Задание А27. Биология ЕГЭ-2013

Структкрно-функциональная организация клетки

Ядро

Ядро - это обязательный компонент эукариотической клетки. У клеток-прокариотов ядра нет и их генетический материал (ДНК или РНК) находится просто в цитоплазме.

Начнем "изнутри".

Днк в ядре находится в "упаковке" - молекула "завернута" в белок - это вещество (ДНК + специальный белок) называется ХРОМАТИН.

ХРОМОСОМА - это хроматин, который приобрел форму (Х или У). Это можно сравнить с тестом. Сама масса теста - хроматин, а когда мы из него уже что-то лепим - получаются хромосомы. У каждого организма свое количество хромосом (у человека - 46).

Есть еще такое понятие - АУТОСОМЫ - это хромосомы (парные), одинаковые и у мужских, и у женских организмов, т.е. все неполовые хромосомы. У человека их, соответсвенно, 44 (22 пары).

Все это содержится в ЯДРЫШКЕ. Его и органеллой-то назвать нельзя - мембраны своей нет, это просто такой сгусток, который довольно явно виден в микроскоп. У ядра может быть несколько ядрышек... Когда клетка готовится к делению, ядрышко вообще пропадает. Однако, функции у него очень серьезные:

· синтез р-РНК (рибосомные РНК) а ведь они - один из важных компонентов синтеза белка!

· именно в ядрышке идет сборка большой и малой субъединиц рибосом

Ядрышко окружено вязким жидким веществом - КАРИОПЛАЗМОЙ (или нуклеоплазмой) - как раз это вещество и содержит в себе хроматин.

Ядерная мембрана - состоит из двух мембран. В мембране имеются ПОРЫ, через кторые происходит обмен веществ с окружающей средой. Через эти поры выходит РНК для синтеза белка.

Пиноцитозный пузырек

Фагоцитоз и пиноцитоз - это способы взаимодействия клетки с окружающей средой. Это транспорт веществ через мембрану, и при этом это активный транспорт, требующий затрат энергии.

Пиноцитоз - 1) Захват клеточной поверхностью жидкости с содержащимися в ней веществами.

2) Процесс поглощения и внутриклеточного разрушения макромолекул.

Мембрана клетки образует выросты, они окружают капельку нужной клетке жидкости, захватывают ее, участок мембраны с капелькой "отшнуровывается", образуется пузырек, который перемещается по клетке.

Этот способ поглощения жидкости универсален, т.е. он присущ и растительным, и грибным, и животным клеткам.

Обратный пиноцитоз

Это процесс, обратный пиноцитозу - т.е. выведение какой-либо жидкости из клетки. Происходит с точностью до наоборот - жидкость изнутри захватывается мембраной, образуется перетяжка и пузырек удаляется из организма клетки.

Эндоплазматическая сеть или эндоплазматический ретикулум

Эдоплазматическая сеть.

Это сеть каналов, трубочек, замкнутых полостей, которые образованы мембраной. Суммарно получается очень большая площадь поверхности.

На рисунке ЭПС как бы выходит из мембраны ядра - на самом деле так оно и есть - эндоплазматический ретикулум практически входит в пространство между двумя мембранами ядра.

Т.к. большое количество веществ должны транспортироваться из ядра в цитоплазму клетки, то эту роль успешно выполняет ретикулум.

На рисунке на оранжевом ретикулуме (оранжевый цвет - только для картинки - настоящая ЭПС имеет другой цвет...) видны фиолетовые кружочки. Это рибосомы. Их функции - синтез белка.

ЭПС, на которой есть рибосомы, т.е. на ней идет синтез белка, называется ШЕРОХОВАТОЙ.

ЭПС без рибосом - ГЛАДКАЯ.

Получается, что у них две разные функции - Гладкая ЭПС занимается транспортировкой веществ, шероховатая - осуществляет транспорт, но, в основном, осуществляет синтез белка.

ЭПС разветвлена по всей клетке, так что получается, что "мини-кухни" есть в каждой части клетки!

Митохондрия

В каждом доме есть отопление. В клетке такой энергетической станцией является митохондрия. Это органелла именно эукариотических клеток. Клетки не могут жить и функционировать без митохондрий.

Митохондриальная ДНК передается исключительно женщинами Митохондриальная ДНК не наследуется по законам Менделя, а по законам цитоплазматического наследования. Во время оплодотворения проникающий в яйцеклетку сперматозоид теряет жгутик, в котором находятся все митохондрии. Зародышу передаются только митохондрии, содержащиеся в яйцеклетке матери. Таким образом, клетки наследуют их единственный источник энергии из материнских митохондрий.

Функция митохондрии - синтез АТФ

АТФ расшифровывается как Аденозинтрифосфат - нуклеотид, в состав которого входят 3 остатка фосфорной кислоты.

АТФ это синоним понятия энергия. При гидролизе АТФ ступенчато отваливаются молекулы фосфорной кислоты и выделяется энергия:

АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергия (АДФ=аденозин ди фософат=2 остатка фосфорной ксилоты)

АТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + энергия (АМФ - аденозин моно фосфат, моно=1)

Трансформация энергии осуществляется специальными ферментами и происходит все это на кристах.

В день преобразовывается 40 кг. АТФ!

Лизосомы или желудки клетки

Какую функцию выполняет желудок человека? Пищу переваривает! Так вот у каждой эукариотической клетки есть такой желудочек, и не один!

В желудке человека кислая среда, и в лизосомах кислая среда, у человека в пищеварении участвуют ферменты, и у лизосом обязательный компонент - ферменты.

Это оганеллы, которые могут пожертвовать собой ради спасения клетки!

Если в клетку поступил какой-либо яд, лизосома поглощает его фагоцитозом, переваривает, т.е. нейтрализует яд, при этом сама погибает...

Форма тельца у лизосом разная, но, в основном, это сферические или шарообразные органеллы.

Количество их в клетке тоже разное - от одной (вакуоль у клетки растений и грибов) до нескольких тысяч.

В животных клетках их обычно от нескольких сотен до нескольких тысяч.

Обычно лизосомы образуются из аппарата Гольджи.

Аппарат похож на стопку мешочков и систему пузырьков. Со временем эти пузырьки "отпочковываются" - образуются лизосомы. Это одна из самых основных функций этой органеллы.

И лизосомы, и аппарат Гольджи - компоненты эукариотических клеток. Ниу вирусов, ни у бактерий их нет

Центриоли или микротрубочки

Эта органелла был изучена сравнительно недавно, потому что в световой микроскоп (длина микротрубочки 0,2 - 0,6 мкм) ее можно было увидеть, но изучить строение можно было только с помощью электронного микроскопа.

Между собой микротрубочки соединены белковыми связями - так они удерживаются вместе.

В клетке центриоли располагаются обычно возле ядра, сами трубочки находятся в слегка уплотненном белковом окружении - матриксе. Такая система называется клеточным центром.

Основная функция центриолей - участие в делении клетки. Когда начинается процесс профазы митоза, они формируют веретено деления и помогают хромосомам разъезжаться к разным полюсам клетки - они играют роль своеобразных рельс.

Вакуоль

Вакуоль - довольно простая по строению органелла, но, что удивительно, функции у нее очень даже значительные.

В растительной клетке (и клетках грибов) вакуоль крупная - по размеру может быть даже больше ядра.

В животной клетке они небольшого размера.

Органойд окружен мембраной, внутри содержится вода с растворенными в ней веществами.

Просто, но функций у вакуоли ОЧЕНЬ много:

В вакуолях содержатся органические кислоты, углеводы, дубильные вещества, неорганические вещества (нитраты, фосфаты, хлориды и др.), белки и др., т.е.

· Хранение запасных веществ

· Выведение из организма продуктов распада

· Если вакуоль содержит ферменты, то это пищеварительная вакуоль

· Пульсирующая или сократительная вакуоль - поддерживает форму клетки, регулирует осмотическое давление=поддерживает ТУРГОР клетки.

Из чего образуются вакуоли? Они образуются из Эндоплазматической сети (ЭПС).

Хлоропласты

Основной признак, по которому живой организм относят к царству Растений, это способность к фотосинтезу - автотрофному питанию.

Органелла, которая отвечает за этот процесс - синтеза органических веществ (глюкозы) из неорганических (CO2, H2O и солнечного света) - хлоропласт.

Хлоропласты - это вид пластид. В растениях пластиды бывают трех видов:

· собственно хлоропласты - содержат хлорофилл - зеленые пластиды;

· лейкопласты - содержат крахмал - запасное питательное вещество, эти органеллы бесцветные;

· хромопласты - оранжевые, они содержат каротинойды.

Строение хлоропластов

Сразу оговоримся - строение этих органелл оказалось возможным изучить только с помощью электронного микроскопа.

· Это двумембранная органелла - есть внешняя мембрана и внутренняя.

· Внутри весь объем заполнен жидкостью и мембранами. Мембраны образуют пузырьки, "мешочки" - тилакойды.

· Тилакойды, собранные в пачки, называются гранами.

Именно в этой системе происходит фотосинтез.

Химическая организация клетки

Углеводы (сахара) и их функции

По строению углеводы делятся на

· простые: моносахариды,

· сложные: дисахариды и полисахариды.

В растениях углеводов примерно 80% по массе, в животных клетках - 2-3%

Моносахариды (простые углеводы):

Образуются в растениях в процессе фотосинтеза. Очень хорошо растворимы в воде. Глюкоза - самый распространенный углевод - “кирпичик”, из которого выстраиваются ди- и полисахариды.

Вообще, по числу атомов углерода самые часто встречающиеся моносахариды это гексозы (“гекса”=6) и пентозы (“пента”=5).

В природе моносахариды в свободном виде редко встречаются, в основном они входя в состав сложных углеводов.

Дисахариды

- состоят из двух мономеров

Самые часто встречающиеся:

· лактроза

· сахароза (сахар)

· мальтоза

Полисахариды

· Крахмал (С₆H₁₀O₅)n

· Целлюлоза

· Гликоген -полисахарид животных клеток

· Хитин - полисахарид грибов и членистоногих

Функции углеводов

Конечно, функции напрямую зависят от вида сахаридов.

Моносахариды:

- это основа обменных процессов (пластическая функция) почти во всех живых организмах;

- это продукт фотосинтеза - основа пищевой сети;

Полисахариды:

- структурная часть клеток (клеточная стенка у растений, хитин у членистоногих);

- запас энергии и питательных веществ (при окислении или гидролизе высвобождают значительное количество АТФ);

Жиры (липиды)

Жиры - такая же составляющая химического состава клетки живых организмов, как и белки и углеводы. Все женщины нашей планеты стремятся избавиться от них (точнее, от их излишеств):)! В то же время невозможно переоценить их роль в живых организмах!

Строение молекулы

Основу формулы липидов (или жиров) составляет глицерин и остатки жирных кислот. "Жирными" эти кислоты названы именно потому что они входят в состав липидов. У них есть несколько признаков:

· Одноосновные (т.е. содержат только одну группу -COOH)

· Неразветвленный алифатический радикал (как насыщенный, так и ненасыщенный)

· Четное число атомов углерода (от 4 до 24)

Ненасыщенные жирные кислоты - содержат в радикале двойные связи. Жиры из таких кислот обычно жидкие.

Насыщенные - содержат одинарные связи, и, соответственно, твердые.

Вторая составляющая липидов - молекула глицерина

В состав липидов могут дополнительно входить остатки фосфорной кислоты, азотистые основания и др.

За счет наличия углеводородного радикала жиры гидрофобны - отталкивают воду, а вот всякие дополнения в виде остатков фосфорной кислоты и т.д. повышают гидрофильность (="сродство" к воде) липидов.

Процесс расщепления липидов на составляющие - глицерин и кислоты - называется омылением и обычно происходит под воздействием щелочи.

Эмульгирование жиров - смешивание жиров с водой - одно из необходимых условия для всасывания жиров при пищеварении.

Функции жиров

· Энергетическая (при их расщеплении выделяется больше энергии, чем при расщеплении углеводов!)

· Это обязательный компонент мембраны клетки (биполярный фосфолипидный слой)

· Жиры - отличные терморегуляторы - вы, наверное, обращали внимание, что все зверюшки, живущие на севере, не отличаются стройностью:), да и наш русский медведь перед спячкой жирок запасает!

· Витамины А, D, K, E - липиды.

· Многие гормоны имеют липидную природу

· Плавучесть

Аминокислоты - основа белковой жизни на Земле.

А вы знаете, что многие ученые называют жизнь на земле "белковой"? Основу белка составляют аминокислоты. А как они появились на Земле?

Есть такая теория, что в самом начале на Земле не было всех тех органических соединений, которые мы наблюдаем теперь. И в то далекое-предалекое время наша планета постоянно подвергалась бомбардировке метеоритами и кометами. И эти самые метеориты содержали в себе органические соединения, в том числе и аминокислоты. Получается, что жизнь на Землю принесли извне...

У любой теории есть много как сторонников, так и противников. В научном мире жаркие споры по этой теме до сих пор не угасают, наша задача - разобраться что такое аминокислоты и какую роль они играют в нашем мире.

Аминокислота - вещество, имеющее двойственную природу:

Из-за наличия аминогруппы и карбоксильной группы аминокислоты амфотерны - проявляют и основные и кислотные свойства и могут соединяться между собой. Такая связь называется пептидной.

Белков на Земле огромное количество. Это обязательная часть химического состава клетки. Как получилось, что природа имеет столько вариантов?

1) Аминокислот в белке много. Вплоть до нескольких тысяч!

2) Аминокислоты в белке могут находиться в разной последовательности.Именно разные сочетания аминокислот в белковой цепи дает такую вариативность.

В природе известно 20 видов аминокислот.

Откуда они берутся в природе? Обычно они получаются при гидролизе белков и затем, в ходе обмена веществ, опять образуют белки.

Заменимые аминокислоты наш организм может синтезировать сам, но при этом обеспечивается только минимум потребностей организма.

Незаменимые аминокислоты - те, которые организм потребляет извне - с белковой пищей или образуются из других аминокислот.

Интересно то, что растения могут синтезировать ВСЕ аминокислоты! Что бы мы без них делали? И кислород они нам для дыхания поставляют, и аминокислотами у них запастись можно... одним словом, Продуценты!

Белки, их строение и функции

Белки - полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В составе белков всего 20 аминокислот, а вот комбинаций этих аминокислот может быть очень много! За счет этого достигается разнообразие. Поэтому белков в природе огромное количество!

Белковый состав так и записывается - последовательностью аминокислот, которые обозначаются тремя буквами.