Клетка и ее свойства: Клетка и её свойства | Цитология. Реферат, доклад, сообщение, кратко, презентация, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Содержание

Клетки сохраняют свои механические свойства после удаления ядра

Ядро – крупнейшая органелла клеток эукариот, и, помимо хранения и воспроизведения наследственной информации, оно обеспечивает сопротивление внешним механическим нагрузкам, которые могут влиять на процессы, протекающие в ядре. С изменением механических свойств ядра связаны такие заболевания, как прогерия, мышечная дистрофия и рак.

Твердость ядра ученые оценивают по-разному: одни исследования доказывают, что это самая твердая часть клетки, другие – что оно относительно мягкое, по крайней мере мягче структур цитоскелета («каркаса» клетки). Последние эксперименты показывают, что все устроено немного сложнее: при небольших деформациях свойства ядра определяются хроматином (комплекс ДНК и белков, основной материал хромосом), а при сильной деформации в игру вступает ядерная ламина – довольно жесткая белковая сеть, поддерживающая мембрану ядра изнутри. Кроме того, жесткость ядра может зависеть от его взаимодействия с цитоскелетом и баланса веществ внутри него и снаружи (в цитоплазме), от типа клетки, ее возраста и состояния.

Авторы исследования решили проверить, насколько велика роль ядра в поддержании формы и обеспечении механики самой клетки. Для этого существуют как косвенные методы, так и прямой – сравнить свойства обычных клеток и клеток без ядра.

В экспериментах авторы работы использовали два типа клеток: фибробласты (клетки соединительной ткани) крыс и клетки фибросаркомы (одного из типов опухолей мягких тканей) человека. У части этих клеток ученые выделили ядра и получили структуры трех видов: обычные клетки с ядром, клетки без ядра (цитопласты) и изолированные ядра клеток, окруженные тонкой клеточной мембраной (нуклеопласты). Наличие или отсутствие ядра в клетках подтвердили путем флуоресцентной и конфокальной микроскопии – с их помощью можно с высокой точностью рассмотреть внутреннюю структуру клетки, окрашенной флуоресцентной краской. Механические параметры клеток (модуль Юнга) ученые измеряли с помощью атомно-силового микроскопа в режиме силового картирования.

Этот метод позволяет с высоким разрешением измерить жесткость различных участков клетки путем продавливания ее поверхности специальным зондом. Измерения проводили над всей клеткой, в том числе в области над ядром или над тем местом, где оно должно быть у безъядерной клетки.

Исследование показало, что удаление ядра не сделало клетки мягче, наоборот, их жесткость даже немного выросла. Нуклеопласты же были намного мягче, чем цитопласты и обычные клетки. Таким образом, ученые сделали вывод, что за поддержание формы клетки отвечает главным образом не ядро, а сеть актинового цитоскелета, по крайней мере в тех случаях, когда клетку деформируют не слишком сильно.

«Традиционно ядру приписывают определяющую роль в функционировании клетки. Многие представляют ядро не только как самую большую, но и как самую жесткую структуру внутри клетки. Вопрос, на который хотел ответить мы – насколько же ядро влияет на глобальную биомеханику клетки.

К нашему удивлению, удаление ядра не привело к существенному изменению жесткости клетки. Конечно, требуются дальнейшие исследования, проверка данных для больших деформаций и воздействующих сил. Но имеющиеся данные говорят, что даже при отсутствии ядра, организующего центра клетки, она способна поддерживать механическую жесткость, необходимую для сопротивления внешним механическим воздействиям», – пояснил первый автор статьи, ведущий научный сотрудник отдела современных биоматериалов Сеченовского университета Юрий Ефремов.

В исследовании приняли участие ученые Сеченовского университета и Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» Российской академии наук. Работа поддержана Российским научным фондом (РНФ), грант №19-79-00354.

Клетка, ее строение, химический состав, жизненные свойства



Стр. 21. Проверь себя

1.Назовите органоиды клетки.

В полужидкой внутренней среде клетки – цитоплазме – расположены мельчайшие структуры – органеллы.

К органеллам клетки относятся эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр. Органеллы выполняют определенные функции, обеспечивая жизнедеятельность клетки.

2. Как отличается число хромосом в соматических и половых клетках человека?

У человека ядра клеток тела содержат 46 хромосом, образующих 23 пары.

Ядра половых клеток имеют половинный набор – 23 хромосомы.

3. Каково число хромосом в половых клетках человека?

Ядра половых клеток имеют половинный набор – 23 хромосомы.

4. Назовите неорганические вещества клетки, их биологическое значение.

Основу неорганических соединений клетки составляют вода (ее больше всего в клетке) и растворенные в ней минеральные вещества.

Вода необходима для всех жизненных процессов, в водном растворе происходят химические взаимодействия веществ в клетке. С водой из клетки удаляются образующиеся в результате химических реакций вещества.

Минеральные вещества содержатся в цитоплазме и ядре клеток в малых количествах, но их роль в жизни клеток велика: они входят в состав биологически активных веществ. Наиболее важны для процессов жизнедеятельности клетки соли калия, натрия, кальция, магния и др.

5. Какие органические вещества входят в состав клетки?

Осуществление всех основных функций клетки связано с содержащимися в ней органическими веществами. Для клеток жизненно важными являются высокомолекулярные, имеющие очень сложное строение, органические соединения: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Белки – основные и наиболее сложно построенные вещества любой живой клетки. По размерам белковые молекулы в сотни и тысячи раз больше молекул неорганических соединений. Белки — строительный материал клеток, они осуществляют защитную функцию, ускоряют химические реакции, выполняя роль биологических катализаторов (ферменты) и др. Без белков нет жизни.

Жиры и углеводы имеют менее сложное строение по сравнению с белками. Они также входят в состав клеточных структур и служат источником энергии для процессов жизнедеятельности организма.

Нуклеиновые кислоты образуются в клеточном ядре. Отсюда и произошло их название (от лат. нук леус – ядро). Нуклеиновые кислоты входят в состав хроматина и участвуют в хранении и передаче наследственных свойств и функций организма.

6. Назовите основные жизненные свойства клетки.

Одно из основных свойств клетки – обмен веществ. Из межклеточного вещества в клетки постоянно поступают питательные вещества и кислород. Вещества, поступившие в клетку, участвуют в процессах биосинтеза. Биосинтез – это образование белков, жиров, углеводов из более простых веществ.

Причем в процессе биосинтеза образуются вещества, характерные для определенных клеток организма. Например, синтезирующиеся в клетках мышц особые белки актин и миозин, обеспечивают их сокращение.

Одновременно с биосинтезом в клетках происходит распад органических соединений. В результате распада образуются более простые вещества. Большая часть реакций распада идет с участием кислорода и освобождением энергии, которая расходуется на жизненные процессы, протекающие в клетке. Биосинтез и распад соединений составляют процесс обмена веществ, который сопровождается превращением энергии.

Клетки тела человека растут и размножаются делением пополам. Каждая из образовавшихся дочерних клеток, достигнув размеров материнской, тоже делится и выполняет ее функцию.

Продолжительность жизни клеток различна: от нескольких часов до десятков лет.

Живые клетки способны реагировать на физические и химические изменения окружающей их среды.

Это свойство клеток называют возбудимостью. При этом из состояния покоя клетки переходят в состояние возбуждения.

В возбужденном состоянии клетки организма выполняют свойственные им функции: железистые клетки образуют и выделяют биологически активные вещества, мышечные – сокращаются и расслабляются, в нервных клетках возникает нервный импульс — слабый электрический сигнал, который может распространяться по нерву. При возбуждении в клетках изменяются скорость биосинтеза и распада веществ, потребление кислорода, температура.

7. Что понимают под внутренней средой организма?

Все жизненные свойства клеток: обмен веществ, рост, размножение, возбудимость и др. поддерживаются и обеспечиваются относительным постоянством состава внутренней среды организма. Ее составляют три типа жидкости: 1) межклеточная (тканевая жидкость), с которой непосредственно соприкасаются клетки, 2) кровь и 3) лимфа. Внутренняя среда обеспечивает клетки веществами, необходимыми для их жизнедеятельности, через нее удаляются продукты распада.

8. Какое значение имеет постоянство внутренней среды организма?

Внутренняя среда организма имеет относительно постоянные состав и физико -химические свойства. Только при этих условиях происходит обмен веществ между клетками и внутренней средой, и клетки могут нормально функционировать.

Биология клетки — Департамент физической культуры и спорта

В. Н. Селуянов, В. А. Рыбаков, М. П. Шестаков

Глава 1. Модели систем организма

1.1.1. Биология клетки

Клетка — основная структурная единица всех живых организмов, элементарная живая целостная система, которая обладает рядом свойств: воспроизведение, синтез (анаболизм), катаболизм, производство энергии, поглощение, выделение, специфические функции.

Она представляет собой протоплазму, окруженную мембраной. В протоплазме расположено ядро, в котором содержится гены (наследственная информация) в виде молекул ДНК. В протоплазме имеются следующие структурные образования, их еще называют органеллами или органоидами:

    — рибосомы (полирибосомы) — с помощью РНК производится строительство белка, иными словами, разворачиваются анаболические процессы;

    — митохондрии — энергетические станции клетки, в них с помощью кислорода идет превращение жиров или глюкозы в углекислый газ (СО2), воду и энергию, заключенную в молекулах АТФ;

    — эндоплазматическая сеть — или саркоплазматический ретикулум является органеллой, состоящей из мембран и ферментативных систем, прикрепленных к ней;

    — комплекс Гольджи — система мембран, образующих совокупность мешочков и пузырьков, служит для синтеза и выделения веществ из клетки;

    — лизосомы — органеллы в форме пузырьков, содержат ферменты, разрушающие белки до простейших составляющих аминокислот, эти органеллы еще называют пищеварительным аппаратом клетки;

    — глобулы гликогена — источник углеводов в клетке;

    — капельки жира — источник жиров в клетке;

    — специализированные органеллы — структурные компоненты клетки, присущие определенным видам клеток, например, миофибриллы мышечным волокнам.

В клетке разрешается главное противоречие — основа жизнедеятельности, динамическое равновесие между процессами анаболизма и катаболизма. Анаболизм связан с функционированием наследственного аппарата клетки, который управляет синтезем новых органелл, а лизосомы отвечают за катаболизм — разрушение органелл клетки, который существенно усиливается при повышении концентрации ионов водорода в цитоплазме.

Важно заметить, что все процессы анаболизма предопределяются стероидными гормонами. Они соединяются с рецепторами на мембранах клетки, образуют ансамбль «гормон-рецептор», который проникает в ядро и вызывает транскрипцию (расшифровку и считывание) наследственной информации. Так происходит управление анаболизмом. Катаболизм в клетке связан с активностью лизосом, лизосомы усиливают активность с ростом концентрации ионов водорода. В ходе физических упражнений образуется молочная кислота, именно она является ускорителем катаболизма в клетках.



Атака слиянием: ученые НИТУ «МИСиС» выяснили механизм проникновения вируса в живую клетку

Объединенный научный коллектив из ИФХЭ РАН им. А.Н. Фрумкина, НИТУ «МИСиС», МФТИ и ряда других исследовательских центров описал биофизические принципы проникновения вирусов гриппа и иммунодефицита человека в клетки пораженного организма. Авторы создали теоретическую модель, описывающую механические свойства липидных мембран вирусов и атакуемых клеток, на основании которой удалось связать механику мембран с устойчивостью клеток. Цикл из трех статей с результатами новых исследований опубликован в специальном выпуске International Journal of Molecular Sciences.

Вызывающие многие опасные для человека заболевания вирусы, такие как вирус иммунодефицита человека, герпеса, гепатита, лихорадки Эбола и гриппа, проникают в клетки пораженного организма путем слияния своей оболочки с мембраной клетки или ее органелл. Этому процессу способствуют так называемые белки слияния, которые приводят в контакт липидную оболочки вируса и мембрану клетки-мишени.

Так как вирусы — это максимально упрощенные образования, способные только на паразитическую функцию, и неспособные к самостоятельному производству энергии, их белки слияния могут атаковать мембраны только за счет изначально запасенной в них энергии. Говоря простым языком, белки слияния подобны пружинкам, в определенный момент «выстреливающим» в мембрану инфицируемой клетки «якорь», за который они потом подтягивают клеточную мембрану к вирусной для запуска процесса слияния.

Из-за такого необычного механизма проникновения оказывается, что процесс вирусного инфицирования клетки зачастую зависит от свойств липидной мембраны клетки, а именно — от ее упругости. Иными словами, чем сложнее вирусным белкам механически деформировать клеточную мембрану, тем меньше вероятность того, что клетка будет инфицирована.

Авторы нового цикла исследований разработали теоретическую модель, предсказывающую энергетические затраты, которые нужно преодолеть вирусным белкам, чтобы вызвать слияние собственной мембраны с мембраной «жертвой». Кроме того, следя за изменениями энергии этого процесса, физики обнаружили несколько альтернативных сценариев атаки, некоторые из которых заканчиваются «победой» вируса, тогда как в ряде других случаев образуется тупиковое состояние, которое вирус уже не в состоянии развернуть в свою пользу.

«Нас вдохновили эксперименты по исследованию вирусного слияния методами криоэлектронной микроскопии, — рассказывает один из соавторов исследования старший научный сотрудник кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ „МИСиС“ Тимур Галимзянов, — В них были обнаружены необычные структуры, не предсказанные ни одной из существующих теоретических моделей слияния мембран. Поэтому мы предложили свою модифицированную модель слияния, и показали, что обнаруженные структуры являются тупиковыми, не приводя к слиянию вируса с клеткой, и рассчитали, как структура вирусных белков слияния влияет на выбор пути этого процесса — успешного или тупикового».

Примечательно, что все выводы, описанные в работе, получены с помощью общефизических подходов, без необходимости вводить специфические химические взаимодействия, как это часто случается в подобных исследованиях. Тем не менее, оказалось, что на процесс слияния мембран влияют несколько ключевых факторов, каждому из которых было посвящено отдельное исследование.

Три фактора, на которых авторы акцентируют свое внимание, это геометрические параметры белков слияния, которые атакуют мембрану клетки-жертвы, pH окружающей среды, определяющий в том числе структуру белков, а также наличие так называемых «рафтов» (от английского raft, то есть «плот»). Последнему фактору посвящена статья часть 2 часть 3 , вышедшая в середине мая 2018 года. В ней объясняется, как рафты — островки жестких молекул, относительно свободно перемещающихся по полужидкой клеточной мембране — взаимодействуют с вирусными белками, и играют решающую роль в выборе того, по какому из путей пойдет процесс слияния. Результатом этой работы стал сравнительно простой вывод, что присутствие рафта в области атаки, в случае вируса иммунодефицита человека, способствует слиянию, и, как следствие, успешному проникновению вирусного генетического материала в клетку.

Авторы подчеркивают, что полученные результаты в дальнейшем будут адаптироваться для более широкого класса объектов, хотя уже сейчас предсказания теоретической модели ставят важную задачу верификации для коллег-экспериментаторов. Если выводы о роли механических свойств клеточных мембран подтвердятся, это может стать важной отправной точкой в исследовании вирусных процессов и механизмов клеточной защиты.

Строение, химический состав и свойства клетки.

Все живые организмы состоят из клеток. Организм человека тоже имеет клеточное строение, благодаря которому возможен его рост, размножение и развитие.

Организм человека состоит из огромного числа клеток разной формы и размеров, которые зависят от выполняемой функции. Изучением строения и функций клеток занимается цитология.

Каждая клетка покрыта состоящей из нескольких слоев молекул мембраной, которая обеспечивает избирательную проницаемость веществ. Под мембраной в клетке находится вязкое полужидкое вещество – цитоплазма с органоидами.

Митохондрии
– энергетические станции клетки, рибосомы – место образования белка, эндоплазматическая сеть, выполняющая функцию транспортировки веществ, ядро – место хранения наследственной информации, внутри ядра – ядрышко. В нем образуется рибонуклеиновая кислота. Возле ядра расположен клеточный центр, необходимый при делении клетки.

Клетки человека состоят из органических и неорганических веществ.

Неорганические вещества:
Вода – составляет 80 % массы клетки, растворяет вещества, участвует в химических реакциях;
Минеральные соли в виде ионов – участвуют в распределении воды между клетками и межклеточным веществом. Они необходимы для синтеза жизненно важных органических веществ.
Органические вещества:
Белки – основные вещества клетки, самые сложные из встречающихся в природе веществ. Белки входят в состав мембран, ядра, органоидов, выполняют в клетке структурную функцию. Ферменты – белки, ускорители реакции;
Жиры – выполняют энергетическую функцию, они входят в состав мембран;
Углеводы – также при расщеплении образуют большое количество энергии, хорошо растворимы в воде и поэтому при их расщеплении энергия образуется очень быстро.
Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК, они определяют, хранят и передают наследственную информацию о составе белков клетки от родителей к потомству.
Клетки человеческого организма обладают рядом жизненно важных свойств и выполняют определенные функции:

В клетках идет обмен веществ, сопровождающийся синтезом и распадом органических соединений; обмен веществ сопровождается превращением энергии;
Когда в клетке образуются вещества, она растет, рост клеток связан с увеличением их числа, это связано с размножением путем деления;
Живые клетки обладают возбудимостью;
Одна из характерных особенностей клетки – движение.
Клетке человеческого организма присущи следующие жизненные свойства: обмен веществ, рост, размножение и возбудимость. На основе этих функций осуществляется функционирование целого организма.

Оценена опасность способности коронавируса менять клетки крови: Общество: Россия: Lenta.ru

Способность коронавируса непосредственно менять структуру клеток крови — это нечто нетипичное для вирусов. Таким мнением в беседе с «Лентой.ру» поделилась ведущий научный сотрудник сектора структурной биологии клетки Института цитологии и генетики СО РАН Елена Киселева.

«Несмотря на то что я изучаю структуру клеток, я часто вижу вирусы и внутри, в цитоплазме клеток, и в ядре, но чтобы вирусы меняли форму клеток… О таком я не слышала. Насколько я знаю, главной опасностью для тех, кто переболел коронавирусом, является то, что клетки крови начинают агрегировать. В связи с этим образуются тромбы в мелких сосудах, капиллярах легких, и происходит тромбоэмболия. Это первое. И второе — случается цитокиновый шторм, то есть начинается выработка цитокинов, которые также усиливают агрегацию клеток», — сообщила эксперт.

Материалы по теме:

По ее оценке, агрегация, то есть скопление клеток крови, не очень опасна для крупных сосудов. Однако образование подобных «сгустков» в капиллярах, особенно в легких или мозге, может привести к летальному исходу.

«Когда блокируется какой-то из сосудов в каком-то органе, то это не опасно для организма. То есть он просто отключается, и какое-то время человек может обходиться и выживать в таких условиях. Но если затрагивается мозг либо легкие, тут человек уже не выживает, если не поступает какая-то экстренная помощь для того, чтобы насытить клетки кислородом и вообще каким-то образом остановить этот процесс закупорки мелких капилляров и тромбоз», — подчеркнула Киселева.

По ее словам, механизм, по которому вирус меняет свойства клеток, неизвестен. Для понимания этих процессов необходимы исследования, отметила специалист.

«Чтобы изменились свойства клеток к агрегации, должна идти наработка специальных ферментов, которые регулируют взаимодействия между клетками. Это значит, что вирус может действовать на какие-то внутриклеточные регуляторные процессы, как раз те, которые способны обеспечивать, будем говорить, нормальные взаимодействия клеток», — заключила Киселева.

Ранее стало известно, что медики Центра физики и медицины Макса Планка и Немецкого центра иммунотерапии обнаружили у COVID-19 способность влиять на клетки крови. Ученые изучили более четырех миллионов клеток крови пациентов, сравнили их с показателями здоровых людей и обнаружили значительные изменения в жесткости лимфоцитов, размере моноцитов, размере и деформируемости нейтрофилов, а также неоднородности деформации и размера эритроцитов у людей, больных коронавирусной инфекцией.

Быстрая доставка новостей — в «Ленте дня» в Telegram

Строение и свойства клетки. Лекция № 2

1. Строение и свойства клетки.

Лекция № 2.
Наука о клетке – цитология
• Клетка –
элементарная живая
система, является
основой строения,
развития и
жизнедеятельности
всех животных и
растительных
организмов.

4. Состав клетки


белки,
жиры,
углеводы,
нуклеиновые кислоты,
АТФ,
минеральные соли,
вода (70-80%).

5. Основные части клетки:

• ядро,
• цитоплазма,
• клеточная
оболочка
(цитолемма).

6. Ядро

• Находится в цитоплазме.
• В нём содержатся гены, основным химическим
веществом которых является ДНК.
• Регулирует все жизненные функции клетки.
• Форма ядра шаровидная или
вытянутая.
• Содержимое ядра жидкое –
нуклеоплазма, в ней содержатся
ядрышки, участвующие в синтезе
белков-ферментов, хроматин,
содержащий хромосомы с генами.
• Покрыто ядерной оболочкой
(нуклеолеммой).
цитоплазма
ядро
нуклеолемма
нуклеоплазма

9. Хромосома на стадии метафазы при делении клетки.

• Образована
молекулами
белков и ДНК.
• Участки молекулы
ДНК, отвечающие
за развитие в
организме того или
иного признака,
называют генами,
или единицами
наследственности.

10. Состав цитоплазмы

• Гиалоплазма – основная часть
цитоплазмы, внутренняя среда
клетки. Объединяет все клеточные
структуры, обеспечивает химическое
взаимодействие их друг с другом.
• Органеллы.

11. Органеллы клетки:

• Эндоплазматическая сеть.
Ядро
Рибосомы
Гладкая эндоплазматическая сеть
Шероховатая э. с
• Гладкая эндоплазматическая сеть
осуществляет синтез белка.
• Шероховатая эндоплазматическая сеть
осуществляет транспорт.
• Клеточный центр – принимает участие в
делении клетки.
Клеточный центр
• Комплекс Гольджи – участвует в
выделительной функции, образовании
лизосом.
Комплекс Гольджи
• Митохондрии –
осуществляют
синтез АТФ
(силовая станция).
Митохондрии
• Лизосомы – пузырьки
с ферментами,
обладают
пищеварительной
активностью.
• Включения –
непостоянные
образования в виде
вакуолей, капель,
содержащие белки,
жиры, пигмент.
Лизосомы
• Специализированные
органоиды
(миофибриллы,
нейрофибриллы,
жгутики, реснички,
ворсинки).
Жгутики
Эндоплазматическая сеть
Клеточный центр
Лизосома
Включения
Митохондрии
Комплекс Гольджи

23. Клеточная оболочка (цитолемма)

• покрывает клетку с
поверхности,
отделяет её от
окружающей
среды.
• является
полупроницаемой,
регулирует
поступление
веществ в клетку и
из неё.
1
2
1
1
Между клетками находится
межклеточное вещество
1 – клетки
2 – межклеточное вещество

25. Свойства клетки

• Обмен веществ
или метаболизм
(главное
жизненное
свойство)

26.

Свойства клетки • Чувствительность
(раздражимость)

27. Свойства клетки

• Способность к
размножению

28. Свойства клетки

• Способность к росту, т е. увеличение
размеров и объёма клеточных
структур и самой клетки
• Способность к развитию, т.е.
приобретение клеткой
специфических функций
• Секреция, т.е. выделение различных
веществ

30. Свойства клетки

• Передвижение
(лейкоциты(1),
сперматозоиды(2))
2
1

31. Свойства клетки

• Фагоцитоз
(лейкоциты,
макрофаги(1) и др.)
1

32. Химический состав клетки

• неорганические вещества (вода 7080%, минеральные соли)
• органические вещества (белки 1020%, жиры, УВ, нуклеиновые
кислоты, АТФ).

33. Нуклеиновые кислоты

• ДНК находится в
ядре, центриолях.
• ДНК Состоит из 2
спирально
закрученных нитей,
в состав которых
входят азотистые
основания (аденин,
тиамин, цитозин,
гуанин),
соединённые
водородными
связями.
• Переносит
наследственную
информацию и на
отдельных участках
синтезирует нити
РНК.

36. РНК

• находится в ядрышках, рибосомах,
цитоплазме.
• РНК короче ДНК, состоит из 1 нити.
• Выделяют информационную,
транспортную и рибосомную РНК.
• РНК переносит информацию,
синтезирует белок.

37. АТФ

• Обязательный компонент живой
клетки.
• Синтезируется в митохондриях.
• Это аккумулятор энергии, распад её
происходит в результате синтеза
белка, жиров, углеводов и других
функций.

38. Синтез белка

• Сложный процесс, в котором
участвуют ДНК, тРНК, иРНК,
рибосомы, ферменты.
• Вначале аминокислоты в цитоплазме
активируются ферментами,
присоединяются к тРНК.
• На следующем этапе аминокислоты
соединяются в определённой
последовательности на иРНК

39. Синтез белка

40. Жизненный цикл клеток

Включает:
• функционально активную
деятельность
• период деления; деление клеток
лежит в основе роста и обновления
тканей.

41. Деление клетки

43. Раздражимость

• способность живого организма
реагировать на действие
раздражителя (температура, свет и
др.).

44. Возбудимость

• Способность живого отвечать на
раздражение.
• Раздражения воспринимаются или
всей цитоплазмой или
специализированными рецепторами.
У высших животных – глаз, ухо.
• Высшая форма раздражимости – это
рефлекс.
• Рефлекс завершается мышечным
движением, сужением или расширением
сосуда, отделением секрета.

обучение — Свойства ячеек

Эукариотические клетки — базовый план.

«Эукариотические клетки бывают самых разнообразных форм, форм и функций, но почти все эукариотические клетки имеют общий базовый план строения. Содержимое клетки отделяет от внешней среды плазматическая мембрана, которая действует как очень избирательная барьер, сохраняя нужные материалы внутри и нежелательные материалы снаружи. В мембрану встроены специализированные белки, которые обеспечивают прохождение необходимых молекул.

«Хотя взаимодействие между клеткой и внешней средой происходит посредством белков, встроенных в плазматическую мембрану, существуют специальные отростки, реснички и жгутики, которые можно использовать для перемещения клеток через окружающую жидкость или для перемещения жидкости над клетки

«Клетки двигаются и другими способами. Чтобы двигаться без использования ресничек или жгутиков, клетки должны менять форму, а для изменения формы требуется сила изменяющих форму молекул.

«Ранние микроскописты увидели, что клетки содержат жидкость. Название этой жидкости и представления о том, что она делает, довольно сильно изменились с тех пор, но теперь признано, что внутренняя часть клетки представляет собой сложную полужидкость, которая функционирует как резервуар сырья и место огромного количества макромолекулярного синтеза.

«В цитоплазме каждой клетки находится сложная сеть белковых комплексов, цитоскелет, который играет множество ролей в транспортировке материала внутри клетки и обеспечении структурной поддержки. Большинство этих элементов построено из различных типов белков, каждый из которых играет свою особую роль.

«Часть клетки, участвующая в синтезе белка, представляет собой эндоплазматический ретикулум («внутренняя клеточная сеть»), иногда называемый просто ЭПР. ЭПР представляет собой тонко разделенную систему окруженных мембраной компартментов с взаимосвязанной сетью канальцев.

«Большинство, но не все эукариотические клетки растений и животных содержат специализированную внутреннюю мембранную систему, называемую аппаратом Гольджи.Основная функция этих органелл заключается в обработке и экспорте материалов из клеток, а также в образовании лизосом и других вакуолей.

«Митохондрии — это небольшие цитоплазматические органеллы, обнаруженные во всех эукариотических клетках, которые используют кислород для высвобождения и преобразования энергии. Они содержат высокоспециализированную и интегрированную систему ферментов и других белков, которые постепенно высвобождают энергию из топливных молекул и преобразуют ее в форму, может использоваться для анаболизма и движения.

«Самый крупный и наиболее хорошо видимый из компонентов клетки — это ядро. В ядре хранятся, восстанавливаются, транскрибируются и, в конечном итоге, реплицируются молекулы ДНК — клеточный генетический механизм.

«Клетки растений, в дополнение ко всем другим органеллам, обнаруженным в эукариотических клетках, обладают двумя другими специализированными клеточными структурами.

«Клеточная стенка представляет собой коробчатый слой материала, синтезируемого растительными клетками вне плазматической мембраны.Гук увидел клеточные стенки клеток пробки, когда впервые посмотрел в свой микроскоп. Волокна целлюлозы образуют основу скелета клеточных стенок.

«Растительные клетки могут содержать несколько различных типов пластид. Это такие органеллы, как амилопласт, участвующий в хранении крахмала, и хромопласты, содержащие цветные пигменты.

«Однако наиболее легко узнаваемой пластидой является хлоропласт, зеленая органелла, которая собирает свет, а затем использует захваченную энергию для синтеза молекул сахара, которые затем сохраняются в виде крахмала.

Cell Division — получение новых клеток из старых.

«Все живые клетки образуются путем деления ранее существовавших клеток — это универсальный процесс клеточного деления. Однако механизм процесса деления различен в прокариотических и эукариотических клетках.

«Процесс клеточного деления в эукариотических клетках часто называют митозом по той части клеточного цикла, которую можно легко наблюдать с помощью светового микроскопа.Это регулярно повторяющаяся модель событий, включающая рост клетки, синтез новых молекул ДНК, а затем упаковку и доставку этих новых хромосом новым дочерним клеткам.

9 Важные характеристики ячейки с пояснениями

Как живы растения и животные, так и клетки. Жизнь, по сути, является самым основным свойством клеток, а клетки — мельчайшими единицами, демонстрирующими это свойство. В отличие от частей клетки, которые просто портятся, если их изолировать, целые клетки можно извлечь из растения или животного и культивировать в лаборатории, где они будут расти и воспроизводиться в течение длительного периода времени. При неправильном обращении они могут погибнуть. Смерть также можно считать одним из самых основных свойств жизни, потому что только живое существо сталкивается с такой перспективой. Примечательно, что клетки в теле обычно умирают «самой по себе» — жертвы внутренней программы, которая заставляет клетки, которые больше не нужны, или клетки, которые представляют риск стать раковыми, уничтожают себя . все клетки показывают

Клетки очень сложные и организованные:

Есть много согласованность на каждом уровне.Каждый тип клеток имеет одинаковый внешний вид, когда просматривается под мощным электронным микроскопом; то есть его органеллы имеют определенной формы и местоположения, от одной особи вида к другой. Точно так же каждый тип органеллы имеет постоянный состав макромолекулы, которые расположены в предсказуемой схеме.

Все клетки хранят свою наследственную информацию:

Организмы построены в соответствии с информация, закодированная в наборе генов, которые построены из ДНК. Все живые клетки на Земле, без всякого известного исключения, хранят свои наследственные информацию в виде двухцепочечных молекул ДНК. ДНК направляет рост, развитие и поддержание тканей и органов многоклеточных организмов. Инструкции ДНК передаются из поколения в поколение (наследуются) процесс размножения. Гены составляют чертежи для построения клеточные структуры, направления протекания клеточной деятельности и программа для того, чтобы сделать больше себя.Молекулярная структура генов позволяет за изменения в генетической информации (мутации), которые приводят к изменчивости среди особи, что составляет основу биологической эволюции.

Клетки способны производить больше самих себя:

Подобно тому, как отдельные организмы порожденные репродукцией, так же как и отдельные клетки. Клетки воспроизводятся с помощью деление, процесс, при котором содержимое «материнской» клетки распределяется на две «дочерние» клетки. Перед делением генетический материал удваивается, и каждая дочерняя клетка получает полную и равную долю генетического Информация.

Клетки приобретают и используют энергию:

Энергия Всем организмам требуется энергозатраты на поддержание процесса жизнедеятельности. Живые организмы должны иметь способность получать и преобразовывать энергию из окружающей среды для роста и поддерживать себя. В биологии это явление известно как обмен веществ. В течение метаболизм клетки расходуют огромное количество энергии, просто разрушая и восстановление макромолекул и органелл, из которых они сделаны. Этот непрерывный «обмен», как его называют, поддерживает целостность клетки компонентов перед лицом неизбежного износа и позволяет клетке быстро реагировать на изменяющиеся условия.

Клетки осуществляют различные химические реакции:

Клетки функционируют как миниатюрные химические заводы. Простейшая бактериальная клетка способна выполнять сотни различные химические превращения. Все эти химические превращения происходят в клеток в присутствии ферментов. Ферменты – это молекулы, которые значительно увеличивают скорость, с которой происходит химическая реакция. Сумма хим. реакции в клетке представляют метаболизм этой клетки.

Клетки Занимаются механической деятельностью:

Клетки являются местами суеты Мероприятия.Материалы транспортируются с места на место, молекулы и структуры собираются, а затем быстро разбираются, и во многих случаях весь клетка перемещается с одного места на другое. Эти виды деятельности предполагают динамические, механические изменения внутри клеток, многие из которых инициируются изменение формы «моторных» белков. Моторные белки являются лишь одним из многих Типы молекулярных «машин», используемых клетками для выполнения механических виды деятельности.

Клетки способны реагировать на раздражители:

Организмы постоянно чувствуют изменения в своем окружении и контролируемо реагируют на эти изменения.Они достигают восприятия через свои рецепторы и реагируют соответственно. Этот связь между клетками и окружающей средой называется гомеостазом. одноклеточный протист, например амеба, удаляется от объекта на своем пути или движется к источнику питательных веществ. Большинство клеток покрыты рецепторами, взаимодействующими с веществами в окружающей среде весьма специфическими способами. Клетки обладают рецепторы к гормонам, факторам роста и внеклеточным материалам, а также к веществам на поверхности других клеток.Рецепторы клетки обеспечивают пути, по которым внешние раздражители могут вызывать специфические реакции у мишени клетки. Клетки могут реагировать на специфические стимулы, изменяя свой метаболизм. деятельность, перемещение из одного места в другое или даже совершение самоубийства.

Клетки способны к саморегуляции:

Клетки надежны, потому что они защищены от опасных колебаний состава и поведения. В случае любых колебаний активируются цепи обратной связи, которые помогают клетке вернуться в соответствующее состояние.Помимо потребности в энергии, поддержание сложное, упорядоченное состояние требует постоянной регуляции.

Клетки эволюционируют:

Предполагается, что клетки эволюционировали от какой-то доклеточной формы жизни, которая, в свою очередь, произошла от неживой органические материалы, которые присутствовали в первичных морях. Эволюция клетки можно изучать, исследуя живые сегодня организмы. В соответствии с один из постулатов современной биологии, все живые организмы произошли от единая общая предковая клетка, жившая более трех миллиардов лет назад.Эволюция не просто событие прошлого, а непрерывный процесс, который продолжает изменять свойства клеток, которые будут присутствовать в организмах, еще не появиться.

Клетки, их свойства и функции

Вернуться назад

Обзор

План содействия обзору и более глубокому пониманию клеток и их функций для жизни, чтобы принимать более здоровые и безопасные решения. Функция клетки важна для понимания биологии жизни.

Размножение клеток — это процесс, необходимый для жизни, и понимание его функции необходимо для понимания роста, развития и размножения всех организмов. Необходимо понять, как лучше вести здоровый продуктивный образ жизни, а также предотвращать и лечить болезни для поддержания хорошего самочувствия. Митоз — это одна из функций, которую учащиеся должны понять для достижения успеха.

Действия включают: Что такое клетка? Функция клеточных органелл, создание клеточной модели и исследование размножения клеток.

Справочная информация :

Этот план предназначен для учащихся, которые имеют следующие предварительные знания :

Каждое растение и животное имеют структуры, которые выполняют различные функции в процессе роста, выживания и размножения.

Смежные учебные темы :

  • Различие между разными животными, растениями, растениями и животными.
  • Как клетки влияют на здоровье и самочувствие.
  • Чем люди отличаются от других животных?

Большие идеи, концепции, факты и результаты

Большие идеи

  • Живые организмы растут, размножаются и обеспечивают жизнь энергией. Базовой структурой, которая позволяет это сделать, является клетка. Изучение клеток и того, как они функционируют, улучшит принимаемые нами решения.

Родственные понятия и факты

  • Лучшие решения принимаются, когда информация проверяется, прежде чем считаться точной и использоваться для рассуждений и разработки объяснений и моделей для понимания мира и принятия решений.
  • Люди принимают лучшие решения, когда понимают и учитывают положительные и отрицательные факторы, влияющие на их принятие решений.

Результат

Используйте точную поддающуюся проверке информацию, чтобы рассматривать клетки как основную структуру жизни и как и когда важно учитывать их функции при принятии решений.

Содержание науки — физическое, земля, жизнь

Большие идеи: Клетки — это место, где живые организмы растут, размножаются и обеспечивают их энергией.

Связанные понятия

  • Каждый тип клеток, тканей и органов имеет различную структуру и набор функций, которые служат всему организму в целом.
  • Клетки выполняют множество функций, необходимых для поддержания жизни. Они растут и делятся, тем самым производя больше клеток.

Результат

  1. Определите 13 органелл и опишите функцию каждой.

Навыки для занятий наукой

Большие идеи: Реальные объекты и явления могут быть представлены с помощью моделей , которые полезны для передачи свойств, характеристик и пояснений о них.

Связанные понятия и факты

  • Модели — это конструкции, в некотором роде похожие на реальные объекты, в которых могут отсутствовать детали, они могут отличаться по размеру или не могут выполнять одни и те же функции.
  • Модели — это структуры, соответствующие реальным объектам, событиям или классам событий.
  • Модели можно использовать, чтобы думать о событиях или процессах, которые происходят очень медленно, быстро или в слишком малых или больших масштабах, чтобы их можно было легко или безопасно изменить.

Результат

  1. Признать свою модель как структуру, чтобы улучшить их понимание и способность передавать информацию.

 

Последовательность действий , чтобы предоставить учащимся достаточные возможности для достижения намеченных результатов.

Основные вопросы

Вопрос фокуса подразделения:

Какие решения люди принимают в отношении клеток?

  1. Что такое клетка?
  2. Каковы структуры (органеллы) клетки?
  3. Какова функция каждой (органеллы) в клетке?
  4. Как размножаются клетки?

Ресурсы и материалы

Лабораторные заметки

  1. Лабораторная запись 1
  2. лабораторная записка 2
  3. лабораторная заметка 3

Технический паспорт

Банк слов

Ссылки и дополнительные ресурсы

Рекомендации по подсчету очков (рубрика)

Ячейки (руководство по оценке)

Верхний уровень

  • Верхний уровень :
  • Верхний уровень :
  • Средний уровень :
  • Низкий уровень :

Нижний уровень

Планы уроков

Задание 1.

Создание модели клетки животного

Материалы :

Основные вопросы :

  1. Что такое клетка?
  2. Каковы структуры (органеллы) клетки?
  3. Какова функция каждой (органеллы) в клетке?

Результаты обучения:

  1. Создайте модель клетки животного.
  2. Структура метки в животной клетке.
  3. Опишите функции структур (органелл) в клетках животных.

Предлагаемые процедуры обзор :

  1. Объедините учащихся в группы, сосредоточьте их внимание, задайте основные вопросы, предложите учащимся записать свои ответы в своих лабораторных заметках и оцените их начальное понимание.
  2. Дайте учащимся карточку с названием или функцией органеллы и попросите их сопоставить себя.При необходимости они могут использовать лист данных о структурах и функциях ячеек.

 

Разведка
Активность:
  1. Задайте основные вопросы.
    1. Какие решения люди принимают в отношении клеток?
    2. Какая нам клетка?
    3. Каковы структуры (органеллы) клетки?
    4. Какова функция каждой (органеллы) в клетке?
  2. Дайте одному учащемуся карточку с органеллами, а другому – функциональную карточку.
  3. Скажите ученикам, что они должны найти соответствующую органеллу или функцию с другим учеником в классе.
  4. Покажите диаграмму клеток животных и предоставьте каждому лист данных.
  5. После того, как студенты разбиваются на пары…
  6. Попросите их, по одной паре, выйти в переднюю часть комнаты, указать на свою органеллу в клетке и описать ее функцию.
Изобретение
  1. Объясните, что они собираются сделать модель клетки, которую мы только что рассмотрели.
  2. Предложите им представить, что они разрезали клетку пополам, а затем отрезали кусок этой клетки шириной с лист бумаги, и они собираются сделать модель этого кусочка.
  3. Покажите образцы, сделанные другими. Может быть, предыдущие годы.
  4. Ячейки разные, поэтому каждая ячейка в классе может быть разной.
  5. Работа по ячейкам.
  6. Предложите учащимся поделиться своими моделями и указать на 13 органелл.
  7. Спросите. Как модель помогла вам узнать о структуре клеток животных?
Открытие
  1. Предложите учащимся на выбор следующие виды деятельности:
    • С помощью микроскопа наблюдайте за клетками пруда и зарисовывайте их наблюдения цветными карандашами.
    • Повторите эту процедуру, чтобы рассмотреть и зарисовать клетки луковицы.
    • Используйте диаграмму Венна или любую другую диаграмму, чтобы сравнить клетки пруда с клетками луковицы.
    • Используйте высокое увеличение для наблюдения за клетками тканей человека. Зарисуйте то, что видите. Используйте цветные карандаши, чтобы дополнить результаты этого наблюдения. Используйте диаграмму Венна или любую другую диаграмму, чтобы сравнить клетки тканей человека, которые вы наблюдали.
    • Используйте высокое увеличение для наблюдения за нервными клетками лягушки, птицы, кошки и человека. Зарисуйте то, что видите. Используйте цветные карандаши, чтобы дополнить результаты этого наблюдения. Используйте диаграмму Венна или любую другую диаграмму, чтобы сравнить нервные клетки, которые вы наблюдали.
  2. Выберите и исследуйте
  3. Поделитесь результатами с классом.
  4. Подведите итоги того, что было представлено, и перечислите то, что вы узнали.
  5. Используйте диаграммы Венна, списки, схемы и рисунки, чтобы проиллюстрировать сходства и различия.

Мероприятие 2 — Растительная клетка против.

Животное

Материалы :

Основные вопросы :

  1. Что такое клетка?
  2. В чем разница между животной клеткой и растительной клеткой?

Результаты обучения:

  1. Опишите ячейку.
  2. Опишите животную клетку.
  3. Опишите растительную клетку.
  4. Создайте модель ячейки.

Предлагаемые процедуры обзор :

  1. Объедините учащихся в группы, сосредоточьте их внимание, задайте основные вопросы, предложите учащимся записать свои ответы в своих лабораторных заметках и оцените их начальное понимание.
  2. Дайте учащимся возможность увидеть разницу между клетками растений и животных и обсудить различия.
  3. Создать модель ячейки
  4. Предложите им с помощью своих моделей объяснить, является ли это животной или растительной клеткой и какие свойства ее отличают.

 

Разведка
Активность:
  1. Задайте основные вопросы.
    1. Что такое клетка?
    2. В чем разница между животной клеткой и растительной клеткой?
  2. Запишите ответы в лабораторных заметках
  3. Поделитесь первоначальными ответами на основные вопросы.
Изобретение
  1. Используйте вспомогательные задания и материалы для сравнения клеток животных и клеток растений и помогите учащимся понять их, чтобы они могли создавать модели и делиться ими с классом.
    Если поддержка включает наблюдения за клетками, убедитесь, что учащиеся умеют пользоваться микроскопом.
  2. Просмотр реальных примеров или слайдов и/или использование диаграмм:
  3. Обсудите уникальность растительных и животных клеток.Может использовать диаграммы Венна, списки, схемы и рисунки, чтобы проиллюстрировать сходства и различия.
    растительные клетки имеют клеточные стенки, хлоропласты и центральную вакуоль, чего нет у клеток животных. Большинство центросом растений не имеют центриолей.
  4. Предложите учащимся создать свою модель, чтобы представить ее в классе и подтвердить, что клетка является животным или растением, и пояснить, почему.
  5. Делитесь и обсуждайте

Мероприятие 3 — Клеточный цикл Vs.Митоз

Материалы :

Основные вопросы :

  1. Как размножаются клетки?
  2. Что такое клеточный цикл?
  3. Что такое митоз?
  4. В чем разница между репродукцией клеток растений и животных?
  5. Как будет выглядеть модель митоза?

Результаты обучения:

  1. Опишите клеточный цикл.
  2. Опишите митоз.
  3. Опишите разницу между митозом клеток растений и животных.

Предлагаемые процедуры обзор :

  1. Объедините учащихся в группы, сосредоточьте их внимание, задайте основные вопросы, предложите учащимся записать свои ответы в своих лабораторных заметках и оцените их начальное понимание.
  2. Дайте учащимся лист данных.
  3. пусть они создадут модель клеточного цикла
  4. Предложите им создать модель митоза.
  5. Предложите им использовать свои модели, чтобы объяснить разницу между репродукцией клеток растений и животных.

 

Разведка
Активность:
  1. Задайте основные вопросы.
    1. Как размножаются клетки?
    2. Что такое клеточный цикл?
    3. Что такое митоз?
    4. В чем разница между репродукцией клеток растений и животных?
  2. Запишите ответы в лабораторных заметках
  3. Поделитесь первоначальными ответами на основные вопросы.
Изобретение
  1. Give Клеточный цикл против митоза — информационный бюллетень
  2. Обзор клеточного цикла вместе с видео копирования ДНК (1:05)
  3. Обзор митоза
  4. Используйте вспомогательные задания и материалы, чтобы помочь учащимся понять и то, и другое, чтобы они могли создавать модели и делиться ими с классом.
    Если поддержка включает наблюдения за клетками, убедитесь, что учащиеся умеют пользоваться микроскопом.
  5. Предложите учащимся создать свою модель, чтобы представить ее в классе, чтобы смоделировать этапы клеточного цикла и митоза.
  6. Делитесь и обсуждайте

Упражнение 1 — Мозговой штурм: Что?

Какие решения люди принимают в отношении клеток?

 

 

 

 

Опишите ячейку.

 

 

 

 

Назовите некоторые структуры (органеллы) в клетке.

 

 

 

 

Перечислите функции каждой структуры (органеллы), которую вы назвали выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Деятельность 2 — Клетки — животные Vs. растения

Что такое клетка?

 

 

 

В чем разница между животной и растительной клеткой?

 

 

 

 

 

 

Сделать модель клетки

 

 

 

Мероприятие 3 — Клеточный цикл по сравнению с.Митоз

Как размножаются клетки?

 

 

Что такое клеточный цикл?

 

 

 

 

 

 

 

Что такое митоз?

 

 

 

 

 

 

 

В чем разница между репродукцией клеток растений и животных?

 

 

 

 

Сделать модель митоза

 

 

 

 

 

 

 

Спецификации

Структуры и функции клеток

 

1. Клеточная мембрана: контролирует прохождение материалов в клетку и из нее.

2. Центриоли: участвуют в образовании клеток.

3. Цитоплазма: состоит из жидкости и органелл, в которых осуществляется основная часть клеточных функций; включает части клетки, кроме ядра и клеточной мембраны.

4. Жгутик: передвижение; помогает передвигаться

5. Лизосома: переваривает материалы в клетке.

6. Митохондрия: производит энергию для клетки

7.Эндоплазматический ретикулум: транспортирует вещества внутри клетки

            — гладкий — без рибосом; собирает липиды

            -rough- ближе всего к ядру: собирает белки из аминокислот.

8. Аппарат Гольджи: транспортирует вещества к поверхности клетки, а белки получают последние штрихи; изменять, упаковывать и сортировать.

9. Ядерная оболочка: окружает ядро ​​и контролирует проникновение материалов в ядро ​​и из него.

10. Ядрышко: участвует в образовании рибосом.

11. Ядро: Управляет всеми функциями клетки.

12. Ядерные поры: проход между, внутрь и наружу.

13. Рибосома: производит белок для клетки.

 

 

 

 

Схема клеток животных

 

 

Источник

Диаграмма растительной клетки

 

 

Источник

Клеточный цикл против митоза

Клеточный цикл фаз (не митоз)

Интерфаза — Клетка увеличивается в размерах, образуются новые органеллы, ДНК хромосом копируется в рамках подготовки к митозу и цитокинезу .

Он подразделяется на 3 фазы: G1, S и G2, которые готовятся к митозу (иногда считается четвертой фазой).

  1. Гэп 1 фаза (G 1) клетка становится крупнее и количество органелл увеличивается. (Некоторые клетки останавливаются на фазе G1)
  2. Фаза синтеза (S) клетка реплицирует свою ДНК, и в это время клетка имеет в два раза больше ДНК, чем обычно, поэтому ей необходимо делиться. Видео копирования ДНК (1:05)
  3. Гэп 2 фаза (G 2), когда происходит больший рост и клетка готова к делению и началу митоза .
  4. Митоз …
Митоз

Митоз — это деление ядерной клетки в соматических (не репродуктивных) эукариотических клетках (клетки с ДНК в хромосомах в ядре), в результате которого образуются новые дочерние клетки с тем же числом хромосом, что и у родительской клетки . Прокариотические клетки (бактерии и цианобактерии) размножаются путем бинарного деления, когда клетка копирует свою ДНК, а затем делится на 2 новые клетки.

Митоз важен для роста и восстановления клеток в многоклеточных организмах. У растений и животных она разная.

Фазы

Митоз состоит из 4 уникальных, но непрерывных фаз:

  1. профаза,
  2. метафаза,
  3. анафаза и
  4. телофаза.

Завершение фазы приводит к образованию 2-х генетически идентичных дочерних клеток.Цитокинез (цитоплазматическое деление клетки на две дочерние клетки в конце митоза совпадает с последними фазами митоза).

Профаза — первая фаза митоза:

  • Хроматин плотно закручивается в видимые хромосомы, каждая из которых имеет 2 идентичные сестринские хроматиды, соединенные центромерой.
  • Ядерная оболочка начинает разрушаться.
  • В клетках животных центриоли расходятся и расходятся к противоположным полюсам клетки.

Метафаза — вторая фаза митоза:

  • Ядерная оболочка полностью разрушена, что позволяет сформировать веретеновидное волокно.
  • Хромосомы выстраиваются в линию, а волокна веретена образуют каркас, удерживающий их на месте.

Анафаза — третья фаза митоза:

  • Самая короткая фаза
  • Хромосомы разделяются на отдельные хроматиды и тянутся к противоположным концам.
  • Цитокинез начинается.

Телофаза — четвертая и последняя фаза митоза:

  • Отдельные хроматиды разворачиваются в хроматин, как видно в интерфазе.
  • Ядерные оболочки формируются вокруг хроматина на каждой стороне делящейся клетки.

Цитокинез является НЕ фазой митоза.Он начинается в поздней анафазе и продолжается до завершения митоза. Это начинается, когда цитоплазма начинает отделяться. В животных клетках клеточная мембрана просто защемляется в центре клетки, образуя две новые клетки. Растительные клетки , имеют клеточную стенку и не защемляются на две клетки. Они образуют крошечные пузырьки из аппарата Гольджи, которые выстраиваются в линию в центре клетки и образуют клеточную пластинку. Эти везикулы сливаются, образуя две дочерние клетки для новых клеточных мембран.Отложения целлюлозы образуются между новыми мембранами и создают новые клеточные стенки, затем новые клетки вступают в интерфазу и продолжают клеточный цикл.

 

Источник Преподавание клеточного цикла и митоза Митоз в растительных клетках Полли Дорнетт Октябрь 2017 г.

Начальная модель митоза

 

 

Источник

 

Банк слов

Клетка — мельчайшая структура организма.Состоит из цитоплазмы и ядра, заключенного в мембрану.

Клеточная мембрана – контролирует прохождение материалов в клетку и из нее.

Центриоль — участвует в производстве клеток.

Цитоплазма — состоит из жидкости и органелл, в которых осуществляется основная часть клеточных функций; включает части клетки, кроме ядра и клеточной мембраны.

Эндоплазматический ретикулум — транспортирует вещества внутри клетки

  • Гладкий эндоплазматический ретикулум — без рибосом; собирает липиды
  • Грубый эндоплазматический ретикулум — ближе всего к ядру: собирает белки из аминокислот.

Жгутик — передвижение; помогает передвигаться

Аппарат Гольджи — транспортирует вещества к поверхности клетки, а белки получают последние штрихи; изменять, упаковывать и сортировать.

Лизосома — переваривает материалы в клетке.

Митохондрия — производит энергию для клетки

Ядерная оболочка — окружает ядро ​​и контролирует проникновение материалов в ядро ​​и из него.

Ядерные поры — проход между, внутрь и наружу.

Ядрышко — участвует в образовании рибосом.

Nucleus — Управляет всеми функциями клетки.

Рибосома — производит белок для клетки.

 

Ссылки

Заметки доктора Роберта Суитленда
homeofbob.com

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Cellular Property – обзор

II.B.3 Метаболическая инженерия

Метаболическая инженерия определяется как введение конкретных модификаций в метаболические сети с целью улучшения клеточных свойств.В последние годы метаболическая инженерия приобрела важное значение в биотехнологии и используется в основном для улучшения существующих процессов, связанных с производством химических веществ с использованием микроорганизмов. Хотя методы метаболической инженерии получили меньшее признание, их можно применять для изучения физиологических систем и изолированных целых органов 90–114 in vivo 90–115 для выяснения метаболических паттернов, возникающих в различных физиологических состояниях, таких как сытость, голодание или болезнь. Методы метаболической инженерии также находят важное применение в тканевой инженерии, где их можно использовать для мониторинга метаболической реакции клеток и тканей на возмущения в окружающей среде и рационального дизайна культуральных сред, которые улучшают функцию клеток и пролиферацию.

В метаболической инженерии понятие клеточного метаболизма как сети имеет центральное значение. Кроме того, фундаментальной для метаболической инженерии является идея о том, что метаболические процессы, системные или клеточные, взаимосвязаны и поэтому не могут рассматриваться отдельно. Основные метаболические пути (например, гликолиз, глюконеогенез, пентозофосфат, цикл мочевины, цикл трикарбоновых кислот, синтез и окисление жирных кислот) взаимосвязаны посредством общих предшественников и промежуточных продуктов метаболизма. Таким образом, можно получить расширенную перспективу метаболизма и клеточной функции, рассматривая структуру, которая включает все основные участвующие реакции, а не несколько изолированных. Двумя методологиями характеристики и анализа клеточного метаболизма, которые особенно полезны для анализа метаболических нарушений при заболеваниях человека, являются анализ метаболического потока и анализ метаболического контроля.

Метаболический поток можно определить как чистую скорость превращения одного метаболического предшественника в продукт.Анализ метаболических потоков относится к расчету потоков через метаболические пути. Для определения потока в основном используются два метода: (1) массовый анализ изотопомеров и (2) модели баланса внеклеточных метаболитов. Масс-изотопомерный анализ широко использовался для количественной оценки потоков в клетках и тканях млекопитающих, включая мозг, сердце и печень. В этом подходе тело питается или изолированная ткань перфузируется субстратами, меченными стабильными изотопами (например, 13 C). Различный характер маркировки метаболитов в крови, перфузате и/или тканевом экстракте возникает в зависимости от путей, использующих эти субстраты. Образцы маркировки экспериментально определяются с помощью ядерного магнитного резонанса или масс-спектроскопии. Эти модели маркировки анализируются в сочетании с математической моделью для расчета потоков по различным путям, которые лучше всего объясняют наблюдаемые модели маркировки. Хотя изотопомерный анализ является мощным и, как правило, неинвазивным методом, стабильно меченые соединения и инструменты, необходимые для определения распределения изотопомеров ключевых метаболитов, относительно дороги.

Материальные балансы макронутриентов всего тела использовались с 19 века для оценки переработки сыпучих материалов в организме (например, для изучения превращения углеводов в жир). С тех пор материальные балансы превратились в модели баланса метаболических потоков, которые могут предсказывать внутриклеточные потоки в сложных метаболических сетях. В этой методологии используется стехиометрическая модель, описывающая основные внутриклеточные реакции в стационарном состоянии. Внеклеточные потоки, соответствующие скорости потребления/продукции внеклеточных метаболитов, определяются экспериментально, а внутриклеточные потоки рассчитываются на основе стехиометрических ограничений внутриклеточной реакционной сети.Этот подход широко использовался для изучения и улучшения штаммов микроорганизмов (бактерий и дрожжей), имеющих значение в биотехнологии. На данный момент применение моделей баланса метаболических потоков к клеточным системам млекопитающих более ограничено, но становится все более популярным.

Отправной точкой в ​​этом анализе является построение списка уравнений стационарного материального баланса для описания превращения субстратов в продукты метаболизма для интересующей биохимической системы.Например, если рассмотреть упрощенную схему метаболизма аминокислот в печени, можно написать систему стационарных уравнений материального баланса, которые представляют поток метаболитов через сеть (рис. 9). Уравнения содержат измеряемые величины (они отмечены звездочкой), которые представляют собой скорость потребления/продукции внеклеточных метаболитов. Предполагается, что концентрации строго внутриклеточных метаболитов (например, аргининосукцината) являются постоянными. В данном конкретном случае необходимо определить восемь потоков, пять из которых являются измеримыми (F 1 * , F 2 * , F 4 * , F 91645 6 7 7

. , Ф 8 * ).Перечисленные здесь пять уравнений, связывающих эти потоки друг с другом, можно свести к четырем независимым уравнениям. Таким образом, система может быть решена для получения трех неизвестных внутриклеточных потоков (F 1 , F 2 , F 4 ). Поскольку система переопределена, она обеспечивает внутреннюю проверку согласованности данных друг с другом и предполагаемой биохимией.

РИСУНОК 9. Система уравнений баланса массы, описывающая поток метаболитов через цикл мочевины гепатоцитов. Измеряемые потоки отмечены звездочкой.

Хотя этот метод очень полезен, существует предел того, в какой степени сложные метаболические сети могут быть объяснены с помощью измерений только внеклеточных продуктов. Например, распределение потока в точках разделения, которые сходятся в другой точке сети, не может быть разрешено. Еще одно ограничение состоит в том, что можно определить только суммарные потоки, в то время как изотопные методы иногда могут определять скорости прямой и обратной реакций.Эта методология может быть особенно полезной при использовании в сочетании со стабильными изотопами для получения потоков, которые невозможно определить непосредственно с помощью изотопомного анализа. Анализ метаболических потоков, однажды подтвержденный для конкретного изучаемого случая, потенциально очень полезен, поскольку он неинвазивен и экономичен.

Другим важным аспектом метаболической сети, который можно исследовать с помощью методов метаболической инженерии, являются «контролирующие скорость» ферменты пути (т. е. ферменты, управляющие потоками в метаболической сети).За последние 30 лет было разработано несколько теоретических основ для этого типа анализа. Из них одним из наиболее широко используемых является анализ метаболического контроля. Анализ метаболического контроля направлен на количественную оценку контроля, который отдельные ферменты или группы ферментов оказывают на поток по определенному пути, путем изучения реакции системы на изменения уровня питательных веществ и других факторов, которые изменяют активность определенных ферментов в сети. Этот анализ, как правило, довольно сложно выполнить экспериментально, и он часто основан на многих предположениях; тем не менее, он дает ценную информацию о механизмах, регулирующих метаболическую адаптацию к изменениям в окружающей среде, и дает рациональную основу для генно-инженерных клеток для выполнения определенных функций.

Молекулярный состав клеток. Клетка

Клетки состоят из воды, неорганических ионов и углеродсодержащих (органических) молекул. Вода является самой распространенной молекулой в клетках, на ее долю приходится 70% или более общей массы клетки. Следовательно, взаимодействия между водой и другими составляющими клеток имеют центральное значение в биологической химии. Важнейшим свойством воды в этом отношении является то, что это полярная молекула, в которой атомы водорода имеют небольшой положительный заряд, а кислород — небольшой отрицательный ().Из-за своей полярной природы молекулы воды могут образовывать водородные связи друг с другом или с другими полярными молекулами, а также взаимодействовать с положительно или отрицательно заряженными ионами. В результате этих взаимодействий ионы и полярные молекулы хорошо растворимы в воде (гидрофильны). Напротив, неполярные молекулы, которые не могут взаимодействовать с водой, плохо растворимы в водной среде (гидрофобны). Следовательно, неполярные молекулы имеют тенденцию минимизировать свой контакт с водой, вместо этого тесно связываясь друг с другом.Как будет показано далее в этой главе, такие взаимодействия полярных и неполярных молекул с водой и друг с другом играют решающую роль в формировании биологических структур, таких как клеточные мембраны.

Рисунок 2.1

Характеристики воды. (A) Вода представляет собой полярную молекулу со слабым отрицательным зарядом (δ ) на атоме кислорода и небольшим положительным зарядом (δ + ) на атомах водорода. Из-за такой полярности молекулы воды могут образовывать водородные связи (штриховые (подробнее…)

Неорганические ионы клетки, в том числе натрия (Na + ), калия (K + ), магния (Mg 2+ ), кальция (Ca 2+ ), фосфата (HPO 4 2-), хлорид (Cl ) и бикарбонат (HCO 3 ) составляют 1% или меньше клеточной массы. Эти ионы участвуют в ряде аспектов клеточного метаболизма и, таким образом, играют решающую роль в функционировании клеток.

Однако именно органические молекулы являются уникальными составляющими клеток.Большинство этих органических соединений принадлежат к одному из четырех классов молекул: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Белки, нуклеиновые кислоты и большинство углеводов (полисахаридов) представляют собой макромолекулы, образованные путем соединения (полимеризации) сотен или тысяч низкомолекулярных предшественников: соответственно аминокислот, нуклеотидов и простых сахаров. Такие макромолекулы составляют от 80 до 90% сухой массы большинства клеток. Липиды являются другим важным компонентом клеток. Остальная часть клеточной массы состоит из множества небольших органических молекул, включая макромолекулярные предшественники.Таким образом, базовую химию клеток можно понять с точки зрения структуры и функций четырех основных классов органических молекул.

Углеводы

Углеводы включают простые сахара, а также полисахариды. Эти простые сахара, такие как глюкоза, являются основными питательными веществами клеток. Как будет показано далее в этой главе, их расщепление обеспечивает как источник клеточной энергии, так и исходный материал для синтеза других компонентов клетки. Полисахариды представляют собой запасные формы сахаров и образуют структурные компоненты клетки. Кроме того, полисахариды и более короткие полимеры сахаров действуют как маркеры различных процессов распознавания клеток, включая адгезию клеток к своим соседям и транспорт белков к соответствующим внутриклеточным местам назначения.

Структуры типичных простых сахаров (моносахаридов) проиллюстрированы в . Основная формула для этих молекул (CH 2 O) n , от которой происходит название углевод (C = «карбо» и H 2 O = «гидрат»).Шестиуглеродная ( n = 6) сахарная глюкоза (C 6 H 12 O 6 ) особенно важна для клеток, поскольку она обеспечивает основной источник клеточной энергии. Другие простые сахара имеют от трех до семи атомов углерода, причем трех- и пятиуглеродные сахара являются наиболее распространенными. Сахара, содержащие пять или более атомов углерода, могут циклироваться с образованием кольцевых структур, которые являются преобладающими формами этих молекул внутри клеток. Как показано на рисунке, циклизованные сахара существуют в двух альтернативных формах (называемых α или β), в зависимости от конфигурации углерода 1.

Рисунок 2.2

Структура простых сахаров. Проиллюстрированы репрезентативные сахара, содержащие три, пять и шесть атомов углерода (триозный, пентозный и гексозный сахара соответственно). Сахара с пятью или более атомами углерода могут циклизоваться с образованием колец, которые существуют в двух альтернативных формах (подробнее…)

Моносахариды могут быть соединены вместе в результате реакций дегидратации, в которых H 2 O удаляется, а сахара соединяются гликозидная связь между двумя их атомами углерода (). Если только несколько сахаров соединены вместе, полученный полимер называется олигосахаридом.Если задействовано большое количество (сотни или тысячи) сахаров, образующиеся полимеры представляют собой макромолекулы, называемые полисахаридами.

Рисунок 2.3

Образование гликозидной связи. Два простых сахара соединяются реакцией дегидратации (реакцией удаления воды). В показанном примере две молекулы глюкозы в α-конфигурации соединены связью между атомами углерода 1 и 4, которая (подробнее. ..)

Два обычных полисахарида — гликоген и крахмал — являются запасными формами углеводов у животных и растений. ячеек соответственно.И гликоген, и крахмал полностью состоят из молекул глюкозы в α-конфигурации (). Основная связь находится между углеродом 1 одной глюкозы и углеродом 4 второй. Кроме того, как гликоген, так и одна форма крахмала (амилопектин) содержат случайные α (1→6) связи, в которых углерод 1 одной глюкозы соединен с углеродом 6 другой. Как показано на , эти связи приводят к образованию ответвлений в результате соединения двух отдельных α (1 → 4) связанных цепей. Такие разветвления есть у гликогена и амилопектина, хотя другая форма крахмала (амилоза) представляет собой неразветвленную молекулу.

Рисунок 2.4

Структура полисахаридов. Полисахариды представляют собой макромолекулы, состоящие из сотен или тысяч простых сахаров. Гликоген, крахмал и целлюлоза полностью состоят из остатков глюкозы, которые соединены α (1→4) гликозидными (подробнее…)

Таким образом, структуры гликогена и крахмала в основном схожи, как и их функции: запасать глюкозу. Целлюлоза, напротив, выполняет весьма четкую функцию как основной структурный компонент клеточной стенки растений.Возможно, это покажется вам удивительным, но целлюлоза также полностью состоит из молекул глюкозы. Однако остатки глюкозы в целлюлозе находятся в β-, а не в α-конфигурации, а целлюлоза представляет собой неразветвленный полисахарид (см. ). Связывание остатков глюкозы β (1→4), а не α (1→4) связями приводит к тому, что целлюлоза образует длинные вытянутые цепи, которые укладываются бок о бок, образуя волокна с большой механической прочностью.

Помимо своей роли в хранении энергии и структуре клетки, олигосахариды и полисахариды играют важную роль в различных процессах клеточной передачи сигналов.Например, олигосахариды часто связаны с белками, где они служат маркерами белков-мишеней для транспорта на клеточную поверхность или включения в различные субклеточные органеллы. Олигосахариды и полисахариды также служат маркерами на поверхности клеток, играя важную роль в распознавании клеток и взаимодействиях между клетками в тканях многоклеточных организмов.

Липиды

Липиды играют три основные роли в клетках. Во-первых, они обеспечивают важную форму хранения энергии.Во-вторых, и это имеет большое значение в клеточной биологии, липиды являются основными компонентами клеточных мембран. В-третьих, липиды играют важную роль в клеточной передаче сигналов как в качестве стероидных гормонов (например, эстрогена и тестостерона), так и в качестве молекул-мессенджеров, которые передают сигналы от рецепторов клеточной поверхности к мишеням внутри клетки.

Простейшие липиды — это жирные кислоты, состоящие из длинных углеводородных цепочек, чаще всего содержащих 16 или 18 атомов углерода, с карбоксильной группой (СОО ) на одном конце ().Ненасыщенные жирные кислоты содержат одну или несколько двойных связей между атомами углерода; в насыщенных жирных кислотах все атомы углерода связаны с максимальным числом атомов водорода. Длинные углеводородные цепи жирных кислот содержат только неполярные связи С—Н, которые не способны взаимодействовать с водой. Гидрофобная природа этих цепей жирных кислот во многом определяет поведение сложных липидов, особенно при формировании биологических мембран.

Рисунок 2.5

Структура жирных кислот.Жирные кислоты состоят из длинных углеводородных цепей, оканчивающихся карбоксильной группой (COO ). Пальмитат и стеарат — насыщенные жирные кислоты, состоящие из 16 и 18 атомов углерода соответственно. Олеат представляет собой ненасыщенную 18-углеродную жирную кислоту (подробнее…)

Жирные кислоты хранятся в виде триацилглицеролов или жиров, состоящих из трех жирных кислот, связанных с молекулой глицерина (). Триацилглицеролы нерастворимы в воде и поэтому накапливаются в цитоплазме в виде капелек жира. При необходимости их можно расщепить для использования в реакциях с выделением энергии, которые обсуждаются далее в этой главе.Примечательно, что жиры являются более эффективной формой хранения энергии, чем углеводы, дающие более чем в два раза больше энергии на вес расщепленного материала. Таким образом, жиры позволяют хранить энергию менее чем в два раза меньше массы тела, которая потребовалась бы для хранения того же количества энергии в углеводах, что особенно важно для животных из-за их подвижности.

Рисунок 2.6

Структура триацилглицеролов. Триацилглицеролы (жиры) содержат три жирные кислоты, соединенные с глицерином.В этом примере все три жирные кислоты представляют собой пальмитаты, но триацилглицеролы часто содержат смесь различных жирных кислот.

Фосфолипиды, основные компоненты клеточных мембран, состоят из двух жирных кислот, соединенных с полярной головной группой (). В глицериновых фосфолипидах две жирные кислоты связаны с атомами углерода в глицерине, как и в триацилглицеролах. Однако третий углерод глицерина связан с фосфатной группой, которая, в свою очередь, часто присоединена к другой небольшой полярной молекуле, такой как холин, серин, инозитол или этаноламин.Сфингомиелин, единственный неглицериновый фосфолипид в клеточных мембранах, содержит две углеводородные цепи, связанные с полярной головной группой, образованной из серина, а не из глицерина. Все фосфолипиды имеют гидрофобные хвосты, состоящие из двух углеводородных цепей, и гидрофильные головные группы, состоящие из фосфатной группы и ее полярных присоединений. Следовательно, фосфолипиды представляют собой амфипатические молекулы, частично водорастворимые и частично водонерастворимые. Это свойство фосфолипидов лежит в основе образования биологических мембран, о чем будет сказано далее в этой главе.

Рисунок 2.7

Структура фосфолипидов. Фосфолипиды глицерина содержат две жирные кислоты, соединенные с глицерином. Жирные кислоты могут отличаться друг от друга и обозначаются R1 и R2. Третий углерод глицерина соединен с фосфатной группой (образуя фосфатидную (далее…)

Помимо фосфолипидов многие клеточные мембраны содержат гликолипиды и холестерин. Гликолипиды состоят из двух углеводородных цепей, соединенных с полярными головными группами, которые содержат углеводы ( ).Таким образом, они сходны с фосфолипидами по своей общей организации как амфипатические молекулы. Холестерин, напротив, состоит из четырех углеводородных колец, а не из линейных углеводородных цепей (4). Углеводородные кольца сильно гидрофобны, но гидроксильная (ОН) группа, присоединенная к одному концу холестерина, слабо гидрофильна, поэтому холестерин также является амфипатическим.

Рисунок 2.8

Структура гликолипидов. Две углеводородные цепи присоединены к полярной головной группе, образованной серином и содержащей углеводы (например,г., глюкоза).

Рисунок 2.9

Холестерин и стероидные гормоны. Холестерин, важный компонент клеточных мембран, представляет собой амфипатическую молекулу из-за своей полярной гидроксильной группы. Холестерин также является предшественником стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстрадиол (форма (подробнее…)

Помимо своей роли компонентов клеточных мембран, липиды функционируют как сигнальные молекулы как внутри клеток, так и между ними. стероидные гормоны (такие как эстрогены и тестостерон) являются производными холестерина (см. ).Эти гормоны представляют собой разнообразную группу химических мессенджеров, каждый из которых содержит четыре углеводородных кольца, к которым присоединены различные функциональные группы. Производные фосфолипидов также служат в качестве молекул-мессенджеров внутри клеток, действуя для передачи сигналов от рецепторов клеточной поверхности к внутриклеточным мишеням (см. главу 13).

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК — являются основными информационными молекулами клетки. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) играет уникальную роль генетического материала, который в эукариотических клетках находится в ядре.Различные типы рибонуклеиновой кислоты (РНК) участвуют в ряде клеточных активностей. Информационная РНК (мРНК) переносит информацию от ДНК к рибосомам, где она служит матрицей для синтеза белка. Два других типа РНК (рибосомальная РНК и транспортная РНК) участвуют в синтезе белка. Другие виды РНК участвуют в процессинге и транспорте как РНК, так и белков. Помимо действия в качестве информационной молекулы, РНК также способна катализировать ряд химических реакций.В современных клетках они включают реакции, связанные как с синтезом белка, так и с процессингом РНК.

ДНК и РНК представляют собой полимеры нуклеотидов, состоящие из пуриновых и пиримидиновых оснований, связанных с фосфорилированными сахарами (). ДНК содержит два пурина (аденин и гуанин) и два пиримидина (цитозин и тимин). Аденин, гуанин и цитозин также присутствуют в РНК, но РНК содержит урацил вместо тимина. Основания связаны с сахарами ( 2 -дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) с образованием нуклеозидов.Нуклеотиды дополнительно содержат одну или несколько фосфатных групп, связанных с 5′-углеродом нуклеозидных сахаров.

Рисунок 2.10

Компоненты нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты содержат пуриновые и пиримидиновые основания, связанные с фосфорилированными сахарами. Основание нуклеиновой кислоты, связанное только с сахаром, представляет собой нуклеозид. Нуклеотиды дополнительно содержат одну или несколько фосфатных групп.

Полимеризация нуклеотидов с образованием нуклеиновых кислот включает образование фосфодиэфирных связей между 5′-фосфатом одного нуклеотида и 3′-гидроксилом другого ().Олигонуклеотиды представляют собой небольшие полимеры, содержащие всего несколько нуклеотидов; большие полинуклеотиды, составляющие клеточную РНК и ДНК, могут содержать соответственно тысячи или миллионы нуклеотидов. Важно отметить, что полинуклеотидная цепь имеет направление: один конец цепи оканчивается на 5′-фосфатной группе, а другой — на 3′-гидроксильной группе. Полинуклеотиды всегда синтезируются в направлении от 5′ к 3′, при этом свободный нуклеотид добавляется к 3′-группе ОН растущей цепи.По соглашению последовательность оснований в ДНК или РНК также записывается в направлении от 5′ к 3′.

Рисунок 2.11

Полимеризация нуклеотидов. Фосфодиэфирная связь образуется между 3′-гидроксильной группой одного нуклеотида и 5′-фосфатной группой другого. Полинуклеотидная цепь имеет направление, один конец которой заканчивается 5′ (подробнее…)

Информация в ДНК и РНК передается порядком оснований в полинуклеотидной цепи. ДНК представляет собой двухцепочечную молекулу, состоящую из двух полинуклеотидных цепей, идущих в противоположных направлениях (см. главу 3).Основания находятся внутри молекулы, и две цепи соединены водородными связями между комплементарными парами оснований — спаривание аденина с тимином и гуанина с цитозином. Важным следствием такого комплементарного спаривания оснований является то, что одна цепь ДНК (или РНК) может действовать как матрица для направления синтеза комплементарной цепи. Таким образом, нуклеиновые кислоты обладают уникальной способностью управлять собственной саморепликацией, что позволяет им функционировать в качестве основных информационных молекул клетки.Информация, которую несут ДНК и РНК, управляет синтезом специфических белков, которые контролируют большую часть клеточной активности.

Рисунок 2.
12

Комплементарное спаривание оснований нуклеиновых кислот. Образование водородных связей между основаниями на противоположных цепях ДНК приводит к специфическому спариванию гуанина (Г) с цитозином (Ц) и аденина (А) с тимином (Т).

Нуклеотиды важны не только как строительные блоки нуклеиновых кислот; они также играют важную роль в других клеточных процессах.Возможно, наиболее ярким примером является аденозин-5′-трифосфат (АТФ), который является основной формой химической энергии в клетках. Другие нуклеотиды также функционируют как переносчики либо энергии, либо реактивных химических групп в самых разнообразных метаболических реакциях. Кроме того, некоторые нуклеотиды (например, циклический АМФ) являются важными сигнальными молекулами внутри клеток (см. главу 13).

Белки

В то время как нуклеиновые кислоты несут генетическую информацию клетки, основной обязанностью белков является выполнение задач, определяемых этой информацией.Белки — самые разнообразные из всех макромолекул, и каждая клетка содержит несколько тысяч различных белков, выполняющих самые разнообразные функции. Роли белков включают в себя роль структурных компонентов клеток и тканей, участие в транспорте и хранении малых молекул (например, транспорт кислорода гемоглобином), передачу информации между клетками (например, белковые гормоны) и обеспечение защиты от инфекция (например, антитела). Однако самым фундаментальным свойством белков является их способность действовать как ферменты, которые, как обсуждается в следующем разделе, катализируют почти все химические реакции в биологических системах.Таким образом, белки управляют практически всей деятельностью клетки. На центральное значение белков в биологической химии указывает их название, происходящее от греческого слова proteios , что означает «первого ранга».

Белки представляют собой полимеры 20 различных аминокислот. Каждая аминокислота состоит из атома углерода (называемого α-углеродом), связанного с карбоксильной группой (COO ), аминогруппы (NH 3 + ), атома водорода и отличительной боковой цепи () . Конкретные химические свойства различных боковых цепей аминокислот определяют роль каждой аминокислоты в структуре и функции белка.

Рисунок 2.13

Строение аминокислот. Каждая аминокислота состоит из центрального атома углерода (α-углерода), связанного с атомом водорода, карбоксильной группы, аминогруппы и определенной боковой цепи (обозначенной R). При физиологическом рН и карбоксильная, и амино (подробнее…)

Аминокислоты можно разделить на четыре широкие категории в соответствии со свойствами их боковых цепей ().Десять аминокислот имеют неполярные боковые цепи, не взаимодействующие с водой. Глицин — простейшая аминокислота, боковая цепь которой состоит только из атома водорода. Аланин, валин, лейцин и изолейцин имеют углеводородные боковые цепи, состоящие из четырех атомов углерода. Боковые цепи этих аминокислот являются гидрофобными и поэтому имеют тенденцию располагаться внутри белков, где они не контактируют с водой. Пролин также имеет углеводородную боковую цепь, но он уникален тем, что его боковая цепь связана с азотом аминогруппы, а также с α-углеродом, образуя циклическую структуру. Боковые цепи двух аминокислот, цистеина и метионина, содержат атомы серы. Метионин довольно гидрофобен, а цистеин менее гидрофобен из-за его сульфгидрильной (SH) группы. Как будет показано ниже, сульфгидрильная группа цистеина играет важную роль в структуре белка, поскольку между боковыми цепями различных остатков цистеина могут образовываться дисульфидные связи. Наконец, две неполярные аминокислоты, фенилаланин и триптофан, имеют боковые цепи, содержащие очень гидрофобные ароматические кольца.

Рис. 2.14

Аминокислоты. Указаны трехбуквенные и однобуквенные сокращения для каждой аминокислоты. Аминокислоты сгруппированы в четыре категории в соответствии со свойствами их боковых цепей: неполярные, полярные, основные и кислые.

Пять аминокислот имеют незаряженные, но полярные боковые цепи. К ним относятся серин, треонин и тирозин, которые имеют гидроксильные группы на боковых цепях, а также аспарагин и глутамин, которые имеют полярные амидные (O=C-NH 2 ) группы. Поскольку полярные боковые цепи этих аминокислот могут образовывать водородные связи с водой, эти аминокислоты являются гидрофильными и имеют тенденцию располагаться снаружи белков.

Аминокислоты лизин, аргинин и гистидин имеют боковые цепи с заряженными основными группами. Лизин и аргинин являются очень основными аминокислотами, и их боковые цепи в клетке заряжены положительно. Следовательно, они очень гидрофильны и находятся в контакте с водой на поверхности белков. Гистидин может быть либо незаряженным, либо положительно заряженным при физиологическом pH, поэтому он часто играет активную роль в ферментативных реакциях, включающих обмен ионами водорода, как показано на примере ферментативного катализа, обсуждаемом в следующем разделе.

Наконец, две аминокислоты, аспарагиновая кислота и глутаминовая кислота, имеют кислотные боковые цепи, оканчивающиеся карбоксильными группами. Эти аминокислоты внутри клетки заряжены отрицательно, поэтому их часто называют аспартатом и глутаматом. Подобно основным аминокислотам, эти кислые аминокислоты очень гидрофильны и обычно располагаются на поверхности белков.

Аминокислоты соединены пептидными связями между α-аминогруппой одной аминокислоты и α-карбоксильной группой второй ().Полипептиды представляют собой линейные цепочки аминокислот, обычно состоящие из сотен или тысяч аминокислот. Каждая полипептидная цепь имеет два различных конца, один из которых заканчивается α-аминогруппой (амино- или N-конец), а другой – α-карбоксильной группой (карбокси-конец или С-конец). Полипептиды синтезируются от амино-конца к карбокси-концу, и последовательность аминокислот в полипептиде записывается (по соглашению) в том же порядке.

Рисунок 2.15

Образование пептидной связи.Карбоксильная группа одной аминокислоты связана с аминогруппой второй.

Определяющей характеристикой белков является то, что они представляют собой полипептиды со специфическими аминокислотными последовательностями. В 1953 году Фредерик Сенгер первым определил полную аминокислотную последовательность белка, гормона инсулина. Было обнаружено, что инсулин состоит из двух полипептидных цепей, соединенных дисульфидными связями между остатками цистеина (1). Что наиболее важно, эксперимент Сэнгера показал, что каждый белок состоит из определенной аминокислотной последовательности.Белки в настоящее время секвенируются с использованием автоматизированных методов, и в настоящее время известны полные аминокислотные последовательности более 100 000 белков. Каждый состоит из уникальной последовательности аминокислот, определяемой порядком нуклеотидов в гене (см. главу 3).

Рисунок 2.16

Аминокислотная последовательность инсулина. Инсулин состоит из двух полипептидных цепей, одна из 21, а другая из 30 аминокислот (обозначенных здесь их однобуквенными кодами). Боковые цепи трех пар остатков цистеина соединены дисульфидными связями, две из которых (более…)

Аминокислотная последовательность белка является лишь первым элементом его структуры. Белки не являются удлиненными цепями аминокислот, они принимают четкие трехмерные конформации, которые имеют решающее значение для их функции. Эти трехмерные конформации белков являются результатом взаимодействия между составляющими их аминокислотами, поэтому формы белков определяются последовательностями их аминокислот. Впервые это было продемонстрировано экспериментами Кристиана Анфинсена, в которых он разрушал трехмерные структуры белков с помощью таких воздействий, как нагревание, которые разрывают нековалентные связи — процесс, называемый денатурацией.После инкубации в более мягких условиях такие денатурированные белки часто спонтанно возвращались к своим нативным конформациям, что указывает на то, что эти конформации непосредственно определяются аминокислотной последовательностью.

Рисунок 2.17

Денатурация и рефолдинг белков. Рибонуклеаза (РНКаза) представляет собой белок из 124 аминокислот (обозначены цифрами). Белок обычно свернут в нативную конформацию, содержащую четыре дисульфидные связи (обозначены парными кружками, представляющими (больше…)

Трехмерная структура белков чаще всего анализируется с помощью рентгеновской кристаллографии, метода высокого разрешения, который позволяет определить расположение отдельных атомов в молекуле. Пучок рентгеновских лучей направляют на кристаллы анализируемого белка, и на рентгеновской пленке регистрируют картину рентгеновских лучей, проходящих через кристалл белка. Попадая на кристалл, рентгеновские лучи рассеиваются по характерным узорам, определяемым расположением атомов в молекуле.Таким образом, структура молекулы может быть выведена из картины рассеянного рентгеновского излучения (дифракционной картины).

В 1958 году Джон Кендрю первым определил трехмерную структуру белка миоглобина — относительно простого белка, состоящего из 153 аминокислот (). С тех пор были проанализированы трехмерные структуры нескольких тысяч белков. Большинство из них, подобно миоглобину, представляют собой глобулярные белки с полипептидными цепями, свернутыми в компактные структуры, хотя некоторые (например, структурные белки соединительной ткани) представляют собой длинные волокнистые молекулы.Анализ трехмерной структуры этих белков выявил несколько основных принципов, управляющих укладкой белка, хотя структура белка настолько сложна, что невозможно предсказать трехмерную структуру белка непосредственно по его аминокислотной последовательности.

Рисунок 2.18

Трехмерная структура миоглобина. Миоглобин представляет собой белок из 153 аминокислот, который участвует в транспорте кислорода. Полипептидная цепь закручена вокруг гемовой группы, которая служит местом связывания кислорода.

Структура белка обычно описывается как имеющая четыре уровня. Первичная структура белка – это последовательность аминокислот в его полипептидной цепи. Вторичная структура представляет собой правильное расположение аминокислот в локализованных областях полипептида. Особенно распространены два типа вторичной структуры, впервые предложенные Лайнусом Полингом и Робертом Кори в 1951 году: α-спираль и β-лист. Обе эти вторичные структуры удерживаются вместе водородными связями между группами CO и NH пептидных связей.α-спираль образуется, когда участок полипептидной цепи закручивается вокруг себя, при этом группа CO одной пептидной связи образует водородную связь с группой NH пептидной связи, расположенной четырьмя остатками ниже по течению в линейной полипептидной цепи (). Напротив, β-лист образуется, когда две части полипептидной цепи лежат рядом с водородными связями между ними. Такие β-листы могут образовываться между несколькими полипептидными нитями, которые могут быть ориентированы как параллельно, так и антипараллельно друг другу.

Рисунок 2.19

Вторичная структура белков. Наиболее распространенными типами вторичной структуры являются α-спираль и β-лист. В α-спирали водородные связи образуются между CO- и NH-группами пептидных связей, разделенными четырьмя аминокислотными остатками. (подробнее…)

Третичная структура представляет собой укладку полипептидной цепи в результате взаимодействий между боковыми цепями аминокислот, лежащими в разных участках первичной последовательности (). В большинстве белков комбинации α-спиралей и β-слоев, соединенных петлевыми участками полипептидной цепи, складываются в компактные глобулярные структуры, называемые доменами, которые являются основными единицами третичной структуры.Небольшие белки, такие как рибонуклеаза или миоглобин, содержат только один домен; более крупные белки могут содержать ряд различных доменов, которые часто связаны с различными функциями.

Рисунок 2.20

Третичная структура рибонуклеазы. Участки вторичных структур α-спирали и β-слоя, соединенные петлевыми участками, свернуты в нативную конформацию белка. На этом схематическом изображении полипептидной цепи в виде (подробнее…)

Важным фактором, определяющим третичную структуру, является локализация гидрофобных аминокислот внутри белка и гидрофильных аминокислот на поверхности, где они взаимодействуют с вода.Таким образом, внутренняя часть свернутых белков состоит в основном из гидрофобных аминокислот, расположенных в виде α-спиралей и β-пластов; эти вторичные структуры обнаруживаются в гидрофобных ядрах белков, потому что водородные связи нейтрализуют полярный характер групп CO и NH полипептидного остова. Петлевые участки, соединяющие элементы вторичной структуры, находятся на поверхности свернутых белков, где полярные компоненты пептидных связей образуют водородные связи с водой или с полярными боковыми цепями гидрофильных аминокислот.Взаимодействия между полярными боковыми цепями аминокислот (водородные связи и ионные связи) на поверхности белка также являются важными детерминантами третичной структуры. Кроме того, ковалентные дисульфидные связи между сульфгидрильными группами остатков цистеина стабилизируют складчатые структуры многих клеточных поверхностей или секретируемых белков.

Четвертый уровень структуры белка, четвертичная структура, состоит из взаимодействий между различными полипептидными цепями в белках, состоящих более чем из одного полипептида.Гемоглобин, например, состоит из четырех полипептидных цепей, удерживаемых вместе теми же типами взаимодействий, которые поддерживают третичную структуру.

Рисунок 2.21

Четвертичная структура гемоглобина. Гемоглобин состоит из четырех полипептидных цепей, каждая из которых связана с гемовой группой. Две α-цепи и две β-цепи идентичны.

Различные химические характеристики 20 различных аминокислот, таким образом, приводят к значительным различиям в трехмерных конформациях свернутых белков.Следовательно, белки составляют чрезвычайно сложную и разнообразную группу макромолекул, подходящих для широкого круга задач, которые они выполняют в клеточной биологии.

Коробка

Ключевой эксперимент: складывание полипептидных цепей.

Клеточная биология | Изучайте науку в Scitable

Клеточная биология — это наука о структуре и функциях клеток, основанная на концепции о том, что клетка является фундаментальной единицей жизни. Сосредоточение внимания на клетке позволяет детально понять ткани и организмы, из которых состоят клетки.Некоторые организмы имеют только одну клетку, тогда как другие организованы в кооперативные группы с огромным количеством клеток. В целом клеточная биология фокусируется на структуре и функции клетки, от самых общих свойств, присущих всем клеткам, до уникальных, очень сложных функций, характерных для специализированных клеток.

Отправной точкой для этой дисциплины можно считать 1830-е годы. Хотя ученые веками использовали микроскопы, они не всегда были уверены, на что смотрят.За первоначальным наблюдением Робертом Гуком в 1665 году стенок растительных клеток в кусочках пробки вскоре последовали первые описания Антони ван Левенгук живых клеток с видимыми движущимися частями. В 1830-х годах два ученых, которые были коллегами — Шлейден, изучавший клетки растений, и Шванн, изучавший сначала клетки животных, — дали первое четко сформулированное определение клетки. Их определение гласило, что все живые существа, как простые, так и сложные, состоят из одной или нескольких клеток, а клетка является структурной и функциональной единицей жизни — концепция, которая стала известна как клеточная теория.

По мере совершенствования микроскопов и методов окрашивания в девятнадцатом и двадцатом веках ученые могли видеть все больше и больше внутренних деталей внутри клеток. Микроскопы, которые использовал ван Левенгук, вероятно, увеличивали образцы в несколько сотен раз. Сегодня мощные электронные микроскопы могут увеличивать образцы более чем в миллион раз и обнаруживать формы органелл в масштабе микрометра и ниже. С помощью конфокальной микроскопии можно комбинировать серию изображений, что позволяет исследователям создавать подробные трехмерные изображения клеток. Эти усовершенствованные методы визуализации помогли нам лучше понять удивительную сложность клеток и структур, которые они образуют.

В клеточной биологии есть несколько основных разделов. Одним из них является изучение клеточной энергии и биохимических механизмов, поддерживающих клеточный метаболизм. Поскольку клетки сами по себе являются машинами, внимание к клеточной энергии совпадает с поиском вопросов о том, как энергия впервые возникла в первоначальных первичных клетках миллиарды лет назад. Другой раздел клеточной биологии касается генетики клетки и ее тесной взаимосвязи с белками, контролирующими высвобождение генетической информации из ядра в цитоплазму клетки.Еще одно подполе фокусируется на структуре клеточных компонентов, известных как субклеточные компартменты. Через многие биологические дисциплины проходит дополнительная область клеточной биологии, занимающаяся клеточной коммуникацией и передачей сигналов, концентрирующаяся на сообщениях, которые клетки передают и получают от других клеток и самих себя. И, наконец, есть подполе, занимающееся в первую очередь клеточным циклом, чередованием фаз, начинающихся и заканчивающихся клеточным делением, и ориентированное на разные периоды роста и репликации ДНК.Многие клеточные биологи находятся на пересечении двух или более из этих подполей, поскольку наша способность анализировать клетки более сложными способами расширяется.

В связи с постоянно расширяющимися междисциплинарными исследованиями недавнее появление системной биологии затронуло многие биологические дисциплины; это методология, которая поощряет анализ живых систем в контексте других систем. В области клеточной биологии системная биология позволила задавать и отвечать на более сложные вопросы, такие как взаимосвязь регуляторных сетей генов, эволюционные отношения между геномами и взаимодействия между внутриклеточными сигнальными сетями.В конечном счете, чем шире мы смотрим на наши открытия в области клеточной биологии, тем больше вероятность того, что мы сможем расшифровать сложности всех живых систем, больших и малых.