Основы цитологии

Реснички и жгутики - органоиды движения, характерные для одноклеточных организмов и некоторых эукариотических клеток (реснитчатый эпителий). Это выросты цитоплазмы, окруженные плазмалеммой. Внутренний скелет представлен цилиндром, состоящим из девяти пар дуплетов с двумя микротрубочками в центре (9*2+2). Цилиндры являются производными базального тельца.

26. Органоиды смешанного происхождения

Реснички и жгутики - органоиды движения, характерные для одноклеточных организмов и некоторых эукариотических клеток (реснитчатый эпителий). Это выросты цитоплазмы, окруженные плазмалеммой. Внутренний скелет представлен цилиндром, состоящим из девяти пар дуплетов с двумя микротрубочками в центре (9*2+2). Цилиндры являются производными базального тельца.

27. Жизненный цикл клетки

Жизненный цикл - промежуток времени между образованием клетки и ее смертью или делением. Клеточный цикл включает в себя подготовку к делению, митотический цикл, дифференциацию и выполнение своих функций.

Интерфаза

Интерфаза - часть клеточного цикла между двумя последовательными делениями, в ходе чего идет восстановление клетки и ее подготовка у следующему делению. Занимает доо 90% клеточного цикла. Характеризуется интенсивным ростом, синтезом и обменом веществ. Часть клеток в течение жизни организма не делятся, как клетки ГМ или сердечной мышцы.

Наследственный материал представлен аморфным хроматином, хромосомы декнденсированы.

n - количество хромосом

c - количество хроматид (цепи ДНК)

Пресинтетический постимитотический период G1	Синтетический Период S	Постсинтетический предмитотический период G2
- интенсивный рост, - синтез белка и РНК - увеличение количества органоидов	Репликация ДНК - удвоение хромосом, в результате чего каждая молекула ДНК состоит из 2х сестринских хроматид	- биосинтез веществ - синтез белка, РНК, АТФ - увеличение количества органоидов
2n2c	2n4c	2n4c

Апоптоз - генетически запрограммированная смерть клетки

Некроз - случайная смерть клетки.

Митотический цикл

Митоз - непрямое деление соматической клетки с сохранением плоидности: количество наследственного материала точно распределяется между образующимися сестринскими дочерними клетками и полностью идентично материнской. Необходимо для получения большого количества идентичных клеток, что используется при росте, развитии, заживлении ран, бесполом размножении.

В ходе митотического цикла меняется структура наследственного материала. Во время интерфазы, наследственный материал представлен аморфным хроматином. Хромосомы деконденсированы. В начале митоза хроматин конденсируется: нити ДНК наматываются на белки гистоны и образуются тельца хромосом, хорошо заметные в световой микроскоп.

Каждая хромосома в клетке может состоять из 1^ой или 2^х молекул ДНК - хроматид. Гаплоидный набор - n, диплоидный - 2n, т.к. каждая хромосома имеет гомологичную пару, одинаковую по форме и размеру. Превращение однохроматидной хромосомы в двухроматидную происходит в интерфазе в синтетический период в ходе редупликаци ДНК.

Фазы митоза

1) Профаза - 2n4с

Самая длительная фаза митоза продолжительностью 1-2 часа. Хроматин конденсируется, формируя Х-образные хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид, соединенных центромерой. Они спирализуются, уплотняются, укорачиваются и становятся видны в световой микроскоп. Ядерная оболочка распадается, ядрышко исчезает, образуется веретено деления.

2) Метафаза - 2n4с

Хромосомы собираются в экваториальной плоскости и центромерой соединяются с нитями веретена деления. Образуется метафазную пластинку. Наиболее уплотены. Длится 5-12 минут.

3) Анафаза - 2*(2n2c)



Центромеры разделяются, каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. Нити веретена деления укорачиваются и тянут хромосомы к полюсам клетки. Начинается деспирализация хромосом.

4) Телофаза - 2n2с

Веретено деления исчезает. Хромосомы деспирализуются: набухают, их контур становятся нечетким. Вокруг каждой из 2^х групп идентичных хромосом формируется ядерная оболочка. Появляются ядрышки. Длится 10-30 минут.

Кариокинез - деление ядра.

Цитокинез - процесс деления цитоплазмы, после которого клетки растут, достигая размеров материнской. Затем они могут снова готовиться к делению или специализироваться.

- в растительной клетке цитоплазматическая мембрана возникает в середине клетки и движется центробежно к периферии. Появляется целлюлозная клеточная оболочка.

- в животной клетке цитоплазматическая мембрана возникает на периферии и движется центростремительно в центр.

28. Прямое деление прокариотической клетки

Бактериальные клетки содержат одну молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране. Перед делением клетки, в ходе репликации ДНК образуются 2 идентичные молекулы, каждая из которых также прикрепляется к клеточной мембране. При делении клетки мембрана врастает между молекулами ДНК так, что в конечном итоге каждой дочерней клетке оказывается по 1^ой молекуле. Это процесс прямого бинарного деления.

Прямое деление эукариотической клетки

Амитоз - деление ядра путем перетяжки: без веретена деления и спирализации хромосом, поэтому они не различимы в световой микроскоп. Является самым экономичным способом деления, т.к. энергетические затраты минимальны. Такое деление характерно для

- одноклеточных организмов: простейшие, грибы

- патологических процессов: злокачественный рост опухолей, воспаление

- у животных и человека: клетки печени, хрящи, роговица глаза.

Мейоз

Мейоз - способ деления клеток, в ходе которого происходит редукция, т.е. уменьшение плоидности в 2 раза (переход из диплоидного состояния в гаплоидное). Это механизм, препятствующий непрерывному увеличению числа хромосом при слиянии гамет. Благодаря мейозу поддерживается постоянное число хромосом во всех поколениях каждого вида животных, растений и грибов.

Биологический смысл-формирование половых клеток (гамет) с гаплоидным числом хромосом.

Мейоз необходим для разнообразия генетического состава гамет, он обеспечивает 2 из 3^х механизмов комбинативной изменчивости (3й-оплодотворение). Благодаря ним получается разнообразное потомство при половом размножении организмов.

- кроссинговер в профазе1, в результате которого появляются новые комбинации генов

- независимое расхождение хромосом в анафазе1, которое обеспечивает различное сочетание отцовских и материнских гамет.

Фазы мейоза

1) Интерфаза с редупликацией молекул ДНК.

2) Первое редукционное деление с уменьшением плоидности

3) Интеркинез: интерфаза без синтетического периода, т.е. без репликации ДНК

4) Второе эквационное деление с уравниванием количества хромосом и ДНК

1) Редукционное деление

Профаза1 - 2n4с

Хроматин спирализуется, образуются хромосомы. Происходит коньюгация - сближение гомологичных хромосом, которые попарно соединяются, образуя биваленты/тетрады. Далее идет кроссинговер - обмен участками коньюгирующих гомологичных хромосом между несестринскими хроматидами, что ведет к генетической рекомбинации. Ядерная мембрана распадается, центриоли расходятся к полюсам, формируется веретено деления.

Метафаза1 - 2n4c

Образование метафазной пластинки из бивалентов, которые выстраиваются над и под плоскостью экватора.

Анафаза1 - 2*(n2c)

Гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам клетки. Происходит уменьшение числа хромосом - редукция.

Телофаза1 - n2c

Хромосомы состоят из 2^х хроматид. Образуется ядерная оболочка, ядро, идет цитокинез. Образуются две дочерние гаплоидные клетки.



2) Эквационное деление

Профаза2 - n2с

Хроматин конденсируется, формируя хромосомы. Ядерная оболочка распадается, ядрышко исчезает, образуется веретено деления.

Метафаза2 - n2с

Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора, центромерой соединяясь с нитями веретена деления. Метафазная пластинка перпендикулярна мейозу1.

Анафаза2 - 2*(nc)

Центромеры разделяются, нити веретена деления тянут сестринские хроматиды к разным полюсам клетки. Хромосома состоит из 1 хроматиды. Начинается деспирализация хромосом.

Телофаза2 - nс

Веретено деления исчезает. Хромосомы деспирализуются: набухают, их контур становятся нечетким. Вокруг каждой из 2^х групп идентичных хромосом формируется ядерная оболочка. Появляются ядрышки.

Митоз	Мейоз
Одно деление: эквационное	Два деления: редукционное и эквационное
В метафазе по экватору выстраиваются двухроматидные хромосомы	В метафазе1 по экватору выстраиваются пары гомологичных хромомсом: биваленты/тетрады
--------	Коньюгация и кроссиновер в профазе1
--------	Рекомбинация наследственного материала
Между делениями идет репликация ДНК во время синтетического периода интерфазы	Между 1м и 2м делениями репликация ДНК не происходит, т.к. в интеркинезе отсутствует синтетический период
Образуется две диплоидые клетки, идентичные друг другу и материнской	Образуется четыре гаплоидные клетки



29. Гаметогенез

Мейоз лежит в основе процессов спорогенеза - образование спор у растений и грибов, и гаметогенеза - образование половых клеток, который состоит из сперматогенеза и овогенеза.

Сперматогенез	Овогенез
процесс образования сперматозоидов	процесс образования яйцеклеток
Из исходной клетки сперматогония образуется 4 сперматозоида.	Из исходной клетки овогония образуется 1 яйцеклетка, а оставшиеся 3 клетки превращаются в направительные или редукционные тельца.
Начинается при половом созревании и длится до конца жизни.	Длится в течение эмбрионального периода, и от начала полового созревания, до менопаузы.
Сперматозоиды образуются в МПЖ семенниках.	Яйцеклетки формируются в женских половых железах - яичниках.
Мелкие, подвижные	Крупные, неподвижные
Тестостерон	Прогестерон

Фазы гаметогенеза:

1) РАЗМНОЖЕНИЕ - митоз

* Сперматогенез: из клеток сперматогенной ткани гоноцитов образуются диплоидные первичные половые клетки сперматогонии (2n2с).

* Овогенез: из клеток овогенной ткани яичников гоноцитов образуются первичные половые диплоидные клетки овогонии (2n2с).

2) РОСТ - интерфаза мейоза I

* Сперматогенез: из каждого сперматогония развивается сперматоцит 1^ого порядка (2n4с). Репликация ДНК.

* Овогенез: репликация ДНК, из каждого овогония развивается овоцит 1^ого порядка (2n4с). Запас питательных веществ (желток, жир).

3) СОЗРЕВАНИЕ - деление мейоза

* Сперматогенез: после первого деления образуются два сперматоцита 2^ого порядка (n2c). После второго - четыре гаплоидных сперматиды (nc).

* Овогенез:после первого деления - 1 редукционное тельце и один овоцит 2^ого порядка(n2c)

После второго деления - 3 редукционных тельца и одна крупная овотида, из которой впоследствии сформируется яйцеклетка и еще одно редукционное тельце. Если оплодотворения не происходит, то овотида погибает и выводится из организма.

4) ФОРМИРОВАНИЕ

* Сперматогенез: сперматиды превращаются в сперматозоиды (nc), приобретают свойственные им признаки и подвижность.

* Овогенез: практически отсутствует

Сперматозоиды состоят из

- головка: ядро и акросома, которая выделяет фермент, растворяющий оболочку яйцеклетки

- шейка: митохондрии и комплекс Гольджи

- хвост из микротрубочек.

30. Реакции матричного синтеза: репликация, транскрипция, трансляция

Репликация

Процесс редупликации ДНК идет в ядре под действием ферментов и специальных белковых комплексов. Принципы удвоения ДНК:

* Антипараллельность: дочерняя цепь синтезируется в направлении от 5' к 3' концу.

* Комплиментарность: строение дочерней нити ДНК определяется последовательностью нуклеотидов материнской нити, подбираются по принципу комплиментарности.

* Полунепрерывность: одна из двух цепей ДНК - лидирующая, синтезируется непрерывно, а другая - запаздывающая, прерывисто с образованием коротких фрагментов Оказаки. Это происходит из-за свойства антипараллельности.

* Полуконсервативность: молекулы ДНК, полученные в ходе редупликации, содержат одну консервативную материнскую нить и одну синтезированную дочернюю.

1) Инициация

Начинается с репликативной точки, к которой присоединяются белки, инициирующие репликацию. Под действием ферментов ДНК-топоизомеразы и ДНК-геликазы цепь раскручивается, и разрываются водородные связи. Далее идет фрагментарное разъединение двойной цепи ДНК с образованием репликационной вилки. Ферменты предотвращают повторное соединение цепей ДНК.

2) Элонгация

Синтез дочерней цепи ДНК идет за счет фермента ДНК-полимеразы, который движется в направлении 5' 3', подбирая нуклеотиды по принципу комплиментарности. Лидирующая цепь синтезируется непрерывно, а запаздывающая - прерывисто. Фермент ДНК-лигаза соединяет между собой фрагменты Оказаки. Специальные корректирующие белки распознают ошибки и устраняют неправильные нуклеотиды.

3) Терминация

Окончание репликации происходит, если встречаются две репликационные вилки. Белковые компоненты снимаются, молекулы ДНК спирализуются.

Свойства генетического кода

* Триплетен - каждую аминокислоту кодирует код из 3 нуклеотидов.

* Однозначен - каждый триплет кодирует лишь определенную кислоту.

* Вырожден - каждая аминокислота кодируется несколькими триплетами (2-6). Лишь две из них кодируются одним триплетом: триптофан и метионин.

* Неперекрываем - каждый кодон является самостоятельной единицей, а генетическая инф считывается только одним способом в одном направлении

* Универсален - един для всех организмов. Одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у разных организмов.

Генетический код

Реализация наследственной информации идет по схеме ген-белок-признак.

Ген - участок молекулы ДНК, который несет информацию о первичной структуре одной молекулы белка и отвечает за ее синтез.

Генетический код - принцип кодирования наследственной инф в клетке. Представляет собой последовательность триплетов нуклеотидов в НК, которая задает определенный порядок аминокислот в белках. Инфа, заключенная в линейной последовательности нуклеотидов, используется для создания другой последовательности.

Из 4 нуклеотидов можно составить 64 триплета, 61 из которых кодируют аминокислоты. Стоп-кодоны - триплеты УАА, УАГ, УГА прекращают синтез полипептидной цепи.

Старт-кодон - триплет АУГ определяет начало синтеза полипептидной цепи.

Биосинтез белка

Один из основных процессов пластического обмена веществ. Часть реакций протекает в ядре, другая - в цитоплазме. Необходимые компоненты: АТФ, ДНК, и-РНК, т-РНК, р-РНК, Mg²⁺, аминокислоты, ферменты. Состоит из 3^х процессов:

- транскрипция: синтез иРНК

- процессинг: превращение иРНК в мРНК

- трансляция: синтез белка

ДНК содержит информацию о структуре белка в виде последовательности аминокислот, но поскольку гены не покидают ядра, то непосредственного участия в биосинтезе белковой молекулы не принимают. И-РНК синтезируется в ядре клетки по ДНК и переносит инф от ДНК к месту синтеза белка (рибосомам). Затем, с помощью т-РНК из цитоплазмы выбираются комплиментарные и-РНК аминокслоты. Таким образом синтезируются полипептидые цепи.

Транскрипция

1) Инициация

Синтез молекул иРНК по ДНК может протекать в ядре, митохондриях и пластидах. Под действием ферментов ДНК-геликазы и ДНК-топоизомеразы участок молекулы ДНК раскручивается, разрываются водородные связи. Считывание информации идет только с одной нити ДНК, которая называется кодирующей\кодогенной. Фермент РНК-полимераза соединяется с промотером - зоной ДНК, которая содержит старт-сигнал ТАТА.

2) Элонгация

Процесс выстраивания нуклеотидов по принципу комплиментарности. РНК-полимераза продвигается по кодирующей цепи и соединяет между собой нуклеотиды, образуя полинуклеотидную цепь. Процесс продолжается до стоп-кодона.

3) Терминация

Окончание синтеза: фермент и синтезированная молекула РНК отделяеются от ДНК, двойная спираль ДНК восстанавливается.

Процессинг

Превращение молекулы иРНК в мРНК в ходе сплайсинга в ядре под действием ферментов. Идет удаление интронов -участков, не несущих инф об аминокислотной последовательности и сшивание экзонов - участков, кодирующих последовательность аминокислот. Далее идет присоединение стоп-кодона АУГ, кэпирование для 5' конца и полиаденилирование для защиты 3' конца. Образуется зрелая м-РНК, она короче и идет к рибосомам.

Трансляция

Процесс перевода нуклеотидной последовательности триплетов м-РНК в аминокислотную последовательность полипептидной цепи. Идет в цитоплазме на рибосомах.

1) Инициация

Синтезированная мРНК через ядерные поры идет в цитоплазму, где с помощью ферментов и энергии АТФ соединяется с малой субъединицей рибосом. Затем инициаторная тРНК с аминокислотой метианин соединяется с пептидильным центром. Далее в присутствии Mg²⁺ идет присоединение большой субъединицы.

2) Элонгация

Удлинение белковой цепи. Аминокислоты с помощью собственной тРНК доставляются к рибосомам. По форме молекулы т-РНК напоминают трилистник, на среднем из которых имеется антикодон, комплиментарный нуклеотидам кодона м-РНК. К противоположному основанию молекулы тРНК присоединяется соответствующая аминокислота.

Первая т-РНК закрепляется в пептидильном центре, а вторая - в аминоациальном. Затем аминокислоты сближаются и между ними образуется пептидная связь, возникает дипептид, первая т-РНК уходит в цитоплазму. После этого, рибосома делает 1 трехнуклеотидный шаг по м-РНК. В результате чего, вторая т-РНК оказывается в пептидильном центре, освобождая аминоацильный. Процесс присоединения аминокислокты идет с затратой энергии АТФ и требует наличия фермента аминоацил-т-РНК-синтетаза.

3) Терминация

Когда в аминоациальный центр попадает стоп-кодон, синтез завершается, и к последней аминокислоте присоединяется вода. Рибосома снимается с м-РНК и распадается на 2 субъединицы, т-РНК возвращается в цитоплазму.

31. Метаболизм клетки - обмен веществ и энергии

Совокупность химических реакций, которые протекают в живых организмах и обеспечивают их рост, жизнедеятельность, воспроизведение и взаимодействие с окружающей средой. Метаболизм - основное свойство живого, проявляющееся на разных уровнях организации. На клеточном уровне метаболизм складывается из двух противоположных одновременно протекающих процессов ассимиляции и диссимиляции.

1) Ассимиляция, анаболизм, пластический обмен - совокупность реакций биосинтеза с затратами энергии, источником которой служат вещества, синтезированные ранее в ходе энергетического обмена. Эндотермический процесс превращения поступающих в клетку простых веществ в специфические, характерные для данной клетки в-ва. В развивающихся организмах рост и накопление веществ обеспечиваются преобладающими процессами А. (Фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка, биосинтез углеводов).

2) Диссимиляция, катаболизм, энергетический обмен - совокупность реакций расщепления веществ при участии ферментов, синтезированных ранее в ходе пластического обмена. Экзотермический процесс распада или окисления высокомолекулярных веществ до простых с выделением энергии. Заключительные стадии реакций диссимиляции являются исходными для реакций ассимиляции. При старении, интенсивной физической работе или недостатке питательных веществ преобладают процессы Д.

Способ поступления питательных веществ

- голозойные захватывают пищевые частицы

- голофитные всасывают растворенные вещества

Тип питания

1) Автотрофы - организмы, способные синтезировать органику из неорганики с затратами энергии. Основные процессы относятся к А.

- фототрофы, фотосинтетики синтезируют органические соединения за счет энергии света.

Фотосинтезирующие бактерии, цианобактерии и зеленые растения.

- хемотрофы или хемосинтетики синтезируют органику за счет энергии химических реакций окисления неограники: железо- (Fe), серо- (H₂S), азотфиксирующие (NH₃) бактерии.

2) Гетеротрофы - организмы, использующие готовую органику, для синтеза собственной. Используют энергию химических связей приходящей с пищей органики. Основные процессы относятся к Д. Большинство прокариот, грибы, животные, незеленые растения.

- сапротрофы\сапрофиты питаются органикой мертвых тел

- паразиты питаются органикой живых организмов

3) Миксотрофы совмещают автотрофное и гетеротрофное питание, как эвглена зеленая, насекомоядные растения.

Энергетический обмен

Совокупность реакций ферментативного расщепления органических веществ до СО₂ и Н₂О с выделением тепла. Энергия запасается в макроэнергетических связях АТФ.

1) Подготовительный этап

Идет в пищеварительном тракте или пищеварительных вакуолях, энергия рассеивается.

Биополимеры под действием ферментов расщепляются до мономеров:

- белки до аминокислот

- углеводы до мономеров

- липиды до глицерина и жирных кислот

- нуклеиновые кислоты до нуклеотидов

2) Анаэробный этап - гликолиз

Идет в цитоплазме, высвобождается 200кДж энергии, из которых 60% (120кДж) рассеивается в виде тепла, а остальные 40% (80кДж) запасаются и идут на синтез АТФ. Это многоступенчатый бескислородный ферментативный процесс расщепления 1^ой молекулы глюкозы до 2^х молекул ПВК (пировоградной кислоты).

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ + 2НАД+ ------> 2С₃Н₄О₃ + 2АТФ + 2НАДН₂

- спиртовое брожение дрожжей в присутствии кислорода

С₃Н₄О₃ --------> СО₂ + СН₃СОН уксусный альдегид

СН₃СОН + НАД Н₂ -------> С₂Н₅ОН + НАД⁺ этиловый спирт

Суммарно:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ ---------> 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 2АТФ



- молочнокислое брожение в клетках животных и бактерий при недостатке кислорода

С₃Н₄О₃ + НАД Н₂ ---------> C₃H₆O₃ + НАД⁺

Суммарно:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ + 2НАД⁺ ---------> 2C₃H₆O₃ + 2АТФ + 2НАДН

- маслянокислое брожение у маслянокислых бактерий

С₆Н₁₂О₆ -----------> С₃Н₇СООН + 2Н₂ + 2СО₂

3) Аэробный этап - кислородный гидролиз или биоокисление

Идет в митохондриях, где ПВК под действием ферментов расщепляется до СО2 и Н2О с выделением 36 молекул АТФ.

Цикл Кребса (трикарбоновых кислот) в матриксе митохондрий, образуется 2 молекулы АТФ

Окислительное фосфорилирование на мембранах митохондрий под действием ферментов дыхательной цепи. В межмембранном пространстве накапливается + заряд, т.к. акцепторы (НАД и ФАД) передают атомы водорода по цепи мембранных белков, а электроны остаются с внутренней стороны, где накапливается - заряд. По достижении значения трансмембранного потенциала в 200мВ, открывается протонный канал АТФ-синтетазы, сквозь который проходят протоны. За счет энергии их движения образуется 34 молекулы АТФ.

Хемосинтез

Процесс синтеза органики за счет энергии окисления неорганики. Открыт Виноградским в 1887г. К группе хемотрофов относятся в основном бактерии: поскольку в прокариотичесих клетках отсутствуют мембранные органоиды, процесс идет на мезосомах - впячиваниях плазматической мембраны. Донором электронов вместо воды выступают другие неорганические соединения.

1) Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак, образующийся при гниении органики, до нитритов, а затем до нитратов.

2) Серобактерии обитают в водоемах с высоким содержанием сероводорода, который они окисляют до серы, а затем до серной кислоты.

3) Железобактерии распространены в водоемах, окисляют соли двухвалентного железа в соли трехвалентного.

4) Водородные бактерии окисляют молекулярный водород, образующийся при анаэробном разложении органики, до воды.

Бактериальный фотосинтез

Фотосинтезы бактерий и растений схожи, но у бактерий донором водорода является H₂S, а не вода, поэтому выделения кислорода не происходит. Кроме того, нет фотосистемы2.

Суммарное уравнение:

6CO₂ + 12H₂S -----> C₆H₁₂O₆ + 12S + 6H₂O

Фотосинтез: пигменты

В основе Ф лежит окислительно-восстановительный процесс, связанный с переносом е от соединений-доноров (Н2О, Н₂S) к соединениям-акцепторам (СО₂) с выделением газа (О₂, S) и образованием восстановленных соединений (углеводы).

Совокупность процессов синтеза органики из неорганики за счет преобразования световой энергии в энергию химических связей. Основным фотосинтезирующим пигментом является хлорофилл. По структуре он похож на ген гемоглобина, но вместо Fe содержит Мg, который обеспечивает протекание световой фазы фотосинтеза. Виды хлорофилла отличаются друг от друга по химическому строению.

хлорофилл А (синий, оранжевый)	все фототрофы
хлорофилл В (синий)	зеленые растения, зеленые и красные водоросли
хлорофилл С	бурые и диатомовые водоросли
хлорофилл D (красный)	красные и сине-зеленые водоросли
бактериохлорофилл	пурпурные и зеленые фотосинтезирующие бактерии

Световая стадия фотосинтеза

Этап 1: превращение и преобразование энергии.

1) Световая стадия протекает на мембранах тилакоидов, богатых молекулами пигментов. Попадание квантов света на молекулу хлорофиллаА приводит электроны в возбужденное состояние, они сходят со своих орбит и передаются по электротранспортной цепи хлоропласта, связывающей две фотосистемы.

Фотосистемы I и II это белковые комплексы на мембранах тилакоидов. Они включают в себя разные пигменты и белки-акцепторы электронов, которые образуют ЭТЦ хлоропластов. Помимо хлорофилла, существуют пигменты каротиноиды, которые защищают хлорофилл от разрушения интенсивным светом и поглощают свет в недоступных ему областях спектра.

Фотосистемы различаются строением реакционных центров (Р680 и Р700). Две Ф есть у цианобактерий и зеленых растений.

Р680 - хлорофилл ФII поглощает кванты света, электроны возбуждаются и по ЭТЦ летят к ФI. Энергия расходуется на синтез АТФ. Восполняет нехватку электронов за счет фотолиза воды.

Р700 - хлорофилл ФI поглощает кванты света, электроны возбуждаются и движутся по ЭТЦ. Энергия расходуется на соединение Н⁺ и НАДФ⁺.

2) В полости тилакоида под действием света идет фотолиз воды. В процессе образуются

- электроны идут в реакционный центр ФII,

- протоны водорода накапливаются в тилакоидном пространстве.

Снаружи находятся НАДФ⁺ и электроны ФI, которые скапливаются около мембраны из-за окисленного Mg, который хочет восстановиться. Создается разница потенциалов, и когда она достигает отметки в 200миливольт, открывается протонный канал.

2H₂O ----- фотолиз ------> 4Н⁺ + 4е^- + О₂|

3) Мембрана для них непроницаема, поэтому они идут через особые протонные каналы, которые проходят сквозь фермент АТФазу, катализирующий синтез молекул АТФ. Когда возбужденные электроны доходят до протонного канала, он открывается, и в него устремляются протоны водорода. На выходе создается высокий уровень энергии, который идет на синтез АТФ в процессе фотофосфорилирования. Образовавшиеся молекулы АТФ идут в строму.

АДФ + Н₃РО₄ + 40кДж --------> АТФ + Н₂О

4) НАДФ⁺ принимает электроны ФI и за счет их энергии соединяется с протонами водорода.

НикотинамидАденинДинуклеотидФосфат.

НАДФ + 2е^- + 2Н⁺ --------> НАДФ 2Н

2Н₂О + 2НАДФ + 3АДФ + 3Н₃РО₄ ----------> 2НАДФ 2Н + 3АТФ

Темновая фаза фотосинтеза

Этап 2: превращение веществ.

Темновая стадия идет на свету и в темноте в строме, богатой ферментами. Заключается в восстановлении СО₂ до глюкозы за счет атомарного водорода энергии АТФ, образовавшихся во время световой стадии. Процесс связывания углевода называется Циклом Кальвина и является сложной циклической цепью превращений. В строме присутствует пятиуглеродный сахар рибоза, связанный с двумя остатками фосфорной кислоты - рибулозодифосфат.

1) Рибулозодифосфат соединяется с неорганическим углеродом углекислого газа под действием фермента карбоксилазы.

2) Образующееся шестиуглеродное соединение неустойчиво и распадается до двух триоз.

3) Они реагируют с фосфатом молекулы АТФ с образованием триозофосфата. Они могут

- синтез глюкозы из двух триоз

- синтез рибулозодифосфата в ходе циклических реакций

- синтез аминокислот, высших жирных кислот и т.д.

6СО₂ + 6Н₂О --------> С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

6СО₂ + 12НАДФ 2Н + 18АТФ ---------> С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О + 12НАДФ + 12АДФ + 18Н₃РО₄

Факторы, влияющие на скорость фотосинтеза

1) Свет - скорость фотосинтеза прямо пропорциональна интенсивности света, но при сильном освещении молекулы хлорофилла разрушаются.

2) Углекислый газ, концентрация которого в атмосфере 0,03%. Скорость фотосинтеза увеличивается до 0,1%.

3) Вода - при уменьшении воды, устьица закрываются и прекращается диффузия СО₂

4) Температура - оптимальная +25, снижение ведет к замедлению фотосинтеза.

Значение фотосинтеза

- единственный процесс, в результате которого из неорганических веществ за счет энергии света синтезируются органические вещества, необходимые для построения и питания всех живых организмов на Земле

- обеспечивает приток энергии из космоса на планету и ее дальнейшее использование для процессов жизнедеятельности различных организмов

- за миллионы лет в земле образовались залежи полезных ископаемых

- появился озоновый экран, защищающий все живое от ультрафиолетовых лучей

- основной источник атмосферного кислорода

32. Бесполое размножение

Осуществляется при участии одной родительской особи и происходит без образования гамет. Организм образуется из соматических клеток родителя путем митоза. Потомство является генетически идентичным родителю. Распространено среди прокариот, грибов, растений и некоторых животных (простейшие).

Бесполое размножение одноклеточных животных

1) Деление надвое - наиболее древняя форма деления. Ядро делится митозом, цитоплазма делится путем перетяжки, поровну распределяются органоиды. Организмы растут, и достигнув размеров материнского, приступают к новому делению. Амебы, жгутиковые, инфузории.

2) Шизогония - множественное деление, идет многократное деление ядра, а затем деление цитоплазмы, которая обособляется вокруг ядер. В результате из одной материнской клетки образуются много дочерних. Малярийный плазмодий.

3) Почкование - на материнской клетке образуется небольшой бугорок с ядром. Такая почка растет и достигнув размеров материнской клетки отделяется от нее. Сосущие инфузории.

Бесполое размножение многоклеточных животных

Новый организм образуется из группы клеток, которая отделяется от материнского организма. Встречаются только у примитивных одноклеточных: некоторые черви и кишечнополостные.

1) Почкование - новые организмы образуются из почек - выростов на материнском организме, куда входят клетки экто- и энтодермы. Они растут, а затем отделяются от материнской особи. Характерно для губок и гидры.

2) Фрагментация - новые организмы образуются из фрагментов, на которые распадается материнская особь. Характерна для ресничных и кольчатых червей: они делятся перетяжками на несколько частей, в каждой из которых восстанавливаются недостающие органы.

3) Полиэмбриония - новые особи образуются из частей, на которые распадается эмбрион. Броненосец, однояйцевые близнецы.

4) Клонирование - искусственный метод размножения, в основе которого лежит митоз.

Бесполое размножение растений

1) Вегетативное размножение - новый организм развивается из части, которая отделилась от материнского организма. Характерно для многоклеточных растений, которые используют отдельные части вегетативных органов:

- корневище разрастается, от него отходят стебли, старые корневища отмирают, и таким образом новое растение теряет связь с материнским. (осот и пырей)

- видоизмененные части стебля: клубни картофеля, луковицы чеснока, усы земляники.

В с/х практике человек широко использует вегетативное размножение: картофель размножают исключительно вегетативным путем, многие плодовые и декоративные растения размножают отрезками ветвей, посаженными в землю - черенками. В садоводстве применяют метод прививок, когда на растение дичек прививается культурное растение.

Спорообразование растений

Спорообразование связано с возникновением спор, развилось из вегетативного размножения. Встречается у водорослей, грибов, мхов, плаунов, хвощей и папоротникообразных. Споры, как и неспециализированные клетки, способны дать начало новому организму. У водорослей обладают жгутиками и способны двигаться - зооспоры.

Споры наземных растений содержат ядро и цитоплазму, образуются в спорангиях. Плотная оболочка защищает от неблагоприятных условий, а за счет мелких размеров легко разносятся ветром. У многих растений, начиная с мхов, размножение спорами чередуется с половым:

- спорофит - дает споры и развивается из зиготы: бесполое диплоидное поколение.

- гаметофит - дает гаметы, развивается из спор: половое гаплоидное поколение.

У высших растений в жизненном цикле имеется закономерная смена полового и бесполого поколения: у мхов преобладает гаметофит, а у всех остальных высших растений - спорофит с тенденцией постепенной редукции гаметофита.

Некоторые бактерии так же способны образовывать споры: вся клетка покрывается плотной оболочкой, замедляются процессы жизнедеятельности. Споры бактерий служат только для переживания неблагоприятных условий.

33. Половое размножение

Идет при участии двух родительских особей и характеризуется наличием полового процесса. Новый организм образуется в результате слияния гамет - специализированных гаплоидных половых клеток, образовавшихся в ходе мейоза. Половое размножение длится дольше и требует больше особей, но обеспечивает генетически разнообразное потомство, что делает организм более приспособленным к условиям среды обитания.

Половое размножение у одноклеточных и многоклеточных различается: у одноклеточных половой процесс может не сопровождаться увеличением количества особей.

Половой процесс одноклеточных животных

1) Коньюгация - процесс соединения двух особей, при котором идет обмен наследственной информацией без увеличения числа особей. Характерен для инфузорий. Они имеют 2 ядра: вегетативное макронуклеус и генеративное микронуклеус. В ходе конъюгации 2 инфузории сближаются, между ними образуются цитоплазматические мостики и происходит обмен ядрами, после чего инфузории расходятся. В результате возникают новые комбинации генов, повышающие жизнеспособность особей.

2) Копуляция -копулирующие особи сливаются друг с другом, выполняя функции гамет. Бывает

- изогамная: подвижные особи и одинакового размера

- гетерогамная: подвижные особи разного размера

- оогамная: мужская особь мелкая и подвижная, а женская - большая и неподвижная.

Половое размножение многоклеточных организмов

Мужские половые клетки сперматозоиды развиваются в семенниках, ими обладают самцы.

Женские половые клетки яйцеклетки развиваются в яичниках, ими обладают самки.

Половые клетки гаметы образуются в гонадах в ходе гаметогенеза. Если у одной особи есть и мужские и женские гонады, то она - гермафродит. В норме гермафродитизм встречается у кольчатых червей и моллюсков и является приспособлением при затрудненной встрече полов. Как патология встречается и в других группах животных.

Самооплодотворение - процесс слияния гамет одного организма, полового процесса нет. Характерно для некоторых растений и плоских червей (бычий и свиной цепень). Обмен наследственной информацией настолько важен, что даже гермофрадиты, в чьих организмах находится и мужская и женская половая система, обладают специальными механизмами, препятствующими самооплодотворению (созревание гамет разных полов в разное время).

У растений в ходе эволюции также появилось разделение полов:

- однодомные: мужские тычиночные и женские пестичные цветки развиваются на одном растении. Кукуруза

- двудомные: мужские тычиночные и женские пестичные цветки развиваются на разных растениях. Облепиха.

1) Изогамия - слияние двух подвижных гамет, одинаковых по величине.

Водоросли, хитридиевые грибы, равножгутиковые

2) Гетерогамия - слияние двух подвижных гамет со жгутиками, разных по величине.

Водоросли, хитридиевые грибы

3) Оогамия - слияние с мелкого подвижного мужского сперматозоида с крупной неподвижной женской яйцеклеткой. Водоросли, высшие растения, грибы, многоклеточные животные.

Партеногенез

Развитие зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки. Является приспособлением в условиях затрудненной встречи полов. У некоторых организмов партеногенез носит сезонный характер: у тлей летом существуют только самки, которые размножаются только партеногенетически, а осенью появляются самцы и идет размножение с оплодотворением.

1) Естественный характерен для некоторых растений, червей, насекомых, ракообразных.

- факультативный необязательный - из неоплодотворенных яиц развиваются самцы, а из оплодотворенных самки. Встречается у пчел и муравьев

- облигатный обязательный - яйца развиваются без оплодотворения, а вид представлен исключительно самками. Кавказская скальная ящерица, индейка.

2) Искусственный предполагает активацию развития яйца с помощью внешних факторов, управляемых экспериментатором: воздействие на яйца слабым раствором кислоты.

Гиногенез - источником генетического материала является яйцеклетка.

Андрогенез - источником генетического материала является т.к. ядро яйцеклетки погибает.

34. Развитие организма

В онтогенезе - индивидуальном развитии организмов, выделяют 2 периода: эмбриональный и постэмбриональный. Гаметы - высокодифференцированные клетки, содержащие наследственную информацию, необходимую для развития организма.

Яйцеклетка

Яйцеклетки - большие неподвижные женские половые гаметы, которые образуются в яичниках в процессе овогенеза.Включает в себя ядро,цитоплазму и запас питательных веществ в виде желтка. От количества и характера распределения желтка в яйцеклетке, зависит тип дробления зиготы. Имеет три защитные оболочки:

- первичная желточная оболочка несет микроворсинки и отростки фолликулярных клеток, по которым поступают питательные вещества

- вторичная хорион оболочка с секретирующими фолликулярными клетками и каналом для проникновения сперматозоида - микропиле

- третичная оболочка формируется при прохождении по яйцеводу и формируется из веществ, секретируемых стенками яйцеводов.

1) В зависимости от количества желтка:

- алицитальные - нет (плацентарные)

- олиголицитальные - мало

- мезолицетальные - средне

- полилицитальные - много

2) По расположению желтка в клетке:

- изолицитальные: мелкие с небольшим количеством равномерно распределенного желтка яйцеклетки. Характерны для хордовых, двустворчатых и брюхоногих моллюсков.

- центролицитальные: желток находится вокруг ядра, а по периферии лежит цитоплазма. Характерно для членистоногих.

- телолицитальные: желток сосредоточен на вегетативном полюсе,на анимальном желтка нет. Умеренное количество у рыб и амфибий; большое - у птиц и рептилий, поэтому на анимальном полюсе у них располагается диск с ядром и цитоплазмой, а остальное место занимает желток.

Сперматозоиды

Сперматозоиды - мелкие подвижные мужские половые клетки, которые образуются в семенниках в процессе сперматогенеза. У млекопитающих сперматозоиды состоят из 3 частей:

- головка несет гаплоидное ядро. Спереди лежит акросома - видоизмененный Комплекс Гольджи, который выделяет фермент для растворения оболочки яйцеклетки.

- шейка несет центриоли и митохондрии, которые вырабатывают необходимую энергию.

- хвост из микротрубочек Размещено на Allbest.ru