§ 11. Регуляция на клеточном уровне. Повторение

Вопрос 1. В чём сущность клеточной теории?

Сущность этой теории в том, что все организмы, как растительные, так и животные, начиная с низших и кончая самыми высокоорганизованными, состоят из простейших элементов - клеток.

Вопрос 2. Каковы функции основных органелл клетки?

Ядро – молекулы ДНК хранят наследственную информацию и управляют синтезом белков в клетке. Молекулы РНК с инструкциями по синтезу выходят сквозь поры наружу. Внутрь поступают белки, регулирующие работу ядра. В ядрышке ведётся сборка деталей рибосом.

Эндоплазматическая сеть — разделяет клетку на относительно изолированные отсеки. Обеспечивает поверхность для расположения ферментативных комплексов и рибосом. Осуществляет транспорт веществ по клетке.

Рибосомы — служат для синтеза белка на основе генетической информации, содержащейся в нуклеиновых кислотах.

Митохондрии – выполняют преобразование энергии питательных веществ в энергию молекул АТФ и направляют их в места, где идут энергоёмкие процессы.

Аппарат Гольджи — сортирует, химически преобразует и накапливает поступившие из ЭПС молекулы. «Упаковывает» производимые клеткой вещества для выведения наружу.

Лизосомы — разрушают повреждённые и отслужившие органеллы, а также инородные частицы, захваченные путём фагоцитоза.

Пластиды — определяют окраску растений. Хлоропласты обеспечивают реакции фотосинтеза, синтеза сахаров за счёт световой энергии, улавливаемой хлорофиллом. Таким образом световая энергия превращается в химическую.

Вакуоли — служат гидроскелетом. Обеспечивают запасами воды для фотосинтеза. Могут удерживать вредные отходы обмена веществ.

Клеточная стенка — выполняет опорную функцию. Защищает содержимое клетки и не даёт клетке разорваться в результате увеличения вакуолей.

Цитоскелет. Клеточный центр — микрофиламенты придают клетке форму, способность изменяться и двигаться, отвечают за перемещение органелл по клетке. Микротрубочки обеспечивают движение жгутиков, ресничек. Клеточный центр образует микротрубочки веретена, растаскивающего органеллы при делении клетки.

Вопрос 3. В чём сходство и отличие клеток про- и эукариот, клеток растений, животных и грибов?

Отличия и сходства эукариотической и прокариотической клеток?

Главное отличие

У бактерии нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).

У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

Дополнительные отличия

1) Раз у бактерии нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое ("прямым" делением, в отличие от "непрямого" – митоза).

2) У бактерии рибосомы мелкие (70S), а у эукариот – крупные (80S).

3) У эукариот имеется множество органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, и т.д. Вместо мембранных органоидов у бактерии есть мезосомы – выросты плазматической мембраны, похожие на кристы митохондрий.

Сходства

1) Эти клетки – живые биологические системы.

2) Клетки всех живых организмов (всех царств живой природы) содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы.

Сходство и отличие клеток растений, животных и грибов?

Грибы, животные, растения имеют существенное отличие от примитивной формы жизни, которые выражается не только в их структуре и строении, но и в выполняемых функциях и способах размножения.

Чем питаются? Грибы – готовыми органическими веществами (гетеротрофы). Растения – органическими веществами, создаваемыми из неорганических веществ самостоятельно (фотосинтез) (автотрофы). Животные – готовыми органическими веществами (гетеротрофы).

Как передвигаются? Грибы – не имеют способности к передвижению. Растения – не имеют способности к передвижению. Животные – обладают способностью к самостоятельному передвижению.

Как осуществляется рост? Грибы – неограниченно в течение своей жизни Растения – неограниченно в течение своей жизни Животные – до начала размножения.

Размножение. Грибы – вегетативным, бесполым (спорами) и половым способами. Растения – бесполым (спорами) и половым. Животные – половым

Запас углеводов. Грибы – в виде гликогена.Растения – в виде крахмала. Животные – в виде гликогена.

Место синтеза АТФ. Грибы – в митохондриях и цитоплазме. Растения – в пластидах, митохондриях и цитоплазме. Животные – в митохондриях и цитоплазме.

Клеточная стенка. Грибы – из хитина. Растения – из целлюлозы. Животные – отсутствует.

Пластиды. Грибы – отсутствуют. Растения – разнообразные. Животные – отсутствуют.

Вакуоли. Грибы – крупные (до 95% объёма клетки). Растения – крупные

до 95% объёма клетки). Животные – мелкие (до 5% объёма клетки).

Сходства. Во всех клетках 3-х царств есть ядро, хромосомы, клеточная мембрана, цитоплазма, митохондрии, аппарат Гольджи, ЭПС, рибосомы, пероксисомы, вакуоли, цитоскелет.

Вопрос 4. Почему из всех веществ по объёму в клетке преобладает вода? Как строение молекул воды связано с важнейшими свойствами этого вещества?

Потому что ни одно вещество не обладает такими особностями как вода:

• поддержание упругости клетки. Когда клетка теряет воду — происходит увядание листьев, высыхают плоды;

• обеспечение перемещения веществ: поступление основной части веществ в клетку и удаление из клетки ненужных элементов в виде растворов;

• химические реакции ускоряются именно за счет растворения веществ в воде;

• участие во множестве химических реакций;

• обеспечение растворения большого ряда химических веществ (к ним относятся соли, сахара);

• участие в процессе теплорегуляции при помощи способности к медленному остыванию и медленному нагреванию.

При помощи полярности молекул и способности создавать водородные связи вода легко и быстро растворяет ионные соединения (кислоты, соли, основания). Очень неплохо растворимы в воде и неионные, но полярные соединения. Речь идёт о соединениях, в молекуле которых есть полярные (заряженные) группы, к примеру, сахара, аминокислоты и простые спирты. Переходящее в раствор вещество побуждает ионы или молекулы двигаться свободно и, таким образом, реакционные способности вещества улучшаются.

Вопрос 5. В чём сходство и отличие разных групп органических веществ?

Сходства. В их состав входит углерод (органические соединения). Органические соединения большей частью построены ковалентно. Атомы углерода соединяясь друг с другом, образуют цепи больших и сложных органических молекул.

Отличия. Органические вещества имеют разную пространственную структуру. Углерод легко образует ковалентные связи с другими биогенными элементами (обычно с Н, N, Р, О и S), которые входят в состав органических веществ - жиров, белков, углеводов.

Вопрос 6. Как строение белков связано с множеством важных функций, которые они выполняют в жизни клетки?

Первичная структура белковой молекулы определяет свойства молекул белка и ее пространственную конфигурацию. Замена всего лишь одной аминокислоты на другую в полипептидной цепочке приводит к изменению свойств и функций белка. Например, замена в β-субъединице гемоглобина шестой глутаминовой аминокислоты на валин приводит к тому, что молекула гемоглобина в целом не может выполнять свою основную функцию — транспорт кислорода; в таких случаях у человека развивается заболевание — серповидноклеточная анемия.

На уровне вторичной структуры (вид растянутой пружины) существуют белки: фиброин (шелк, паутина), кератин (волосы, ногти), коллаген (сухожилия).

Основную роль в образовании третичной структуры играют гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. В водных растворах гидрофобные радикалы стремятся спрятаться от воды, группируясь внутри глобулы, в то время как гидрофильные радикалы в результате гидратации (взаимодействия с диполями воды) стремятся оказаться на поверхности молекулы. На уровне третичной структуры (глобулы) существуют ферменты, антитела, некоторые гормоны.

Субъединицычетвертичной структуры удерживаются в молекуле благодаря ионным, гидрофобным и электростатическим взаимодействиям.Наиболее изученным белком, имеющим четвертичную структуру, является гемоглобин.

Строение белков и существующие химические связи внутри четырех структур белков, скорее всего, и связаны с множеством важных функций, которые они выполняют в жизни клетки.

Вопрос 7. Как строение нуклеиновых кислот связано с выполняемой ими ролью в клетке?

Каждая цепь ДНК состоит из чередующихся остатков сахара и фосфатных групп. Водородные связи между азотистыми основаниями (А, Т, Г и Ц) удерживают две цепи вместе. Слабые водородные связи могут нарушаются в процессе трансляции. Каждая из старых цепей служит матрицей для образования новой: нуклеотиды с комплементарными основаниями выстраиваются против старой цепи и соединяются друг с другом снова водородными связями.

Все виды РНК образуются в процессе транскрипции соответствующих генов ДНК. РНК не нужна вторая цепь нуклеотидов (на ее место «садятся другие»: наследственная информация из ядра, аминокислоты) и содержат значительно меньшее число нуклеотидов. Выделяют три вида РНК, различающиеся по величине молекул и выполняемым функциям, — информационную РНК (выполняет функцию переноса наследственной информации из ядра в цитоплазму клетки транскрибируемую на цепи ДНК), рибосомальную (рРНК) и транспортную РНК (доставляет аминокислоты к рибосомам в процессе трансляции — биосинтеза белка.).

Вопрос 8. Как реализуется наследственная информация? Каким образом строение ДНК определяет строение белков?

Реализация наследственной информации в клетке осуществляется в два этапа: сначала информация о структуре белка копируется с ДНК на иРНК (транскрипция), а затем реализуется на рибосоме в виде конечного продукта — белка (трансляция).

Процесс биосинтеза (построения) белка осуществляется на рибосомах, а хранителем генетической информации является ДНК. Для передачи информации с ДНК, находящейся в ядре, к месту синтеза белка требуется посредник. Его роль выполняет информационная (матричная) РНК, которая синтезируется на одной из цепей молекулы ДНК по принципу комплементарности.

Вопрос 9. В чём сходство и отличие фото- и хемосинтеза, фотосинтеза и клеточного дыхания?

Сходства и отличия фото- и хемосинтеза.

Отличия.

1. Фотосинтез протекает в хлоропластах, а хемосинтез – в клетках бактерий.

2. При фотосинтезе используется энергия света, а при хемосинтезе – энергия окисления неорганических соединений.

Сходства.

1. В результате того и другого процессов образуются органические соединения (пластический обмен).

Сходство и отличие фотосинтеза и клеточного дыхания.

Вопрос 10. В чём сходство и отличие митоза и мейоза?

Сходства.

1. Имеют одинаковые фазы деления.

2. Перед митозом и мейозом происходит самоудвоение молекул ДНК в хромосомах (редупликация) и спирализация хромосом.

Различия.

Вопрос 11. Что означают эти понятия?

Цитология – наука о строении, химическом составе, функциях, размножении, развитии и взаимодействии клеток в многоклеточном организме.

Клеточная теория – одно из наиболее важных биологических обобщений, согласно которому все живые организмы имеют клеточное строение. Сформулировал немецкий зоолог Т. Шванн в 1839 г.

Клеточная стенка – оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции. Обнаруживается у большинства бактерий, архей, грибов и растений.

Цитоплазматическая мембрана – основная, универсальная для всех клеток часть поверхностного аппарата. Ее толщина составляет около 10 нм. Плазмалемма ограничивает цитоплазму и защищает ее от внешних воздействий, принимает участие в процессах обмена веществ между клеткой и внеклеточной средой.

Ядро – обязательный компонент клеток всех организмов за исключением прокариот. Содержимое ядра отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой. Внутри ядра находится кариоплазма, хромосомы и одно, два или несколько ядрышек. В ядре хранится генетическая информация, через систему белкового синтеза оно участвует в управлении всеми процессами жизнедеятельности клетки.

Эндоплазматическая сеть – органоид эукариотической клетки, представляющий собой систему мелких вакуолей, канальцев, трубочек, цистерн, соединенных друг с другом и ограниченных одинарной мембраной. ЭПС подразделяется на гладкую и шероховатую (гранулярную).

Рибосомы – органеллы клетки, осуществляющие биосинтез белков. Они состоят из двух неравных субъединиц. Рибосомы содержаться в гиалоплазме, пластидах и митохондриях.

Митохондрии – двухмембранные органеллы эукариотических клеток, осуществляющие окисление органических веществ до конечных продуктов с высвобождением энергии, запасаемой в молекулах АТФ. Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя образует складки – кристы, на которых раазмещаются дыхательные ферменты.

Аппарат Гольджи – мембранная органелла клетки, представляющая собой систему цистерн и пузырьков, участвующая в накоплении, хранении и транспортировке веществ, в том числе выведении веществ за пределы клетки, построении клеточной оболочки, образовании лизосом.

Лизосома – клеточная органелла, представляющая собой небольшой мембранный пузырек диаметром около 0,5 мкм с ферментами, обеспечивающими расщепление молекул сложных органичческих веществ: белков – до аминокислот, нуклеиновых кислот – до нуклеотидов, жиров (липидов) – до глицерина и высших карбоновых кислот, полисахаридов – до моносахаридов.

Пластиды - двухмембранные органеллы, свойственные клеткам растений и некоторым протистам. Пластиды бывают трех типов – лейкопласты (бесцветные), хлоропласты (зеленые), хромопласты (красные, оранжевые). В клетках, как правило, содержаться пластиды только одного вида.

Вакуоли – полости в цитоплазме растительных и грибных клеток, ограниченные мембраной и заполненные жидкостью. У растений ваакуоли заполнены клеточным соком. Вакуоль ввыполняет функции регуляции водно-солевого обмена, поддержания тургорного давления в клетке, накопления запасных питательных веществ и конечных продуктов обмена веществ.

Углеводы – органические соединения, в состав которых входят водород, кислород и углерод. Образуются из неорганических веществ (Н2О и СО2) в процессе фотосинтеза, происходящего в хлоропластах зеленых растений.

Нуклеотиды – органические соединения, молекулы которых состоят из азотистого основания, пятиуглеродного моносахарида (рибозы или дезоксирибозы) и остатка молекулы фосфорной кислоты.

ДНК – высокомолекулярное органическое соединение, мономерами которого являются четыре типа нуклеотидов (А, Т, Г, Ц). состоит из двух цепей, соединяющихся между собой водородными связями. Молекулы ДНК отвечают за хранение и передачу дочерним клеткам наследственной информации.

РНК – сложное органическое вещество, нуклеиновая кислота, состоящая из нуклеотидов.

Белки – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью.

Липиды – обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов.

Ферменты – биологические катализаторы белковой природы. Существует 2 типа ферментов: однокомпонентные (состоят только из белка) и двухкомпонентные (включают белок и небелковое соединение).

Репликация – процесс удвоения молекул ДНК в ходе подготовки клетки к делению.

Транскрипция – биосинтез молекул РНК на соответствующих участках ДНК; первый этап реализации генетической информации в живых клетках.

Трансляция – синтез полипептидных цепей на матрице иРНК согласно генетическому коду; второй этап реализации генетической информации в живых клетках.

Фотосинтез – процесс синтеза органических веществ из Н2О и СО2 с использованием солнечной энергии зелеными растениями, некоторыми бактериями и протистами. Фотосинтез состоит из двух стадий – световой и темновой.

Хемосинтез – способность ряда автотрофных организмов синтезировать органические вещества из неорганических за счет энергии химических реакций, протекающих при окислении неорганических веществ.

Энергетический обмен (клеточное дыхание) – сложный процесс, в ходе которого происходит расщепление органических веществ (в конечном итоге — до простейших неорганических соединений), а высвобождающаяся энергия их химических связей запасается и затем используется клеткой.

Хромосомы – структуры клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Хромосомы состоят из ДНК и белков.

Клеточный цикл – период существования клетки от момента её образования путём деления материнской клетки до собственного деления или гибели.

Хроматиды – структурные элементы хромосомы, формирующиеся в интерфазе в результате удвоения хромосом.

Митоз – непрямое деление клетки, наиболее распространённый способ репродукции эукариотических клеток. В результате из одной материнской клетки образуются две дочерние с таким же набором хромосом, как и в материнской клетке.

Мейоз – процесс деления клеток, в результате которого из одной диплоидной клетки образуются дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом.

Редукционное деление – одно из двух делений мейоза, при котором происходит расхождение гомологичных хромосом. В действительности Р. д. осуществляется путём кроссинговера у одной части бивалента при первом, а у др. части при втором делении мейоза.

Гаплоидный набор хромосом - совокупность хромосом, присущая зрелой половой клетке, в которой из каждой пары характерных для данного биологического вида хромосом присутствует только одна.

Диплоидный набор хромосом – совокупность хромосом, присущая соматическим клеткам, в которой все характерные для данного биологического вида хромосомы представлены попарно.

Вопрос 12. Жизненная задача 1

Результат. Подбор продуктов питания для всех членов семьи, включающих все жизненно важные компоненты (белки, жиры, углеводы, минеральные вещества) и соответствующих состоянию здоровья родственников.

Пожилым гипертоникам вреден избыток соли и воды, а рекомендованы продукты, богатые калием (молоко, виноград, бобовые, цитрусовые, бананы, брокколи, киви, картофель, сухофрукты), которые помогают снизить кровяное давление. Белка в рационе пожилых людей должно быть около 0,8–1 г на 1 кг веса тела. В диете должны быть такие белковые продукты, как рыба, творог, морепродукты, орехи. Мясо – не чаще 1–2 раз в неделю. Особенно полезны пожилым людям кисломолочные продукты нулевой жирности, обогащенные живыми бактериями, – такая пища помогает работе кишечника. Из фруктов полезнее всего яблоки. В них присутствует сложный элемент под названием «эпикатехин полифенол», который омолаживает сердце, улучшает циркуляцию крови, увеличивает эластичность кровеносных сосудов и повышает иммунитет.

Среднему поколению. После 30 – 40 лет.

Витамины, железо, минералы и антиоксиданты становятся незаменимыми в вашем рационе. Кроме того, вам необходимы животные белки – они поставляют строительный материал мышцам. При этом вы должны получать протеины в течение дня, а не «одним куском» вечером. Не рекомендуется злоупотреблять молочными продуктами (достаточно одного вида в день). Нужны яйца, йогурт (кефир или творог), курица, индейка, нежирное мясо, овощи, фрукты. Не следует увлекаться продуктами с высоким содержанием углеводов: бутербродами, макаронами, сладкими блюдами. Нужно есть продукты, содержащие гормон хорошего настроения – серотонин, онсодержится в некоторых продуктах в достаточном количестве: овсянка, мясо индейки, красный болгарский перец, шоколад. Не забывайте о рыбе. Полиненасыщенные жиры, содержащиеся в ней, защищают сосуды, активизируют память, улучшают мыслительные способности. Потребность в железе в этом возрасте сокращается.

Качественный состав пищи для подростков таков: соотношение белков, жиров и углеводов – 1:1:4.

Белки. Средняя потребность в белках на 1 кг в сутки составляет 2–1,5 г, притом на 50 % это должен быть белок животного происхождения (мясо говядины и птицы, рыба, молочные продукты). Он имеет первостепенную роль, т. к. является структурным материалом для роста и иммунной системы, необходим для силы мышц. При нехватке белка в организме страдает головной мозг, снижается память и умственные способности, ребенок быстрее устает, иммунитет не справляется с инфекциями. Молочные продукты помимо высокого уровня белка богаты кальцием, а мясо является основным источником железа, рыба же богата фосфором и минералами. На заметку! Содержание белка в 100 г продукта: Мясо – 25 г, Сыр твердый – 25 г, Рыба – 20 г, Молоко– 3 г, Яйца – 12 г, Орехи – 28 г, Хлеб – 8 г, Фасоль и горох – 5 г.

Жиры. Суточная потребность в жирах составляет около 100 г. Для подростка роль жиров состоит в синтезе половых и других стероидных гормонов. Более полезными являются растительные масла, сливочное масло и сметана. Растительные жиры полезны за счет содержания полиненасыщенных жирных кислот, а животные – благодаря жирорастворимым витаминам, таким как А и D. 70 % поступающих жиров должны быть растительного и лишь 30 % – животного происхождения. На заметку! Источники растительных жиров: Растительные масла (99,9 % жира), Орехи (50–60 %), Овсяная (7 %) и гречневая (3 %) крупы. Источники животных жиров: Сало (90 % жира), Сливочное масло (75 %), Сметана (около 30 %), Сыры (15–30 %).

Углеводы. Суточная потребность в углеводах составляет 10–15 г на 1 кг массы тела (в зависимости от физической активности, температуры внешней среды и т. д.). Основная функция углеводов – обеспечение энергетических потребностей организма. Источниками полезных углеводов для ребенка являются крупы, овощи, хлеб, бобовые, зелень, фрукты, ягоды, а не булочки, пирожные и конфеты. Овощи к тому же являются основным источником витаминов и минералов, а содержащиеся в них пищевые волокна нормализуют перистальтику кишечника.

Жидкость. Потребность организма детей и подростков в воде выше, чем у взрослых, и составляет на 1 кг массы тела 50 мл (у взрослых – 30–40 мл). Полезно пить минеральную воду, чаи, отвары из трав и сухофруктов, овощные и фруктовые соки. Газированные напитки не способны утолить жажду, они раздражают слизистую желудка, способствуют вымыванию кальция из костей и зубов, могут вызывать аллергические реакции.

Нормы потребления витаминов, макро- и микроэлементов для подростка. Свежие фрукты и овощи — отличный источник витаминов, микро- и макроэлементов в весенне-летний период. Подросток обязательно должен получать с пищей необходимое количество макро- и микроэлементов, витаминов. Летом достаточно есть в разнообразии свежие овощи и фрукты (ягоды), а в зимне-весенний период можно пить курс витаминных препаратов. Считается, что, съедая в день шесть фруктов разного цвета, мы восполняем потребность во всех необходимых витаминах и минералах! Кальций (1,2 г/сут.) и магний (300 мг/сут.) нужны для построения костей и зубов, также магний снимает возбудимость нервной системы, помогает справится с бессонницей, благотворно влияет на сердечную мышцу. Фосфор (1,8 г/сут.) необходим для обмена веществ, нормальной работы нервной системы и мозга, мышц, печени и почек. Железо (15–18 мг/сут) необходимо для кроветворения, насыщения организма кислородом. Натрий (4 г/сут.), хлор и калий (4 г/сут.) нормализуют водно-солевой обмен, кислотно-щелочное равновесие, калий выводит из организма лишнюю воду и натрий. Йод (130 мкг/сут.) необходим для нормальной деятельности щитовидной железы. Фтор (2–3 мг/сут) участвует в построении костей и зубов. Витамины нужны для нормального течения метаболических процессов и жизнедеятельности организма в целом. Они участвуют в различных биохимических процессах, обеспечивают физическую и умственную работоспособность подростка, укрепляют иммунитет. Суточные нормы витаминов для подростков: А – 1,5 мг; В1 – 1,8 мг; В2 – 2,5 мг; В6 – 2,0 мг; В12 – 3,0 мкг; РР – 19 мг; С – 75 мг; Е – 15 мг; D – 2,5 мг.