СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ И СВОЙСТВА ЖИВОГО

---

СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ И СВОЙСТВА ЖИВОГО

Критерии (свойства) живых организмов:

1. единство химического состава

2. обмен веществ.

3. самовоспроизведение.

4. наследственность.

5. изменчивость.

6. рост и развитие.

7. раздражимость.

8. дискретность.

9. саморегуляция.

10. ритмичность.

11. приспособляемость.

Дискретность – всеобщее свойство живого, которое заключается в том, что любая биологическая система состоит из отдельных взаимодействующих систем (атомы, молекулы, органоиды, клетки. ткани, организмы, виды и т.д.)

Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности, она создает возможность постоянного самообновления путем замены «износившихся» структурных элементов.

Саморегуляция – это свойство, которое характеризует способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов.

Ритмичность – свойство, направленное на согласование функций организма с окружающей средой и обусловленное различными космическими и планетарными причинами: вращение Земли вокруг Солнца, сменой времен года, фазами Луны.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМА

Свойство	Проявление свойства
1. Живые организмы имеют сходный химический состав е единый тип строения	Все живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, но соотношение элементов в неживой и живой неодинаково. В живых организмах 98% химического состава приходится на 4 элемента: углерод, кислород, азот, водород. Все живые организмы имеют клеточное строение.
2. Все живые организмы представляют собой «открытую систему»	Живые организмы устойчивы лишь при условии непрерывного поступления в них веществ и энергии из окружающей среды
3. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой	Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава организмов. Все живые организмы поглощают необходимые им вещества из внешней среды и выделяют в нее продукты жизнедеятельности; через них проходят потоки веществ и энергии
4. Живые организмы реагируют на изменение факторов окружающей среды	Проявляется в реакциях живых организмов на внешние воздействия; организмы избирательно реагируют на условия окружающей среды
5. Живые организмы развиваются	Рост выражается в увеличении размеров и массы с сохранением общих черт строения и сопровождается развитием, возникновением нового качественного образования
6. Все живое размножается	Самовоспроизведение обеспечивает поддержание жизни любого вида и жизни вообще; в его основе лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в ДНК
7. все живые организмы обладают наследственностью и изменчивости	Наследственность проявляется в способности организмов обеспечивать передачу признаков, свойств, особенностей развития из поколения в поколение. Изменчивость проявляется в способности организмов приобретать новые признаки и свойства
8. живые организмы приспособлены к определенной среде обитания	Выражаются в способности живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство химического состава и интенсивности физиологических процессов

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

Уровни организации	Биологическая система	Элементы, образующие систему
1. Молекулярный	органоиды	Атомы и молекулы
2. Клеточный	клетка	органоиды
3. Тканевой	ткань	клетки
4. Органный	орган	ткань
5. Организменный	организм	Системы органов
6. Популяционно -видовой	популяция	особи
7. Биогеоценотический (экосистемный)	Биогеоценоз (экосистема)	популяции
8. Биосферный	биосфера	Биогеоценозы (экосистемы)

Уровни организации живой природы	Краткая характеристика уровня	Науки, ведущие исследования на этом уровне
1. Молекулярный	Элементы уровня – атомы. С этого уровня начинаются процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и энергии, передача наследственной информации. Это уровень биологических макромолекул: белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот.	Биохимия Молекулярная биология Молекулярная Генетика Биофизика
2. Надмолекулярный	Молекулы различных веществ, объединяясь, образуют органоиды клетки, каждый органоид имеет определенное строение и выполняет свои функции	Цитология
3. Клеточный	Клетка – структурная и функциональная единица всех живых организмов. На уровне клетки регулируются все процессы: передача информации, обмен веществ	Цитология Цитогенетика Эмбриология Генная инженерия
4. Тканевой	Ткань – группа клеток, сходных по строению и выполняемым функциям	Гистология Эмбриология
5. Органный	Ткани образуют органы, а органы – системы органов	Анатомия Физиология
6. Организменный	Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных на выполнении различных функций	Анатомия Физиология Гигиена Морфология
7. Популяционно – видовой	Совокупность организмов одного и того же вида, объединенных общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования.	Экология Эволюция Генетика популяций
8. Биоценотический	Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов со всеми факторами среды их обитания. Это открытая, саморегулирующаяся и самовоспроизводимая система	Экология Биогеография Эволюция
9. Биосферный	Биосфера – совокупность всех биогеоценозов. Система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете	Экология

Биополимеры – природные высокомолекулярные соединения (белки, нуклеиновые кислоты, жиры, сахариды и их производные), служащие структурными частями живых организмов и играющие важную роль в процессах жизнедеятельности.

УГЛЕВОДЫ. ЛИПИДЫ.

Углеводы – группа органических соединений общая формула которых – Cn(H2O)m

Содержание углеводов в клетках различно: в растительных ( в высушенных листьях, плодах, семенах, клубнях картофеля) их почти 90%; а в животных клетках только 1-2% от массы сухого вещества.

УГЛЕВОДЫ
Простые моносахариды	Сложные Состоят из нескольких молекул моносахарида
дисахариды	полисахариды

Моносахариды – бесцветные вещества; в зависимости от числа углеродных атомов, входящих в молекулу углевода, различают триозы – 3 атома углерода, тетрозы – 4, пентозы – 5, гексозы – 6.

МОНОСАХАРИДЫ
Рибоза	Дезоксирибоза	Глюкоза	Фруктоза	Галактоза
Входит в состав РНК, АТФ, витаминов В, ферментов	Входит в состав ДНК	Источник энергии; входит в состав гликозидов; в свободном состоянии содержится в тканях растений и животных	Входит в состав сахарозы, других дисахаридов, полисахаридов	Входит в состав полисахаридов, слизей, агр-агара и т.д.

Олигосахариды (дисахариды) – это сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков; хорошо растворим в воде и имеют сладкий вкус.

ОЛИГОСАХАРИДЫ
Мальтоза (солодовый сахар)	Сахароза (свекловичный сахар или тростниковый сахар)	Лактоза (молочный сахар)
Состоит из 2 молекул глюкозы; источник энергии в прорастающих семенах и клубнях	Состоит из глюкозы и фруктозы; используется в питании человека	Состоит из глюкозы и галактозы; источник углеводов для детенышей млекопитающих

Полисахариды – это сложные углеводы, состоящие из большого числа мономеров – простых сахаров и их производных. В связи с увеличением числа мономерных звеньев полисахариды нерастворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны ослизняться и набухать.

ПОЛИСАХАРИДЫ
Крахмал	Гликоген	Хитин	Целлюлоза
Резервный полисахарид растительных клеток	Содержится в тканях животных, человека, грибов, бактерий, цианобактерий; резервный полисахарид	Образует покровы тела членистоногих, компонент клеточной стенки грибов	Из него состоят клеточные стенки растительных клеток

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
Энергетическая (1 г углеводов при окислении высвобождается 17,6 кДж Е)	метаболическая	запасающая	структурная	защитная

Липиды (жиры и жироподобные вещества) нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях – спирте, эфире. Содержатся во всех клетках животных и растений. В клетках животных, в частности в клетках жировой ткани, содержится жира составляет до 90% от сухой массы.

По химической структуре жиры представляют собой сложные соединения трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот.

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
Насыщенные (не содержат двойных связей) Пальмитиновая кислота Стеариновая кислота	Ненасыщенные (содержат двойные связи) Олеиновая кислота

Растительные жиры содержат ненасыщенные жирные кислоты.

Животные жиры содержат насыщенные жирные кислоты.

Функции липидов:

1. Источник энергии. ( при расщеплении 1 г липидов – 38,9 кДж энергии).

2. Защитная – теплоизоляция организма, защита внутренних органов от удара.

3. Строительная – входит в состав клеточных мембран и других структур организма.

4. Регуляторная – входит в состав гормонов, витаминов, пигментов.

СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ.

Белки или протеины – это сложные органические вещества, представляющие собой гигантские полимерные молекулы, мономерами которых являются аминокислоты.

В построении белков живых организмов участвует только 20 аминокислот. Уникальность (специфичность) белка определяется именно последовательностью соединения определенных аминокислот.

ОБЩАЯ ФОРМУЛА АМИНОКИСЛОТЫ

O

H2N – CH – C – OH

R

Между соседними аминокислотами возникает пептидная связь, на основе которой образуется соединение – полипептид.

Структура молекулы белка

1. Первичная или линейная. Представляет собой полипептидную цепочку – длинную цепь последовательно присоединенных друг к другу аминокислот, связь пептидная.

2. Вторичная структура. Полипептидная цепь туго скрученная в спираль, витки которой прочно соединены между собой водородными связями (может быть спиральная или в виде гармошки).

3. Третичная. Свернутая в спираль молекула белка скручивается за счет гидрофобных взаимодействий в еще более плотную конфигурацию. В результате такого многократного скручивания длинная и тонкая нить молекулы белка становится короче, толще и собирается в компактный комок – глобулу.

4. Четвертичная. Объединение нескольких глобул с третичной структурой в сложный комплекс.

Денатурация белка

Если нарушить структуру белка нагреванием или химическим воздействием, он теряет свои качества и раскручивается. Этот процесс называется денатурацией. Если денатурация затронет третичную или вторичную структуру, то она обратима: белок может снова закрутиться в спираль и уложиться в третичную структуру (ренатурация). При этом восстанавливаются и функции данного белка.

Виды белков

БЕЛКИ

Глобулярные	фибриллярные
Антитела, гормоны, ферменты	Коллаген, кератин кожи, эластин

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ ПО ВЫПОЛНЯЕМЫМ ФУНКЦИЯМ

Типы белков	Функции белков	Примеры
1. Структурные	Структурная. Входит в состав клеточных мембран и органоидов клетки	Коллаген – фибриллярный белок соединительной ткани; Кератин – белок костей. ногтей, волос Оссеин – белок костей Актин и тубулин – белки, участвующие в формировании цитоскелета
2. Ферменты	Каталитическая. Обеспечивают фиксацию углерода при фотосинтезе, реакции матричного синтеза, расщепление питательных веществ в пищеварительном тракте и т.д.
3. Гормоны	Регуляторная	Инсулин – регулирует поступление глюкозы в клетки Гормон роста
4. Сократительная	Сократительная. Благодаря движению относительно друг друга нитей белков актина и миозина осуществляется сокращение мышц; движение ресничек и жгутиков простейших происходит за счет скольжения микротрубочек, имеющих белковую природу, относительно друг друга
5. Транспортные	Транспортная. Перенос веществ как внутри клетки, так и в организме в целом.	Альбумины крови транспортируют жирные кислоты. Глобулины – ионы металлов и гормоны. Гемоглобин переносит кислород и углекислый газ Белки плазматической мембраны осуществляют транспорт веществ в клетку
6. Защитные	Защитная	Антитела крови обеспечивает иммунную защиту организма. Фибриноген и тромбин предотвращает кровотечение и участвуют в свертывании крови Интерферон подавляет развитие вирусов
7. Запасные	Запасная или питательная	Белок молока козеин, альбумин яиц птиц и рептилий, клейковина семян пшеницы, зеин семян кукурузы
8. Токсины	Защитная	Токсины бактерий, растений и животных
9. Различные типы белков	Энергетическая. При распаде 1 г белков выделяется 17,6 кДж энергии

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновые кислоты были впервые открыты в ядрах лейкоцитов в 1869 И.Ф. Мишером, в связи с чем и получили свое название. Есть 2 вида нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Молекулы нуклеиновых кислот представляют собой длинные полимерные цепочки, мономерами которых являются нуклеотиды.

Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, моносахарида (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты.

СХЕМА СТРОЕНИЯ НУКЛЕОТИДА

Азотистое основание Аденин – А Тимин – Т Цитозин – Ц Гуанин – Г Урацил – У

Углевод: Рибоза или дезоксирибоза

Остаток фосфорной кислоты

Запомните: последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК всегда строго индивидуальна и неповторима для каждого биологического вида. Последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК определяет наследственную информацию клетки. структуру молекулы ДНК раскрыли в 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДНК И РНК

Признаки	ДНК	РНК
Местонахождение в клетке	У эукариот – ядро, митохондрии, хлоропласты, у прокариот – цитоплазма	Ядро, митохондрии, хлоропласты, цитоплазма, рибосомы
Строение	Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат дезоксирибозу, одно из 4 азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин и остаток фосфорной кислоты	Нуклеотиды входящие в состав РНК, содержит моносахарид рибозу, одно из 4 азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и урацил и остаток фосфорной кислоты
Структура	Состоит из 2 полинуклеотидных цепочек, скрученных в виде двойной спирали в направлении слева направо. Нуклеотиды (мономеры) одной из цепочек соединяются парами с нуклеотидами другой цепочки посредством соединения их азотистых оснований по принципу комплементарности: А-Т; Г -Ц	Состоит из одинарной полинуклеотидной цепочки
Функции	Носитель наследственной информации: участки ДНК, кодирующие определенный белок, являются генами	Обеспечивают синтез в клетке специфических для нее белков. Типы РНК: и –РНК – переносит информацию о первичной структуре белка; т – РНК – переносит аминокислоты к месту синтеза белка; р- РНК – вместе с белками образуют мельчайшие органоиды клетки – рибосомы, в которых происходит синтез белка

Специфические свойства ДНК

Молекула ДНК состоит из 2 полинуклеотидных цепей. При этом способность нуклеотидов к избирательному соединению в пары называется комплементарностью.

На свойстве комплементарности основана способность молекулы ДНК удваиваться. Процесс удвоения ДНК называется репликацией.

Репликация начинается с того, что двойная спираль ДНК временно раскручивается под действием фермента. Постоянно к каждому из двух цепочек достраивается комплементарная ей половина из соответствующих нуклеотидов. В результате получаются две молекулы ДНК, у каждого из которых одна половина происходит от родительской молекулы, а другая является вновь синтезированной, то есть две новые молекулы ДНК представляют собой точную копию исходной молекулы. Способность ДНК к удвоению позволяет при делении клетки передать наследственную информацию во вновь образующиеся клетки.

АТФ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАЛИЗАТОРЫ И ДРУГИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ КЛЕТКИ.

Аденозинтрифосфат – это нуклеотид, который играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах и известен в первую очередь как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.

АТФ был открыт в 1929 г. Карлом Ломанном, а в 1941 Фриц Липман показал, что АТФ является основным энергии в клетке.

СТРУКТУРА АДЕНОЗИНТРИФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

АДЕНИН (азотистое основание)

РИБОЗА (моносахарид)

3 ОСТАТКА ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ, Соединенных макроэнергетической связью

АТФ относится к так называемым макроэнергетическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии. Гидролиз макроэнергетических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением одного или двух остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным около 40 кДж/моль.

АТФ + H2O – АДФ + H3PO4 + энергия

АДФ + H2O – АМФ + H3PO4 + энергия

Высвобожденная энергия используется в разнообразных процессах, протекающих с затратой энергии.

В организме АТФ синтезируется из АДФ с использованием энергии окисляющихся веществ:

АДФ +H3PO4 + энергия – АТФ +Н2О

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ. Так, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ проходит в среднем 2000-3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день), то есть запаса АТФ в организме практически не создается и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

Витамины – группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы.

Витамины участвуют во множестве биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров большого количества разнообразных ферментов.

Витаминам отводится важнейшая роль в обмене веществ. Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении витаминов в организм наступает характерные и опасные патологические изменения в организме.

Большинство витаминов не синтезируется в организме человека, поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминоминеральных комплексов и пищевых добавок.

С нарушением поступления витаминов в организм связаны два принципиальных патологических состояния: недостаток витаминов – гиповитаминоз (полное отсутствие витаминов – авитаминоз), и избыток витаминов – гипервитаминоз.

ВИТАМИНЫ
Жирорастворимые – А, D E F К	Водорастворимые – B C PP

Катализ – явление ускорения реакции без изменения ее общего результата.

Катализаторы – вещества, изменяющие скорость химических реакций, но не входящих в состав продуктов реакции.

Ферменты – биологические катализаторы.

Фермент= белок + кофермент (небелковое соединение)

МЕХАНИЗМ РАБОТЫ ФЕРМЕНТА

Фермент + субстрат = комплекс фермент и субстрат = фермент + продукт

ВИРУСЫ

Вирус – микроскопическая частица, способная инфицировать клетки живых организмов. Вирусы являются облигатными паразитами – они не способны размножаться вне клетки. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами, или фагами). Вирусы обладают наследственностью и изменчивостью.

Вирусы представляют собой молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенные в защитную белковую оболочку (капсид). Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты: либо ДНК, либо РНК.

Вирусы являются одной из самых распространенных форм существования органической материи на планете по численности: воды Мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов – около 10 в 11 степени частиц на миллилитр воды.

ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ВИРУСОВ

1. Мельчайшие размеры (проходят через бактериальные фильтры и не видны в оптический микроскоп).

2. Строгий паразитизм в клетках живого организма.

3. Отсутствие собственного обмена веществ.

4. Неклеточная форма жизни.

РАЗМНОЖЕНИЕ ВИРУСОВ

1 фаза – прикрепление вирусных частиц к клетке хозяина.

2 фаза – проникновение вируса внутрь клетки.

3 фаза – внутриклеточное размножение вируса.

4 фаза – выход новых вирусных частиц из клетки.

Вирусы, мельчайшие на Земле организмы, резко отличаются от других форм живого, так как не имеют клеточного строения. Их размеры 20 – 300 нм, поэтому они легко могут проходить через любые фильтры.

Существование вирусов было доказано в 1892 году русским ботаником Д.И. Ивановским. Все вирусы – внутриклеточные паразиты, в клетках живых организмов, проявляют все признаки живого. Распространены повсеместно.

В зависимости от продолжительности пребывания вируса в клетке и характера изменения ее функционирования различают 3 типа вирусной инфекции:

Вирусная инфекция
Литическая	Персистентная	Латентная
Образующиеся вирусы одновременно покидают клетку, при этом она разрывается и гибнет а вышедшие из нее вирусы поражают новые клетки	Новые вирусы покидают клетку хозяина постепенно, при этом клетка продолжает жить и делиться, производя новые вирусы	Генетический материал в хромосомы клетки и при ее делении воспроизводится и передается дочерним клеткам.

По строению различают 2 типа вирусов:

Простые: состоят из нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК и белковой оболочки (ВТМ)

Сложные: состоят из нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК, белковой оболочки, могут содержать липротеидную мембрану, углеводы и ферменты. (Вирус гриппа, герпеса)

В состав вирусов могут входить одноцепочечные или двухцепочечные ДНК или РНК.

Капсид защищает генетический материал вируса от действия ферментов и УФ излучения, и способствует осаждению вируса на клеточную мембрану, благодаря своим рецепторам, которые комплементарны рецепторам клеточной мембраны. Поэтому вирусы поражают строго определенных хозяев.

В 1915 г. Тоутом были открыты вирусы бактерий – бактериофаги. Они способны проникать в клетку бактерий и разрушать их.

Строение бактериофага
Головка	Полый стержень	Базальная пластинка
Внутри находится спираль ДНК	Окруженный чехлом из сократительного белка. За счет сократительной реакции происходит вспрыскивание ДНК в бактериальную клетку	На ней закреплены 6 нитей, спомощью которых бактериофаг осаждается на оболочку бактерий.

Заболевания человека, животных, растений, вызываемые вирусами

Болезни человека	Болезни животных	Болезни растений
Грипп Оспа Корь Свинка Бешенство Полиомиелит Желтая лихорадка Гепатит Краснуха Некоторые злокачественные опухоли	Ящур Рак Инфекционная анемия лошадей Чума свиней и птиц	Мозаичная болезнь табака, огурцов, томатов; Карликовость, скручивание листьев, желтуха

В последние годы обнаружен вирус ВИЧ – вирус иммунодефицита человека, вызывающий заболевание СПИД. При этом заболевании происходит повреждение клеточного иммунитета – развивается инфекционные заболевания и злокачественные новообразования, организм становится совершенно беззащитным перед микробами.

Вирус содержит 2 молекулы РНК. Он специфически связывается с клетками крови – лейкоцитами, вследствие чего значительно снижается их функциональная активность

По современным представлениям, вирусы и бактериофаги – это обособившиеся когда-то генетические элементы клеток, которые эволюционировали вместе с клеточными формами жизни.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ

Клетка – это элементарная единица живого на Земле, лежащая в основе строения, размножения и развития всех организмов (кроме вирусов)

Наука, изучающая клетки, называется цитологией. Цитология исследует состав, строение, функции клеток у многоклеточных и одноклеточных организмов.

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ КЛЕТКИ

Наука, исследующая клетку, ведет свою историю с середины 19 века, но корни ее уходят 17 века. Развитие знаний о клетке во многом связано с усовершенствованием технических устройств, позволяющих ее рассмотреть и изучить.

Первым таким устройством был простейший микроскоп, который появляется в конце 16 столетия в Голландии. Английский физик и ботаник Роберт Гук впервые применил микроскоп для исследования растительной и животной клетки. изучая срез, приготовленный из пробки и сердцевины бузины, Р. Гук заметил, что в состав их входит множество очень мелких образований, похожих по форме на ячейки пчелиных сот. Он дал название им «клетки».

Голландский исследователь Антонию ванн Левенгук усовершенствовал микроскоп. Что позволило ему увидеть живые клетки при увеличении в 270 раз. Он первым наблюдал простейших, эритроциты и сперматозоиды.

А в 1838 обобщая имеющиеся к тому времени сведения о клетке, немецкий ботаник Шлейден поставил вопрос о возникновении клеток в организме. Немецкий физиолог и цитолог Шванн, основываясь на работах Шлейдена, в 1839 изложил основы клеточной теории:

1. Все ткани состоят из клеток

2. Клетки растений и животных имеют общий принцип строения, так как образуются одинаковым способом

3. Все клетки самостоятельны, а любой организм – это совокупность отдельных групп клеток

С введением в цитологию современных физиологических и химических методов исследования стало возможным изучить структуру и функционирование различных компонентов клетки и дополнить клеточную теорию новыми положениями.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЕ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ

- Клетка – это элементарная живая система. Основа строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития прокариот и эукариот. Вне клетки жизни нет.

- Новые клетки возникают только путем деления ранее существующих клеток.

- Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу.

- Рост и развитие многоклеточного организма – следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток.

- Клеточное строение организмов – свидетельство того, что все живое на Земле имеет единое происхождение.

Наука, изучающая строение, функции и эволюцию клеток, наз. цитологией.

Клетка – элементарная единица жизни на Земле. Она обладает всеми признаками живого организма: растет, размножается, обменивается с окружающей средой веществами и энергией, реагирует на внешние раздражители.

История изучения клетки неразрывно связана с развитием микроскопической техники и методов исследования. Изобретение микроскопа привело к углубленному изучению органического мира.

Р. Гук в 1665 году впервые описал строение коры пробкового дуба и стебля растений и ввел в науку термин «клетка» для обозначения ячеек, из которых они состоят.

М. Мальпиги и Н. Грю описали микроструктуру некоторых органов растений, причем последний ввел в науку термин «ткань» для обозначения совокупности однородных клеток.

А Левенгук в период 1676 – 1719 открыл красные кровяные тельца, некоторых простейших животных, мужские половые клетки.

Антонии Левенгук (1632 – 1723) – голландский купец, который завоевал славу ученого, подарив науке величайшие открытия. Из животных тканей Левенгук впервые увидел и точно описал строение сердечной мышцы.

Крупнейший вклад в изучение растительных и животных клеток внес Иоганн Мюллер (1801 – 1858).

Р. Броун в 1831 г. открыл в клеточном соке ядро – важнейшую составную часть клетки.

Русский ученый П.Ф. Горянинов в 1834 году отметил в своих исследованиях, что все животные и растения состоят из соединенных между собой клеток, которые он называл пузырьками, то есть высказывал мнение об общем плане строения растений и животных.

К середине 19 века немецкие ученые Т. Шванн и М. Шлейден, обобщив сведения, полученные многими исследователями, сформулировали клеточную теорию, одну из основных в современной биологии.

М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно полагали, что клетки могут самостоятельно зарождаться в жидкостях или во множестве рождаться внутри старых клеток.

Немецкий биолог и врач Р. Вирхов доказал, что клетки способны делится, и предложил следующее дополнение к клеточной теории:

1. Все клетки образуются из клетки. Таким образом, клетка – элементарная единица живого, лежащая в основе строения, развития и размножения всех живых организмов.

Благодаря сделанным открытиям и созданию клеточной тории сформировалось представление о материальном единстве живой и неживой природы, единстве органического мира.

Основной метод изучения клетки – использование микроскопа светового или электронного. Для изучения химического состава органоидов клетки используется метод дифферециального центрифугирования. Для определения пространственного расположения и физических свойств молекул, входящих в состав клеточных структур, используют метод рентгеноструктурного анализа.

Методы цито- и гистохимии основанные на избирательном действии растворов и красителей на определенные химические вещества цитоплазмы, позволяет изучить химический состав и выявить локализацию отдельных химических веществ в клетке.

Кино – и фотосъемки позволяют изучить процессы жизнедеятельности клеток, например деление.

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА

Клетки различаются по своей структуре, форме и функциям. Среди них есть свободноживущие клетки, которые ведут себя как самостоятельные организмы: добывают пищу. Размножаются. Передвигаются в окружающей среде. У многоклеточных организмов клетки являются составными элементами, из которых образованы ткани и органы. разные клетки в организме выполняют различные функции. Клетки одного типа, сходные по строению, объединенные межклеточным веществом и предназначенных для выполнения определенных (специализированных) функций в организме, образуют ткани.

Несмотря на большое разнообразия форм, клетки разных типов обладают сходством в главных структурных и функциональных особенностях. При этом процессы жизнедеятельности (дыхание. Биосинтез, обмен веществ) идут в клетках независимо от того, являются ли они одноклеточными организмами или составными частями многоклеточного организма.

Любая эукариотическая клетка имеет очень сложное строение. Содержимое клетки, а также многих внутриклеточных структур ограничивают биологические мембраны.

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ (ИЛИ КЛЕТОЧНАЯ) МЕМБРАНА

Функции мембраны:

1. Отделяет содержимое клетки от внешней среды.

2. Защищает содержимое клетки.

3. Поддерживает форму клетки (органоидов)

4. Осуществляет взаимодействие клетки с внешней средой и соседними клетками.

5. Избирательно проводит в клетку питательные вещества и выводит из клетки продукты обмена.

Главные химические компоненты, образующие цитоплазматическую мембрану, – белки и сложные липиды, которые обеспечивают избирательную проницаемость веществ из внешней во внутреннюю среду и обратно.

Запомните: у растений, грибов и бактерий цитоплазматическая мембрана покрыта клеточной стенкой. У животных клеток клеточной стенки нет.

Под мембраной находятся две важнейшие части клетки – цитоплазма и ядро. В цитоплазме находятся органоиды и включения.

Цитоплазма – внутреннее полувязкое содержимое клетки

Содержание цитоплазмы:

- все виды органических и неорганических веществ;

- нерастворимые отходы обменных процессов и запасные питательные вещества;

- органоиды клетки.

Запомните: цитоплазма функционирует только в присутствии ядра (у эукариот). Без него долго существовать цитоплазма не может, так же как и ядро без цитоплазмы.

Роль цитоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур и обеспечении их химического взаимодействия.

Фагоцитоз – захват клеткой твердой пищевой частицы.

Пиноцитоз – захват клеткой капли жидкости с растворенными в ней питательными веществами.

Компоненты клетки	Особенности строения	Выполняемые функции
Цитоплазма	Внутренняя полужидкая среда мелкозернистой структуры, содержит ядро и органоиды	Обеспечение взаимодействия ядра и органоидов. Выполняет транспортную функцию
Клеточная мембрана	Образована двойным слоем молекул липидов и молекул белка. У растений снаружи покрыта клетчаткой.	Защитная, обеспечивает форму клетки и их связь между собой, избирательно пропускает внутрь клетки необходимые вещества и выводит продукты обмена. Осуществляет фагоцитоз и пиноцитоз.

ЯДРО

Большинство клеток одноклеточных и многоклеточных животных, а также растений содержит ядро. Клетки, не имеющие оформленного ядра, называются прокариотическими, а имеющие ядро – эукариотическими.

ОРГАНИЗМЫ
Эукариоты – молекулы ДНК имеют линейное строение (растения, животные, грибы)	Прокариоты – молекула ДНК всегда одна и образует кольцо (бактерии, цианобактерии, архебактерии)

Одна клетка может содержать одно или несколько ядер, это зависит от степени активности клетки. к многоядерным клеткам относятся, например, клетки костного мозга, печени, мышечной ткани и др.

КЛЕТКИ ЭУКАРИОТ

ОДНОЯДЕРНЫЕ

МНОГОЯДЕРНЫЕ

Строение и функции ядра в разные периоды жизни клетки несколько отличаются. При делении клетки увеличение количества ДНЕ в ядре и образуются две дочерние клетки из одной материнской. В интерфазе (периодами между делениями) ядро находится в неизменном состоянии, участвуя в процессах жизнедеятельности клетки.

Ядро – важнейшая составная часть клетки, которая выполняет функции хранения и передачи наследственной информации, а также регулирует все процессы, протекающие в клетке.

СТРОЕНИЕ ЯДРА

ЯДРО (нуклеус)
Ядерная оболочка – состоит из 2 мембран: внутренней – гладкой и наружной – шероховатой. Функции: 1) обмен веществ между цитоплазмой и ядром 2) синтез белка 3) отграничивает содержимое ядра	Ядерный сок – нуклеоплазма, кариоплазма – внутренняя полужидкая среда	Ядрышко – состоит из РНК и белка Функции: 1) синтез рРНК 2) формирование рибосом	Хромосомы – хроматин- нити ДНК Функции: 1) хранение и передача наследственной информации

Ядерный сок (нуклеоплазма) – полужидкое вещество (в гелеобразном состоянии), представляющее внутреннюю среду ядра. В ядерном соке находятся ядрышки и хромосомы. Ядерный сок имеет сложный состав: аминокислоты, белки, ферменты и др.

Ядрышко – плотное округлое тельце, состоящее из РНК и белка. Ядрышки образуются в определенных участках хромосом, в них синтезируется РНК. Ядрышки формируются и видны только в неделящихся клетках, а во время деления разрушаются.

Хромосомы – в неделящихся ядрах хромосомы имеют вид тончайших нитей, их не видно в световой микроскоп. Эти нити представляют собой ДНК в соединении с белком (хроматин).

Хроматин – спирализированные и уплотненные участки хромосом.

ХРОМОСОМНЫЙ НАБОР КЛЕТКИ

Кариотип – набор хромосом, содержащийся в клетках одного организма.

Все клетки организма делятся на соматические и половые.

КЛЕТКИ
СОМАТИЧЕСКИЕ	ПОЛОВЫЕ
Диплоидный набор хромосом	Гаплоидный набор хромосом
ЧЕЛОВЕК
2n= 46 хромосом	n=23 хромосомы

Половые клетки содержат вдвое меньше хромосом, чем соматические. В этом заключается их биологический смысл: во время полового процесса происходит обмен генетической информацией и восстановление диплоидного набора: n+n=2n

Хромосомы, одинаковые по форме и размеру и несущие одинаковые гены, – гомологичные хромосомы.

ЧЕЛОВЕК: 2n=46 хромосом = 22 пары – гомологичные хромосомы, 1 пара – половые хромосомы (Х и У).

Строение и функции ядра

Компоненты ядра	Особенности строения	Выполняемые функции
Ядро	Шаровидное или овальное	Регулирует все процессы биосинтеза, обмена веществ и энергии, идущие в клетке; осуществляет передачу и хранение наследственной информации
Ядерная оболочка	Состоит из 2 мембран с порами	Ограничивает ядро от цитоплазмы; дает возможность осуществляться обмену между ядром и цитоплазмой
Ядерный сок	Полужидкое вещество	Среда, в которой находится ядрышки и хроматин
Хроматин	Нити ДНК, в период деления закручиваются в спираль, образуя плотные образования, наз. хромосомами	В ДНК заключена наследственная информация клетки
Ядрышко	Плотные округлые тельца	В них синтезируются р-РНК и белки, из которых синтезируются хромосомы

ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕТЬ. РИБОСОМЫ. КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ. ЛИЗОСОМЫ. МИТОХОНДРИИ. ПЛАСТИДЫ.

Все органоиды клетки делят на 2 группы: мембранные и немембранные.

ОРГАНОИДЫ
МЕМБРАННЫЕ Содержимое отдельно от цитоплазмы биологическими мембранами	НЕМЕМБРАННЫЕ Образованы без участия мембран – рибосомы, микротрубочки, клеточный центр
Одномембранные Комплекс Гольджи, лизосомы, ЭПС	Двумембранные , митохондрии, пластиды

ОСНОВНЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ ФУНКЦИИ

Название органоида	Особенности строения	Функции
Эндоплазматическая сеть(ретикулум)	Расположена вокруг ядра, представляет собой сложную систему трубочек, мешочков, цистерн, отграниченных от цитоплазмы биологической мембраной. ЭПС разделяет цитоплазму на отдельные отсеки, в которых могут одновременно проходить различные химические процессы, не мешая друг другу	ЭПС синтезирует и накапливает в своих цистернах различные вещества, а также участвует в их внутриклеточной транспортировке. Гладкая ЭПС участвует в углеводной и жировой обмене (место синтеза липидов). Шероховатая ЭПС обеспечивает синтез белков с помощью рибосом.
Рибосомы	Состоят из двух субъединиц – большой и малой, состоящих из 4 молекул РНК и нескольких молекул белков. Располагаются в цитоплазме свободно или прикреплены к мембранам ЭПС	Осуществляет синтез белка, выполняя «сборку» его полимерной молекулы
Комплекс Гольджи	Состоит из цистерн, трубочек вакуолей и транспортных пузырьков, которые сам же производит. На одном его конце стопки цистерн образуются, на другом постоянно отшнуровываются в виде пузырьков	Накопление и упаковка химических соединений, синтезируемых в клетке. Синтез или активация ферментов. место образования лизосом. Место синтеза специфических секретов клетки.
Лизосомы	Округлые одномембранные органоиды, накопленными пищеварительными ферментами	Участвуют в пищеварении, распаде продуктов жизнедеятельности клетки, а также в самоуничтожении клетки
Митохондрии	Окружены оболочкой из 2 мембран, внутренняя образует выросты – кристы, на которых образуются дыхательные ферменты. Внутренняя среда (матрикс) содержат гранулы АТФ, кольцевую ДНК, рибосомы	Энергетический центр клетки (здесь содержится АТФ и происходит высвобождение энергии)
Пластиды: Лейкопласты Хромопласты Хлоропласты	Характерны только для растительных клеток. Оболочка из 2 мембран, внутри расположены граны (стопки мембран, содержат хлорофилл), ламеллы, ДНК, включения (капли масла, зерна крахмала), рибосомы, строма (внутренняя студенистая среда).	В хлоропластах на свету осуществляется фотосинтез

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – структура сетевого строения, которая находится в глубоких слоях цитоплазмы.

ЭПС бывают 2 видов:

Гладкая (аграгулярная) –принимает участие в синтезе углеводов и липидов.

Шероховатая (гранулярная) – на мембранах расположены рибосомы – принимает участие в синтезе белков и липидов.

Гранулярная ЭПС представлена замкнутыми мембранами, образующими цистерны, трубочки, мешки. Данный вид ЭПС характерен для клеток синтезирующих секреторные белки (клетки печени, поджелудочной железы)

Гладкая ЭПС представлена мембранами, образующие мелкие вакуоли, канальцы, могут ветвиться и сливаться друг с другом. На мембранах гладкой сети рибосом нет. Производными ЭПС являются лизосомы, вакуоли у растений, мембраны ядра.

1. Рибосомы, их строение и функции.

Рибосомы – это частицы, имеющие округлую форму и состоящие из 2 частей (субъединиц) – большой и малой. Каждая из субъединиц построена из рибонуклеопротеидного тяжа, где р-РНК взаимодействует с разными белками, образуя тело рибосомы. Рибосомы могут свободно располагаться в цитоплазме, в хлоропластах, митохондриях, на каналах гранулярной ЭПС. Также рибосомы могут объединяться по 5-70 штук, образуя и-РНК. В этом случае их называют полирибосомами. Функции рибосом – синтез белка.

2. Комплекс Гольджи, его строение и функции.

Комплекс Гольджи открыл в 1898 г. К. Гольджи. В клетках растений и беспозвоночных животных комплекс Гольджи состоит из уплощенных неразветвленных цистерн; эти цистерны плотно прилегают друг к другу, приобретая форму палочковидных или серповидных телец. Комплекс Гольджи, имеющий такое строение, получил название диктиосомы.

В клетках позвоночных животных комплекс Гольджи имеет разветсвленное сетчатое строение и состоит из систем трубочек и уплощенных цистерн. Цистерны комплекса Гольджи возникают из пузырьков ЭПС.

Функции: синтез полисахаридов и липидов; образование мембранного материала для плазматической мембраны клетки; накопление, упаковка и транспорт продуктов секреции (например, пищеварительные ферменты).

ЛИЗОСОМЫ. МИТОХОНДРИИ. ПЛАСТИДЫ

1. Строение и функции лизосом

Лизосомы – мелкие округлые тельца, одномембранные. В лизосомах находятся большой набор ферментов, которые способны расщеплять поступившие в клетку питательные вещества. Формируются лизосомы в комплексе В 1949 году де Дювон описал лизосомы.

Когда в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза попадают различные питательные вещества, то их необходимо переварить. При этом белки должны разрушиться отдельных аминокислот, полисахариды до отдельных молекул глюкозы или фруктозы, липиды – до гликогена и жирных кислот. Чтобы внутриклеточное переваривание стало возможным, фагоцитарный и пиноцитарный пузырек должен слиться с лизосомой.

Благодаря лизосомам питательные вещества не теряются, а превращаются и расходуются на формирование новых органов. Например у лягушек лизосомы постепенно переваривают все клетки хвоста головастиков при его превращении в лягушку.

2. Строение и функции митохондрий.

Митохондрии отграничены от цитоплазмы 2 мембранами, имеют вид мелких зерен, которые располагаются в цитоплазме хаотично или упорядочено. Количество митохондрий в клетке прямо пропорционально функциональной активности клетки.

Внешняя мембрана отграничивает внутреннее содержимое митохондрии – матрикс. Внутренняя мембрана складчатая – образует кристы (складки). Содержимое митохондрий представлено гомогенным веществом, в котором много белков, ферментов, фосфолипидов, молекул ДНК, имеющих кольцевую структуру, немного рибосом.

Функции митохондрий:

1. участвуют в обмене веществ, так как содержат ферменты.

2. участвуют в процессе дыхания, синтезе молекул АТФ.

3. осуществление синтеза белка, так как имеют свою специфическую ДНК.

Митохондрии содержатся во всех эукариотических клетках, а вот в прокариотических их нет. Этот факт, а также наличие в митохондриях ДНК позволило ученым выдвинуть гипотезу о том, что предки митохондрий когда-то были свободноживущими существами, напоминающими бактерии. Со временем они поселились в клетках других организмов, возможно, паразитируя в них. А затем за многие миллионы лет превратились в важнейшие органоиды, без которых ни одна клетка не могла существовать.

4. Строение и функции пластид.

Пластиды – органоиды, присущие только растительным клеткам.

ВОПРОС: Перечислите известные вам виды пластид. (Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты, у низших растений вместо пластид имеются хроматофоры).

У высших растений один вид пластид может переходить в другой.

Подробнее познакомимся со строением и функциями хлоропластов.

Хлоропласты имеют 2 мембраны: наружную и внутреннюю. Внутренняя мембрана образует выросты внутрь хлоропласта – ламеллы. Совокупность ламелл хлоропласта наз. стромой. Ламеллы могут в ряде мест образуют локальные расширения, имеющие вид уплощенных мешочков – тилакоидов. Тилакоиды располагаются стопками, один над другим, напоминая стопки монет. Эти стопки наз. гранами. Пигмент хлорофилл располагается внутри мембран тилакоида.

Функция хлоропластов: фотосинтез.

У лейкопластов стромы нет. У хромопластов строма развита несколько хуже, чем у хлоропластов.

Как и митохондрии, пластиды содержат собственные молекулы ДНК. Поэтому они также способны самостоятельно размножаться, независимо от деления клетки.

«Строение и функции органоидов клетки

Органоиды клетки	Особенности строения	Выполняемые функции
Лизосомы	Небольшие пузырьки, окруженные мембраной	Переваривание веществ
Митохондрии	Покрыты 2 слойной мембраной. Внутренняя имеет многочисленные складки и выступы – кристы	Синтез АТФ. Обеспечение клетки энергией при расщеплении АТФ
Пластиды	Тельца, окруженные двойной мембраной
Лейкопласты	Бесцветные	Накопление крахмала
Хлоропласты	Зеленые	Фотосинтез
хромопласты	Красные, оранжевые, желтые	Накопление каратиноидов

КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР. ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ. КЛЕТОЧНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

Одной из важнейших составляющих клетки являются микротрубочки – полые цилиндрические структуры, которые поддерживают форму клетки, создавая цитоскелет. Они связаны с цитоплазматической и ядерной мембранами, обеспечивают движение внутриклеточных структур, входят в состав органоидов движения и клеточного центра.

Клеточный центр играет важную роль в формировании цитоскелета – внутреннего скелета клетки, образованного системой микротрубочек и пучков белковых волокон, тесно связанных с наружной мембраной и ядерной оболочкой и выходящих из области клеточного центра.

Строение клеточного центра: представлен двумя центриолями, расположено перпендикулярно друг к другу. Каждая центриоль состоит из цилиндра, образованного девятью триплетами трубочек, связанных между собой.

Значение: принимает участие в делении клетки, образуя нити веретена деления.

ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ

Органоиды	Строение	Функции
1. Реснички	Короткие многочисленные выросты на поверхности мембраны	Удаление частичек пыли (реснитчатый эпителий дыхательных путей)
2. Жгутики	Единичные длинные цитоплазматические выросты на поверхности клетки	Передвижение (сперматозоиды, зооспоры одноклеточные организмы)
3. Ложноножки (псевдоподии)	Амебоидные выступы цитоплазмы	Образуется для захвата пищи или передвижения
4. Миофибриллы	Тонкие нити, входящие в состав клетки	Служат для сокращения мышечных волокон

СРАВНЕНИЕ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ

Животная клетка	Растительная клетка
Сходства
1. Сходный химический состав 2. Сходны по основным проявлениям жизнедеятельности. 3. Единый принцип организации.
Различия
Отсутствие клеточной стенки	Имеется клеточная стенка из целлюлозы
Гетеротрофный тип питания	Наличие хлоропластов, автотрофный тип питания
Резервный углевод – гликоген	Имеется крупная вакуоль

КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР. ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ. КЛЕТОЧНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

Клеточный центр расположен в цитоплазме всех клеток вблизи от ядра. Он играет важную роль в формировании внутреннего скелета клетки – цитоскелета. Из клеточного центра расходится множество микротрубочек, поддерживающих форму клетки и играющих роль своеобразных рельсов для движения органоидов по цитоплазме.

Велика роль клеточного центра при делении клеток, когда центриоли расходятся к полюсам делящейся клетки и образуют веретено деления.

У высших растений клеточный центр устроен по другому, центриоли не образуются.

1. Органоиды движения, их строение и функции.

Некоторые клетки способны к движению, например инфузория туфелька, амеба, эвглена зеленая. Двигаются они при помощи особых органоидов – ресничек и жгутиков.

Жгутики имеют большую длину (сперматозоиды млекопитающих) они достигают 100 мкм. Реснички гораздо короче. Внутреннее строение ресничек и жгутиков одинаково: они образованы такими же микротрубочками, как центриоли клеточного центра. В основании каждой реснички и жгутика лежит базальное тельце, которое укрепляет их в цитоплазме клетки. На работу жгутиков и ресничек расходуется энергия АТФ.

Органоиды движения часто встречаются и у клеток многоклеточных организмов. Например, эпителий бронхов человека покрыт множеством ресничек. Все реснички каждой эпителиальной клетки двигаются строго согласованно, образуя своеобразные волны, хорошо заметные под микроскопом. Это приспособление к очистке бронхов от инородных частиц и пыли. Жгутики есть у таких специализированных клеток как сперматозоиды.

2. Клеточные включения, их отличия от органоидов движения и роль в клетке.

Помимо обязательно имеющихся органоидов, в клетке есть образования то появляющиеся, то исчезающие в зависимости от ее состояния. Эти образования наз. клеточные включения. Чаще всего клеточные включения находятся в цитоплазме и представляют собой питательные вещества или гранулы веществ, синтезируемые этой клеткой. Это могут быть мелкие капли жира, гранулы крахмала или гликогена, реже – гранулы белка, кристаллы солей.

Органоиды клетки	Особенности строения	Выполняемые функции
Клеточный центр	Образован центриолями и микротрубочками	Участвует в формировании внутреннего скелета клетки – цитоскелета. Играет важную роль при делении клетки.
Органоиды движения	Реснички, жгутики	Осуществляют различные виды движения

БАКТЕРИИ

Особенности строения и жизнедеятельности бактерий:

1. Снаружи клетку окружает плотная оболочка.

2. В цитоплазме находится очень много рибосом.

3. Впячивания цитоплазматической мембраны выполняют функции многих органоидов.

4. Имеются включения, содержащие запасные питательные вещества.

5. Носитель наследственного материала – ДНК или РНК – часто замкнут в виде кольца и не образует оформленного ядра.

6. Размножаются путем деления, которое наступает после удвоения бактериальной хромосомы – кольцевой ДНК – или после полового процесса, протекающего в форме обмена генетическим материалом между особями.

7. При неблагоприятных условиях образуют споры.

8. По типу питания бывают:

БАКТЕРИИ
АВТОТРОФНЫЕ	ГЕТЕРОТРОФНЫЕ
Фотосинтетики Зеленые, пурпурные	Хемосинтетики Железобактерии, серобактерии, нитрофицирующие	Паразиты Холерный вибрион, Столбнячная палочка	Сапрофиты Бактерия гниения, бактерии брожения

9. Значение.

РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ПРИРОДЕ
В результате гнилостных бактерий природа очищается от погибших растений и животных	Многие бактерии принимают участие в геохимических процессах образования серы, фосфора, каменного угля, нефти и т.д.	Бактерии играют важную роль в круговороте азота: нитрифицирующие и азотфиксирующие повышают плодородие почвы

РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

1. Паразитические (патогенные) бактерии вызывают заболевания: чуму, холеру, туберкулез, менингит, тиф.

2. служат для приготовления сывороток и вакцин; являются основой получения антибиотиков (стрептомицина, нистатина, эритромицина).

3. бактерии молочнокислого брожения необходимы для изготовления молочнокислых продуктов и квашения. Бактерии уксуснокислого брожения используется для получения винного уксуса.

4. бактерии вызывают разрушение или коррозию многих промышленных материалов – металлов, дерева, бумаги.

5. бактерии гниения и брожения приводят к порче продуктов питания.

ОСНОВНЫЕ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПРОКАОТАМИ И ЭУКАРИОТАМИ

Характеристика	Прокариоты	Эукариоты
Размеры клеток	Диаметр 0,5 – 5 мкм	Диаметр до 40 мкм, объем в 1000 – 10000 раз больше, чем у прокариот
Генетический материал	Кольцевая ДНК находится в цитоплазме, нет ядра, хромосом, ядрышка	Молекулы ДНК связаны с белками и образуют хромосомы внутри оформленного ядра, там же есть ядрышко
Органоиды	Органоидов мало. Не имеется двумембранных органоидов. Внутренние мембраны встречаются редко; если они есть, на них протекают процессы дыхания или фотосинтеза	Немембранные – рибосомы, микротрубочки, клеточный центр. Одномембранные – комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли. Двумембранные – ЭПС, митохондрии, пластиды.
Клеточные стенки	Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты. Основной арматурный компонент – муреин.	У растений и грибов жесткие, содержат полисахариды. Основной арматурный компонент у растений – целлюлоза, у грибов – хитин.
Фотосинтез	Хлоропластов нет. Происходит на мембранах, без специфической упаковки	Происходит в специализированных органоидах – пластидах, имеющих специализированное строение
Фиксация азота	Некоторые обладают этой способностью	Ни один эукариотический организм не способен к фиксации азота

«Различия в строении клеток эукариот и прокариот»

Органоиды клетки	Содержится ли органоид в клетке эукариот	Содержится ли органоид в клетках прокариот
Клеточная мембрана	Да	Да
Цитоплазма	Да	Да
Рибосомы	Да	Да
Митохондрии	Да	Нет
ЭПС	Да	Нет
Комплекс Гольджи	Да	Нет
Пластиды	Да	Нет

АССИМИЛЯЦИЯ И ДИССИМИЛЯЦИЯ. МЕТАБОЛИЗМ.

Метаболизм – ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение.

Обмен веществ – последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни.

Обмен веществ складывается из 2 взаимосвязанных процессов – анаболизма и катаболизма.

МЕТАБОЛИЗМ

АССИМИЛЯЦИЯ (анаболизм, пластический обмен)	ДИССИМИЛЯЦИЯ (катаболизм, энергетический обмен)
Накопление веществ и энергии	Расходование веществ и энергии

Ассимиляция или анаболизм (пластический обмен), – совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток.

1. в ходе ассимиляции происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул – предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды.

2. Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойственны всем организмам) и синтез углеводов (только у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).

3. В процессе ассимиляции при образовании сложных молекул идет накопление энергии, главным образом в виде химических связей.

Диссимиляция или катаболизм (энергетический обмен) – совокупность реакций. В которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии.

1. При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде молекул АТФ.

2. Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, у прокариот – в цитоплазме, на мембранных структурах.

3. Диссимиляция обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Название этапа, локализация в организме	Особенности протекания этапов	Энергетическая ценность
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ (в органах пищеварения)	Молекулы сложных органических веществ расщепляются под действием ферментов на более мелкие: белки – аминокислоты, углеводы – глюкоза, жиры – глицерин и жирные кислоты	Небольшое количество энергии рассеивается в виде тепла
БЕСКИСЛОРОДНЫЙ (неполный) гликолиз; у микроорганизмов – брожение	Дальнейшее расщепление молекул (при участии ферментов) до более простых соединений. Так, глюкоза распадается на 2 молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая затем восстанавливается в молочную кислоту (С3Н6О3); в реакциях участвуют Н3РО4 и АДФ: У дрожжевых грибов – спиртовое брожение	При расщеплении глюкозы 60% выделяющейся энергии превращается в тепло; 40% идет на синтез 2 молекул АТФ – эта часть энергии запасается
КИСЛОРОДНЫЙ (протекает в матриксе митохондрий и на внутренних мембранах)	При доступе кислорода к клеткам образовавшиеся на предыдущем этапе вещества окисляется до СО2 и Н2О Образовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрий и участвуют во всех процессах клетки, где необходима энергия	При окислении 2 молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ

- Энергию (АТФ) живые существа могут получить несколькими способами: фотосинтез (1 этап) и путем окисления органических веществ.

АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. синтез АТФ главным образом происходит в митохондриях. Как вы помните на синтез 1 моля АТФ из АДФ необходимо 40 кДж Е.

Энергетический обмен в клетке подразделяют на 3 этапа.

Первый этап – подготовительный. Во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. Полисахариды распадаются до моносахаридов, белки – до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превращений энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.

Второй этап – неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образующиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода. Разберем этот этап на примере гликолиза – ферментативного расщепления глюкозы. Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О

Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая во многих клетках, например в мышечных, превращается в молочную кислоту (С3Н6О3), причем высвободившиеся при этом энергии достаточно для превращение двух молекул АДФ в 2 молекулы АТФ. Несмотря на кажущуюся простоту, гликолиз – процесс многоступенчатый, насчитывающий более 10 стадий, катализируемых разными ферментами. Только 40% выделяющейся энергии запасается клеткой в виде АТФ, а остальные 60% – рассеивается в виде тепла. Благодаря многостадийности гликолиза выделяющиеся небольшие порции тепла не успевает нагреть клетку до опасного уровня. Гликолиз происходит в цитоплазме клетки.

У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением:

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О

Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и 2 молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глюкозу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом случае «энергетическая прибыль» клетки составляет 2 молекулы АТФ.

Третий этап энергетического обмена – полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образованные на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов – СО2 и Н2О. этот этап можно представить себе в следующем виде:

2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 +36АДФ = 6СО2 + 42Н2О + 36 АТФ

Таким образом, окисление 2 молекул трехугольной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы до СО2 и Н2О, приводит к выделению большого количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ.

Клеточное дыхание происходит в кристах митохондрий. Коэффициент полезного действия этого процесса выше, чем у гликолиза, и составляют приблизительно 55%. В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ ПО СПОСОБУ ПИТАНИЯ

АВТОТРОФЫ- сами создают органическое вещество

ГЕТЕРОТРОФЫ – питаются готовыми органическими веществами (животные, грибы, бактерии)

Фототрофы – используют энергию солнца (все зеленые растения, сине-зеленые водоросли или цианобактерии)

Хемотрофы – используют энергию химических реакций (бактерии)

Голозои – поедание, переваривание, всасывание

Сапрофиты – питаются отмершей органикой

Паразиты – питаются за счет организма хозяина

Плотоядные

растительноядные

всеядные

1. Автотрофы самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических для своего питания (растения, некоторые бактерии). Растения (фототрофы), используя энергию солнечного света, стоят сложные органические соединения из СО2 и Н2О, то есть фотосинтезируют.

Что же такое фотосинтез? Русский ученый физиолог растений К.А. Тимирязев так описывал это явление:

«Дайте самому лучшему повару сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил Вам сахар, крахмал, жиры и зерно, – он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях растений».

Фотосинтез – это длинная и сложная цепь реакций, протекающих в хлоропластах при участии большого количества ферментов. главное вещество фотосинтеза – зеленый пигмент хлорофилл. Это сложное органическое вещество, в центре которого находится ион магния. Хлорофилл находится в мембранах тилакоидов гран, из – за чего хлоропласты приобретают зеленый цвет.

Процесс фотосинтеза включает 2 типа реакций: световые и темновые. Поэтому фазы фотосинтеза так и называются: световая и темновая.

Общее уравнение фотосинтеза:

6СО2 + 6Н2О (свет, хлорофилл) – С6Н12О6 + 6О2

Продуктивность – 1 г глюкозы / 1 час на 1 кв. метр листьев.

Фотосинтез протекает в клетках зеленых растений в хлоропластах. Этот процесс лежит в основе всей жизни на земле и заключается в превращении энергии солнца в энергию химических связей органических веществ.

Фотосинтез.

Фазы фотосинтеза	Процессы, происходящие в этой фазе	Результаты процессов
Световая фаза	I. а) хлорофилл –––(свет)–––> хлорофилл* + e б) e + белки-переносчики ––> на наружную поверхность мембраны тилакоида в) НАДФ+ + 2H+ + 4 e –––> НАДФ·H2	Образование НАДФ·H2
II. Фотолиз воды H2O –––(свет)–––> H+ + OH– H+ –––> в протонный резервуар тилакоида OH– –––> OH– – e –––> OH –––> H2O и O2? e + хлорофилл* –––> хлорофилл	O2 – в атмосферу
III. H+ протонного резервуара – источник энергии, необходимой АТФ фазе для синтеза АТФ из АДФ +ФН	Образование АТФ
Темновая фаза	Связывание CO2 с пятиуглеродным сахаром рибулёзодифосфатом при использовании АТФ и НАДФ·H2	Образование глюкозы

ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ЛИСТА К ФОТОСИНТЕЗУ:

1. ПРОЗРАЧНАЯ КОЖИЦА (УСТЬИЦА)

2. СТОЛБЧАТАЯ ПАРЕНХИМА С БОЛЬШИ КОЛИЧЕСТВОМ ХЛОРОПЛАСТОВ.

3. УСТЬИЦА ДЛЯ ГАЗООБМЕНА

4. ЖИЛКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВОДЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ

5. ПЛОСКАЯ ФОРМА ЛИСТА ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПЛОЩАДИ ПОГЛОЩЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА

6. ЛИСТОВАЯ МОЗАИКА

7. ПОВОРОТ ЛИСТА НА ЧЕРЕШКЕ К СОЛНЦУ.

2. Хемосинтез – синтез органических веществ из неорганических за счет энергии химических реакций окисления. Используется бактериями: нитрифицирующими, серобактериями, железобактериями.

Автотрофные и гетеротрофные организмы

Группа организмов в зависимости от типа питания	Способ получения органических веществ	Представители
Автотрофы	Самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических
Фототрофы	Для синтеза органических веществ используют энергию света	Все зеленые растения, цианобактерии
Хемотрофы	Для синтеза органических веществ используют химическую энергию	Многие виды бактерий (нитрофицирующие, серобактерии)
Гетеротрофы	Используют готовые органические вещества	Многие бактерии, грибы, животные

Группы гетеротрофных организмов в зависимости от способа получения органических веществ

Группы гетеротрофов	Особенности питания	Представители
Сапрофиты	Питаются отмершими органическими остатками	Бактерии и грибы – сапрофиты
Паразиты	Питаются органическими веществами за счет организма и хозяина	Болезнетворные бактерии, грибы – паразиты, гельминты
Голозои	Питание включает 3 этапа: поедание, переваривание и всасывание переваренных веществ	В основном многоклеточные животные, имеющие пищеварительную систему

СИНТЕЗ БЕЛКОВ В КЛЕТКЕ

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

Этапы биосинтеза	Особенности протекания процессов
ТРАНСКРИПЦИЯ, или переписывание генетической информации с ДНК на иРНК	Этот процесс происходит в ядре. Благодаря действию ферментов участок ДНК раскручивается, и вдоль одной из цепей по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды. Соединяясь между собой, они образуют полинуклетидную цепочку и-РНК, которая оказывается точной копией участка ДНК, «списанной» с нее, как с матрицы
ТРАНСЛЯЦИЯ, или перевод генетической информации в структуру белка	Образовавшаяся иРНК выходит из ядра в цитоплазму через поры в ядерной оболочке и вступает в контакт с многочисленными рибосомами. Рибосома прерывисто скользит по и-РНК, как по матрице, и в строгом соответствии с последовательностью расположения ее нуклеотидов выстраивает определенные аминокислоты в длинную полимерную цепь белка. Аминокислоты доставляют к рибосомам с помощью т-РНК, которые, находятся в цитоплазме. Для каждой аминокислоты требуется своя т-РНК, комплементарная определенному участку и-РНК. Такой участок и-РНК представлен триплетом – сочетанием 3 нуклеотидов, называется кодоном. В свою очередь, и каждая аминокислота, входящая в белок, тоже закодирована определенным сочетанием 3 нуклеотидов т-РНК (антикодоном), по которым они находят друг друга. Вдоль молекулы и-РНК движется сразу несколько рибосом (такая структура называется полисомой), при этом одновременно синтезируется несколько молекул белка

Для этого в клетке существует единая белоксинтезирующая система. В которую входит ДНК и РНК, рибосомы, ферменты. Информация о белках, заключенная в молекулах ДНК вначале переносится на и-РНК, которая затем программирует синтез белка в клетке.

ДНК матрица – и-РНК ——- белок

Это основополагающее положение молекулярной биологии было сформулировано в начале 50-х годов ХХ века английским ученым Криком.

Это означает, что ДНК есть матрица (шаблон) для синтеза и-РНК (при этом структура белка не меняется), которые в свою очередь является матрицей или основой для построения белковых молекул.

Процесс переноса информации с ДНК матрицы на и-РНК наз транскрипцией. Транскрипция или биосинтез и-РНК осуществляется в ядре по принципу комплементарности. В этом процессе участвует фермент РНК – полимераза.

Давайте попробуем осуществить процесс транскрипции:

ДНК ТТТ – ТАЦ – АЦА – ТГЦ – ЦАГ

и – РНК ААА – АУГ – УГУ – АЦА – ГУЦ

каждой аминокислоте белка в ДНК соответствует последовательность из 3 расположенных друг за другом нуклеотидов – триплет.

Перед вами лежит таблица генетического кода, известно какие триплетные сочетания нуклеотидов ДНК соответствующих каждой из 20 аминокислот. Многим аминокислотам соответствует не один. А несколько кодонов, что ясно видно в таблице генетического кода.

Важное свойство генетического кода – специфичность – это значит, что 1 триплет всегда обозначает только 1 аминокислоту.

Генетический код универсален для всех живых организмов от бактерий до человека.

А теперь попробуем найти в таблице генетического кода какие аминокислоты соответствуют данным триплетам: лизин – метионин – цистеин – треонин – валин.

В процессе транскрипции (информация с языка ДНК переводится на язык РНК).

И – РНК позволяет переписать информацию с и – РНК на язык аминокислотной последовательности белка – это процесс трансляции.

Аминокислота может попасть к месту синтеза белка , т.е. в рибосому, только прикрепившись к специальной т- РНК. Т-РНК специфична, то есть каждой аминокислоте соответствует своя т-РНК. Аминокислот всего 20, значит и т-РНК тоже 20. строение их напоминает лист клевера. Отличаются они по триплету нуклеотидов, расположенному на верхушке называемом антикодоном – он соответствует той аминокислоте, которую он переносит.

Участники биосинтеза	Функции
ДНК	Содержит информацию о структуре белка. Служит матрицей для синтеза белка.
И-РНК	Переносчик информации от ДНК к месту сборки белковой молекулы. Содержит генетический код.
Т- РНК	Кодирующие аминокислоты и переносящие их к месту биосинтеза на рибосоме. Содержит антикодон.
Рибосома	Органоид, где происходит собственно биосинтез белка.
Ферменты	Катализирующие биосинтез белка.
Аминокислоты	Строительный материал для построения белковой молекулы.
АТФ	Вещество, обеспечивающее энергией все процессы.

ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ. МИТОЗ

Размножение – важнейшая функция живых организмов, которая обеспечивает сохранение видов в ряду поколений. К размножению способны все без исключения живые организмы – от бактерий до млекопитающих. Молекулярная сущность этого процесса выражается в уникальной способности ДНК к самоудвоению молекул.

Жизненный цикл клетки – последовательность всех процессов, происходящих в клетке с момента ее возникновения до следующего деления или гибели.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ

1. Подготовка к делению (накопление необходимых веществ, удвоение хромосом).

2. Деление (митоз, мейоз).

3. Период покоя (интерфаза).

4. Специализация клетки (часто ведет к утрате способности к делению).

Основным способом деления клетки является митоз.

Митоз – непрямое деление ядра клетки е ее тела, в результате которого увеличивается количество клеток с равномерно распределенным генетическим материалом.

Митоз – тип деления клетки, при котором образуется дочерние клетки с таким же набором хромосом, как у материнской клетки.

Митоз искусственно разделяется на 4 стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Между двумя митозами ядро находится в стадии покоя (интерфаза).

В период интерфазы в клетке осуществляются процессы биосинтеза, происходит рост клетки, образование веществ, подавляющих или стимулирующих метаболические процессы и циклы деления.

ФАЗЫ МИТОЗА

Фаза	Процессы
Профаза	1. хромосомы спирализуются, в результате чего становятся видимыми. Каждая хромосома состоит из 2 хроматид. 2. ядерная мембрана и ядрышко разрушаются. 3. центриоли удваиваются и расходятся к полюсам клетки.
Метафаза	Хромосомы располагаются по экватору клетки, образуется веретено деление.
Анафаза	Центромеры делятся, а хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам клетки с помощью нитей веретена деления
Телофаза	Хромосомы, собравшиеся у полюсов, деспирализуются, формируется ядерная мембрана. Исчезает веретено деления, происходит деление цитоплазмы (цитокинез). Образуется 2 дочерние клетки.

Весь процесс митоза занимает в большинстве случаев от 1 до 2 часов. Однако частота митоза в разных тканях и у разных видов различна. Например, в красном костном мозге человека, где каждую секунду образуется 10 млн. эритроцитов, в каждую секунду должно происходить 10 млн митозов.

Значение митоза:

- митотическое деление клеток приводит к увеличению их числа, обеспечивая процессы роста функционирования живого организма;

- обеспечивает замещение клеток истощенных или поврежденных тканей. У человека постоянно заменяются клетки кожи, эпителия кишечника и легких, клетки крови;

- при этом процессе сохраняется набор хромосом. Дочерние клетки имеют идентичные наборы хромосом и функционируют как гармоничная часть ткани, органа, организма;

- у низших организмов служит механизмом бесполого размножения, при котором появляется потомство, идентичное родителям.

- беседа о фазах митоза:

Фаза митоза, набор хромосом (n-хромосомы,с – ДНК)	Рисунок	Характеристика фазы, расположение хромосом
Профаза 2n4c		Демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, “исчезновение” ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.
Метафаза 2n4c		Выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим – к центромерам хромосом.
Анафаза 4n4c		Деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).
Телофаза 2n2c		Деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счёт борозды деления, в растительных клетках – за счёт клеточной пластинки.

БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ

ФОРМЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ

БЕСПОЛОЕ

ПОЛОВОЕ

Деление клетки (амеба, эвглена)

вегетативное

Спорами (грибы)

Слияние одноклеточных организмов (инфузории)

Слияние гамет (половых клеток)

партеногенез

У животных

У растений

Почкование (гидра)

Участками тела (дождевой червь)

корнями

Побегами

Листьями

усы

черенки

отводки

Видоизмененные побеги

Бесполое размножение – способ размножения, при котором одна родительская особь дает начало двум или большему числу новых особей, идентичных по всем признакам этой родительской особи.

БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

Способ размножения	Особенности размножения	Примеры организмов
Деление клетки	Тело исходной (родительской) клетки делится митозом на 2 (или несколько) частей, каждая из которых дает начало новым полноценным клеткам (организмам)	Прокариоты, одноклеточные эукариоты (саркодовые – амеба, жгутиковые, споровики)
Спорами	Спора – особая клетка, покрытая плотной оболочкой, защищающей от внешних воздействий	Споровые растения, грибы, некоторые простейшие
Вегетативное	Увеличение числа особей данного вида происходит путем отделения жизнеспособных частей вегетативных органов организма	Растения и животные
У растений	Корнями, стеблями, листьями, видоизмененными корнями и побегами	растения
У животных	Почкование, упорядоченное и неупорядоченное деление участков тела	Кишечнополостные, морские звезды, кольчатые черви

Запомните:

Биологическое значение бесполого размножения заключается в том, что этот тип размножения позволяет сохранить неизменными свойства вида. Организмы, появившиеся бесполым путем, обычно развивается значительно быстрее, чем увеличивают свою численность и значительно быстрее рассеиваются на больших территориях.

У большинства низших одно- и многоклеточных организмов бесполое размножение может чередоваться с половым. При этом характерно, что бесполое размножение осуществляется тогда, когда организм находится в благоприятных для него условиях. При ухудшении условий организм переходит к половому размножению.

У высокоразвитых растений и животных размножение начинается лишь после того, как пройдет ряд определенных стадий в своем развитии и достигает возраста половой зрелости. У высших животных существует только половое размножение.

ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ. ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

Половое размножение имеет большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым, так как при этом возникает организм с новым, уникальным сочетанием свойств, полученных от обоих родителей, в результате чего он нередко оказывается более приспособленным к жизни в изменяющихся условиях окружающей среды.

Половое размножение – слияние женской (яйцеклетка) и мужской (сперматозоид) половых клеток (гамет) и образование оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), из которой развивается новая особь, имеющая свой набор хромосом, отличный от родительского, но в котором объединены наследственные свойства двух родительских организмов.

Половые клетки – гаметы – образуются у родительских организмов в специальных органах. У животных и человека их называют половыми органами, у растений – генеративными органами. В этих органах развиваются мужские и женские гаметы. Мужские гаметы – мелкие клетки, содержащие только ядерное вещество. Одни из них неподвижны – спермии (у покрытосеменных и голосеменных растений), другие – подвижные – сперматозоиды (у водорослей, мхов, папоротников и у большинства животных организмов). Женские гаметы (яйцеклетки) – крупные клетки, в которых помимо ядерного вещества содержится большой запас органических веществ.

Гаметы являются гаплоидными клетками, то есть содержит одинарный набор хромосом. Процесс образования половых клеток, в результате которого в ядре оказывается вдвое меньше хромосом, называется мейозом. Уменьшение вдвое числа хромосом в ядре (редукция) происходит при формировании мужских и женских гамет. При оплодотворении путем слияния половых клеток в ядре зиготы вновь создается двойной набор хромосом.

Мейоз – процесс деления созревающих половых клеток (гамет), в результате которого происходит уменьшение (редукция) числа хромосом.

ХОД МЕЙОЗА

Фаза	Процессы
1 деление (редукционное)
Профаза 1	Удвоение хромосом, каждая хромосома состоит из 2 сестринских хроматид. Спаривание гомологичных хромосом и обмен гомологичными участками (конъюгация). Образование аппарата деления.
Метафаза 1	Расположение гомологичных хромосом по экватору
Анафаза 1	Разделение пар хромосом и перемещение их к полюсам клетки
Телофаза 1	Образование дочерних клеток
2 деление (митотическое)
Профаза 2	В каждой дочерней клетке образуется новое веретено деления (каждая хромосома состоит из 2 хроматид)
Метафаза 2	Хромосомы располагается по экватору клеток, образуются нити веретена деления
Анафаза 2	Центромеры делятся, а хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам клеток с помощью нитей веретена деления.
Телофаза 2	В каждой из 2 клеток хромосомы, собравшиеся у полюсов, диспирализуются, формируется ядерная мембрана. Исчезает веретено деления, происходит деление цитоплазмы (цитокенез), образуется 4 гаплоидных клетки

Значение мейоза:

1. Происходит при образовании половых клеток и сохраняет число хромосом в каждом новом поколении.

2. Гомологичные хромосомы в 1 делении расходятся независимо, что ведет к появлению в гаметах новых генных комбинаций.

3. Образование в результате мейоза клеток с перекомбинированным набором наследственной информации способствует дальнейшему процветанию вида и его способности к изменяющимся условиям среды.

Сперматогенез и овогенез.

Половые клетки развиваются у животных в семенниках и яичниках. Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенезом, а образование яйцеклеток – овогенезом.

В половых железах различают 3 разных участка (или зоны): зоны размножения, роста, созревания половых клеток.

Зона размножения располагается в самом начале половой железы: здесь находятся половые клетки, которые размножаются путем митоза, и число их увеличивается. Первичные половые клетки попадают в зону роста, где деления клеток уже не происходит: клетки растут, достигая тех размеров, которые свойственны половым клеткам каждого вида животных.

После завершения периода роста. Клетки переходят в зону созревания. Здесь уже формируются яйцеклетки и сперматозоиды. В зоне созревания в результате мейоза у мужских особей образуются 4 гаплоидные клетки, которые превращаются в зрелые сперматозоиды. У женских особей также образуются 4 гаплоидные клетки: 1 большая (превращается в яйцеклетку) и 3 маленькие, которые погибают.

Оплодотворение – процесс слияния половых клеток и образования зиготы.

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

У РАСТЕНИЙ

У ЖИВОТНЫХ

Двойное оплодотворение

Наружное – вне тела (рыбы. Земноводные)

Внутреннее – внутри тела (птицы, пресмыкающиеся, млекопитающие)

Бесполое размножение имеет как преимущества, так и недостатки.

Преимущества	Недостатки
Происходит просто, не нужно тратить время и энергию на поиск партнера; Численность организмов увеличивается относительно быстро; В неизменных условиях окружающей среды создаются безграничные возможности повышения численности организмов со сходной наследственностью – организмов, хорошо приспособленных к жизни в этих конкретных условиях.	Не обеспечивает выживания в изменчивой, непостоянной среде (новые признаки. Которые могут оказаться полезными при изменении условий среды, при бесполом размножении появляются только в результате относительно редких ситуаций).

Характеристика полового размножения:

· Характерно для большинства живых организмов.

· В размножении обычно принимают участие две особи – мужская и женская.

· Осуществляется с помощью специализированных клеток – гамет.

· Каждая особь обладает уникальным генотипом, то есть потомки генетически отличны друг от друга и от родительских особей.

Строение половых клеток

Строение половых клеток
Сперматозоиды	Яйцеклетки
малы и подвижны	Крупные, неподвижные
Имеют головку, шейку и хвостик: · Головка – ядро – гаплоидный набор хромосом; · Шейка – центриоли и митохондрии; · Хвостик – органоид движения.	Содержит большой запас питательных веществ
Нет запаса питательных веществ	Образуется меньше, чем сперматозоидов
Образуется намного больше, чем яйцеклеток	Крупное ядро содержит гаплоидный набор хромосом.

Сравнение процессов митоза и мейоза

Сходство и отличие	Митоз	Мейоз
Сходство	Имеют одинаковые фазы деления. Перед митозом и мейозом происходит самоудвоение хромосом, спирализация и удвоение молекул ДНК
Отличия	Одно деление В метафазе по экватору выстраивается удвоенные хромосомы	Два сменяющих друг друга деления По экватору выстраиваются пары гомологичных хромосом
Нет конъюгации хромосом	Гомологичные хромосомы конъюгируют
Между делениями имеется интерфаза, в которой происходит удвоение молекул ДНК	Между 1 и 2 делением нет интерфазы и не происходит удвоения молекул ДНК
Образуется 2 диплоидные дочерние клетки	Образуется 4 галоидные клетки

Онтогенез – процесс индивидуального развития организма (от зачатия до смерти), в результате которого реализуется его наследственная информация. Онтогенез состоит из 2 периодов:

Эмбриональный – начинается с момента оплодотворения и продолжается до рождения организма.

Постэмбриональный – начинается сразу после рождения. Когда организм способен существовать самостоятельно, и продолжается до смерти.

Эмбриональный период развития.

1. При слиянии половых клеток образуется зигота.

2. Зигота начинает дробиться на бластомеры до тех пор, пока не образуется бластула (полая шаровидная структура с 1 слоем клеток – однослойный зародыш).

3. Гаструляция – происходит формирование двухслойного зародыша путем впячивания (миграции клеток, расслоения или обрастания) одной из стенок бластулы. Двухслойный зародыш, состоящий из 2 зародышевых листков (эктодермы и энтодермы), называется гаструлой. Между двумя зародышевыми листками закладывается третий - мезодерма.

4. В каждом из зародышевых листков происходит закладка осевых структур зародыша (хорда, нервная трубка, пищеварительная трубка). Эта стадия называется – нейрулой.

5. Гистогенез и органогенез – идет дальнейшая дифференциация тканей, формирование и развитие органов, систем органов.

ЗАРОДЫШЕВЫЕ ЛИСТКИ, ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Название листка	Производные каждого листка
Эктодерма	Покровы тела (наружный эпителий. Кожные железы. Роговые чешуи, поверхностный слой зубов), нервная система, передний и задний отделы кишечника.
Энтодерма	Эпителий средней кишки и пищеварительные железы, эпителий дыхательной системы.
Мезодерма	Все мышечные, соединительные ткани, каналы выделительных органов, кровеносная система, часть тканей половых органов.

Запомните:

У преобладающего большинства организмов процесс эмбрионального развития происходит сходным образом. Большое влияние на развитие зародыша имеют факторы среды: радиация, токсические вещества (никотин, алкоголь, наркотики), недостаток кислорода. Вирусы. Паразиты, неудовлетворительное питание и тому подобное. Их постоянное воздействие может привести к гибели зародыша или к нарушению нормального развития.

Постэмбриональное развитие организма состоит из 3 периодов:

1. Дорепродуктивный – рост организма, развитие и половое созревание.

2. Репродуктивный – активное функционирование взрослого организма, размножение.

3. Постпродуктивный – старение, постепенное угасание процессов жизнедеятельности.

Постэмбриональное развитие животных бывает 2 типов – прямое и непрямое.

ПОСТЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ЖИВОТНЫХ

НЕПРЯМОЕ

ПРЯМОЕ

Из яйца выходит личинка, которая имеет более простое строение, чем взрослый организм; у нее особые личиночные органы, которые впоследствии разрушаются и заменяются органами, свойственными взрослым организмам

Из личиночных оболочек или из тела матери выходит организм небольших размеров, но в нем заложены все основные органы, свойственные взрослому животному. Постэмбриональное развитие сводится в основном к росту и половому созреванию

Животные с полным превращением; чешуекрылые, двукрылые. Перепончатокрылые насекомые

Животные с неполным превращением: прямокрылые насекомые

Животные, имеющие прямое развитие: пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. рыбы

- Эмбриональный зародышевый период развития организмов является одним из самых сложных и важных. Изменения, происходящие в этот период, могут иметь самые разные положительные и отрицательные для организма последствия.

- Рассмотрим, как идет развитие организмов на эмбриональном этапе онтогенеза.

Эмбриогенез

Зигота – дробление зиготы – бластула – гаструла – нейрула – гистогенез и органогенез.

Стадия зиготы зигота образуется при слиянии женской и мужской гамет, представляет собой стадию одноклеточного развития нового организма.

Стадия дробления – начальный этап развития зиготы, осуществляется посредством митотического деления. В результате 7-8 последовательных митотических делений зиготы образуются многочисленные бластомеры. Клетки при этом не растут.

У ланцетника происходит полное дробление, так как яйцо содержит мало желтка. У головоногих моллюсков, насекомых, костистых рыб, пресмыкающихся, птиц происходит частичное дробление, так как в их яйцах высокое содержание желтка. В результате дробления образуется однослойный зародыш – бластула.

Стадия бластулы – это стадия однослойного зародыша. Слой клеток, образующих бластулу, наз. бластодермой, а полость бластулы – бластоцелем, или первичной полостью тела.

Если в результате дробления образуется шаровидный зародыш без полости внутри, его называют морулой. (Такая бластула характерна для плацентарных млекопитающих).

На процессы дробления влияют условия внешней среды, также вредное влияние оказывает алкоголь и курение. Некоторые антибиотики, снотворные, употребляемые матерью во время беременности, могут нарушить формирование органов и тканей зародыша.

Стадия гаструляции – это процесс образования двухслойного зародыша. В процессе гаструляции из бластодермы возникают 2 зародышевых листка: эктодерма (наружный) и энтодерма (внутренний), а затем появляется мезодерма. При образовании мезодермы образуется вторичная полость тела.

Стадия нейрулы – процесс образования нервной трубки у зародышей хордовых животных и человека. В процессе нейруляции идет закладка осевых органов – хорды.

Стадия гистогенеза и органогенеза. На этой стадии происходит дальнейшая дифференцировка зародышевых листков и формируются ткани и системы органов.

Из эктодермы развивается: ткани нервной системы, наружные покровы – кожа, ногти, волосы; потовые и сальные железы, эмаль зубов, воспринимающие клетки органов зрения, слуха, обоняния.

Из энтодермы развиваются: эпителиальная ткань, выстилающие органы пищеварительной, дыхательной и частично мочеполовой системы, железы желудочно – кишечного тракта, печень и поджелудочная железа.

Из мезодермы развивается: соединительная ткань, мускулатура, органы выделения, кровеносные сосуды, гладкая мускулатура кишечника, дыхательных и мочеполовых путей, сердце, железы внутренней секреции.

В зависимости от места развития окончательного ротового отверстия все типы животных делят на первичноротых (черви, моллюски, членистоногие) и вторичноротых (иглокожие, хордовые).