Teooria 4. ülesande jaoks bioloogia eksamilt

Rakk kui bioloogiline süsteem

Kaasaegne rakuteooria, selle peamised sätted, roll kaasaegse loodusteadusliku maailmapildi kujunemisel. Teadmiste arendamine raku kohta. Organismide rakuline ehitus on orgaanilise maailma ühtsuse alus, tõend eluslooduse suhetest

Kaasaegne rakuteooria, selle peamised sätted, roll kaasaegse loodusteadusliku maailmapildi kujunemisel

Üks kaasaegse bioloogia põhimõisteid on idee, et kõigil elusorganismidel on rakuline struktuur. Teadus tegeleb raku ehituse, elutähtsa tegevuse ja keskkonnaga suhtlemise uurimisega. tsütoloogia nüüd nimetatakse seda tavaliselt rakubioloogiaks. Tsütoloogia võlgneb oma välimuse rakuteooria sõnastusele (1838–1839, M. Schleiden, T. Schwann, täiendas 1855. aastal R. Virchow).

rakuteooria on üldistatud ettekujutus rakkude kui elusüksuste ehitusest ja funktsioonidest, nende paljunemisest ja rollist hulkraksete organismide tekkes.

Rakuteooria peamised sätted:

1. Rakk on elusorganismide struktuuri, elutegevuse, kasvu ja arengu üksus – väljaspool rakku elu pole.
2. Rakk on ühtne süsteem, mis koosneb paljudest üksteisega loomulikult seotud elementidest, mis esindavad teatud terviklikku moodustist.
3. Kõigi organismide rakud on oma keemilise koostise, struktuuri ja funktsioonide poolest sarnased.
4. Uued rakud tekivad ainult emarakkude jagunemise tulemusena (“rakk rakust”).
5. Mitmerakuliste organismide rakud moodustavad kudesid ja elundid koosnevad kudedest. Organismi kui terviku elu määrab selle moodustavate rakkude koosmõju.
6. Mitmerakuliste organismide rakud omavad terviklikku geenikomplekti, kuid erinevad üksteisest selle poolest, et nende heaks töötavad erinevad geenirühmad, mille tulemuseks on rakkude morfoloogiline ja funktsionaalne mitmekesisus – diferentseerumine.

Tänu rakuteooria loomisele sai selgeks, et rakk on elu väikseim üksus, elementaarne elusüsteem, millel on kõik elusolendite tunnused ja omadused. Pärilikkuse ja varieeruvuse vaadete kujunemise tähtsaimaks eelduseks sai rakuteooria sõnastamine, kuna nende olemuse ja omaste mustrite tuvastamine viitas paratamatult elusorganismide struktuuri universaalsusele. Rakkude keemilise koostise ja struktuuriplaani ühtsuse paljastamine andis tõuke elusorganismide päritolu ja nende evolutsiooni ideede väljatöötamisele. Lisaks on moodsa embrüoloogia dogmaks saanud mitmerakuliste organismide päritolu ühest rakust embrüonaalse arengu käigus.

Teadmiste arendamine raku kohta

Kuni 17. sajandini ei teadnud inimene teda ümbritsevate objektide mikrostruktuurist üldse midagi ja tajus maailma palja silmaga. Mikrokosmose uurimise instrumendi, mikroskoobi, leiutasid umbes 1590. aastal Hollandi mehaanikud G. ja Z. Jansen, kuid selle ebatäiuslikkus muutis piisavalt väikeste objektide uurimise võimatuks. Ainult K. Drebbeli (1572-1634) loodud nn liitmikroskoobi põhjal aitas kaasa edusammudele selles valdkonnas.

Inglise füüsik R. Hooke (1635-1703) täiustas 1665. aastal mikroskoobi disaini ja lihvimisläätsede tehnoloogiat ning tahtes veenduda pildikvaliteedi paranemises, uuris all korgi-, söe- ja elustaimede lõike. seda. Sektsioonidelt leidis ta väikseimad kärjekujulised poorid ja nimetas neid rakkudeks (alates lat. raku rakk, rakk). Huvitav on märkida, et R. Hooke pidas raku põhikomponendiks rakumembraani.

17. sajandi teisel poolel ilmusid silmapaistvamate mikroskoopide M. Malpighi (1628-1694) ja N. Gru (1641-1712) tööd, kes avastasid ka paljude taimede rakulise struktuuri.

Veendumaks, et R. Hooke'i ja teiste teadlaste nähtu vastab tõele, töötas Hollandi kaupmees A. van Leeuwenhoek, kellel polnud eriharidust, iseseisvalt välja mikroskoobi disaini, mis erines põhimõtteliselt olemasolevast, ja täiustas läätsede tootmist. tehnoloogia. See võimaldas tal saavutada 275-300-kordse kasvu ja arvestada selliste struktuuri detailidega, mis olid teistele teadlastele tehniliselt kättesaamatud. A. van Leeuwenhoek oli ületamatu vaatleja: ta visandas ja kirjeldas hoolikalt mikroskoobi all nähtut, kuid ei püüdnud seda selgitada. Ta avastas üherakulised organismid, sealhulgas bakterid, leidis taimerakkudes tuumasid, kloroplaste, rakuseinte paksenemisi, kuid tema avastusi võidi hinnata palju hiljem.

Organismide siseehituse komponentide avastused 19. sajandi esimesel poolel järgnesid üksteise järel. G. Mol eristas taimerakkudes elusainet ja vesist vedelikku - rakumahla, avastas poorid. Inglise botaanik R. Brown (1773-1858) avastas tuuma orhideerakkudes 1831. aastal, seejärel leiti see kõigist taimerakkudest. Tšehhi teadlane J. Purkinje (1787-1869) võttis kasutusele termini "protoplasma" (1840), mis viitab tuumata raku poolvedelale želatiinsele sisule. Belgia botaanik M. Schleiden (1804-1881) edenes kõigist oma kaasaegsetest kaugemale, kes kõrgemate taimede erinevate rakustruktuuride arengut ja diferentseerumist uurides tõestas, et kõik taimeorganismid pärinevad ühest rakust. Ta kaalus ka ümarate tuumakehade teket sibulasoomuse rakkude tuumades (1842).

1827. aastal avastas vene embrüoloog K. Baer inimeste ja teiste imetajate munarakud, kummutades sellega arusaama, et keha arenes välja eranditult isassugurakkudest. Lisaks tõestas ta mitmerakulise loomorganismi moodustumist ühest rakust - viljastatud munarakust, aga ka mitmerakuliste loomade embrüonaalse arengu etappide sarnasust, mis viitas nende päritolu ühtsusele. 19. sajandi keskpaigaks kogunenud teave nõudis üldistamist, millest sai rakuteooria. Bioloogia võlgneb oma sõnastuse saksa zooloogile T. Schwannile (1810-1882), kes oma andmetele ja M. Schleideni järeldustele taimede arengu kohta pakkus välja, et kui tuum esineb mistahes mikroskoobiga nähtavas moodustises, siis võib ta oma arvamust avaldada. siis see moodustis on rakk. Sellele kriteeriumile tuginedes sõnastas T. Schwann rakuteooria põhisätted.

Saksa arst ja patoloog R. Virchow (1821-1902) lisas sellesse teooriasse veel ühe olulise sätte: rakud tekivad ainult algse raku jagunemisel, st rakud moodustuvad ainult rakkudest (“rakk rakust”).

Alates rakuteooria loomisest on raku kui organismi ehituse, talitluse ja arengu üksuse õpetust pidevalt arendatud. To XIX lõpus sajandil selgitati tänu mikroskoopilise tehnoloogia edusammudele raku ehitust, kirjeldati organelle - erinevaid funktsioone täitvaid raku osi, uuriti uute rakkude moodustumise meetodeid (mitoos, meioos) ning esmatähtsat. selgus rakustruktuuride tähtsus pärilike omaduste ülekandmisel. Uusimate füüsikaliste ja keemiliste uurimismeetodite kasutamine võimaldas süveneda päriliku teabe säilitamise ja edastamise protsessidesse, samuti uurida raku iga struktuuri peenstruktuuri. Kõik see aitas kaasa rakuteaduse eraldamisele iseseisvaks teadmiste haruks - tsütoloogia.

Organismide rakuline struktuur, kõigi organismide rakkude struktuuri sarnasus - orgaanilise maailma ühtsuse alus, tõendid eluslooduse suhetest

Kõik praegu teadaolevad elusorganismid (taimed, loomad, seened ja bakterid) on rakulise struktuuriga. Isegi viirused, millel puudub rakuline struktuur, saavad paljuneda ainult rakkudes. Rakk on elusorganismi elementaarne struktuurne ja funktsionaalne üksus, mis on omane kõikidele selle ilmingutele, eelkõige ainevahetusele ja energia muundamisele, homöostaasile, kasvule ja arengule, paljunemisele ja ärrituvusele. Samal ajal salvestatakse, töödeldakse ja realiseeritakse pärilikku teavet rakkudes.

Vaatamata rakkude mitmekesisusele on nende struktuuriplaan sama: need kõik sisaldavad pärilik aparaatsisse uppunud tsütoplasma ja ümbritsev lahter plasmamembraan.

Rakk tekkis orgaanilise maailma pika evolutsiooni tulemusena. Rakkude ühendamine mitmerakuliseks organismiks ei ole lihtne summeerimine, kuna iga rakk, säilitades kõik elusorganismile omased omadused, omandab samal ajal teatud funktsioonide täitmise tõttu uusi omadusi. Ühest küljest saab mitmerakulise organismi jagada selle koostisosadeks - rakkudeks, kuid teisest küljest on neid uuesti kokku pannes võimatu taastada tervikliku organismi funktsioone, kuna uued omadused ilmnevad alles süsteemi osad. Selles avaldub üks peamisi elavaid iseloomustavaid mustreid, diskreetsuse ja integraali ühtsust. Väike suurus ja märkimisväärne rakkude arv loovad paljurakulistes organismides suure pindala, mis on vajalik kiire ainevahetuse tagamiseks. Lisaks saab ühe kehaosa surma korral rakkude paljunemise tõttu taastada selle terviklikkuse. Väljaspool rakku on päriliku teabe salvestamine ja edastamine, energia salvestamine ja ülekandmine koos järgneva tööks muutmisega võimatu. Lõpuks pakkus funktsioonide jaotus rakkude vahel mitmerakulises organismis organismidele rohkelt võimalusi oma keskkonnaga kohanemiseks ja oli nende organisatsiooni komplikatsiooni eeltingimus.

Seega oli kõigi elusorganismide rakkude struktuuri plaani ühtsuse kehtestamine tõendiks kogu elu päritolu ühtsusest Maal.

mitmesugused rakud. Prokarüootsed ja eukarüootsed rakud. Taimede, loomade, bakterite, seente rakkude võrdlevad omadused Rakkude mitmekesisus

Rakkude teooria järgi on rakk organismide väikseim struktuurne ja funktsionaalne üksus, millel on kõik elusolendi omadused. Rakkude arvu järgi jagunevad organismid üherakulisteks ja mitmerakulisteks. Üherakuliste organismide rakud eksisteerivad iseseisvate organismidena ja täidavad kõiki elusolendite funktsioone. Kõik prokarüootid on üherakulised ja mitmed eukarüootid (paljud vetikate, seente ja algloomade liigid), mis hämmastavad nende kuju ja suuruste erakordse mitmekesisusega. Enamik organisme on siiski veel mitmerakulised. Nende rakud on spetsialiseerunud teatud funktsioonide täitmisele ning kudede ja elundite moodustamisele, mis ei kajastu morfoloogilistes tunnustes. Näiteks inimkeha moodustub umbes 10 14 rakust, mida esindab umbes 200 erineva kuju ja suurusega erinevat liiki.

Rakkude kuju võib olla ümmargune, silindriline, kuubikujuline, prismakujuline, kettakujuline, spindlikujuline, tähtkujuline jne. Seega on munad ümarad, epiteelirakud on silindrilised, kuubikujulised ja prismakujulised, punastel verelibledel on kaksiknõgusa ketta kujuga on lihaskoe rakud spindlikujulised ja tähtkujulised närvikoe rakud. Paljudel rakkudel pole üldse püsivat kuju. Nende hulka kuuluvad esiteks vere leukotsüüdid.

Rakkude suurused varieeruvad samuti oluliselt: enamiku mitmerakulise organismi rakkude suurus on 10 kuni 100 mikronit ja väikseim - 2-4 mikronit. Alumine piir tuleneb sellest, et rakus peab elu tagamiseks olema minimaalne ainete ja struktuuride komplekt ning liiga suured rakud takistavad ainete ja energia vahetust keskkonnaga ning takistavad ka homöostaasi säilimise protsesse. Mõned rakud on aga palja silmaga näha. Esiteks hõlmavad need arbuusi- ja õunapuude viljade rakke, aga ka kalade ja lindude mune. Isegi kui üks lahtri lineaarsetest mõõtmetest ületab keskmist, vastavad kõik ülejäänud normile. Näiteks võib neuroni väljakasv olla pikem kui 1 m, kuid selle läbimõõt vastab siiski keskmisele väärtusele. Raku suuruse ja keha suuruse vahel puudub otsene seos. Seega on elevandi ja hiire lihasrakud ühesuurused.

Prokarüootsed ja eukarüootsed rakud

Nagu eespool mainitud, on rakkudel palju sarnaseid funktsionaalseid omadusi ja morfoloogilisi tunnuseid. Igaüks neist koosneb sellesse sukeldatud tsütoplasmast pärilik aparaat ja väliskeskkonnast eraldatud plasmamembraan, või plasmalemma, mis ei sega ainevahetuse ja energia protsessi. Väljaspool membraani võib rakul olla ka erinevatest ainetest koosnev rakusein, mis kaitseb rakku ja on omamoodi selle välisskelett.

Tsütoplasma on raku kogu sisu, mis täidab plasmamembraani ja geneetilist teavet sisaldava struktuuri vahelise ruumi. See koosneb põhiainest - hüaloplasma- ja sellesse sukeldatud organellid ja kandmised. Organellid- need on raku püsivad komponendid, mis täidavad teatud funktsioone, ja inklusioonid on raku eluea jooksul tekkivad ja kaovad komponendid, mis täidavad peamiselt ladustamis- või eritusfunktsioone. Inklusioonid jagunevad sageli tahketeks ja vedelateks. Tahkeid inklusioone esindavad peamiselt graanulid ja need võivad olla erineva iseloomuga, samas kui vaakumid ja rasvatilgad loetakse vedelateks inklusioonideks.

Praegu on rakukorraldusel kaks peamist tüüpi: prokarüootne ja eukarüootne.

Prokarüootsel rakul puudub tuum, tema geneetiline informatsioon ei ole tsütoplasmast membraanidega eraldatud.

Tsütoplasma piirkonda, mis talletab prokarüootses rakus geneetilist informatsiooni, nimetatakse nukleoid. Prokarüootsete rakkude tsütoplasmas leidub peamiselt ühte tüüpi organelle, ribosoome, ja membraanidega ümbritsetud organellid puuduvad üldse. Bakterid on prokarüootid.

Eukarüootne rakk on rakk, milles vähemalt ühes arengufaasis on tuum- spetsiaalne struktuur, milles DNA asub.

Eukarüootsete rakkude tsütoplasma eristub märkimisväärse hulga membraani- ja mittemembraansete organellide poolest. Eukarüootsete organismide hulka kuuluvad taimed, loomad ja seened. Prokarüootsete rakkude suurus on reeglina suurusjärgu võrra väiksem kui eukarüootsete rakkude suurus. Enamik prokarüoote on üherakulised organismid, samas kui eukarüootid on mitmerakulised.

Taimede, loomade, bakterite ja seente rakkude ehituse võrdlusomadused

Lisaks prokarüootidele ja eukarüootidele iseloomulikele tunnustele on taimede, loomade, seente ja bakterite rakkudel mitmeid muid tunnuseid. Niisiis sisaldavad taimerakud spetsiifilisi organelle - kloroplastid, mis määravad nende fotosünteesivõime, samas kui teistes organismides neid organelle ei leidu. See muidugi ei tähenda, et teised organismid poleks võimelised fotosünteesiks, kuna näiteks bakterites esineb see plasmalemma ja üksikute membraani vesiikulite invaginatsioonidel tsütoplasmas.

Taimerakud sisaldavad tavaliselt suuri rakumahlaga täidetud vakuoole. Neid leidub ka loomade, seente ja bakterite rakkudes, kuid neil on täiesti erinev päritolu ja nad täidavad erinevaid funktsioone. Peamine reservaine, mida leidub tahkete lisanditena, on tärklis taimedes, glükogeen loomadel ja seentel ning glükogeen ehk volutiin bakterites.

Nende organismirühmade teine ​​eristav tunnus on pinnaaparaadi organiseeritus: loomorganismide rakkudel puudub rakuseina, nende plasmamembraan on kaetud ainult õhukese glükokalüksiga, kõigil ülejäänutel on see olemas. See on täiesti arusaadav, kuna loomade toitumisviis on seotud toiduosakeste püüdmisega fagotsütoosi protsessis ja rakuseina olemasolu võtaks nad sellest võimalusest ilma. Rakuseina moodustava aine keemiline olemus ei ole erinevates elusorganismide rühmades ühesugune: kui taimedes on selleks tselluloos, siis seentes kitiin ja bakterites mureiin. Taimede, loomade, seente ja bakterite rakkude ehituse võrdlusomadused

Erinevate eluslooduse kuningriikide esindajate rakkude struktuuri erinevused on näidatud joonisel.

Raku keemiline koostis. Makro- ja mikroelemendid. Rakku moodustavate anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete (valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, lipiidid, ATP) ehituse ja funktsioonide seos. Kemikaalide roll rakus ja inimkehas

Raku keemiline koostis

Enamik elusorganisme on leitud keemilised elemendid Tänaseks avastatud D. I. Mendelejevi elementide perioodiline süsteem. Ühest küljest ei sisalda need ainsatki elementi, mida elutus looduses poleks, teisalt erinevad nende kontsentratsioonid eluta looduse kehades ja elusorganismides oluliselt.

Need keemilised elemendid moodustavad anorgaanilisi ja orgaanilisi aineid. Hoolimata asjaolust, et elusorganismides on ülekaalus anorgaanilised ained, määravad just orgaanilised ained nende keemilise koostise ainulaadsuse ja elunähtuse üldiselt, kuna neid sünteesivad peamiselt organismid elutegevuse käigus ja neil on oluline roll organismis. reaktsioonid.

Teadus tegeleb organismide keemilise koostise ja neis toimuvate keemiliste reaktsioonide uurimisega. biokeemia.

Tuleb märkida, et sisu keemilised ained erinevates rakkudes ja kudedes võivad oluliselt erineda. Näiteks kui loomarakkudes on orgaaniliste ühendite hulgas ülekaalus valgud, siis taimerakkudes on ülekaalus süsivesikud.

Makro- ja mikroelemendid

Elusorganismides leidub umbes 80 keemilist elementi, kuid ainult 27 neist elementidest täidavad rakus ja organismis oma funktsiooni. Ülejäänud elemendid esinevad väikestes kogustes ja näivad olevat neelatud toidu, vee ja õhu kaudu. Keemiliste elementide sisaldus organismis varieerub oluliselt. Sõltuvalt kontsentratsioonist jagatakse need makro- ja mikroelementideks.

Igaühe kontsentratsioon makrotoitained kehas ületab 0,01% ja nende kogusisaldus on 99%. Makrotoitainete hulka kuuluvad hapnik, süsinik, vesinik, lämmastik, fosfor, väävel, kaalium, kaltsium, naatrium, kloor, magneesium ja raud. Nimetatakse ka nelja esimest neist elementidest (hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik). orgaaniline, kuna need on osa peamistest orgaanilistest ühenditest. Fosfor ja väävel on ka mitmete orgaaniliste ainete, näiteks valkude ja nukleiinhapete komponendid. Fosfor on oluline luude ja hammaste moodustamiseks.

Ilma ülejäänud makrotoitaineteta on keha normaalne toimimine võimatu. Niisiis osalevad kaalium, naatrium ja kloor rakkude ergastamise protsessides. Kaaliumi on vaja ka paljude ensüümide toimimiseks ja vee hoidmiseks rakus. Kaltsiumi leidub taimede rakuseintes, luudes, hammastes ja molluskite kestades ning see on vajalik lihaste kokkutõmbumiseks ja rakusiseseks liikumiseks. Magneesium on klorofülli komponent – ​​pigment, mis tagab fotosünteesi voolu. Ta osaleb ka valkude biosünteesis. Raud on lisaks hemoglobiini osale, mis kannab hapnikku veres, vajalik hingamis- ja fotosünteesiprotsesside jaoks, aga ka paljude ensüümide toimimiseks.

mikroelemendid sisalduvad kehas kontsentratsioonides alla 0,01% ja nende kogukontsentratsioon rakus ei ulatu isegi 0,1% -ni. Mikroelementide hulka kuuluvad tsink, vask, mangaan, koobalt, jood, fluor jne. Tsink on osa pankrease hormooni molekulist insuliinist, vask on vajalik fotosünteesiks ja hingamiseks. Koobalt on B12-vitamiini komponent, mille puudumine põhjustab aneemiat. Jood on vajalik kilpnäärmehormoonide sünteesiks, mis tagavad ainevahetuse normaalse kulgemise ning fluor on seotud hambaemaili tekkega.

Nii makro- kui ka mikroelementide ainevahetuse defitsiit ja liig või häire põhjustavad erinevate haiguste teket. Eelkõige põhjustab kaltsiumi ja fosfori puudus rahhiiti, lämmastikupuudus põhjustab tõsist valgupuudust, rauapuudus põhjustab aneemiat ja joodipuudus põhjustab kilpnäärmehormoonide moodustumise häireid ja ainevahetuse kiiruse langust. Fluoriidi tarbimise vähendamine vee ja toiduga põhjustab suurel määral hambaemaili uuenemise rikkumist ja sellest tulenevalt kaariese eelsoodumust. Plii on mürgine peaaegu kõikidele organismidele. Selle liig põhjustab aju ja kesknärvisüsteemi pöördumatuid kahjustusi, mis väljenduvad nägemis- ja kuulmiskaotuses, unetuses, neerupuudulikkus, krambid ja võib põhjustada ka halvatust ja haigusi, nagu vähk. Ägeda pliimürgitusega kaasnevad äkilised hallutsinatsioonid ning see lõpeb kooma ja surmaga.

Makro- ja mikroelementide puudust saab kompenseerida nende sisalduse suurendamisega toidus ja joogivees, samuti võttes ravimid. Niisiis leidub joodi mereandides ja jodeeritud soolas, kaltsiumi munakoortes jne.

Rakku moodustavate anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete (valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, lipiidid, ATP) ehituse ja funktsioonide seos. Kemikaalide roll rakus ja inimkehas

anorgaanilised ained

Raku keemilised elemendid moodustavad erinevaid ühendeid – anorgaanilisi ja orgaanilisi. Raku anorgaaniliste ainete hulka kuuluvad vesi, mineraalsoolad, happed jne, orgaaniliste ainete hulka kuuluvad valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, lipiidid, ATP, vitamiinid jne.

Vesi(H 2 O) - raku kõige levinum anorgaaniline aine, millel on ainulaadsed füüsikalis-keemilised omadused. Sellel pole maitset, värvi ega lõhna. Kõigi ainete tihedust ja viskoossust hinnatakse vee järgi. Nagu paljud teised ained, võib vesi olla kolmes agregatsiooni olekus: tahke (jää), vedel ja gaasiline (aur). Vee sulamistemperatuur on $0°$C, keemistemperatuur on $100°$C, kuid teiste ainete lahustumine vees võib neid omadusi muuta. Vee soojusmahtuvus on samuti üsna kõrge - 4200 kJ / mol K, mis võimaldab sellel osaleda termoregulatsiooni protsessides. Veemolekulis paiknevad vesinikuaatomid 105°$ nurga all, samas kui kokku elektronide paarid tõmbab eemale elektronegatiivsem hapnikuaatom. See määrab veemolekulide dipoolomadused (nende üks ots on positiivselt ja teine ​​negatiivselt laetud) ja veemolekulide vaheliste vesiniksidemete tekkimise võimaluse. Vee molekulide adhesioon on aluseks pindpinevusele, kapillaarsusele ja vee kui universaalse lahusti omadustele. Selle tulemusena jagunevad kõik ained vees lahustuvateks (hüdrofiilseks) ja vees lahustumatuteks (hüdrofoobsed). Tänu nendele ainulaadsetele omadustele on ette nähtud, et veest on saanud elu alus Maal.

Keskmine veesisaldus keharakkudes ei ole sama ja võib vanusega muutuda. Nii ulatub pooleteise kuu vanuses inimese embrüos veesisaldus rakkudes 97,5%, kaheksa kuu vanuses - 83%, vastsündinul väheneb see 74% -ni ja täiskasvanul keskmiselt 66%. Keharakud erinevad aga veesisalduse poolest. Seega sisaldavad luud umbes 20% vett, maks - 70% ja aju - 86%. Kokkuvõttes võib nii öelda vee kontsentratsioon rakkudes on otseselt võrdeline ainevahetuse kiirusega.

mineraalsoolad võib olla lahustunud või lahustumata olekus. Lahustuvad soolad dissotsieeruvad ioonideks – katioonideks ja anioonideks. Olulisemad katioonid on kaaliumi- ja naatriumioonid, mis hõlbustavad ainete ülekannet läbi membraani ning osalevad närviimpulsi tekkimises ja juhtimises; samuti kaltsiumiioonid, mis osalevad lihaskiudude kokkutõmbumise ja vere hüübimise protsessides; magneesium, mis on osa klorofüllist; raud, mis on osa paljudest valkudest, sealhulgas hemoglobiinist. Olulisemad anioonid on fosfaatanioon, mis on osa ATP-st ja nukleiinhapetest, ning süsihappejääk, mis pehmendab söötme pH kõikumisi. Mineraalsoolade ioonid tagavad nii vee enda tungimise rakku kui ka selle säilimise selles. Kui soolade kontsentratsioon keskkonnas on väiksem kui rakus, siis vesi tungib rakku. Samuti määravad ioonid tsütoplasma puhveromadused, st selle võime säilitada tsütoplasma konstantset kergelt aluselist pH-d, hoolimata sellest, et rakus tekivad pidevalt happelised ja aluselised produktid.

Lahustumatud soolad(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2 jne) on osa ühe- ja mitmerakuliste loomade luudest, hammastest, kestadest ja kestadest.

Lisaks võib organismides tekkida ka muid anorgaanilisi ühendeid, nagu happed ja oksiidid. Niisiis toodavad inimese mao parietaalrakud soolhapet, mis aktiveerib seedeensüümi pepsiini, ja ränioksiid immutab korte rakuseinad ja moodustab ränivetikad. AT viimased aastad Samuti uuritakse lämmastikoksiidi (II) rolli signaaliülekandes rakkudes ja kehas.

orgaaniline aine

Raku orgaaniliste ainete üldised omadused

Raku orgaanilisi aineid saab esindada nii suhteliselt lihtsate kui ka keerukamate molekulidega. Juhtudel, kui keerulise molekuli (makromolekuli) moodustab märkimisväärne hulk korduvaid lihtsamaid molekule, nimetatakse seda nn. polümeer, ja struktuuriüksused - monomeerid. Sõltuvalt sellest, kas polümeeride ühikud korduvad või mitte, klassifitseeritakse need järgmiselt regulaarne või ebaregulaarne. Polümeerid moodustavad kuni 90% raku kuivaine massist. Need kuuluvad kolme põhilisse orgaaniliste ühendite klassi – süsivesikud (polüsahhariidid), valgud ja nukleiinhapped. Tavalised polümeerid on polüsahhariidid, valgud ja nukleiinhapped aga ebaregulaarsed. Valkudes ja nukleiinhapetes on monomeeride järjestus äärmiselt oluline, kuna need täidavad informatsioonilist funktsiooni.

Süsivesikud

Süsivesikud- need on orgaanilised ühendid, mis sisaldavad peamiselt kolme keemilist elementi – süsinikku, vesinikku ja hapnikku, kuigi mitmed süsivesikud sisaldavad ka lämmastikku või väävlit. Süsivesikute üldvalem on C m (H 2 O) n. Need jagunevad lihtsateks ja kompleksseteks süsivesikuteks.

Lihtsad süsivesikud (monosahhariidid) sisaldavad ühtainsat suhkrumolekuli, mida pole võimalik lihtsamateks lagundada. Need on kristalsed ained, maitselt magusad ja vees hästi lahustuvad. Monosahhariidid osalevad aktiivselt raku ainevahetuses ja on osa komplekssed süsivesikud- oligosahhariidid ja polüsahhariidid.

Monosahhariidid klassifitseeritakse süsinikuaatomite arvu järgi (C3-C9), näiteks pentoosid(C 5) ja heksoosid(Alates 6). Pentooside hulka kuuluvad riboos ja desoksüriboos. Riboos on osa RNA-st ja ATP-st. Desoksüriboos on DNA komponent. Heksoosid (C 6 H 12 O 6) on glükoos, fruktoos, galaktoos jne. Glükoos(viinamarjasuhkur) leidub kõigis organismides, sealhulgas inimese veres, kuna see on energiavaru. See on osa paljudest komplekssuhkrutest: sahharoos, laktoos, maltoos, tärklis, tselluloos jne. Fruktoos(puuviljasuhkur) leidub suurimates kontsentratsioonides puuviljades, mees, suhkrupeedijuurviljades. See mitte ainult ei osale aktiivselt ainevahetusprotsessides, vaid on osa sahharoosist ja mõnedest polüsahhariididest, näiteks insuliinist.

Enamik monosahhariide on võimelised andma hõbepeegli reaktsiooni ja redutseerima vaske, lisades Fehlingi vedelikku (vask(II)sulfaadi ja kaalium-naatriumtartraadi lahuste segu) ja keetes.

To oligosahhariidid hõlmavad süsivesikuid, mis on moodustunud mitmest monosahhariidi jäägist. Need on üldiselt ka vees hästi lahustuvad ja maitselt magusad. Sõltuvalt nende jääkide arvust eristatakse disahhariide (kaks jääki), trisahhariide (kolm) jne.Disahhariidide hulka kuuluvad sahharoos, laktoos, maltoos jne. sahharoos(peedi- või roosuhkur) koosneb glükoosi ja fruktoosi jääkidest, seda leidub osade taimede säilitusorganites. Eriti palju sahharoosi suhkrupeedi ja suhkruroo juurtes, kust neid saadakse tööstuslikul teel. See on süsivesikute magususe etalon. Laktoos, või piimasuhkur, mille moodustavad ema- ja lehmapiimas leiduvad glükoosi ja galaktoosi jäägid. Maltoos(linnasesuhkur) koosneb kahest glükoosijäägist. See moodustub polüsahhariidide lagunemisel taimede seemnetes ja sees seedeelundkond mees, kasutatakse õlle tootmisel.

Polüsahhariidid on biopolümeerid, mille monomeerideks on mono- või disahhariidijäägid. Enamik polüsahhariide on vees lahustumatud ja maitsevad magustamata. Nende hulka kuuluvad tärklis, glükogeen, tselluloos ja kitiin. Tärklis on valge pulbriline aine, mida vesi ei märjaks, vaid tekib pruulimisel kuum vesi suspensioon - pasta. Tärklis koosneb tegelikult kahest polümeerist, vähem hargnenud amüloosist ja hargnenud amülopektiinist (joonis 2.9). Nii amüloosi kui ka amülopektiini monomeer on glükoos. Tärklis on taimede peamine säilitusaine, mis koguneb suurtes kogustes seemnetesse, viljadesse, mugulatesse, risoomidesse ja teistesse taimede säilitusorganitesse. Kvalitatiivne reaktsioon tärklisele on reaktsioon joodiga, mille käigus tärklis muutub sinakasvioletseks.

Glükogeen(loomne tärklis) on loomade ja seente varupolüsahhariid, mis inimestel sisse suurimad kogused koguneb lihastesse ja maksa. See on ka vees lahustumatu ja maitseb magustamata. Glükogeeni monomeer on glükoos. Võrreldes tärklise molekulidega on glükogeeni molekulid veelgi hargnenud.

Tselluloos, või tselluloos, - taimede peamine võrdluspolüsahhariid. Tselluloosi monomeer on glükoos. Hargnemata tselluloosi molekulid moodustavad kimbud, mis on osa taimede rakuseintest. Tselluloos on puidu aluseks, seda kasutatakse ehituses, tekstiili, paberi, alkoholi ja paljude orgaaniliste ainete tootmisel. Tselluloos on keemiliselt inertne ega lahustu ei hapetes ega leelistes. Seda ei lagunda ka inimese seedesüsteemi ensüümid, vaid jämesooles leiduvad bakterid aitavad seda seedida. Lisaks stimuleerivad kiudained seedetrakti seinte kokkutõmbumist, aidates parandada selle tööd.

Kitiin on polüsahhariid, mille monomeeriks on lämmastikku sisaldav monosahhariid. See on osa seente ja lülijalgsete kestade rakuseintest. Inimese seedesüsteemis ei ole ka kitiini seedimiseks ensüümi, see on ainult mõnel bakteril.

Süsivesikute funktsioonid. Süsivesikud täidavad rakus plastilisi (ehitus), energia-, ladustamis- ja tugifunktsioone. Need moodustavad taimede ja seente rakuseinad. 1 g süsivesikute lagunemise energeetiline väärtus on 17,2 kJ. Glükoos, fruktoos, sahharoos, tärklis ja glükogeen on varuained. Süsivesikud võivad olla ka osa komplekssetest lipiididest ja valkudest, moodustades glükolipiide ja glükoproteiine, eriti rakumembraanides. Mitte vähem oluline on süsivesikute roll keskkonnasignaalide rakkudevahelisel äratundmisel ja tajumisel, kuna need toimivad glükoproteiinide koostises retseptoritena.

Lipiidid

Lipiidid on hüdrofoobsete omadustega madala molekulmassiga ainete keemiliselt heterogeenne rühm. Need ained on vees lahustumatud, moodustavad selles emulsioone, kuid lahustuvad hästi orgaanilistes lahustites. Lipiidid on katsudes õlised, paljud neist jätavad paberile iseloomulikud mittekuivamisjäljed. Koos valkude ja süsivesikutega on need rakkude üks põhikomponente. Lipiidide sisaldus erinevates rakkudes ei ole ühesugune, eriti palju on neid osade taimede seemnetes ja viljades, maksas, südames, veres.

Sõltuvalt molekuli struktuurist jagatakse lipiidid lihtsateks ja keerukateks. To lihtne lipiidide hulka kuuluvad neutraalsed lipiidid (rasvad), vahad ja steroidid. Kompleksne lipiidid sisaldavad ka teist, mittelipiidset komponenti. Neist olulisemad on fosfolipiidid, glükolipiidid jne.

Rasvad on kolmehüdroksüülse alkoholi glütserooli ja kõrgemate rasvhapete estrid. Enamik rasvhappeid sisaldab 14-22 süsinikuaatomit. Nende hulgas on nii küllastunud kui ka küllastumata, see tähendab, et need sisaldavad kaksiksidemeid. Küllastunud rasvhapetest on enim levinud palmitiin- ja steariinhape ning küllastumata rasvhapetest oleiinhape. Mõningaid küllastumata rasvhappeid inimkehas ei sünteesita või sünteesitakse ebapiisavates kogustes ja seetõttu on need asendamatud. Glütseroolijäägid moodustavad hüdrofiilseid päid, rasvhappejäägid aga hüdrofoobseid sabasid.

Rasvad täidavad peamiselt rakkudes säilitamise funktsiooni ja toimivad energiaallikana. Neis on ohtralt nahaalust rasvkudet, mis täidab põrutus- ja soojusisolatsioonifunktsioone ning veeloomadel suurendab see ka ujuvust. Taimsed rasvad sisaldavad enamasti küllastumata rasvhappeid, mistõttu on need vedelad ja nn. õlid. Õli leidub paljude taimede seemnetes, nagu päevalill, sojaoad, rapsiseemned jne.

Vahad on rasvhapete ja rasvalkoholide estrid ja segud. Taimedel moodustavad nad lehe pinnale kile, mis kaitseb aurustumise, haigustekitajate sissetungimise jms eest. Paljudel loomadel katavad need keha või moodustavad kärgstruktuuri.

To steroidid Nende hulka kuuluvad lipiidid nagu kolesterool, mis on rakumembraanide oluline komponent, aga ka suguhormoonid östradiool, testosteroon, D-vitamiin jne.

Fosfolipiidid, lisaks glütserooli ja rasvhapete jääkidele sisaldavad ortofosforhappe jääki. Need on osa rakumembraanidest ja tagavad nende barjääriomadused.

Glükolipiidid on ka membraanide komponendid, kuid nende sisaldus seal on madal. Glükolipiidide mittelipiidne osa on süsivesikud.

Lipiidide funktsioonid. Lipiidid täidavad rakus plast- (ehitus-), energia-, ladustamis-, kaitse-, eritus- ja regulatsioonifunktsioone, lisaks on nad vitamiinid. See on rakumembraanide oluline komponent. 1 g lipiidide lõhestamisel vabaneb 38,9 kJ energiat. Need ladestuvad reservi erinevatesse taimede ja loomade elunditesse. Lisaks kaitseb nahaalune rasvkude siseorganeid alajahtumise või ülekuumenemise, aga ka šoki eest. Lipiidide reguleeriv funktsioon on tingitud asjaolust, et osa neist on hormoonid. Putukate rasvkeha teenib eritumist.

Oravad

Oravad- Need on kõrgmolekulaarsed ühendid, biopolümeerid, mille monomeerideks on peptiidsidemetega seotud aminohapped.

aminohappe nimetatakse orgaaniliseks ühendiks, millel on aminorühm, karboksüülrühm ja radikaal. Kokku leidub looduses umbes 200 aminohapet, mis erinevad radikaalide ja funktsionaalrühmade omavahelise paigutuse poolest, kuid ainult 20 neist võivad olla valkude osad. Neid aminohappeid nimetatakse proteinogeenne.

Kahjuks ei saa inimkehas sünteesida kõiki proteinogeenseid aminohappeid, mistõttu jagunevad need vahetatavateks ja asendamatuteks. Mitteasendatavad aminohapped moodustuvad inimkehas vajalik kogus, a asendamatu- Ei. Need peavad pärinema toidust, kuid neid võivad osaliselt sünteesida ka soolestiku mikroorganismid. Täielikult asendamatud aminohapped neid on 8. Nende hulka kuuluvad valiin, isoleutsiin, leutsiin, lüsiin, metioniin, treoniin, trüptofaan ja fenüülalaniin. Hoolimata asjaolust, et taimedes sünteesitakse absoluutselt kõiki proteinogeenseid aminohappeid, on taimsed valgud ebatäielikud, kuna need ei sisalda täielikku aminohapete komplekti, pealegi ületab valkude sisaldus taimede vegetatiivsetes osades harva 1-2%. mass. Seetõttu on vaja süüa mitte ainult taimset, vaid ka loomset päritolu valke.

Nimetatakse kahe peptiidsidemetega seotud aminohappe järjestust dipeptiid, kolmest tripeptiid jne Peptiidide hulgas on selliseid olulisi ühendeid nagu hormoonid (oksütotsiin, vasopressiin), antibiootikumid jne. Rohkem kui kahekümnest aminohappest koosnevat ahelat nimetatakse nn. polüpeptiid ja enam kui 60 aminohappejääki sisaldavad polüpeptiidid on valgud.

Valkude struktuurse organiseerituse tasemed. Valkudel võib olla primaarne, sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne struktuur.

Valgu esmane struktuur- See lineaarne aminohappejärjestusühendatud peptiidsidemega. Primaarstruktuur määrab lõppkokkuvõttes valgu spetsiifilisuse ja unikaalsuse, sest isegi kui eeldada, et keskmine valk sisaldab 500 aminohappejääki, siis on võimalike kombinatsioonide arv 20 500. Seega on vähemalt ühe amino asukoha muutus. hape primaarstruktuuris toob kaasa muutuse sekundaarsetes ja kõrgemates struktuurides, aga ka valgu kui terviku omadustes.

Valgu struktuurilised omadused määravad selle ruumilise pakkimise - sekundaarsete ja tertsiaarsete struktuuride tekkimise.

sekundaarne struktuur on valgu molekuli ruumiline paigutus vormis spiraalid või voldid mida hoiavad vesiniksidemed spiraali või voltide erinevate pöörete peptiidrühmade hapniku- ja vesinikuaatomite vahel. Paljud valgud sisaldavad enam-vähem pikki sekundaarse struktuuriga piirkondi. Need on näiteks juuste ja küünte keratiinid, siidfibroiin.

Tertsiaarne struktuur orav ( kerake) on ka polüpeptiidahela ruumilise voltimise vorm, mida hoiavad hüdrofoobsed, vesinik-, disulfiid- (S-S) ja muud sidemed. See on iseloomulik enamikule kehavalkudele, näiteks lihaste müoglobiinile.

Kvaternaarne struktuur- kõige keerulisem, moodustatud mitmest polüpeptiidahelast, mis on ühendatud peamiselt samade sidemetega nagu tertsiaarses (hüdrofoobne, ioonne ja vesinik), samuti muudest nõrkadest interaktsioonidest. Kvaternaarne struktuur on iseloomulik vähestele valkudele, nagu hemoglobiin, klorofüll jne.

Molekuli kuju on fibrillaarne ja kerajas valgud. Esimesed on piklikud, nagu kollageen sidekoe või juuste ja küünte keratiinid. Globulaarsed valgud on palli (gloobulite) kujul, nagu lihase müoglobiin.

Lihtsad ja keerulised valgud. Valgud võivad olla lihtne ja keeruline. Lihtvalgud koosnevad ainult aminohapetest, samas kui keeruline valgud (lipoproteiinid, kromoproteiinid, glükoproteiinid, nukleoproteiinid jne) sisaldavad valgulisi ja mittevalgulisi osi. Kromoproteiinid sisaldavad värvilist mittevalgulist osa. Nende hulka kuuluvad hemoglobiin, müoglobiin, klorofüll, tsütokroomid jne. Seega on hemoglobiini koostises iga neljast globiinivalgu polüpeptiidahelast seotud mittevalgulise osaga - heemiga, mille keskel on raud. ioon, mis annab hemoglobiinile punase värvuse. Mittevalguline osa lipoproteiinid on lipiid ja glükoproteiinid- süsivesikuid. Nii lipoproteiinid kui ka glükoproteiinid on osa rakumembraanidest. Nukleoproteiinid on valkude ja nukleiinhapete (DNA ja RNA) kompleksid. Nad täidavad päriliku teabe säilitamise ja edastamise protsessides kõige olulisemaid funktsioone.

Valkude omadused. Paljud valgud lahustuvad vees hästi, kuid nende hulgas on ka selliseid, mis lahustuvad ainult soolade, leeliste, hapete või orgaaniliste lahustite lahustes. Valgu molekuli struktuur ja funktsionaalne aktiivsus sõltuvad keskkonnatingimustest. Valgu molekuli oma struktuuri kadumist primaarse säilitamise ajal nimetatakse denatureerimine.

Denatureerimine toimub temperatuuri, pH, atmosfäärirõhu muutuste tõttu, hapete, leeliste, raskmetallide soolade, orgaaniliste lahustite jne mõjul. Sekundaarsete ja kõrgemate struktuuride taastamise vastupidine protsess on nn. renaturatsioon aga alati pole see võimalik. Valgu molekuli täielikku lagunemist nimetatakse hävitamine.

Valkude funktsioonid. Valgud täidavad rakus mitmeid funktsioone: plastiline (konstruktsioon), katalüütiline (ensümaatiline), energia-, signaali- (retseptor), kontraktiilne (mootor), transport, kaitse, reguleerimine ja säilitamine.

Valkude ehitusfunktsioon on seotud nende esinemisega rakumembraanides ja raku struktuurikomponentides. Energia - tänu sellele, et 1 g valgu lagunemisel vabaneb 17,2 kJ energiat. Membraani retseptorvalgud osalevad aktiivselt keskkonnasignaalide tajumises ja nende edastamises läbi raku, samuti rakkudevahelises äratundmises. Ilma valkudeta on rakkude ja organismide liikumine tervikuna võimatu, kuna need moodustavad lipu ja ripsmete aluse ning tagavad ka lihaste kokkutõmbumise ja rakusiseste komponentide liikumise. Inimeste ja paljude loomade veres kannab hemoglobiini valk hapnikku ja osa süsihappegaasist, teised valgud aga ioone ja elektrone. Valkude kaitsev roll on seotud eelkõige immuunsusega, kuna interferoonvalk on võimeline hävitama paljusid viirusi ning antikehavalgud pärsivad bakterite ja muude võõrkehade arengut. Valkude ja peptiidide hulgas on palju hormoone, näiteks pankrease hormoon insuliin, mis reguleerib glükoosi kontsentratsiooni veres. Mõnes organismis saab valke säilitada varus, nagu kaunviljades seemnetes või kanamuna valkudes.

Nukleiinhapped

Nukleiinhapped on biopolümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid. Praegu on teada kahte tüüpi nukleiinhappeid: ribonukleiinhapped (RNA) ja desoksüribonukleiinhapped (DNA).

Nukleotiid moodustuvad lämmastikalusest, pentoossuhkru jäägist ja fosforhappe jäägist. Nukleotiidide omadused määravad peamiselt nende koostise moodustavad lämmastiku alused, seetõttu tähistatakse nukleotiidid isegi tingimuslikult nende nimede esitähtedega. Nukleotiidide koostis võib sisaldada viit lämmastiku alust: adeniin (A), guaniin (G), tümiin (T), uratsiil (U) ja tsütosiin (C). Nukleotiidide pentoosid - riboos ja desoksüriboos - määravad, milline nukleotiid moodustub - ribonukleotiid või desoksüribonukleotiid. Ribonukleotiidid on RNA monomeerid, nad võivad toimida signaalmolekulidena (cAMP) ja olla osa suure energiaga ühenditest, nagu ATP, ja koensüümidest, nagu NADP, NAD, FAD jne, ning desoksüribonukleotiidid on osa DNA-st.

Desoksüribonukleiinhape (DNA)- kaheahelaline biopolümeer, mille monomeerideks on desoksüribonukleotiidid. Desoksüribonukleotiidide koostis sisaldab vaid nelja lämmastikualust viiest võimalikust - adeniini (A), tümiini (T), guaniini (G) või tsütosiini (C), samuti desoksüriboosi ja fosforhappe jääke. DNA ahelas olevad nukleotiidid on omavahel seotud ortofosforhappe jääkide kaudu, moodustades fosfodiestersideme. Kui moodustub kaheahelaline molekul, suunatakse lämmastiku alused molekuli sissepoole. DNA ahelate ühendamine ei toimu aga juhuslikult - erinevate ahelate lämmastikualused on omavahel ühendatud vesiniksidemetega vastavalt komplementaarsuse põhimõttele: adeniin on tümiiniga ühendatud kahe vesiniksidemega (A \u003d T) ning guaniin ja tsütosiin. kolme võrra (G $ ≡ $ C).

Tema jaoks olid seatud Laadimisreeglid:

1. Adeniini sisaldavate DNA nukleotiidide arv on võrdne tümiini sisaldavate nukleotiidide arvuga (A=T).
2. Guaniini sisaldavate DNA nukleotiidide arv on võrdne tsütosiini sisaldavate nukleotiidide arvuga (G$≡$C).
3. Adeniini ja guaniini sisaldavate desoksüribonukleotiidide summa võrdub tümiini ja tsütosiini sisaldavate desoksüribonukleotiidide summaga (A+G = T+C).
4. Adeniini ja tümiini sisaldavate desoksüribonukleotiidide summa ja guaniini ja tsütosiini sisaldavate desoksüribonukleotiidide summa suhe sõltub organismi tüübist.

DNA struktuuri dešifreerisid F. Crick ja D. Watson (Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhind, 1962). Nende mudeli järgi on DNA molekul parempoolne kaksikheeliks. Nukleotiidide vaheline kaugus DNA ahelas on 0,34 nm.

DNA kõige olulisem omadus on võime replitseerida (enese kahekordistumine). DNA põhiülesanne on päriliku teabe salvestamine ja edastamine, mis on kirjutatud nukleotiidjärjestuste kujul. DNA molekuli stabiilsust säilitavad võimsad parandus- (taastamis-) süsteemid, kuid isegi need ei suuda täielikult kõrvaldada kahjulikke mõjusid, mis lõpuks viib mutatsioonideni. Eukarüootsete rakkude DNA on koondunud tuuma, mitokondritesse ja plastiididesse, prokarüootsed rakud aga paiknevad otse tsütoplasmas. Tuuma DNA on kromosoomide alus, seda esindavad avatud molekulid. Mitokondrite, plastiidide ja prokarüootide DNA on ringikujuline.

Ribonukleiinhape (RNA)- biopolümeer, mille monomeerideks on ribonukleotiidid. Need sisaldavad ka nelja lämmastikualust – adeniini (A), uratsiili (U), guaniini (G) või tsütosiini (C), mis erineb DNA-st ühe aluse poolest (tümiini asemel sisaldab RNA uratsiili). Pentoossuhkru jääki ribonukleotiidides tähistab riboos. RNA on enamasti üheahelalised molekulid, välja arvatud mõned viiruslikud. RNA-d on kolm peamist tüüpi: informatiivne ehk matriits (mRNA, mRNA), ribosomaalne (rRNA) ja transport (tRNA). Kõik need moodustuvad protsessi käigus transkriptsioonid- ümberkirjutamine DNA molekulidest.

ja RNA-d moodustavad rakus väikseima RNA fraktsiooni (2–4%), mida kompenseerib nende mitmekesisus, kuna üks rakk võib sisaldada tuhandeid erinevaid mRNA-sid. Need on üheahelalised molekulid, mis on polüpeptiidahelate sünteesi mallid. Teave valgu struktuuri kohta salvestatakse neis nukleotiidide järjestuste kujul ja iga aminohape kodeerib nukleotiidide kolmikut - koodon.

R RNA on kõige arvukam RNA tüüp rakus (kuni 80%). Nende molekulmass on keskmiselt 3000-5000; moodustuvad tuumades ja on osa raku organellidest – ribosoomidest. rRNA-d näivad mängivat rolli ka valgusünteesis.

t RNA on RNA molekulidest väikseim, kuna sisaldab vaid 73-85 nukleotiidi. Nende osakaal rakkude RNA koguhulgast on umbes 16%. tRNA ülesanne on aminohapete transportimine valgusünteesi kohta (ribosoomidel). tRNA molekuli kuju meenutab ristikulehte. Molekuli ühes otsas on sait aminohappe kinnitamiseks ja ühes ahelas on nukleotiidide kolmik, mis on komplementaarne mRNA koodoniga ja määrab, millist aminohapet tRNA kannab. antikoodon.

Kõik RNA tüübid osalevad aktiivselt päriliku teabe realiseerimise protsessis, mis kirjutatakse ümber DNA-st mRNA-ks ja viimasel toimub valgusüntees. tRNA valgusünteesi protsessis toimetab aminohapped ribosoomidesse ja rRNA on otse ribosoomide osa.

Adenosiintrifosforhape (ATP) on nukleotiid, mis sisaldab lisaks adeniini lämmastikualusele ja riboosijäägile kolme fosforhappe jääki. Kahe viimase fosforijäägi vahelised sidemed on makroergilised (eraldumisel eraldub energiat 42 kJ / mol), samas kui tavaline keemiline side lõhestamise ajal annab 12 kJ / mol. Energiavajaduse korral ATP makroergiline side lõheneb, moodustub adenosiindifosforhape (ADP), fosforijääk ja energia vabaneb:

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

ADP-d saab lagundada ka AMP-ks (adenosiinmonofosforhape) ja fosforhappe jäägiks:

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

Energia metabolismi käigus (hingamisel, fermentatsioonil), samuti fotosünteesi protsessis seob ADP fosforijäägi ja muutub ATP-ks. ATP taastumisreaktsiooni nimetatakse fosforüülimine. ATP on universaalne energiaallikas kõigi elusorganismide eluprotsesside jaoks.

Kõigi elusorganismide rakkude keemilise koostise uurimine on näidanud, et need sisaldavad samu keemilisi elemente, kemikaale, mis täidavad samu funktsioone. Veelgi enam, ühest organismist teise kandunud DNA tükk hakkab selles tööle ning bakterite või seente poolt sünteesitud valk toimib inimkehas hormooni või ensüümina. See on üks tõendeid orgaanilise maailma päritolu ühtsusest.

Raku struktuur. Raku osade ja organellide ehituse ja funktsioonide seos on selle terviklikkuse aluseks

Raku struktuur

Prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude struktuur

Rakkude peamised struktuurikomponendid on plasmamembraan, tsütoplasma ja pärilik aparaat. Sõltuvalt organisatsiooni omadustest eristatakse kahte peamist tüüpi rakke: prokarüootsed ja eukarüootsed. Peamine erinevus prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude vahel on nende päriliku aparatuuri korraldus: prokarüootides paikneb see otse tsütoplasmas (seda tsütoplasma piirkonda nimetatakse nukleoid) ja ei ole sellest eraldatud membraanistruktuuridega, samas kui eukarüootides on suurem osa DNA-st koondunud tuuma, mida ümbritseb kaksikmembraan. Lisaks registreeritakse nukleoidis paiknevate prokarüootsete rakkude geneetiline informatsioon ringikujulises DNA molekulis, samas kui eukarüootides ei ole DNA molekulid suletud.

Erinevalt eukarüootidest sisaldab prokarüootsete rakkude tsütoplasma ka vähesel määral organelle, samas kui eukarüootseid rakke iseloomustab nende struktuuride märkimisväärne mitmekesisus.

Bioloogiliste membraanide struktuur ja funktsioonid

Biomembraani struktuur. rakke ümbritsevad membraanid ja membraansed organellid eukarüootsetel rakkudel on ühine keemiline koostis ja struktuur. Nende hulka kuuluvad lipiidid, valgud ja süsivesikud. Membraani lipiide esindavad peamiselt fosfolipiidid ja kolesterool. Enamik membraanivalke on kompleksvalgud, näiteks glükoproteiinid. Süsivesikud ei teki membraanis iseenesest, need on seotud valkude ja lipiididega. Membraanide paksus on 7-10 nm.

Praegu aktsepteeritud membraanistruktuuri vedeliku mosaiikmudeli kohaselt moodustavad lipiidid kahekihilise või lipiidide kaksikkiht, milles lipiidimolekulide hüdrofiilsed "pead" on pööratud väljapoole ja hüdrofoobsed "sabad" on peidetud membraani sisse. Need "sabad" tagavad oma hüdrofoobsuse tõttu raku sisekeskkonna vesifaaside ja selle keskkonna eraldamise. Lipiididega erinevat tüüpi interaktsioonid seovad valke. Osa valke paikneb membraani pinnal. Selliseid valke nimetatakse perifeerne, või pinnapealne. Teised valgud on osaliselt või täielikult membraani sukeldatud - need on lahutamatu, või sukeldatud valgud. Membraanvalgud täidavad struktuurseid, transpordi-, katalüütilisi, retseptori- ja muid funktsioone.

Membraanid ei ole nagu kristallid, nende komponendid on pidevas liikumises, mille tulemusena tekivad lipiidimolekulide vahele tühimikud – poorid, mille kaudu võivad erinevad ained rakku siseneda või sealt lahkuda.

Bioloogilised membraanid erinevad oma asukoha poolest rakus, keemilise koostise ja funktsioonide poolest. Peamised membraanide tüübid on plasma- ja sisemembraanid. plasmamembraan sisaldab umbes 45% lipiide (sh glükolipiidid), 50% valke ja 5% süsivesikuid. Membraani pinna kohal ulatuvad süsivesikute ahelad, mis moodustavad kompleksvalgud-glükoproteiinid ja komplekssed lipiidid-glükolipiidid. Plasmalemmide glükoproteiinid on äärmiselt spetsiifilised. Nii näiteks toimub nende kaudu rakkude, sealhulgas sperma ja munarakkude vastastikune tunnustamine.

Loomarakkude pinnal moodustavad süsivesikute ahelad õhukese pinnakihi - glükokalüks. Seda on leitud peaaegu kõigist loomarakkudest, kuid selle raskusaste ei ole sama (10-50 mikronit). Glükokalüks tagab raku otsese ühenduse väliskeskkonnaga, selles toimub rakuväline seedimine; retseptorid asuvad glükokalüksis. Bakterite, taimede ja seente rakke ümbritsevad lisaks plasmalemmale ka rakumembraanid.

Sisemised membraanid eukarüootsed rakud piiritlevad raku erinevaid osi, moodustades omamoodi "sektsioonid" - sektsioonid, mis aitab kaasa erinevate ainevahetus- ja energiaprotsesside eraldamisele. Need võivad keemilise koostise ja funktsioonide poolest erineda, kuid säilitavad struktuuri üldplaani.

Membraani funktsioonid:

1. Piiramine. See seisneb selles, et nad eraldavad raku siseruumi väliskeskkonnast. Membraan on poolläbilaskev, see tähendab, et ainult need ained, mis on rakule vajalikud, saavad sellest vabalt üle, samas on olemas mehhanismid vajalike ainete transportimiseks.
2. Retseptor. Seda seostatakse eelkõige keskkonnasignaalide tajumise ja selle info rakku ülekandmisega. Selle funktsiooni eest vastutavad spetsiaalsed retseptorvalgud. Membraanvalgud vastutavad ka rakkude äratundmise eest “sõber või vaenlane” põhimõttel, samuti rakkudevaheliste sidemete moodustamise eest, millest enim uuritud on närvirakkude sünapsid.
3. katalüütiline. Membraanidel paiknevad arvukad ensüümikompleksid, mille tulemusena toimuvad neil intensiivsed sünteetilised protsessid.
4. Energia muundamine. Seotud energia moodustumise, selle ATP kujul salvestamise ja kulutamisega.
5. Osadeks jaotamine. Membraanid piiritlevad ka rakusisese ruumi, eraldades seeläbi reaktsiooni algained ja ensüümid, mis suudavad vastavaid reaktsioone läbi viia.
6. Rakkudevaheliste kontaktide moodustumine. Hoolimata asjaolust, et membraani paksus on nii väike, et seda ei saa palja silmaga eristada, toimib see ühelt poolt üsna usaldusväärse barjäärina ioonide ja molekulide, eriti vees lahustuvate molekulide jaoks, ja teisest küljest. , tagab see nende kandumise rakku ja välja.
7. Transport.

membraani transport. Tulenevalt asjaolust, et rakud kui elementaarsed bioloogilised süsteemid on avatud süsteemid, on ainevahetuse ja energia tagamiseks, homöostaasi, kasvu, ärrituvuse ja muude protsesside säilitamiseks vajalik ainete ülekandmine läbi membraani - membraani transport. Praegu jaguneb ainete transport läbi rakumembraani aktiivseks, passiivseks, endo- ja eksotsütoosiks.

Passiivne transport on transpordiliik, mis toimub ilma energiakuluta suuremast kontsentratsioonist madalamale. Lipiidides lahustuvad väikesed mittepolaarsed molekulid (O 2, CO 2) tungivad kergesti rakku lihtne difusioon. Lipiidides lahustumatud, sealhulgas laetud väikesed osakesed, korjavad üles kandevalgud või läbivad spetsiaalsed kanalid (glükoos, aminohapped, K +, PO 4 3-). Seda tüüpi passiivset transporti nimetatakse hõlbustatud difusioon. Vesi siseneb rakku lipiidifaasis olevate pooride kaudu, samuti spetsiaalsete valkudega vooderdatud kanalite kaudu. Vee transporti läbi membraani nimetatakse osmoos.

Osmoosil on äärmiselt tähtsust raku elus, sest kui see asetada suurema soolade kontsentratsiooniga lahusesse kui rakulahuses, siis hakkab rakust väljuma vesi ning elussisu maht hakkab vähenema. Loomarakkudes rakk tervikuna kahaneb ja taimerakkudes jääb tsütoplasma rakuseina taha, mis on nn. plasmolüüs. Kui rakk asetatakse lahusesse, mis on tsütoplasmast vähem kontsentreeritud, transporditakse vesi vastupidises suunas – rakku. Tsütoplasmaatilise membraani venitatavusel on aga piirid ja loomarakk lõpuks rebeneb, samas kui taimerakus ei võimalda seda tugev rakusein. Nimetatakse nähtust, kus rakusisene täitub kogu rakusisuga deplasmolüüs. Ravimite valmistamisel, eriti intravenoosseks manustamiseks, tuleb arvestada intratsellulaarse soola kontsentratsiooniga, kuna see võib põhjustada vererakkude kahjustamist (selleks kasutatakse soolalahust kontsentratsiooniga 0,9% naatriumkloriidi). See pole vähem oluline rakkude ja kudede, aga ka loomade ja taimede elundite kasvatamisel.

aktiivne transport kulgeb ATP energia kulutamisel aine madalamast kontsentratsioonist kõrgemale. See viiakse läbi spetsiaalsete valkude-pumpade abil. Valgud pumpavad läbi membraani ioone K +, Na +, Ca 2+ jt, mis aitab kaasa olulisemate orgaaniliste ainete transpordile, samuti närviimpulsside tekkele jne.

Endotsütoos- see on aktiivne ainete imendumise protsess rakus, mille käigus membraan moodustab invaginatsioonid ja seejärel membraani vesiikulid - fagosoomid, mis sisaldavad imendunud esemeid. Seejärel sulandub esmane lüsosoom fagosoomiga, moodustades sekundaarne lüsosoom, või fagolüsosoom, või seedetrakti vakuool. Vesiikulite sisu lõhustatakse lüsosoomi ensüümide toimel ning lõhustumisproduktid imenduvad ja assimileeritakse rakus. Seedimata jäägid eemaldatakse rakust eksotsütoosi teel. Endotsütoosil on kaks peamist tüüpi: fagotsütoos ja pinotsütoos.

Fagotsütoos on rakupinna poolt kinnipüüdmise ja raku poolt neeldumise protsess tahked osakesed, a pinotsütoos- vedelikud. Fagotsütoos esineb peamiselt loomarakkudes (ainuraksed loomad, inimese leukotsüüdid), see tagab nende toitumise ja sageli ka keha kaitse. Pinotsütoosi kaudu toimub valkude, antigeeni-antikeha komplekside imendumine protsessis immuunreaktsioonid jne. Kuid paljud viirused sisenevad rakku ka pinotsütoosi või fagotsütoosi teel. Taimede ja seente rakkudes on fagotsütoos praktiliselt võimatu, kuna neid ümbritsevad tugevad rakumembraanid.

Eksotsütoos on endotsütoosi pöördprotsess. Nii eralduvad seedimata toidujäägid seedevakuoolidest, eemaldatakse nii raku kui ka organismi kui terviku eluks vajalikud ained. Näiteks närviimpulsside ülekandmine toimub tänu keemiliste sõnumitoojate vabanemisele impulsi saatva neuroni poolt - vahendajad, ja taimerakkudes vabanevad sel viisil rakumembraani abisüsivesikud.

Taimerakkude, seente ja bakterite rakuseinad. Väljaspool membraani võib rakk eritada tugevat raamistikku - rakumembraan, või raku sein.

Taimedel koosneb rakusein tselluloos pakitud 50-100 molekuliga kimpudesse. Nendevahelised tühimikud on täidetud vee ja muude süsivesikutega. Kest taimerakk tuubulitest läbi imbunud plasmodesmaat mida läbivad endoplasmaatilise retikulumi membraanid. Plasmodesmaat transpordib aineid rakkude vahel. Ainete, näiteks vee, transport võib aga toimuda ka mööda rakuseinu endid. Aja jooksul kogunevad taimede rakumembraani mitmesugused ained, sealhulgas tanniinid või rasvataolised ained, mis põhjustab rakuseina enda lignifitseerimist või korgistumist, vee väljatõrjumist ja rakusisu surma. Naabertaimerakkude rakuseinte vahel on tarretiselaadsed padjad - keskmised plaadid, mis kinnitavad need kokku ja tsementeerivad taimekeha tervikuna. Need hävivad ainult viljade küpsemise käigus ja lehtede langemisel.

Seenerakkude rakuseinad moodustuvad kitiin- lämmastikku sisaldav süsivesik. Nad on piisavalt tugevad ja on raku välisskelett, kuid siiski, nagu taimedel, takistavad nad fagotsütoosi.

Bakterites sisaldab rakusein süsivesikuid peptiidide fragmentidega - mureiin selle sisaldus on aga erinevates bakterirühmades erinev. Rakuseina peal võivad vabaneda ka teised polüsahhariidid, moodustades limaskestade kapsli, mis kaitseb baktereid välismõjude eest.

Kest määrab raku kuju, toimib mehaanilise toena, täidab kaitsefunktsiooni, tagab raku osmootsed omadused, piirates elussisu venimist ja vältides raku rebenemist, mis suureneb raku sissevoolu tõttu. vesi. Lisaks ületab vesi ja selles lahustunud ained rakuseina enne tsütoplasmasse sisenemist või, vastupidi, sealt väljumisel, kusjuures vesi transporditakse mööda rakuseinu kiiremini kui läbi tsütoplasma.

Tsütoplasma

Tsütoplasma on raku sisemus. Sellesse on sukeldatud kõik raku organellid, tuum ja mitmesugused jääkained.

Tsütoplasma ühendab kõik raku osad omavahel, selles toimub arvukalt metaboolseid reaktsioone. Tsütoplasma eraldatakse keskkonnast ja jagatakse membraanidega sektsioonideks, see tähendab, et rakud on omased membraani struktuur. See võib olla kahes olekus - sool ja geel. Sol- see on tsütoplasma poolvedel, tarretisesarnane seisund, milles elutähtsad protsessid toimuvad kõige intensiivsemalt ja geel- tihedam, želatiinne olek, mis takistab keemiliste reaktsioonide kulgu ja ainete transporti.

Tsütoplasma vedelat osa ilma organellideta nimetatakse hüaloplasma. Hüaloplasma ehk tsütosool on kolloidne lahus, milles on omamoodi üsna suurte osakeste, näiteks valkude suspensioon, mida ümbritsevad veemolekulide dipoolid. Selle suspensiooni settimist ei toimu seetõttu, et neil on sama laeng ja nad tõrjuvad üksteist.

Organellid

Organellid- Need on raku püsivad komponendid, mis täidavad teatud funktsioone.

Sõltuvalt struktuuri omadustest jagatakse need membraanideks ja mittemembraanideks. Membraan organellid klassifitseeritakse omakorda ühemembraanilisteks ( endoplasmaatiline retikulum, Golgi kompleks ja lüsosoomid) või kahemembraanilised (mitokondrid, plastiidid ja tuum). Mittemembraanne organellid on ribosoomid, mikrotuubulid, mikrofilamendid ja rakukeskus. Loetletud organellidest on prokarüootidele omased ainult ribosoomid.

Tuuma ehitus ja funktsioonid. Tuum- suur kahemembraaniline organell, mis asub raku keskel või selle äärealal. Tuuma suurus võib varieeruda 3-35 mikroni piires. Tuuma kuju on sagedamini sfääriline või ellipsoidne, kuid leidub ka vardakujulisi, spindlikujulisi, ubakujulisi, labajalisi ja isegi segmenteeritud tuumasid. Mõned teadlased usuvad, et tuuma kuju vastab raku enda kujule.

Enamikul rakkudel on üks tuum, kuid näiteks maksa- ja südamerakkudes võib neid olla kaks ning paljudes neuronites - kuni 15. Skeletilihaskiud sisaldavad tavaliselt palju tuumasid, kuid need ei ole rakud täies tähenduses. sõna, kuna need tekivad mitme raku ühinemise tulemusena.

Tuum on ümbritsetud tuumaümbris ja selle siseruum on täidetud tuumamahl, või nukleoplasma (karüoplasma) millesse on kastetud kromatiin ja nucleolus. Tuum täidab selliseid olulisi funktsioone nagu päriliku teabe säilitamine ja edastamine, samuti raku elutegevuse juhtimine.

Tuuma roll päriliku teabe edastamisel on veenvalt tõestatud katsetes rohevetikaga acetabularia. Ühes hiiglaslikus rakus, mille pikkus ulatub 5 cm-ni, eristatakse mütsi, jalga ja risoid. Pealegi sisaldab see ainult ühte risoidis asuvat tuuma. 1930. aastatel siirdas I. Hemmerling ühe rohelise värvusega acetabularia liigi tuuma teise liigi pruuni värviga risoidi, milles tuum eemaldati. Mõne aja pärast kasvatas siirdatud tuumaga taim uue kübara, nagu tuuma vetikadoonor. Samas risoidist eraldunud kübar või vars, mis ei sisaldanud tuuma, suri mõne aja pärast.

tuumaümbris Selle moodustavad kaks membraani - välimine ja sisemine, mille vahel on ruum. Membraanidevaheline ruum suhtleb krobelise endoplasmaatilise retikulumi õõnsusega ja tuuma välismembraan võib kanda ribosoome. Tuumaümbris on läbi imbunud arvukate pooridega, mis on kaetud spetsiaalsete valkudega. Ained transporditakse läbi pooride: tuuma sisenevad vajalikud valgud (sh ensüümid), ioonid, nukleotiidid ja muud ained ning sealt väljuvad RNA molekulid, jääkvalgud, ribosoomide subühikud. Seega on tuumaümbrise funktsioonideks tuuma sisu eraldamine tsütoplasmast, samuti tuuma ja tsütoplasma vahelise metabolismi reguleerimine.

Nukleoplasma nimetatakse tuuma sisuks, millesse on sukeldatud kromatiin ja tuum. See on kolloidne lahus, mis keemiliselt meenutab tsütoplasmat. Nukleoplasma ensüümid katalüüsivad aminohapete, nukleotiidide, valkude jne vahetust. Nukleoplasma on tuumapooride kaudu ühendatud hüaloplasmaga. Nukleoplasma, nagu ka hüaloplasma, funktsioonid on tagada tuuma kõigi struktuurikomponentide omavaheline seotus ja mitmete ensümaatiliste reaktsioonide elluviimine.

kromatiin nimetatakse nukleoplasmasse sukeldatud õhukeste niitide ja graanulite komplektiks. Seda saab tuvastada ainult värvimise teel, kuna kromatiini ja nukleoplasma murdumisnäitajad on ligikaudu samad. Kromatiini filamentset komponenti nimetatakse eukromatiin, ja granuleeritud heterokromatiin. Eukromatiin on nõrgalt tihendatud, kuna sellest loetakse pärilikku teavet, samas kui spiraalsem heterokromatiin on geneetiliselt inaktiivne.

Kromatiin on kromosoomide struktuurne modifikatsioon mittejagunevas tuumas. Seega on kromosoomid tuumas pidevalt olemas, ainult nende olek muutub sõltuvalt sellest, millist funktsiooni tuum parajasti täidab.

Kromatiin koosneb peamiselt nukleoproteiinidest (desoksüribonukleoproteiinid ja ribonukleoproteiinid), aga ka ensüümidest, millest olulisemad on seotud nukleiinhapete sünteesiga, ja veel mõningatest ainetest.

Kromatiini funktsioonid seisnevad esiteks spetsiifilise kromatiini sünteesis antud organism nukleiinhapped, mis suunavad spetsiifiliste valkude sünteesi ja teiseks pärilike omaduste ülekandmisel emarakust tütarrakkudele, mille jaoks kromatiini niidid jagunemise käigus kromosoomidesse pakitakse.

nucleolus- sfääriline keha, mis on mikroskoobi all selgelt nähtav läbimõõduga 1-3 mikronit. See moodustub kromatiini piirkondades, mis kodeerivad teavet rRNA ja ribosoomivalkude struktuuri kohta. Tuum tuumas on sageli üks, kuid neis rakkudes, kus toimuvad intensiivsed elulised protsessid, võib tuumakesi olla kaks või enam. Nukleoolide ülesanneteks on rRNA süntees ja ribosoomi subühikute kokkupanek, kombineerides rRNA-d tsütoplasmast tulevate valkudega.

Mitokondrid- kahemembraanilised ümmargused, ovaalsed või vardakujulised organellid, kuigi leidub ka spiraalikujulisi (spermatosoidides). Mitokondrid on kuni 1 µm läbimõõduga ja kuni 7 µm pikkused. Mitokondrite sees olev ruum on täidetud maatriksiga. Maatriks See on mitokondrite peamine aine. Sellesse on sukeldatud ringikujuline DNA molekul ja ribosoomid. Mitokondrite välismembraan on sile ja paljudele ainetele mitteläbilaskev. Sisemembraanil on väljakasvud - cristae, mis suurendavad membraanide pindala keemiliste reaktsioonide toimumiseks. Membraani pinnal on arvukalt valgukomplekse, mis moodustavad niinimetatud hingamisahela, samuti ATP süntetaasi seenekujulisi ensüüme. Mitokondrites toimub hingamise aeroobne etapp, mille käigus sünteesitakse ATP-d.

plastiidid- suured kahemembraanilised organellid, mis on iseloomulikud ainult taimerakkudele. Plastiidide siseruum on täidetud strooma, või maatriks. Stroomas on enam-vähem arenenud membraani vesiikulite süsteem - tülakoidid, mis kogutakse hunnikutesse - terad, samuti oma ringikujuline DNA molekul ja ribosoomid. Plastiide on neli peamist tüüpi: kloroplastid, kromoplastid, leukoplastid ja proplastidid.

Kloroplastid- Need on rohelised plastiidid läbimõõduga 3-10 mikronit, mis on mikroskoobi all selgelt nähtavad. Neid leidub ainult taimede rohelistes osades – lehtedes, noortes vartes, õites ja viljades. Kloroplastid on enamasti ovaalse või ellipsoidse kujuga, kuid võivad olla ka topsikujulised, spiraalikujulised ja isegi labakujulised. Kloroplastide arv rakus on keskmiselt 10 kuni 100 tükki. Kuid näiteks mõnes vetikas võib see olla üks, sellel on märkimisväärne suurus ja keeruline kuju - siis nimetatakse seda kromatofoor. Muudel juhtudel võib kloroplastide arv ulatuda mitmesajani, samas kui nende suurus on väike. Kloroplastide värvus on tingitud fotosünteesi peamisest pigmendist - klorofüll kuigi need sisaldavad täiendavaid pigmente - karotenoidid. Karotenoidid hakkavad silma alles sügisel, kui vananevates lehtedes olev klorofüll hävib. Kloroplastide põhiülesanne on fotosüntees. Fotosünteesi valgusreaktsioonid toimuvad tülakoidmembraanidel, millele on fikseeritud klorofülli molekulid, ja tumedad reaktsioonid stroomas, mis sisaldab arvukalt ensüüme.

Kromoplastid on kollased, oranžid ja punased plastiidid, mis sisaldavad karotenoidpigmente. Ka kromoplastide kuju võib oluliselt erineda: need on torujad, kerajad, kristalsed jne. Kromoplastid annavad värvi taimede õitele ja viljadele, meelitades ligi tolmeldajaid ning seemnete ja viljade levitajaid.

Leukoplastid- Need on valged või värvitud plastiidid, enamasti ümara või ovaalse kujuga. Need on levinud taimede mittefotosünteetilistes osades, nagu lehtede kestad, kartulimugulad jne. Need talletavad toitaineid, enamasti tärklist, kuid mõnes taimes võivad selleks olla valgud või õli.

Plastiidid tekivad taimerakkudes proplastiididest, mis on juba olemas kasvatuskoe rakkudes ja on väikesed kahemembraanilised kehad. Arengu algfaasis erinevad tüübid plastiidid on võimelised muutuma üksteiseks: valguse käes muutuvad kartulimugula leukoplastid ja porgandijuure kromoplastid roheliseks.

Plastiide ja mitokondreid nimetatakse poolautonoomseteks rakuorganellideks, kuna neil on oma DNA molekulid ja ribosoomid, nad teostavad valgusünteesi ja jagunevad raku jagunemisest sõltumatult. Neid omadusi seletatakse päritoluga üherakulistest prokarüootsetest organismidest. Mitokondrite ja plastiidide "iseseisvus" on aga piiratud, kuna nende DNA sisaldab vabaks eksisteerimiseks liiga vähe geene, samas kui ülejäänud informatsioon on kodeeritud tuuma kromosoomidesse, mis võimaldab tal neid organelle kontrollida.

Endoplasmaatiline retikulum (ER), või endoplasmaatiline retikulum (ER), on ühemembraaniline organell, mis on membraaniõõnsuste ja -tuubulite võrgustik, mis hõivab kuni 30% tsütoplasma sisust. ER-tuubulite läbimõõt on umbes 25–30 nm. EPS-i on kahte tüüpi – kare ja sile. Karm XPS kannab ribosoome ja seal sünteesitakse valke. Sujuv EPS ribosoomideta. Selle ülesanne on lipiidide ja süsivesikute süntees, samuti transport, ladustamine ja kõrvaldamine mürgised ained. See on eriti välja töötatud nendes rakkudes, kus toimuvad intensiivsed ainevahetusprotsessid, näiteks maksarakkudes - hepatotsüütides - ja skeletilihaskiududes. EPS-is sünteesitud ained transporditakse Golgi aparaati. ER-is monteeritakse ka rakumembraane, kuid nende moodustumine lõpetatakse Golgi aparaadis.

golgi aparaat, või golgi kompleks, on ühemembraaniline organell, mille moodustavad lamedate tsisternide, tuubulite ja nende küljest lahti löödud vesiikulite süsteem. Golgi aparaadi struktuuriüksus on diktüosoom- paakide virn, mille ühele poolusele tulevad ained ER-st ja vastaspoolusest pakitakse need pärast teatud transformatsioone mullidesse ja saadetakse raku teistesse osadesse. Paakide läbimõõt on umbes 2 mikronit ja väikeste mullide läbimõõt on umbes 20-30 mikronit. Golgi kompleksi põhiülesanneteks on teatud ainete süntees ning ER-st tulevate valkude, lipiidide ja süsivesikute muutmine (muutmine), membraanide lõplik moodustamine, samuti ainete transport läbi raku, rakkude uuenemine. selle struktuurid ja lüsosoomide moodustumine. Golgi aparaat sai oma nime itaalia teadlase Camillo Golgi auks, kes selle organoidi esmakordselt avastas (1898).

Lüsosoomid- kuni 1 mikroni läbimõõduga väikesed ühemembraanilised organellid, mis sisaldavad rakusisese seedimisega seotud hüdrolüütilisi ensüüme. Lüsosoomide membraanid on nende ensüümide jaoks halvasti läbilaskvad, mistõttu nende funktsioonide täitmine lüsosoomide poolt on väga täpne ja sihipärane. Seega osalevad nad aktiivselt fagotsütoosi protsessis, moodustades seedetrakti vakuoole, ja nälgimise või raku teatud osade kahjustamise korral seedivad nad neid teisi mõjutamata. Hiljuti on avastatud lüsosoomide roll rakusurma protsessides.

Vacuool- membraaniga piiratud ja vedelikuga täidetud õõnsus taime- ja loomarakkude tsütoplasmas. Algloomade rakkudes leidub seede- ja kontraktiilseid vakuoole. Esimesed osalevad fagotsütoosi protsessis, kuna neis toimub lõhenemine toitaineid. Viimased tagavad tänu osmoregulatsioonile vee-soola tasakaalu säilimise. Mitmerakulistel loomadel leidub peamiselt seedevakuoole.

Taimerakkudes on vakuoolid alati olemas, need on ümbritsetud spetsiaalse membraaniga ja täidetud rakumahlaga. Vakuooli ümbritsev membraan on keemilise koostise, struktuuri ja funktsioonide poolest sarnane plasmamembraaniga. rakumahl kujutab endast erinevate anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete, sealhulgas mineraalsoolade, orgaaniliste hapete, süsivesikute, valkude, glükosiidide, alkaloidide jne vesilahust. Vakuool võib hõivata kuni 90% raku mahust ja lükata tuuma perifeeriasse. See rakuosa täidab säilitavaid, eritus-, osmootseid, kaitse-, lüsosomaalseid ja muid funktsioone, kuna see akumuleerib toitaineid ja jääkaineid, tagab veevarustuse ning säilitab raku kuju ja mahtu ning sisaldab ka ensüüme paljude rakkude lagundamiseks. raku komponendid. Lisaks võivad vakuoolide bioloogiliselt aktiivsed ained takistada paljudel loomadel neid taimi söömast. Paljudes taimedes toimub vakuoolide turse tõttu raku kasv venitamise teel.

Vakuoolid esinevad ka osade seente ja bakterite rakkudes, kuid seentes täidavad nad vaid osmoregulatsiooni funktsiooni, sinivetikatel aga säilitavad ujuvust ja osalevad õhust lämmastiku assimilatsiooni protsessides.

Ribosoomid- väikesed mittemembraansed organellid läbimõõduga 15-20 mikronit, mis koosnevad kahest allüksusest - suurest ja väikesest. Eukarüootsed ribosoomi subühikud koondatakse tuumas ja transporditakse seejärel tsütoplasmasse. Prokarüootide, mitokondrite ja plastiidide ribosoomid on väiksemad kui eukarüootidel. Ribosoomi subühikud hõlmavad rRNA-d ja valke.

Ribosoomide arv rakus võib ulatuda mitmekümne miljonini: tsütoplasmas, mitokondrites ja plastiidides asuvad need vaba riik, ja töötlemata EPS-il - köidetud. Nad osalevad valkude sünteesis, eriti nad viivad läbi translatsiooniprotsessi - polüpeptiidahela biosünteesi mRNA molekulil. Vabadel ribosoomidel sünteesitakse hüaloplasma, mitokondrite, plastiidide ja ribosoomide omavalgud, krobelise ER-ga seotud ribosoomidel aga transleeritakse valgud rakkudest eritumiseks, membraanide kokkupanekuks, lüsosoomide ja vakuoolide moodustamiseks.

Ribosoomid võivad paikneda hüaloplasmas üksikult või rühmadena koos mitme polüpeptiidahela samaaegse sünteesiga ühel mRNA-l. Neid ribosoomide rühmi nimetatakse polüribosoomid, või polüsoomid.

mikrotuubulid- Need on silindrilised õõnsad mittemembraanilised organellid, mis tungivad läbi kogu raku tsütoplasma. Nende läbimõõt on umbes 25 nm, seina paksus 6-8 nm. Need koosnevad paljudest valgu molekulidest. tubuliin, mis moodustavad esmalt 13 helmeid meenutavat kiudu ja koonduvad seejärel mikrotuubuliks. Mikrotuubulid moodustavad tsütoplasmaatilise retikulumi, mis annab rakule kuju ja mahu, ühendab plasmamembraani raku teiste osadega, tagab ainete transpordi läbi raku, osaleb raku ja rakusiseste komponentide liikumises, samuti jagunemises. geneetiline materjal. Nad on osa rakukeskusest ja liikumisorganellidest - lipudest ja ripsmetest.

mikrokiud, või mikrokiud, on ka mittemembraansed organellid, kuid neil on niitja kuju ja neid ei moodusta tubuliin, vaid aktinoom. Nad osalevad membraani transpordis, rakkudevahelises äratundmises, raku tsütoplasma jagunemises ja selle liikumises. Lihasrakkudes annab aktiini mikrofilamentide interaktsioon müosiini filamentidega kontraktsiooni.

Mikrotuubulid ja mikrokiud moodustavad raku sisemise skeleti tsütoskelett. See on kompleksne kiudude võrgustik, mis tagab plasmamembraanile mehaanilise toe, määrab raku kuju, raku organellide asukoha ja liikumise raku jagunemise ajal.

Rakukeskus- mittemembraanne organell, mis paikneb loomarakkudes tuuma lähedal; taimerakkudes see puudub. Selle pikkus on umbes 0,2–0,3 µm ja läbimõõt 0,1–0,15 µm. Rakukeskus koosneb kahest tsentrioolid asetsevad üksteisega risti asetsevates tasapindades ja kiirgav sfäär mikrotuubulitest. Iga tsentriool koosneb üheksast mikrotuubulite rühmast, mis on kogutud kolmekaupa, st kolmikutena. Rakukeskus osaleb mikrotuubulite kokkupanemises, raku päriliku materjali jagunemises, aga ka vippude ja ripsmete moodustamises.

Liikumise organellid. Flagella ja ripsmed on plasmalemmaga kaetud rakkude väljakasvud. Need organellid põhinevad üheksal paaril mikrotuubulitel, mis asuvad piki perifeeriat, ja kahel vabal mikrotuubulil keskel. Mikrotuubulid on omavahel ühendatud erinevate valkudega, mis tagavad nende koordineeritud kõrvalekaldumise teljest – võnkumise. Kõikumised on energiast sõltuvad, see tähendab, et ATP makroergiliste sidemete energia kulub sellele protsessile. Kaotatud vibude ja ripsmete taastamine on funktsioon basaalkehad, või kinetosoomid asuvad nende baasis.

Ripsmete pikkus on umbes 10-15 nm ja lipu pikkus 20-50 mikronit. Vippude ja ripsmete rangelt suunatud liikumise tõttu ei toimu mitte ainult üherakuliste loomade, spermatosoidide jne liikumist, vaid toimub ka puhastamine. hingamisteed, munaraku edendamine munajuhade kaudu, kuna kõik need inimkehaosad on vooderdatud ripsepiteeliga.

Kaasamised

Kaasamised- Need on raku mittepüsivad komponendid, mis tekivad ja kaovad oma eluea jooksul. Nende hulka kuuluvad nii varuained, näiteks tärklise- või valguterad taimerakkudes, glükogeenigraanulid looma- ja seenerakkudes, volutiin bakterites, rasvatilgad kõigis rakutüüpides ja jääkained, eelkõige selle tagajärjel tekkivad seedimata toidujäägid. fagotsütoosi. , moodustades nn jääkkehad.

Raku osade ja organellide ehituse ja funktsioonide seos on selle terviklikkuse aluseks

Kõik raku osad on ühest küljest eraldi struktuur, millel on spetsiifiline struktuur ja funktsioonid, ja teisest küljest keerukama süsteemi komponent, mida nimetatakse rakuks. Suurem osa eukarüootse raku pärilikust informatsioonist on koondunud tuumasse, kuid tuum ise ei suuda selle teostumist tagada, kuna selleks on vaja vähemalt põhiainena toimivat tsütoplasma ja ribosoome, millel see süntees toimub. . Enamik ribosoome paikneb granulaarsel endoplasmaatilisel retikulumil, kust valgud transporditakse kõige sagedamini Golgi kompleksi ja seejärel pärast modifitseerimist nendesse rakuosadesse, mille jaoks need on mõeldud või erituvad. Valkude ja süsivesikute membraanpakendeid saab integreerida organoidmembraanidesse ja tsütoplasmamembraani, tagades nende pideva uuenemise. Golgi kompleksist on nööritud ka lüsosoomid ja vakuoolid, mis täidavad kõige olulisemaid funktsioone. Näiteks ilma lüsosoomideta muutuksid rakud kiiresti omamoodi jäätmemolekulide ja -struktuuride prügimäeks.

Kõik need protsessid nõuavad energiat, mida toodavad mitokondrid ja taimedes ka kloroplastid. Ja kuigi need organellid on suhteliselt autonoomsed, kuna neil on oma DNA molekulid, kodeerib osa nende valke endiselt tuumagenoomi poolt ja sünteesitakse tsütoplasmas.

Seega on rakk selle koostisosade lahutamatu ühtsus, millest igaüks täidab oma ainulaadset funktsiooni.

Ainevahetus ja energia muundamine on elusorganismide omadused. Energia ja plastiline ainevahetus, nende seos. Energia metabolismi etapid. Käärimine ja hingamine. Fotosüntees, selle tähendus, kosmiline roll. Fotosünteesi faasid. Fotosünteesi valguse ja tumedad reaktsioonid, nende seos. Kemosüntees. Kemosünteetiliste bakterite roll Maal

Ainevahetus ja energia muundamine - elusorganismide omadused

Rakku võib võrrelda miniatuurse keemiatehasega, kus toimub sadu ja tuhandeid keemilisi reaktsioone.

Ainevahetus- keemiliste transformatsioonide kogum, mis on suunatud bioloogiliste süsteemide säilimisele ja taastootmisele.

See hõlmab ainete sattumist organismi toitumise ja hingamise, rakusisese ainevahetuse või ainevahetus, samuti ainevahetuse lõpptoodete jaotamine.

Ainevahetus on lahutamatult seotud protsessidega, mille käigus muundatakse üht tüüpi energiat teiseks. Näiteks fotosünteesi käigus salvestub valgusenergia energia kujul keemilised sidemed keerulised orgaanilised molekulid ning hingamise käigus eraldub ja kulub uute molekulide sünteesiks, mehaaniliseks ja osmootseks tööks, hajub soojuse kujul jne.

Keemiliste reaktsioonide voolu elusorganismides tagavad valguloomulised bioloogilised katalüsaatorid - ensüümid, või ensüümid. Sarnaselt teistele katalüsaatoritele kiirendavad ensüümid keemiliste reaktsioonide kulgu rakus kümneid ja sadu tuhandeid kordi ning mõnikord isegi muudavad need võimalikuks, kuid ei muuda reaktsiooni lõpp-produkti (produktide) olemust ega omadusi ning ei muuda ennast. Ensüümid võivad olla nii lihtsad kui ka kompleksvalgud, mis sisaldavad lisaks valgulisele osale ka mittevalgulist osa - kofaktor (koensüüm). Ensüümid on näiteks sülje amülaas, mis lõhustab polüsahhariide pikaajalisel närimisel, ja pepsiin, mis tagab valkude seedimise maos.

Ensüümid erinevad mittevalgulistest katalüsaatoritest oma kõrge toime spetsiifilisuse, reaktsioonikiiruse olulise suurenemise nende abil, aga ka võime reguleerida toimet reaktsioonitingimuste muutmise või erinevate ainetega suhtlemise kaudu. Lisaks erinevad tingimused, milles ensümaatiline katalüüs toimub, oluliselt nendest, milles toimub mitteensümaatiline katalüüs: optimaalne temperatuur ensüümide toimimiseks inimkehas on 37 °C $, rõhk peaks olema atmosfäärilähedane ja Söötme $ pH $ võib oluliselt kõhkleda. Seega on amülaasi jaoks vajalik aluseline keskkond ja pepsiini jaoks happeline keskkond.

Ensüümide toimemehhanism seisneb reaktsioonis osalevate ainete (substraatide) aktiveerimisenergia vähendamises vahepealsete ensüümi-substraadi komplekside moodustumise tõttu.

Energia ja plastiline ainevahetus, nende seos

Ainevahetus koosneb kahest rakus samaaegselt toimuvast protsessist: plastilisest ja energiavahetusest.

Plastiline ainevahetus (anabolism, assimilatsioon) on sünteesireaktsioonide kogum, mis toimub koos ATP energia kulutamisega. Plastilise ainevahetuse käigus sünteesitakse raku jaoks vajalikke orgaanilisi aineid. Plastilised vahetusreaktsioonid on näiteks fotosüntees, valkude biosüntees ja DNA replikatsioon (isekahendamine).

Energia metabolism (katabolism, dissimilatsioon) on reaktsioonide kogum, mis lagundab keerulised ained lihtsamateks. Energia metabolismi tulemusena vabaneb energia, mis salvestub ATP kujul. Energia ainevahetuse olulisemad protsessid on hingamine ja käärimine.

Plasti- ja energiavahetus on omavahel lahutamatult seotud, kuna plastivahetuse protsessis sünteesitakse orgaanilisi aineid ja selleks on vaja ATP energiat ning energia metabolismi käigus orgaanilised ained jagunevad ja vabaneb energia, mis seejärel kulub sünteesiprotsessidele. .

Organismid saavad energiat toitumise käigus ning vabastavad selle ja muundavad kättesaadavaks vormiks peamiselt hingamise käigus. Toitumise viisi järgi jagunevad kõik organismid autotroofseteks ja heterotroofseteks. Autotroofid võimelised iseseisvalt sünteesima orgaanilisi aineid anorgaanilistest ja heterotroofid kasutada eranditult valmis orgaanilisi aineid.

Energia metabolismi etapid

Vaatamata energia metabolismi reaktsioonide keerukusele jaguneb see tinglikult kolme etappi: ettevalmistav, anaeroobne (hapnikuvaba) ja aeroobne (hapnik).

peal ettevalmistav etapp polüsahhariidide, lipiidide, valkude, nukleiinhapete molekulid lagunevad lihtsamateks, näiteks glükoosiks, glütserooliks ja rasvhapeteks, aminohapeteks, nukleotiidideks jne. See etapp võib toimuda otse rakkudes või soolestikus, kust lõhenenud ained tarnitakse koos verevooluga.

anaeroobne etapp energia metabolismiga kaasneb orgaaniliste ühendite monomeeride edasine lõhenemine veelgi lihtsamateks vaheproduktideks, näiteks püroviinamarihappeks või püruvaadiks. See ei nõua hapniku olemasolu ning paljudele soode mudas või inimese soolestikus elavatele organismidele on see ainus viis energia saamiseks. Energia metabolismi anaeroobne etapp toimub tsütoplasmas.

Erinevad ained võivad läbida hapnikuvaba lõhustumise, kuid sageli on reaktsioonide substraadiks glükoos. Selle hapnikuvaba lõhenemise protsessi nimetatakse glükolüüs. Glükolüüsi käigus kaotab glükoosimolekul neli vesinikuaatomit, st oksüdeerub ning moodustub kaks püroviinamarihappe molekuli, kaks ATP molekuli ja kaks redutseeritud vesinikukandja molekuli $NADH + H^(+)$:

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

ATP moodustumine ADP-st toimub fosfaataniooni otsesel ülekandmisel eelnevalt fosforüülitud suhkrust ja seda nimetatakse substraadi fosforüülimine.

Aeroobne etapp energiavahetus saab toimuda ainult hapniku juuresolekul, kusjuures hapnikuvaba lõhenemise protsessis tekkivad vaheühendid oksüdeeritakse lõppsaadusteks (süsinikdioksiid ja vesi) ning vabaneb suurem osa orgaaniliste ühendite keemilistes sidemetes talletatud energiast. . See läheb üle 36 ATP molekuli makroergiliste sidemete energiasse. Seda etappi nimetatakse ka kudede hingamine. Hapniku puudumisel muundatakse vaheühendid teisteks orgaanilisteks aineteks, seda protsessi nimetatakse kääritamine.

Hingetõmme

Rakulise hingamise mehhanism on skemaatiliselt näidatud joonisel fig.

Aeroobne hingamine toimub mitokondrites, samal ajal kui püroviinamarihape kaotab esmalt ühe süsinikuaatomi, millega kaasneb ühe redutseeriva ekvivalendi $NADH + H^(+)$ ja atsetüülkoensüümi A (atsetüül-CoA) molekuli süntees:

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

Atsetüül-CoA mitokondriaalses maatriksis osaleb keemiliste reaktsioonide ahelas, mille kogusumma on nn. Krebsi tsükkel (trikarboksüülhappe tsükkel, sidrunhappe tsükkel). Nende transformatsioonide käigus moodustuvad kaks ATP molekuli, atsetüül-CoA oksüdeerub täielikult süsinikdioksiidiks ning selle vesinikuioonid ja elektronid kinnituvad vesinikukandjate $NADH + H^(+)$ ja $FADH_2$ külge. Kandjad transpordivad vesiniku prootoneid ja elektrone mitokondrite sisemembraanidele, mis moodustavad kristlasi. Kandevalkude abil süstitakse vesiniku prootoneid membraanidevahelisse ruumi ning elektronid kanduvad mööda mitokondrite sisemembraanil paiknevate ensüümide niinimetatud hingamisahelat ja suunatakse hapnikuaatomitele:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Tuleb märkida, et mõned hingamisahela valgud sisaldavad rauda ja väävlit.

Membraanidevahelisest ruumist transporditakse vesiniku prootonid spetsiaalsete ensüümide - ATP süntaaside abil tagasi mitokondriaalsesse maatriksisse ning sel juhul vabanev energia kulub igast glükoosi molekulist 34 ATP molekuli sünteesiks. Seda protsessi nimetatakse oksüdatiivne fosforüülimine. Mitokondriaalses maatriksis reageerivad vesiniku prootonid hapnikuradikaalidega, moodustades vett:

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

Hapniku hingamise reaktsioonide kogumit saab väljendada järgmiselt:

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

Üldine hingamisvõrrand näeb välja selline:

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

Käärimine

Hapniku puudumisel või selle puudumisel toimub käärimine. Käärimine on evolutsiooniliselt varasem energia saamise viis kui hingamine, kuid see on energeetiliselt vähem tulus, kuna käärimisel tekib orgaanilisi aineid, mis on veel energiarikkad. Kääritamisel on mitu peamist tüüpi: piimhape, alkohol, äädikhape jne. Nii et skeletilihastes redutseeritakse käärimise ajal hapniku puudumisel püroviinamarihape piimhappeks, samal ajal kui varem moodustunud redutseerivad ekvivalendid kuluvad ära ja järele on jäänud ainult kaks ATP molekuli:

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

Pärmseente abil kääritamisel muutub püroviinamarihape hapniku juuresolekul etüülalkoholiks ja süsinikmonooksiidiks (IV):

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

Mikroorganismide abil käärimisel võib püroviinamarihape moodustada ka äädik-, või-, sipelghapet jne.

Energiavahetuse tulemusena saadud ATP-d kulutatakse rakus erinevat tüüpi töödeks: keemiliseks, osmootseks, elektriliseks, mehaaniliseks ja regulatsiooniks. Keemiline töö seisneb valkude, lipiidide, süsivesikute, nukleiinhapete ja muude elutähtsate ühendite biosünteesis. Osmootne töö hõlmab raku imendumise protsesse ja rakuvälises ruumis olevate ainete eemaldamist sellest suuremas kontsentratsioonis kui rakus endas. Elektritööd on tihedalt seotud osmootse tööga, kuna just laetud osakeste liikumise tulemusena läbi membraanide tekib membraani laeng ning omandatakse erutuvuse ja juhtivuse omadused. Mehaaniline töö on seotud ainete ja struktuuride liikumisega raku sees, aga ka raku kui tervikuga. Regulatiivtöö hõlmab kõiki protsesse, mis on suunatud protsesside koordineerimisele rakus.

Fotosüntees, selle tähendus, kosmiline roll

fotosüntees nimetatakse protsessiks valgusenergia muundamiseks orgaaniliste ühendite keemiliste sidemete energiaks klorofülli osalusel.

Fotosünteesi tulemusena toodetakse aastas umbes 150 miljardit tonni orgaanilist ainet ja ligikaudu 200 miljardit tonni hapnikku. See protsess tagab süsiniku ringluse biosfääris, vältides süsihappegaasi akumuleerumist ja seeläbi kasvuhooneefekti tekkimist ja Maa ülekuumenemist. Fotosünteesi tulemusena tekkinud orgaanilised ained ei tarbi täielikult ära teised organismid, oluline osa neist moodustas miljonite aastate jooksul maavarad (kõva- ja pruunsüsi, nafta). Viimasel ajal on kütusena kasutatud ka rapsiõli (“biodiislikütust”) ja taimejääkidest saadud alkoholi. Hapnikust moodustub elektrilahenduste toimel osoon, mis moodustab osoonikilbi, mis kaitseb kogu elu Maal ultraviolettkiirte kahjulike mõjude eest.

Meie kaasmaalane, silmapaistev taimefüsioloog K. A. Timirjazev (1843-1920) nimetas fotosünteesi rolli "kosmiliseks", kuna see ühendab Maad Päikesega (kosmosega), pakkudes planeedile energia sissevoolu.

Fotosünteesi faasid. Fotosünteesi valguse ja tumedad reaktsioonid, nende seos

1905. aastal avastas inglise taimefüsioloog F. Blackman, et fotosünteesi kiirus ei saa lõputult kasvada, mõni tegur piirab seda. Selle põhjal tegi ta ettepaneku kahe fotosünteesi faasi olemasolu kohta: valgus ja tume. Madala valguse intensiivsuse korral suureneb valgusreaktsioonide kiirus võrdeliselt valguse intensiivsuse suurenemisega ja lisaks ei sõltu need reaktsioonid temperatuurist, kuna nende kulgemiseks ei ole vaja ensüüme. Valgusreaktsioonid tekivad tülakoidmembraanidel.

Pimedate reaktsioonide kiirus seevastu suureneb temperatuuri tõustes, kuid temperatuuriläve 30 °C $ saavutamisel see kasv peatub, mis näitab nende stroomas toimuvate transformatsioonide ensümaatilist olemust. Tuleb märkida, et valgusel on teatud mõju ka pimeduse reaktsioonidele, hoolimata sellest, et neid nimetatakse tumedateks.

Fotosünteesi valgusfaas kulgeb tülakoidmembraanidel, mis kannavad mitut tüüpi valgukomplekse, millest peamised on fotosüsteemid I ja II, samuti ATP süntaas. Fotosüsteemide koostis sisaldab pigmendikomplekse, milles lisaks klorofüllile on ka karotenoide. Karotenoidid püüavad valgust nendes spektripiirkondades, kus klorofüll seda ei tee, ning kaitsevad klorofülli ka suure intensiivsusega valguse poolt hävitamise eest.

Lisaks pigmendikompleksidele sisaldavad fotosüsteemid ka mitmeid elektronide aktseptorvalke, mis kannavad järjestikku elektrone klorofülli molekulidest üksteisele. Nende valkude järjestust nimetatakse kloroplasti elektronide transpordiahel.

Fotosüsteemiga II on seotud ka spetsiaalne valkude kompleks, mis tagab hapniku vabanemise fotosünteesi käigus. See hapnikku arendav kompleks sisaldab mangaani ja kloori ioone.

AT valgusfaas valguskvandid ehk footonid, mis langevad tülakoidmembraanidel paiknevatele klorofülli molekulidele, viivad need üle ergastatud olekusse, mida iseloomustab suurem elektronenergia. Samal ajal kantakse fotosüsteemi I klorofüllist ergastatud elektronid läbi vaheühendite ahela vesinikukandjale NADP, mis seejärel seob vesiniku prootoneid, mis vesilahuses alati olemas on:

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

Vähendatud $NADPH + H^(+)$ kasutatakse edaspidi pimedas faasis. Fotosüsteemi II klorofüllist pärit elektronid kanduvad samuti mööda elektronide transpordiahelat, kuid need täidavad fotosüsteemi I klorofülli "elektroniauke". Fotosüsteemi II klorofülli elektronide puudumine täidetakse veest veemolekulide äravõtmisega. molekulid, mis toimub juba eespool mainitud hapnikku vabastava kompleksi osalusel. Veemolekulide lagunemise tulemusena, mida nimetatakse fotolüüs, tekivad vesiniku prootonid ja eraldub molekulaarne hapnik, mis on fotosünteesi kõrvalsaadus:

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

Geneetiline teave rakus. Geenid, geneetiline kood ja selle omadused. Biosünteetiliste reaktsioonide maatriks olemus. Valkude ja nukleiinhapete biosüntees

Geneetiline teave rakus

Omasuguste paljunemine on elavate inimeste üks põhiomadusi. Selle nähtuse tõttu on sarnasus mitte ainult organismide, vaid ka üksikute rakkude, aga ka nende organellide (mitokondrid ja plastiidid) vahel. Selle sarnasuse materiaalseks aluseks on DNA nukleotiidjärjestuses krüpteeritud geneetilise teabe edastamine, mis toimub tänu DNA replikatsiooni protsessidele (isedubleerumine). Kõik rakkude ja organismide omadused ja omadused realiseeruvad tänu valkudele, mille struktuuri määravad eelkõige DNA nukleotiidjärjestused. Seetõttu on just nukleiinhapete ja valkude biosüntees ainevahetusprotsessides ülimalt tähtis. Päriliku informatsiooni struktuuriüksus on geen.

Geenid, geneetiline kood ja selle omadused

Pärilik informatsioon rakus ei ole monoliitne, see jaguneb eraldi "sõnadeks" - geenideks.

Gene on geneetilise informatsiooni põhiühik.

Mitmes riigis samaaegselt läbi viidud ja selle sajandi alguses valminud töö "Inimese genoomi" programmi kallal andis meile arusaama, et inimesel on vaid umbes 25-30 tuhat geeni, kuid info enamikust meie DNA-d ei loeta kunagi, kuna see sisaldab tohutul hulgal mõttetuid lõike, kordusi ja geene, mis kodeerivad inimese jaoks tähenduse kaotanud tunnuseid (saba, kehakarvad jne). Lisaks on dešifreeritud hulk geene, mis vastutavad pärilike haiguste tekke eest, samuti ravimite sihtgeenid. Selle programmi elluviimisel saadud tulemuste praktiline rakendamine lükkub aga edasi, kuni enamate inimeste genoomid on lahti kodeeritud ja selgub, mille poolest need erinevad.

Nimetatakse geene, mis kodeerivad valgu primaarset struktuuri, ribosomaalset või ülekande-RNA-d struktuurne ja geenid, mis aktiveerivad või pärsivad struktuurigeenide teabe lugemist - regulatiivsed. Kuid isegi struktuursed geenid sisaldavad reguleerivaid piirkondi.

Organismide pärilik teave krüpteeritakse DNA-s teatud nukleotiidide kombinatsioonide ja nende järjestuse kujul - geneetiline kood. Selle omadused on: kolmik, spetsiifilisus, universaalsus, liiasus ja mittekattuvus. Lisaks puuduvad geneetilises koodis kirjavahemärgid.

Iga aminohapet kodeerib DNA kolm nukleotiidi. kolmik näiteks metioniini kodeerib TAC-triplet, see tähendab tripleti kood. Teisest küljest kodeerib iga kolmik ainult ühte aminohapet, mis on selle spetsiifilisus või ühemõttelisus. Geneetiline kood on universaalne kõigi elusorganismide jaoks, see tähendab, et pärilikku teavet inimese valkude kohta saavad lugeda bakterid ja vastupidi. See annab tunnistust orgaanilise maailma päritolu ühtsusest. Kolme nukleotiidi 64 kombinatsioonile vastavad aga vaid 20 aminohapet, mille tulemusena saavad ühte aminohapet kodeerida 2-6 tripletti ehk geneetiline kood on üleliigne ehk degenereerunud. Kolmel kolmikul pole vastavaid aminohappeid, neid nimetatakse stoppkoodonid, kuna need tähistavad polüpeptiidahela sünteesi lõppu.

Aluste järjestus DNA kolmikutes ja aminohapped, mida need kodeerivad

*Stoppkoodon, mis näitab polüpeptiidahela sünteesi lõppu.

Aminohapete nimetuste lühendid:

Ala - alaniin

Arg - arginiin

Asn - asparagiin

Asp - asparagiinhape

Val - valiin

Tema - histidiin

Gly - glütsiin

Gln – glutamiin

Glu - glutamiinhape

Ile - isoleutsiin

Leu - leutsiin

Liz - lüsiin

Meth - metioniin

Pro - proliin

Ser - seriin

Tyr - türosiin

Tre - treoniin

Kolm - trüptofaan

Fen - fenüülalaniin

cis - tsüsteiin

Kui hakkate geneetilist teavet lugema mitte tripleti esimesest nukleotiidist, vaid teisest, siis mitte ainult lugemisraam ei nihku - sel viisil sünteesitud valk on täiesti erinev mitte ainult nukleotiidjärjestuses, vaid ka struktuuris. ja omadused. Kolmikute vahel ei ole kirjavahemärke, seega pole lugemisraami nihutamisel takistusi, mis avab võimaluse mutatsioonide tekkimiseks ja säilimiseks.

Biosünteetiliste reaktsioonide maatriks olemus

Bakterirakud on võimelised dubleerima iga 20-30 minuti järel ja eukarüootsed rakud - iga päev ja veelgi sagedamini, mis nõuab DNA replikatsiooni suurt kiirust ja täpsust. Lisaks sisaldab iga rakk sadu ja tuhandeid koopiaid paljudest valkudest, eriti ensüümidest, seetõttu on nende paljundamiseks vastuvõetamatu nende tootmise "tükk" meetod. Progressiivsem viis on tembeldamine, mis võimaldab saada tootest arvukalt täpseid koopiaid ja ühtlasi vähendada selle maksumust. Tembeldamiseks on vaja maatriksit, millega tehakse jäljend.

Rakkudes on maatrikssünteesi põhimõte see, et uued valkude ja nukleiinhapete molekulid sünteesitakse vastavalt programmile, mis on sätestatud samade nukleiinhapete (DNA või RNA) olemasolevate molekulide struktuuris.

Valkude ja nukleiinhapete biosüntees

DNA replikatsioon. DNA on kaheahelaline biopolümeer, mille monomeerideks on nukleotiidid. Kui DNA biosüntees toimuks fotokopeerimise põhimõttel, tekiks paratamatult hulgaliselt päriliku teabe moonutusi ja vigu, mis lõppkokkuvõttes tooksid kaasa uute organismide hukkumise. Seetõttu on DNA dubleerimise protsess erinev, poolkonservatiivsel viisil: DNA molekul rullub lahti ja igal ahelal sünteesitakse komplementaarsuse põhimõttel uus ahel. DNA molekuli isepaljunemise protsessi, mis tagab päriliku informatsiooni täpse kopeerimise ja edasikandmise põlvest põlve, nimetatakse nn. replikatsioon(alates lat. replikatsioon- kordamine). Replikatsiooni tulemusena moodustub DNA algmolekulist kaks absoluutselt täpset koopiat, millest igaüks kannab ühte algmolekuli koopiat.

Replikatsiooniprotsess on tegelikult äärmiselt keeruline, kuna selles osalevad mitmed valgud. Mõned neist kerivad lahti DNA kaksikheeliksi, teised lõhuvad komplementaarsete ahelate nukleotiidide vahelisi vesiniksidemeid, teised (näiteks DNA polümeraasi ensüüm) valivad komplementaarsuse põhimõttel uued nukleotiidid jne. Kaks DNA molekuli tekkisid replikatsioon lahknevad jagunemisel kaheks.vastloodud tütarrakud.

Vead replikatsiooniprotsessis on äärmiselt haruldased, kuid kui need ilmnevad, kõrvaldavad need väga kiiresti nii DNA polümeraasid kui ka spetsiaalsed parandusensüümid, kuna iga nukleotiidjärjestuse viga võib põhjustada valgu struktuuri ja funktsioonide pöördumatuid muutusi. ja lõppkokkuvõttes kahjustab uue raku või isegi indiviidi elujõulisust.

valkude biosüntees. Nagu 19. sajandi silmapaistev filosoof F. Engels piltlikult ütles: "Elu on valgukehade eksisteerimise vorm." Valgumolekulide struktuuri ja omadused määrab nende esmane struktuur, st DNA-s kodeeritud aminohapete järjestus. Selle teabe reprodutseerimise täpsusest ei sõltu mitte ainult polüpeptiidi enda olemasolu, vaid ka raku kui terviku toimimine, seetõttu on valkude sünteesi protsessil suur tähtsus. See näib olevat kõige keerulisem sünteesiprotsess rakus, kuna siin osaleb kuni kolmsada erinevat ensüümi ja muud makromolekuli. Lisaks voolab see suurel kiirusel, mis nõuab veelgi suuremat täpsust.

Valkude biosünteesis on kaks peamist etappi: transkriptsioon ja translatsioon.

Transkriptsioon(alates lat. transkriptsioon- ümberkirjutamine) on mRNA molekulide biosüntees DNA matriitsil.

Kuna DNA molekul sisaldab kahte antiparalleelset ahelat, siis mõlemast ahelast info lugemine tooks kaasa täiesti erinevate mRNA-de moodustumise, mistõttu on nende biosüntees võimalik ainult ühel ahelast, mida nimetatakse kodeerivaks ehk kodogeenseks, erinevalt teisest. mittekodeerivad või mittekodogeensed. Ümberkirjutamise protsessi tagab spetsiaalne ensüüm RNA polümeraas, mis selekteerib RNA nukleotiide vastavalt komplementaarsuse põhimõttele. See protsess võib toimuda nii tuumas kui ka organellides, millel on oma DNA – mitokondrites ja plastiidides.

Transkriptsiooni käigus sünteesitud mRNA molekulid läbivad keerulise translatsiooni ettevalmistamise protsessi (mitokondriaalsed ja plastiidsed mRNA-d võivad jääda organellidesse, kus toimub valkude biosünteesi teine ​​etapp). MRNA küpsemise protsessis kinnituvad sellele kolm esimest nukleotiidi (AUG) ja adenüülnukleotiidide saba, mille pikkus määrab, mitu valgu koopiat saab antud molekulil sünteesida. Alles siis lahkuvad küpsed mRNA-d tuumast läbi tuumapooride.

Paralleelselt toimub tsütoplasmas aminohapete aktiveerimise protsess, mille käigus seondub aminohape vastava vaba tRNA-ga. Seda protsessi katalüüsib spetsiaalne ensüüm, see kulutab ATP-d.

Saade(alates lat. saade- ülekanne) on polüpeptiidahela biosüntees mRNA matriitsil, mille käigus geneetiline informatsioon tõlgitakse polüpeptiidahela aminohapete järjestusse.

Valgu sünteesi teine ​​etapp toimub kõige sagedamini tsütoplasmas, näiteks krobelisel endoplasmaatilisel retikulumil. Selle esinemine eeldab ribosoomide olemasolu, tRNA aktiveerimist, mille käigus need kinnituvad vastavad aminohapped, Mg2+ ioonide olemasolu, aga ka optimaalseid keskkonnatingimusi (temperatuur, pH, rõhk jne).

Saate alustamiseks algatus) sünteesiks valmis mRNA molekuli külge kinnitub väike ribosoomi subühik ja seejärel komplementaarsuse põhimõtte kohaselt selekteeritakse esimesse koodonisse (AUG) aminohapet metioniini kandev tRNA. Alles siis liitub ribosoomi suur subühik. Kokkupandud ribosoomi sees on kaks mRNA koodonit, millest esimene on juba hõivatud. Sellega külgneva koodoni külge kinnitub teine, samuti aminohapet kandev tRNA, misjärel tekib ensüümide abil aminohappejääkide vahel peptiidside. Ribosoom liigutab ühte mRNA koodonit; esimene aminohappest vabastatud tRNA-st naaseb tsütoplasmasse järgmise aminohappe saamiseks ja tulevase polüpeptiidahela fragment ripub justkui ülejäänud tRNA küljes. Järgmine tRNA liitub uue koodoniga, mis on ribosoomi sees, protsess kordub ja samm-sammult polüpeptiidahel pikeneb, s.t. pikenemine.

Valgu sünteesi lõpp lõpetamine) tekib niipea, kui mRNA molekulis, mis ei kodeeri aminohapet (stoppkoodon), kohtab spetsiifilist nukleotiidjärjestust. Pärast seda eraldatakse ribosoom, mRNA ja polüpeptiidahel ning äsja sünteesitud valk omandab sobiva struktuuri ja transporditakse raku sellesse ossa, kus see hakkab oma funktsioone täitma.

Translatsioon on väga energiamahukas protsess, kuna ühe ATP molekuli energia kulub ühe aminohappe kinnitamiseks tRNA-le ja veel mitut kasutatakse ribosoomi liigutamiseks mööda mRNA molekuli.

Teatud valgumolekulide sünteesi kiirendamiseks saab mRNA molekuli külge järjestikku kinnitada mitu ribosoomi, mis moodustavad ühtse struktuuri - polüsoom.

Rakk on elusolendite geneetiline üksus. Kromosoomid, nende ehitus (kuju ja suurus) ja funktsioonid. Kromosoomide arv ja nende liigiline püsivus. Somaatilised ja sugurakud. Raku elutsükkel: interfaas ja mitoos. Mitoos on somaatiliste rakkude jagunemine. Meioos. Mitoosi ja meioosi faasid. Sugurakkude areng taimedes ja loomades. Rakkude jagunemine on organismide kasvu, arengu ja paljunemise aluseks. Meioosi ja mitoosi roll

Rakk on elu geneetiline üksus

Vaatamata sellele, et nukleiinhapped on geneetilise teabe kandjad, on selle teabe realiseerimine väljaspool rakku võimatu, mida on lihtne tõestada viiruste näitel. Need organismid, mis sisaldavad sageli ainult DNA-d või RNA-d, ei saa iseseisvalt paljuneda, selleks peavad nad kasutama raku pärilikku aparaati. Nad ei suuda isegi rakku tungida ilma raku enda abita, välja arvatud membraanitranspordi mehhanisme kasutades või rakukahjustuse tõttu. Enamik viirusi on ebastabiilsed, nad surevad pärast mõnetunnist vabas õhus viibimist. Seetõttu on rakk elusate geneetiline üksus, millel on minimaalne komponentide komplekt päriliku teabe säilitamiseks, muutmiseks ja juurutamiseks, samuti selle edastamiseks järglastele.

Suurem osa eukarüootse raku geneetilisest informatsioonist asub tuumas. Selle organisatsiooni tunnuseks on see, et erinevalt prokarüootse raku DNA-st ei ole eukarüootsed DNA molekulid suletud ja moodustavad valkudega kompleksseid komplekse - kromosoome.

Kromosoomid, nende ehitus (kuju ja suurus) ja funktsioonid

Kromosoom(kreeka keelest. kroomitud- värv, värv ja säga- keha) on raku tuuma struktuur, mis sisaldab geene ja kannab teatud pärilikku teavet organismi tunnuste ja omaduste kohta.

Mõnikord nimetatakse prokarüootide ring-DNA molekule ka kromosoomideks. Kromosoomid on võimelised ise paljunema, neil on struktuurne ja funktsionaalne individuaalsus ning nad säilitavad selle mitme põlvkonna jooksul. Iga rakk kannab endas kogu keha pärilikku teavet, kuid ainult väike osa sellest töötab.

Kromosoomi aluseks on kaheahelaline DNA molekul, mis on täis valke. Eukarüootides interakteeruvad histooni ja mittehistooni valgud DNA-ga, samas kui prokarüootides histooni valgud puuduvad.

Kromosoomid on kõige paremini nähtavad valgusmikroskoobi all rakkude jagunemise ajal, kui need muutuvad tihendamise tulemusena vardakujulisteks kehadeks, mis on eraldatud esmase kitsendusega - tsentromeer — õlgadel. Kromosoomil võib olla ka sekundaarne kitsendus, mis teatud juhtudel eraldab nn satelliit. Kromosoomide otsad on nn telomeerid. Telomeerid takistavad kromosoomide otste kokkukleepumist ja tagavad nende kinnitumise tuumamembraanile mittejagunevas rakus. Jagunemise alguses on kromosoomid kahekordistunud ja koosnevad kahest tütarkromosoomist - kromatiidid kinnitatud tsentromeerile.

Kuju järgi eristatakse võrdse käega, ebavõrdse käega ja vardakujulisi kromosoome. Kromosoomide suurused on märkimisväärselt erinevad, kuid keskmise kromosoomi suurus on 5 $ × $ 1,4 µm.

Mõnel juhul sisaldavad kromosoomid paljude DNA dubleerimise tulemusena sadu ja tuhandeid kromatiide: selliseid hiiglaslikke kromosoome nimetatakse nn. polüetüleen. Neid leidub Drosophila vastsete süljenäärmetes, aga ka ümarusside seedenäärmetes.

Kromosoomide arv ja nende liigiline püsivus. Somaatilised ja sugurakud

Rakkude teooria järgi on rakk organismi struktuuri, elu ja arengu üksus. Seega tagatakse elusolendite sellised olulised funktsioonid nagu organismi kasv, paljunemine ja areng raku tase. Mitmerakuliste organismide rakud võib jagada somaatilisteks ja sugurakkudeks.

somaatilised rakud on kõik keharakud, mis tekivad mitootilise jagunemise tulemusena.

Kromosoomide uurimine võimaldas kindlaks teha, et iga bioloogilise liigi organismi somaatilisi rakke iseloomustab konstantne kromosoomide arv. Näiteks inimesel on neid 46. Somaatiliste rakkude kromosoomide komplekti nimetatakse diploidne(2n) või topelt.

sugurakud, või sugurakud, on spetsiaalsed rakud, mis teenivad seksuaalset paljunemist.

Sugurakud sisaldavad alati poole vähem kromosoome kui somaatilistes rakkudes (inimesel - 23), seega nimetatakse sugurakkude kromosoomide komplekti nn. haploidne(n) või üksik. Selle teket seostatakse meiootiliste rakkude jagunemisega.

Somaatiliste rakkude DNA kogus on tähistatud kui 2c ja sugurakkude DNA kogus on 1c. Somaatiliste rakkude geneetiline valem on kirjutatud kui 2n2c ja sugu - 1n1c.

Mõnede somaatiliste rakkude tuumades võib kromosoomide arv erineda nende arvust somaatilistes rakkudes. Kui see erinevus on ühe, kahe, kolme jne haploidsete hulga võrra suurem, siis nimetatakse selliseid rakke polüploidne(vastavalt tri-, tetra-, pentaploidne). Sellistes rakkudes on ainevahetusprotsessid tavaliselt väga intensiivsed.

Kromosoomide arv iseenesest ei ole liigispetsiifiline tunnus, kuna erinevatel organismidel võib olla sama arv kromosoome, samas kui lähedastel organismidel võib olla erinev arv. Näiteks malaariaplasmoodiumil ja hobuste ümarussil on kaks kromosoomi, inimestel ja šimpansil vastavalt 46 ja 48.

Inimese kromosoomid jagunevad kahte rühma: autosoomid ja sugukromosoomid (heterokromosoomid). Autosoom inimese somaatilistes rakkudes on 22 paari, need on meestel ja naistel ühesugused ning sugukromosoomid ainult üks paar, kuid tema määrab isendi soo. Sugukromosoome on kahte tüüpi - X ja Y. Naise keharakud kannavad kahte X-kromosoomi ja meestel X- ja Y-kromosoomi.

Karüotüüp- see on organismi kromosoomikomplekti märkide kogum (kromosoomide arv, kuju ja suurus).

Kariotüübi tingimuslik rekord sisaldab kokku kromosoomid, sugukromosoomid ja võimalikud kõrvalekalded kromosoomide komplektis. Näiteks normaalse mehe kariotüüp on kirjutatud 46,XY, normaalse naise karüotüüp aga 46,XX.

Raku elutsükkel: interfaas ja mitoos

Rakud ei teki iga kord uuesti, need tekivad ainult emarakkude jagunemise tulemusena. Tütarrakkudel kulub pärast eraldumist veidi aega, et moodustada organellid ja omandada sobiv struktuur, mis tagaks teatud funktsiooni täitmise. Seda ajaperioodi nimetatakse valmimine.

Nimetatakse ajavahemikku raku ilmumisest jagunemise tulemusena kuni selle jagunemiseni või surmani eluring rakud.

Eukarüootsetes rakkudes jaguneb elutsükkel kaheks põhifaasiks: interfaas ja mitoos.

Interfaas- see on ajavahemik elutsüklis, mille jooksul rakk ei jagune ja toimib normaalselt. Interfaas jaguneb kolmeks perioodiks: G 1 -, S- ja G 2 -periood.

G 1 -periood(presünteetiline, postmitootiline) on rakkude kasvu ja arengu periood, mille jooksul toimub aktiivne RNA, valkude ja muude ainete süntees, mis on vajalikud vastloodud raku täielikuks elutegevuseks. Selle perioodi lõpuks võib rakk hakata valmistuma DNA dubleerimiseks.

AT S-periood(sünteetiline) toimub DNA replikatsiooniprotsess. Ainus kromosoomi osa, mis ei replikatsiooni ei toimu, on tsentromeer, mistõttu tekkivad DNA molekulid ei lahkne täielikult, vaid jäävad sellesse kinni ning jagunemise alguses on kromosoom X-kujuline. Raku geneetiline valem pärast DNA dubleerimist on 2n4c. Ka S-perioodil toimub rakukeskuse tsentrioolide kahekordistumine.

G 2 -periood(postsünteetiline, premitootiline) iseloomustab raku jagunemise protsessiks vajalik RNA, valkude ja ATP intensiivne süntees, samuti tsentrioolide, mitokondrite ja plastiidide eraldamine. Kuni interfaasi lõpuni jäävad kromatiin ja nukleool selgelt eristatavaks, tuumamembraani terviklikkus ei ole häiritud ja organellid ei muutu.

Mõned keharakud on võimelised oma funktsioone täitma kogu keha eluea jooksul (meie aju neuronid, südame lihasrakud), teised eksisteerivad lühikest aega, misjärel surevad (sooleepiteeli rakud). , naha epidermise rakud). Järelikult peavad organismis pidevalt toimuma rakkude jagunemisprotsessid ja uute rakkude teke, mis surnud asendaksid. Jagunemisvõimelisi rakke nimetatakse varre. Inimkehas leidub neid punases luuüdis, naha epidermise sügavates kihtides ja mujal. Neid rakke kasutades saate kasvatada uue organi, saavutada noorenduse ja ka keha kloonida. Tüvirakkude kasutamise väljavaated on üsna selged, kuid selle probleemi moraalsed ja eetilised aspektid on endiselt arutlusel, kuna enamasti kasutatakse abordi käigus hukkunud inimloodetelt saadud embrüonaalseid tüvirakke.

Interfaasi kestus taime- ja loomarakkudes on keskmiselt 10-20 tundi, mitoos aga umbes 1-2 tundi.

Mitmerakuliste organismide järjestikuste jagunemiste käigus muutuvad tütarrakud üha mitmekesisemaks, kuna loevad infot järjest suuremalt arvult geenidelt.

Mõned rakud lõpetavad lõpuks jagunemise ja surevad, mis võib olla tingitud teatud funktsioonide täitumisest, nagu naha epidermise rakkude ja vererakkude puhul, või nende rakkude kahjustamisest keskkonnategurite, eelkõige patogeenide poolt. Geneetiliselt programmeeritud rakusurma nimetatakse apoptoos samas kui juhuslik surm on nekroos.

Mitoos on somaatiliste rakkude jagunemine. Mitoosi faasid

Mitoos- somaatiliste rakkude kaudse jagunemise meetod.

Mitoosi käigus läbib rakk järjestikuste faaside jada, mille tulemusena saab iga tütarrakk samasuguse kromosoomikomplekti, mis emarakus.

Mitoos jaguneb neljaks põhifaasiks: profaas, metafaas, anafaas ja telofaas. Profaas- mitoosi pikim staadium, mille käigus toimub kromatiini kondenseerumine, mille tulemusena tulevad nähtavale kahest kromatiidist (tütarkromosoomidest) koosnevad X-kujulised kromosoomid. Sel juhul tuum kaob, tsentrioolid lahknevad raku pooluste suunas ja hakkab moodustuma mikrotuubulite akromatiini spindel (spindel). Profaasi lõpus laguneb tuumamembraan eraldi vesiikuliteks.

AT metafaas kromosoomid joonduvad piki raku ekvaatorit oma tsentromeeridega, mille külge kinnituvad täielikult moodustunud jagunemisspindli mikrotuubulid. Selles jagunemise etapis on kromosoomid kõige tihedamad ja omavad iseloomulik kuju, mis võimaldab uurida karüotüüpi.

AT anafaasis tsentromeerides toimub kiire DNA replikatsioon, mille tulemusena kromosoomid lõhenevad ja kromatiidid lahknevad mikrotuubulitega venitatuna raku pooluste suunas. Kromatiidide jaotus peab olema absoluutselt võrdne, kuna just see protsess säilitab kromosoomide arvu püsivuse keharakkudes.

Laval telofaas tütarkromosoomid kogunevad poolustele, despiraliseeruvad, nende ümber moodustuvad vesiikulitest tuumaümbrised ja äsja moodustunud tuumadesse tekivad tuumakesed.

Pärast tuuma jagunemist toimub tsütoplasma jagunemine - tsütokinees, mille käigus toimub emaraku kõigi organellide enam-vähem ühtlane jaotus.

Seega ühest emarakust moodustub mitoosi tulemusena kaks tütarrakku, millest igaüks on emaraku geneetiline koopia (2n2c).

Haigetes, kahjustatud, vananevates rakkudes ja keha spetsialiseeritud kudedes võib toimuda veidi erinev jagunemisprotsess – amitoos. Amitoos nimetatakse eukarüootsete rakkude otseseks jagunemiseks, kus geneetiliselt ekvivalentsete rakkude moodustumist ei toimu, kuna rakukomponendid jaotuvad ebaühtlaselt. See esineb taimedes endospermis ja loomadel maksas, kõhres ja silma sarvkestas.

Meioos. Meioosi faasid

Meioos- see on primaarsete sugurakkude (2n2c) kaudse jagunemise meetod, mille tulemusena moodustuvad haploidsed rakud (1n1c), kõige sagedamini sugurakud.

Erinevalt mitoosist koosneb meioos kahest järjestikusest raku jagunemisest, millest igaühele eelneb interfaas. Meioosi esimest jagunemist (meioosi I) nimetatakse vähendamine, kuna sel juhul väheneb kromosoomide arv poole võrra ja teine ​​jagunemine (meioos II) - võrrand, kuna selle käigus säilib kromosoomide arv.

I interfaas kulgeb sarnaselt mitoosi interfaasiga. Meioos I jaguneb neljaks faasiks: profaas I, metafaas I, anafaas I ja telofaas I. profaas I Toimub kaks peamist protsessi: konjugatsioon ja üleminek. Konjugatsioon- see on homoloogsete (paaritud) kromosoomide liitmise protsess kogu pikkuses. Konjugatsiooni käigus tekkinud kromosoomipaarid säilivad kuni metafaasi I lõpuni.

Üleminek- homoloogsete kromosoomide homoloogsete piirkondade vastastikune vahetus. Ületamise tulemusena omandavad mõlemalt vanemalt organismi saadud kromosoomid uued geenikombinatsioonid, mis toob kaasa geneetiliselt mitmekesiste järglaste ilmumise. Profaasi I lõpus, nagu ka mitoosi profaasis, kaob tuum, tsentrioolid lahknevad raku pooluste suunas ja tuumaümbris laguneb.

AT metafaas I kromosoomipaarid reastuvad piki raku ekvaatorit, nende tsentromeeride külge on kinnitatud lõhustumisspindli mikrotuubulid.

AT anafaas I kahest kromatiidist koosnevad terved homoloogsed kromosoomid lahknevad poolustele.

AT telofaas I kromosoomiklastrite ümber raku poolustes tekivad tuumamembraanid, moodustuvad tuumakesed.

Tsütokinees I tagab tütarrakkude tsütoplasmade jagunemise.

Meioosi I (1n2c) tulemusena tekkinud tütarrakud on geneetiliselt heterogeensed, kuna nende kromosoomid, mis on juhuslikult jaotatud raku poolustele, sisaldavad ebavõrdseid geene.

Mitoosi ja meioosi võrdlevad omadused

II faas väga lühike, kuna selles DNA kahekordistumist ei toimu, st S-perioodi pole.

Meioos II jagatud ka nelja faasi: II faas, II metafaas, II anafaas ja II telofaas. AT profaas II toimuvad samad protsessid, mis I profaasis, välja arvatud konjugatsioon ja üleminek.

AT metafaas II Kromosoomid asuvad piki raku ekvaatorit.

AT anafaas II Kromosoomid lõhenevad tsentromeeril ja kromatiidid venivad pooluste suunas.

AT telofaas II Tütarkromosoomide klastrite ümber moodustuvad tuumamembraanid ja nukleoolid.

Pärast tsütokinees II kõigi nelja tütarraku geneetiline valem on 1n1c, kuid neil kõigil on erinev geenide komplekt, mis tuleneb ema- ja isakromosoomide ristumisest ja juhuslikust kombinatsioonist tütarrakkudes.

Sugurakkude areng taimedes ja loomades

Gametogenees(kreeka keelest. sugurakud- naine, sugurakud- abikaasa ja genees- päritolu, esinemine) on küpsete sugurakkude moodustumise protsess.

Kuna sugulisel paljunemisel on enamasti vaja kahte isendit - emast ja isast, kes toodavad erinevaid sugurakke - munarakke ja seemnerakke, siis peaksid nende sugurakkude moodustumise protsessid olema erinevad.

Protsessi iseloom sõltub suurel määral ka sellest, kas see toimub taime- või loomarakus, kuna taimedes toimub sugurakkude moodustumisel ainult mitoos, loomadel aga nii mitoos kui ka meioos.

Sugurakkude areng taimedes. Kaasseemnetaimedel toimub isas- ja emassugurakkude moodustumine õie erinevates osades - vastavalt tolmukates ja seemnetes.

Enne meeste sugurakkude moodustumist - mikrogametogenees(kreeka keelest. mikros- väike) - toimub mikrosporogenees, see tähendab tolmukate tolmukatesse mikroeoste teket. Seda protsessi seostatakse emaraku meiootilise jagunemisega, mille tulemuseks on neli haploidset mikrospoori. Mikrogametogenees on seotud mikrospooride mitootilise jagunemisega, mis annab kahest rakust koosneva isase gametofüüdi - suure vegetatiivne(sifonogeenne) ja madal generatiivne. Isasgametofüüt on pärast jagunemist kaetud tihedate kestadega ja moodustab õietolmutera. Mõnel juhul jaguneb generatiivne rakk mitootiliselt isegi õietolmu küpsemise protsessis ja mõnikord alles pärast emaka häbimärgisesse üleminekut, moodustades kaks liikumatut mehe sugurakku - sperma. Pärast tolmeldamist moodustub vegetatiivsest rakust õietolmutoru, mille kaudu tungivad spermatosoidid viljastamiseks pesa munasarja.

Naiste sugurakkude arengut taimedes nimetatakse megagametogenees(kreeka keelest. mega- suur). See esineb pesa munasarjas, millele eelneb megasporogenees, mille tulemusena moodustub tuumas paikneva megaspoori emarakust meiootilise jagunemise teel neli megaspoori. Üks megaspoor jaguneb mitootiliselt kolm korda, mille tulemusena moodustub emane gametofüüt, kaheksa tuumaga embrüokott. Tütarrakkude tsütoplasmade järgneval isoleerimisel saab ühest saadud rakkudest munarakk, mille külgedel asuvad nn sünergiidid, embrüokoti vastasotsas ja keskel moodustuvad kolm antipoodi. , kahe haploidse tuuma ühinemise tulemusena moodustub diploidne keskrakk.

Sugurakkude areng loomadel. Loomadel eristatakse kahte sugurakkude moodustumise protsessi - spermatogeneesi ja oogeneesi.

spermatogenees(kreeka keelest. sperma, spermatosoidid- seeme ja genees- päritolu, esinemine) on küpsete meessoost sugurakkude - spermatosoidide moodustumise protsess. Inimestel esineb see munandites ehk munandites ning jaguneb neljaks perioodiks: paljunemine, kasv, küpsemine ja moodustumine.

AT paaritumis hooaegürgsed sugurakud jagunevad mitootiliselt, mille tulemusena moodustuvad diploidid spermatogoonia. AT kasvuperiood spermatogooniad koguvad toitaineid tsütoplasmasse, suurenevad ja muutuvad primaarsed spermatotsüüdid, või I järgu spermatotsüüdid. Alles pärast seda sisenevad nad meioosi ( valmimisperiood), mille tulemuseks on esmalt kaks sekundaarne spermatotsüüt, või 2. järku spermatotsüüdid ja seejärel - neli haploidset rakku, millel on üsna palju tsütoplasma - spermatiidid. AT kujunemisperiood nad kaotavad peaaegu kogu tsütoplasma ja moodustavad lipu, mis muutub spermatosoidideks.

spermatosoidid, või kummikommid, - väga väikesed liikuvad meessugurakud pea, kaela ja sabaga.

AT pea, välja arvatud südamik, on akrosoom- modifitseeritud Golgi kompleks, mis tagab munaraku membraanide lahustumise viljastamise ajal. AT kaela seal on rakukeskuse tsentrioolid ja alus hobusesaba moodustavad mikrotuubulid, mis toetavad otseselt spermatosoidide liikumist. See sisaldab ka mitokondreid, mis varustavad sperma liikumiseks ATP-energiaga.

Ovogenees(kreeka keelest. ÜRO- muna ja genees- päritolu, esinemine) on küpsete naiste sugurakkude - munarakkude - moodustumise protsess. Inimestel esineb see munasarjades ja koosneb kolmest perioodist: paljunemine, kasv ja küpsemine. Spermatogeneesiga sarnased paljunemis- ja kasvuperioodid esinevad isegi emakasisese arengu ajal. Samal ajal moodustuvad mitoosi tulemusena esmastest sugurakkudest diploidsed rakud. oogonia, mis seejärel muutuvad diploidseks primaarseks munarakud, või 1. järku munarakud. aastal esinev meioos ja sellele järgnev tsütokinees valmimisperiood, mida iseloomustab emaraku tsütoplasma ebaühtlane jagunemine, nii et selle tulemusel saadakse algul üks sekundaarne munarakk, või munarakk 2. järk, ja esimene polaarkeha, ja seejärel sekundaarsest munarakust - munarakk, mis säilitab kogu toitainete varu, ja teine ​​polaarkeha, samas kui esimene polaarkeha jaguneb kaheks. Polaarkehad võtavad ära liigse geneetilise materjali.

Inimestel toodetakse mune 28-29-päevase intervalliga. Munarakkude küpsemise ja vabanemisega seotud tsüklit nimetatakse menstruaaltsükliks.

Muna- suur naissoost sugurakk, mis ei kanna mitte ainult haploidset kromosoomikomplekti, vaid ka märkimisväärset toitainetega varustamist embrüo järgnevaks arenguks.

Imetajate muna on kaetud nelja membraaniga, mis vähendab erinevate tegurite mõjul selle kahjustamise tõenäosust. Muna läbimõõt inimestel ulatub 150–200 mikronini, jaanalinnul võib see olla mitu sentimeetrit.

Rakkude jagunemine on organismide kasvu, arengu ja paljunemise aluseks. Mitoosi ja meioosi roll

Kui ainuraksetes organismides viib rakkude jagunemine isendite arvu suurenemiseni, s.o paljunemiseni, siis hulkraksetes organismides võib sellel protsessil olla erinev tähendus. Seega on embrüo rakkude jagunemine, alustades sügoodist, bioloogiline alus omavahel seotud kasvu- ja arenguprotsessidele. Sarnaseid muutusi on näha ka inimestel noorukieas kui rakkude arv mitte ainult ei suurene, vaid ka kehas toimub kvalitatiivne muutus. Mitmerakuliste organismide paljunemine põhineb ka rakkude jagunemisel, näiteks mittesugulisel paljunemisel taastub selle protsessi tõttu kehaosast terve keha ning sugulisel paljunemisel tekivad sugurakud gametogeneesi käigus, andes järgnevalt uus organism. Tuleb märkida, et eukarüootsete rakkude jagunemise peamised meetodid - mitoos ja meioos - omavad organismide elutsüklites erinevat tähendust.

Mitoosi tagajärjel toimub päriliku materjali ühtlane jaotumine tütarrakkude vahel – ema täpsed koopiad. Ilma mitoosita oleks ühest rakust, sigootist, arenevate mitmerakuliste organismide olemasolu ja kasv võimatu, kuna kõik selliste organismide rakud peavad sisaldama sama geneetilist informatsiooni.

Jagunemise käigus muutuvad tütarrakud struktuurilt ja funktsioonidelt järjest mitmekesisemaks, mis on seotud rakkudevahelise interaktsiooni tõttu neis uute geenirühmade aktiveerumisega. Seega on mitoos organismi arenguks vajalik.

See rakkude jagunemise meetod on vajalik kahjustatud kudede, aga ka elundite mittesugulise paljunemise ja regenereerimise (taastamise) protsesside jaoks.

Meioos omakorda tagab karüotüübi püsivuse sugulisel paljunemisel, kuna vähendab poole võrra enne sugulist paljunemist kromosoomide komplekti, mis seejärel viljastamise tulemusena taastub. Lisaks põhjustab meioos vanemate geenide uute kombinatsioonide ilmnemist, mis on tingitud kromosoomide ristumisest ja juhuslikust kombinatsioonist tütarrakkudes. Tänu sellele on järglased geneetiliselt mitmekesised, mis annab materjali looduslikuks valikuks ja on evolutsiooni materiaalseks aluseks. Kromosoomide arvu, kuju ja suuruse muutumine võib ühelt poolt kaasa tuua erinevate kõrvalekallete ilmnemise organismi arengus ja isegi selle surma, teisest küljest aga indiviidide ilmumiseni. keskkonnaga paremini kohanenud.

Seega on rakk organismide kasvu, arengu ja paljunemise üksus.

Kõige väärtuslikum asi, mis inimesel on, on tema enda elu ja tema lähedaste elud. Kõige väärtuslikum asi Maal on elu üldiselt. Ja elu alus, kõigi elusorganismide alus on rakud. Võime öelda, et elul Maal on rakuline struktuur. Sellepärast on nii oluline teada kuidas rakud on paigutatud. Rakkude ehitust uurib tsütoloogia – rakkude teadus. Kuid rakkude mõiste on vajalik kõigi bioloogiliste distsipliinide jaoks.

Mis on rakk?

Mõiste määratlus

Kamber - see on kõigi elusolendite struktuurne, funktsionaalne ja geneetiline üksus, mis sisaldab pärilikku teavet, mis koosneb membraanimembraanist, tsütoplasmast ja organellidest, mis on võimelised säilitama, vahetama, paljunema ja arenema. © Sazonov V.F., 2015. © kineziolog.bodhy.ru, 2015..

See lahtri määratlus, kuigi lühike, on üsna täielik. See peegeldab raku universaalsuse 3 aspekti: 1) struktuurne, s.o. struktuuriüksusena, 2) funktsionaalne, s.o. tegevusühikuna 3) geneetiline, s.o. pärilikkuse ja põlvkondade vahetuse ühikuna. Oluline omadus rakk on päriliku teabe olemasolu selles nukleiinhappe - DNA kujul. Määratlus peegeldab ka raku struktuuri kõige olulisemat tunnust: rakku ja selle keskkonda piiritleva välismembraani (plasmolemma) olemasolu. JA, lõpuks 4 kõige olulisemat elumärki: 1) homöostaasi säilitamine, s.o. sisekeskkonna püsivus selle pideva uuenemise tingimustes, 2) aine, energia ja informatsiooni vahetus väliskeskkonnaga, 3) taastootmisvõime, s.o. enesepaljunemisele, paljunemisele, 4) arenemisvõimele, s.o. kasvule, eristumisele ja kujundamisele.

Lühem, kuid mittetäielik määratlus: Kamber on elu elementaarne (väikseim ja lihtsam) üksus.

Lahtri täpsem määratlus:

Kamber - see on korrastatud, struktureeritud biopolümeeride süsteem, mis on piiratud aktiivse membraaniga, mis moodustab tsütoplasma, tuuma ja organellid. See biopolümeerne süsteem osaleb ühtses metaboolsetes, energia- ja infoprotsessides, mis säilitavad ja taastoodavad kogu süsteemi tervikuna.

Tekstiil - See on struktuurilt, funktsioonilt ja päritolult sarnaste rakkude kogum, mis täidavad ühiselt ühiseid funktsioone. Inimestel on nelja peamise kudede rühma (epiteel-, side-, lihas- ja närvikude) osana ligikaudu 200 erinevat tüüpi spetsialiseeritud rakke [Faler DM, Shields D. Molecular cell biology: A Guide for doctors. / Per. inglise keelest. - M.: BINOM-Press, 2004. - 272 lk].

Kuded omakorda moodustavad elundeid ja elundid organsüsteeme.

Elusorganism saab alguse rakust. Väljaspool rakku elu pole, väljaspool rakku on võimalik vaid elumolekulide ajutine olemasolu, näiteks viiruste kujul. Kuid aktiivseks eksisteerimiseks ja paljunemiseks vajavad isegi viirused rakke, isegi võõrad.

Raku struktuur

Alloleval joonisel on 6 bioloogilise objekti struktuuriskeemid. Analüüsige, milliseid neist võib pidada rakkudeks ja milliseid mitte, kasutades kahte mõistet "rakk" määratledes. Esitage oma vastus tabeli kujul:

Raku struktuur elektronmikroskoobi all

Membraan

Raku kõige olulisem universaalne struktuur on rakumembraan (sünonüüm: plasmamembraan), katab raku õhukese kilena. Membraan reguleerib raku ja selle keskkonna vahelist suhet, nimelt: 1) eraldab osaliselt raku sisu väliskeskkonnast, 2) seob raku sisu väliskeskkonnaga.

Tuum

Teine kõige olulisem ja universaalne rakustruktuur on tuum. Erinevalt rakumembraanist ei leidu seda kõigis rakkudes, mistõttu asetame selle teisele kohale. Tuum sisaldab kromosoome, mis sisaldavad kahekordseid DNA ahelaid (desoksüribonukleiinhapet). DNA sektsioonid on mallid sõnumitooja RNA ehitamiseks, mis omakorda toimivad mallidena kõigi rakuvalkude ehitamiseks tsütoplasmas. Seega sisaldab tuum justkui kõigi rakuvalkude struktuuri "jooniseid".

Tsütoplasma

See on raku poolvedel sisekeskkond, mis on rakusiseste membraanidega jagatud sektsioonideks. Tavaliselt on sellel teatud kuju säilitamiseks tsütoskelett ja see on pidevas liikumises. Tsütoplasma sisaldab organelle ja inklusioone.

Kolmandale kohale võite panna kõik muud rakustruktuurid, millel võib olla oma membraan ja mida nimetatakse organellideks.

Organellid on püsivad, tingimata esinevad rakustruktuurid, mis täidavad teatud funktsioone ja millel on teatud struktuur. Struktuuri järgi võib organellid jagada kahte rühma: membraansed, mis sisaldavad tingimata membraane, ja mittemembraansed. Membraanorganellid võivad omakorda olla ühemembraanilised - kui need on moodustatud ühest membraanist ja kahest membraanist - kui organoidide kest on kahekordne ja koosneb kahest membraanist.

Kaasamised

Inklusioonid on mittepüsivad rakustruktuurid, mis tekivad selles ja kaovad ainevahetuse käigus. Inklusioone on 4 tüüpi: troofiline (koos toitainetega), sekretoorne (sisaldab saladust), ekskretoorne (sisaldab aineid "vabastamiseks") ja pigment (sisaldab pigmente - värvaineid).

Rakustruktuurid, sealhulgas organellid ( )

Kaasamised . Need ei ole organellid. Inklusioonid on mittepüsivad rakustruktuurid, mis tekivad selles ja kaovad ainevahetuse käigus. Inklusioone on 4 tüüpi: troofiline (koos toitainetega), sekretoorne (sisaldab saladust), ekskretoorne (sisaldab aineid "vabastamiseks") ja pigment (sisaldab pigmente - värvaineid).

1. (plasmolemma).
2. Tuum tuumaga .
3. Endoplasmaatiline retikulum : kare (granuleeritud) ja sile (agranulaarne).
4. Golgi kompleks (aparaat) .
5. Mitokondrid .
6. Ribosoomid .
7. Lüsosoomid . Lüsosoomid (gr. lysis - "lagunemine, lahustumine, lagunemine" ja soma - "keha") on vesiikulid läbimõõduga 200-400 mikronit.
8. Peroksisoomid . Peroksisoomid on 0,1-1,5 mikroni läbimõõduga mikrokehad (vesiikulid), mida ümbritseb membraan.
9. Proteasoomid . Proteasoomid on spetsiaalsed organellid valkude lagundamiseks.
10. fagosoomid .
11. Mikrokiud . Iga mikrofilament on globulaarsete aktiinivalgu molekulide topeltheeliks. Seetõttu ulatub aktiini sisaldus isegi mittelihasrakkudes 10% -ni kõigist valkudest.
12. Vahefilamendid . Need on tsütoskeleti osa. Need on paksemad kui mikrokiud ja neil on koespetsiifiline iseloom:
13. mikrotuubulid . Mikrotuubulid moodustavad rakus tiheda võrgu. Mikrotuubuli sein koosneb ühest kihist tubuliini valgu globulaarsetest subühikutest. Ristlõige näitab 13 sellist alaühikut, mis moodustavad rõnga.
14. Rakukeskus .
15. plastiidid .
16. Vacuoolid . Vakuoolid on ühemembraanilised organellid. Need on membraani "paagid", mullid, mis on täidetud orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete vesilahustega.
17. Cilia ja flagella (spetsiaalsed organellid) . Need koosnevad 2 osast: tsütoplasmas paiknevast basaalkehast ja aksoneemist – rakupinna kohal olevast väljakasvust, mis on väljast kaetud membraaniga. Need tagavad raku liikumise või söötme liikumise üle raku.

Bioloogia(kreeka sõnadest bios – elu, logos – õpetus) on teadus, mis uurib elusorganisme ja loodusnähtusi.

Bioloogia teemaks on Maal asustavate elusorganismide mitmekesisus.

metsloomade omadused. Kõigil elusorganismidel on mitmeid ühiseid jooni ja omadused, mis eristavad neid elutu looduse kehadest. Need on struktuurilised iseärasused, ainevahetus, liikumine, kasv, paljunemine, ärrituvus, eneseregulatsioon. Vaatleme elusaine iga loetletud omaduse juures.

Väga korrastatud struktuur. Elusorganismid koosnevad kemikaalidest, mille organiseerituse tase on kõrgem kui elututel ainetel. Kõigil organismidel on kindel struktuuriplaan – rakuline või mitterakuline (viirused).

Ainevahetus ja energia- see on hingamise, toitumise, eritumise protsesside kogum, mille kaudu organism saab väliskeskkonnast vajalikke aineid ja energiat, muundab ja akumuleerib need oma kehas ning eraldab keskkonda jääkaineid.

Ärrituvus on organismi reaktsioon keskkonnamuutustele, aidates tal muutuvates tingimustes kohaneda ja ellu jääda. Nõelaga torgates tõmbab inimene käe tagasi ja hüdra tõmbub palliks. Taimed pöörduvad valguse poole ja amööb eemaldub soolakristallist.

Kasv ja areng. Elusorganismid kasvavad, suurenevad, arenevad, muutuvad toitainete omastamise tõttu.

paljunemine- elusolendi võime ennast taastoota. Paljunemist seostatakse päriliku teabe edastamise nähtusega ja see on elavate inimeste kõige iseloomulikum tunnus. Iga organismi eluiga on piiratud, kuid paljunemise tulemusena on elusaine "surematu".

Liikumine. Organismid on võimelised enam-vähem aktiivseks liikumiseks. See on üks selgeid elumärke. Liikumine toimub nii keha sees kui ka raku tasandil.

Eneseregulatsioon. Elusolendite üks iseloomulikumaid omadusi on organismi sisekeskkonna püsivus muutuvates välistingimustes. Reguleeritakse kehatemperatuuri, rõhku, gaasidega küllastumist, ainete kontsentratsiooni jne Eneseregulatsiooni nähtus ei toimu mitte ainult kogu organismi, vaid ka raku tasandil. Lisaks on elusorganismide tegevuse tõttu iseregulatsioon omane ka biosfäärile tervikuna. Eneseregulatsiooni seostatakse selliste elavate omadustega nagu pärilikkus ja muutlikkus.

Pärilikkus- see on võime paljunemisprotsessis põlvest põlve üle kanda organismi tunnuseid ja omadusi.

Muutlikkus on organismi võime muuta oma omadusi keskkonnaga suhtlemisel.

Pärilikkuse ja muutlikkuse tulemusena kohanevad elusorganismid, kohanduvad välistingimustega, mis võimaldab ellu jääda ja järglasi jätta.

Enamikul elusorganismidel on rakuline struktuur. Rakk on elustiku struktuurne ja funktsionaalne üksus. Seda iseloomustavad kõik elusorganismide tunnused ja funktsioonid: ainevahetus ja energia, kasv, paljunemine, eneseregulatsioon. Rakud on erineva kuju, suuruse, funktsioonide ja ainevahetuse tüübi poolest (joonis 47).

Riis. 47. Rakkude mitmekesisus: 1 - roheline euglena; 2 - bakter; 3 - lehemassi taimerakk; 4 - epiteelirakk; 5 - närvirakk

Rakkude suurused varieeruvad vahemikus 3-10 kuni 100 µm (1 µm = 0,001 m). Vähem levinud on rakud, mis on väiksemad kui 1–3 µm. On ka hiiglaslikke rakke, mille suurus ulatub mitme sentimeetrini. Ka rakkude kuju on väga mitmekesine: sfäärilised, silindrilised, ovaalsed, spindlikujulised, tähtkujulised jne. Siiski on kõigil rakkudel palju ühist. Neil on sama keemiline koostis ja üldine ehitusplaan.

Keemiline koostis rakud. Kõigist teadaolevatest keemilistest elementidest leidub elusorganismides umbes 20 ja neist 4: hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik moodustavad kuni 95%. Neid elemente nimetatakse biogeenseteks elementideks. Elusorganisme moodustavatest anorgaanilistest ainetest on vesi kõige olulisem. Selle sisaldus rakus on vahemikus 60–98%. Lisaks veele sisaldab rakk ka mineraalaineid, peamiselt ioonide kujul. Need on raua, joodi, kloori, fosfori, kaltsiumi, naatriumi, kaaliumi jne ühendid.

Lisaks anorgaanilistele ainetele on rakus ka orgaanilisi aineid: valgud, lipiidid (rasvad), süsivesikud (suhkrud), nukleiinhapped (DNA, RNA). Need moodustavad suurema osa rakust. Olulisemad orgaanilised ained on nukleiinhapped ja valgud. Nukleiinhapped (DNA ja RNA) osalevad päriliku teabe edastamises, valkude sünteesis, kõigi raku eluprotsesside reguleerimises.

Oravad täidavad mitmeid funktsioone: ehitus-, reguleerimis-, transpordi-, kokkutõmbumis-, kaitse-, energeetika-. Kuid kõige olulisem on valkude ensümaatiline funktsioon.

Ensüümid- See bioloogilised katalüsaatorid, kiirendades ja reguleerides kõiki elusorganismides toimuvaid keemilisi reaktsioone. Ükski reaktsioon elusrakus ei kulge ilma ensüümide osaluseta.

Lipiidid ja süsivesikuid täidavad peamiselt ehitus- ja energiafunktsioone, on organismi varutoitained.

Niisiis, fosfolipiidid Koos valkudega ehitavad nad üles kõik raku membraanistruktuurid. Tselluloos on suure molekulmassiga süsivesik, mis moodustab taimede ja seente rakuseina.

Rasvad, tärklis ja glükogeen on reservtoitained rakule ja organismile tervikuna. Glükoos, fruktoos, sahharoos ja teised Sahara on osa taimede juurtest ja lehtedest, viljadest. Glükoos on inimeste ja paljude loomade vereplasma oluline komponent. Süsivesikute ja rasvade lagundamisel organismis vabaneb suur hulk energiat, mis on vajalik elutähtsateks protsessideks.

Rakkude struktuurid. Rakk koosneb välimisest rakumembraan, tsütoplasma koos organellide ja tuumadega (joonis 48).

Riis. 48. Looma (A) ja taime (B) raku struktuuri kombineeritud skeem: 1 - kest; 2 - välimine rakumembraan 3 - tuum; 4 - kromatiin; 5 - nucleolus; 6 - endoplasmaatiline retikulum (sile ja teraline); 7 - mitokondrid; 8 - kloroplastid; 9 - Golgi aparaat; 10 - lüsosoom; 11 - rakukeskus; 12 - ribosoomid; 13 - vakuool; 14 - tsütoplasma

välimine rakumembraan on üks membraan raku struktuur, mis piirab kõigi organismide rakkude elussisaldust. Omades selektiivset läbilaskvust, kaitseb see rakku, reguleerib ainete voolu ja vahetust väliskeskkonnaga ning säilitab raku teatud kuju. Taimeorganismide, seente rakkudel on lisaks välisküljel olevale membraanile ka kest. See elutu rakuline struktuur koosneb taimedes tselluloosist ja seentes kitiinist, annab rakule jõudu, kaitseb seda ning on taimede ja seente "skelett".

AT tsütoplasma, raku poolvedel sisu on kõik organellid.

Endoplasmaatiline retikulum tungib tsütoplasmasse, pakkudes sidet raku üksikute osade vahel ja ainete transporti. Seal on sile ja granuleeritud EPS. Granuleeritud ER sisaldab ribosoome.

Ribosoomid- Need on väikesed seenekujulised kehad, millel toimub rakus valgusüntees.

golgi aparaat tagab sünteesitud ainete pakkimise ja eemaldamise rakust. Lisaks moodustuvad selle struktuurid lüsosoomid. Need sfäärilised kehad sisaldavad ensüüme, mis lagundavad rakku sisenevaid toitaineid, võimaldades rakusisest seedimist.

Mitokondrid- Need on poolautonoomsed pikliku kujuga membraanstruktuurid. Nende arv rakkudes on erinev ja suureneb jagunemise tulemusena. Mitokondrid on raku jõujaamad. Hingamisprotsessis toimub neis ainete lõplik oksüdeerumine atmosfäärihapnikuga. Sel juhul salvestatakse vabanenud energia ATP molekulidesse, mille süntees toimub nendes struktuurides.

kloroplastid, poolautonoomsed membraanorganellid, mis on iseloomulikud ainult taimerakkudele. Kloroplastid on pigmendi klorofülli tõttu rohelist värvi, nad tagavad fotosünteesi protsessi.

Lisaks kloroplastidele on ka taimerakkudel vakuoolid täidetud rakumahlaga.

Rakukeskus osaleb rakkude jagunemise protsessis. See koosneb kahest tsentrioolist ja tsentrosfäärist. Jagunemisel moodustavad need lõhustumisspindli niidid ja tagavad kromosoomide ühtlase jaotumise rakus.

Tuum on raku aktiivsuse reguleerimise keskus. Tuum on tsütoplasmast eraldatud tuumamembraaniga, millel on poorid. Seest on täidetud karüoplasma, mis sisaldab DNA molekule, mis tagavad päriliku teabe edastamise. Siin toimub DNA, RNA, ribosoomide süntees. Sageli näete tuumas ühte või mitut tumedat ümarat moodustist - need on tuumad. Siin moodustuvad ja akumuleeruvad ribosoomid. Tuumas ei ole DNA molekulid nähtavad, kuna need on kromatiini õhukeste filamentide kujul. Enne jagunemist DNA spiraliseerub, pakseneb, moodustab valguga komplekse ja muutub selgelt nähtavateks struktuurideks – kromosoomideks (joon. 49). Tavaliselt on rakus olevad kromosoomid paaris, kuju, suuruse ja päriliku teabe poolest identsed. Paaritud kromosoome nimetatakse homoloogne. Nimetatakse topeltkromosoomide komplekti diploidne. Mõned rakud ja organismid sisaldavad ühte sidumata komplekti, mida nimetatakse haploidne.

Riis. 49. A - kromosoomi struktuur: 1 - tsentromeer; 2 – kromosoomi käed; 3 - DNA molekulid; 4 - sõsarkromatiidid B - kromosoomide tüübid: 1 - võrdsete õlgadega; 2 - mitmeõlaline; 3 - üks õlg

Iga organismitüübi kromosoomide arv on konstantne. Seega on inimese rakkudes 46 kromosoomi (23 paari), nisurakkudes 28 (14 paari) ja tuvirakkudes 80 (40 paari). Need organismid sisaldavad diploidset kromosoomide komplekti. Mõnedel organismidel, nagu vetikad, samblad, seened, on haploidne kromosoomide komplekt. Kõigi organismide sugurakud on haploidsed.

Lisaks loetletud rakkudele on teatud organellid - ripsmed ja flagella, pakkudes liikumist peamiselt üherakulistes organismides, kuid neid leidub ka osades hulkraksete organismide rakkudes. Näiteks lippe leidub rohelistes euglenas, klamüdomonastes ja mõnedes bakterites ning ripsmeid – loomade ripsepiteelirakkudes.

Ainevahetus ja energia rakus. Rakkude elutegevuse aluseks on ainevahetus ja energia muundamine. Rakus või organismis toimuvate keemiliste transformatsioonide kogumit, mis on omavahel seotud ja millega kaasneb energia muundumine, nimetatakse ainevahetus ja energia.

Orgaaniliste ainete sünteesi, millega kaasneb energia neeldumine, nimetatakse assimilatsioon või plastivahetus. Orgaaniliste ainete lagunemist, lõhenemist, millega kaasneb energia vabanemine, nimetatakse dissimilatsioon või energiavahetus.

Peamine energiaallikas Maal on Päike. Kloroplastide eristruktuuriga taimerakud püüavad kinni Päikese energia, muutes selle orgaaniliste ainete ja ATP molekulide keemiliste sidemete energiaks.

ATP(adenosiintrifosfaat) on orgaaniline aine, universaalne energiaakumulaator bioloogilised süsteemid. Päikeseenergia muundatakse selle aine keemiliste sidemete energiaks ja kulutatakse glükoosi, tärklise ja muude orgaaniliste ainete sünteesiks.

Atmosfääri hapnik, nii kummaline kui see ka ei tundu, on taimede eluprotsessi – fotosünteesi – kõrvalsaadus.

Päikeseenergia mõjul anorgaanilistest ainetest orgaaniliste ainete sünteesimise protsessi nimetatakse fotosüntees.

Üldistatud fotosünteesi võrrandit saab esitada järgmiselt:

6CO 2 + 6H 2 O - kerge> C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Taimedes tekivad orgaanilised ained esmase sünteesi käigus süsihappegaasist, veest ja mineraalsooladest. Loomad, seened, paljud bakterid kasutavad valmis orgaanilisi aineid (taimedest). Lisaks tekib fotosünteesi käigus hapnik, mis on vajalik elusorganismide hingamiseks.

Toitumise ja hingamise käigus orgaanilised ained lagunevad ja oksüdeeritakse hapniku toimel. Vabanenud energia vabaneb osaliselt soojuse kujul ja osaliselt salvestatakse uuesti sünteesitud ATP molekulidesse. See protsess toimub mitokondrites. Orgaaniliste ainete lagunemise lõpp-produktideks on vesi, süsihappegaas, ammoniaagiühendid, mida taaskasutatakse fotosünteesi protsessis. ATP-s salvestatud energia kulub igale organismile iseloomulike orgaaniliste ainete sekundaarseks sünteesiks, kasvuks, paljunemiseks.

Niisiis varustavad taimed kõiki organisme mitte ainult toitainetega, vaid ka hapnikuga. Lisaks muundavad nad Päikese energiat ja edastavad selle orgaanilise aine kaudu kõigile teistele organismirühmadele.

Ainevahetus kui organismide peamine omadus. Keha on keskkonnaga keerulises suhtes. Sellest saab ta toitu, vett, hapnikku, valgust, soojust. Luues nende ainete ja energia kaudu elusaine massi, ehitab ta üles oma keha. Seda keskkonda kasutades aga mõjutab organism oma elutegevuse tõttu seda samaaegselt, muudab seda. Järelikult on organismi ja keskkonna vaheliste suhete põhiprotsess ainete ja energia vahetus.

Ainevahetuse tüübid. Keskkonnateguritel on erinevate organismide jaoks erinev tähendus. Taimed vajavad kasvamiseks ja arenemiseks valgust, vett ja süsihappegaasi, mineraalaineid. Sellised tingimused on loomade ja seente jaoks ebapiisavad. Nad vajavad orgaanilisi toitaineid. Vastavalt toitumismeetodile, orgaaniliste ainete ja energia saamise allikale, jagunevad kõik organismid autotroofseteks ja heterotroofseteks.

Autotroofsed organismid sünteesida orgaanilisi aineid fotosünteesi käigus anorgaanilistest (süsinikdioksiid, vesi, mineraalsoolad), kasutades energiat päikesevalgus. Nende hulka kuuluvad kõik taimeorganismid, mis fotosünteesivad tsüanobaktereid. Kemosünteetilised bakterid on samuti võimelised autotroofseks toitumiseks, kasutades energiat, mis vabaneb anorgaaniliste ainete oksüdeerumisel: väävel, raud, lämmastik.

Autotroofse assimilatsiooni protsess toimub päikesevalguse energia või anorgaaniliste ainete oksüdatsiooni tõttu, samas kui orgaanilised ained sünteesitakse anorgaanilistest ainetest. Sõltuvalt anorgaanilise aine neeldumisest eristatakse süsiniku omastamist, lämmastiku omastamist, väävli ja teiste mineraalsete ainete omastamist. Autotroofne assimilatsioon on seotud fotosünteesi ja kemosünteesi protsessidega ning seda nimetatakse orgaanilise aine esmane süntees.

heterotroofsed organismid saavad autotroofidest valmis orgaanilisi aineid. Nende jaoks on energiaallikaks orgaanilistes ainetes salvestunud energia, mis vabaneb nende ainete lagunemise ja oksüdatsiooni keemiliste reaktsioonide käigus. Nende hulka kuuluvad loomad, seened ja paljud bakterid.

Heterotroofsel assimilatsioonil omastab organism orgaanilisi aineid valmis kujul ja muudab need oma orgaanilisteks aineteks tänu imendunud ainetes sisalduvale energiale. Heterotroofne assimilatsioon hõlmab toidu tarbimise, seedimise, assimilatsiooni ja uute orgaaniliste ainete sünteesi protsesse. Seda protsessi nimetatakse orgaaniliste ainete sekundaarne süntees.

Erinevad on ka dissimilatsiooniprotsessid organismides. Üks neist vajab elamiseks hapnikku. aeroobne organismid. Teised ei vaja hapnikku ja nende elulised protsessid saavad kulgeda hapnikuvabas keskkonnas – see on nii anaeroobne organismid.

Eristage välist ja sisemist hingamist. Gaasivahetust keha ja väliskeskkonna vahel, mis hõlmab hapniku imendumist ja süsihappegaasi vabanemist, samuti nende ainete transporti läbi keha üksikutesse organitesse, kudedesse ja rakkudesse nimetatakse nn. väline hingamine. Selles protsessis hapnikku ei kasutata, vaid ainult transporditakse.

sisemine, või rakuhingamine hõlmab biokeemilisi protsesse, mis viivad hapniku omastamiseni, energia vabanemiseni ning vee ja süsinikdioksiidi moodustumiseni. Need protsessid toimuvad eukarüootsete rakkude tsütoplasmas ja mitokondrites või prokarüootsete rakkude spetsiaalsetel membraanidel.

Hingamisprotsessi üldistatud võrrand:

C6H12O6 + 6O2 > 6CO2 + 6H2O.

2. Teine dissimilatsiooni vorm on anaeroobne, või hapnikuvaba, oksüdatsioon. Energia metabolismi protsessid kulgevad sel juhul vastavalt kääritamise tüübile. Käärimine- see on dissimilatsiooni vorm, mille käigus energiarikkad orgaanilised ained jagunevad energia vabanemisega vähem energiarikasteks, aga ka orgaanilisteks aineteks.

Olenevalt lõpptoodetest eristatakse kääritamise tüüpe: alkohol, piimhape, äädikhape jne. Alkohoolne käärimine toimub pärmseentes, osades bakterites ja esineb ka osades taimekudedes. Piimhappekäärimine toimub piimhappebakterites ning esineb ka hapnikuvaegusega inimeste ja loomade lihaskoes.

Metaboolsete reaktsioonide seos autotroofsetes ja heterotroofsetes organismides. Ainevahetusprotsesside kaudu on autotroofsed ja heterotroofsed organismid looduses omavahel seotud (joon. 50).

Riis. viiskümmend. Aine ja energia voog biosfääris

Olulisemad organismirühmad on autotroofid, kes on võimelised sünteesima anorgaanilistest orgaanilisi aineid. Enamik autotroofe on rohelised taimed, mis fotosünteesi käigus muudavad anorgaanilise süsinikdioksiidi keerukateks orgaanilisteks ühenditeks. Rohelised taimed eraldavad fotosünteesi käigus ka hapnikku, mis on vajalik elusolendite hingamiseks.

Heterotroofid assimileerivad ainult valmis orgaanilisi aineid, saades energiat nende lagunemisest. Autotroofsed ja heterotroofsed organismid on omavahel seotud ainevahetuse ja energia protsesside kaudu. Fotosüntees on praktiliselt ainus protsess, mis varustab organisme toitainete ja hapnikuga.

Vaatamata fotosünteesi suurele ulatusele kasutavad Maa rohelised taimed vaid 1% lehtedele langevast päikeseenergiast. Bioloogia üks olulisemaid ülesandeid on päikeseenergia kasutuskoefitsiendi suurendamine kultuurtaimede poolt, saagikate sortide loomine.

Viimastel aastatel on erilist tähelepanu pälvinud üherakuline vetikas Chlorella, mille kehas on kuni 6% klorofülli ja millel on märkimisväärne võime neelata kuni 20% päikeseenergiast. Kunstliku aretuse korral paljuneb klorella kiiresti ja selle rakus suureneb valgusisaldus. Seda valku kasutatakse paljudes toiduainetes lisaainetena. On kindlaks tehtud, et 1 ha veepinnalt saab päevas kuni 700 kg klorella kuivainet. Lisaks sünteesitakse klorellas suur hulk vitamiine.

Teine huvi klorella vastu on seotud kosmosereisidega. Klorella kunstlikes tingimustes võib anda kosmoselaevale fotosünteesi käigus eralduva hapniku.

Ärrituse mõiste. Mikroorganismid, taimed ja loomad reageerivad väga erinevatele keskkonnamõjudele: mehaanilistele mõjudele (torkimine, surve, löök jne), temperatuurimuutustele, valguskiirte intensiivsusele ja suunale, helile, elektrilistele ärritustele, kemikaalide muutustele. õhu, vee või pinnase koostis jne. See toob kaasa teatud kõikumised kehas stabiilse ja ebastabiilse oleku vahel. Elusorganismid on oma arengu ulatuses võimelised neid seisundeid analüüsima ja neile asjakohaselt reageerima. Kõigi organismide sarnaseid omadusi nimetatakse ärrituvuseks ja erutuvuseks.

Ärrituvus on organismi võime reageerida välistele või sisemistele mõjudele.

Ärrituvus tekkis elusorganismides kui seade, mis tagab parema ainevahetuse ja kaitse keskkonnatingimuste mõjude eest.

Erutuvus- see on elusorganismide võime tajuda stiimulite mõju ja reageerida neile erutusreaktsiooniga.

Keskkonna mõju mõjutab raku ja selle organellide, kudede, elundite ja keha kui terviku seisundit. Organism reageerib sellele vastavate reaktsioonidega.

Ärrituse kõige lihtsam ilming on liikumine. See on iseloomulik isegi kõige lihtsamatele organismidele. Seda saab jälgida mikroskoobi all amööbiga tehtud katses. Kui amööbi kõrvale asetada väikesed toidutükid või suhkrukristallid, hakkab see aktiivselt toitaine poole liikuma. Pseudopoodide abil ümbritseb amööb tüki, kaasates selle raku sisse. Seal tekib koheselt seedevakuool, milles seeditakse toitu.

Keha ehituse tüsistumisega muutuvad keerulisemaks nii ainevahetus kui ka ärrituvuse ilmingud. Üherakulistel organismidel ja taimedel puuduvad spetsiaalsed organid, mis tagaksid keskkonnast tulevate stiimulite tajumise ja edastamise. Mitmerakulistel loomadel on meeleelundid ja närvisüsteem, tänu millele nad tajuvad stiimuleid ning vastused neile saavutavad suure täpsuse ja otstarbekuse.

Üherakuliste organismide ärrituvus. Takso.

Ärrituse lihtsamaid vorme täheldatakse mikroorganismides (bakterid, üherakulised seened, vetikad, algloomad).

Amööbi näites jälgisime amööbi liikumist stiimuli (toidu) suunas. Sellist üherakuliste organismide motoorset reaktsiooni vastuseks väliskeskkonna ärritusele nimetatakse taksod. Takso põhjustab keemiline ärritus, mistõttu seda nimetatakse ka kemotaksist(joonis 51).

Riis. 51. Kemotaksis ripsloomadel

Taksod võivad olla positiivsed või negatiivsed. Asetage katseklaas ripslaste-kingade kultuuriga suletud pappkarpi, millel on üks auk, mis asub vastu katseklaasi keskosa, ja asetage see valguse kätte.

Mõne tunni pärast koonduvad kõik ripsloomad tuubi valgustatud ossa. See on positiivne fototaksis.

Taksod on iseloomulikud mitmerakulistele loomadele. Näiteks vere leukotsüüdid näitavad positiivset kemotaksist bakterite eritatavate ainete suhtes, kontsentreeritakse nende bakterite kogunemiskohtadesse, püütakse kinni ja seeditakse.

Mitmerakuliste taimede ärrituvus. Tropismid. Kuigi mitmerakulistel taimedel puuduvad meeleorganid ja närvisüsteem, avalduvad nendes sellegipoolest selgelt erinevad ärrituvuse vormid. Need seisnevad taime või selle organite (juur, vars, lehed) kasvusuuna muutmises. Selliseid ärrituvuse ilminguid mitmerakulistes taimedes nimetatakse tropismid.

Vars lehtedega näitus positiivne fototropism ja kasvada valguse ja juure poole - negatiivne fototropism(joonis 52). Taimed reageerivad Maa gravitatsiooniväljale. Pöörake tähelepanu mäe küljel kasvavatele puudele. Kuigi mullapind on kaldu, kasvavad puud vertikaalselt. Taimede reaktsiooni gravitatsioonile nimetatakse geotropism(Joonis 53). Idanevast seemnest tärkav juur on alati suunatud allapoole maapinna poole - positiivne geotropism. Seemnest arenevate lehtedega võrse on alati maapinnast ülespoole suunatud - negatiivne geotropism.

Tropismid on väga mitmekesised ja neil on taimede elus oluline roll. Neid hääldatakse kasvusuunas erinevatel roni- ja ronitaimedel, nagu viinamarjad, humal.

Riis. 52. Fototropism

Riis. 53. Geotropism: 1 - lillepott sirge kasvuga redise seemikutega; 2 - lillepott, asetatud külili ja hoitud pimedas, et kõrvaldada fototropism; 3 - lillepotis olevad seemikud, mis on painutatud gravitatsioonile vastupidises suunas (vartel on negatiivne geotropism)

Lisaks tropismidele täheldatakse taimedes ka muud tüüpi liikumisi - nastia. Need erinevad tropismidest selle poolest, et neil puudub spetsiifiline orientatsioon neid põhjustanud stiimulile. Näiteks kui puudutate mimoosi lehti, voldivad need kiiresti pikisuunas kokku ja kukuvad alla. Mõne aja pärast võtavad lehed uuesti oma eelmise asukoha (joonis 54).

Riis. 54. Nastia ja häbematu mimoos: 1 - heas seisukorras; 2 - kui ärritunud

Paljude taimede lilled reageerivad valgusele ja niiskusele. Näiteks tulbil avanevad õied valguse käes ja sulguvad pimedas. Võilillel õisik sulgub pilvise ilmaga ja avaneb selge ilmaga.

Mitmerakuliste loomade ärrituvus. Refleksid. Seoses närvisüsteemi, meeleelundite ja liikumisorganite arenguga mitmerakulistel loomadel muutuvad ärrituvuse vormid keerulisemaks ja sõltuvad nende organite tihedast koostoimest.

Lihtsamal kujul tekib selline ärritus juba sooleõõnes. Kui torkate nõelaga magevee hüdrat, tõmbub see palliks. Tundlik rakk tajub välist ärritust. Selles tekkinud erutus kandub edasi närvirakku. Närvirakk edastab ergastuse naha-lihasrakule, mis reageerib ärritusele kontraktsiooniga. Seda protsessi nimetatakse refleksiks (peegelduseks).

Refleks on keha reaktsioon stiimulile närvisüsteem.

Refleksi ideed väljendas Descartes. Hiljem töötati see välja I. M. Sechenovi, I. P. Pavlovi töödes.

Närvilise ergastuse teel kulgevat teed ärritust tajuvast organist reaktsiooni teostavasse organisse nimetatakse nn. refleksi kaar.

Närvisüsteemiga organismides on kahte tüüpi reflekse: tingimusteta (kaasasündinud) ja konditsioneeritud (omandatud). Tingimuslikud refleksid moodustuvad tingimusteta reflekside alusel.

Igasugune ärritus põhjustab rakkudes ainevahetuse muutusi, mis põhjustab erutuse ja reaktsiooni tekkimist.

Nimetatakse rakkude eluperioodi, mille jooksul toimuvad kõik ainevahetusprotsessid raku elutsükkel.

Rakutsükkel koosneb interfaasist ja jagunemisest.

Interfaas on periood kahe raku jagunemise vahel. Seda iseloomustavad aktiivsed ainevahetusprotsessid, valkude ja RNA süntees, toitainete kogunemine raku poolt, kasv ja mahu suurenemine. Interfaasi lõpuks toimub DNA dubleerimine (replikatsioon). Selle tulemusena sisaldab iga kromosoom kahte DNA molekuli ja koosneb kahest sõsarkromatiidist. Rakk on jagunemiseks valmis.

Raku pooldumine. Jagunemisvõime on raku elu kõige olulisem omadus. Enesepaljumise mehhanism toimib juba raku tasandil. Kõige tavalisem rakkude jagunemise viis on mitoos (joon. 55).

Riis. 55. Interfaas (A) ja mitoosi faasid (B): 1 - profaas; 2 - metafaas; 3 - anafaas; 4 - telofaas

Mitoos- see on kahe tütarraku moodustumise protsess, mis on identsed algse emarakuga.

Mitoos koosneb neljast järjestikusest faasist, mis tagavad geneetilise teabe ja organellide ühtlase jaotumise kahe tütarraku vahel.

1. AT profaas tuumamembraan kaob, kromosoomid spiraalivad nii palju kui võimalik, muutuvad selgelt nähtavaks. Iga kromosoom koosneb kahest õdekromatiidist. Rakukeskuse tsentrioolid lahknevad pooluste suunas ja moodustavad jagunemisspindli.

2. AT metafaas kromosoomid paiknevad ekvatoriaalvööndis, spindli kiud on ühendatud kromosoomide tsentromeeridega.

3. Anafaas mida iseloomustab õdekromatiidide-kromosoomide lahknemine raku poolustele. Igal poolusel on sama palju kromosoome, kui oli algses rakus.

4. AT telofaas toimub tsütoplasma ja organellide jagunemine, raku keskmesse tekib rakumembraani vahesein ja tekib kaks uut tütarrakku.

Kogu jagunemisprotsess kestab olenevalt rakutüübist ja organismist mõnest minutist 3 tunnini. Rakkude jagunemise etapp ajas on mitu korda lühem kui selle interfaas. Mitoosi bioloogiline tähendus on tagada kromosoomide arvu ja päriliku teabe püsivus, algsete ja äsja tekkivate rakkude täielik identiteet.

Looduses on organismide paljunemist kahte tüüpi: mittesuguline ja seksuaalne.

mittesuguline paljunemine on uue organismi moodustumine algse vanemorganismi ühest rakust või rakkude rühmast. Sel juhul osaleb reprodutseerimises ainult üks vanemindiviid, kes edastab oma päriliku teabe lapsindiviididele.

Mitoos on mittesugulise paljunemise alus. Aseksuaalsel paljunemisel on mitu vormi.

lihtne jaotus, või kaheks jagunemine, mis on iseloomulik üherakulistele organismidele. Ühest rakust moodustub mitoosi teel kaks tütarrakku, millest igaühest saab uus organism.

lootustandev See on mittesugulise paljunemise vorm, mille käigus järglane eraldatakse vanemast. See vorm on tüüpiline pärmile, hüdrale ja mõnele teisele loomale.

Eostaimedel (vetikad, samblad, sõnajalad) toimub paljunemine taimede abil. vaidlus, ema kehas moodustunud spetsiaalsed rakud. Iga eos tekitab idanemist uue organismi.

Vegetatiivne paljundamine- see on paljunemine üksikute elundite, elundiosade või keha abil. See põhineb organismide võimel taastada puuduvad kehaosad - regenereerimine. Esineb taimedes (paljuneb varte, lehtede, võrsete abil), madalamatel selgrootutel (koelenteraadid, lamedad ja anneliidid).

seksuaalne paljunemine- see on uue organismi moodustamine kahe vanemindiviidi osalusel. Uus organism kannab pärilikku teavet mõlemalt vanemalt.

Sugulise paljunemise käigus toimub sugurakkude sulandumine. sugurakud mehe ja naise keha. Sugurakud moodustuvad eritüüpi jagunemise tulemusena. Sel juhul on erinevalt täiskasvanud organismi rakkudest, mis kannavad diploidset (kahekordset) kromosoomikomplekti, tekkinud sugurakkudel haploidne (üksik) komplekt. Viljastamise tulemusena taastub paaris, diploidne kromosoomide komplekt. Üks paarist pärit kromosoom on isa- ja teine ​​emapoolne. Sugurakud moodustuvad sugunäärmetes või spetsiaalsetes rakkudes meioosi ajal.

Meioos- see on rakkude jagunemine, mille käigus raku kromosoomikomplekt on pooleks (joonis 56). Seda jaotust nimetatakse vähendamine.

Riis. 56. Meioosi faasid: A - esimene jagunemine; B - teine ​​jaotus. 1, 2 – profaas I; 3 - metafaas I; 4 - anafaas I; 5 – telofaas I; 6 - profaas II; 7 - metafaas II; 8 - anafaas II; 9 - telofaas II

Meioosi iseloomustavad samad etapid nagu mitoosil, kuid protsess koosneb kahest järjestikusest jagunemisest (meioos I ja meioos II). Selle tulemusena ei moodustu mitte kaks, vaid neli rakku. Meioosi bioloogiline tähendus on tagada kromosoomide arvu püsivus vastloodud organismides viljastamise ajal. Naiste sugurakk - muna, alati suur, toitaineterikas, sageli liikumatu.

meeste sugurakud spermatosoidid, väikesed, sageli liikuvad, neil on lipud, neid moodustub palju rohkem kui mune. Seemnetaimedes on isassugurakud mitteliikuvad ja neid nimetatakse sperma.

Väetamine- meeste ja naiste sugurakkude ühinemise protsess, mille tulemusena moodustuvad sügoot.

Sügootist areneb embrüo, millest sünnib uus organism.

Väetamine on väline ja sisemine. väline väetamine veeelanikele omane. Sugurakud lähevad väliskeskkonda ja ühinevad väljaspool keha (kalad, kahepaiksed, vetikad). Sisemine väetamine maapealsetele organismidele iseloomulik. Viljastumine toimub naiste suguelundites. Embrüo võib areneda nii emaorganismi kehas (imetajad) kui ka väljaspool seda - munas (linnud, roomajad, putukad).

Viljastamise bioloogiline tähtsus seisneb selles, et sugurakkude ühinemisel taastub diploidne kromosoomide komplekt ning uus organism kannab pärilikku teavet ja kahe vanema tunnuseid. See suurendab organismide omaduste mitmekesisust, suurendab nende vastupidavust.

Kuulus inglise loodusteadlane ja rändur Charles Robin Darwin oma raamatus On the Origin of Species tõestas ta veenvalt, et kogu elu Maal muutub, lihtsamatest eluvormidest sünnivad keerulisemad. Lihtsamaid elusorganisme, mis ilmusid 2-3 miljardit aastat tagasi, ühendab pikk transformatsioonide ahel praegusel ajal Maal elavate kõrgemate taimede ja loomadega. Pika ajaloolise arengu teel toimus arvukalt muutusi ja komplikatsioone, uute, üha täiuslikumate vormide tekkimist.

Kuid kõik elusorganismid kannavad päritolu jälge kõige kaugemast esivanemast. See jälg on rakuline struktuur.

Robert Hooke'i esimene mikroskoop

Rakustruktuuri uurimine sai võimalikuks alles pärast seda 17. sajandi mikroskoobi leiutised. Üks esimesi mikroskoobi leiutajaid oli inglise loodusteadlane ja leiutaja Robert Hooke. Kui mikroskoobi algmudel oli tema disainitud, avanes teadlase imestunud pilgu ees uus, seninägematu maailm. Hooke uuris oma mikroskoobi abil kõike, mis kätte sattus.

Hooke'i mikroskoop oli väga ebatäiuslik instrument. See andis uduse, ebaselge pildi. Ka 18. sajandi suurendusriistad olid ebatäiuslikud. Seetõttu jäi Hooke’i poolt avastatud väikseimate osakeste struktuur kuni 19. sajandi keskpaigani teadlastele ebaselgeks.

Rakkude ehitus ja eluiga

Kui vaatate arbuusi küpset mahlast viljaliha, näete viljaliha vaheajal pisikesi roosasid terakesi päikese käes mängimas, nagu kastepiisad. Need on arbuusi viljaliha rakud. Neisse on kogunenud nii palju mahla, et nad on saavutanud suuruse, mille juures rakk ilma mikroskoobita nähtavaks muutub. Maakoorele lähemal muutuvad rakud väiksemaks. Õhukeses kooretükis on mikroskoobi all nähtavad ristkülikukujulised karbid - rakud. Nende seinad – rakumembraanid – koosnevad väga tugevast ainest – kiudaineid. Kesta kaitse all on raku põhiosad: poolvedel aine - protoplasma ja kerakujuline keha tuum. Arbuusi viljaliharakk on üks näide taimeraku struktuurist. Kõik taime organid – juur, vars, lehed, õied, viljad – koosnevad lugematutest rakkudest.

Struktuur loomarakk erineb taimest vaid eraldi rakumembraani ja rakumahla puudumisel. Peamised osad – protoplasma ja tuum – leidub nii taime- kui ka loomarakkudes. See võimaldab rääkida nii taimede kui loomade rakulisest struktuurist.

Kuidas rakud paljunevad

Rakkude paljunemisvõimel on organismi jaoks suur tähtsus. Miljonid rakud surevad pidevalt, olles täitnud oma elutähtsa ülesande. Ainult umbes kolm nädalat elavad punased verelibled. Meie keha terviklikud rakud eksisteerivad mitte rohkem kui kuu, seejärel muutuvad surnuks. sarvestunud soomused. Ja kui nende rakkude varu ei täiendataks pideva paljunemisega, ähvardaks keha väga kiire surm. Aga sügavates kihtides terviklik kude nahk on pidevalt noorte siserakkude paljunemine. Punased verelibled moodustuvad noorte hematopoeetiliste rakkude paljunemisel luuüdi kus toimub vererakkude areng.

Toimub rakkude paljunemine kaheks jagades. See paljastab tähelepanuväärse nähtuse, milleks on raku tuuma erakordselt täpne jagunemine kaheks võrdseks osaks. Tütarrakud on üksteisega sarnased ega eristata vanemrakust. Mis tahes tüüpi rakk moodustab paljunemise ajal ainult endaga sarnaseid rakke.

Elusorganismide ehitus on teadlastele pikka aega huvi pakkunud, kuid palja silmaga pole palju näha. Seetõttu said bioloogid elusorganismide ehitust üksikasjalikult uurida alles pärast suurendusseadmete leiutamist.

Organismide rakulise struktuuri uurimise ajalugu

Käsiluubiga saab näha mõningaid pisijooni taimede ja loomade välisstruktuurist. Siiski, et uurida üksikasjalikult sisemine struktuur elusorganismid on võimalik ainult mikroskoobi abil (gr. micros - väike ja ulatus - uurin).

Esimene mikroskoop loodi 16. sajandi lõpus. Ja 1665. aastal kasutas inglise loodusteadlane Robert Hooke juba arenenumat mikroskoopi. Sellega uuris ta õhukest lõiku köögiviljakorgist. Teadlane avastas, et kork koosneb pisikestest rakkudest, mis sobivad omavahel tihedalt kokku. Ta nimetas neid ladina keeles cellula - rakk. Need olid esimesed rakud, mida inimene nägi. Nii jõudis teadusesse uus kontseptsioon rakust.

Mikroskoop võimaldas mitte ainult taimede ja loomade kohta rohkem teada saada, vaid ka näha mikroskoopiliste organismide maailma. Hollandi loodusteadlane Anthony van Leeuwenhoek (1675) täheldas esimest korda inimsilmale eristamatuid olendeid. Ta leiutas 270-kordse suurendusega mikroskoobi.

20 aasta pärast täiendati rakuteooriat olulise sättega: "iga rakk on rakust", ehk siis emaraku jagunemise tulemusena tekivad uued rakud.
Nüüdseks on kindlaks tehtud, et rakk on elusorganismi väikseim struktuuriüksus. Rakul on väga keeruline struktuur. Kõik selle osad on omavahel tihedalt seotud ja töötavad harmooniliselt. Mitmerakulise organismi osana ühendatakse struktuurilt sarnased rakud kudedeks.