1. Заполните таблицу 15 «Сравнительная характеристика митохондрий и хлоропластов». При наличии признака поставьте в соответствующую ячейку знак + . Сделайте вывод о причинах сходства и причинах различий митохондрий и хлоропластов.
2. Анализ «слепых» препаратов.
Практическая часть
Таблица 15.
Сравнительная характеристика митохондрий и хлоропластов
ПРЕПАРАТ № 6 Хондриососмы в клетках печени амфибии
Митохондрии в клетках печени амфибии. Фиксация Са-формолом; окраска по Альтману.
При малом увеличении видны располагающиеся рядами крупные многоугольной округлой формы печеночные клетки с тонкими клеточными границами. Между печеночными клетками заметны широкие кровеносные капилляры, в которых находятся клетки крови.
При большом увеличении на желтоватом фоне цитоплазмы гепатоцитов видны равномерно расположенные митохондрии розово-красного цвета, имеющие форму округлых зерен или палочек. Часть митохондрий зернистой формы представляет собой поперечные разрезы палочковидных митохондрий.
Рис. 51. Митохондрии в клетках печени амфибии. 1 – цитоплазма; 2 – гепатоциты; 3 – митохондрии; 4 – короткие цепочки митохондрий.
17. Дайте сравнительную характеристику строения и функций митохондрий и хлоропластов.
Рис. 6. Схемы строения митохондрий (а ) и хлоропластов (б )
Митохондрии (гр. митос
– нить и хондрион
– гранула) – внутриклеточные органоиды. Их оболочка состоит из двух
мембран. Наружная мембрана – гладкая, внутренняя образует выросты,
называемые кристами. Внутри митохондрии находится полужидкий матрикс,
который содержит РНК, ДНК, белки, липиды, углеводы, ферменты, АТФ и
другие вещества; в матриксе имеются также рибосомы. Размеры митохондрий
от 0,2–0,4 до 1–7 мкм. Количество зависит от вида клетки (например, в
клетке печени может быть 1000–2500 митохондрий). Митохондрии могут быть
спиральными, округлыми, вытянутыми, чашевидными и т.д.; митохондрии
могут менять форму (рис. 6, а
).
На внутренней мембране митохондрий находятся
дыхательные ферменты и ферменты синтеза АТФ. Благодаря этому митохондрии
обеспечивают клеточное дыхание и синтез АТФ.
Митохондрии могут сами синтезировать белки, т.к. в
них есть собственные ДНК, РНК и рибосомы. Размножаются митохондрии
делением надвое.
По своему строению митохондрии напоминают клетки
прокариот; в связи с этим предполагают, что они произошли от
внутриклеточных аэробных симбионтов. Митохондрии имеются в цитоплазме
клеток большинства растений и животных.
Хлоропласты относятся к пластидам – органоидам,
присущим только растительным клеткам. Это зеленые пластинки диаметром
3–4 мкм, имеющие овальную форму (рис. 6, б
). Хлоропласты, как и
митохондрии, имеют наружную и внутреннюю мембраны. Внутренняя мембрана
образует выросты – тилакоиды (ср. кристы у митохондрий). Тилакоиды
образуют стопки – граны, которые объединяются внутренней мембраной. В
одном хлоропласте может быть несколько десятков гран. В мембранах
тилакоидов находится хлорофилл, а в промежутках между гранами в матриксе
(строме) хлоропласта находятся рибосомы, РНК и ДНК (ср. состав матрикса
митохондрий). Рибосомы хлоропластов, как и рибосомы митохондрий,
синтезируют белки. Основная функция хлоропластов – обеспечение процесса
фотосинтеза: в мембранах тилакоидов световая фаза, а в строме
хлоропластов – темновая фаза фотосинтеза. В матриксе хлоропластов видны
гранулы первичного крахмала, синтезированного в процессе фотосинтеза из
глюкозы. Хлоропласты, как и митохондрии, размножаются делением. Таким
образом, в морфологической и функциональной организации митохондрий и
хлоропластов есть общие черты. Основная характеристика, объединяющая эти
органоиды, – наличие собственной генетической информации и синтез
собственных белков.
18. Раскройте особенности строения и функций эндоплазматической сети клетки.
Рис. 7. Схемы строения шероховатого (а ) и гладкого (б ) эндопламатического ретикулума
Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический
ретикулум (ЭПР), – это сеть каналов, пронизывающих всю цитоплазму.
Стенки этих каналов образованы мембранами, контактирующими со всеми
органоидами клетки. ЭПС и органоиды вместе составляют единую
внутриклеточную систему, которая осуществляет обмен веществ и энергии в
клетке и обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ. Различают
гладкую и гранулярную ЭПС. Гранулярная, или шероховатая. ЭПС состоит из
мембранных мешочков (цистерн), покрытых рибосомами, благодаря чему она
кажется шероховатой. Гладкая ЭПС может быть и лишена рибосом; ее
строение ближе к трубчатому типу. На рибосомах гранулярной сети
синтезируются белки, которые затем поступают внутрь каналов ЭПС, где и
приобретают третичную структуру. На мембранах гладкой ЭПС синтезируются
липиды и углеводы, которые также поступают внутрь каналов ЭПС (рис. 7).
ЭПС выполняет следующие функции: участвует в синтезе
органических веществ, транспортирует синтезированные вещества в аппарат
Гольджи, разделяет клетку на отсеки. Кроме того, в клетках печени ЭПС
участвует в обезвреживании ядовитых веществ, а в мышечных клетках играет
роль депо кальция, необходимого для мышечного сокращения.
ЭПС имеется во всех клетках, исключая бактериальные
клетки и эритроциты; она занимает от 30 до 50% объема клетки.
19. Опишите строение рибосомы. Какова роль рибосом в процессах обмена веществ?
Рибосомы – это субмикроскопические органоиды диаметром 15–35 нм, видны в электронный микроскоп. Присутствуют во всех клетках. В одной клетке может быть несколько тысяч рибосом. Рибосомы бывают ядерного, митохондрального и пластидного происхождения (см. ответы на вопросы 11 и 17). Бóльшая часть образуется в ядрышке ядра в виде субьединиц (большой и малой) и затем переходит в цитоплазму. Мембран нет. В состав рибосом входят рРНК и белки. На рибосомах идет синтез белков. Большая часть белков синтезируется на шероховатой ЭПС (см. ответ на вопрос 18); частично синтез белков идет на рибосомах, находящихся в цитоплазме в свободном состоянии. Группы из нескольких десятков рибосом образуют полисомы.
20. Какова биологическая роль комплекса Гольджи в жизнедеятельности клетки?
Комплекс Гольджи – это сложная сеть полостей,
трубочек и пузырьков вокруг ядра. Состоит из трех основных компонентов:
группы мембранных полостей, системы трубочек, отходящих от полостей, и
пузырьков на концах трубочек. Комплекс Гольджи выполняет следующие
функции: в полостях накапливаются вещества, которые синтезируются и
транспортируются по ЭПС; здесь они подвергаются химическим изменениям.
Модифицированные вещества упаковываются в мембранные пузырьки, которые
выбрасываются клеткой в виде секретов. Кроме того, пузырьки используются
клеткой в качестве лизосом (рис. 8).
Комплекс Гольджи был открыт в 1898 г. в нейронах.
21. Что представляют собой клеточные включения и каково их значение в процессах жизнедеятельности клетки? Какова биологическая роль лизосом в жизнедеятельности клетки?
Клеточные включения – это непостоянные структуры
клетки. К ним относятся капли и зерна белков, углеводов, жиров, а также
кристаллические включения (органические кристаллы, которые могут
образовывать в клетках белки, вирусы, соли щавелевой кислоты и т.д. и
неорганические кристаллы, образованные солями кальция). В отличие от
органоидов эти включения не имеют мембран или элементов цитоскелета и
периодически синтезируются и расходуются.
Капли жира используются как запасное вещество в связи
с его высокой энергоемкостью. Зерна углеводов (полисахаридов; в виде
крахмала у растений и в виде гликогена у животных и грибов) – как
источник энергии для образования АТФ; зерна белка – как источник
строительного материала, соли кальция – для обеспечения процесса
возбуждения, обмена веществ и т.д.
Лизосомы (греч. лизо
– растворять, сома
– тело) – это небольшие пузырьки диаметром порядка 1 мкм, ограниченные
мембраной и содержащие комплекс ферментов, который обеспечивает
расщепление жиров, углеводов и белков. Они участвуют в переваривании
частиц, попавших в клетку в результате эндоцитоза (см. ответ на вопрос
14) и в удалении отмирающих органов (например, хвоста у головастиков),
клеток и органоидов. При голодании лизосомы растворяют некоторые
органоиды, не убивая при этом клетку. Образование лизосом идет в
комплексе Гольджи (см. ответ на вопрос 20).
22. Какие неорганические соединения входят в состав клетки? Каково значение неорганических компонентов клетки в обеспечении процессов ее жизнедеятельности? В чем заключается биологическая роль воды в клетке?
К неорганическим соединениям клетки относятся вода и
различные соли.
Роль солей в организме заключается в обеспечении
трансмембранной разности потенциалов (вследствие разности концентраций
ионов калия и натрия внутри и вне клетки), буферных свойств (за счет
наличия в цитоплазме анионов фосфорной и угольной кислоты), в создании
осмотического давления клетки и т.д. В состав неорганических веществ
клетки входят микроэлементы (их доля составляет менее 0,1%). К ним
относятся: цинк, марганец и кобальт, которые входят в состав активных
центров ферментов; железо в составе гемоглобина; магний в составе
хлорофилла; йод в составе гормонов щитовидной железы и т.д.
В среднем в клетке содержится 80% воды; в клетках
эмбриона воды 95%, в клетках старых организмов – 60%, т.е. количество
воды зависит от интенсивности обмена веществ. Количество воды зависит
также от вида ткани: в нейронах ее 85%, в кости – 20%. При потере
организмом 20% воды наступает смерть. Вода определяет тургор (упругость)
тканей, создает среду для химических реакций, участвует в реакциях
гидролиза, в световой фазе фотосинтеза, в терморегуляции, является
хорошим растворителем. По типу взаимодействия с водой вещества делят на
гидрофильные, или полярные, – хорошо растворимые в воде, и гидрофобные,
или неполярные, – плохо растворимые в воде.
23. Охарактеризуйте строение и функции углеводов, входящих в состав клетки.
Углеводы – это органические соединения, в состав
которых входят водород, углерод и кислород. Они образуются из воды и
углекислого газа в процессе фотосинтеза в хлоропластах зеленых растений
(у бактерий – в процессе бактериального фотосинтеза или хемосинтеза).
Различают моносохариды (глюкоза, фруктоза, галактоза,
рибоза, дезоксирибоза), дисахариды (сахароза, мальтоза), полисахариды
(крахмал, клетчатка, гликоген, хитин).
Углеводы выполняют следующие функции: они являются
источником энергии (при распаде 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж
энергии), выполняют строительную функцию (целлюлозная оболочка в
растительных клетках, хитин в скелете насекомых и в клеточной стенке
грибов), входят в состав ДНК, РНК и АТФ в виде дезоксирибозы и рибозы.
Обычно в клетках животных содержится около 1% углеводов (в клетках
печени – до 5%), а в растительных клетках – до 90%.
24. Каковы строение и функции жирных кислот и липоидов, входящих в состав клетки.
Рис. 9. Пространственные модели жирных кислот
Рис. 10. Полициклическая структура некоторых стероидов
Жиры и липоиды относятся к группе неполярных
органических соединений, т.е. являются гидрофобными веществами. Жиры
– это триглицериды высших жирных кислот (рис. 9), липиды
– это
большой класс органических веществ с гидрофобными свойствами (например,
холестерин). К липидам относят фосфолипиды (в их молекуле один или два
остатка жирных кислот замещены группами, содержащими фосфор, а иногда
также азот) и стероиды (в основе их структуры лежит четыре углеродных
кольца, рис. 10).
Эти соединения выполняют энергетическую функцию (при
распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии), структурную (фосфолипиды
являются основой биологических мембран), защитную (защита от ударов,
теплорегуляция, гидроизоляция).
25. Каковы особенности строения и функций белков, входящих в состав клетки?
Белки – это гетерополимеры, состоящие из 20 различных
мономеров – природных альфа-аминокислот. Белки – это нерегулярные
полимеры.
Общее строение аминокислоты может быть представлены
следующим образом: R-(H)C(NH 2
)-СООН.
Аминокислоты в белке связаны пептидной связью -N(H)-С(=О). Аминокислоты
разделяют на заменимые (синтезируются в самом организме) и незаменимые,
которые животный организм получает с пищей. Среди белков различают
протеины, состоящие только из аминокислот, и протеиды, дополнительно
содержащие небелковую часть (например, гемоглобин, который состоит из
белка глобина и гема – порфирина).
В строении молекулы белка различают несколько уровней
структурной организации (рис. 11). Первичная структура – это
последовательность аминокислотных остатков, соединенных пептидными
связями. Вторичная структура – как правило, это спиральная структура
(альфа-спираль), которая удерживается множеством водородных связей,
возникающих между находящимся близко друг от друга –С=О и –NH-группами.
Другой тип вторичной структуры – это бета-слой, или складчатый слой; это
две параллельные полипептидные цепи, связанные водородными связями,
перпендикулярными цепям. Третичная структура белковой молекулы – это
пространственная конфигурация, обычно напоминающая компактную глобулу;
она поддерживается ионными, водородными и дисульфидными (S–S) связями, а
также гидрофобными взаимодействиями. Четвертичная структура образуется
при взаимодействии нескольких субъединиц – глобул (например, молекула
гемоглобина состоит из четырех таких субъединиц). Утрата белковой
молекулой своей структуры называется денатурацией; она может быть
вызвана температурой, обезвоживанием, облучением и т.д. Если при
денатурации первичная структура не нарушается, то при восстановлении
нормальных условий полностью воссоздается структура белка.
Функции белков в клетке очень разнообразны. Они
играют роль катализаторов, т.е. ускоряют химические реакции в организме
(ферменты ускоряют реакции в десятки и сотни тысяч раз). Белки выполняют
также строительную функцию (входят в состав мембран и органоидов клетки,
а также в состав внеклеточных структур, например, коллаген в
соединительной ткани). Движение организмов обеспечивается специальными
белками (актином и миозином). Белки выполняют также транспортную функцию
(например, гемоглобин транспортирует О 2
).
Белки обеспечивают функции иммунной системы организма (антитела и
антигены), свертывание крови (фибриноген плазмы крови), т.е. выполняют
защитные функции. Они служат также одним из источников энергии (при
распаде 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии). Известны также
регуляторные функции белков, т.к. многие гормоны – это белки (например,
гормоны гипофиза, поджелудочной железы и т.д.). Кроме того, в организме
имеются еще и резервные белки, например, являющиеся источником питания
для развития плода.
26. Охарактеризуйте строение и биологическое значение АТФ. Почему АТФ называют основным источником энергии в клетке?
АТФ – это аденозинтрифосфат, нуклеотид, относящийся к группе нуклеиновых кислот. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04%; в скелетных мышцах 0,5%). Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты (рис. 12). При гидролизе остатка фосфорной кислоты выделяется энергия:
АТФ + H 2 O = АДФ + Н 3 РО 4 + 40 кДж/моль.
Связь между остатками фосфорной кислоты является макроэргической, при ее расщеплении выделяется примерно в 4 раза больше энергии, чем при расщеплении других связей. Энергия гидролиза АТФ используется клеткой в процессах биосинтеза и деления клетки, при движении, при производстве тепла, при проведении нервных импульсов и т.д. После гидролиза образовавшийся АДФ обычно с помощью белков-цитохромов быстро вновь фосфорилируется с образованием АТФ. АТФ образуется в митохондриях при дыхании, в хлоропластах – при фотосинтезе, а также в некоторых других внутриклеточных процессах. АТФ называют универсальным источником энергии, потому что энергетика клетки основана главным образом на процессах, в которых АТФ либо синтезируется, либо расходуется.
27. Раскройте взаимосвязь строения и функций ДНК и РНК и укажите черты их сходства и различия.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – это молекула, состоящая из двух спирально закрученных полинуклеотидных цепей (рис. 14). ДНК образует правую спираль, диаметром примерно 2 нм, длиной (в развернутом виде) до 0,1 мм и молекулярной массой до 6ґ 10-12 кДа. Структура ДНК была впервые определена Д.Уотсоном и Ф.Криком в 1953 г. Мономером ДНК является дезоксирибонуклеотид, состоящий из азотистого основания – аденина (А), цитозина (Ц), тимина (Т) или гуанина (Г), – пентозы (дезоксирибозы) и фосфата. Нуклеотиды соединяются в цепь за счет остатков фосфорной кислоты, расположенных между пентозами: в полинуклеотиде может быть до 30 000 нуклеотидов. Последовательность нуклеотидов одной цепи комплементарна (т.е. дополнительна) последовательности в другой цепи за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями (по две водородные связи между А и Т и по три – между Г и Ц). В интерфазе перед делением клетки происходит репликация (редупликация) ДНК: ДНК раскручивается с одного конца, и на каждой цепи синтезируется новая комплементарная цепь; это ферментативный процесс, идущий с использованием энергии АТФ. ДНК содержится в основном в ядре (см. ответ на вопрос №11); к внеядерным формам ДНК относятся митохондриальная и пластидная ДНК (см. ответ на вопрос №17).
Рис. 13. Структурная схема РНК: а – сахарофосфатный остов; б – одиночная цепь
а – сахарофосфатный остов; б – комплементарные пары азотистых оснований;
в – двойная спираль
РНК (рибонуклеиновая кислота) – это молекула, состоящая из одной цепи нуклеотидов (рис. 13). Рибонуклеотид состоит из одного из четырех азотистых оснований, но вместо тимина (Т) в РНК входит урацил (У), а вместо дезоксирибозы – рибоза. В клетке имеются разные виды РНК: тРНК (транспортная – транспортирует аминокислоты к рибосомам), информационная РНК (иРНК, переносит информацию о последовательности аминокислот с ДНК на белок), рибосомальная РНК (входит в состав рибосом; см. ответ на вопрос N19), митохондриальная РНК и др.
28. Особенности строения нуклеиновых кислот.
ДНК и РНК – это полинуклеотиды, состоящие из
соответственно дезоксирибонуклеотидов и рибонуклеотидов (см. ответ на
вопрос 27). Молекула нуклеотида состоит из пентозы, азотистого основания
и остатка фосфорной кислоты. ДНК содержит дезоксирибозу, РНК – рибозу;
ДНК содержит азотистые основания А и Г (относятся к классу пуринов) и Ц
и Т (класс пиримидинов), а РНК вместо Т содержит У (см. ответ 27).
ДНК и РНК – это кислоты, т.к. они содержат остаток
фосфорной кислоты (–Н 2
РО 4
).
Сахар, азотистое основание и остаток фосфорной кислоты объединяются в
молекулу нуклеотида.
Два нуклеотида образуют динуклеотид, соединяясь путем
конденсации, в результате которой между фосфатной группой одного и
сахаром другого нуклеотида возникает фосфодиэфирный мостик. При синтезе
полинуклеотида этот процесс многократно повторяется. Неразветвленный
сахарофосфатный остов строится путем образования фосфодиэфирных мостиков
между 3- и 5-м атомами углерода остатков сахаров. Фосфодиэфирные мостики
образуются прочными ковалентными связями, что сообщает прочность и
стабильность всей полинуклеотидной цепи.
Нуклеиновые кислоты обладают первичной структурой
(нуклеотидная последовательность) и трехмерной структурой. ДНК состоит
из двух спирально закрученных полинуклеотидных цепей. Цепи направлены в
противоположные стороны: 3-конец одной цепи располагается напротив
5-конца другой. Находящиеся друг против друга азотистые основания двух
цепей связаны водородными связями (по две связи между А и Т и по три –
между Г и Ц). Основания, соединяющиеся друг с другом водородными
связями, называют комплементарными (см. также ответ на вопрос 27).
29. Опишите процесс биосинтеза белка. Каково биологическое значение данного процесса? Какую роль играет ДНК в процессе биосинтеза белка?
Белки синтезируют все клетки, кроме безъядерных.
Структура белка определяется ядерной ДНК. Информация о
последовательности аминокислот в одной полипептидной цепи находится в
участке ДНК, который называется ген. В ДНК заложена информация о
первичной структуре белка. Код ДНК един для всех организмов. Каждой
аминокислоте соответствует три нуклеотида, образующих триплет, или
кодон. Такое кодирование избыточно: возможны 64 комбинации триплетов,
тогда как аминокислот только 20. Существуют также управляющие триплеты,
например, обозначающие начало и конец гена.
Синтез белка начинается с транскрипции, т.е. синтеза
иРНК по матрице ДНК. Процесс идет с помощью фермента полимеразы по
принципу комплементарности и начинается с определенного участка ДНК.
Синтезированная иРНК поступает в цитоплазму на рибосомы, где и идет
синтез белка.
тРНК имеет структуру, похожую на лист клевера, и
обеспечивает перенос аминокислот к рибосомам. Каждая аминокислота
прикрепляется к акцепторному участку соответствующей тРНК,
расположенному на «черешке листа». Противоположный конец тРНК называется
антикодоном и несет информацию о триплете, соответствующем данной
аминокислоте. Существует более 20 видов тРНК.
Перенос информации с иРНК на белок во время его
синтеза называется трансляцией. Собранные в полисомы рибосомы двигаются
по иРНК; движение происходит последовательно, по триплетам. В месте
контакта рибосомы с иРНК работает фермент, собирающий белок из
аминокислот, доставляемых к рибосомам тРНК. При этом происходит
сравнение кодона иРНК с антикодоном тРНК; если они комплементарны,
фермент (синтетаза) «сшивает» аминокислоты, а рибосома продвигается
вперед на один кодон.
Синтез одной молекулы белка обычно идет 1–2 мин (один
шаг занимает 0,2 с).
Биосинтез белка – это цепь реакций, в которых
используется энергия АТФ. Во всех реакциях синтеза белка участвуют
ферменты.
Биосинтез белка – это матричный синтез. Матрицей
является ДНК в синтезе РНК и ДНК или РНК в синтезе белка.
30. Раскройте роль ферментов в регуляции процессов жизнедеятельности, в биосинтезе белка.
а – простой фермент; б – двухкомпонентный фермент; в – аллостерический фермент (А – активный центр, S-субстрат, R – регулятор, или аллостерический центр); 1 – каталитический участок; 2 – контактные участки; 3 – кофактор
Ферменты (лат. закваска) – это биологические
катализаторы белковой природы. Они могут состоять только из белка или
включать в себя небелковое соединение – витамины или ион металла.
Ферменты участвуют как в процессах ассимиляции, так и диссимиляции.
Действуют они в строго определенной последовательности. Ферменты
специфичны для каждого вещества и ускоряют только определенные реакции.
Но встречаются ферменты, которые катализируют несколько реакций.
Активный центр фермента – это небольшой участок
фермента, на котором идет данная реакция (рис. 15).
Физиологическая роль ферментов заключается в том, что
при их отсутствии или недостаточной активности резко замедляются
процессы обмена веществ; в присутствии ферментов реакции могут
ускоряться в 1011
раз. Процесс биосинтеза белка – это тоже ферментативный процесс (см.
ответ на вопрос 29).
31. Дайте сравнительную характеристику автотрофных и гетеротрофных организмов.
32. Каково значение процессов обмена веществ в функционировании клетки, организма, биосферы?
Обмен веществ и энергии – важнейшая функция живого
организма (см. также ответ на вопрос 7). В процессе обмена организм
получает вещества, необходимые для построения и обновления структурных
элементов клеток и тканей, и энергию для обеспечения всех жизненных
процессов.
Совокупность всех реакций биосинтеза,
сопровождающихся, как правило, поглощением энергии, называется
ассимиляцией (пластическим обменом), а всех реакций распада,
сопровождающихся, как правило, выделением энергии – диссимиляцией
(энергетическим обменом). Совокупность всех реакций ассимиляции и
диссимиляции называется метаболизмом.
Обмен веществ осуществляется на клеточном, тканевом,
органном и организменном уровнях. Нарушения обмена веществ сказываются
на всех процессах жизнедеятельности организма и могут привести к его
гибели.
Биосфера – это геологическая оболочка Земли,
населенная живыми организмами. Биосфера – открытая система; подобно
живым организмам биосфера получает энергию извне. В биосфере постоянно
осуществляется обмен веществ. В биосфере идут биогеохимические процессы,
в которых участвуют организмы-продуценты и организмы-редуценты.
Безостановочный процесс закономерного циклического перераспределения
вещества и энергии в биосфере называют большим кругом биотического
обмена. Нарушения этого процесса приводят к нарушению гомеостаза
биосферы и в конечном счете могут привести к ее гибели.
33. В каких структурных единицах клетки протекают процессы кислородного окисления? Каков их химизм и энергетический эффект?
Стадия кислородного окисления энергетического обмена
происходит в митохондриях, на внутренних мембранах которых находятся
дыхательные ферменты (см. также ответ на вопрос 17). На этой стадии из
одной молекулы молочной кислоты получается 18 молекул АТФ, а в сумме из
одной молекулы глюкозы при гликолизе (бескислородный этап, который идет
за счет ферментов в растворимой части цитоплазмы клетки) и аэробном
окислении образуется 38 молекул АТФ.
КПД окислительного фосфорилирования составляет 55%.
34. Раскройте сущность и биологическое значение процесса фотосинтеза.
Фотосинтез – это процесс синтеза органических веществ
из неорганических за счет энергии света.
Фотосинтез в растительных клетках идет в хлоропластах
(см. также ответ на вопрос 17).
Суммарная формула:
6СО 2 + 6Н 2 О = С 6 H 12 О 6 + 6О 2 .
Световая фаза фотосинтеза идет только на свету: квант
света выбивает электрон из молекулы хлорофилла, лежащей во внутренней
мембране тилакоида; выбитый электрон либо возвращается обратно, либо
попадает на цепь окисляющих друг друга ферментов. Цепь ферментов
передает электрон на внешнюю сторону мембраны тилакоида к переносчику
электронов. Мембрана заряжается отрицательно с наружной стороны.
Положительно заряженная молекула хлорофилла, лежащая
в центре мембраны, окисляет ферменты, содержащие ионы марганца, лежащие
на внутренней стороне мембраны. Эти ферменты участвуют в реакциях
фотолиза воды, в результате которых образуются ионы Н+;
протоны выбрасываются на внутреннюю поверхность мембраны тилакоида и на
этой поверхности появляется положительный заряд. Когда разность
потенциалов на мембране тилакоидов достигает 200 мВ, через канал
АТФ-синтетазы начинают проскакивать протоны, при этом синтезируется АТФ.
Во время темновой фазы фотосинтеза из СО 2
и атомарного водорода, связанного с переносчиками, синтезируется глюкоза
за счет энергии АТФ.
СО 2
связывается с помощью фермента рибулезодифосфаткарбоксилазы с
рибулезо-1,5-дифосфатом, который превращается после этого в
трехуглеродный сахар.
Синтез глюкозы идет в матриксе тилакоидов на
ферментных системах. Суммарная реакция темновой стадии:
6СО 2 + 24Н = С 6 Н 12 О 6 + 6Н 2 О.
35. Дайте сравнительную характеристику процессов дыхания и фотосинтеза.
Дыхание у растений – это процесс, при котором происходит главным образом окисление углеводов с освобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности. Этот процесс идет в митохондриях (см. ответы на вопросы 17 и 33). При дыхании у аэробных организмов поглощается О 2 и выделяется СО 2 . Суммарная реакция процесса аэробного дыхания:
С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 = 6СО 2 + 6H 2 0 + энергия.
Выделяющаяся при окислении молекулы глюкозы энергия
идет на синтез АТФ (см. также ответ на вопрос 33).
При фотосинтезе идет процесс образования органических
веществ с использованием энергии света (см. ответ на вопрос 34). При
этом О 2
выделяется в атмосферу, а СО 2
поглощается; энергия запасается в химических связях органических
веществ, прежде всего углеводов.
Фотосинтез и дыхание у растений – это две стороны
обмена веществ (ассимиляции и диссимиляции).
36. В чем отличие фотосинтеза от хемосинтеза и каково значение этих процессов для эволюции?
Суть процесса фотосинтеза заключается в синтезе органических веществ из СО 2 и H 2 О с использованием энергии света, а суть процесса хемосинтеза – в синтезе органических веществ из неорганических за счет энергии химических реакций, протекающих при окислении неорганических веществ. При фотосинтезе в атмосферу выделяется О 2 ; первыми фотосинтезируюшими организмами были цианобактерии (синезеленые водоросли), благодаря деятельности которых атмосфера Земли начала насыщаться О 2 , что создало условия для существования всех аэробных организмов. При хемосинтезе О 2 в атмосферу не выделяется, т.к. хемотрофы (бактерии нитрификаторы, серобактеры, железобактеры и т.д.) в качестве источника водорода используют не воду, a H 2 S или молекулярный водород. Если бы на Земле существовали только бактерии-хемотрофы, то аэробные организмы жить не смогли бы (см. также ответы на вопросы 31 и 34).
37. Каковы сущность процесса митоза и его биологическое значение? Дайте краткую характеристику процессам, происходящим в разные фазы митоза.
Митоз (греч. миос
– нить) – основной способ
деления клеток. В животных клетках он длится 30–60 мин, в растительных –
2–3 ч.
Митоз состоит из четырех фаз: профазы, метафазы,
анафазы и телофазы (рис. 16). Профаза – 1-я фаза деления, во время
которой двухроматидные хромосомы спирализуются и становятся заметными.
Ядрышки и ядерная оболочка распадаются, образуется нить веретена
деления. Метафаза – фаза скопления хромосом на экваторе клетки; нити
веретена деления идут от полюсов и присоединяются к центромерам
хромосом. К каждой хромосоме подходит две нити, идущие от двух полюсов.
Анафаза – фаза расхождения хромосом, во время которой центромеры
делятся, а однохроматидые хромосомы растаскиваются нитями веретена к
полюсам клетки. Это самая короткая фаза митоза. Телофаза – фаза
окончания деления, когда происходит деспирализация хромосом, формируется
ядрышко, восстанавливается ядерная оболочка, на экваторе закладывается
перегородка (в растительных клетках) или возникает перетяжка (в животных
клетках). Нити веретена исчезают.
Перед началом митоза, во время интерфазы, происходит
подготовка клетки к делению (см. ответ на вопрос 11).
В результате митоза из одной диплоидной клетки,
имеющей двухроматидные хромосомы и удвоенное количество ДНК (2n4с; в
этой формуле n – число хромосом, с – число хроматид), образуются две
дочерние клетки с однохроматидными хромосомами и одинарным количеством
ДНК (2n2с). Так делятся соматические клетки (клетки тела).
Значение митоза состоит в точной передаче
наследственной информации дочерним клеткам, увеличении числа клеток в
организме, а также в обеспечении процесса бесполого размножения
организмов и регенерации.
38. Каковы функциональные и цитологические отличия соматических и половых клеток?
Соматические клетки образуют органы и ткани организма
животных и растений; сами соматические клетки образуются в результате
митоза и имеют диплоидный набор хромосом (2n); в каждой соматической
клетке содержится по два гена в паре гомологичных хромосом, определяющих
альтернативные признаки (аллельные гены).
Половые клетки (гаметы) образуются в результате
мейоза (редукционного деления; см. также ответы на вопросы 41 и 42) и
имеют гаплоидный набор хромосом (n). В каждой гамете содержится по
одному гену из каждой пары гомологичных хромосом. При слиянии гамет
образуется зигота.
39. Докажите, в чем эволюционное преимущество разделения полов.
Разделение полов лежит в основе полового размножения.
При половом размножении потомство получается в результате слияния
генетического материала гаплоидных ядер. Эти ядра содержатся в
гаплоидных гаметах, при слиянии которых образуется диплоидная зигота. Из
зиготы в процессе развития получается зрелый организм.
Половое размножение имеет очень большое эволюционное
преимущество по сравнению с бесполым. Это обусловлено тем, что генотип
потомков возникает путем комбинации генов, принадлежащих обоим
родителям. В результате повышаются возможности адаптации организма к
условиям окружающей среды.
40. Каковы цитологические основы определения пола?
У подавляющего большинства раздельнополых животных
пол развивающейся из яйцеклетки особи определяют гены. Это называется
генотипическим определением пола. В диплоидном организме имеется два
гомологичных набора аутосом и в большинстве случаев одна пара половых
хромосом. В аутосомном наборе обоих полов отцовские и материнские
хромосомы морфологически и функционально равноценны, тогда как между
половыми хромосомами, как правило, имеются морфологические и во всех
случаях функциональные различия. Та хромосома, которая представлена у
одного из полов в двойном числе, называется X-хромосомой. Она
противопоставляется Y-хромосоме, которая имеется в одном экземпляре.
Пол, содержащий в своих клетках две Х-хромосомы,
называется гомогаметным, а содержащий и Х-, и Y-хромосомы –
гетерогаметным.
У всех млекопитающих, многих рыб, некоторых амфибий и
насекомых гомогаметный пол женский, а гетерогаметный – мужской. Однако у
птиц, рептилий, хвостатых амфибий и некоторых насекомых (бабочки)
женский пол гетерогаметный, а мужской – гомогаметный. У некоторых
насекомых встречается генотип Х0 вследствие исчезновения Y-хромосомы.
При этом у гетерогаметного пола образуется два сорта гамет: с
Х-хромосомой и без нее.
41. Опишите основные фазы мейотического деления и раскройте его биологическое значение.
Мейоз (греч. мейозис – уменьшение) – способ деления диплоидных клеток с образованием из одной материнской диплоидной клетки четырех дочерних гаплоидных клеток. Мейоз состоит из двух последовательных делений ядра и короткой интерфазы между ними (рис. 17).
Рис.18. Схематическое изображение последовательных стадий мейоза. А. Лептонема, предшествующая коньюгации хромосом. Б. Начало коньюгации на стадии зигонемы. В. Пахинема. Г. Диплонема. Д. Метафаза I. Е. Анафаза I. Ж. Телофаза I. 3. Интерфаза между двумя делениями мейоза. И. Профаза II. К. Метафаза II. Л. Телофаза II. Для простоты на схеме изображена только одна пара гомологов.
Первое деление состоит из профазы I, метафазы I,
анафазы I и телофазы I. В профазе I парные хромосомы, каждая из которых
состоит из двух хроматид, подходят друг к другу (этот процесс называется
конъюгацией гомологичных хромосом), перекрещиваются (кроссинговер),
образуя мостики (хиазмы), затем обмениваются участками. При
кроссинговере осуществляется перекомбинация генов. После кроссинговера
хромосомы разъединяются.
В метафазе I парные хромосомы располагаются по
экватору клетки; к каждой из хромосом прикрепляются нити веретена
деления. В анафазе I к полюсам клетки расходятся двухроматидные
хромосомы; при этом число хромосом у каждого полюса становится вдвое
меньше, чем в материнской клетке. Затем наступает телофаза I –
образуются две клетки с гаплоидным числом двухроматидных хромосом;
поэтому первое деление мейоза называют редукционным. После телофазы I
следует короткая интерфаза (в некоторых случаях телофаза I и интерфаза
отсутствуют). В интерфазе между двумя делениями мейоза удвоения хромосом
не происходит, т.к. каждая хромосома уже состоит из двух хроматид.
Второе деление мейоза отличается от митоза только
тем, что его проходят клетки с гаплоидным набором хромосом; во втором
делении иногда отсутствует профаза II. В метафазе II двухроматидные
хромосомы располагаются по экватору; процесс идет сразу в двух дочерних
клетках. В анафазе II к полюсам отходят уже однохроматидные хромосомы. В
телофазе II в четырех дочерних клетках формируются ядра и перегородки (в
растительных клетках) или перетяжки (в животных клетках). В результате
второго деления мейоза образуются четыре клетки с гаплоидным набором
хромосом (1n1c); второе деление называют эквационным (уравнительным)
(рис. 18). Это – гаметы у животных и человека или споры у растений.
Значение мейоза состоит в том, что создается гаплоидный набор
хромосом и условия для наследственной изменчивости за счет кроссинговера
и вероятностного расхождения хромосом
Продолжение следует
Задания с выбором 3-х верных ответов из 6-и.
1. Клетки каких организмов не могут поглощать крупные частицы пищи путем фагоцитоза?
2) цветковых растений
4) бактерий
5) лейкоцитов человека
6) инфузорий
2. Плотная оболочка отсутствует в клетках тела
1) бактерий
2) млекопитающих
3) земноводных
6) растений
3. Цитоплазма выполняет в клетке ряд функций:
1) является внутренней средой клетки
2) осуществляет связь между ядром и органоидами
3) выполняет роль матрицы для синтеза углеводов
4) служит местом расположения ядра и органоидов
5) осуществляет передачу наследственной информации
6) служит местом расположения хромосом в клетках эукариот
4. Каково строение и функции рибосом?
1) участвуют в реакциях окисления
2) осуществляют синтез белка
3) отграничены от цитоплазмы мембраной
4) состоят из 2-х субъединиц
5) располагаются в цитоплазме и на мембранах ЭПС
6) размещаются в комплексе Гольджи
5. Какие функции выполняет ЭПС в растительной клетке?
1) участвует в сборке белка из аминокислот
2) обеспечивает транспорт веществ
3) образует первичные лизосомы
4) участвует в фотосинтезе
5) синтезирует некоторые углеводы и липиды
6) осуществляет связь с комплексом Гольджи
6. Каково строение и функции митохондрий?
1) расщепляют биополимеры до мономеров
2) характеризуются анаэробным способом получения энергии
4) имеют ферментативные комплексы, расположенные на кристах
5) окисляют органические вещества с образованием АТФ
6) имеют наружную и внутреннюю мембраны
7. Чем митохондрии отличаются от хлоропластов?
1) в них происходит синтез молекул АТФ
2) в них окисляются органические вещества до углекислого газа и воды
3) синтез АТФ идет с использованием энергии света
4) энергия, освобождаемая при окислении органических веществ, используется на синтез АТФ
5) поверхность внутренней мембраны увеличивается за счет складок
6) поверхность мембран увеличивается за счет образования гран
8. Какие общие свойства характерны для митохондрий и хлоропластов?
1) не делятся в течение жизни клетки
2) имеют собственный генетический материал
3) являются одномембранными
5) имеют двойную мембрану
6) участвуют в синтезе АТФ
9. В каких структурах клетки эукариот расположены молекулы ДНК?
1) цитоплазма
3) митохондрии
4) рибосомы
5) хлоропласты
6) лизосомы
10. Какие функции выполняет в клетке ядро?
1) обеспечивает поступление веществ в клетку
2) служит местом локализации хромосом
3) с помощью молекул-посредников участвует в синтезе белка
4) участвует в процессе фотосинтеза
5) в нем органические вещества окисляются до неорганических
6) участвует в образовании хроматид
11. Какие процессы жизнедеятельности происходят в ядре клетки?
1) образование веретена деления
2) формирование лизосом
3) удвоение ДНК
4) синтез иРНК
5) образование митохондрий
6) формирование субъединиц рибосом
12. Основные функции ядра
1) синтез ДНК
2) окисление органических веществ
3) синтез молекул РНК
4) поглощение клеткой веществ из окружающей среды
5) образование органических веществ из неорганических
6) образование большой и малой единиц рибосом
13. Каковы особенности строения и функции ядра?
оболочка состоит из одной мембраны с порами
в ядре происходит синтез ядерных белков
в ядрышках синтезируются субъединицы рибосом
размеры ядра – около 10 мкм
ядерная оболочка входит в единую мембранную систему клетки
в ядре происходит синтез АТФ
14. Клетки каких организмов имеют клеточную стенку?
1) животные
2) растения
3) человек
6) бактерии
15. Укажите одномембранные органоиды клетки
рибосомы
лизосомы
пластиды
комплекс Гольджи
митохондрии
16. Укажите немембранные органоиды клетки
рибосомы
лизосомы
комплекс Гольджи
цитоскелет
клеточный центр
Задания на установление соответствия.
17. Установите соответствие между характеристикой органоида клетки и его видом.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНОИД
А) система канальцев, пронизывающих цитоплазму 1) комплекс
Б) система уплощенных мембранных цилиндров и пузырьков Гольджи
В) обеспечивает накопление веществ в клетке 2) ЭПС
Г) на мембранах могут размещаться рибосомы
Д) участвует в формировании лизосом
Е) обеспечивает перемещение органических веществ в клетке
18. Установите соответствие между характеристикой органоида клетки и его видом.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНОИД
А) состоит из полостей с пузырьками на концах 1) ЭПС
Б) состоит из системы канальцев 2) комплекс Гольджи
В) участвует в биосинтезе белка
Г) участвует в образовании лизосом
Д) участвует в обновлении и росте мембран
Е) осуществляет транспорт веществ
19. Установите соответствие между строением и функцией клетки и органоидом, для которого они характерны.
СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОРГАНОИДЫ
А) расщепляют органические вещества до мономеров 1) лизосомы
Б) окисляют органические вещества до СО 2 и Н 2 О 2) митохондрии
В) отграничены от цитоплазмы одной мембраной
Г) отграничены от цитоплазмы двумя мембранами
20. Установите соответствие между признаком и органоидом клетки, для которого он характерен
ПРИЗНАК ОРГАНОИД
А) состоит из двух субъединиц 1) лизосома
Б) имеет мембрану 2) рибосома
В) обеспечивает синтез белков
Г) расщепляет липиды
Д) размещается преимущественно на мембране ЭПС
Е) превращает полимеры в мономеры
21. Установите соответствие между функцией и органоидом, для которого она характерны.
ФУНКЦИИ ОРГАНОИДЫ
А) накапливает воду 1) вакуоль
Б) содержит кольцевую ДНК 2) хлоропласт
В) обеспечивает синтез веществ
Г) содержит клеточный сок
Д) поглощает энергию света
Е) синтезирует АТФ
22. Установите соответствие между строением, функцией и органоидом, для которого они характерны
СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОРГАНОИД
А) состоит из 9-и триплетов микротрубочек 1) центриоль
Б) содержит 9 пар микротрубочек и 2 непарные в центре 2) жгутик эукариот
В) покрыт мембраной
Г) отсутствует у высших растений
Д) отвечает за образование цитоскелета
Е) имеет в основании базальное тельце
Задание на определение последовательности
23. Определите последовательность оседания частей и органоидов клетки в процессе центрифугирования, с учетом их плотности и массы.
1) рибосомы
3) лизосомы
1. системе полостей с пузырьками на концах
2. множеству расположенных в ней гран
3. системе разветвленных канальцев
4. многочисленнымкристам на внутренней мембране
КАКУЮ ФУНКЦИЮ ВЫПОЛНЯЕТ В КЛЕТКЕ КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР
1. принимает участие в клеточном делении
2. является хранилищем наследственной информации
3. отвечает за биосинтез белка
4. является центром матричного синтеза рибосомной РНК
КАКИЕ ОБЩИЕ СВОЙСТВА ХАРАКТЕРНЫ ДЛЯ МИТОХОНДРИЙ И ХЛОРОПЛАСТОВ?
1. не делятся в течение жизни клетки
2. имеют собственный генетический материал
3. являются одномембранными
4. участвуют в фотосинтезе
5. являются специальными органоидами
ФУНКЦИЯ РИБОСОМ
1. участвуют в реакциях окисления
2. участвуют в синтезе белков
3. участвуют в синтезе липидов
4. участвуют в делении клетки
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ РИБОСОМ
1. отграничены от цитоплазмы одной мембраной
2. состоят из двух частиц – большой и малой
3. размещаются в цитоплазме и на каналах ЭПС
4. размещаются в аппарате Гольджи
10.ВЫБЕРИТЕ НЕМЕМБРАННЫЕ СТРУКТУРЫ
1. центросома
2. ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы
3. рибосомы, микротрубочки, центриоли
4. микрофиламенты, микротрубочки, жировые капли
5. митохондрии, вакуоли, центриоли
ДЛЯ МИТОХОНДРИЙ ХАРАКТЕРНО
1. являются специальными органоидами
2. образуются в клетке от аппарата Гольджи
3. наружная и внутренняя мембраны митохондрий образуют кристы
4. основная функция – синтез АТФ
5. имеют собственную ДНК линейной формы
ФУНКЦИЯ ЛИЗОСОМ
1. расщепление полимеров до мономеров
2. окисление органических веществ
3. формирование цитоскелета
4. синтез белков
5. участвуют в делении клетки
В ОБРАЗОВАНИИ ЦИТОСКЕЛЕТА ПРИНИМАЮТ УЧАСТИЕ
1. микротрубочки и микрофиламенты
2. микротрубочки и миофибриллы
3. микрофиламенты, ЭПС, микроворсинки
4. микроворсинки, миофибриллы
КАКОЙ ОРГАНОИД СОДЕРЖИТ ГРАНЫ
1. митохондрия
2. хлоропласт
3. клеточный центр
5. аппарат Гольджи
ФУНКЦИИ ЭПС В РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКЕ
1. внутриклеточное пищеварение
2. образует первичные лизосомы
3. участвует в фотосинтезе
4. обеспечивает синтез некоторых липидов и углеводов
5. участвует в синтезе АТФ
РАЗДЕЛ 2.
СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ МЕМБРАН
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПЛАЗМАЛЕММЫ ВКЛЮЧАЕТ
1. липиды и белки
2. белки, жиры, углеводы
3. липиды, белки, нуклеиновые кислоты
4. белки, углеводы, нуклеиновые кислоты
5. липиды, белки, олигосахариды
НАЗОВИТЕ ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, МОЛЕКУЛЫ КОТОРЫХ ОБЕСПЕЧИВАЮТ ТАКОЕ СВОЙСТВО МЕМБРАНЫ, КАК ТЕКУЧЕСТЬ.
1. олигосахариды
3. фосфолипиды
5. целлюлоза
УКАЖИТЕ ВИД ТРАНСПОРТА ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ КЛЕТКИ, КОТОРЫЙ ТРЕБУЕТ ЭНЕРГИИ АТФ
1. фагоцитоз
2. диффузия через канал
3. облегченная диффузия
4. простая диффузия
ЭРИТРОЦИТЫ ЧЕЛОВЕКА ПОМЕСТИЛИ В РАСТВОР ХЛОРИДА НАТРИЯ. ЧЕРЕЗ 30 МИНУТ ОНИ НЕ ИЗМЕНИЛИ СВОЕЙ ФОРМЫ И ОБЪЕМА. КАКИМ ЯВЛЯЕТСЯ ЭТОТ РАСТВОР ПО ОТНОШЕНИЮ К КЛЕТКАМ ЧЕЛОВЕКА?
1. изотоническим
2. гипертоническим
3. гипотоническим
4. коллоидным
5.КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ РАВНА 0,3%. КАКИМ ЯВЛЯЕТСЯ ЭТОТ РАСТВОР ПО ОТНОШЕНИЮ К КЛЕТКАМ ЧЕЛОВЕКА?
1. изотоническим
2. гипертоническим
3. гипотоническим
4. физиологическим
ЭРИТРОЦИТЫ ЧЕЛОВЕКА ПОМЕСТИЛИ В РАСТВОР NACL. ЧЕРЕЗ НЕСКОЛЬКО МИНУТ ОНИ УВЕЛИЧИЛИСЬ В ОБЪЕМЕ, А ЗАТЕМ ЛОПНУЛИ. КАКИМ ЯВЛЯЕТСЯ ЭТОТ РАСТВОР ПО ОТНОШЕНИЮ К КЛЕТКАМ ЧЕЛОВЕКА?
1. изотоническим
2. гипертоническим
3. гипотоническим
4. физиологическим
7.КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ РАВНА 9%. КАКИМ ЯВЛЯЕТСЯ ЭТОТ РАСТВОР ПО ОТНОШЕНИЮ К КЛЕТКАМ ЧЕЛОВЕКА?
1. изотоническим
2. гипертоническим
3. гипотоническим
4. физиологическим
РАЗРУШЕНИЕ КЛЕТКИ В ГИПОТОНИЧЕСКОМ РАСТВОРЕ НАЗЫВАЕТСЯ
1. плазмолиз
2. гемолиз
3. цитолиз
4. деплазмолиз
СМОРЩИВАНИЕ КЛЕТКИ В ГИПЕРТОНИЧЕСКОМ РАСТВОРЕ НАЗЫВАЕТСЯ
1. плазмолиз
2. гемолиз
3. цитолиз
4. деплазмолиз
10.ФАГОЦИТОЗ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ:
1. активный перенос жидкости с растворенными в ней веществами
2. захват плазматической мембраной твердых частиц и их втягивание в клетку
3. избирательный транспорт в клетку растворимых органических веществ
4. пассивное поступление в клетку воды и некоторых ионов
РАЗДЕЛ 3.
СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ЯДРА.
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ АППАРАТ КЛЕТКИ.
ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕДАЧУ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБЕСПЕЧИВАЕТ
1. ядерная оболочка
2. ядрышко
3. хроматин
4. кариоплазма
5. клеточный центр
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЕДИНИЦЕЙ ХРОМОСОМЫ ЯВЛЯЕТСЯ
1. гетерохроматин
2. нуклеотид
3. нуклеосома
4. гистоновые белки
СОВОКУПНОСТЬ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ХРОМОСОМ ВИДА НАЗЫВАЕТСЯ
1. генотип
2. фенотип
3. кариотип
4. кариограмма
ЯДРЫШКО ВЫПОЛНЯЕТ ФУНКЦИЮ
1. хранение наследственной информации
2. синтез рРНК
3. синтез белка
4. синтез АТФ
5. деление ядра
ФУНКЦИИ ЯДРА ВКЛЮЧАЮТ
1. синтез молекул ДНК и РНК
2. окисление органических веществ с освобождением энергии
3. поглощение веществ из окружающей среды
4. образование органических веществ из неорганических
5. образование запасных питательных веществ
ВЫБЕРИТЕ УТВЕРЖДЕНИЕ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ГЕТЕРОХРОМАТИНУ
3. спирализованный, хорошо окрашивается, не транскрибируется
4. деспирализованный, транскрибируется, плохо окрашивается
ВЫБЕРИТЕ УТВЕРЖДЕНИЕ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ЭУРОХРОМАТИНУ
1. спирализованный, активный, хорошо окрашивается
2. неактивный, не транскрибируется, деспирализованный
3. спирализованный, хорошо окрашивается, не транскрибируется
4. деспирализованный, транскрибируется, плохо окрашивается
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ХРОМАТИНА
1. 95% ДНК и 5% белков
2. 60% гистоновые и негистоновые белки и 40% - ДНК
3. белки 60%, РНК 40%
4. ДНК 40%, белки 40%, РНК 20%
В СИНТЕЗЕ РИБОСОМНЫХ РНК ПРИНИМАЕТ УЧАСТИЕ
1. ядерные поры
2. первичные перетяжки хромосом
3. ядрышко
4. перинуклеарное пространство
ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕТЯЖКА ХРОМОСОМ УЧАСТВУЕТ В
1. прикреплении нитей веретена деления
2. образовании ядрышка
3. образовании ядерной оболочки
4. синтезе белка
БЕЛКИ- ГИСТОНЫ ВЫПОЛНЯЮТ ФУНКЦИЮ
1. Хранение генетической информации
2. участвуют в упаковке молекул ДНК
3. участвуют в репликации ДНК
4. участвуют в транскрипции
5. участвуют в реализации генетической информации
ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЕ УТВЕРЖДЕНИЯ, КАСАЮЩИЕСЯ ХРОМОСОМ
1. основу хромосомы составляет одна непрерывная двухцепочечная молекула ДНК
2. хромосомы хорошо видны в интерфазе
3. в процессе жизнедеятельности клеток число хромосом изменяется
4. в синтетическом периоде интерфазы происходит удвоение числа хромосом
НОРМАЛЬНЫЙ КАРИОТП ЖЕНЩИНЫ ВКЛЮЧАЕТ
2. 44 аутосомы, Х и У- хромосомы
3. 22 пары аутосом и две Х- хромосомы
4. 23 пары аутосом
НОРМАЛЬНЫЙ КАРИОТИП МУЖЧИНЫ ВКЛЮЧАЕТ
1. 44пары аутосом и две Х- хромосомы
2. 22 пары аутосом, Х и У- хромосому
3. 22 пары аутосом и две Х- хромосомы
4. 23 пары аутосом
РАЗДЕЛ 4.
ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ. ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ.
ЗНАЧЕНИЕ МИТОЗА СОСТОИТ В УВЕЛИЧЕНИИ ЧИСЛА
1. хромосом в дочерних клетках по сравнению с материнской
2. клеток с набором хромосом, равным материнской клетке
3. молекул ДНК в дочерних клетках по сравнению с материнской
4. клеток с уменьшенным вдвое набором хромосом
РАСТВОРЕНИЕ ЯДЕРНОЙ ОБОЛОЧКИ И ЯДРЫШЕК В ПРОЦЕССЕ МИТОЗА ПРОИСХОДИТ В
1. интерфазе
2. профазе
3. метафазе
4. анафазе
5. телофазе
КАКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОТЕКАЮТ ВО ВРЕМЯ МЕЙОЗА?
1. транскрипция
2. денатурация
3. конъюгация и кроссинговер
4. увеличение числа хромосом
5. трансляция
ВЕРЕТЕНО ДЕЛЕНИЯ ОБРАЗУЮТ
1. актиновые волокна (микрофиламенты)
2. миозиновые волокна
3. микротрубочки
4. миофибриллы
5. коллагеновые волокна
РЕДУПЛИКАЦИЯ ДНК ПРОИСХОДИТ В
1. интерфазе
2. профазе
3. метафазе
4. анафазе
5. телофазе
ХРОМОСОМЫ РАСПОЛОЖЕНЫ НА ЭКВАТОРЕ КЛЕТКИ В
1. интерфазе
2. профазе
3. метафазе
4. анафазе
5. телофазе
РАСХОЖДЕНИЕ ХРОМАТИД К ПОЛЮСАМ КЛЕТКИ ПРОИСХОДИТ В
1. интерфазе
2. профазе
3. метафазе
4. анафазе
5. телофазе
РАСХОЖДЕНИЕ ГОМОЛОГИЧНЫХ ХРОМОСОМ ПРОИСХОДИТ В
1. анафазе мейоза 1
2. метафазе мейоза 1
3. метафазе мейоза 2
4. анафазе мейоза 2
9.В КАКОМ ОТВЕТЕ ПРАВИЛЬНО УКАЗАНА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ФАЗ МИТОЗА?
1. метафаза, профаза, телофаза, анафаза
2. профаза, анафаза, телофаза, метафаза
3. телофаза, метафаза, анафаза, профаза
4. профаза, метафаза, анафаза, телофаза
Лекция № 6.
Количество часов: 2
МИТОХОНДРИИ И ПЛАСТИДЫ
1.
2. Пластиды, строение, разновидности, функции
3.
Митохондрии и пластиды – двухмембранные органоиды эукариотических клеток. Митохондрии встречаются во всех клетках животных и растений. Пластиды характерны для клеток растений, осуществляющих фотосинтетические процессы. Эти органоиды имеют сходный план строения и некоторые общие свойства. Однако по основным метаболическим процессам они существенно отличаются друг от друга.
1. Митохондрии, строение, функциональное значение
Общая характеристика митохондрий. Митохондрии (греч. “митос” - нить, “хондрион” - зерно, гранула) – округлые, овальные или палочковидные двухмембранные органоиды диаметром около 0,2-1 мкм и длиной до 7-10 мкм. Эти органоиды можно обнаружить с помощью световой микроскопии, поскольку они обладают достаточной величиной и высокой плотностью. Особенности внутреннего строения их можно изучить только с помощью электронного микроскопа. Митохондрии были открыты в 1894 г. Р. Альтманом, который дал им название «биобласты». Термин "митохондрия" был введен К. Бенда в 1897 г. Митохондрии имеются практически во всех эукариотических клетках. У анаэробных организмов (кишечные амебы и др.) митохондрии отсутствуют. Число митохондрий в клетке колеблется от 1 до 100 тыс. и зависит от типа, функциональной активности и возраста клетки. Так в растительных клетках митохондрий меньше, чем в животных; а в молодых клетках больше, чем в старых. Жизненный цикл митохондрий составляет несколько дней. В клетке митохондрии обычно скапливаются вблизи участков цитоплазмы, где возникает потребность в АТФ. Например, в сердечной мышце митохондрии находятся вблизи миофибрилл, а в спермиях образуют спиральный футляр вокруг оси жгутика.
Ультрамикроскопическое строение митохондрий. Митохондрии ограничены двумя мембранами, каждая из которых имеет толщину около 7 нм. Внешнюю мембрану от внутренней отделяет межмембранное пространство шириной около 10-20 нм. Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя образует складки – кристы (лат. “криста” – гребень, вырост), увеличивающие ее поверхность. Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток, например мышечных. В кристах располагаются цепи переноса электронов и сопряженного с ним фосфорилирования АДФ (окислительное фосфорилирование). Внутреннее пространство митохондрий заполнено гомогенным веществом, называемым матриксом. Митохондриальные кристы обычно полностью не перегораживают полость митохондрии. Поэтому матрикс на всем протяжении является непрерывным. В матриксе содержатся кольцевые молекулы ДНК, митохондриальные рибосомы, встречаются отложения солей кальция и магния. На митохондриальной ДНК происходит синтез молекул РНК различных типов, рибосомы участвуют в синтезе ряда митохондриальных белков. Малые размеры ДНК митохондрий не позволяют кодировать синтез всех митохондриальных белков. Поэтому синтез большинства белков митохондрий находится под ядерным контролем и осуществляется в цитоплазме клетки. Без этих белков рост и функционирование митохондрий невозможно. Митохондриальная ДНК кодирует структурные белки, ответственные за правильную интеграцию в митохондриальных мембранах отдельных функциональных компонентов.
Размножение митохондрий. Митохондрии размножаются путем деления перетяжкой или фрагментацией крупных митохондрий на более мелкие. Образовавшиеся таким путем митохондрии могут расти и снова делиться.
Функции митохондрий. Основная функция митохондрий заключается в синтезе АТФ. Этот процесс происходит в результате окисления органических субстратов и фосфорилирования АДФ. Первый этап этого процесса происходит в цитоплазме в анаэробных условиях. Поскольку основным субстратом является глюкоза, то процесс носит название гликолиза. На данном этапе субстрат подвергается ферментативному расщеплению до пировиноградной кислоты с одновременным синтезом небольшого количества АТФ. Второй этап происходит в митохондриях и требует присутствия кислорода. На этом этапе происходит дальнейшее окисление пировиноградной кислоты с выделением СО 2 и переносом электронов на акцепторы. Эти реакции осуществляются с помощью ряда ферментов цикла трикарбоновых кислот, которые локализованы в матриксе митохондрии. Освободившиеся в процессе окисления в цикле Кребса электроны переносятся в дыхательную цепь (цепь переноса электронов). В дыхательной цепи они соединяются с молекулярным кислородом, образуя молекулы воды. В результате этого небольшими порциями выделяется энергия, которая запасается в виде АТФ. Полное окисление одной молекулы глюкозы с образованием диоксида углерода и воды обеспечивает энергией перезарядку 38 молекул АТФ (2 молекулы в цитоплазме и 36 в митохондриях).
Аналоги митохондрий у бактерий. У бактерий митохондрий нет. Вместо них у них имеются цепи переноса электронов, локализованные в мембране клетки.
2. Пластиды, строение, разновидности, функции. Проблема происхождения пластид
Пластиды (от. греч. plastides – создающие, образующие) – это двухмембранные органоиды, характерные для фотосинтезирующих эукариотных организмов. Различают три основных типа пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Совокупность пластид в клетке называют пластидомом. Пластиды связаны между собой единым происхождением в онтогенезе от пропластид меристематических клеток. Каждый их этих типов при определенных условиях может переходить один в другой. Как и митохондрии, пластиды содержат собственные молекулы ДНК. Поэтому они также способны размножаться независимо от деления клетки.
Хлоропласты (от греч. « chloros » – зеленый, « plastos » - вылепленный) – это пластиды, в которых осуществляется фотосинтез.
Общая характеристика хлоропластов. Хлоропласты представляют собой органоиды зеленого цвета длиной 5-10 мкм и шириной 2-4 мкм. У зеленых водорослей встречаются гигантские хлоропласты (хроматофоры), достигающие длины 50 мкм. У высших растений хлоропласты имеют двояковыпуклую или эллипсоидную форму. Количество хлоропластов в клетке может варьировать от одного (некоторые зеленые водоросли) до тысячи (махорка). В клетке высших растений в среднем находится 15-50 хлоропластов. Обычно хлоропласты равномерно распределены по цитоплазме клетки, но иногда они группируются около ядра или клеточной оболочки. По-видимому, это зависит от внешних воздействий (интенсивность освещения).
Ультрамикроскопическое строение хлоропластов. От цитоплазмы хлоропласты отделены двумя мембранами, каждая из которых имеет толщину около 7 нм. Между мембранами находится межмембранное пространство диаметром около 20-30 нм. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет складчатую структуру. Между складками располагаются тилакоиды , имеющие вид дисков. Тилакоиды образуют стопки наподобие столбика монет, называемые гранами. М ежду собой граны соединены другими тилакоидами (ламелы, фреты ). Число тилакоидов в одной гране варьирует от нескольких штук до 50 и более. В свою очередь в хлоропласте высших растений находится около 50 гран (40-60), расположенных в шахматном порядке. Такое расположение обеспечивает максимальную освещенность каждой граны. В центре граны находится хлорофилл, окруженный слоем белка; затем располагается слой липоидов, снова белок и хлорофилл. Хлорофилл имеет сложное химическое строение и существует в нескольких модификациях (a , b , c , d ). У высших растений и водорослей в качестве основного пигмента содержится х лорофилл а с формулой С 55 Н 72 О 5 N 4 М g . В качестве дополнительных содержатся хлорофилл b (высшие растения, зеленые водоросли), хлорофилл с (бурые и диатомовые водоросли), хлорофилл d (красные водоросли). Образование хлорофилла происходит только при наличии света и железа, играющего роль катализатора. Матрикс хлоропласта представляет собой бесцветное гомогенное вещество, заполняющее пространство между тилакоидами. В матриксе находятся ферменты "темновой фазы" фотосинтеза, ДНК, РНК, рибосомы. Кроме этого, в матриксе происходит первичное отложение крахмала в виде крахмальных зерен.
Свойства хлоропластов:
· полуавтономность (имеют собственный белоксинтезирующий аппарат, однако большая часть генетической информации находится в ядре);
· способность к самостоятельному движению (уходят от прямых солнечных лучей);
· способность к самостоятельному размножению.
Размножение хлоропластов. Хлоропласты развиваются из пропластид, которые способны реплицироваться путем деления. У высших растений также встречается деление зрелых хлоропластов, но крайне редко. При старении листьев и стеблей, созревании плодов хлоропласты утрачивают зеленую окраску, превращаясь в хромопласты.
Функции хлоропластов. Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Кроме фотосинтеза хлоропласты осуществляют синтез АТФ из АДФ (фосфорилирование), синтез липидов, крахмала, белков. В хлоропластах также синтезируются ферменты, обеспечивающие световую фазу фотосинтеза.
Хромопласты (от греч. chromatos – цвет, краска и « plastos » – вылепленный) – это окрашенные пластиды. Цвет их обусловлен наличием следующих пигментов: каротина (оранжево-желтый), ликопина (красный) и ксантофилла (желтый). Хромопластов особенно много в клетках лепестков цветков и оболочек плодов. Больше всего хромопластов в плодах и увядающих цветках и листьях. Хромопласты могут развиваться из хлоропластов, которые при этом теряют хлорофилл и накапливают каротиноиды. Это происходит при созревании многих фруктов: налившись спелым соком, они желтеют, розовеют или краснеют. Основная функция хромопластов заключается в обеспечении окраски цветов, плодов, семян.
В отличие от лейкопластов и особенно хлоропластов внутренняя мембрана хлоропластов не образует тилакоидов (или образует одиночные). Хромопласты – это конечный итог развития пластид (в хромопласты превращаются хлоропласты и пластиды).
Лейкопласты (от греч. leucos – белый, plastos – вылепленный, созданный) . Это бесцветные пластиды округлой, яйцевидной, веретенообразной формы. Находятся в подземных частях растений, семенах, эпидермисе, сердцевине стебля. Особенно богаты лейкопластами клубни картофеля. Внутренняя оболочка образует немногочисленные тилакоиды. На свету из хлоропластов образуются хлоропласты. Лейкопласты, в которых синтезируется и накапливается вторичный крахмал называют амилопластами , масла – эйлалопластами , белки – протеопластами. Основная функция лейкопластов – это аккумуляция питательных веществ.
3. Проблема происхождения митохондрий и пластид. Относительная автономия
Существует две основные теории происхождения митохондрий и пластид. Это теории прямой филиации и последовательных эндосимбиозов. Согласно теории прямой филиации митохондрии и пластиды образовались путем компартизации самой клетки. Фотосинтезирующие эукариоты произошли от фотосинтезирующих прокариот. У образовавшихся автотрофных эукариотических клеток путем внутриклеточной дифференцировки образовались митохондрии. В результате утраты пластид от автотрофов произошли животные и грибы.
Наиболее обоснованной является теория последовательных эндосимбиозов. Согласно этой теории возникновение эукариотической клетки прошло через несколько этапов симбиоза с другими клетками. На первой стадии клетки типа анаэробных гетеротрофных бактерий включили в себя свободноживущие аэробные бактерии, превратившиеся в митохондрии. Параллельно этому в клетке-хозяине прокариотической генофор формируется в обособленное от цитоплазмы ядро. Таким путем возникла первая эукариотическая клетка, которая была гетеротрофной. Возникшие эукариотические клетки путем повторных симбиозов включили в себя синезеленые водоросли, что привело к появлению в них структур типа хлоропластов. Таким образом, митохондрии уже были у гетеротрофных эукариотических клеток, когда последние в результате симбиоза приобрели пластиды. В дальнейшем в результате естественного отбора митохондрии и хлоропласты утратили часть генетического материала и превратились в структуры с ограниченной автономией.
Доказательства эндосимбиотической теории:
1. Сходство структуры и энергетических процессов у бактерий и митохондрий, с одной стороны, и у синезеленых водорослей и хлоропластов, с другой стороны.
2. Митохондрии и пластиды имеют собственную специфическую систему синтеза белков (ДНК, РНК, рибосомы). Специфичность этой системы заключается в автономности и резком отличии от таковой в клетке.
3. ДНК митохондрий и пластид представляет собой небольшую циклическую или линейную молекулу, которая отличается от ДНК ядра и по своим характеристикам приближается к ДНК прокариотических клеток. Синтез ДНК митохондрий и пластид не зависит от синтеза ядерной ДНК.
4. В митохондриях и хлоропластах имеются и-РНК, т-РНК, р-РНК. Рибосомы и р-РНК этих органоидов резко отличаются от таковых в цитоплазме. В частности рибосомы митохондрий и хлоропластов, в отличие от цитоплазматических рибосом, чувствительны к антибиотику хлорамфениколу, подавляющему синтез белка у прокариотических клеток.
5. Увеличение числа митохондрий происходит путем роста и деления исходных митохондрий. Увеличение числа хлоропластов происходит через изменения пропластид, которые, в свою очередь, размножаются путем деления.
Эта теория хорошо объясняет сохранение у митохондрий и пластид остатков систем репликации и позволяет построить последовательную филогению от прокариот к эукариотам.
Относительная автономия хлоропластов и пластид. В некоторых отношениях митохондрии и хлоропласты ведут себя как автономные организмы. Например, эти структуры образуются только из исходных митохондрий и хлоропластов. Это было продемонстрировано в опытах на растительных клетках, у которых образование хлоропластов подавляли антибиотиком стрептомицином, и на клетках дрожжей, где образование митохондрий подавляли другими препаратами. После таких воздействий клетки уже никогда не восстанавливали отсутствующие органеллы. Причина в том, что митохондрии и хлоропласты содержат определенное количество собственного генетического материала (ДНК), который кодирует часть их структуры. Если эта ДНК утрачивается, что и происходит при подавлении образования органелл, то структура не может быть воссоздана. Оба типа органелл имеют свою собственную белок-синтезирующую систему (рибосомы и транспортные РНК), которая несколько отличается от основной белок-синтезирующей системы клетки; известно, например, что белок-синтезирующая система органелл может быть подавлена с помощью антибиотиков, тогда как на основную систему они не действуют. ДНК органелл ответственна за основную часть внехромосомной, или цитоплазматической, наследственности. Внехромосомная наследственность не подчиняется менделевским законам, так как при делении клетки ДНК органелл передается дочерним клеткам иным путем, нежели хромосомы. Изучение мутаций, которые происходят в ДНК органелл и ДНК хромосом, показало, что ДНК органелл отвечает лишь за малую часть структуры органелл; большинство их белков закодированы в генах, расположенных в хромосомах. Относительная автономия митохондрий и пластид рассматривается как одно из доказательств их симбиотического происхождения.