Kaedah sitologi - bahan untuk persediaan untuk Peperiksaan Negeri Bersepadu. Sitologi

Mishnina Lidiya Alexandrovna
cikgu biologi
sekolah menengah MBOU No 3 kampung Akbulak
Kelas 11

Persediaan untuk Peperiksaan Negeri Bersatu: menyelesaikan masalah dalam sitologi

Dalam cadangan metodologi untuk meningkatkan pengajaran biologi, dibangunkan berdasarkan analisis kesukaran graduan pada Peperiksaan Negeri Bersepadu pada tahun 2014, penulis G.S. Kalinova, R.A. Petrosova, terdapat tahap penyelesaian tugas yang rendah untuk menentukan bilangan kromosom dan DNA dalam fasa mitosis atau meiosis yang berbeza.

Tugas-tugas itu sebenarnya tidak begitu sukar sehingga menyebabkan kesukaran yang serius. Apakah yang perlu diambil kira semasa menyediakan graduan mengenai isu ini?

Menyelesaikan masalah sitologi memerlukan pengetahuan bukan sahaja tentang mitosis dan meiosis, fasa mereka dan peristiwa yang berlaku di dalamnya, tetapi juga pemilikan mandatori maklumat tentang struktur dan fungsi kromosom, jumlah bahan genetik dalam sel.

Oleh itu, kami memulakan persediaan kami dengan mengkaji bahan tentang kromosom. Kami memberi tumpuan kepada fakta bahawa kromosom adalah struktur nukleoprotein dalam nukleus sel eukariotik.

Mereka mengandungi kira-kira 99% daripada jumlah DNA sel; selebihnya DNA terletak di organel selular lain, menentukan pewarisan sitoplasma. DNA dalam kromosom eukariota adalah dalam kompleks dengan protein utama - histon dan dengan protein bukan histon, yang menyediakan pembungkusan kompleks DNA dalam kromosom dan peraturan keupayaannya untuk mensintesis asid ribonukleik (RNA) - transkripsi.

Penampilan kromosom berubah dengan ketara pada peringkat kitaran sel yang berbeza dan, sebagai struktur padat dengan morfologi ciri, kromosom jelas boleh dibezakan dalam mikroskop cahaya hanya semasa tempoh pembahagian sel.

Pada peringkat metafasa mitosis dan meiosis, kromosom terdiri daripada dua salinan membujur, yang dipanggil kromatid kakak dan yang terbentuk semasa replikasi DNA semasa tempoh S interfasa. Dalam kromosom metafasa, kromatid kakak bercantum pada penyempitan primer yang dipanggil sentromer. Sentromer bertanggungjawab untuk pemisahan kromatid kakak kepada sel anak semasa pembahagian

Set lengkap kromosom dalam sel, ciri organisma tertentu, dipanggil karyotype. Dalam mana-mana sel badan kebanyakan haiwan dan tumbuhan, setiap kromosom diwakili dua kali: satu daripadanya diterima daripada bapa, satu lagi daripada ibu semasa percantuman nukleus sel kuman semasa proses persenyawaan. Kromosom sedemikian dipanggil homolog, dan satu set kromosom homolog dipanggil diploid.

Sekarang anda boleh mengulangi bahan tentang pembahagian sel.

Daripada peristiwa antara fasa, kami hanya menganggap tempoh sintetik, supaya tidak menyebarkan perhatian pelajar sekolah, tetapi hanya memberi tumpuan kepada tingkah laku kromosom.

Mari kita ingat: semasa tempoh sintetik (S), penggandaan bahan genetik berlaku melalui replikasi DNA. Ia berlaku secara separa konservatif, apabila heliks berganda molekul DNA mencapah kepada dua rantai dan rantai pelengkap disintesis pada setiap satu daripadanya.

Hasilnya ialah dua heliks berganda DNA yang sama, setiap satu terdiri daripada satu helai DNA baru dan satu helai DNA lama. Jumlah bahan keturunan berganda, tetapi bilangan kromosom kekal sama - kromosom menjadi bichromatid (2n4c).

Pertimbangkan tingkah laku kromosom semasa mitosis:

1. Dalam profasa, metafasa - 2p 4s - kerana pembahagian sel tidak berlaku;
2. Semasa anafasa, kromatid berpisah, bilangan kromosom berganda (kromatid menjadi kromosom bebas, tetapi buat masa ini semuanya berada dalam satu sel) 4n 4c;
3. dalam telofase 2n2c (kromosom kromatid tunggal kekal dalam sel).

Ulang meiosis:

1. Dalam profasa 1, metafasa 1, anafasa 1 - 2p 4s - kerana pembahagian sel tidak berlaku;
2. dalam telofase - p2c kekal, kerana selepas perbezaan kromosom homolog, set haploid kekal di dalam sel, tetapi kromosom adalah bichromatid;
3. Dalam profasa 2, metafasa 2, serta telofasa 1 - p2s;
4. Beri perhatian khusus kepada anafasa 2, kerana selepas perbezaan kromatid, bilangan kromosom meningkat sebanyak 2 kali ganda (kromatid menjadi kromosom bebas, tetapi buat masa ini semuanya berada dalam satu sel) 2n 2c;
5. dalam telofase 2 - ps (kromosom kromatid tunggal kekal dalam sel.

Hanya sekarang, apabila kanak-kanak bersedia secara teori, kita boleh meneruskan untuk menyelesaikan masalah.

Kesilapan biasa dalam menyediakan graduan: kami cuba menyelesaikan masalah dengan segera tanpa mengulangi bahan. Apa yang berlaku: kanak-kanak membuat keputusan dengan guru, tetapi penyelesaiannya berlaku pada tahap hafalan mekanikal, tanpa pemahaman. Oleh itu, apabila mereka diberi tugasan yang sama dalam peperiksaan, mereka gagal untuk mengatasinya. Saya ulangi: tidak ada kefahaman dalam menyelesaikan masalah.

Mari kita teruskan untuk berlatih.

Kami menggunakan pilihan masalah dari laman web "Saya akan menyelesaikan Peperiksaan Negeri Bersepadu" oleh Dmitry Gushchin. Apa yang menjadikan sumber ini menarik ialah hampir tiada ralat, dan piawaian jawapan ditulis dengan baik.

Mari kita lihat masalah C 6 No. 12018.

Set kromosom sel somatik gandum ialah 28.

Tentukan set kromosom dan bilangan molekul DNA dalam salah satu sel ovul sebelum permulaan meiosis, dalam anafasa meiosis 1 dan dalam anafasa meiosis 2. Terangkan apakah proses yang berlaku dalam tempoh ini dan bagaimana ia mempengaruhi perubahan dalam bilangan DNA dan kromosom.

Elemen tindak balas:

Sel-sel ovul mengandungi set kromosom diploid - 28 (2n2c).

Sebelum permulaan meiosis - (2n4c) 28 xp, 56 DNA

Dalam anafasa meiosis 1: (2n4c = n2c+n2c) - 28 xp, 56 DNA.

Meiosis 2 melibatkan 2 sel anak dengan set haploid kromosom (n2c) - 14 kromosom, 28 DNA.

Dalam anafasa meiosis 2: (2n2с= nc+nc) - 28 kromosom, 28 DNA

Tugasnya adalah kompleks; bagaimanakah seseorang boleh membantu graduan memahami penyelesaiannya?

Satu pilihan: kami melukis fasa meiosis dan menunjukkan semua manipulasi dengan kromosom.

Algoritma tindakan:

1. Baca masalah dengan teliti, tentukan tugas, tulis fasa di mana anda perlu menunjukkan jumlah bahan genetik

a) Sebelum permulaan meiosis

b) Dalam anafasa meiosis 1

c) Dalam anafasa meiosis 2

1. Buat lukisan untuk setiap fasa meiosis yang ditetapkan dan terangkan perkara yang anda lakukan.

Biar saya jelaskan: kami tidak menggunakan lukisan, kami membuatnya sendiri. Operasi ini berfungsi untuk memahami ( walaupun kita kalah dalam estetika, kita menang akhirnya!)

1. Sebelum bermulanya meiosis

Biar saya jelaskan: meiosis didahului oleh interphase, dalam interphase penggandaan DNA berlaku, oleh itu bilangan kromosom ialah 2n, bilangan DNA ialah 4c.

2. Dalam anafasa meiosis 1

Biar saya terangkan: dalam anafasa meiosis 1, kromosom menyimpang ke kutub, i.e. Dari setiap pasangan kromosom homolog, hanya satu yang masuk ke dalam sel anak. Set kromosom menjadi haploid, tetapi setiap kromosom terdiri daripada dua kromatid. Oleh kerana pembahagian sel belum lagi berlaku dan semua kromosom berada dalam satu sel, formula kromosom boleh ditulis sebagai: 2n4c (n2c+n2c) 28 xp, 56 DNA (14 xp 28 DNA + 14 xp 28DNA)

3) Dalam anafasa meiosis 2

Anafasa meiosis 2 berlaku selepas bahagian pertama (pengurangan). Set kromosom dalam sel p2c. Semasa anafasa meiosis, 2 sentromer yang menyambungkan kromatid saudara terbahagi dan kromatid, seperti dalam mitosis, menjadi kromosom bebas. Bilangan kromosom bertambah dan menjadi sama dengan 2n2c. Dan sekali lagi, kerana pembahagian sel masih belum berlaku dan semua kromosom berada dalam satu sel, set kromosom boleh ditulis seperti berikut: 2n2c (nc + nc) 28 xp, 28 DNA (14 xp 14 DNA + 14 xp 14 DNA).

1. Tulis jawapannya. (kami ada disenaraikan di atas)

Untuk meringkaskannya: Menyelesaikan masalah jenis ini tidak memerlukan usaha mengejar kuantiti; di sini adalah penting untuk mencapai pemahaman logik penyelesaian dan pengetahuan tentang tingkah laku kromosom pada setiap fasa pembahagian.

Sumber yang digunakan:

1. FIPI "Cadangan metodologi mengenai beberapa aspek penambahbaikan pengajaran biologi", pengarang. G.S. Kalinova, R.A. Petrosova. Moscow, 2014
2. Biologi. Corak umum gred ke-10: buku teks untuk institusi pendidikan / V.B. Zakharov, S.G. Mamontov, N.I. Sonin - Moscow: Bustard Publishing House, 2011.
3. Saya akan menyelesaikan Peperiksaan Negeri Bersepadu. http://bio.reshuege.ru/

Pembaca yang dihormati! Jika anda memilih Peperiksaan Negeri Bersepadu sebagai peperiksaan akhir atau kemasukan dalam biologi, maka anda perlu mengetahui dan memahami keperluan untuk lulus peperiksaan ini, sifat soalan dan tugasan yang terdapat dalam kertas peperiksaan. Bagi membantu pemohon, pihak penerbitan EKSMO akan menerbitkan buku “Biology. Koleksi tugas untuk persediaan menghadapi Peperiksaan Negeri Bersepadu.” Buku ini adalah manual latihan, sebab itu bahan yang disertakan di dalamnya melebihi keperluan peringkat sekolah. Walau bagaimanapun, bagi pelajar sekolah menengah yang memutuskan untuk memasuki institusi pengajian tinggi di fakulti di mana mereka mengambil biologi, pendekatan ini akan berguna.

Dalam akhbar kami, kami hanya menerbitkan tugasan bahagian C untuk setiap bahagian. Mereka telah dikemas kini sepenuhnya dalam kandungan dan struktur persembahan. Memandangkan manual ini tertumpu pada peperiksaan untuk tahun akademik 2009/2010, kami memutuskan untuk menyediakan varian tugasan Bahagian C dalam jumlah yang lebih besar daripada yang dilakukan pada tahun-tahun sebelumnya.

Anda ditawarkan versi contoh soalan dan tugasan dengan tahap kesukaran yang berbeza dengan bilangan elemen yang berbeza bagi jawapan yang betul. Ini dilakukan supaya semasa peperiksaan anda mempunyai pilihan yang agak besar kemungkinan jawapan betul kepada soalan tertentu. Di samping itu, soalan dan tugas Bahagian C disusun seperti ini: satu soalan dan elemen jawapan yang betul diberikan, dan kemudian pilihan untuk soalan ini ditawarkan untuk refleksi bebas. Anda mesti mendapatkan jawapan kepada pilihan ini sendiri, menggunakan kedua-dua pengetahuan yang diperoleh daripada mempelajari bahan dan pengetahuan yang diperoleh daripada membaca jawapan kepada soalan utama. Semua soalan mesti dijawab secara bertulis.

Sebahagian penting daripada tugasan dalam bahagian C ialah tugasan dalam lukisan. Yang serupa telah pun ada dalam kertas peperiksaan 2008. Dalam manual ini, set mereka telah diperluaskan.

Kami berharap buku teks ini akan membantu pelajar sekolah menengah bukan sahaja membuat persediaan untuk peperiksaan, tetapi juga memberi peluang kepada mereka yang ingin mempelajari asas biologi semasa baki dua tahun pengajian di gred 10–11.

Biologi am (bahagian C)

Tugas dalam bahagian ini dibahagikan kepada bahagian: sitologi, genetik, teori evolusi, ekologi. Setiap bahagian menawarkan tugas untuk semua peringkat Peperiksaan Negeri Bersepadu. Pembinaan bahagian biologi umum manual sedemikian akan membolehkan anda membuat persediaan untuk peperiksaan dengan lebih lengkap dan sistematik, kerana Bahagian C termasuk, dalam bentuk umum, hampir semua bahan dalam Bahagian A dan B.

Tugas kumpulan C1 (peringkat lanjutan)

Semua tugasan Kumpulan C mesti dijawab secara bertulis dengan penerangan.

Soalan sitologi

Jawapan kepada soalan ini hendaklah pendek tetapi tepat. Perkataan utama dalam perkara ini ialah "peringkat organisasi" dan "asas saintifik". Tahap organisasi ialah cara dan bentuk kewujudan sistem hidup. Sebagai contoh, peringkat selular organisasi termasuk sel. Oleh itu, adalah perlu untuk mengetahui ciri umum yang memungkinkan untuk membezakan tahap organisasi. Ciri umum sedemikian ialah organisasi sistematik badan hidup dan komplikasi beransur-ansur mereka (hierarki).

Elemen jawapan yang betul

Peruntukan berikut berfungsi sebagai asas saintifik untuk membahagikan sistem hidupan kepada peringkat.

1. Sistem hidupan menjadi lebih kompleks apabila ia berkembang: sel – tisu – organisma – populasi – spesies, dsb.

2. Setiap sistem hidup yang lebih teratur termasuk sistem sebelumnya. Tisu terdiri daripada sel, organ terdiri daripada tisu, badan terdiri daripada organ, dll.

Jawab sendiri soalan berikut

Apakah sifat biasa yang dimiliki oleh semua peringkat organisasi kehidupan?

Apakah persamaan dan perbezaan antara tahap sel dan populasi kehidupan?

Buktikan bahawa semua sifat sistem hidup dimanifestasikan pada peringkat sel.

Elemen jawapan yang betul

1. Anda boleh menggunakan pengaruh pada model yang tidak berkenaan dengan badan hidup.

2. Pemodelan membolehkan anda menukar sebarang ciri sesuatu objek.

Jawab sendiri

Bagaimanakah anda menerangkan kenyataan I.P.? Pavlova "Pemerhatian mengumpul apa yang ditawarkan oleh alam semula jadi, tetapi pengalaman mengambil dari alam semula jadi apa yang ia mahukan"?

Berikan dua contoh penggunaan kaedah eksperimen dalam sitologi.

Apakah kaedah penyelidikan yang boleh digunakan untuk memisahkan struktur selular yang berbeza?

Elemen jawapan yang betul

1. Kekutuban molekul air menentukan keupayaannya untuk melarutkan bahan hidrofilik lain.

2. Keupayaan molekul air untuk membentuk dan memecahkan ikatan hidrogen di antara mereka menyediakan air dengan kapasiti haba dan kekonduksian terma, peralihan daripada satu keadaan pengagregatan kepada yang lain.

3. Saiz molekul yang kecil memastikan keupayaannya untuk menembusi antara molekul bahan lain.

Jawab sendiri

Apakah yang akan berlaku kepada sel jika kepekatan garam di dalamnya lebih tinggi daripada di luar sel?

Mengapa sel dalam larutan garam tidak mengecut atau pecah akibat bengkak?

Elemen jawapan yang betul

1. Para saintis telah mendapati bahawa molekul protein mempunyai struktur primer, sekunder, tertier dan kuaternari.

2. Para saintis telah mendapati bahawa molekul protein terdiri daripada banyak asid amino berbeza yang dikaitkan dengan ikatan peptida.

3. Para saintis telah menubuhkan urutan sisa asid amino dalam molekul ribonuclease, i.e. struktur utamanya.

Jawab sendiri

Apakah ikatan kimia yang terlibat dalam pembentukan molekul protein?

Apakah faktor yang boleh menyebabkan denaturasi protein?

Apakah ciri-ciri struktur dan fungsi enzim?

Dalam proses apakah fungsi perlindungan protein ditunjukkan?

Elemen jawapan yang betul

1. Sebatian organik ini melaksanakan fungsi pembinaan (struktur).

2. Sebatian organik ini melaksanakan fungsi tenaga.

Jawab sendiri

Mengapakah makanan yang kaya dengan selulosa ditetapkan untuk menormalkan fungsi usus?

Apakah fungsi pembinaan karbohidrat?

Elemen jawapan yang betul

1. DNA dibina berdasarkan prinsip heliks berganda mengikut peraturan saling melengkapi.

2. DNA terdiri daripada unsur berulang - 4 jenis nukleotida. Urutan nukleotida yang berbeza mengekod maklumat yang berbeza.

3. Molekul DNA mampu membiak sendiri, dan oleh itu, menyalin maklumat dan menghantarnya.

Jawab sendiri

Apakah fakta yang membuktikan keperibadian DNA seseorang individu?

Apakah maksud konsep "kesejagatan kod genetik"? Apakah fakta yang menyokong kesejagatan ini?

Apakah merit saintifik D. Watson dan F. Crick?

Elemen jawapan yang betul

1. Perbezaan dalam nama DNA dan RNA dijelaskan oleh komposisi nukleotidanya: Nukleotida DNA mengandungi karbohidrat deoksiribosa, dan RNA mengandungi ribosa.

2. Perbezaan dalam nama jenis RNA (pengutusan, pengangkutan, ribosom) dikaitkan dengan fungsi yang mereka lakukan.

Jawab sendiri

Apakah dua keadaan mesti tetap supaya ikatan antara dua helai DNA pelengkap tidak putus secara spontan?

Bagaimanakah DNA dan RNA berbeza dalam struktur?

Apakah sebatian lain yang mengandungi nukleotida dan apakah yang anda ketahui tentangnya?

Elemen jawapan yang betul

1. Teori sel menubuhkan unit struktur dan fungsi benda hidup.

2. Teori sel menubuhkan unit pembiakan dan perkembangan benda hidup.

3. Teori sel mengesahkan struktur umum dan asal usul sistem hidup.

Jawab sendiri

Mengapa, walaupun terdapat perbezaan yang jelas dalam struktur dan fungsi sel-sel tisu yang berbeza, adakah mereka bercakap tentang kesatuan struktur selular makhluk hidup?

Namakan penemuan utama dalam biologi yang memungkinkan untuk merumuskan teori sel.

Elemen jawapan yang betul

1. Bahan masuk ke dalam sel secara resapan.

2. Bahan masuk ke dalam sel kerana pengangkutan aktif.

3. Bahan masuk ke dalam sel secara pinositosis dan fagositosis.

Jawab sendiri

Bagaimanakah pengangkutan aktif bahan merentasi membran sel berbeza daripada pengangkutan pasif?

Apakah bahan yang dikeluarkan dari sel dan bagaimana?

Elemen jawapan yang betul

1. Dalam prokariot, sel tidak mempunyai nukleus, mitokondria, radas Golgi dan retikulum endoplasma.

2. Prokariot tidak mempunyai pembiakan seksual yang sebenar.

Jawab sendiri

Mengapakah sel darah merah atau platelet matang tidak dikelaskan sebagai sel prokariotik, walaupun tiada nukleus di dalamnya?

Mengapakah virus tidak dikelaskan sebagai organisma bebas?

Mengapakah organisma eukariotik lebih pelbagai dalam struktur dan tahap kerumitannya?

Elemen jawapan yang betul

1. Dengan set kromosom haiwan, anda boleh menentukan spesiesnya.

2. Berdasarkan set kromosom haiwan, jantinanya boleh ditentukan.

3. Berdasarkan set kromosom haiwan, kehadiran atau ketiadaan penyakit keturunan boleh ditentukan.

Jawab sendiri

Adakah kromosom wujud dalam setiap sel organisma multisel? Buktikan jawapan anda dengan contoh.

Bagaimana dan bilakah kromosom boleh dilihat dalam sel?

Elemen jawapan yang betul

Unsur-unsur struktur kompleks Golgi ialah:

1) tiub;
2) rongga;
3) buih.

Jawab sendiri

Apakah struktur kloroplas?

Apakah struktur mitokondria?

Apakah yang mesti mengandungi mitokondria untuk mensintesis protein?

Buktikan bahawa kedua-dua mitokondria dan kloroplas boleh membiak.

Elemen jawapan yang betul

Perhatikan perbezaan dalam:

1) sifat metabolisme;
2) jangka hayat;
3) pembiakan.

Jawab sendiri

Bagaimanakah pemindahan nukleus daripada organisma lain akan menjejaskan organisma bersel tunggal?

Elemen jawapan yang betul

1. Kehadiran membran berganda dengan liang nuklear ciri, yang memastikan sambungan nukleus dengan sitoplasma.

2. Kehadiran nukleolus, di mana RNA disintesis dan ribosom terbentuk.

3. Kehadiran kromosom, yang merupakan alat keturunan sel dan memastikan pembahagian nuklear.

Jawab sendiri

Sel manakah yang tidak mengandungi nukleus?

Mengapakah sel prokariotik bebas nuklear membiak, tetapi sel eukariotik bebas nuklear tidak?

Elemen jawapan yang betul

1. Kebanyakan sel adalah serupa dalam elemen struktur asas, sifat penting dan proses pembahagian.

2. Sel berbeza antara satu sama lain dengan kehadiran organel, pengkhususan dalam fungsi yang dilakukan, dan kadar metabolisme.

Jawab sendiri

Berikan contoh bagaimana struktur sel sepadan dengan fungsinya.

Berikan contoh sel dengan tahap kadar metabolisme yang berbeza.

Elemen jawapan yang betul

1. Hasil daripada sintesis, bahan yang lebih kompleks terbentuk daripada yang masuk ke dalam tindak balas; tindak balas berlaku dengan penyerapan tenaga.

2. Semasa penguraian, bahan yang lebih ringkas terbentuk daripada bahan yang masuk ke dalam tindak balas; tindak balas berlaku dengan pembebasan tenaga.

Jawab sendiri

Apakah fungsi enzim dalam tindak balas metabolik?

Mengapakah lebih daripada 1000 enzim terlibat dalam tindak balas biokimia?

Elemen jawapan yang betul

1. Tenaga cahaya ditukar kepada tenaga kimia dan haba.

2. Semua perubahan berlaku dalam tilakoid kloroplas grana dan dalam matriksnya (dalam tumbuhan); dalam pigmen fotosintetik lain (dalam bakteria).

Jawab sendiri

Apakah yang berlaku dalam fasa cahaya fotosintesis?

Apakah yang berlaku dalam fasa gelap fotosintesis?

Mengapakah secara eksperimen sukar untuk mengesan proses respirasi tumbuhan pada waktu siang?

Elemen jawapan yang betul

1. Kod “triplet” bermaksud setiap asid amino dikodkan oleh tiga nukleotida.

2. Kodnya "tidak jelas" - setiap triplet (kodon) mengekod hanya satu asid amino.

3. Kod "merosot" bermakna setiap asid amino boleh dikodkan oleh lebih daripada satu kodon.

Jawab sendiri

Mengapakah "tanda baca" diperlukan antara gen dan mengapa ia tidak berada di dalam gen?

Apakah maksud konsep "kesejagatan kod DNA"?

Apakah maksud biologi transkripsi?

Elemen jawapan yang betul

1. Contoh organisma yang berlaku silih berganti generasi termasuklah lumut, paku pakis, obor-obor dan lain-lain.

2. Dalam tumbuhan, perubahan gametofit dan sporofit berlaku. Obor-obor silih berganti antara peringkat polip dan medusa.

Jawab sendiri

Apakah perbezaan utama antara mitosis dan meiosis?

Apakah perbezaan antara konsep "kitaran sel" dan "mitosis"?

Elemen jawapan yang betul

1. Sel terpencil bagi organisma yang hidup dalam persekitaran buatan dipanggil kultur sel (atau kultur sel).

2. Kultur sel digunakan untuk mendapatkan antibodi, ubat, dan juga untuk mendiagnosis penyakit.

Elemen jawapan yang betul

1. Interfasa diperlukan untuk menyimpan bahan dan tenaga sebagai persediaan untuk mitosis.

2. Dalam interfasa, bahan keturunan digandakan, yang seterusnya memastikan pengedaran seragamnya di antara sel anak.

Jawab sendiri

Adakah gamet yang dihasilkan oleh badan sama atau berbeza dalam komposisi genetiknya? Sediakan bukti.

Organisma manakah yang mempunyai kelebihan evolusi - haploid atau diploid? Sediakan bukti.

Tugas peringkat C2

Elemen jawapan yang betul

Kesilapan telah dibuat dalam ayat 2, 3, 5.

Dalam ayat 2, perhatikan salah satu unsur yang bukan makronutrien.

Dalam ayat 3, salah satu unsur tersenarai tersilap diklasifikasikan sebagai unsur mikro.

Ayat 5 salah menentukan unsur yang melaksanakan fungsi yang dinamakan.

Elemen jawapan yang betul

Kesilapan telah dibuat dalam ayat 1, 4, 6.

Ayat 1 salah menyatakan monomer molekul protein.

Ayat 4 salah menyatakan ikatan kimia yang menyokong struktur sekunder protein.

Ayat 6 salah menyatakan ikatan kimia yang menyokong struktur tertier protein.

MENYELESAIKAN MASALAH CYTOLOGI

Manual pendidikan dan metodologi

Adelakovo Baharu 2014

Disusun oleh: guru biologi L.I. Denisova

Menyelesaikan masalah dalam sitologi. Untuk pelajar gred 9-11 / sekolah menengah GBOU di kampung Novoe Adelyakovo"; kompaun L.I. Denisova. – New Adelakovo, 2014.

Manual pendidikan dan metodologi telah disusun untuk tujuan penggunaan oleh guru dan pelajar biologi sebagai persediaan untuk pensijilan akhir, serta untuk Olimpik biologi. Manual ini mengandungi bahan teori ringkas tentang setiap jenis masalah dan contoh penyelesaian masalah. Ditujukan untuk pelajar dalam gred 9-11 institusi pendidikan am dan guru biologi.

Pengenalan…………………………………………………………..

2.1 Objektif berkaitan dengan menentukan peratusan nukleotida dalam DNA

2.2. R

2.3. Tugas untuk membina molekul mRNA, antikodon tRNA dan urutan asid amino dalam rantai polipeptida. Kerja

kesusasteraan.

pengenalan.

Menyelesaikan masalah dalam sitologi dimasukkan dalam KIM dalam biologi dalam Peperiksaan Negeri Bersepadu (tugasan 39). Penyiapan tugasan ini memerlukan jawapan yang terperinci dan bertujuan untuk menguji kemahiran

• mengaplikasikan pengetahuan dalam situasi baharu;
• mewujudkan hubungan sebab-akibat;
• menganalisis, sistematik dan mengintegrasikan pengetahuan;
• membuat generalisasi dan merumuskan kesimpulan.

Berdasarkan hasil analisis keputusan Peperiksaan Negeri Bersepadu dalam bidang biologi, berikut adalah antara pengetahuan dan kemahiran peserta peperiksaan yang lemah:

1. penentuan set kromosom sel dalam kitaran perkembangan tumbuhan;
2. penentuan bilangan kromosom dan DNA dalam sel dalam fasa mitosis dan meiosis yang berbeza;
3. penjelasan dan justifikasi keputusan yang diperolehi.

Apabila belajar biologi di peringkat asas, tidak ada masa yang cukup untuk amalan praktikal dalam menyelesaikan masalah dalam sitologi. Selepas menyelesaikan topik yang berkaitan, tanpa pengulangan berterusan amalan praktikal dalam menyelesaikan masalah, kemahiran itu cepat dilupakan. Pelajar sentiasa boleh mempunyai manual ini untuk mengingati proses menyelesaikan masalah biasa. Selain itu, di kawasan luar bandar, tidak semua orang mempunyai akses percuma kepada sumber Internet.

Tugas sitologi yang muncul dalam Peperiksaan Negeri Bersepadu boleh dibahagikan kepada beberapa jenis utama. Manual ini menawarkan penyelesaian kepada pelbagai jenis masalah dan menyediakan contoh untuk kerja bebas. Lampiran menyediakan jadual kod genetik yang digunakan dalam penyelesaian.

Manual pendidikan dan metodologi ini telah disusun untuk membantu guru biologi yang belajar di gred 9-11 di sekolah menengah.

1.1 Perkara utama yang perlu diingat semasa menyelesaikan masalah sitologi.

1. Setiap asid amino dihantar ke ribosom oleh satu tRNA, oleh itu,bilangan asid amino dalam protein adalah sama dengan bilangan molekul tRNAterlibat dalam sintesis protein;
2. Setiap asid amino dikodkan oleh tiga nukleotida (satu triplet, atau kodon), jadi bilangan pengekodan nukleotida sentiasa tiga kali lebih besar, danbilangan triplet (kodon) adalah sama dengan bilangan asid amino dalam protein;
3. setiap tRNA mempunyai antikodon pelengkap kepada kodon mRNA, jadibilangan antikodon, dan oleh itu secara amnya molekul tRNA sama dengan bilangan kodon mRNA;
4. mRNA adalah pelengkap kepada salah satu helai DNA, jadibilangan nukleotida dalam mRNA adalah sama dengan bilangan nukleotida dalam DNA. Bilangan kembar tiga, tentu saja, juga akan sama.

Apabila menyelesaikan beberapa masalah dalam bahagian ini, perlu menggunakan jadual kod genetik. Peraturan untuk menggunakan jadual biasanya ditunjukkan dalam tugasan, tetapi lebih baik untuk mempelajarinya terlebih dahulu. Untuk menentukan asid amino yang dikodkan oleh triplet tertentu, anda mesti melakukan langkah berikut:

1. nukleotida pertama triplet ditemui di baris menegak kiri,
2. kedua - di bahagian atas mendatar,
3. yang ketiga berada di baris menegak kanan.
4. asid amino yang sepadan dengan triplet terletak pada titik persilangan garis khayalan, berasal dari nukleotida.

1.2. Dokumentasi bertulis penyelesaian masalah.

Jawapan:

Perkara penting semasa menyelesaikan tugasan adalah untuk menerangkan tindakan yang dilakukan, terutamanya jika tugas itu berkata: "Terangkan jawapan anda." Kehadiran penerangan membolehkan penilai membuat kesimpulan tentang pemahaman pelajar tentang topik ini, dan ketiadaan mereka boleh menyebabkan kehilangan satu perkara yang sangat penting. Tugasan 39 bernilai tiga mata, yang diberikan sekiranya penyelesaian yang betul sepenuhnya. Oleh itu, apabila memulakan tugas, pertama sekali adalah perlu untuk menyerlahkan semua isu. Bilangan jawapan mesti sepadan dengan mereka.

Bab 2. Jenis tugas dalam sitologi.

2.1 Objektif berkaitan dengan menentukan peratusan nukleotida dalam DNA

Malah sebelum penemuan Watson dan Crick, pada tahun 1950, ahli biokimia Australia Edwin Chargaff telah membuktikan bahawabahawa dalam DNA mana-mana organisma bilangan nukleotida adenil adalah sama dengan bilangan nukleotida timidil, dan bilangan nukleotida guanyl adalah sama dengan bilangan nukleotida sitosil (A=T, G=C), atau jumlah bilangan bes nitrogen purin adalah sama dengan jumlah bilangan bes nitrogen pirimidin (A+G=C+T ).Corak ini dipanggil "peraturan Chargaff."

Hakikatnya ialah apabila heliks berganda terbentuk, timin bes nitrogen sentiasa dipasang bertentangan dengan adenin bes nitrogen dalam satu rantai, dan sitosin dipasang bertentangan guanin, iaitu rantai DNA kelihatan saling melengkapi. Dan nukleotida berpasangan ini adalah pelengkap antara satu sama lain (dari komplementum Latin - penambahan).

Mengapa prinsip ini diikuti? Untuk menjawab soalan ini, kita perlu mengingati sifat kimia asas heterosiklik nitrogen. Adenine dan guanine tergolong dalam purin, dan sitosin dan timin tergolong dalam pirimidin, iaitu, ikatan tidak diwujudkan antara bes nitrogen yang sama. Di samping itu, tapak pelengkap sepadan antara satu sama lain secara geometri, i.e. dalam saiz dan bentuk. Oleh itu, komplementari nukleotida ialah kesepadanan kimia dan geometri bagi struktur molekulnya antara satu sama lain.

Bes nitrogen mengandungi oksigen dan atom nitrogen yang sangat elektronegatif, yang membawa cas negatif separa, serta atom hidrogen, yang membawa cas positif separa. Disebabkan oleh caj separa ini, ikatan hidrogen timbul di antara asas nitrogen bagi urutan antiselari molekul DNA.

Tugasan. Dalam molekul DNA terdapat 23% nukleotida adenil daripada jumlah nukleotida. Tentukan bilangan timidil dan sitosil nukleotida.

Jawapan: T=23%; C=27%

Tugasan Molekul DNA dengan berat molekul relatif 69 ribu diberikan, di mana 8625 adalah nukleotida adenil. Berat molekul relatif bagi satu nukleotida adalah secara purata 345. Berapakah bilangan nukleotida individu yang terdapat dalam DNA ini? Berapakah panjang molekulnya?

Jawab : A=T=25; G=C=75; 34 nm.

2.2. R Masalah pengiraan dikhaskan untuk menentukan bilangan asid amino dalam protein, serta bilangan nukleotida dan triplet dalam DNA atau RNA.

• Asid amino yang diperlukan untuk sintesis protein dihantar ke ribosom menggunakan tRNA. Setiap molekul tRNA hanya membawa satu asid amino.
• Maklumat tentang struktur utama molekul protein disulitkan dalam molekul DNA.
• Setiap asid amino dikodkan oleh urutan tiga nukleotida. Urutan ini dipanggil triplet atau kodon.

Tugasan: 30 molekul tRNA terlibat dalam terjemahan. Tentukan bilangan asid amino yang membentuk protein yang terhasil, serta bilangan triplet dan nukleotida dalam gen yang mengekod protein ini.

Jawapan: Bilangan asid amino – 30. Bilangan triplet – 30. Bilangan nukleotida – 90.

Tugasan: Menurut beberapa saintis, jumlah panjang semua molekul DNA dalam nukleus satu sel kuman manusia adalah kira-kira 102 cm Berapa banyak pasangan nukleotida terkandung dalam DNA satu sel (1 nm = 10–6 mm)?

Jawapan: 3x109 pasang.

2.3. Tugas untuk membina molekul mRNA, antikodon tRNA dan urutan asid amino dalam rantai polipeptida. Kerjadengan jadual kod genetik.

Tugasan: RNA mengandungi urasil dan bukannya timin. Biosintesis protein melibatkan t-RNA dengan antikodon: UUA, GGC, CGC, AUU, CGU. Tentukan urutan nukleotida bagi bahagian setiap rantai molekul DNA yang membawa maklumat tentang polipeptida yang disintesis, dan bilangan nukleotida yang mengandungi adenine, guanina, timin, sitosin dalam molekul DNA untai dua.

Tugasan: serpihan salah satu rantai DNA mempunyai struktur berikut: AAGGCTACTGTTG. Bina mRNA padanya dan tentukan urutan asid amino dalam serpihan molekul protein.

Jawapan: fen-arg-cis-asn.

Tugasan: Ribosom daripada sel yang berbeza, keseluruhan set asid amino dan molekul yang sama mRNA dan tRNA diletakkan di dalam tabung uji, dan semua keadaan dicipta untuk sintesis protein. Mengapa dalam tabung uji satu jenis protein akan disintesis pada ribosom yang berbeza.

Jawapan: Protein yang sama disintesis pada mRNA yang sama, kerana maklumat adalah sama.

• Tugasan: Serpihan mRNA mempunyai struktur berikut: GAUGAGUATSUUCAA. Tentukan antikodon tRNA dan jujukan asid amino yang dikodkan dalam serpihan ini. Tulis juga serpihan molekul DNA di mana mRNA ini disintesis.

Jawab : Jujukan asid amino - : asp-glu-tyr-phen-lys. Antikodon T-RNA - TsUA, TsUC, AUG, AAG, UUU. Serpihan DNA – CTATTSCATGAAGTTT

2.4.Tugas untuk menentukan bilangan molekul DNA dan kromosom dalam proses mitosis dan meiosis.

Mitosis - kaedah utama pembahagian sel eukariotik, di mana penggandaan pertama berlaku, dan kemudian bahan keturunan diagihkan secara sama rata antara sel anak.

Mitosis ialah proses berterusan dengan empat fasa: profase, metafasa, anafasa dan telofasa. Sebelum mitosis, sel bersedia untuk pembahagian, atau interfasa. Tempoh penyediaan sel untuk mitosis dan mitosis itu sendiri bersama-sama membentukkitaran mitosis.

Interfasa terdiri daripada tiga tempoh: prasintetik, atau postmitotik, - G 1 , sintetik - S, pascasintesis atau premitotik - G 2 .

Tempoh prasintesis(2 n 2 c , di mana n - bilangan kromosom, Dengan - bilangan molekul DNA) - pertumbuhan sel, pengaktifan proses sintesis biologi, persediaan untuk tempoh seterusnya.

Tempoh sintetik(2 n 4 c ) - replikasi DNA.

PERHATIAN!

Selepas penggandaan, set kromosom kekal diploid (2n), kerana kromatid kakak kekal bersambung pada sentromer.

Tempoh pascasintesis(2 n 4 c ) - penyediaan sel untuk mitosis, sintesis dan pengumpulan protein dan tenaga untuk bahagian yang akan datang, peningkatan bilangan organel, penggandaan sentriol.

Profase (2 n 4 c ) - pembongkaran membran nuklear, perbezaan sentriol ke kutub sel yang berbeza, pembentukan filamen gelendong, "kehilangan" nukleoli, pemeluwapan kromosom bichromatid.

Metafasa (2 n 4 s ) - penjajaran kromosom bichromatid terkondensasi secara maksimum dalam satah khatulistiwa sel (plat metafasa), lampiran benang gelendong pada satu hujung ke sentriol, satu lagi ke sentromer kromosom.

Anafasa (4 n 4 c ) - pembahagian kromosom dua kromatid kepada kromatid dan perbezaan kromatid kakak ini kepada kutub sel yang bertentangan (dalam kes inikromatid menjadi kromosom kromatid tunggal bebas).

Telofasa (2 n 2 c dalam setiap sel anak perempuan) - dekondensasi kromosom, pembentukan membran nuklear di sekeliling setiap kumpulan kromosom, perpecahan benang gelendong, penampilan nukleolus, pembahagian sitoplasma (sitotomi). Sitotomi dalam sel haiwan berlaku disebabkan oleh alur belahan, dalam sel tumbuhan - disebabkan oleh plat sel.

Meiosis - ini adalah kaedah khas untuk membahagikan sel eukariotik, akibatnya sel-sel beralih dari keadaan diploid ke keadaan haploid. Meiosis terdiri daripada dua bahagian berturut-turut didahului oleh satu replikasi DNA.

Pembahagian meiotik pertama (meiosis 1)dipanggil pengurangan, kerana semasa pembahagian inilah bilangan kromosom dibelah dua: daripada satu sel diploid (2 n 4 s ) dua haploid (1 n 2 c).

Interfasa 1 (pada permulaan - 2 n 2 s, pada akhir - 2 n 4 s ) - sintesis dan pengumpulan bahan dan tenaga yang diperlukan untuk kedua-dua bahagian, peningkatan saiz sel dan bilangan organel, penggandaan sentriol, replikasi DNA, yang berakhir dengan profasa 1.

Profasa 1 (2 n 4 s ) - pembongkaran membran nuklear, perbezaan sentriol ke kutub sel yang berbeza, pembentukan filamen gelendong, "kehilangan" nukleolus, pemeluwapan kromosom bichromatid, konjugasi kromosom homolog dan persilangan.

Metafasa 1 (2 n 4 s ) - penjajaran bivalen dalam satah khatulistiwa sel, lampiran filamen gelendong pada satu hujung ke sentriol, satu lagi ke sentromer kromosom.

Anafasa 1 (2 n 4 s ) - bebas rawakpengasingan kromosom dikromatidke kutub sel yang bertentangan (dari setiap pasangan kromosom homolog, satu kromosom pergi ke satu kutub, yang lain ke yang lain), penggabungan semula kromosom.

Telofasa 1 (1 n 2 c dalam setiap sel) - pembentukan membran nuklear di sekeliling kumpulan kromosom dikromatid, pembahagian sitoplasma. Dalam kebanyakan tumbuhan, sel pergi dari anafasa 1 serta-merta ke profasa 2.

Pembahagian meiosis kedua (meiosis 2) dipanggil persamaan.

Interfasa 2, atau interkinesis (1n 2c ), ialah rehat singkat antara bahagian meiotik pertama dan kedua di mana replikasi DNA tidak berlaku. Ciri sel haiwan.

Profase 2 (1 n 2 c ) - pembongkaran membran nuklear, perbezaan sentriol ke kutub sel yang berbeza, pembentukan filamen gelendong.

Metafasa 2 (1 n 2 c ) - penjajaran kromosom bichromatid dalam satah khatulistiwa sel (plat metaphase), lampiran filamen gelendong pada satu hujung ke sentriol, yang lain ke sentromer kromosom; 2 blok oogenesis pada manusia.

Anafasa 2 (2 n 2 s ) - pembahagian kromosom dua kromatid kepada kromatid dan perbezaan kromatid kakak ini kepada kutub sel yang bertentangan (dalam kes ini, kromatid menjadi kromosom kromatid tunggal bebas), penggabungan semula kromosom.

Telofasa 2 (1 n 1 c dalam setiap sel) - dekondensasi kromosom, pembentukan membran nuklear di sekeliling setiap kumpulan kromosom, perpecahan filamen gelendong, penampilan nukleolus, pembahagian sitoplasma (cytotomy) dengan pembentukan empat sel haploid.

Tugasan: Lembu mempunyai 60 kromosom dalam sel somatiknya. Tentukan bilangan kromosom dan molekul DNA dalam sel ovari dalam interfasa sebelum permulaan pembahagian dan selepas pembahagian meiosis I. Terangkan bagaimana bilangan kromosom dan molekul DNA tersebut terbentuk.

Jawapan: Dalam interfasa terdapat 60 kromosom dan 120 molekul DNA. Selepas meiosis I terdapat 30 kromosom dan 60 molekul DNA.

Tugasan: Set kromosom sel gandum somatik ialah 28. Tentukan set kromosom dan bilangan molekul DNA dalam nukleus (sel) ovul sebelum bermulanya meiosis I dan meiosis II. Terangkan keputusan dalam setiap kes.

Jawapan: Sebelum permulaan meiosis I = 28 kromosom, 56 molekul DNA. Sebelum meiosis II = 14 kromosom, 28 molekul DNA

Tugasan: Adalah diketahui bahawa sel somatik kubis mengandungi 18 kromosom. Tentukan set kromosom dan bilangan molekul DNA dalam salah satu sel ovul sebelum permulaan meiosis, dalam anafasa meiosis I dan dalam anafasa meiosis II. Terangkan apakah proses yang berlaku dalam tempoh ini dan bagaimana ia mempengaruhi perubahan dalam bilangan DNA dan kromosom.

Jawapan: Sebelum permulaan meiosis - 18 kromosom, 36 molekul DNA. Dalam anafase meiosis I terdapat 18 kromosom, 36 molekul DNA. Dalam anafasa terdapat 18 kromosom, 18 molekul DNA.

2.5. Tugas untuk menentukan panjang bahagian DNA yang berasingan atau bilangan nukleotida di dalamnya.

Menurut model ahli biokimia Amerika J. Watson dan ahli fizik Inggeris F. Crick, molekul DNA ialah dua rantai polinukleotida tangan kanan, atau heliks berganda, dipintal di sekeliling paksi sepunya. Terdapat kira-kira 10 sisa nukleotida setiap pusingan heliks. Rantai dalam heliks berganda ini adalah antiselari, iaitu, diarahkan ke arah yang bertentangan, supaya hujung 3" satu rantai terletak bertentangan dengan hujung 5" yang lain. Saiz molekul DNA biasanya dinyatakan dengan bilangan nukleotida yang membentuknya. Saiz ini berbeza daripada beberapa ribu pasangan nukleotida dalam plasmid bakteria dan beberapa virus kepada ratusan ribu pasangan nukleotida dalam organisma yang lebih tinggi.

Panjang linear satu nukleotida dalam asid nukleik

L n = 0.34 nm = 3.4 angstrom

Purata berat molekul satu nukleotida

Encik n = 345 amu (Da)

Tugasan. Panjang kontur molekul DNA bakteriofaj ialah 17x10" 6 m. Selepas terdedah kepada mutagen, panjangnya ternyata 13.6x10-6 m. Tentukan berapa banyak pasangan bes nitrogen yang hilang akibat mutasi jika diketahui jarak antara nukleotida jiran ialah 34x10 11 m.

Jawapan: 10 ribu pasangan asas.

Bab 4. Contoh masalah untuk penyelesaian bebas.

1. Molekul DNA mengandungi 31% adenine. Tentukan berapa banyak (dalam%) nukleotida lain yang terkandung dalam molekul ini.
2. 50 molekul tRNA terlibat dalam terjemahan. Tentukan bilangan asid amino yang membentuk protein yang terhasil, serta bilangan triplet dan nukleotida dalam gen yang mengekod protein ini.
3. Serpihan DNA terdiri daripada 72 nukleotida. Tentukan bilangan triplet dan nukleotida dalam mRNA, serta bilangan asid amino yang membentuk protein yang terhasil.
4. Serpihan salah satu rantai DNA mempunyai struktur berikut: GGCTCTAGCTTC. Bina mRNA padanya dan tentukan urutan asid amino dalam serpihan molekul protein (gunakan jadual kod genetik untuk ini).
5. Serpihan mRNA mempunyai struktur berikut: GCUAAUGUUCUUUAC. Tentukan antikodon tRNA dan jujukan asid amino yang dikodkan dalam serpihan ini. Tulis juga serpihan molekul DNA di mana mRNA ini disintesis (gunakan jadual kod genetik untuk ini).
6. Serpihan DNA mempunyai urutan nukleotida berikut AGCCGACTTGCC. Tentukan jujukan nukleotida tRNA yang disintesis pada serpihan ini dan asid amino yang akan dibawa oleh tRNA ini jika triplet ketiga sepadan dengan antikodon tRNA. Untuk menyelesaikan tugas, gunakan jadual kod genetik.
7. Dalam sel haiwan, set diploid kromosom ialah 20. Tentukan bilangan molekul DNA sebelum mitosis, selepas mitosis, selepas pembahagian meiosis pertama dan kedua.
8. 15 molekul glukosa memasuki disimilasi. Tentukan jumlah ATP selepas glikolisis, selepas peringkat tenaga dan jumlah kesan disimilasi.
9. 6 molekul PVC memasuki kitaran Krebs. Tentukan jumlah ATP selepas peringkat tenaga, jumlah kesan pelesapan dan bilangan molekul glukosa yang memasuki disimilasi.

Jawapan:

1. T=31%, G=C= 19% setiap satu.
2. 50 asid amino, 50 triplet, 150 nukleotida.
3. 24 kembar tiga, 24 asid amino, 24 molekul tRNA.
4. mRNA: CCG-AGA-UCG-AAG. Urutan asid amino: pro-arg-ser-lys.
5. Serpihan DNA: CGATTACAAGAAAATG. Antikodon T-RNA: CGA, UUA, CAA, GAA, AUG. Urutan asid amino: ala-asn-val-ley-tyr.
6. tRNA: UCG-GCU-GAA-CHG. Antikodon GAA, kodon mRNA - CUU, asid amino yang dipindahkan - leu.
7. 2n=20. Set genetik:

1. sebelum mitosis 40 molekul DNA;
2. selepas mitosis 20 molekul DNA;
3. selepas pembahagian meiotik pertama, 20 molekul DNA;
4. selepas pembahagian meiotik kedua terdapat 10 molekul DNA.

1. Oleh kerana satu molekul glukosa menghasilkan 2 molekul PVK dan 2ATP, oleh itu, 30 ATP disintesis. Selepas peringkat tenaga disimilasi, 36 molekul ATP terbentuk (dengan pecahan 1 molekul glukosa), oleh itu, 540 ATP disintesis. Jumlah kesan pelesapan ialah 540+30=570 ATP.
2. 6 molekul PVA memasuki kitaran Krebs, oleh itu, 3 molekul glukosa hancur. Jumlah ATP selepas glikolisis ialah 6 molekul, selepas peringkat tenaga - 108 molekul, jumlah kesan disimilasi ialah 114 molekul ATP.

kesusasteraan:

Kawalan tugas pada genetik dan cadangan metodologi untuk pelaksanaannya. [komp. L.I. Lushina, S.V. Zalyashchev, A.A. Semenov, O.N. Noskova]. – Samara: SGPU, 2007, 142 hlm.

http://ege-study.ru

http://licey.net

http://reshuege.ru

http://www.fipi.ru

Lampiran I Kod genetik (mRNA)

Pengarang artikel - D. A. Solovkov, Calon Sains Biologi

Jenis Masalah Sitologi

Tugas sitologi yang muncul dalam Peperiksaan Negeri Bersepadu boleh dibahagikan kepada tujuh jenis utama. Jenis pertama melibatkan penentuan peratusan nukleotida dalam DNA dan paling kerap ditemui dalam Bahagian A peperiksaan. Yang kedua termasuk tugas pengiraan yang dikhaskan untuk menentukan bilangan asid amino dalam protein, serta bilangan nukleotida dan triplet dalam DNA atau RNA. Masalah jenis ini boleh didapati di Bahagian A dan Bahagian C.

Tugas sitologi jenis 3, 4 dan 5 ditumpukan untuk bekerja dengan jadual kod genetik, dan juga memerlukan pemohon untuk mempunyai pengetahuan tentang proses transkripsi dan terjemahan. Tugasan sedemikian membentuk majoriti soalan C5 dalam Peperiksaan Negeri Bersepadu.

Masalah jenis 6 dan 7 muncul dalam Peperiksaan Negeri Bersepadu agak baru-baru ini, dan ia juga boleh dihadapi oleh pemohon dalam Bahagian C. Jenis keenam adalah berdasarkan pengetahuan tentang perubahan dalam susunan genetik sel semasa mitosis dan meiosis, dan jenis ketujuh menguji penguasaan pelajar terhadap bahan tentang disimilasi dalam sel eukariotik .

Di bawah ialah penyelesaian kepada semua jenis masalah dan contoh untuk kerja bebas. Lampiran menyediakan jadual kod genetik yang digunakan dalam penyelesaian.

Menyelesaikan masalah jenis pertama

Maklumat asas:

• Terdapat 4 jenis nukleotida dalam DNA: A (adenine), T (thymine), G (guanine) dan C (sitosin).
• Pada tahun 1953, J. Watson dan F. Crick mendapati bahawa molekul DNA adalah heliks berganda.
• Rantaian tersebut saling melengkapi antara satu sama lain: adenin yang bertentangan dalam satu rantai sentiasa ada timin dalam rantai yang lain dan begitu juga sebaliknya (A-T dan T-A); sitosin bertentangan ialah guanin (CG dan G-C).
• Dalam DNA, jumlah adenine dan guanina adalah sama dengan bilangan sitosin dan timin, serta A=T dan C=G (peraturan Chargaff).

Tugas: molekul DNA mengandungi adenine. Tentukan berapa banyak (dalam) molekul ini mengandungi nukleotida lain.

Penyelesaian: jumlah adenine adalah sama dengan jumlah timin, oleh itu molekul ini mengandungi timin. Guanin dan sitosin menyumbang . Kerana kuantitinya adalah sama, maka C=G=.

Menyelesaikan masalah jenis kedua

Maklumat asas:

• Asid amino yang diperlukan untuk sintesis protein dihantar ke ribosom menggunakan tRNA. Setiap molekul tRNA hanya membawa satu asid amino.
• Maklumat tentang struktur utama molekul protein disulitkan dalam molekul DNA.
• Setiap asid amino dikodkan oleh urutan tiga nukleotida. Urutan ini dipanggil triplet atau kodon.

Tugas: molekul t-RNA terlibat dalam terjemahan. Tentukan bilangan asid amino yang membentuk protein yang terhasil, serta bilangan triplet dan nukleotida dalam gen yang mengekod protein ini.

Penyelesaian: jika t-RNA terlibat dalam sintesis, maka mereka memindahkan asid amino. Oleh kerana satu asid amino dikodkan oleh satu triplet, akan ada triplet atau nukleotida dalam gen.

Menyelesaikan masalah jenis ketiga

Maklumat asas:

• Transkripsi ialah proses mensintesis mRNA daripada templat DNA.
• Transkripsi berlaku mengikut peraturan saling melengkapi.
• RNA mengandungi urasil dan bukannya timin.

Tugas: serpihan salah satu rantai DNA mempunyai struktur berikut: AAGGCTACTGTTG. Bina mRNA padanya dan tentukan urutan asid amino dalam serpihan molekul protein.

Penyelesaian: mengikut peraturan pelengkap, kami menentukan serpihan mRNA dan membahagikannya kepada tiga kali ganda: UUC-CGA-UGC-AAU. Menggunakan jadual kod genetik, kami menentukan urutan asid amino: phen-arg-cis-asn.

Menyelesaikan masalah jenis keempat

Maklumat asas:

• Antikodon ialah jujukan tiga nukleotida dalam tRNA yang merupakan pelengkap kepada nukleotida dalam kodon iRNA. tRNA dan mRNA mengandungi nukleotida yang sama.
• Molekul mRNA disintesis pada DNA mengikut peraturan saling melengkapi.
• DNA mengandungi timin dan bukannya urasil.

Tugas: serpihan mRNA mempunyai struktur berikut: GAUGAGUATSUUCAA. Tentukan antikodon tRNA dan jujukan asid amino yang dikodkan dalam serpihan ini. Tulis juga serpihan molekul DNA di mana mRNA ini disintesis.

Penyelesaian: kami memecahkan mRNA kepada tiga kali ganda GAU-GAG-UAC-UUC-AAA dan menentukan urutan asid amino menggunakan jadual kod genetik: asp-glu-tyr-phen-lys. Serpihan ini mengandungi triplet, jadi t-RNA akan mengambil bahagian dalam sintesis. Antikodon mereka ditentukan oleh peraturan pelengkap: TsUA, TsUC, AUG, AAG, UUU. Juga, mengikut peraturan saling melengkapi, kami menentukan serpihan DNA (oleh mRNA!!!): CTATCTCATGAAGTTT.

Menyelesaikan masalah jenis kelima

Maklumat asas:

• Molekul tRNA disintesis pada DNA mengikut peraturan saling melengkapi.
• Jangan lupa bahawa RNA mengandungi urasil dan bukannya timin.
• Antikodon ialah jujukan tiga nukleotida pelengkap kepada nukleotida kodon dalam mRNA. tRNA dan mRNA mengandungi nukleotida yang sama.

Tugas: serpihan DNA mempunyai jujukan nukleotida berikut TTAGCCGATCCG. Tentukan jujukan nukleotida tRNA yang disintesis pada serpihan ini dan asid amino yang akan dibawa oleh tRNA ini jika triplet ketiga sepadan dengan antikodon tRNA. Untuk menyelesaikan tugas, gunakan jadual kod genetik.

Penyelesaian: kami menentukan komposisi molekul t-RNA: ААУЦГГЦУАГГЦ dan mencari triplet ketiga - ini adalah CUA. Antikodon ini adalah pelengkap kepada mRNA triplet - GAC. Ia mengekodkan asid amino asp, yang dibawa oleh tRNA ini.

Menyelesaikan masalah jenis keenam

Maklumat asas:

• Dua cara utama pembahagian sel ialah mitosis dan meiosis.
• Perubahan dalam susunan genetik sel semasa mitosis dan meiosis.

Masalah: dalam sel haiwan set diploid kromosom adalah sama dengan . Tentukan bilangan molekul DNA sebelum mitosis, selepas mitosis, selepas pembahagian pertama dan kedua meiosis.

Penyelesaian: Mengikut syarat, . Set genetik:

Menyelesaikan masalah jenis ketujuh

Maklumat asas:

• Apakah metabolisme, disimilasi dan asimilasi.
• Disimilasi dalam organisma aerobik dan anaerobik, ciri-cirinya.
• Berapa banyak peringkat yang terdapat dalam disimilasi, di mana ia berlaku, apakah tindak balas kimia yang berlaku semasa setiap peringkat.

Tugas: molekul glukosa telah memasuki disimilasi. Tentukan jumlah ATP selepas glikolisis, selepas peringkat tenaga dan jumlah kesan disimilasi.

Penyelesaian: tulis persamaan glikolisis: = 2PVK + 4H + 2ATP. Oleh kerana satu molekul glukosa menghasilkan molekul PVK dan 2ATP, oleh itu, 20 ATP disintesis. Selepas peringkat tenaga disimilasi, molekul ATP terbentuk (semasa pemecahan molekul glukosa), oleh itu, ATP disintesis. Jumlah kesan pelesapan adalah sama dengan ATP.

Contoh tugas untuk penyelesaian bebas

1. T=, G=C= oleh .
2. asid amino, triplet, nukleotida.
3. triplet, asid amino, molekul tRNA.
4. mRNA: CCG-AGA-UCG-AAG. Urutan asid amino: pro-arg-ser-lys.
5. Serpihan DNA: CGATTACAAGAAAATG. Antikodon T-RNA: CGA, UUA, CAA, GAA, AUG. Urutan asid amino: ala-asn-val-ley-tyr.
6. tRNA: UCG-GCU-GAA-CHG. Antikodon GAA, kodon i-RNA - CUU, asid amino yang dipindahkan - leu.
7. . Set genetik:
8. Oleh kerana satu molekul glukosa menghasilkan molekul PVK dan 2ATP, oleh itu, ATP disintesis. Selepas peringkat tenaga disimilasi, molekul ATP terbentuk (semasa pemecahan molekul glukosa), oleh itu, ATP disintesis. Jumlah kesan pelesapan adalah sama dengan ATP.
9. Molekul PVK memasuki kitaran Krebs, oleh itu, molekul glukosa hancur. Jumlah ATP selepas glikolisis - molekul, selepas peringkat tenaga - molekul, jumlah kesan disimilasi molekul ATP.

Jadi, artikel ini membentangkan jenis masalah utama dalam sitologi yang mungkin dihadapi oleh pemohon dalam Peperiksaan Negeri Bersepadu dalam biologi. Kami berharap bahawa pilihan masalah dan penyelesaiannya akan berguna kepada semua orang semasa membuat persediaan untuk peperiksaan. Semoga berjaya!

Sel sebagai sistem biologi

Teori sel moden, peruntukan utamanya, peranan dalam pembentukan gambaran sains semula jadi moden dunia. Perkembangan pengetahuan tentang sel. Struktur selular organisma adalah asas kesatuan dunia organik, bukti kekerabatan alam semula jadi.

Teori sel moden, peruntukan utamanya, peranan dalam pembentukan gambaran sains semula jadi moden dunia

Salah satu konsep asas dalam biologi moden ialah idea bahawa semua organisma hidup mempunyai struktur selular. Sains mengkaji struktur sel, aktiviti kehidupan dan interaksi dengan alam sekitar. sitologi, kini lebih biasa dirujuk sebagai biologi sel. Cytology berhutang penampilannya kepada perumusan teori sel (1838-1839, M. Schleiden, T. Schwann, ditambah pada tahun 1855 oleh R. Virchow).

Teori sel adalah idea umum tentang struktur dan fungsi sel sebagai unit hidup, pembiakan dan peranannya dalam pembentukan organisma multiselular.

Prinsip asas teori sel:

1. Sel ialah unit struktur, aktiviti penting, pertumbuhan dan perkembangan organisma hidup - tiada kehidupan di luar sel.
2. Sel ialah sistem tunggal yang terdiri daripada banyak unsur yang saling berkaitan secara semula jadi antara satu sama lain, mewakili pembentukan kamiran tertentu.
3. Sel-sel semua organisma adalah serupa dalam komposisi kimia, struktur dan fungsinya.
4. Sel-sel baru terbentuk hanya hasil daripada pembahagian sel induk (“sel dari sel”).
5. Sel-sel organisma multisel membentuk tisu, dan organ terdiri daripada tisu. Kehidupan organisma secara keseluruhannya ditentukan oleh interaksi sel konstituennya.
6. Sel-sel organisma multiselular mempunyai set penuh gen, tetapi berbeza antara satu sama lain kerana kumpulan gen yang berbeza berfungsi di dalamnya, yang mengakibatkan kepelbagaian morfologi dan fungsi sel - pembezaan.

Terima kasih kepada penciptaan teori selular, menjadi jelas bahawa sel adalah unit terkecil kehidupan, sistem hidup asas, yang mempunyai semua tanda dan sifat makhluk hidup. Perumusan teori sel menjadi prasyarat yang paling penting untuk perkembangan pandangan mengenai keturunan dan kebolehubahan, kerana pengenalpastian sifat dan corak yang wujud tidak dapat dielakkan mencadangkan kesejagatan struktur organisma hidup. Pengenalpastian kesatuan komposisi kimia dan struktur sel berfungsi sebagai dorongan untuk perkembangan idea tentang asal usul organisma hidup dan evolusinya. Di samping itu, asal usul organisma multiselular daripada sel tunggal semasa perkembangan embrio telah menjadi dogma embriologi moden.

Perkembangan pengetahuan tentang sel

Sehingga abad ke-17, orang tidak tahu sama sekali tentang struktur mikro objek di sekeliling mereka dan melihat dunia dengan mata kasar. Peranti untuk mengkaji dunia mikro - mikroskop - telah dicipta sekitar 1590 oleh mekanik Belanda G. dan Z. Jansen, tetapi ketidaksempurnaannya tidak memungkinkan untuk memeriksa objek yang cukup kecil. Hanya penciptaan berdasarkan mikroskop kompaun yang dipanggil oleh K. Drebbel (1572-1634) menyumbang kepada kemajuan dalam bidang ini.

Pada tahun 1665, ahli fizik Inggeris R. Hooke (1635-1703) menambah baik reka bentuk mikroskop dan teknologi kanta pengisaran dan, ingin memastikan kualiti imej yang lebih baik, memeriksa bahagian gabus, arang dan tumbuhan hidup di bawahnya. Pada bahagian itu, dia menemui liang-liang kecil, mengingatkan kepada sarang lebah, dan memanggilnya sel (dari bahasa Latin. selulum- sel, sel). Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa R. Hooke menganggap membran sel sebagai komponen utama sel.

Pada separuh kedua abad ke-17, karya ahli mikroskop yang paling terkenal M. Malpighi (1628-1694) dan N. Grew (1641-1712) muncul, yang juga menemui struktur selular banyak tumbuhan.

Untuk memastikan bahawa apa yang dilihat oleh R. Hooke dan saintis lain adalah benar, peniaga Belanda A. van Leeuwenhoek, yang tidak mempunyai pendidikan khas, secara bebas membangunkan reka bentuk mikroskop yang pada asasnya berbeza daripada yang sedia ada, dan menambah baik teknologi pembuatan kanta. Ini membolehkannya mencapai pembesaran 275-300 kali dan memeriksa butiran struktur yang secara teknikal tidak boleh diakses oleh saintis lain. A. van Leeuwenhoek adalah seorang pemerhati yang tiada tandingan: dia melakar dengan teliti dan menerangkan apa yang dilihatnya di bawah mikroskop, tetapi tidak berusaha untuk menjelaskannya. Dia menemui organisma bersel tunggal, termasuk bakteria, dan menemui nukleus, kloroplas, dan penebalan dinding sel dalam sel tumbuhan, tetapi penemuannya dihargai lebih lama kemudian.

Penemuan komponen struktur dalaman organisma pada separuh pertama abad ke-19 diikuti satu demi satu. G. Mohl membezakan benda hidup dan cecair berair - sap sel - dalam sel tumbuhan, dan menemui liang-liang. Ahli botani Inggeris R. Brown (1773-1858) menemui nukleus dalam sel orkid pada tahun 1831, kemudian ia ditemui dalam semua sel tumbuhan. Saintis Czech J. Purkinje (1787-1869) mencipta istilah "protoplasma" untuk menetapkan kandungan gelatin separa cecair sel tanpa nukleus (1840). Ahli botani Belgium M. Schleiden (1804-1881) maju lebih jauh daripada semua sezamannya, yang, dengan mengkaji perkembangan dan pembezaan pelbagai struktur selular tumbuhan yang lebih tinggi, membuktikan bahawa semua organisma tumbuhan berasal dari satu sel. Dia juga memeriksa badan nukleolus bulat dalam nukleus sel skala bawang (1842).

Pada tahun 1827, ahli embriologi Rusia K. Baer menemui telur manusia dan mamalia lain, dengan itu menyangkal idea perkembangan organisma secara eksklusif daripada gamet lelaki. Di samping itu, dia membuktikan pembentukan organisma haiwan multiselular dari satu sel - telur yang disenyawakan, serta persamaan peringkat perkembangan embrio haiwan multiselular, yang mencadangkan perpaduan asal mereka. Maklumat yang terkumpul pada pertengahan abad ke-19 memerlukan generalisasi, yang menjadi teori sel. Biologi berhutang perumusannya kepada ahli zoologi Jerman T. Schwann (1810-1882), yang, berdasarkan datanya sendiri dan kesimpulan M. Schleiden tentang perkembangan tumbuhan, mengemukakan anggapan bahawa jika nukleus hadir dalam sebarang formasi yang boleh dilihat di bawah mikroskop, maka pembentukan ini adalah sel. Berdasarkan kriteria ini, T. Schwann merumuskan peruntukan utama teori sel.

Pakar perubatan dan patologi Jerman R. Virchow (1821-1902) memperkenalkan satu lagi perkara penting ke dalam teori ini: sel timbul hanya dengan membahagikan sel asal, iaitu sel hanya terbentuk daripada sel ("sel dari sel").

Sejak penciptaan teori sel, doktrin sel sebagai unit struktur, fungsi dan perkembangan organisma telah berkembang secara berterusan. Menjelang akhir abad ke-19, terima kasih kepada kejayaan teknologi mikroskopik, struktur sel telah dijelaskan, organel-bahagian sel yang menjalankan pelbagai fungsi-diterangkan, kaedah pembentukan sel baru (mitosis, meiosis) telah dikaji, dan kepentingan utama struktur selular dalam penghantaran sifat keturunan menjadi jelas. Penggunaan kaedah penyelidikan fizikokimia terkini memungkinkan untuk mendalami proses penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan, serta mengkaji struktur halus setiap struktur sel. Semua ini menyumbang kepada pemisahan sains sel menjadi cabang pengetahuan bebas - sitologi.

Struktur selular organisma, persamaan struktur sel semua organisma adalah asas kesatuan dunia organik, bukti persaudaraan alam hidup.

Semua organisma hidup yang dikenali hari ini (tumbuhan, haiwan, kulat dan bakteria) mempunyai struktur selular. Malah virus yang tidak mempunyai struktur selular hanya boleh membiak dalam sel. Sel ialah unit struktur dan fungsi asas bagi makhluk hidup, yang dicirikan oleh semua manifestasinya, khususnya, metabolisme dan penukaran tenaga, homeostasis, pertumbuhan dan perkembangan, pembiakan dan kerengsaan. Pada masa yang sama, maklumat turun-temurun disimpan, diproses dan dilaksanakan di dalam sel.

Walaupun semua kepelbagaian sel, pelan struktur untuk mereka adalah sama: semuanya mengandungi perkakas keturunantenggelam dalam sitoplasma, dan sel sekeliling membran plasma.

Sel itu timbul akibat evolusi panjang dunia organik. Penyatuan sel ke dalam organisma multisel bukanlah satu penjumlahan yang mudah, kerana setiap sel, sambil mengekalkan semua ciri yang wujud dalam organisma hidup, pada masa yang sama memperoleh sifat baru kerana prestasi fungsi tertentu. Di satu pihak, organisma multiselular boleh dibahagikan kepada bahagian konstituennya - sel, tetapi sebaliknya, dengan meletakkannya kembali bersama, adalah mustahil untuk memulihkan fungsi seluruh organisma, kerana hanya dalam interaksi bahagian-bahagian sistem adakah sifat baru muncul. Ini mendedahkan salah satu corak utama yang mencirikan benda hidup - perpaduan yang diskret dan holistik. Saiz kecil dan bilangan sel yang ketara mewujudkan dalam organisma multiselular kawasan permukaan yang besar yang diperlukan untuk memastikan metabolisme yang cepat. Di samping itu, jika satu bahagian badan mati, integritinya boleh dipulihkan melalui pembiakan sel. Di luar sel, penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan, penyimpanan dan pemindahan tenaga dengan penukaran seterusnya kepada kerja adalah mustahil. Akhir sekali, pembahagian fungsi antara sel dalam organisma multiselular memberikan peluang yang luas kepada organisma untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran mereka dan merupakan prasyarat untuk meningkatkan kerumitan organisasi mereka.

Oleh itu, penubuhan kesatuan rancangan struktur sel-sel semua organisma hidup berfungsi sebagai bukti kesatuan asal semua kehidupan di Bumi.

Kepelbagaian sel. Sel prokariotik dan eukariotik. Ciri perbandingan sel tumbuhan, haiwan, bakteria, kulat Kepelbagaian sel

Menurut teori selular, sel ialah unit struktur dan fungsi terkecil organisma, yang mempunyai semua sifat benda hidup. Berdasarkan bilangan sel, organisma dibahagikan kepada unisel dan multisel. Sel organisma unisel wujud sebagai organisma bebas dan melaksanakan semua fungsi benda hidup. Semua prokariot dan sebilangan eukariota (banyak jenis alga, kulat dan protozoa), yang menarik dalam pelbagai bentuk dan saiz yang luar biasa, adalah unisel. Walau bagaimanapun, kebanyakan organisma masih berbilang sel. Sel mereka pakar dalam melaksanakan fungsi tertentu dan membentuk tisu dan organ, yang tidak boleh tidak menjejaskan ciri morfologi mereka. Sebagai contoh, tubuh manusia terbentuk daripada kira-kira 10 14 sel, diwakili oleh kira-kira 200 spesies, mempunyai pelbagai bentuk dan saiz.

Bentuk sel boleh bulat, silinder, padu, prismatik, berbentuk cakera, berbentuk gelendong, stellate, dll. Oleh itu, telur mempunyai bentuk bulat, sel epitelium mempunyai bentuk silinder, kubik dan prismatik, sel darah merah mempunyai bentuk cakera biconcave, sel tisu otot mempunyai bentuk gelendong, dan stellate - sel tisu saraf. Sebilangan sel tidak mempunyai bentuk kekal sama sekali. Ini termasuk, pertama sekali, leukosit darah.

Saiz sel juga berbeza dengan ketara: kebanyakan sel organisma multiselular mempunyai saiz dari 10 hingga 100 mikron, dan yang terkecil - 2-4 mikron. Had bawah adalah disebabkan oleh fakta bahawa sel mesti mempunyai set bahan dan struktur minimum untuk memastikan aktiviti penting, dan saiz sel yang terlalu besar akan mengganggu pertukaran bahan dan tenaga dengan alam sekitar, dan juga akan merumitkan proses. untuk mengekalkan homeostasis. Walau bagaimanapun, beberapa sel boleh dilihat dengan mata kasar. Pertama sekali, ini termasuk sel-sel buah tembikai dan epal, serta telur ikan dan burung. Walaupun salah satu daripada dimensi linear sel melebihi purata, semua yang lain sepadan dengan norma. Sebagai contoh, proses neuron boleh melebihi 1 m panjang, tetapi diameternya masih sepadan dengan nilai purata. Tiada hubungan langsung antara saiz sel dan saiz badan. Oleh itu, sel otot gajah dan tetikus adalah sama saiz.

Sel prokariotik dan eukariotik

Seperti yang dinyatakan di atas, sel mempunyai banyak sifat fungsian dan ciri morfologi yang serupa. Setiap daripada mereka terdiri daripada sitoplasma yang direndam di dalamnya perkakas keturunan, dan dipisahkan daripada persekitaran luaran membran plasma, atau plasmalemma, yang tidak mengganggu proses metabolisme dan tenaga. Di luar membran, sel juga mungkin mempunyai dinding sel, yang terdiri daripada pelbagai bahan, yang berfungsi untuk melindungi sel dan merupakan sejenis rangka luar.

Sitoplasma ialah keseluruhan kandungan sel, mengisi ruang antara membran plasma dan struktur yang mengandungi maklumat genetik. Ia terdiri daripada bahan utama - hyaloplasma- dan organel dan inklusi yang direndam di dalamnya. Organoid ialah komponen kekal sel yang menjalankan fungsi tertentu, dan kemasukan ialah komponen yang muncul dan hilang semasa hayat sel, terutamanya menjalankan fungsi penyimpanan atau perkumuhan. Kemasukan sering dibahagikan kepada pepejal dan cecair. Kemasukan pepejal diwakili terutamanya oleh butiran dan boleh mempunyai sifat yang berbeza, manakala vakuol dan titisan lemak dianggap kemasukan cecair.

Pada masa ini, terdapat dua jenis organisasi sel utama: prokariotik dan eukariotik.

Sel prokariotik tidak mempunyai nukleus; maklumat genetiknya tidak dipisahkan daripada sitoplasma oleh membran.

Kawasan sitoplasma di mana maklumat genetik disimpan dalam sel prokariotik dipanggil nukleoid. Dalam sitoplasma sel prokariotik, terdapat terutamanya satu jenis organel - ribosom, dan organel yang dikelilingi oleh membran tidak hadir sepenuhnya. Bakteria adalah prokariot.

Sel eukariotik ialah sel yang mempunyai sekurang-kurangnya satu daripada peringkat perkembangannya teras- struktur khas di mana DNA terletak.

Sitoplasma sel eukariotik dibezakan oleh kepelbagaian ketara organel membran dan bukan membran. Organisma eukariotik termasuk tumbuhan, haiwan dan kulat. Saiz sel prokariotik biasanya adalah susunan magnitud yang lebih kecil daripada saiz sel eukariotik. Kebanyakan prokariot adalah organisma unisel, manakala eukariota adalah multisel.

Ciri perbandingan struktur sel tumbuhan, haiwan, bakteria dan kulat

Sebagai tambahan kepada ciri ciri prokariot dan eukariota, sel tumbuhan, haiwan, kulat dan bakteria juga mempunyai beberapa ciri. Oleh itu, sel tumbuhan mengandungi organel tertentu - kloroplas, yang menentukan keupayaan mereka untuk berfotosintesis, sedangkan organel ini tidak terdapat dalam organisma lain. Sudah tentu, ini tidak bermakna bahawa organisma lain tidak mampu melakukan fotosintesis, kerana, sebagai contoh, dalam bakteria ia berlaku pada invaginasi membran plasma dan vesikel membran individu dalam sitoplasma.

Sel tumbuhan, sebagai peraturan, mengandungi vakuol besar yang dipenuhi dengan sap sel. Mereka juga terdapat dalam sel haiwan, kulat dan bakteria, tetapi mempunyai asal usul yang sama sekali berbeza dan melaksanakan fungsi yang berbeza. Bahan rizab utama yang terdapat dalam bentuk kemasukan pepejal dalam tumbuhan adalah kanji, pada haiwan dan kulat ia adalah glikogen, dan dalam bakteria ia adalah glikogen atau volutin.

Satu lagi ciri tersendiri kumpulan organisma ini ialah organisasi radas permukaan: sel-sel organisma haiwan tidak mempunyai dinding sel, membran plasma mereka hanya ditutup dengan glikokaliks nipis, manakala semua yang lain memilikinya. Ini boleh difahami sepenuhnya, kerana cara haiwan memberi makan dikaitkan dengan penangkapan zarah makanan semasa proses fagositosis, dan kehadiran dinding sel akan menghalang mereka daripada peluang ini. Sifat kimia bahan yang membentuk dinding sel adalah berbeza dalam kumpulan organisma hidup yang berbeza: jika dalam tumbuhan ia adalah selulosa, maka dalam kulat ia adalah kitin, dan dalam bakteria ia adalah murein. Ciri perbandingan struktur sel tumbuhan, haiwan, kulat dan bakteria

Perbezaan dalam struktur sel wakil kerajaan yang berbeza dari alam hidup ditunjukkan dalam rajah.

Komposisi kimia sel. Unsur makro dan mikro. Hubungan antara struktur dan fungsi bahan bukan organik dan organik (protein, asid nukleik, karbohidrat, lipid, ATP) yang membentuk sel. Peranan bahan kimia dalam sel dan badan manusia

Komposisi kimia sel

Kebanyakan unsur kimia Jadual Berkala Unsur D.I. Mendeleev yang ditemui sehingga kini ditemui dalam organisma hidup. Di satu pihak, mereka tidak mengandungi satu unsur yang tidak akan ditemui dalam alam semula jadi, dan sebaliknya, kepekatannya dalam badan alam tidak bernyawa dan organisma hidup berbeza dengan ketara.

Unsur kimia ini membentuk bahan bukan organik dan organik. Walaupun fakta bahawa bahan bukan organik mendominasi organisma hidup, bahan organik yang menentukan keunikan komposisi kimia mereka dan fenomena kehidupan secara keseluruhan, kerana ia disintesis terutamanya oleh organisma dalam proses kehidupan dan memainkan peranan penting dalam tindak balas.

Sains mengkaji komposisi kimia organisma dan tindak balas kimia yang berlaku di dalamnya. biokimia.

Perlu diingatkan bahawa kandungan bahan kimia dalam sel dan tisu yang berbeza boleh berbeza dengan ketara. Sebagai contoh, jika dalam sel haiwan protein mendominasi antara sebatian organik, maka dalam sel tumbuhan karbohidrat mendominasi.

Unsur makro dan mikro

Kira-kira 80 unsur kimia terdapat dalam organisma hidup, tetapi hanya 27 unsur ini mempunyai fungsinya dalam sel dan organisma yang ditubuhkan. Unsur-unsur yang tinggal terdapat dalam kuantiti yang kecil dan, nampaknya, memasuki badan dengan makanan, air dan udara. Kandungan unsur kimia dalam badan berbeza dengan ketara. Bergantung kepada kepekatan mereka, mereka dibahagikan kepada unsur makro dan mikro.

Kepekatan masing-masing makronutrien dalam badan melebihi 0.01%, dan jumlah kandungannya ialah 99%. Makroelemen termasuk oksigen, karbon, hidrogen, nitrogen, fosforus, sulfur, kalium, kalsium, natrium, klorin, magnesium dan besi. Empat unsur pertama yang disenaraikan (oksigen, karbon, hidrogen dan nitrogen) juga dipanggil organogenik, kerana ia adalah sebahagian daripada sebatian organik utama. Fosforus dan sulfur juga merupakan komponen beberapa bahan organik, seperti protein dan asid nukleik. Fosforus adalah penting untuk pembentukan tulang dan gigi.

Tanpa makroelemen yang tinggal, fungsi normal badan adalah mustahil. Oleh itu, kalium, natrium dan klorin terlibat dalam proses pengujaan sel. Kalium juga diperlukan untuk berfungsi banyak enzim dan pengekalan air dalam sel. Kalsium ditemui dalam dinding sel tumbuhan, tulang, gigi, dan cengkerang moluska dan diperlukan untuk penguncupan sel otot dan pergerakan intrasel. Magnesium adalah komponen klorofil, pigmen yang membolehkan fotosintesis berlaku. Ia juga mengambil bahagian dalam biosintesis protein. Besi, sebagai tambahan kepada sebahagian daripada hemoglobin, yang membawa oksigen dalam darah, diperlukan untuk proses pernafasan dan fotosintesis, serta untuk berfungsi banyak enzim.

Unsur mikro terkandung dalam badan dalam kepekatan kurang daripada 0.01%, dan jumlah kepekatannya dalam sel tidak mencapai 0.1%. Unsur mikro termasuk zink, tembaga, mangan, kobalt, iodin, fluorin, dll. Zink adalah sebahagian daripada molekul insulin hormon pankreas, tembaga diperlukan untuk proses fotosintesis dan pernafasan. Kobalt adalah komponen vitamin B12, ketiadaannya membawa kepada anemia. Iodin diperlukan untuk sintesis hormon tiroid, yang memastikan metabolisme normal, dan fluorida dikaitkan dengan pembentukan enamel gigi.

Kedua-dua kekurangan dan lebihan atau gangguan metabolisme makro dan mikroelemen membawa kepada perkembangan pelbagai penyakit. Khususnya, kekurangan kalsium dan fosforus menyebabkan riket, kekurangan nitrogen menyebabkan kekurangan protein yang teruk, kekurangan zat besi menyebabkan anemia, dan kekurangan iodin menyebabkan gangguan dalam pembentukan hormon tiroid dan penurunan kadar metabolisme. Pengurangan dalam pengambilan fluorida daripada air dan makanan sebahagian besarnya menentukan gangguan pembaharuan enamel gigi dan, sebagai akibatnya, kecenderungan untuk karies. Plumbum adalah toksik kepada hampir semua organisma. Lebihannya menyebabkan kerosakan yang tidak dapat dipulihkan pada otak dan sistem saraf pusat, yang ditunjukkan oleh kehilangan penglihatan dan pendengaran, insomnia, kegagalan buah pinggang, sawan, dan juga boleh menyebabkan lumpuh dan penyakit seperti kanser. Keracunan plumbum akut disertai dengan halusinasi secara tiba-tiba dan berakhir dengan koma dan kematian.

Kekurangan makro dan mikroelemen boleh dikompensasikan dengan meningkatkan kandungannya dalam makanan dan air minuman, serta dengan mengambil ubat-ubatan. Oleh itu, iodin terdapat dalam makanan laut dan garam beryodium, kalsium terdapat dalam kulit telur, dll.

Hubungan antara struktur dan fungsi bahan bukan organik dan organik (protein, asid nukleik, karbohidrat, lipid, ATP) yang membentuk sel. Peranan bahan kimia dalam sel dan badan manusia

Bahan bukan organik

Unsur kimia sel membentuk pelbagai sebatian - bukan organik dan organik. Bahan tak organik sel termasuk air, garam mineral, asid, dsb., dan bahan organik termasuk protein, asid nukleik, karbohidrat, lipid, ATP, vitamin, dsb.

air(H 2 O) ialah bahan tak organik yang paling biasa bagi sel, yang mempunyai sifat fizikokimia yang unik. Ia tiada rasa, tiada warna, tiada bau. Ketumpatan dan kelikatan semua bahan dinilai menggunakan air. Seperti banyak bahan lain, air boleh wujud dalam tiga keadaan pengagregatan: pepejal (ais), cecair dan gas (wap). Takat lebur air ialah $0°$С, takat didih ialah $100°$С, bagaimanapun, pelarutan bahan lain dalam air boleh mengubah ciri-ciri ini. Kapasiti haba air juga agak tinggi - 4200 kJ/mol K, yang memberikannya peluang untuk mengambil bahagian dalam proses termoregulasi. Dalam molekul air, atom hidrogen terletak pada sudut $105°$, manakala pasangan elektron yang dikongsi ditarik oleh atom oksigen yang lebih elektronegatif. Ini menentukan sifat dipol molekul air (satu hujung bercas positif dan satu lagi bercas negatif) dan kemungkinan pembentukan ikatan hidrogen antara molekul air. Kesepaduan molekul air mendasari fenomena tegangan permukaan, kapilari dan sifat air sebagai pelarut universal. Akibatnya, semua bahan dibahagikan kepada yang larut dalam air (hidrofilik) dan tidak larut di dalamnya (hidrofobik). Terima kasih kepada sifat unik ini, telah ditetapkan bahawa air telah menjadi asas kehidupan di Bumi.

Purata kandungan air dalam sel badan berbeza-beza dan mungkin berubah mengikut usia. Oleh itu, dalam embrio manusia berumur satu setengah bulan, kandungan air dalam sel mencapai 97.5%, dalam lapan bulan - 83%, pada bayi baru lahir ia berkurangan kepada 74%, dan dalam orang dewasa purata 66%. Walau bagaimanapun, sel-sel badan berbeza dalam kandungan airnya. Jadi, tulang mengandungi kira-kira 20% air, hati - 70%, dan otak - 86%. Secara umum boleh dikatakan demikian kepekatan air dalam sel adalah berkadar terus dengan kadar metabolisme.

Garam mineral mungkin dalam keadaan terlarut atau tidak terlarut. Garam larut terurai kepada ion - kation dan anion. Kation yang paling penting ialah ion kalium dan natrium, yang memudahkan pemindahan bahan merentasi membran dan terlibat dalam kejadian dan pengaliran impuls saraf; serta ion kalsium, yang mengambil bahagian dalam proses penguncupan serat otot dan pembekuan darah; magnesium, yang merupakan sebahagian daripada klorofil; besi, yang merupakan sebahagian daripada beberapa protein, termasuk hemoglobin. Anion yang paling penting ialah anion fosfat, yang merupakan sebahagian daripada ATP dan asid nukleik, dan sisa asid karbonik, yang melembutkan turun naik dalam pH persekitaran. Ion garam mineral memastikan penembusan air itu sendiri ke dalam sel dan pengekalannya di dalamnya. Jika kepekatan garam di persekitaran lebih rendah daripada di dalam sel, maka air menembusi ke dalam sel. Ion juga menentukan sifat penimbalan sitoplasma, iaitu keupayaannya untuk mengekalkan pH sitoplasma yang sedikit beralkali, walaupun pembentukan berterusan produk berasid dan beralkali dalam sel.

Garam tidak larut(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2, dsb.) ialah sebahagian daripada tulang, gigi, cengkerang dan cengkerang haiwan unisel dan multisel.

Selain itu, organisma boleh menghasilkan sebatian tak organik lain, seperti asid dan oksida. Oleh itu, sel parietal perut manusia menghasilkan asid hidroklorik, yang mengaktifkan enzim pencernaan pepsin, dan silikon oksida meresap ke dinding sel ekor kuda dan membentuk cangkang diatom. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, peranan nitrik oksida (II) dalam memberi isyarat dalam sel dan badan juga telah dikaji.

Bahan organik

Ciri umum bahan organik sel

Bahan organik sel boleh diwakili oleh kedua-dua molekul yang agak mudah dan yang lebih kompleks. Dalam kes di mana molekul kompleks (makromolekul) dibentuk oleh sejumlah besar molekul mudah berulang, ia dipanggil polimer, dan unit struktur - monomer. Bergantung kepada sama ada unit polimer diulang atau tidak, ia dikelaskan sebagai biasa atau tidak teratur. Polimer membentuk sehingga 90% jisim bahan kering sel. Mereka tergolong dalam tiga kelas utama sebatian organik - karbohidrat (polisakarida), protein dan asid nukleik. Polisakarida adalah polimer biasa, manakala protein dan asid nukleik adalah tidak teratur. Dalam protein dan asid nukleik, jujukan monomer adalah sangat penting, kerana ia melaksanakan fungsi maklumat.

Karbohidrat

Karbohidrat- Ini adalah sebatian organik yang terdiri terutamanya daripada tiga unsur kimia - karbon, hidrogen dan oksigen, walaupun beberapa karbohidrat juga mengandungi nitrogen atau sulfur. Formula am karbohidrat ialah C m (H 2 O) n. Mereka dibahagikan kepada karbohidrat ringkas dan kompleks.

Karbohidrat ringkas (monosakarida) mengandungi satu molekul gula yang tidak boleh dipecahkan kepada yang lebih ringkas. Ini adalah bahan kristal, rasa manis dan sangat larut dalam air. Monosakarida mengambil bahagian aktif dalam metabolisme sel dan merupakan sebahagian daripada karbohidrat kompleks - oligosakarida dan polisakarida.

Monosakarida dikelaskan mengikut bilangan atom karbon (C 3 -C 9), contohnya, pentosa(C 5) dan heksosa(C 6). Pentosa termasuk ribosa dan deoksiribosa. Ribosa adalah sebahagian daripada RNA dan ATP. Deoksiribosa merupakan komponen DNA. Heksosa (C 6 H 12 O 6) ialah glukosa, fruktosa, galaktosa, dsb. Glukosa(gula anggur) terdapat dalam semua organisma, termasuk darah manusia, kerana ia adalah rizab tenaga. Ia adalah sebahagian daripada banyak gula kompleks: sukrosa, laktosa, maltosa, kanji, selulosa, dll. Fruktosa(gula buah) didapati dalam kepekatan tertinggi dalam buah-buahan, madu, dan akar bit gula. Ia bukan sahaja mengambil bahagian aktif dalam proses metabolik, tetapi juga merupakan sebahagian daripada sukrosa dan beberapa polisakarida, seperti insulin.

Kebanyakan monosakarida mampu memberikan tindak balas cermin perak dan mengurangkan kuprum apabila menambah cecair feling (campuran larutan kuprum (II) sulfat dan kalium natrium tartrat) dan mendidih.

KEPADA oligosakarida termasuk karbohidrat yang dibentuk oleh beberapa sisa monosakarida. Mereka secara amnya juga sangat larut dalam air dan rasa manis. Bergantung pada bilangan sisa ini, disakarida (dua sisa), trisakarida (tiga), dll. dibezakan. Disakarida termasuk sukrosa, laktosa, maltosa, dsb. Sukrosa(bit atau gula tebu) terdiri daripada sisa glukosa dan fruktosa, ia terdapat dalam organ penyimpanan beberapa tumbuhan. Terutamanya terdapat banyak sukrosa dalam tanaman akar bit gula dan tebu, dari mana ia diperoleh secara industri. Ia berfungsi sebagai standard untuk kemanisan karbohidrat. Laktosa, atau gula susu, dibentuk oleh sisa glukosa dan galaktosa, terdapat dalam susu ibu dan lembu. Maltosa(gula malt) terdiri daripada dua unit glukosa. Ia terbentuk semasa pecahan polisakarida dalam biji tumbuhan dan dalam sistem pencernaan manusia, dan digunakan dalam pengeluaran bir.

Polisakarida adalah biopolimer yang monomernya adalah sisa mono- atau disakarida. Kebanyakan polisakarida tidak larut dalam air dan mempunyai rasa tanpa gula. Ini termasuk kanji, glikogen, selulosa dan kitin. kanji- Ini adalah bahan serbuk putih yang tidak dibasahi oleh air, tetapi apabila dibancuh dengan air panas ia membentuk penggantungan - pes. Pada hakikatnya, kanji terdiri daripada dua polimer - amilosa yang kurang bercabang dan amilopektin yang lebih bercabang (Rajah 2.9). Monomer kedua-dua amilosa dan amilopektin ialah glukosa. Kanji adalah bahan simpanan utama tumbuhan, yang terkumpul dalam kuantiti yang banyak dalam benih, buah-buahan, ubi, rizom dan organ penyimpanan tumbuhan yang lain. Tindak balas kualitatif terhadap kanji ialah tindak balas dengan iodin, di mana kanji bertukar menjadi biru-ungu.

Glikogen(kanji haiwan) ialah polisakarida simpanan haiwan dan kulat, yang pada manusia terkumpul dalam kuantiti terbesar dalam otot dan hati. Ia juga tidak larut dalam air dan tidak berasa manis. Monomer glikogen ialah glukosa. Berbanding dengan molekul kanji, molekul glikogen lebih bercabang.

Selulosa, atau selulosa, ialah polisakarida sokongan utama tumbuhan. Monomer selulosa ialah glukosa. Molekul selulosa yang tidak bercabang membentuk berkas yang membentuk sebahagian daripada dinding sel tumbuhan. Selulosa adalah asas kayu, ia digunakan dalam pembinaan, dalam pengeluaran tekstil, kertas, alkohol dan banyak bahan organik. Selulosa adalah lengai secara kimia dan tidak larut dalam asid atau alkali. Ia juga tidak dipecahkan oleh enzim dalam sistem pencernaan manusia, tetapi pencernaannya dipermudahkan oleh bakteria dalam usus besar. Di samping itu, serat merangsang pengecutan dinding saluran gastrousus, membantu meningkatkan fungsinya.

kitin ialah polisakarida yang monomernya ialah monosakarida yang mengandungi nitrogen. Ia adalah sebahagian daripada dinding sel kulat dan cengkerang arthropod. Sistem penghadaman manusia juga kekurangan enzim untuk mencerna kitin; hanya beberapa bakteria yang mempunyainya.

Fungsi karbohidrat. Karbohidrat melakukan fungsi plastik (pembinaan), tenaga, penyimpanan dan sokongan dalam sel. Mereka membentuk dinding sel tumbuhan dan kulat. Nilai tenaga pecahan 1 g karbohidrat ialah 17.2 kJ. Glukosa, fruktosa, sukrosa, kanji dan glikogen adalah bahan simpanan. Karbohidrat juga boleh menjadi sebahagian daripada lipid dan protein kompleks, membentuk glikolipid dan glikoprotein, terutamanya dalam membran sel. Tidak kurang pentingnya ialah peranan karbohidrat dalam pengecaman antara sel dan persepsi isyarat dari persekitaran luaran, kerana ia berfungsi sebagai reseptor sebagai sebahagian daripada glikoprotein.

Lipid

Lipid ialah kumpulan heterogen kimia bagi bahan berat molekul rendah dengan sifat hidrofobik. Bahan-bahan ini tidak larut dalam air dan membentuk emulsi di dalamnya, tetapi sangat larut dalam pelarut organik. Lipid berminyak apabila disentuh, kebanyakannya meninggalkan tanda ciri tidak kering di atas kertas. Bersama-sama dengan protein dan karbohidrat, mereka adalah salah satu komponen utama sel. Kandungan lipid dalam sel yang berbeza tidak sama, terutamanya terdapat banyak dalam biji dan buah beberapa tumbuhan, dalam hati, jantung, dan darah.

Bergantung kepada struktur molekul, lipid dibahagikan kepada mudah dan kompleks. KEPADA ringkas Lipid termasuk lipid neutral (lemak), lilin dan steroid. Kompleks lipid juga mengandungi satu lagi komponen bukan lipid. Yang paling penting ialah fosfolipid, glikolipid, dll.

Lemak adalah ester gliserol alkohol trihidrik dan asid lemak yang lebih tinggi. Kebanyakan asid lemak mengandungi 14-22 atom karbon. Antaranya terdapat tepu dan tak tepu, iaitu mengandungi ikatan rangkap. Asid lemak tepu yang paling biasa ialah palmitik dan stearik, dan asid lemak tak tepu yang paling biasa ialah oleik. Sesetengah asid lemak tak tepu tidak disintesis dalam tubuh manusia atau disintesis dalam kuantiti yang tidak mencukupi, dan oleh itu penting. Sisa gliserol membentuk "kepala" hidrofilik, dan sisa asid lemak membentuk "ekor" hidrofobik.

Lemak terutamanya melakukan fungsi penyimpanan dalam sel dan berfungsi sebagai sumber tenaga. Tisu lemak subkutan kaya dengannya, melakukan fungsi penyerap kejutan dan penebat haba, dan dalam haiwan akuatik mereka juga meningkatkan daya apungan. Lemak tumbuhan kebanyakannya mengandungi asid lemak tak tepu, akibatnya ia adalah cecair dan dipanggil minyak. Minyak terkandung dalam benih banyak tumbuhan, seperti bunga matahari, kacang soya, biji sesawi, dll.

lilin- Ini adalah ester dan campuran asid lemak dan alkohol lemak. Dalam tumbuhan, mereka membentuk filem pada permukaan daun, yang melindungi daripada penyejatan, penembusan patogen, dll. Dalam beberapa haiwan, mereka menutup badan atau berfungsi untuk membina sarang lebah.

KEPADA steroid Ini termasuk lipid seperti kolesterol, komponen penting membran sel, serta hormon seks estradiol, testosteron, vitamin D, dll.

Fosfolipid, sebagai tambahan kepada gliserol dan residu asid lemak, mengandungi residu asid ortofosforik. Ia adalah sebahagian daripada membran sel dan memberikan sifat penghalangnya.

Glikolipid juga merupakan komponen membran, tetapi kandungannya di sana adalah kecil. Bahagian bukan lipid glikolipid ialah karbohidrat.

Fungsi lipid. Lipid melakukan plastik (pembinaan), tenaga, penyimpanan, perlindungan, perkumuhan dan fungsi pengawalseliaan dalam sel; sebagai tambahan, ia adalah vitamin. Ia adalah komponen penting membran sel. Apabila 1 g lipid dipecahkan, 38.9 kJ tenaga dibebaskan. Mereka disimpan dalam pelbagai organ tumbuhan dan haiwan. Di samping itu, tisu lemak subkutaneus melindungi organ dalaman daripada hipotermia atau terlalu panas, serta kejutan. Fungsi pengawalseliaan lipid adalah disebabkan oleh fakta bahawa sebahagian daripadanya adalah hormon. Badan serangga yang berlemak berfungsi untuk perkumuhan.

tupai

tupai- Ini adalah sebatian molekul tinggi, biopolimer, yang monomernya adalah asid amino yang dikaitkan dengan ikatan peptida.

Asid amino dipanggil sebatian organik yang mempunyai kumpulan amino, kumpulan karboksil dan radikal. Secara keseluruhan, kira-kira 200 asid amino ditemui di alam semula jadi, yang berbeza dalam radikal dan susunan bersama kumpulan berfungsi, tetapi hanya 20 daripadanya boleh menjadi sebahagian daripada protein. Asid amino ini dipanggil proteinogenik.

Malangnya, tidak semua asid amino proteinogenik boleh disintesis dalam tubuh manusia, jadi ia dibahagikan kepada boleh diganti dan penting. Asid amino tidak penting terbentuk dalam tubuh manusia dalam kuantiti yang diperlukan, dan tiada gantinya- Tidak. Mereka mesti dibekalkan dengan makanan, tetapi juga boleh disintesis sebahagiannya oleh mikroorganisma usus. Terdapat 8 asid amino penting sepenuhnya. Ini termasuk valine, isoleucine, leucine, lisin, metionin, threonine, triptofan dan fenilalanin. Walaupun fakta bahawa benar-benar semua asid amino proteinogenik disintesis dalam tumbuhan, protein tumbuhan tidak lengkap kerana ia tidak mengandungi set penuh asid amino, dan kehadiran protein dalam bahagian vegetatif tumbuhan jarang melebihi 1-2% daripada jisim. . Oleh itu, adalah perlu untuk makan protein bukan sahaja dari tumbuhan, tetapi juga dari haiwan.

Urutan dua asid amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida dipanggil dipeptida, daripada tiga - tripeptida dsb. Di antara peptida terdapat sebatian penting seperti hormon (oksitosin, vasopressin), antibiotik, dll. Rantaian lebih daripada dua puluh asid amino dipanggil polipeptida, dan polipeptida yang mengandungi lebih daripada 60 sisa asid amino adalah protein.

Tahap organisasi struktur protein. Protein boleh mempunyai struktur primer, sekunder, tertier dan kuaterner.

Struktur protein utama- Ini urutan linear asid amino dihubungkan dengan ikatan peptida. Struktur utama akhirnya menentukan kekhususan protein dan keunikannya, kerana walaupun kita mengandaikan bahawa purata protein mengandungi 500 sisa asid amino, maka bilangan kombinasi yang mungkin ialah 20,500. Oleh itu, perubahan dalam lokasi sekurang-kurangnya satu amino asid dalam struktur primer memerlukan perubahan struktur sekunder dan lebih tinggi, serta sifat-sifat protein secara keseluruhan.

Ciri-ciri struktur protein menentukan susunan ruangnya-kemunculan struktur sekunder dan tertier.

Struktur sekunder mewakili susunan ruang bagi molekul protein dalam bentuk lingkaran atau lipatan, dipegang oleh ikatan hidrogen antara oksigen dan atom hidrogen kumpulan peptida yang berlainan lilitan heliks atau lipatan. Banyak protein mengandungi kawasan yang lebih kurang panjang dengan struktur sekunder. Ini adalah, sebagai contoh, keratin rambut dan kuku, fibroin sutera.

Struktur tertier tupai ( globul) juga merupakan satu bentuk susunan ruang bagi rantai polipeptida yang disatukan oleh hidrofobik, hidrogen, disulfida (S-S) dan ikatan lain. Ia adalah ciri kebanyakan protein dalam badan, seperti myoglobin otot.

Struktur kuarternari- yang paling kompleks, dibentuk oleh beberapa rantai polipeptida yang disambungkan terutamanya oleh ikatan yang sama seperti dalam ikatan tertier (hidrofobik, ionik dan hidrogen), serta interaksi lemah yang lain. Struktur kuarternari adalah ciri beberapa protein, seperti hemoglobin, klorofil, dll.

Berdasarkan bentuk molekul, mereka dibezakan fibrillar Dan globular protein. Yang pertama adalah memanjang, seperti kolagen tisu penghubung atau keratin rambut dan kuku. Protein globular mempunyai bentuk bola (globul), seperti mioglobin otot.

Protein ringkas dan kompleks. Protein boleh ringkas Dan kompleks. Protein ringkas hanya terdiri daripada asid amino, sedangkan kompleks protein (lipoprotein, kromoprotein, glikoprotein, nukleoprotein, dll.) mengandungi bahagian protein dan bukan protein. Kromoprotein mengandungi bahagian bukan protein berwarna. Ini termasuk hemoglobin, mioglobin, klorofil, sitokrom, dll. Oleh itu, dalam komposisi hemoglobin, setiap empat rantai polipeptida protein globin dikaitkan dengan bahagian bukan protein - heme, di tengahnya terdapat besi. ion, yang memberikan hemoglobin warna merah. Bahagian bukan protein lipoprotein ialah lipid, dan glikoprotein- karbohidrat. Kedua-dua lipoprotein dan glikoprotein adalah sebahagian daripada membran sel. Nukleoprotein adalah kompleks protein dan asid nukleik (DNA dan RNA). Mereka melaksanakan fungsi yang paling penting dalam proses penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan.

Sifat-sifat protein. Banyak protein sangat larut dalam air, tetapi ada juga yang hanya larut dalam larutan garam, alkali, asid atau pelarut organik. Struktur molekul protein dan aktiviti fungsinya bergantung kepada keadaan persekitaran. Kehilangan strukturnya oleh molekul protein sambil mengekalkan struktur utamanya dipanggil denaturasi.

Denaturasi berlaku disebabkan oleh perubahan suhu, pH, tekanan atmosfera, di bawah pengaruh asid, alkali, garam logam berat, pelarut organik, dll. Proses terbalik pemulihan struktur sekunder dan lebih tinggi dipanggil renaturasi, bagaimanapun, ia tidak selalu mungkin. Pemusnahan sepenuhnya molekul protein dipanggil kemusnahan.

Fungsi protein. Protein melakukan beberapa fungsi dalam sel: plastik (pembinaan), pemangkin (enzimatik), tenaga, isyarat (reseptor), kontraktil (motor), pengangkutan, pelindung, pengawalseliaan dan penyimpanan.

Fungsi pembinaan protein dikaitkan dengan kehadirannya dalam membran sel dan komponen struktur sel. Tenaga - disebabkan fakta bahawa apabila 1 g protein dipecahkan, 17.2 kJ tenaga dibebaskan. Protein reseptor membran mengambil bahagian aktif dalam persepsi isyarat persekitaran dan penghantarannya ke seluruh sel, serta dalam pengiktirafan antara sel. Tanpa protein, pergerakan sel dan organisma secara keseluruhan adalah mustahil, kerana ia membentuk asas flagella dan silia, dan juga memastikan penguncupan otot dan pergerakan komponen intraselular. Dalam darah manusia dan banyak haiwan, protein hemoglobin membawa oksigen dan sebahagian daripada karbon dioksida, protein lain mengangkut ion dan elektron. Peranan perlindungan protein dikaitkan terutamanya dengan imuniti, kerana protein interferon mampu memusnahkan banyak virus, dan protein antibodi menyekat perkembangan bakteria dan agen asing yang lain. Antara protein dan peptida terdapat banyak hormon, contohnya, hormon pankreas - insulin, yang mengawal kepekatan glukosa dalam darah. Dalam sesetengah organisma, protein boleh disimpan sebagai rizab, seperti kekacang dalam biji, atau putih telur ayam.

Asid nukleik

Asid nukleik adalah biopolimer yang monomernya adalah nukleotida. Pada masa ini, dua jenis asid nukleik dikenali: asid ribonukleik (RNA) dan asid deoksiribonukleik (DNA).

Nukleotida dibentuk oleh bes nitrogen, sisa gula pentosa dan residu asid ortofosforik. Ciri-ciri nukleotida ditentukan terutamanya oleh asas nitrogen yang membentuknya, oleh itu, walaupun secara konvensional, nukleotida ditetapkan oleh huruf pertama nama mereka. Nukleotida boleh mengandungi lima bes nitrogen: adenine (A), guanin (G), timin (T), urasil (U) dan sitosin (C). Nukleotida pentosa - ribosa dan deoksiribosa - menentukan nukleotida yang akan terbentuk - ribonukleotida atau deoksiribonukleotida. Ribonukleotida ialah monomer RNA, boleh bertindak sebagai molekul isyarat (cAMP) dan merupakan sebahagian daripada sebatian bertenaga tinggi, seperti ATP, dan koenzim, seperti NADP, NAD, FAD, dll., dan deoksiribonukleotida adalah sebahagian daripada DNA.

Asid deoksiribonukleik (DNA) ialah biopolimer beruntai dua yang monomernya ialah deoksiribonukleotida. Deoksiribonukleotida mengandungi hanya empat bes nitrogen daripada lima yang mungkin - adenine (A), timin (T), guanin (G) atau sitosin (C), serta sisa asid deoksiribosa dan ortofosforik. Nukleotida dalam rantai DNA disambungkan antara satu sama lain melalui sisa asid ortofosforik, membentuk ikatan fosfodiester. Apabila molekul beruntai dua terbentuk, bes nitrogen diarahkan ke bahagian dalam molekul. Walau bagaimanapun, penyambungan rantai DNA tidak berlaku secara rawak - bes nitrogen bagi rantai yang berbeza disambungkan antara satu sama lain oleh ikatan hidrogen mengikut prinsip saling melengkapi: adenine disambungkan kepada timin oleh dua ikatan hidrogen (A=T), dan guanin. disambungkan kepada sitosin oleh tiga (G$≡C).

Mereka dipasang untuknya Peraturan Chargaff:

1. Bilangan nukleotida DNA yang mengandungi adenin adalah sama dengan bilangan nukleotida yang mengandungi timin (A=T).
2. Bilangan nukleotida DNA yang mengandungi guanin adalah sama dengan bilangan nukleotida yang mengandungi sitosin (G$≡$C).
3. Jumlah deoksiribonukleotida yang mengandungi adenina dan guanina adalah sama dengan jumlah deoksiribonukleotida yang mengandungi timin dan sitosin (A+G = T+C).
4. Nisbah jumlah deoksiribonukleotida yang mengandungi adenin dan timin kepada jumlah deoksiribonukleotida yang mengandungi guanin dan sitosin bergantung kepada jenis organisma.

Struktur DNA telah ditafsirkan oleh F. Crick dan D. Watson (Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Perubatan, 1962). Menurut model mereka, molekul DNA ialah heliks berganda tangan kanan. Jarak antara nukleotida dalam rantai DNA ialah 0.34 nm.

Sifat DNA yang paling penting ialah keupayaan untuk mereplikasi (penduaan diri). Fungsi utama DNA ialah penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan, yang ditulis dalam bentuk urutan nukleotida. Kestabilan molekul DNA dikekalkan oleh sistem pembaikan yang kuat, tetapi walaupun mereka tidak dapat menghapuskan kesan buruk sepenuhnya, yang akhirnya membawa kepada berlakunya mutasi. DNA sel eukariotik tertumpu dalam nukleus, mitokondria dan plastid, manakala dalam sel prokariotik ia terletak terus di dalam sitoplasma. DNA nuklear adalah asas kromosom; ia diwakili oleh molekul terbuka. DNA mitokondria, plastid dan prokariot adalah bulat.

Asid ribonukleik (RNA)- biopolimer yang monomernya ialah ribonukleotida. Mereka juga mengandungi empat asas nitrogen - adenine (A), urasil (U), guanin (G) atau sitosin (C), dengan itu berbeza daripada DNA dalam salah satu asas (bukan timin, RNA mengandungi urasil). Sisa gula pentosa dalam ribonukleotida diwakili oleh ribosa. RNA kebanyakannya adalah molekul untai tunggal, kecuali beberapa molekul virus. Terdapat tiga jenis utama RNA: messenger atau template (mRNA), ribosom (rRNA) dan pengangkutan (tRNA). Kesemuanya terbentuk dalam proses transkripsi- menulis semula daripada molekul DNA.

Dan RNA membentuk pecahan terkecil RNA dalam sel (2-4%), yang dikompensasikan oleh kepelbagaiannya, kerana satu sel boleh mengandungi beribu-ribu mRNA yang berbeza. Ini adalah molekul rantai tunggal yang merupakan templat untuk sintesis rantai polipeptida. Maklumat tentang struktur protein direkodkan di dalamnya dalam bentuk urutan nukleotida, dengan setiap asid amino dikodkan oleh triplet nukleotida - kodon.

R RNA adalah jenis RNA yang paling banyak dalam sel (sehingga 80%). Purata berat molekul mereka 3000-5000; terbentuk dalam nukleolus dan merupakan sebahagian daripada organel selular - ribosom. rRNA juga kelihatan memainkan peranan dalam sintesis protein.

T RNA adalah molekul RNA yang terkecil, kerana ia mengandungi hanya 73-85 nukleotida. Bahagian mereka daripada jumlah keseluruhan RNA dalam sel adalah kira-kira 16%. Fungsi tRNA adalah untuk mengangkut asid amino ke tapak sintesis protein (ribosom). Molekul tRNA berbentuk seperti daun semanggi. Pada satu hujung molekul terdapat tapak untuk melekatkan asid amino, dan dalam salah satu gelung terdapat triplet nukleotida, pelengkap kepada kodon mRNA dan menentukan asid amino mana yang akan dibawa oleh tRNA - antikodon.

Semua jenis RNA mengambil bahagian aktif dalam proses melaksanakan maklumat keturunan, yang ditranskripsikan daripada DNA kepada mRNA, dan yang terakhir menjalankan sintesis protein. tRNA menghantar asid amino kepada ribosom semasa sintesis protein, dan rRNA adalah sebahagian daripada ribosom itu sendiri.

Asid trifosforik adenosin (ATP) ialah nukleotida yang mengandungi, sebagai tambahan kepada adenin bes nitrogen dan sisa ribosa, tiga residu asid fosforik. Ikatan antara dua sisa fosforus terakhir adalah bertenaga tinggi (belahan membebaskan 42 kJ/mol tenaga), manakala ikatan kimia piawai semasa pembelahan menghasilkan 12 kJ/mol. Apabila tenaga diperlukan, ikatan makroergik ATP dipecahkan, asid adenosin difosforik (ADP), sisa fosforus terbentuk, dan tenaga dibebaskan:

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

ADP juga boleh dipecahkan untuk membentuk AMP (adenosine monophosphoric acid) dan residu asid fosforik:

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

Dalam proses metabolisme tenaga (semasa pernafasan, penapaian), serta dalam proses fotosintesis, ADP melekatkan sisa fosforus dan ditukar menjadi ATP. Tindak balas pengurangan ATP dipanggil fosforilasi. ATP ialah sumber tenaga sejagat untuk semua proses hidup organisma hidup.

Kajian komposisi kimia sel semua organisma hidup telah menunjukkan bahawa ia mengandungi unsur kimia yang sama, bahan kimia yang menjalankan fungsi yang sama. Selain itu, bahagian DNA yang dipindahkan dari satu organisma ke organisma lain akan berfungsi di dalamnya, dan protein yang disintesis oleh bakteria atau kulat akan melaksanakan fungsi hormon atau enzim dalam tubuh manusia. Ini adalah salah satu bukti kesatuan asal usul dunia organik.

Struktur sel. Hubungan antara struktur dan fungsi bahagian dan organel sel adalah asas keutuhannya

Struktur sel

Struktur sel prokariotik dan eukariotik

Komponen struktur utama sel ialah membran plasma, sitoplasma dan radas keturunan. Bergantung pada ciri-ciri organisasi, dua jenis sel utama dibezakan: prokariotik dan eukariotik. Perbezaan utama antara sel prokariotik dan sel eukariotik ialah organisasi alat keturunan mereka: dalam prokariot ia terletak terus di dalam sitoplasma (kawasan sitoplasma ini dipanggil nukleoid) dan tidak dipisahkan daripadanya oleh struktur membran, manakala dalam eukariota kebanyakan DNA tertumpu dalam nukleus, dikelilingi oleh membran berganda. Di samping itu, maklumat genetik sel prokariotik, yang terletak di dalam nukleoid, ditulis dalam molekul DNA bulat, manakala dalam eukariota molekul DNA terbuka.

Tidak seperti eukariotik, sitoplasma sel prokariotik juga mengandungi sebilangan kecil organel, manakala sel eukariotik dicirikan oleh pelbagai jenis struktur ini.

Struktur dan fungsi membran biologi

Struktur biomembran. Membran pembatas sel dan organel membran sel eukariotik mempunyai komposisi dan struktur kimia yang sama. Ia termasuk lipid, protein dan karbohidrat. Lipid membran terutamanya diwakili oleh fosfolipid dan kolesterol. Kebanyakan protein membran adalah protein kompleks, seperti glikoprotein. Karbohidrat tidak wujud secara bebas dalam membran; ia dikaitkan dengan protein dan lipid. Ketebalan membran ialah 7-10 nm.

Menurut model mozek cecair yang diterima umum pada struktur membran, lipid membentuk lapisan berganda, atau lipid dwilapisan, di mana "kepala" hidrofilik molekul lipid menghadap ke luar, dan "ekor" hidrofobik tersembunyi di dalam membran. "Ekor" ini kerana hidrofobisitinya, memastikan pemisahan fasa akueus persekitaran dalaman sel dan persekitarannya. Protein dikaitkan dengan lipid melalui pelbagai jenis interaksi. Sesetengah protein terletak pada permukaan membran. Protein sedemikian dipanggil persisian, atau dangkal. Protein lain sebahagian atau sepenuhnya direndam dalam membran - ini adalah integral, atau protein terendam. Protein membran melaksanakan fungsi struktur, pengangkutan, pemangkin, reseptor dan lain-lain.

Membran tidak seperti kristal; komponennya sentiasa bergerak, akibatnya jurang muncul antara molekul lipid - liang di mana pelbagai bahan boleh masuk atau keluar dari sel.

Membran biologi berbeza dalam lokasinya dalam sel, komposisi kimia dan fungsi. Jenis utama membran adalah plasma dan dalaman. Membran plasma mengandungi kira-kira 45% lipid (termasuk glikolipid), 50% protein dan 5% karbohidrat. Rantaian karbohidrat, yang merupakan sebahagian daripada protein kompleks-glikoprotein dan lipid kompleks-glikolipid, menonjol di atas permukaan membran. Glikoprotein plasmalemma sangat spesifik. Sebagai contoh, ia digunakan untuk saling mengenali sel, termasuk sperma dan telur.

Pada permukaan sel haiwan, rantai karbohidrat membentuk lapisan permukaan yang nipis - glycocalyx. Ia dikesan dalam hampir semua sel haiwan, tetapi tahap ekspresinya berbeza-beza (10-50 µm). Glikokaliks menyediakan komunikasi langsung antara sel dan persekitaran luaran, di mana pencernaan ekstraselular berlaku; Reseptor terletak di glycocalyx. Selain plasmalemma, sel-sel bakteria, tumbuhan dan kulat juga dikelilingi oleh membran sel.

Membran dalaman sel eukariotik mengehadkan bahagian sel yang berlainan, membentuk "petak" yang pelik - petak, yang menggalakkan pengasingan pelbagai proses metabolik dan tenaga. Mereka mungkin berbeza dalam komposisi dan fungsi kimia, tetapi pelan struktur amnya tetap sama.

Fungsi membran:

1. mengehadkan. Ideanya ialah mereka memisahkan ruang dalaman sel daripada persekitaran luaran. Membran adalah separa telap, iaitu, hanya bahan-bahan yang diperlukan oleh sel yang boleh melaluinya secara bebas, dan terdapat mekanisme untuk mengangkut bahan yang diperlukan.
2. Reseptor. Ia terutamanya dikaitkan dengan persepsi isyarat persekitaran dan pemindahan maklumat ini ke dalam sel. Protein reseptor khas bertanggungjawab untuk fungsi ini. Protein membran juga bertanggungjawab untuk pengiktirafan selular mengikut prinsip "kawan atau musuh", serta untuk pembentukan sambungan antara sel, yang paling banyak dikaji adalah sinaps sel saraf.
3. Pemangkin. Banyak kompleks enzim terletak pada membran, akibatnya proses sintetik intensif berlaku pada mereka.
4. Perubahan tenaga. Berkaitan dengan pembentukan tenaga, penyimpanannya dalam bentuk ATP dan penggunaan.
5. Pembahagian. Membran juga mengehadkan ruang di dalam sel, dengan itu memisahkan bahan permulaan tindak balas dan enzim yang boleh menjalankan tindak balas yang sepadan.
6. Pembentukan hubungan antara sel. Walaupun fakta bahawa ketebalan membran sangat kecil sehingga tidak dapat dibezakan dengan mata kasar, ia, dalam satu tangan, berfungsi sebagai penghalang yang agak boleh dipercayai untuk ion dan molekul, terutamanya yang larut dalam air, dan di pihak yang lain. , memastikan pengangkutan mereka masuk dan keluar dari sel.
7. Pengangkutan.

Pengangkutan membran. Oleh kerana sel, sebagai sistem biologi asas, adalah sistem terbuka, untuk memastikan metabolisme dan tenaga, mengekalkan homeostasis, pertumbuhan, kerengsaan dan proses lain, pemindahan bahan melalui membran - pengangkutan membran - diperlukan. Pada masa ini, pengangkutan bahan merentasi membran sel dibahagikan kepada aktif, pasif, endo- dan eksositosis.

Pengangkutan pasif- Ini adalah jenis pengangkutan yang berlaku tanpa penggunaan tenaga dari kepekatan yang lebih tinggi ke lebih rendah. Molekul bukan kutub kecil larut lipid (O 2, CO 2) mudah menembusi sel dengan resapan mudah. Mereka yang tidak larut dalam lipid, termasuk zarah kecil bercas, diambil oleh protein pembawa atau melalui saluran khas (glukosa, asid amino, K +, PO 4 3-). Jenis pengangkutan pasif ini dipanggil penyebaran dipermudahkan. Air memasuki sel melalui liang dalam fasa lipid, serta melalui saluran khas yang dipenuhi dengan protein. Pengangkutan air melalui membran dipanggil secara osmosis.

Osmosis amat penting dalam kehidupan sel, kerana jika ia diletakkan dalam larutan dengan kepekatan garam yang lebih tinggi daripada larutan sel, maka air akan mula meninggalkan sel dan isipadu kandungan hidup akan mula berkurangan. Dalam sel haiwan, sel secara keseluruhannya mengecut, dan dalam sel tumbuhan, sitoplasma tertinggal di belakang dinding sel, yang dipanggil plasmolisis. Apabila sel diletakkan dalam larutan kurang pekat daripada sitoplasma, pengangkutan air berlaku dalam arah yang bertentangan - ke dalam sel. Walau bagaimanapun, terdapat had kepada kebolehlanjutan membran sitoplasma, dan sel haiwan akhirnya pecah, manakala sel tumbuhan tidak membenarkan ini berlaku kerana dinding selnya yang kuat. Fenomena mengisi keseluruhan ruang dalaman sel dengan kandungan selular dipanggil deplasmolisis. Kepekatan garam intrasel harus diambil kira semasa menyediakan ubat, terutamanya untuk pentadbiran intravena, kerana ini boleh menyebabkan kerosakan pada sel darah (untuk ini, larutan garam dengan kepekatan 0.9% natrium klorida digunakan). Ini tidak kurang pentingnya apabila memupuk sel dan tisu, serta organ haiwan dan tumbuhan.

Pengangkutan aktif meneruskan dengan perbelanjaan tenaga ATP daripada kepekatan bahan yang lebih rendah kepada yang lebih tinggi. Ia dijalankan menggunakan protein pam khas. Protein mengepam K + , Na + , Ca 2+ dan ion lain melalui membran, yang menggalakkan pengangkutan bahan organik penting, serta kemunculan impuls saraf, dsb.

Endositosis- ini adalah proses aktif penyerapan bahan oleh sel, di mana membran membentuk invaginasi dan kemudian membentuk vesikel membran - fagosom, yang mengandungi objek yang diserap. Kemudian lisosom primer bergabung dengan fagosom dan terbentuk lisosom sekunder, atau fagolisosom, atau vakuol pencernaan. Kandungan vesikel dicerna oleh enzim lisosom, dan produk pecahan diserap dan diasimilasikan oleh sel. Sisa yang tidak dicerna dikeluarkan dari sel melalui eksositosis. Terdapat dua jenis utama endositosis: fagositosis dan pinositosis.

Fagositosis ialah proses penangkapan oleh permukaan sel dan penyerapan zarah pepejal oleh sel, dan pinositosis- cecair. Fagositosis berlaku terutamanya dalam sel haiwan (haiwan bersel tunggal, leukosit manusia), ia menyediakan pemakanan mereka dan sering melindungi tubuh. Melalui pinositosis, protein, kompleks antigen-antibodi diserap semasa tindak balas imun, dsb. Walau bagaimanapun, banyak virus juga memasuki sel melalui pinositosis atau fagositosis. Dalam sel tumbuhan dan kulat, fagositosis hampir mustahil, kerana ia dikelilingi oleh membran sel yang tahan lama.

Eksositosis- proses berbalik kepada endositosis. Dengan cara ini, sisa makanan yang tidak dicerna dibebaskan daripada vakuol pencernaan, dan bahan yang diperlukan untuk kehidupan sel dan badan secara keseluruhannya dikeluarkan. Sebagai contoh, penghantaran impuls saraf berlaku disebabkan oleh pembebasan utusan kimia oleh neuron yang menghantar impuls - pengantara, dan dalam sel tumbuhan beginilah cara karbohidrat bantu membran sel dirembeskan.

Dinding sel sel tumbuhan, kulat dan bakteria. Di luar membran, sel boleh merembeskan rangka kerja yang kuat - membran sel, atau dinding sel.

Dalam tumbuhan, asas dinding sel ialah selulosa, dibungkus dalam berkas 50-100 molekul. Ruang di antara mereka dipenuhi dengan air dan karbohidrat lain. Dinding sel tumbuhan diserap dengan tubulus - plasmodesmata, yang melaluinya membran retikulum endoplasma melaluinya. Plasmodesmata menjalankan pengangkutan bahan antara sel. Walau bagaimanapun, pengangkutan bahan, seperti air, juga boleh berlaku di sepanjang dinding sel itu sendiri. Dari masa ke masa, pelbagai bahan, termasuk tanin atau bahan seperti lemak, terkumpul dalam dinding sel tumbuhan, yang membawa kepada lignifikasi atau suberisasi dinding sel itu sendiri, anjakan air dan kematian kandungan selular. Di antara dinding sel sel tumbuhan yang bersebelahan terdapat pengatur jarak seperti jeli - plat tengah yang menyatukannya dan mengukuhkan badan tumbuhan secara keseluruhan. Mereka dimusnahkan hanya semasa proses masak buah dan apabila daun jatuh.

Dinding sel sel kulat terbentuk kitin- karbohidrat yang mengandungi nitrogen. Mereka agak kuat dan merupakan rangka luar sel, tetapi masih, seperti tumbuhan, mereka menghalang fagositosis.

Dalam bakteria, dinding sel mengandungi karbohidrat dengan serpihan peptida - murein, walau bagaimanapun, kandungannya berbeza dengan ketara antara kumpulan bakteria yang berbeza. Polisakarida lain juga boleh dirembeskan di atas dinding sel, membentuk kapsul mukus yang melindungi bakteria daripada pengaruh luar.

Membran menentukan bentuk sel, berfungsi sebagai sokongan mekanikal, melakukan fungsi perlindungan, menyediakan sifat osmotik sel, mengehadkan regangan kandungan hidup dan mencegah pecah sel, yang meningkat akibat kemasukan air. . Di samping itu, air dan bahan yang terlarut di dalamnya mengatasi dinding sel sebelum memasuki sitoplasma atau, sebaliknya, apabila meninggalkannya, manakala air diangkut melalui dinding sel lebih cepat daripada melalui sitoplasma.

Sitoplasma

Sitoplasma- Ini adalah kandungan dalaman sel. Semua organel sel, nukleus dan pelbagai bahan buangan direndam di dalamnya.

Sitoplasma menghubungkan semua bahagian sel antara satu sama lain, dan banyak tindak balas metabolik berlaku di dalamnya. Sitoplasma dipisahkan dari persekitaran dan dibahagikan kepada petak oleh membran, iaitu, sel mempunyai struktur membran. Ia boleh dalam dua keadaan - sol dan gel. Sol- ini adalah keadaan separa cecair, seperti jeli dalam sitoplasma, di mana proses penting berjalan paling intensif, dan gel- keadaan yang lebih padat, agar-agar yang menghalang berlakunya tindak balas kimia dan pengangkutan bahan.

Bahagian cecair sitoplasma tanpa organel dipanggil hyaloplasma. Hyaloplasma, atau sitosol, ialah larutan koloid di mana terdapat sejenis penggantungan zarah yang agak besar, contohnya protein, dikelilingi oleh dipol molekul air. Kerpasan penggantungan ini tidak berlaku kerana fakta bahawa mereka mempunyai cas yang sama dan menolak antara satu sama lain.

Organoid

Organoid- Ini adalah komponen kekal sel yang melaksanakan fungsi tertentu.

Bergantung pada ciri strukturnya, mereka dibahagikan kepada membran dan bukan membran. Membran organel pula dikelaskan sebagai membran tunggal (retikulum endoplasma, kompleks Golgi dan lisosom) atau membran berganda (mitokondria, plastid dan nukleus). Bukan membran Organel ialah ribosom, mikrotubulus, mikrofilamen dan pusat sel. Daripada organel yang disenaraikan, hanya ribosom yang wujud dalam prokariot.

Struktur dan fungsi nukleus. teras- organel dua membran besar yang terletak di tengah-tengah sel atau di pinggirnya. Dimensi nukleus boleh berkisar antara 3-35 mikron. Bentuk nukleus selalunya berbentuk sfera atau ellipsoidal, tetapi terdapat juga nukleus berbentuk batang, fusiform, berbentuk kacang, lobed dan juga bersegmen. Sesetengah penyelidik percaya bahawa bentuk nukleus sepadan dengan bentuk sel itu sendiri.

Kebanyakan sel mempunyai satu nukleus, tetapi, sebagai contoh, dalam sel hati dan jantung boleh terdapat dua daripadanya, dan dalam beberapa neuron - sehingga 15. Gentian otot rangka biasanya mengandungi banyak nukleus, tetapi ia bukan sel. dalam erti kata penuh, kerana ia terbentuk dalam hasil gabungan beberapa sel.

Teras dikelilingi sampul nuklear, dan ruang dalamannya dipenuhi jus nuklear, atau nukleoplasma (karyoplasma), di mana mereka direndam kromatin Dan nukleolus. Nukleus melaksanakan fungsi penting seperti menyimpan dan menghantar maklumat keturunan, serta mengawal kehidupan sel.

Peranan nukleus dalam penghantaran maklumat keturunan telah dibuktikan dengan meyakinkan dalam eksperimen dengan alga hijau Acetabularia. Dalam sel gergasi tunggal, mencapai panjang 5 cm, topi, tangkai dan rhizoid dibezakan. Selain itu, ia mengandungi hanya satu nukleus yang terletak di rhizoid. Pada tahun 1930-an, I. Hemmerling memindahkan nukleus satu spesies acetabularia dengan warna hijau ke dalam rhizoid spesies lain, dengan warna coklat, dari mana nukleus telah dikeluarkan. Selepas beberapa lama, tumbuhan dengan nukleus yang dipindahkan itu menumbuhkan penutup baru, seperti alga penderma nukleus. Pada masa yang sama, topi atau tangkai, dipisahkan dari rhizoid dan tidak mengandungi nukleus, mati selepas beberapa lama.

Sampul surat nuklear dibentuk oleh dua membran - luar dan dalam, di antaranya terdapat ruang. Ruang antara membran berkomunikasi dengan rongga retikulum endoplasma kasar, dan membran luar nukleus boleh membawa ribosom. Sampul nuklear diserap dengan banyak liang yang dipenuhi dengan protein khas. Pengangkutan bahan berlaku melalui liang: protein yang diperlukan (termasuk enzim), ion, nukleotida dan bahan lain memasuki nukleus, dan molekul RNA, protein terpakai, dan subunit ribosom meninggalkannya. Oleh itu, fungsi sampul nuklear adalah pemisahan kandungan nukleus daripada sitoplasma, serta peraturan metabolisme antara nukleus dan sitoplasma.

Nukleoplasma dipanggil kandungan nukleus, di mana kromatin dan nukleolus direndam. Ia adalah larutan koloid, secara kimia mengingatkan sitoplasma. Enzim nukleoplasma memangkinkan pertukaran asid amino, nukleotida, protein, dll. Nukleoplasma disambungkan kepada hyaloplasma melalui liang nuklear. Fungsi nukleoplasma, seperti hyaloplasma, adalah untuk memastikan kesalinghubungan semua komponen struktur nukleus dan untuk menjalankan beberapa tindak balas enzim.

Kromatin dipanggil koleksi filamen dan butiran nipis yang direndam dalam nukleoplasma. Ia hanya boleh dikesan dengan pewarnaan, kerana indeks biasan kromatin dan nukleoplasma adalah lebih kurang sama. Komponen berfilamen kromatin dipanggil eukromatin, dan berbutir - heterokromatin. Euchromatin dipadatkan dengan lemah, kerana maklumat turun-temurun dibaca daripadanya, manakala lebih banyak heterochromatin berpilin tidak aktif secara genetik.

Kromatin ialah pengubahsuaian struktur kromosom dalam nukleus yang tidak membahagi. Oleh itu, kromosom sentiasa hadir dalam nukleus; hanya keadaannya berubah bergantung pada fungsi yang dilakukan nukleus pada masa ini.

Komposisi kromatin terutamanya termasuk protein nukleoprotein (deoksiribonukleoprotein dan ribonukleoprotein), serta enzim, yang paling penting dikaitkan dengan sintesis asid nukleik, dan beberapa bahan lain.

Fungsi kromatin terdiri, pertama, dalam sintesis asid nukleik khusus untuk organisma tertentu, yang mengarahkan sintesis protein tertentu, dan kedua, dalam pemindahan sifat keturunan dari sel induk kepada sel anak, untuk tujuan itu benang kromatin dibungkus ke dalam kromosom semasa proses pembahagian.

Nukleolus- badan sfera, jelas kelihatan di bawah mikroskop, dengan diameter 1-3 mikron. Ia terbentuk pada bahagian kromatin di mana maklumat tentang struktur rRNA dan protein ribosom dikodkan. Selalunya terdapat hanya satu nukleolus dalam nukleus, tetapi dalam sel-sel di mana proses penting intensif berlaku, mungkin terdapat dua atau lebih nukleolus. Fungsi nukleolus adalah sintesis rRNA dan pemasangan subunit ribosom dengan menggabungkan rRNA dengan protein yang datang dari sitoplasma.

Mitokondria- organel dua membran berbentuk bulat, bujur atau berbentuk batang, walaupun yang berbentuk lingkaran juga terdapat (dalam sperma). Diameter mitokondria adalah sehingga 1 µm, dan panjangnya sehingga 7 µm. Ruang di dalam mitokondria dipenuhi dengan matriks. Matriks- Ini adalah bahan utama mitokondria. Molekul DNA bulat dan ribosom direndam di dalamnya. Membran luar mitokondria licin dan tidak telap kepada banyak bahan. Membran dalam mempunyai unjuran - krismas, meningkatkan luas permukaan membran untuk tindak balas kimia berlaku. Di permukaan membran terdapat banyak kompleks protein yang membentuk rantai pernafasan yang dipanggil, serta enzim sintetase ATP berbentuk cendawan. Peringkat aerobik pernafasan berlaku dalam mitokondria, di mana ATP disintesis.

Plastid- organel dua membran yang besar, ciri hanya sel tumbuhan. Ruang dalaman plastid dipenuhi stroma, atau matriks. Stroma mengandungi sistem vesikel membran yang lebih atau kurang berkembang - tilakoid, yang dikumpulkan dalam longgokan - bijirin, serta molekul DNA bulat dan ribosomnya sendiri. Terdapat empat jenis utama plastid: kloroplas, kromoplast, leukoplas dan proplastid.

Kloroplas- ini adalah plastid hijau dengan diameter 3-10 mikron, boleh dilihat dengan jelas di bawah mikroskop. Ia hanya terdapat di bahagian hijau tumbuhan - daun, batang muda, bunga dan buah. Kloroplas biasanya berbentuk bujur atau elips, tetapi juga boleh berbentuk cawan, berbentuk lingkaran, atau juga lobed. Bilangan kloroplas dalam sel purata dari 10 hingga 100 keping. Walau bagaimanapun, sebagai contoh, dalam sesetengah alga ia mungkin satu, mempunyai dimensi yang ketara dan bentuk yang kompleks - maka ia dipanggil kromatofor. Dalam kes lain, bilangan kloroplas boleh mencapai beberapa ratus, manakala saiznya kecil. Warna kloroplas adalah disebabkan oleh pigmen utama fotosintesis - klorofil, walaupun ia juga mengandungi pigmen tambahan - karotenoid. Karotenoid hanya menjadi ketara pada musim luruh, apabila klorofil dalam daun penuaan rosak. Fungsi utama kloroplas ialah fotosintesis. Tindak balas cahaya fotosintesis berlaku pada membran tilakoid, di mana molekul klorofil melekat, dan tindak balas gelap berlaku di stroma, di mana banyak enzim terkandung.

Kromoplast- Ini adalah plastid kuning, oren dan merah yang mengandungi pigmen karotenoid. Bentuk kromoplast juga boleh berbeza dengan ketara: ia boleh berbentuk tiub, sfera, kristal, dan lain-lain. Kromoplast memberi warna kepada bunga dan buah tumbuhan, menarik pendebunga dan pengedar benih dan buah-buahan.

Leukoplas- Ini adalah plastid putih atau tidak berwarna, kebanyakannya berbentuk bulat atau bujur. Ia biasa di bahagian tumbuhan yang tidak berfotosintesis, contohnya dalam kulit daun, ubi kentang, dll. Mereka menyimpan nutrien, selalunya kanji, tetapi dalam sesetengah tumbuhan ia boleh menjadi protein atau minyak.

Plastid terbentuk dalam sel tumbuhan daripada proplastid, yang sudah ada dalam sel-sel tisu pendidikan dan badan dua membran kecil. Pada peringkat awal pembangunan, pelbagai jenis plastid mampu berubah menjadi satu sama lain: apabila terdedah kepada cahaya, leukoplas ubi kentang dan kromoplast akar lobak merah bertukar menjadi hijau.

Plastid dan mitokondria dipanggil organel separa autonomi sel, kerana mereka mempunyai molekul DNA dan ribosom sendiri, menjalankan sintesis protein dan membahagi secara bebas daripada pembahagian sel. Ciri-ciri ini dijelaskan oleh asalnya daripada organisma prokariotik bersel tunggal. Walau bagaimanapun, "kebebasan" mitokondria dan plastid adalah terhad, kerana DNA mereka mengandungi terlalu sedikit gen untuk kewujudan bebas, manakala maklumat selebihnya dikodkan dalam kromosom nukleus, yang membolehkannya mengawal organel ini.

Retikulum endoplasma (ER), atau retikulum endoplasma (ER), adalah organel membran tunggal, yang merupakan rangkaian rongga membran dan tubul yang menduduki sehingga 30% daripada kandungan sitoplasma. Diameter tubul EPS adalah kira-kira 25-30 nm. Terdapat dua jenis EPS - kasar dan licin. XPS kasar membawa ribosom, di mana sintesis protein berlaku. XPS lancar kekurangan ribosom. Fungsinya ialah sintesis lipid dan karbohidrat, serta pengangkutan, penyimpanan dan peneutralan bahan toksik. Ia dibangunkan terutamanya dalam sel-sel di mana proses metabolik intensif berlaku, contohnya dalam sel hati - hepatosit - dan gentian otot rangka. Bahan yang disintesis dalam ER diangkut ke radas Golgi. Pemasangan membran sel juga berlaku di ER, tetapi pembentukannya diselesaikan dalam radas Golgi.

alat Golgi, atau Kompleks Golgi, ialah organel membran tunggal yang dibentuk oleh sistem tangki rata, tubul dan vesikel yang terpisah daripadanya. Unit struktur radas Golgi ialah dictyosome- timbunan tangki, pada satu tiang di mana bahan dari EPS datang, dan dari kutub bertentangan, setelah mengalami perubahan tertentu, mereka dibungkus ke dalam vesikel dan dihantar ke bahagian lain sel. Diameter tangki adalah kira-kira 2 mikron, dan diameter gelembung kecil adalah kira-kira 20-30 mikron. Fungsi utama kompleks Golgi adalah sintesis bahan tertentu dan pengubahsuaian (perubahan) protein, lipid dan karbohidrat yang datang dari ER, pembentukan akhir membran, serta pengangkutan bahan ke seluruh sel, pembaharuan strukturnya. dan pembentukan lisosom. Alat Golgi menerima namanya sebagai penghormatan kepada saintis Itali Camillo Golgi, yang pertama kali menemui organel ini (1898).

Lisosom- organel membran tunggal kecil sehingga diameter 1 μm, yang mengandungi enzim hidrolitik yang terlibat dalam pencernaan intrasel. Membran lisosom kurang telap kepada enzim ini, jadi lisosom melaksanakan fungsinya dengan sangat tepat dan tepat sasaran. Oleh itu, mereka mengambil bahagian aktif dalam proses fagositosis, membentuk vakuol pencernaan, dan dalam kes kelaparan atau kerosakan pada bahagian tertentu sel, mereka mencernanya tanpa menjejaskan orang lain. Peranan lisosom dalam proses kematian sel baru-baru ini ditemui.

Vakuol ialah rongga dalam sitoplasma sel tumbuhan dan haiwan, dibatasi oleh membran dan diisi dengan cecair. Vakuol pencernaan dan kontraktil terdapat dalam sel protozoa. Yang pertama mengambil bahagian dalam proses fagositosis, kerana mereka memecahkan nutrien. Yang terakhir memastikan pengekalan keseimbangan air-garam disebabkan oleh osmoregulasi. Dalam haiwan multiselular, vakuol pencernaan terutamanya ditemui.

Dalam sel tumbuhan, vakuol sentiasa ada; mereka dikelilingi oleh membran khas dan dipenuhi dengan sap sel. Membran yang mengelilingi vakuol adalah serupa dalam komposisi kimia, struktur dan fungsinya kepada membran plasma. Getah sel ialah larutan akueus pelbagai bahan bukan organik dan organik, termasuk garam mineral, asid organik, karbohidrat, protein, glikosida, alkaloid, dll. Vakuol boleh menduduki sehingga 90% daripada isipadu sel dan menolak nukleus ke pinggir. Bahagian sel ini menjalankan fungsi penyimpanan, perkumuhan, osmotik, pelindung, lisosom dan lain-lain, kerana ia mengumpul nutrien dan bahan buangan, memastikan bekalan air dan mengekalkan bentuk dan isipadu sel, dan juga mengandungi enzim untuk pemecahan banyak komponen sel. Selain itu, bahan aktif biologi vakuol boleh menghalang banyak haiwan daripada memakan tumbuhan ini. Dalam beberapa tumbuhan, disebabkan oleh pembengkakan vakuol, pertumbuhan sel berlaku dengan pemanjangan.

Vakuol juga terdapat dalam sel beberapa kulat dan bakteria, tetapi dalam kulat mereka hanya melakukan fungsi osmoregulasi, manakala dalam cyanobacteria mereka mengekalkan daya apungan dan mengambil bahagian dalam proses asimilasi nitrogen dari udara.

Ribosom- organel bukan membran kecil dengan diameter 15-20 mikron, terdiri daripada dua subunit - besar dan kecil. Subunit ribosom eukariotik dipasang dalam nukleolus dan kemudian diangkut ke dalam sitoplasma. Ribosom dalam prokariot, mitokondria, dan plastid bersaiz lebih kecil daripada ribosom dalam eukariota. Subunit ribosom termasuk rRNA dan protein.

Bilangan ribosom dalam sel boleh mencapai beberapa puluh juta: dalam sitoplasma, mitokondria dan plastid mereka berada dalam keadaan bebas, dan pada ER kasar - dalam keadaan terikat. Mereka mengambil bahagian dalam sintesis protein, khususnya, mereka menjalankan proses terjemahan - biosintesis rantai polipeptida pada molekul mRNA. Ribosom bebas mensintesis protein hyaloplasma, mitokondria, plastid, dan protein ribosom mereka sendiri, manakala ribosom yang melekat pada ER kasar menjalankan terjemahan protein untuk penyingkiran daripada sel, pemasangan membran, dan pembentukan lisosom dan vakuol.

Ribosom boleh ditemui secara tunggal dalam hyaloplasma atau dipasang dalam kumpulan semasa sintesis serentak beberapa rantai polipeptida pada satu mRNA. Kumpulan ribosom sedemikian dipanggil poliribosom, atau polisom.

Mikrotubul- Ini adalah organel bukan membran berongga silinder yang menembusi keseluruhan sitoplasma sel. Diameternya adalah kira-kira 25 nm, ketebalan dinding adalah 6-8 nm. Mereka dibentuk oleh banyak molekul protein tubulin, yang mula-mula membentuk 13 benang menyerupai manik dan kemudian bercantum ke dalam mikrotubulu. Microtubules membentuk retikulum sitoplasma, yang memberikan bentuk dan isipadu sel, menghubungkan membran plasma dengan bahagian lain sel, memastikan pengangkutan bahan ke seluruh sel, mengambil bahagian dalam pergerakan sel dan komponen intrasel, serta dalam pembahagian bahan genetik. Mereka adalah sebahagian daripada pusat sel dan organel pergerakan - flagella dan silia.

mikrofilamen, atau benang mikro, juga merupakan organel bukan membran, bagaimanapun, ia mempunyai bentuk berfilamen dan dibentuk bukan oleh tubulin, tetapi aktin. Mereka mengambil bahagian dalam proses pengangkutan membran, pengiktirafan antara sel, pembahagian sitoplasma sel dan dalam pergerakannya. Dalam sel otot, interaksi mikrofilamen aktin dengan filamen miosin menjadi pengantara penguncupan.

Mikrotubul dan mikrofilamen membentuk rangka dalaman sel - sitoskeleton. Ia adalah rangkaian gentian kompleks yang memberikan sokongan mekanikal untuk membran plasma, menentukan bentuk sel, lokasi organel selular dan pergerakannya semasa pembahagian sel.

Pusat sel- organel bukan membran yang terletak dalam sel haiwan berhampiran nukleus; ia tiada dalam sel tumbuhan. Panjangnya adalah kira-kira 0.2-0.3 mikron, dan diameternya ialah 0.1-0.15 mikron. Pusat sel dibentuk oleh dua sentriol, terletak dalam satah saling berserenjang, dan sfera bercahaya daripada mikrotubulus. Setiap sentriol dibentuk oleh sembilan kumpulan mikrotubulus, dikumpulkan dalam kumpulan tiga, iaitu, triplet. Pusat selular mengambil bahagian dalam proses pemasangan mikrotubulus, pembahagian bahan keturunan sel, serta dalam pembentukan flagella dan silia.

Organel pergerakan. Flagella Dan silia Mereka adalah pertumbuhan sel yang diliputi dengan plasmalemma. Asas organel ini terdiri daripada sembilan pasang mikrotubul yang terletak di sepanjang pinggir dan dua mikrotubul bebas di tengah. Microtubules disambungkan oleh pelbagai protein, memastikan sisihan terkoordinasi mereka dari paksi - ayunan. Ayunan bergantung kepada tenaga, iaitu tenaga ikatan ATP bertenaga tinggi dibelanjakan untuk proses ini. Pemulihan flagela dan silia yang hilang adalah satu fungsi badan basal, atau kinetosom terletak di pangkalan mereka.

Panjang silia adalah kira-kira 10-15 nm, dan panjang flagela ialah 20-50 µm. Oleh kerana pergerakan flagella dan silia yang diarahkan dengan ketat, bukan sahaja pergerakan haiwan bersel tunggal, sperma, dan lain-lain berlaku, tetapi juga pembersihan saluran pernafasan dan pergerakan telur melalui tiub fallopio, kerana semua bahagian ini. badan manusia dipenuhi dengan epitelium bersilia.

Kemasukan

Kemasukan- Ini adalah komponen tidak kekal sel yang terbentuk dan hilang semasa hayatnya. Ini termasuk kedua-dua bahan simpanan, contohnya, bijirin kanji atau protein dalam sel tumbuhan, butiran glikogen dalam sel haiwan dan kulat, volutin dalam bakteria, titisan lemak dalam semua jenis sel, dan bahan buangan, khususnya, sisa makanan. tidak dicerna akibat fagositosis, membentuk badan sisa yang dipanggil.

Hubungan antara struktur dan fungsi bahagian dan organel sel adalah asas keutuhannya

Setiap bahagian sel, di satu pihak, adalah struktur yang berasingan dengan struktur dan fungsi tertentu, dan di pihak yang lain, komponen sistem yang lebih kompleks dipanggil sel. Kebanyakan maklumat keturunan sel eukariotik tertumpu di dalam nukleus, tetapi nukleus itu sendiri tidak dapat memastikan pelaksanaannya, kerana ini memerlukan sekurang-kurangnya sitoplasma, yang bertindak sebagai bahan utama, dan ribosom, di mana sintesis ini berlaku. . Kebanyakan ribosom terletak pada retikulum endoplasma berbutir, dari mana protein paling kerap diangkut ke kompleks Golgi, dan kemudian, selepas pengubahsuaian, ke bahagian sel yang dimaksudkan, atau dikumuhkan. Pembungkusan membran protein dan karbohidrat boleh tertanam dalam membran organel dan membran sitoplasma, memastikan pembaharuan berterusan mereka. Lisosom dan vakuol, yang menjalankan fungsi penting, juga terlepas daripada kompleks Golgi. Sebagai contoh, tanpa lisosom, sel akan cepat berubah menjadi sejenis tempat pembuangan molekul dan struktur sisa.

Kejadian semua proses ini memerlukan tenaga yang dihasilkan oleh mitokondria, dan dalam tumbuhan, oleh kloroplas. Dan walaupun organel ini agak autonomi, kerana mereka mempunyai molekul DNA mereka sendiri, beberapa protein mereka masih dikodkan oleh genom nuklear dan disintesis dalam sitoplasma.

Oleh itu, sel adalah satu kesatuan yang tidak dapat dipisahkan bagi komponen konstituennya, setiap satunya melaksanakan fungsi uniknya sendiri.

Metabolisme dan penukaran tenaga adalah sifat organisma hidup. Metabolisme tenaga dan plastik, hubungan mereka. Peringkat metabolisme tenaga. Penapaian dan pernafasan. Fotosintesis, kepentingannya, peranan kosmik. Fasa-fasa fotosintesis. Reaksi cahaya dan gelap fotosintesis, hubungan mereka. Kemosintesis. Peranan bakteria kemosintetik di Bumi

Metabolisme dan penukaran tenaga - sifat organisma hidup

Sel boleh disamakan dengan kilang kimia kecil di mana beratus-ratus dan beribu-ribu tindak balas kimia berlaku.

Metabolisme- satu set transformasi kimia yang bertujuan untuk pemeliharaan dan pembiakan sendiri sistem biologi.

Ia termasuk pengambilan bahan ke dalam badan semasa pemakanan dan pernafasan, metabolisme intrasel, atau metabolisme, serta pengasingan produk metabolik akhir.

Metabolisme berkait rapat dengan proses menukar satu jenis tenaga kepada yang lain. Sebagai contoh, semasa proses fotosintesis, tenaga cahaya disimpan dalam bentuk tenaga ikatan kimia molekul organik kompleks, dan semasa proses pernafasan ia dilepaskan dan dibelanjakan untuk sintesis molekul baru, kerja mekanikal dan osmotik, terlesap dalam bentuk haba, dsb.

Kejadian tindak balas kimia dalam organisma hidup dipastikan terima kasih kepada pemangkin biologi yang bersifat protein - enzim, atau enzim. Seperti pemangkin lain, enzim mempercepatkan berlakunya tindak balas kimia dalam sel sebanyak berpuluh-puluh dan ratusan ribu kali, dan kadang-kadang menjadikannya mungkin, tetapi tidak mengubah sifat atau sifat produk akhir tindak balas dan melakukan tidak mengubah diri mereka. Enzim boleh menjadi protein mudah dan kompleks, yang, sebagai tambahan kepada bahagian protein, juga termasuk bahagian bukan protein - kofaktor (koenzim). Contoh enzim ialah amilase saliva, yang memecahkan polisakarida semasa mengunyah berpanjangan, dan pepsin, yang memastikan pencernaan protein dalam perut.

Enzim berbeza daripada pemangkin bukan protein dalam kekhususan tindakannya yang tinggi, peningkatan ketara dalam kadar tindak balas dengan bantuan mereka, serta keupayaan untuk mengawal tindakan dengan mengubah keadaan tindak balas atau interaksi pelbagai bahan dengannya. Di samping itu, keadaan di mana pemangkinan enzimatik berlaku berbeza dengan ketara daripada keadaan di mana pemangkinan bukan enzimatik berlaku: suhu optimum untuk berfungsi enzim dalam badan manusia ialah $37°C$, tekanan harus hampir dengan atmosfera, dan $pH$ persekitaran boleh teragak-agak dengan ketara. Oleh itu, amilase memerlukan persekitaran alkali, dan pepsin memerlukan persekitaran berasid.

Mekanisme tindakan enzim adalah untuk mengurangkan tenaga pengaktifan bahan (substrat) yang memasuki tindak balas akibat pembentukan kompleks enzim-substrat perantaraan.

Metabolisme tenaga dan plastik, hubungan mereka

Metabolisme terdiri daripada dua proses yang berlaku serentak dalam sel: metabolisme plastik dan tenaga.

Metabolisme plastik (anabolisme, asimilasi) ialah satu set tindak balas sintesis yang melibatkan perbelanjaan tenaga ATP. Dalam proses metabolisme plastik, bahan organik yang diperlukan untuk sel disintesis. Contoh tindak balas pertukaran plastik ialah fotosintesis, biosintesis protein, dan replikasi DNA (penduaan diri).

Metabolisme tenaga (katabolisme, disimilasi) ialah satu set tindak balas yang memecahkan bahan kompleks kepada yang lebih mudah. Hasil daripada metabolisme tenaga, tenaga dibebaskan dan disimpan dalam bentuk ATP. Proses metabolisme tenaga yang paling penting ialah pernafasan dan penapaian.

Pertukaran plastik dan tenaga adalah berkait rapat, kerana dalam proses pertukaran plastik bahan organik disintesis dan ini memerlukan tenaga ATP, dan dalam proses pertukaran tenaga bahan organik dipecahkan dan tenaga dibebaskan, yang kemudiannya akan dibelanjakan untuk proses sintesis .

Organisma menerima tenaga semasa proses pemakanan, dan melepaskannya dan menukarkannya kepada bentuk yang boleh diakses terutamanya semasa proses pernafasan. Mengikut kaedah pemakanan, semua organisma dibahagikan kepada autotrof dan heterotrof. Autotrof mampu mensintesis secara bebas bahan organik daripada bahan bukan organik, dan heterotrof gunakan bahan organik yang disediakan secara eksklusif.

Peringkat metabolisme tenaga

Walaupun kerumitan tindak balas metabolisme tenaga, ia secara konvensional dibahagikan kepada tiga peringkat: persediaan, anaerobik (bebas oksigen) dan aerobik (oksigen).

hidup peringkat persediaan molekul polisakarida, lipid, protein, asid nukleik terurai kepada yang lebih ringkas, contohnya, glukosa, gliserol dan asid lemak, asid amino, nukleotida, dsb. Peringkat ini boleh berlaku secara langsung di dalam sel atau di dalam usus, dari mana patah bahan turun dihantar melalui aliran darah.

Peringkat anaerobik metabolisme tenaga disertai dengan pecahan selanjutnya monomer sebatian organik kepada produk perantaraan yang lebih ringkas, contohnya, asid piruvik, atau piruvat. Ia tidak memerlukan kehadiran oksigen, dan bagi kebanyakan organisma yang hidup di dalam lumpur paya atau di dalam usus manusia, ia adalah satu-satunya cara untuk mendapatkan tenaga. Tahap anaerobik metabolisme tenaga berlaku dalam sitoplasma.

Pelbagai bahan boleh mengalami pembelahan bebas oksigen, tetapi selalunya substrat tindak balas adalah glukosa. Proses pemisahan bebas oksigennya dipanggil glikolisis. Semasa glikolisis, molekul glukosa kehilangan empat atom hidrogen, iaitu, ia teroksida, dan dua molekul asid piruvik, dua molekul ATP dan dua molekul pembawa hidrogen terkurang $NADH + H^(+)$ terbentuk:

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

Pembentukan ATP daripada ADP berlaku kerana pemindahan langsung anion fosfat daripada gula pra-fosforilasi dan dipanggil fosforilasi substrat.

Peringkat aerobik pertukaran tenaga boleh berlaku hanya dengan kehadiran oksigen, manakala sebatian perantaraan yang terbentuk semasa pembelahan bebas oksigen dioksidakan kepada produk akhir (karbon dioksida dan air) dan kebanyakan tenaga yang disimpan dalam ikatan kimia sebatian organik dibebaskan. Ia bertukar menjadi tenaga ikatan tenaga tinggi 36 molekul ATP. Peringkat ini juga dipanggil pernafasan tisu. Dengan ketiadaan oksigen, sebatian perantaraan ditukar kepada bahan organik lain, satu proses yang dipanggil penapaian.

nafas

Mekanisme respirasi selular secara skematik digambarkan dalam Rajah.

Respirasi aerobik berlaku dalam mitokondria, dengan asid piruvik pertama kali kehilangan satu atom karbon, yang disertai dengan sintesis satu pengurangan setara $NADH + H^(+)$ dan molekul asetil koenzim A (acetyl-CoA):

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

Asetil-KoA dalam matriks mitokondria terlibat dalam rantaian tindak balas kimia, yang keseluruhannya dipanggil Kitaran Krebs (kitaran asid trikarboksilik, kitaran asid sitrik). Semasa transformasi ini, dua molekul ATP terbentuk, asetil-KoA teroksida sepenuhnya kepada karbon dioksida, dan ion hidrogen dan elektronnya ditambah kepada pembawa hidrogen $NADH + H^(+)$ dan $FADH_2$. Pembawa mengangkut proton dan elektron hidrogen ke membran dalam mitokondria, membentuk krista. Dengan bantuan protein pembawa, proton hidrogen dipam ke dalam ruang antara membran, dan elektron dihantar melalui apa yang dipanggil rantaian pernafasan enzim yang terletak pada membran dalam mitokondria dan dilepaskan ke atom oksigen:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Perlu diingatkan bahawa beberapa protein rantai pernafasan mengandungi besi dan sulfur.

Dari ruang antara membran, proton hidrogen diangkut kembali ke dalam matriks mitokondria dengan bantuan enzim khas - sintase ATP, dan tenaga yang dikeluarkan dalam kes ini dibelanjakan untuk sintesis 34 molekul ATP dari setiap molekul glukosa. Proses ini dipanggil fosforilasi oksidatif. Dalam matriks mitokondria, proton hidrogen bertindak balas dengan radikal oksigen untuk membentuk air:

$4J^(+)+O_2^-→2H_2O$.

Set tindak balas respirasi oksigen boleh dinyatakan seperti berikut:

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

Persamaan pernafasan keseluruhan kelihatan seperti ini:

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

Penapaian

Sekiranya tiada oksigen atau kekurangannya, penapaian berlaku. Penapaian ialah kaedah evolusi yang lebih awal untuk mendapatkan tenaga daripada pernafasan, tetapi ia kurang berfaedah secara bertenaga kerana penapaian menghasilkan bahan organik yang masih kaya dengan tenaga. Terdapat beberapa jenis utama penapaian: asid laktik, alkohol, asid asetik, dll. Oleh itu, dalam otot rangka jika tiada oksigen semasa penapaian, asid piruvik dikurangkan kepada asid laktik, manakala setara pengurangan yang terbentuk sebelum ini digunakan, dan hanya dua molekul ATP kekal:

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

Semasa penapaian dengan bantuan yis, asid piruvat dengan kehadiran oksigen ditukar kepada etil alkohol dan karbon monoksida (IV):

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

Semasa penapaian dengan bantuan mikroorganisma, asetik, butirik, asid formik, dan lain-lain juga boleh dibentuk daripada asid piruvik.

ATP, yang diperolehi hasil metabolisme tenaga, dibelanjakan dalam sel untuk pelbagai jenis kerja: kimia, osmotik, elektrik, mekanikal dan pengawalseliaan. Kerja kimia melibatkan biosintesis protein, lipid, karbohidrat, asid nukleik dan sebatian penting lain. Kerja osmotik merangkumi proses penyerapan oleh sel dan penyingkiran daripadanya bahan-bahan yang berada dalam ruang ekstraselular dalam kepekatan yang lebih besar daripada dalam sel itu sendiri. Kerja elektrik saling berkait rapat dengan kerja osmotik, kerana ia adalah hasil daripada pergerakan zarah bercas melalui membran yang menyebabkan cas membran terbentuk dan sifat keterujaan dan kekonduksian diperoleh. Kerja mekanikal melibatkan pergerakan bahan dan struktur di dalam sel, serta sel secara keseluruhan. Kerja kawal selia termasuk semua proses yang bertujuan untuk menyelaraskan proses dalam sel.

Fotosintesis, kepentingannya, peranan kosmik

Fotosintesis ialah proses menukar tenaga cahaya kepada tenaga ikatan kimia sebatian organik dengan penyertaan klorofil.

Hasil daripada fotosintesis, kira-kira 150 bilion tan bahan organik dan kira-kira 200 bilion tan oksigen dihasilkan setiap tahun. Proses ini memastikan kitaran karbon dalam biosfera, menghalang karbon dioksida daripada terkumpul dan dengan itu menghalang kesan rumah hijau dan terlalu panas Bumi. Bahan organik yang terbentuk sebagai hasil fotosintesis tidak dimakan sepenuhnya oleh organisma lain; sebahagian besar daripadanya selama berjuta-juta tahun telah membentuk deposit mineral (arang batu keras dan coklat, minyak). Baru-baru ini, minyak biji sesawi (“biodiesel”) dan alkohol yang diperoleh daripada sisa tumbuhan juga mula digunakan sebagai bahan api. Ozon terbentuk daripada oksigen di bawah pengaruh nyahcas elektrik, yang membentuk skrin ozon yang melindungi semua kehidupan di Bumi daripada kesan merosakkan sinaran ultraungu.

Rakan senegara kami, ahli fisiologi tumbuhan yang luar biasa K. A. Timiryazev (1843-1920), memanggil peranan fotosintesis "kosmik", kerana ia menghubungkan Bumi dengan Matahari (angkasa), memberikan kemasukan tenaga ke planet ini.

Fasa-fasa fotosintesis. Reaksi cahaya dan gelap fotosintesis, hubungan mereka

Pada tahun 1905, ahli fisiologi tumbuhan Inggeris F. Blackman mendapati bahawa kadar fotosintesis tidak boleh meningkat selama-lamanya, beberapa faktor mengehadkannya. Berdasarkan ini, beliau membuat hipotesis bahawa terdapat dua fasa fotosintesis: ringan Dan gelap. Pada keamatan cahaya rendah, kadar tindak balas cahaya meningkat mengikut perkadaran dengan peningkatan keamatan cahaya, dan, sebagai tambahan, tindak balas ini tidak bergantung pada suhu, kerana ia tidak memerlukan enzim untuk berlaku. Tindak balas cahaya berlaku pada membran tilakoid.

Kadar tindak balas gelap, sebaliknya, meningkat dengan peningkatan suhu, bagaimanapun, apabila mencapai ambang suhu $30°C$, peningkatan ini berhenti, yang menunjukkan sifat enzimatik transformasi ini berlaku dalam stroma. Perlu diingatkan bahawa cahaya juga mempunyai kesan tertentu pada tindak balas gelap, walaupun pada hakikatnya ia dipanggil tindak balas gelap.

Fasa cahaya fotosintesis berlaku pada membran tilakoid yang membawa beberapa jenis kompleks protein, yang utama adalah fotosistem I dan II, serta ATP sintase. Fotosistem termasuk kompleks pigmen, yang, sebagai tambahan kepada klorofil, juga mengandungi karotenoid. Karotenoid menangkap cahaya di kawasan spektrum di mana klorofil tidak, dan juga melindungi klorofil daripada pemusnahan oleh cahaya intensiti tinggi.

Sebagai tambahan kepada kompleks pigmen, sistem foto juga termasuk beberapa protein penerima elektron, yang secara berurutan memindahkan elektron daripada molekul klorofil kepada satu sama lain. Urutan protein ini dipanggil rantai pengangkutan elektron kloroplas.

Kompleks protein khas juga dikaitkan dengan fotosistem II, yang memastikan pembebasan oksigen semasa fotosintesis. Kompleks pelepas oksigen ini mengandungi ion mangan dan klorin.

DALAM fasa cahaya quanta cahaya, atau foton, jatuh pada molekul klorofil yang terletak pada membran tilakoid, memindahkannya ke keadaan teruja, dicirikan oleh tenaga elektron yang lebih tinggi. Dalam kes ini, elektron teruja daripada klorofil fotosistem I dipindahkan melalui rantaian perantara kepada pembawa hidrogen NADP, yang melekatkan proton hidrogen, sentiasa hadir dalam larutan akueus:

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

$NADPH + H^(+)$ yang dikurangkan kemudiannya akan digunakan dalam peringkat gelap. Elektron daripada klorofil fotosistem II juga dipindahkan sepanjang rantai pengangkutan elektron, tetapi ia mengisi "lubang elektron" klorofil fotosistem I. Kekurangan elektron dalam klorofil fotosistem II diisi dengan mengambil molekul air, yang berlaku dengan penyertaan kompleks pelepas oksigen yang telah disebutkan di atas. Hasil daripada penguraian molekul air, yang dipanggil fotolisis, proton hidrogen terbentuk dan oksigen molekul dibebaskan, yang merupakan hasil sampingan fotosintesis:

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

Maklumat genetik dalam sel. Gen, kod genetik dan sifatnya. Sifat matriks tindak balas biosintesis. Biosintesis protein dan asid nukleik

Maklumat genetik dalam sel

Pembiakan jenis sendiri adalah salah satu sifat asas makhluk hidup. Terima kasih kepada fenomena ini, terdapat persamaan bukan sahaja antara organisma, tetapi juga antara sel individu, serta organel mereka (mitokondria dan plastid). Asas material persamaan ini ialah pemindahan maklumat genetik yang disulitkan dalam urutan nukleotida DNA, yang dijalankan melalui proses replikasi DNA (penduaan diri). Semua ciri dan sifat sel dan organisma direalisasikan terima kasih kepada protein, strukturnya ditentukan terutamanya oleh urutan nukleotida DNA. Oleh itu, biosintesis asid nukleik dan protein memainkan peranan penting dalam proses metabolik. Unit struktur maklumat keturunan ialah gen.

Gen, kod genetik dan sifatnya

Maklumat keturunan dalam sel tidak monolitik; ia dibahagikan kepada "perkataan" yang berasingan - gen.

gen ialah unit asas maklumat genetik.

Bekerja pada program "Genom Manusia", yang dijalankan secara serentak di beberapa negara dan selesai pada awal abad ini, memberi kita pemahaman bahawa seseorang hanya mempunyai kira-kira 25-30 ribu gen, tetapi maklumat dari kebanyakan DNA kita tidak pernah dibaca, kerana ia mengandungi sejumlah besar bahagian yang tidak bermakna, ulangan dan sifat pengekodan gen yang telah hilang makna bagi manusia (ekor, rambut badan, dll.). Di samping itu, beberapa gen yang bertanggungjawab untuk perkembangan penyakit keturunan, serta gen sasaran dadah, telah ditafsirkan. Walau bagaimanapun, aplikasi praktikal keputusan yang diperolehi semasa pelaksanaan program ini ditangguhkan sehingga genom lebih ramai orang ditafsirkan dan menjadi jelas bagaimana ia berbeza.

Gen yang mengekod struktur utama protein, ribosom atau pemindahan RNA dipanggil struktur, dan gen yang menyediakan pengaktifan atau penindasan membaca maklumat daripada gen struktur - kawal selia. Walau bagaimanapun, walaupun gen struktur mengandungi kawasan pengawalseliaan.

Maklumat keturunan organisma disulitkan dalam DNA dalam bentuk gabungan tertentu nukleotida dan urutannya - kod genetik. Sifatnya ialah: tripletity, specificity, universality, redundansi dan tidak bertindih. Selain itu, tiada tanda baca dalam kod genetik.

Setiap asid amino dikodkan dalam DNA oleh tiga nukleotida - kembar tiga, sebagai contoh, metionin dikodkan oleh triplet TAC, iaitu kod adalah triplet. Sebaliknya, setiap triplet mengekodkan hanya satu asid amino, iaitu kekhususan atau kesamarannya. Kod genetik adalah universal untuk semua organisma hidup, iaitu maklumat keturunan tentang protein manusia boleh dibaca oleh bakteria dan sebaliknya. Ini menunjukkan kesatuan asal usul dunia organik. Walau bagaimanapun, 64 kombinasi tiga nukleotida sepadan dengan hanya 20 asid amino, akibatnya satu asid amino boleh dikodkan oleh 2-6 triplet, iaitu, kod genetik adalah berlebihan atau merosot. Tiga kembar tiga tidak mempunyai asid amino yang sepadan, mereka dipanggil hentikan kodon, kerana ia menunjukkan penghujung sintesis rantai polipeptida.

Urutan bes dalam triplet DNA dan asid amino yang dikodkan

*Hentikan kodon, menunjukkan penghujung sintesis rantai polipeptida.

Singkatan untuk nama asid amino:

Ala - alanin

Arg - arginin

Asn - asparagine

Asp - asid aspartik

Val - valine

Nya - histidine

Gly - glisin

Gln - glutamin

Glu - asid glutamat

Ile - isoleucine

Leu - leucine

Liz - lisin

Meth - metionin

Pro - prolin

Ser - serine

Tyr - tirosin

Tre - threonine

Tiga - triptofan

Fen - fenilalanin

Cis - sistein

Jika anda mula membaca maklumat genetik bukan dari nukleotida pertama dalam triplet, tetapi dari yang kedua, maka bukan sahaja bingkai bacaan akan beralih, tetapi protein yang disintesis dengan cara ini akan berbeza sama sekali bukan sahaja dalam urutan nukleotida, tetapi juga dalam struktur dan sifat. Tiada tanda baca di antara kembar tiga, jadi tiada halangan untuk mengalihkan bingkai bacaan, yang membuka ruang untuk kejadian dan penyelenggaraan mutasi.

Sifat matriks tindak balas biosintesis

Sel bakteria mampu menggandakan setiap 20-30 minit, dan sel eukariotik - setiap hari dan lebih kerap, yang memerlukan kelajuan tinggi dan ketepatan replikasi DNA. Di samping itu, setiap sel mengandungi ratusan dan ribuan salinan banyak protein, terutamanya enzim, oleh itu, kaedah "sedikit demi sedikit" pengeluarannya tidak boleh diterima untuk pembiakan mereka. Kaedah yang lebih progresif ialah pengecapan, yang membolehkan anda memperoleh banyak salinan tepat produk dan juga mengurangkan kosnya. Untuk setem, matriks diperlukan dari mana kesan dibuat.

Dalam sel, prinsip sintesis templat ialah molekul baru protein dan asid nukleik disintesis mengikut program yang tertanam dalam struktur molekul sedia ada bagi asid nukleik yang sama (DNA atau RNA).

Biosintesis protein dan asid nukleik

replikasi DNA. DNA ialah biopolimer beruntai dua, monomernya ialah nukleotida. Jika biosintesis DNA berlaku berdasarkan prinsip fotokopi, maka banyak herotan dan kesilapan dalam maklumat keturunan pasti akan timbul, yang akhirnya akan membawa kepada kematian organisma baru. Oleh itu, proses penggandaan DNA berlaku secara berbeza, dengan cara separa konservatif: molekul DNA terlepas, dan rantai baru disintesis pada setiap rantai mengikut prinsip saling melengkapi. Proses pembiakan sendiri molekul DNA, memastikan penyalinan maklumat keturunan yang tepat dan penghantarannya dari generasi ke generasi, dipanggil replikasi(dari lat. replikasi- pengulangan). Hasil daripada replikasi, dua salinan molekul DNA ibu yang betul-betul tepat terbentuk, setiap satunya membawa satu salinan molekul DNA ibu.

Proses replikasi sebenarnya sangat kompleks, kerana beberapa protein terlibat di dalamnya. Sebahagian daripada mereka melepaskan heliks berganda DNA, yang lain memecahkan ikatan hidrogen antara nukleotida rantai pelengkap, yang lain (contohnya, enzim DNA polimerase) memilih nukleotida baru berdasarkan prinsip saling melengkapi, dsb. Dua molekul DNA terbentuk sebagai hasil replikasi mencapah kepada dua semasa pembahagian sel anak yang baru terbentuk.

Ralat dalam proses replikasi jarang berlaku, tetapi jika ia berlaku, ia akan dihapuskan dengan cepat oleh kedua-dua polimerase DNA dan enzim pembaikan khas, kerana sebarang ralat dalam jujukan nukleotida boleh membawa kepada perubahan yang tidak dapat dipulihkan dalam struktur dan fungsi protein. dan, akhirnya, menjejaskan daya maju sel baru atau malah individu.

Biosintesis protein. Sebagai ahli falsafah terkemuka abad ke-19 F. Engels secara kiasan mengatakan: "Hidup adalah satu bentuk kewujudan badan protein." Struktur dan sifat molekul protein ditentukan oleh struktur utamanya, iaitu, urutan asid amino yang dikodkan dalam DNA. Bukan sahaja kewujudan polipeptida itu sendiri, tetapi juga fungsi sel secara keseluruhan bergantung pada ketepatan pembiakan maklumat ini, jadi proses sintesis protein adalah sangat penting. Ia nampaknya merupakan proses sintesis yang paling kompleks dalam sel, kerana ia melibatkan sehingga tiga ratus enzim berbeza dan makromolekul lain. Di samping itu, ia mengalir pada kelajuan tinggi, yang memerlukan ketepatan yang lebih besar.

Terdapat dua peringkat utama dalam biosintesis protein: transkripsi dan terjemahan.

Transkripsi(dari lat. transkripsi- menulis semula) ialah biosintesis molekul mRNA pada matriks DNA.

Oleh kerana molekul DNA mengandungi dua rantai antiselari, membaca maklumat daripada kedua-dua rantai akan membawa kepada pembentukan mRNA yang sama sekali berbeza, jadi biosintesis mereka hanya mungkin pada salah satu rantai, yang dipanggil pengekodan, atau kodogenik, berbeza dengan yang kedua, bukan pengekodan, atau bukan kodogenik. Proses penulisan semula dipastikan oleh enzim khas, RNA polymerase, yang memilih nukleotida RNA mengikut prinsip saling melengkapi. Proses ini boleh berlaku dalam nukleus dan dalam organel yang mempunyai DNA mereka sendiri - mitokondria dan plastid.

Molekul mRNA yang disintesis semasa transkripsi menjalani proses penyediaan yang kompleks untuk terjemahan (mRNA mitokondria dan plastid boleh kekal di dalam organel, di mana peringkat kedua biosintesis protein berlaku). Semasa proses pematangan mRNA, tiga nukleotida pertama (AUG) dan ekor nukleotida adenil dilekatkan padanya, yang panjangnya menentukan berapa banyak salinan protein yang boleh disintesis pada molekul tertentu. Hanya selepas itu mRNA matang meninggalkan nukleus melalui liang nuklear.

Secara selari, proses pengaktifan asid amino berlaku dalam sitoplasma, di mana asid amino bergabung dengan tRNA bebas yang sepadan. Proses ini dimangkinkan oleh enzim khas dan memerlukan ATP.

Siarkan(dari lat. siaran- pemindahan) ialah biosintesis rantai polipeptida pada matriks mRNA, di mana maklumat genetik diterjemahkan ke dalam urutan asid amino rantai polipeptida.

Tahap kedua sintesis protein paling kerap berlaku dalam sitoplasma, contohnya pada ER kasar. Untuk kejadiannya, kehadiran ribosom, pengaktifan tRNA, di mana ia melampirkan asid amino yang sepadan, kehadiran ion Mg2+, serta keadaan persekitaran yang optimum (suhu, pH, tekanan, dll.) Adalah perlu.

Untuk memulakan penyiaran ( permulaan) subunit ribosom kecil dilekatkan pada molekul mRNA yang sedia untuk sintesis, dan kemudian, mengikut prinsip pelengkap kepada kodon pertama (AUG), tRNA yang membawa metionin asid amino dipilih. Hanya selepas ini subunit ribosom besar melekat. Dalam ribosom yang dipasang terdapat dua kodon mRNA, yang pertama telah diduduki. TRNA kedua, juga membawa asid amino, ditambah kepada kodon bersebelahan dengannya, selepas itu ikatan peptida terbentuk di antara residu asid amino dengan bantuan enzim. Ribosom menggerakkan satu kodon mRNA; tRNA pertama yang dibebaskan daripada asid amino kembali ke sitoplasma selepas asid amino seterusnya, dan serpihan rantai polipeptida masa hadapan tergantung, seolah-olah, pada baki tRNA. TRNA seterusnya dilekatkan pada kodon baru yang mendapati dirinya dalam ribosom, proses itu diulang dan langkah demi langkah rantai polipeptida memanjang, i.e. pemanjangan.

Tamat sintesis protein ( penamatan) berlaku sebaik sahaja jujukan nukleotida tertentu ditemui dalam molekul mRNA yang tidak mengodkan asid amino (kodon hentikan). Selepas ini, rantai ribosom, mRNA dan polipeptida dipisahkan, dan protein yang baru disintesis memperoleh struktur yang sesuai dan diangkut ke bahagian sel di mana ia akan melaksanakan fungsinya.

Terjemahan ialah proses yang sangat intensif tenaga, kerana tenaga satu molekul ATP digunakan untuk melekatkan satu asid amino kepada tRNA, dan beberapa lagi digunakan untuk menggerakkan ribosom di sepanjang molekul mRNA.

Untuk mempercepatkan sintesis molekul protein tertentu, beberapa ribosom boleh dilekatkan secara berturut-turut pada molekul mRNA, yang membentuk satu struktur - polisom.

Sel ialah unit genetik bagi sesuatu hidupan. Kromosom, strukturnya (bentuk dan saiz) dan fungsi. Bilangan kromosom dan ketekalan spesiesnya. Sel somatik dan kuman. Kitaran hayat sel: interfasa dan mitosis. Mitosis ialah pembahagian sel somatik. Meiosis. Fasa mitosis dan meiosis. Perkembangan sel kuman dalam tumbuhan dan haiwan. Pembahagian sel adalah asas untuk pertumbuhan, perkembangan dan pembiakan organisma. Peranan meiosis dan mitosis

Sel ialah unit genetik bagi sesuatu hidupan.

Walaupun fakta bahawa asid nukleik adalah pembawa maklumat genetik, pelaksanaan maklumat ini adalah mustahil di luar sel, yang mudah dibuktikan dengan contoh virus. Organisma ini, selalunya mengandungi hanya DNA atau RNA, tidak boleh membiak secara bebas; untuk melakukan ini, mereka mesti menggunakan alat keturunan sel. Mereka juga tidak boleh menembusi sel tanpa bantuan sel itu sendiri, kecuali melalui penggunaan mekanisme pengangkutan membran atau disebabkan oleh kerosakan sel. Kebanyakan virus tidak stabil; mereka mati selepas hanya beberapa jam terdedah kepada udara terbuka. Akibatnya, sel ialah unit genetik sesuatu hidupan, yang mempunyai set minimum komponen untuk memelihara, mengubah dan melaksanakan maklumat keturunan, serta penghantarannya kepada keturunan.

Kebanyakan maklumat genetik sel eukariotik terletak di dalam nukleus. Keanehan organisasinya ialah, tidak seperti DNA sel prokariotik, molekul DNA eukariota tidak tertutup dan membentuk kompleks kompleks dengan protein - kromosom.

Kromosom, strukturnya (bentuk dan saiz) dan fungsi

Kromosom(dari bahasa Yunani kromium- warna, mewarna dan soma- badan) ialah struktur nukleus sel, yang mengandungi gen dan membawa maklumat keturunan tertentu tentang ciri dan sifat organisma.

Kadang-kadang molekul DNA bulat prokariot juga dipanggil kromosom. Kromosom mampu melakukan pertindihan diri; mereka mempunyai keperibadian struktur dan berfungsi dan mengekalkannya selama beberapa generasi. Setiap sel membawa semua maklumat keturunan badan, tetapi hanya sebahagian kecil yang berfungsi di dalamnya.

Asas kromosom ialah molekul DNA rantai dua yang dibungkus dengan protein. Dalam eukariota, protein histon dan bukan histon berinteraksi dengan DNA, manakala dalam prokariot, protein histon tidak hadir.

Kromosom paling baik dilihat di bawah mikroskop cahaya semasa pembahagian sel, apabila, sebagai hasil pemadatan, ia mengambil rupa badan berbentuk rod yang dipisahkan oleh penyempitan primer - sentromer — di bahu. Pada kromosom mungkin juga ada penyempitan sekunder, yang dalam beberapa kes memisahkan apa yang dipanggil satelit. Hujung kromosom dipanggil telomer. Telomer menghalang hujung kromosom daripada melekat bersama dan memastikan pelekatannya pada membran nuklear dalam sel yang tidak membahagi. Pada permulaan pembahagian, kromosom digandakan dan terdiri daripada dua kromosom anak perempuan - kromatid, diikat pada sentromer.

Mengikut bentuknya, kromosom dibahagikan kepada kromosom yang sama lengan, tidak sama lengan dan berbentuk batang. Saiz kromosom berbeza dengan ketara, tetapi purata kromosom mempunyai dimensi 5 $×$ 1.4 mikron.

Dalam sesetengah kes, kromosom, hasil daripada banyak pertindihan DNA, mengandungi ratusan dan ribuan kromatid: kromosom gergasi tersebut dipanggil politena. Mereka ditemui dalam kelenjar air liur larva Drosophila, serta dalam kelenjar pencernaan cacing gelang.

Bilangan kromosom dan ketekalan spesiesnya. Sel somatik dan kuman

Menurut teori selular, sel ialah unit struktur, aktiviti penting dan perkembangan organisma. Oleh itu, fungsi penting makhluk hidup seperti pertumbuhan, pembiakan dan perkembangan organisma disediakan di peringkat sel. Sel-sel organisma multisel boleh dibahagikan kepada sel somatik dan pembiakan.

sel somatik- ini adalah semua sel badan yang terbentuk hasil daripada pembahagian mitosis.

Kajian kromosom telah memungkinkan untuk menentukan bahawa sel somatik badan setiap spesies biologi dicirikan oleh bilangan kromosom yang tetap. Sebagai contoh, seseorang mempunyai 46 daripadanya.Set kromosom sel somatik dipanggil diploid(2n), atau berganda.

Sel seks, atau gamet, adalah sel khusus yang digunakan untuk pembiakan seksual.

Gamet sentiasa mengandungi separuh daripada banyak kromosom daripada sel somatik (pada manusia - 23), oleh itu set kromosom sel kuman dipanggil haploid(n), atau bujang. Pembentukannya dikaitkan dengan pembahagian sel meiotik.

Jumlah DNA dalam sel somatik ditetapkan sebagai 2c, dan dalam sel seks - 1c. Formula genetik sel somatik ditulis sebagai 2n2c, dan sel seksual - 1n1c.

Dalam nukleus beberapa sel somatik, bilangan kromosom mungkin berbeza daripada bilangan mereka dalam sel somatik. Jika perbezaan ini lebih besar daripada satu, dua, tiga, dan lain-lain set haploid, maka sel tersebut dipanggil poliploid(tri-, tetra-, pentaploid, masing-masing). Dalam sel sedemikian, proses metabolik biasanya berjalan dengan sangat intensif.

Bilangan kromosom itu sendiri bukanlah ciri khusus spesies, kerana organisma yang berbeza boleh mempunyai bilangan kromosom yang sama, tetapi yang berkaitan boleh mempunyai nombor yang berbeza. Sebagai contoh, plasmodium malaria dan cacing gelang kuda masing-masing mempunyai dua kromosom, manakala manusia dan cimpanzi masing-masing mempunyai 46 dan 48.

Kromosom manusia dibahagikan kepada dua kumpulan: autosom dan kromosom seks (heterochromosome). Autosom dalam sel somatik manusia terdapat 22 pasangan, mereka adalah sama untuk lelaki dan wanita, dan kromosom seks hanya satu pasangan, tetapi ini yang menentukan jantina individu. Terdapat dua jenis kromosom seks - X dan Y. Sel badan wanita membawa dua kromosom X, dan lelaki - X dan Y.

Karyotype- ini adalah satu set ciri set kromosom sesuatu organisma (bilangan kromosom, bentuk dan saiznya).

Rekod bersyarat bagi karyotype termasuk jumlah bilangan kromosom, kromosom seks dan kemungkinan penyelewengan dalam set kromosom. Sebagai contoh, karyotype seorang lelaki normal ditulis sebagai 46, XY, dan karyotype seorang wanita normal ialah 46, XX.

Kitaran hayat sel: interfasa dan mitosis

Sel tidak timbul semula setiap kali, ia terbentuk hanya hasil daripada pembahagian sel ibu. Selepas pembahagian, sel anak memerlukan sedikit masa untuk membentuk organel dan memperoleh struktur yang sesuai yang akan memastikan prestasi fungsi tertentu. Tempoh masa ini dipanggil kematangan.

Tempoh masa dari penampilan sel akibat pembahagian sehingga pembahagian atau kematiannya dipanggil kitaran hidup sel.

Dalam sel eukariotik, kitaran hayat dibahagikan kepada dua peringkat utama: interfasa dan mitosis.

Interfasa- ini adalah tempoh masa dalam kitaran hidup semasa sel tidak membahagi dan berfungsi secara normal. Interphase dibahagikan kepada tiga tempoh: G 1 -, S- dan G 2 -periods.

G 1 -tempoh(prasintetik, postmitotik) ialah tempoh pertumbuhan dan perkembangan sel semasa sintesis aktif RNA, protein dan bahan lain yang diperlukan untuk sokongan hidup lengkap sel yang baru terbentuk berlaku. Menjelang akhir tempoh ini, sel mungkin mula bersedia untuk menduplikasi DNAnya.

DALAM S-tempoh(sintetik) proses replikasi DNA itu sendiri berlaku. Satu-satunya bahagian kromosom yang tidak mengalami replikasi ialah sentromer, jadi molekul DNA yang terhasil tidak menyimpang sepenuhnya, tetapi kekal bersama di dalamnya, dan pada permulaan pembahagian kromosom mempunyai rupa berbentuk X. Formula genetik sel selepas penggandaan DNA ialah 2n4c. Juga dalam tempoh-S, sentriol pusat sel digandakan.

G 2 -tempoh(postsynthetic, premitotic) dicirikan oleh sintesis intensif RNA, protein dan ATP yang diperlukan untuk proses pembahagian sel, serta pemisahan sentriol, mitokondria dan plastid. Sehingga penghujung interphase, kromatin dan nukleolus kekal jelas dibezakan, integriti sampul nuklear tidak terganggu, dan organel tidak berubah.

Sesetengah sel badan dapat melaksanakan fungsinya sepanjang hayat badan (neuron otak kita, sel otot jantung), manakala yang lain wujud untuk masa yang singkat, selepas itu mereka mati (sel epitelium usus, sel epidermis kulit itu). Akibatnya, badan mesti sentiasa menjalani proses pembahagian sel dan pembentukan yang baru yang akan menggantikan yang mati. Sel yang mampu membahagi dipanggil batang. Dalam tubuh manusia mereka ditemui di sumsum tulang merah, di lapisan dalam epidermis kulit dan tempat lain. Menggunakan sel-sel ini, anda boleh mengembangkan organ baru, mencapai peremajaan, dan juga mengklon badan. Prospek untuk menggunakan sel stem adalah jelas, tetapi aspek moral dan etika masalah ini masih dibincangkan, kerana dalam kebanyakan kes sel stem embrio yang diperoleh daripada embrio manusia yang dibunuh semasa pengguguran digunakan.

Tempoh interfasa dalam sel tumbuhan dan haiwan adalah purata 10-20 jam, manakala mitosis mengambil masa kira-kira 1-2 jam.

Semasa pembahagian berturut-turut dalam organisma multisel, sel anak menjadi semakin pelbagai apabila mereka membaca maklumat daripada peningkatan bilangan gen.

Sesetengah sel berhenti membahagi dari semasa ke semasa dan mati, yang mungkin disebabkan oleh penyempurnaan fungsi tertentu, seperti dalam kes sel kulit epidermis dan sel darah, atau disebabkan oleh kerosakan pada sel ini oleh faktor persekitaran, khususnya patogen. Kematian sel yang diprogramkan secara genetik dipanggil apoptosis, manakala kematian akibat kemalangan - nekrosis.

Mitosis ialah pembahagian sel somatik. Fasa-fasa mitosis

Mitosis- kaedah pembahagian sel somatik secara tidak langsung.

Semasa mitosis, sel melalui satu siri fasa berturut-turut, akibatnya setiap sel anak perempuan menerima set kromosom yang sama seperti dalam sel ibu.

Mitosis dibahagikan kepada empat fasa utama: profase, metaphase, anaphase dan telofase. Profase- peringkat mitosis terpanjang, di mana kromatin terpeluwap, mengakibatkan kromosom berbentuk X yang terdiri daripada dua kromatid (kromosom anak perempuan) kelihatan. Dalam kes ini, nukleolus hilang, sentriol menyimpang ke kutub sel, dan gelendong achromatin (gelendong pembahagian) dari mikrotubul mula terbentuk. Pada akhir profase, membran nuklear hancur menjadi vesikel yang berasingan.

DALAM metafasa Kromosom berbaris di sepanjang khatulistiwa sel dengan sentromernya, di mana mikrotubul gelendong yang terbentuk sepenuhnya dilekatkan. Pada peringkat pembahagian ini, kromosom paling padat dan mempunyai bentuk ciri, yang memungkinkan untuk mengkaji karyotype.

DALAM anafasa Replikasi DNA yang pantas berlaku pada sentromer, akibatnya kromosom terbelah dan kromatid mencapah ke kutub sel, diregangkan oleh mikrotubul. Pengagihan kromatid mestilah sama rata, kerana proses inilah yang memastikan pengekalan bilangan kromosom yang berterusan dalam sel-sel badan.

Di atas pentas telofasa kromosom anak perempuan berkumpul di kutub, despiral, membran nuklear terbentuk di sekelilingnya daripada vesikel, dan nukleolus muncul dalam nukleus yang baru terbentuk.

Selepas pembahagian nuklear, pembahagian sitoplasma berlaku - sitokinesis, semasa pengedaran lebih kurang seragam semua organel sel induk berlaku.

Oleh itu, hasil daripada mitosis, dua sel anak terbentuk daripada satu sel ibu, setiap satunya adalah salinan genetik sel ibu (2n2c).

Dalam sel yang sakit, rosak, penuaan dan tisu khusus badan, proses pembahagian yang sedikit berbeza boleh berlaku - amitosis. Amitosis dipanggil pembahagian langsung sel eukariotik, di mana pembentukan sel yang setara secara genetik tidak berlaku, kerana komponen selular diedarkan secara tidak sekata. Ia ditemui dalam tumbuhan dalam endosperma, dan pada haiwan - dalam hati, rawan dan kornea mata.

Meiosis. Fasa-fasa meiosis

Meiosis ialah kaedah pembahagian tidak langsung sel kuman primer (2n2c), yang mengakibatkan pembentukan sel haploid (1n1c), selalunya sel kuman.

Tidak seperti mitosis, meiosis terdiri daripada dua pembahagian sel berturut-turut, setiap satunya didahului oleh interfasa. Bahagian pertama meiosis (meiosis I) dipanggil reduksionis, kerana dalam kes ini bilangan kromosom dibelah dua, dan bahagian kedua (meiosis II) - persamaan, kerana dalam prosesnya bilangan kromosom dikekalkan.

Interfasa I berjalan seperti interfasa mitosis. Meiosis I dibahagikan kepada empat fasa: profasa I, metafasa I, anafasa I dan telofasa I. B profase I Dua proses penting berlaku: konjugasi dan persilangan. Konjugasi- Ini adalah proses percantuman kromosom homolog (berpasangan) sepanjang keseluruhan panjang. Pasangan kromosom yang terbentuk semasa konjugasi dikekalkan sehingga akhir metafasa I.

Menyeberangi- pertukaran bersama kawasan homolog kromosom homolog. Hasil daripada persilangan, kromosom yang diterima oleh badan daripada kedua-dua ibu bapa memperoleh kombinasi gen baru, yang menyebabkan penampilan keturunan yang pelbagai secara genetik. Pada akhir profase I, seperti dalam profase mitosis, nukleolus hilang, sentriol menyimpang ke kutub sel, dan membran nuklear hancur.

DALAM metafasa I pasangan kromosom diselaraskan di sepanjang khatulistiwa sel, dan mikrotubul gelendong dilekatkan pada sentromernya.

DALAM anafasa I Seluruh kromosom homolog, yang terdiri daripada dua kromatid, menyimpang ke kutub.

DALAM telofase I Membran nuklear terbentuk di sekeliling gugusan kromosom di kutub sel, dan nukleolus terbentuk.

Sitokinesis I memastikan pemisahan sitoplasma sel anak.

Sel anak (1n2c) yang terbentuk akibat meiosis I adalah heterogen secara genetik, kerana kromosomnya, tersebar secara rawak ke kutub sel, mengandungi gen yang berbeza.

Ciri perbandingan mitosis dan meiosis

Interfasa II sangat pendek, kerana penggandaan DNA tidak berlaku di dalamnya, iaitu, tidak ada tempoh S.

Meiosis II juga dibahagikan kepada empat fasa: profasa II, metafasa II, anafasa II dan telofasa II. DALAM profase II proses yang sama berlaku seperti dalam profasa I, dengan pengecualian konjugasi dan persilangan.

DALAM metafasa II kromosom terletak di sepanjang khatulistiwa sel.

DALAM anafasa II kromosom berpecah pada sentromer dan kromatid diregangkan ke arah kutub.

DALAM telofasa II Membran nuklear dan nukleolus terbentuk di sekeliling gugusan kromosom anak perempuan.

Selepas sitokinesis II Formula genetik keempat-empat sel anak perempuan ialah 1n1c, tetapi kesemuanya mempunyai set gen yang berbeza, yang merupakan hasil persilangan dan gabungan rawak kromosom organisma ibu dan bapa dalam sel anak perempuan.

Perkembangan sel kuman dalam tumbuhan dan haiwan

Gametogenesis(dari bahasa Yunani gamet- isteri, gamet- suami dan genesis- asal, kemunculan) ialah proses pembentukan sel kuman matang.

Oleh kerana pembiakan seksual paling kerap memerlukan dua individu - seorang wanita dan seorang lelaki, menghasilkan sel seks yang berbeza - telur dan sperma, maka proses pembentukan gamet ini mestilah berbeza.

Sifat proses bergantung pada tahap yang ketara sama ada ia berlaku dalam sel tumbuhan atau haiwan, kerana dalam tumbuhan hanya mitosis berlaku semasa pembentukan gamet, dan pada haiwan kedua-dua mitosis dan meiosis berlaku.

Perkembangan sel kuman dalam tumbuhan. Dalam angiosperma, pembentukan sel pembiakan lelaki dan wanita berlaku di bahagian yang berlainan pada bunga - stamen dan pistil, masing-masing.

Sebelum pembentukan sel pembiakan lelaki - mikrogametogenesis(dari bahasa Yunani mikro- kecil) - berlaku mikrosporogenesis, iaitu pembentukan mikrospora dalam anter stamen. Proses ini dikaitkan dengan pembahagian meiotik sel ibu, yang menghasilkan empat mikrospora haploid. Mikrogametogenesis dikaitkan dengan pembahagian mitosis mikrospora, memberikan gametofit lelaki daripada dua sel - vegetatif(siphonogenik) dan cetek generatif. Selepas pembahagian, gametofit jantan menjadi ditutupi dengan membran padat dan membentuk butiran debunga. Dalam sesetengah kes, walaupun semasa proses pematangan debunga, dan kadang-kadang hanya selepas pemindahan ke stigma pistil, sel generatif membahagi secara mitosis untuk membentuk dua sel kuman lelaki yang tidak bergerak - sperma. Selepas pendebungaan, tiub debunga terbentuk daripada sel vegetatif, di mana sperma menembusi ke dalam ovari pistil untuk persenyawaan.

Perkembangan sel kuman wanita dalam tumbuhan dipanggil megagametogenesis(dari bahasa Yunani megas- besar). Ia berlaku dalam ovari pistil, yang didahului oleh megasporogenesis, akibatnya empat megaspora terbentuk daripada sel induk megaspora yang terletak di dalam nusel melalui pembahagian meiotik. Salah satu megaspora membahagi secara mitosis tiga kali, memberikan gametofit betina - kantung embrio dengan lapan nukleus. Dengan pemisahan sitoplasma sel anak perempuan yang berikutnya, salah satu sel yang terhasil menjadi telur, di sisinya terletak apa yang dipanggil synergids, di hujung bertentangan kantung embrio tiga antipoda terbentuk, dan di tengahnya. , hasil daripada gabungan dua nukleus haploid, sel pusat diploid terbentuk.

Perkembangan sel kuman pada haiwan. Pada haiwan, terdapat dua proses pembentukan sel kuman - spermatogenesis dan oogenesis.

Spermatogenesis(dari bahasa Yunani sperma, sperma- benih dan genesis- asal, kejadian) ialah proses pembentukan sel kuman lelaki matang - sperma. Pada manusia, ia berlaku dalam testis, atau testis, dan dibahagikan kepada empat tempoh: pembiakan, pertumbuhan, kematangan dan pembentukan.

DALAM musim pembiakan sel kuman primordial membahagi secara mitosis, mengakibatkan pembentukan diploid spermatogonia. DALAM tempoh pertumbuhan spermatogonia mengumpul nutrien dalam sitoplasma, meningkatkan saiz dan bertukar menjadi spermatosit primer, atau Spermatosit pesanan pertama. Hanya selepas ini mereka memasuki meiosis ( tempoh matang), akibatnya dua yang pertama terbentuk spermatosit sekunder, atau Spermatosit urutan ke-2, dan kemudian - empat sel haploid dengan jumlah sitoplasma yang agak besar - spermatid. DALAM tempoh pembentukan mereka kehilangan hampir semua sitoplasma mereka dan membentuk flagel, bertukar menjadi sperma.

Sperma, atau meriah, - sel pembiakan lelaki mudah alih yang sangat kecil dengan kepala, leher dan ekor.

DALAM kepala, sebagai tambahan kepada teras, adalah akrosom- kompleks Golgi yang diubah suai yang memastikan pembubaran membran telur semasa persenyawaan. DALAM serviks ialah sentriol pusat sel, dan pangkalan ekor kuda membentuk mikrotubulus yang secara langsung menyokong pergerakan sperma. Ia juga mengandungi mitokondria, yang menyediakan sperma dengan tenaga ATP untuk pergerakan.

Oogenesis(dari bahasa Yunani PBB- telur dan genesis- asal, kejadian) ialah proses pembentukan sel kuman wanita matang - telur. Pada manusia, ia berlaku dalam ovari dan terdiri daripada tiga tempoh: pembiakan, pertumbuhan dan kematangan. Tempoh pembiakan dan pertumbuhan, sama seperti dalam spermatogenesis, berlaku semasa perkembangan intrauterin. Dalam kes ini, sel diploid terbentuk daripada sel germa primer hasil daripada mitosis. oogonia, yang kemudiannya bertukar menjadi primer diploid oosit, atau oosit urutan pertama. Meiosis dan sitokinesis seterusnya berlaku dalam tempoh matang, dicirikan oleh pembahagian sitoplasma sel ibu yang tidak sekata, sehingga pada akhirnya, pada mulanya satu diperoleh oosit sekunder, atau oosit urutan ke-2, Dan jasad kutub pertama, dan kemudian dari oosit sekunder - telur, yang mengekalkan keseluruhan bekalan nutrien, dan badan polar kedua, manakala badan polar pertama dibahagikan kepada dua. Badan kutub mengambil lebihan bahan genetik.

Pada manusia, telur dihasilkan dengan selang 28-29 hari. Kitaran yang berkaitan dengan pematangan dan pelepasan telur dipanggil haid.

Telur- sel pembiakan wanita yang besar yang membawa bukan sahaja set kromosom haploid, tetapi juga bekalan nutrien yang ketara untuk perkembangan embrio berikutnya.

Telur dalam mamalia ditutup dengan empat membran, yang mengurangkan kemungkinan kerosakan oleh pelbagai faktor. Diameter telur pada manusia mencapai 150-200 mikron, manakala dalam burung unta ia boleh menjadi beberapa sentimeter.

Pembahagian sel adalah asas untuk pertumbuhan, perkembangan dan pembiakan organisma. Peranan mitosis dan meiosis

Jika dalam organisma unisel pembahagian sel membawa kepada peningkatan dalam bilangan individu, iaitu, pembiakan, maka dalam organisma multiselular proses ini boleh mempunyai makna yang berbeza. Oleh itu, pembahagian sel embrio, bermula dari zigot, adalah asas biologi proses pertumbuhan dan perkembangan yang saling berkaitan. Perubahan yang sama diperhatikan pada manusia semasa remaja, apabila bilangan sel bukan sahaja meningkat, tetapi juga perubahan kualitatif dalam badan berlaku. Pembiakan organisma multiselular juga berdasarkan pembahagian sel, contohnya, dalam pembiakan aseksual, terima kasih kepada proses ini, seluruh bahagian organisma dipulihkan, dan dalam pembiakan seksual, dalam proses gametogenesis, sel-sel seks terbentuk, yang seterusnya menimbulkan organisma baru. Perlu diingatkan bahawa kaedah utama pembahagian sel eukariotik - mitosis dan meiosis - mempunyai makna yang berbeza dalam kitaran hidup organisma.

Hasil daripada mitosis, terdapat pengagihan sekata bahan keturunan antara sel anak perempuan - salinan tepat ibu. Tanpa mitosis, kewujudan dan pertumbuhan organisma multiselular yang berkembang daripada satu sel, zigot, adalah mustahil, kerana semua sel organisma tersebut mesti mengandungi maklumat genetik yang sama.

Semasa proses pembahagian, sel anak menjadi lebih dan lebih pelbagai dalam struktur dan fungsi, yang dikaitkan dengan pengaktifan lebih banyak kumpulan gen baru di dalamnya kerana interaksi antara sel. Oleh itu, mitosis diperlukan untuk perkembangan organisma.

Kaedah pembahagian sel ini diperlukan untuk proses pembiakan aseksual dan penjanaan semula (pemulihan) tisu yang rosak, serta organ.

Meiosis pula memastikan kestabilan karyotype semasa pembiakan seksual, kerana ia mengurangkan separuh set kromosom sebelum pembiakan seksual, yang kemudiannya dipulihkan sebagai hasil persenyawaan. Di samping itu, meiosis membawa kepada kemunculan kombinasi baru gen ibu bapa akibat persilangan dan gabungan rawak kromosom dalam sel anak. Terima kasih kepada ini, keturunan ternyata pelbagai secara genetik, yang menyediakan bahan untuk pemilihan semula jadi dan merupakan asas material untuk evolusi. Perubahan dalam bilangan, bentuk dan saiz kromosom, di satu pihak, boleh membawa kepada kemunculan pelbagai penyelewengan dalam perkembangan organisma dan juga kematiannya, dan sebaliknya, ia boleh membawa kepada penampilan individu. lebih menyesuaikan diri dengan persekitaran.

Oleh itu, sel ialah unit pertumbuhan, perkembangan dan pembiakan organisma.