в линейном порядке расположены гены, самоудвоение и закономерное распределение хромосом в дочерней клетке при клеточном делении обеспечивает передачу наследственных свойств организма от поколения к поколению.

13. Деление клеток. Митоз, биологическая роль митоза.

Митоз (непрямое деление) – деление ядра клетки, которое приводит к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, что и в родительском ядре. Митоз – основной способ деления эукариотических клеток. Часто под митозом понимают деление всей клетки.

В профазе митоза происходит укорочение и утолщение хромосом вследствие их спирализации. В это время хромосомы двойные – они состоят из двух хроматид, связанных между собой перетяжкой центромерой (удвоение хромосом произошло в предшествующей профазе интерфазе). Одновременно с утолщением хромосом исчезает ядрышко и распадается ядерная оболочка. В конце профазы начинает образовываться веретено деления, которое формируется из микротрубочек путем полимеризации белковых субъединиц.

В метафазе завершается формирование веретена деления. Каждая двойная хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления. Хромосомы располагаются в области экватора клетки в одной плоскости, образуя экваториальную (метафазную) пластинку. В анафазе центромеры делятся и из каждой удвоенной хромосомы образуются две отдельные, совершенно идентичные дочерние хромосомы. Разделившись, они двигаются к полюсам клетки с помощью микротрубочек веретена деления. В этот момент в клетке находится два диплоидных набора хромосом. В телофазе происходит деспирализация (раскручивание) хромосом. У каждого полюса, вокруг хромосом из мембранных структур цитоплазмы формируются ядерная оболочка и ядрышко. Разрушается веретено деления. Также происходит разделение цитоплазмы (цитотомия) с образованием двух клеток.

В результате митоза из одной клетки возникают две дочерние с тем же набором хромосом. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении между дочерними клетками материальных носителей наследственности – молекул ДНК, входящих в состав хромосом. Таким образом обеспечивается образование генетически равноценных клеток и сохраняется преемственность в ряду клеточных поколений. Это обеспечивает такие важные моменты жизнедеятельности, как эмбриональное развитие и рост организмов, восстановление органов и тканей после повреждения. Митотическое деление клеток является также цитологической основой бесполого размножения организмов.

14. Деление клеток. Мейоз, биологическая роль мейоза.

Мейоз – особый тип деления клеток, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного состояния (2n) в гаплоидное. В результате редукции хромосомного набора в каждую гаплоидную спору и гамету попадает по одной хромосоме из каждой пары. В ходе дальнейшего оплодотворения (слияние гамет) организм нового поколения получит опять диплоидный набор хромосом, таким образом, кариотип сохраняется постоянным.

Перед началом мейоза каждая хромосома реплицируется (удваивается). Для того, чтобы образовались ядра гамет, содержащие одинаковый (гаплоидный) набор хромосом, необходимы два ядерные деления. Эти деления так и называются: первое деление мейоза и второе деление мейоза.

Первое мейотическое (редукционное) деление приводит к образованию из диплоидных клеток гаплоидных. Оно начинается с профазы, в которой осуществляется упаковка наследственного материала (спирализация хромосом). Одновременно происходит сближение гомологичных (парных) хромосом своими одинаковыми участками – конъюгация (в митозе нет). В результате конъяюгации образуются хромосомные пары – биваленты. Бивалент состоит из 4 нитей, так как каждая хромосома перед меозом удвоилась. После конъюгации некоторое время продолжается спирализация, хроматиды (нити) гомологичных хромосом переплетаются. Потом гомологичные хромосомы несколько отходят одна от другой. В местах переплетения хроматид возникают разрывы, из-за этого хромосомы обмениваются соответствующими участками. Этот процесс называется кроссинговером. Потом хромосомы с измененным содержанием генов расходятся.

В метафазе первого деления (метафазе I) завершается формирование веретена деления. Биваленты устанавливаются в плоскости экватора веретена деления. В анафазе I гомологические хромосомы разделяются и расходятся к полюсам клетки. К каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящий из двух хромосом. В телофазе у полюсов собирается гаплоидный набор хромосом. Восстанавливаются ядерные оболочки – материнская клетка разделилась на две дочерние. Таким образом, образование бивалентов при конъюгации гомологичных хромосом создает условие для последующей редукции числа хромосом. Формирование гаплоидного набора в гаметах обеспечивается расхождением в анафазе I не хроматид, как в митозе, а гомологичных хромосом, которые ранее были объединены в биваленты.

Второе деление (митоз мейоза) отличается от митоза только тем, что клетки, вступающие в него, несут гаплоидный набор хромосом. В анафазе II происходит разделение хромосом и их хроматиды становятся самостоятельной хромосомой. В результате второго деления из двух гаплоидных клеток образовалось четыре клетки с гаплоидным набором.

Благодаря мейозу поддерживается определенное и постоянное число хромосом во всех поколениях каждого вида растений, животных, протист и грибов. Мейоз также обеспечивает черзвычайное разнообразие генетического состава гамет как в результате кроссинговера, так и в результате различного сочетания отцовских и материнских хромосом при их расхождении в анафазе I. Это обеспечивает появление разнообразного и разнокачественного потомства при половом размножении организма.