Файл: Цитология.doc

Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ

Человек и животные получают энергию за счет окисления органических соединений, поступающих с пищей. Биологическое окисление веществ — это, по сути, медленное горение. Конечные продукты сгорания дров (целлюлозы) — углекислый газ и вода. Полное окисление органических веществ (углеводов и липидов) в клетках также происходит до воды и углекислого газа. В отличие от горения, процесс биологического окисления происходит постепенно. Высвобождающаяся энергия также постепенно запасается в виде химических связей синтезируемых соединений. Некоторая ее часть рассеивается в клетках, поддерживая необходимую для жизнедеятельности температуру.

Синтез АТФ происходит главным образом в митохондриях (у растений еще и в хлоропластах) и обеспечивается в основном энергией, выделяющейся при расщеплении глюкозы, но могут использоваться и другие простые органические соединения — сахара, жирные кислоты и пр.

Гликолиз. Процесс расщепления глюкозы в живых организмах носит название гликолиза (греч. glykys сладкий + lysis расщепление). Рассмотрим основные его этапы.

На первой, предварительной стадии в лизосомах происходит образование простых органических молекул путем расщепления ди- и полисахаридов. Выделяющееся при этом небольшое количество энергии рассеивается в виде тепла.

Второй этап гликолиза происходит в цитоплазме без участия кислорода и называется анаэробным (бескислородным — греч. ana без + aer воздух) гликолизом — неполным окислением глюкозы без участия кислорода.

Основой жизнедеятельности клетки являются обмен веществ и превращение энергии. Совокупность химических превращений, протекающих в клетке или организме, связанных между собой и сопровождающихся превращением энергии, называется обменом веществ и энергии.

Синтез органических веществ, сопровождающийся поглощением энергии, называется ассимиляцией

или пластическим обменом. Распад, расщепление органических веществ, сопровождающийся выделением энергии, называется диссимиляцией

или энергетическим обменом.

Главным источником энергии на Земле является Солнце. Клетки растений специальными структурами в хлоропластах улавливают энергию Солнца, превращая ее в энергию химических связей молекул органических веществ и АТФ.

АТФ

(аденозинтрифосфат) – это органическое вещество, универсальный аккумулятор энергии в биологических системах. Солнечная энергия превращается в энергию химических связей этого вещества и расходуется на синтез глюкозы, крахмала и других органических веществ.

Кислород атмосферы, как это ни покажется странным, – побочный продукт процесса жизнедеятельности растений – фотосинтеза.

Процесс синтеза органических веществ из неорганических под действием энергии Солнца называетсяфотосинтезом.

Обобщенное уравнение фотосинтеза можно представить в следующем виде:

6СО2 + 6Н2О – свет → С6Н12О6 + 6О2.

В растениях органические вещества создаются в процессе первичного синтеза из углекислого газа, воды и минеральных солей. Животные, грибы, многие бактерии используют готовые органические вещества (из растений). Кроме того, при фотосинтезе образуется кислород, который необходим живым организмам для дыхания.

В процессе питания и дыхания органические вещества расщепляются и окисляются кислородом. Освобождающаяся энергия частично выделяется в виде тепла, а частично вновь запасается в синтезируемых молекулах АТФ. Этот процесс протекает в митохондриях. Конечные продукты распада органических веществ – вода, углекислый газ, соединения аммиака, которые вновь используются в процессе фотосинтеза. Запасенная в АТФ энергия расходуется на вторичный синтез органических веществ, характерных для каждого организма, на рост, размножение.

Итак, растения обеспечивают все организмы не только питательными веществами, но и кислородом. Кроме того, они преобразуют энергию Солнца и передают ее через органические вещества всем другим группам организмов.

14вопрос

Деление клеток — увеличение числа клеток в результате их размножения путем деления исходной клетки Известны три типа деления клеток: митоз, амитоз, мейоз.

Митоз (от греч. «миос» — нить) — основной способ деления клеток. Кариокинез — непрямое деление ядра (карион — ядро, кинез — движение), т. е. через стадии.

Митоз — это часть митотического цикла (митоз + интерфаза).Фазы митоза

Профаза. Состоит из нескольких стадий:

1. Утолщение, укорочение хроматина.2. Суперспирализация.3. Уплотнение.4. Исчезновение ядерной оболочки.5. Распад ядрышка, переход в материал.6. Расхождение центриоли, образование полюсов (микротрубочки растут от полюсов).7. Вовлечение хромосом в скачкообразное движение, определяемое микротрубочками и ядерным матриксом.8. Образование ахроматиновых нитей, которые тянутся от центри-олей.9. Образование веретена деления.Метафаза — хромосомы располагаются по экватору веретена, их скачкообразные движения прекращаются.Каждая хромосома оказывается разделенной на две хроматиды (продольно); хроматиды удерживаются в центромере (кинетохор), к центромерам присоединены (прикреплены) ахроматиновые нити.Метафазное веретено напоминает мяч для американского футбола или регби с хромосомами по экватору.Веретено образовано нитями двух типов: соединяющими хромосомы с полюсами и тянущимися от полюса к полюсу. Это пучки микротрубочек, которые имеют различные размеры.Анафаза — хроматиды делятся на 2 дочерние хромосомы, направленные к противоположным полюсам.Нить веретена, соединяющая кинетохор с соответствующим полюсом, оказывает на хромосому воздействие, направленное к полюсу. Величина усилия пропорциональна длине нити. Роль регулятора скорости движения хромосом отводится МТ — «мотору». Для удлинения веретена в метафазе необходима АТФ (АТФ-аза динеина). Движение хромосом к полюсам не требует АТФ (отталкивание полюсов друг от друга). Регуляторами сборки МТ являются центросома и кинетохор, Телофаза — хромосомы деспирализуются, намечается место образования ядерной оболочки, образуется ядрышко. Возникают две новые дочерние клетки, идентичные материнской, но в 2 раза меньше.После достижения размера материнской клетки могут вступать в деление.Цитокинез — разделение в конце митоза или мейоза тела материнской клетки на две дочерние. Обычно следует за телофазой (или вместе с ней) и ведет к постмитотическому (пресинтетическому) периоду интерфазы.

Значение митоза:1) точная передача наследственной информации дочерним клеткам;2) увеличение числа клеток в организме, т. е. один из главных механизмов роста;3) способ бесполого размножения организмов и регенерация клеток.

Амитоз (от греч. «а» — отрицательная частица и «митоз») — прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования хромосом вне митотического цикла. Амитоз может сопровождаться делением клетки, а также ограничиваться делением ядра без разделения цитоплазмы, что ведет к образованию дву- и многоядерных клеток. Амитоз встречается в различных тканях в специализированных обреченных на гибель клетках, особенно в клетках зародышевых оболочек млекопитающих. Клетка, претерпевающая амитоз, в дальнейшем не способна вступить в нормальный митотический цикл.

Мейоз (от греч. «мейозис» — уменьшение) — способ деления диплоидных клеток, в результате которого набор хромосом уменьшается вдвое и становится гаплоидным, поэтому мейоз называется еще редуцированным делением. При этом из одной клетки образуются четыре дочерние.Особенностью мейоза является также обмен участками хромосом, следовательно, и ДНК между хроматидами парных хромосом, прежде чем они разойдутся в дочерние клетки. Мейоз состоит из двух последовательных делений ядра и короткой интерфазы между ними. Первое деление — наиболее сложный и важный этап. Он подразделяется на фазы: профаза I, метафаза I, анафаза I, телофаза I. В профазе I парные хромосомы диплоидной материнской клетки подходят друг к другу, перекрещиваются (кроссинговер), образуя мостики (хиазмы), затем обмениваются участками, при этом осуществляется перекомбинация генов, после чего хромосомы разъединяются. В метафазе I эти парные хромосомы располагаются по экватору клетки, к каждой из них присоединяется нить веретена деления: к одной хромосоме — от одного полюса, ко второй — от другого. В анафазе I к полюсам клетки расходятся двухроматидные хромосомы: одна из каждой пары к одному полю-су, вторая — к другому. При этом число хромосом у полюсов становится вдвое меньше, чем в материнской клетке. Но они остаются двухро-матидными. Затем проходят телофаза І, интерфаза (эти фазы могут отсутствовать). В интерфазе между І и ІІ делением мейоза отсутствует синтетический период, так как после І деления хромосомы остались удвоенными (молекулы ДНК также удвоены). Второе деление мейоза отличается от митоза только тем, что его проходят клетки с гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Профаза ІІ иногда отсутствует. В метафазе ІІ двухроматидные хромосомы располагаются по экватору, при этом деление отмечается сразу в двух дочерних клетках. В анафазе ІІ к полюсам отходят уже однохроматидные хромосомы. В телофазе ІІ в четырех дочерних клетках формируются ядра и перегородки между клетками. Таким образом, в результате мейоза получаются четыре гаплоидные клетки с однохроматидными хромосомами (і пі с). Это либо половые клетки (гаметы) у животных и человека, либо споры у растений.Значение мейоза:• создание гаплоидного набора хромосом;• создание наследственной изменчивости за счет кроссинговера и вероятного расхождения хромосом.

15)Отличительные свойства зрелых гаметоцитов - низкий уровень процессов ассимиляции и диссимиляции, неспособность к делению, содержание в ядрах гаплоидного (половины) числа хромосом. Соматические клетки (др.-греч. σῶμα — тело) — клетки, составляющие тело (сому) многоклеточных организмов и не принимающие участия в половом размножении. Таким образом, это все клетки, кроме гамет. . Гаметы – половые клетки, участие их в оплодотворении, образовании зиготы (первая клетка нового организма). Результат оплодотворения – удвоение числа хромосом, восстановление их дип-лоидного набора в зиготе Особенности гамет – одинарный, гапло-идный набор хромосом по срав нению с диплоидным набором хромосом в клетках тела 2. Этапы развития половых клеток: 1) увеличение путем мито за числа первичных половых кле ток с диплоидным набором хромосом, 2) рост первичных половых клеток, 3) созревание половых клеток

16 вопрос

1. ^ Функции митохондрий. Основная функция митохондрий заключается в синтезе АТФ. Этот процесс происходит в результате окисления органических субстратов и фосфорилирования АДФ. Первый этап этого процесса происходит в цитоплазме в анаэробных условиях. Поскольку основным субстратом является глюкоза, то процесс носит название гликолиза. На данном этапе субстрат подвергается ферментативному расщеплению до пировиноградной кислоты с одновременным синтезом небольшого количества АТФ. Второй этап происходит в митохондриях и требует присутствия кислорода. На этом этапе происходит дальнейшее окисление пировиноградной кислоты с выделением СО₂ и переносом электронов на акцепторы. Эти реакции осуществляются с помощью ряда ферментов цикла трикарбоновых кислот, которые локализованы в матриксе митохондрии. Освободившиеся в процессе окисления в цикле Кребса электроны переносятся в дыхательную цепь (цепь переноса электронов). В дыхательной цепи они соединяются с молекулярным кислородом, образуя молекулы воды. В результате этого небольшими порциями выделяется энергия, которая запасается в виде АТФ. Полное окисление одной молекулы глюкозы с образованием диоксида углерода и воды обеспечивает энергией перезарядку 38 молекул АТФ (2 молекулы в цитоплазме и 36 в митохондриях). ^ Митохондрии, строение, функциональное значение Общая характеристика митохондрий. Митохондрии (греч. “митос” - нить, “хондрион” - зерно, гранула) – округлые, овальные или палочковидные двухмембранные органоиды диаметром около 0,2-1 мкм и длиной до 7-10 мкм. Эти органоиды можно обнаружить с помощью световой микроскопии, поскольку они обладают достаточной величиной и высокой плотностью. Особенности внутреннего строения их можно изучить только с помощью электронного микроскопа. Митохондрии были открыты в 1894 г. Р. Альтманом, который дал им название «биобласты». Термин "митохондрия" был введен К. Бенда в 1897 г. Митохондрии имеются практически во всех эукариотических клетках. У анаэробных организмов (кишечные амебы и др.) митохондрии отсутствуют. Число митохондрий в клетке колеблется от 1 до 100 тыс. и зависит от типа, функциональной активности и возраста клетки. Так в растительных клетках митохондрий меньше, чем в животных; а в молодых клетках больше, чем в старых. Жизненный цикл митохондрий составляет несколько дней. В клетке митохондрии обычно скапливаются вблизи участков цитоплазмы, где возникает потребность в АТФ. Например, в сердечной мышце митохондрии находятся вблизи миофибрилл, а в спермиях образуют спиральный футляр вокруг оси жгутика.

Комплекс Гольджи (внутренний сетчатый аппарат) обычно располо­жен около клеточного ядра. Состоит он из уплощенных цистерн, окружен­ных мембраной. Рядом с группами цистерн находится множество мелких пузырьков. Комплекс Гольджи участ­вует в накоплении продуктов, синте­зированных в эндоплазматической сети, и выведении образовавшихся веществ за пределы клетки. Кроме того, комплекс Гольджи обеспечива­ет формирование лизосом и пероксисом. Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи). В 1898 г. итальянский ученый К. Гольджи выявил в нервных клетках сетчатые образования. Позднее эти структуры были обнаружены практически во всех клетках эукариот и их стали называть комплексом Гольджи. Это обусловлено большим многообразием функций, которые выполняет этот органоид. Так практически любые клетки должны постоянно обновлять поверхностные мем­браны, образовывать лизосомы. Во всех этих процессах важнейшая роль принадлежит комплексу Гольджи. Несмотря на разнообразие формы этого органоида, строение его сходно в клетках эукариот. Структурной единицей органоида является диктиосома. Комплекс Гольджи выполняет в клетке разнообразные функции:  ^ Концентрация и уплотнение экзогенных и эндогенных веществ (упаковочный центр. Образование и регенерация плазматической мембраны. Модификация белков,образование первичных лизосом.

17)Пероксисомы  –  это небольшие, овальной формы тельца, содержащие ферменты, разрушающие пероксид водорода (Н202), который токсичен для клетки. Пероксисомы – пузырьки размером 0,1-1,5 мкм, окруженные биологической мембраной. Они заполнены мелкозернистым матриксом, а в центре расположена кристаллическая структура – сердцевина, состоящая из фибрилл и трубочек, где концентрируются ферменты. Пероксисомы отшнуровываются в виде пузырьков от цистерн эндоплазматической сети. Продолжительность их жизни 5-6 дней. Они содержат более 15 ферментов. В них в присутствии кислорода происходит окисление аминокислот и образование перекиси водорода, которая используется для окисления сложных липидов и вредных для клетки веществ. При этом избыток гидроперекиси в пероксисомах разрушается ферментом каталазой, который является маркёром пероксисом. Различают мелкие пероксисомы (микропероксисомы) диаметром 0,05-0,25 мкм, которые встречаются во всех клетках, и крупные пероксисомы (макропероксисомы), обнаруживаемые в гепатоцитах, макрофагах, клетках проксимальных почечных канальцев. Существуют так называемые пероксисомные болезни, связанные с дефектом ферментов пероксисом. При них развиваются тяжёлые поражения нервной системы.  Эндосомы, лизосомы и пероксисомы образуют аппарат внутриклеточного переваривания и защиты клетки. Клеточный центр (цитоцентр) со­стоит из центриолей и окружающего их плотного вещества  –  центросфе­ры. Располагается клеточный центр возле ядра клетки. Центриоли  –  это полые цилиндры, стенки которых со­стоят из 9 триплетов  –  тройных мик­ротрубочек. Обычно в нёделящейся клетке присутствуют две центриоли: материнская и дочерняя, которые располагаются под углом друг к дру­гу. При подготовке клетки к делению происходит удвоение центриолей, так что в клетке перед делением образу­ются четыре центриоли.Центросфе­ра  –  это особая зона вокруг цент­риолей, состоящая из микротрубочек. радиально отходящих от центросфе­ры. Центриоли и центросфера участ­вуют в формировании в делящихся клетках веретена деления и распола­гаются на его полюсах.