Biologia molekularna to nauka o zrozumieniu natury, fenomenu życia, poprzez badanie obiektów biologicznych na poziomie molekularnym.

Charakterystyczną cechą MB jest badanie zjawisk życia na organizmach nieożywionych lub prymitywnych, badanie błon komórkowych, wirusów, bakteriofagów, struktury i funkcji biopolimerów (białek, tłuszczów, kwasów nukleinowych). Biologia molekularna ma około 50 lat i opiera się na pograniczu biochemii, biofizyki i fizjologii. Firma MB została założona w kwietniu 1953 r., kiedy Crick i Watson napisali artykuł w Nature, proponując przestrzenną cząsteczkę DNA. Podstawą do budowy tego modelu były prace nad analizą dyfrakcji rentgenowskiej, w których brali udział Wilkinson i Franklin.

Genetyka medyczna - bada rolę dziedziczności i występowanie chorób.

Choroby dziedziczne to choroby spowodowane szkodliwymi mutacjami w dziedzicznym aparacie komórek (w gametach i zygocie).

Historia rozwoju biologii molekularnej. Główne osiągnięcia.

Po raz pierwszy termin „MB” wprowadził W. Astbury, który odkrył związek między budową molekularną a właściwościami białek włóknistych. Co więcej, naukowcy zastosowali go w 1945 roku, ale jak nauka zaczęła się rozwijać w 1953 roku wraz z odkryciem modelu cząsteczki DNA przez Watsona i Cricka w komórkach żywych organizmów.

Główne etapy rozwoju biologii molekularnej

1. Pierwszy okres 1935-1944

Max Delbrück i Salvador Luria badali bakterie i wirusy

W 1940 roku George Beadle i Edward Tatum sformułowali hipotezę - "Jeden gen - jeden enzym". Ale czym jest gen w kategoriach fizykochemicznych, nie było jeszcze znane. Jest połączeniem fizyki, chemii i biologii.

2. Drugi okres 1944-1953

Genetyczna rola DNA została udowodniona. W 1953 roku pojawił się model podwójnej helisy DNA, za który jego twórcy James Watson, Francis Crick i Maurice Wilkins otrzymali Nagrodę Nobla.

3. Okres dogmatyczny 1953-1962

Sformułowano centralny dogmat biologii molekularnej:

Przekazywanie informacji genetycznej przebiega w kierunku DNA → RNA → białko.

W 1962 r. rozszyfrowano kod genetyczny.

4. Okres akademicki od 1962 do chwili obecnej, w którym od 1974 są wyróżniani podokres inżynierii genetycznej.

Główne odkrycia

1944 Dowody na genetyczną rolę DNA. Oswalda Avery'ego, Colina McLeoda, McLeana McCarthy'ego.

1953 Ustalenie struktury DNA. Jamesa Watsona, Francisa Cricka.

1961 Odkrycie genetycznej regulacji syntezy enzymów. André Lvov, Francois Jacob, Jacques Monod.

1962 Rozszyfrowanie kodu genetycznego. Marshall Nirnberg, Heinrich Mattei, Severo Ochoa.

1967 Synteza in vitro biologicznie aktywnego DNA. Arthur Kornberg (nieformalny lider biologii molekularnej).

1970 Chemiczna synteza genu. Gobind z Koranu.

1970 Odkrycie enzymu odwrotnej transkryptazy i zjawiska odwrotnej transkrypcji. Howard Temin, David Baltimore, Renato Dulbeco.

1978 Otwór łączenia. Filip Ostry.

1982 Otwarcie automatycznego łączenia. ThomasChek.

Mikroskop i jego budowa. mikroskopia

Główne części mikroskopu:

Mechaniczne: statyw, stolik, tubus, rewolwer oraz mikro i makrośruby

Optyka: okular, soczewki

Oświetlenie: lustro, kondensator (do rozsyłu światła), przysłona

Mikroskopia - badanie organelli komórkowych, ruch cytoplazmy

Technika mikroskopowa:

Ustaw mikroskop w pozycji roboczej

Patrząc przez mikroskop, uzyskaj jasne pole widzenia za pomocą lustra

Umieść preparat na scenie, wyrównując obiektyw z otworem w środku sceny

Opuść rurkę makrośrubą w odległości kilku milimetrów od preparatu

Patrząc przez mikroskop, podnoś, aż pojawi się wyraźny obraz obiektu.

Wyśrodkuj obiekt, przesuń mikroskop do dużego powiększenia, zmieniając obiektyw, uzyskaj wyraźny obraz

Naszkicuj badany obiekt

Komórka - elementarna jednostka życia

Cytologia- nauka o komórkach.

Komórka jest jednostką żywą, dzięki organizmom osadzonym w komórce, zachodzi w niej metabolizm, wykorzystanie informacji biologicznej, przejawianie się właściwości dziedziczności i zmienności.

Teoria komórki. Typy organizacji komórek

1839 - Schwann sformułował teorię komórkową, uzupełnioną później przez Schleydona, Virchowa i współczesnych naukowców

Pozycja:

Życie w swoim strukturalnym, funkcjonalnym związku genetycznym zapewnia tylko komórka. Komórka jest źródłem życia

Komórka powstaje dopiero w wyniku podziału poprzedniej komórki macierzystej. Komórki przechowują informacje biologiczne, przekazują je z pokolenia na pokolenie, przechowują i przekazują

Energia. Przekształcaj energię w pracę, reguluj metabolizm.

Strukturalna i funkcjonalna jednostka organizmu - komórka

Rodzaje organizacji komórkowej:

Prokarionty - niejądrowe (bakterie, sinice)

Eukarionty - mają jądro (grzyby, rośliny i zwierzęta)

Struktura komórkowa

Budowa molekularna i główne składniki komórki

Ściana komórkowa - twarda skorupa, składający się z polisacharydów, celulozy. funkcja ochronna.

wakuola- wnęka w cytoplazmie, otoczona oddzielną warstwą błony i wypełniona sokiem komórkowym. Zapas witamin, minerałów materia organiczna

Mostki cytoplazmatyczne- plazmodesmy - obszary błony komórkowe, pozbawione ściany komórkowej, służą do kontaktu z sąsiednimi komórkami, zapewniając w ten sposób wymianę substancji między nimi

plastydy- wybarwianie, fotosynteza, dostarczanie składników pokarmowych

Cytoplazma- pożywka dla organelli komórkowych, koloidalny roztwór białek, tłuszczów i kwasów nukleinowych. Ruch organelli komórkowych

Rdzeń- To ma otoczka jądrowa i pory, przez które zachodzi metabolizm. Przechowuje informacje dziedziczne. Funkcja: podział komórki

mitochondria- organelle dwubłonowe - posiadają cristae na błonie wewnętrznej. Funkcja: oddychanie, ośrodek energetyczny.

EPS - gładki- synteza białek szorstki (ziarnisty)- tłuszcze i węglowodany,

Lizosomy - funkcja - autoliza

Aparat Golgiego- tworzenie lizosomów, organoidów komórkowych; system kanalików, pęcherzyków i „cystern” ograniczonych membranami.

Znajduje się w cytoplazmie komórki. Uczestniczy w procesach metabolicznych, zapewniając transport substancji z środowisko do cytoplazmy i pomiędzy poszczególnymi strukturami wewnątrzkomórkowymi.

Rzęsy- cienkie nitkowate i przypominające włosie wyrostki komórek zdolnych do wykonywania ruchów. charakterystyczne dla infuzorii, robaki rzęskowe, u kręgowców i ludzi - dla komórek nabłonkowych drogi oddechowe, jajowody, macica.

wici- nitkowate ruchome cytoplazmatyczne wyrostki komórki, charakterystyczne dla wielu bakterii, wszystkich wiciowców, zoospor i plemników zwierząt i roślin. Służą do poruszania się w ośrodku płynnym.

mikrotubule- białkowe struktury wewnątrzkomórkowe, które tworzą cytoszkielet. Są to wydrążone cylindry o średnicy 25 nm. Mikrotubule odgrywają rolę w komórkach Elementy konstrukcyjne i biorą udział w wielu procesach komórkowych, w tym w mitozie, cytokinezie i transporcie pęcherzykowym.

Mikrofilamenty(MF) - nici składające się z cząsteczek białka i obecne w cytoplazmie wszystkich komórek eukariotycznych. Mają średnicę około 6-8 nm.

Chromosomy – elementy konstrukcyjne Jądro komórkowe zawierające DNA, które zawiera informacje dziedziczne organizmu.

Wiewiórki

- w składzie: prosty (tylko z aminokwasów), złożony (oprócz aminokwasów inne związki organiczne

Cechy organizacji przestrzennej białek

Pierwszorzędowa struktura białka - Jest to liniowy łańcuch aminokwasów ułożonych w określonej kolejności i połączonych wiązaniami peptydowymi.

Struktura drugorzędowa białka Najniższy poziom organizacji przestrzennej białka. Fragmenty struktury przestrzennej biopolimeru o okresowej budowie szkieletu polimerowego.

α - helisa - szkielet łańcucha peptydowego jest skręcony spirala- tak, aby rodniki aminokwasowe były skierowane na zewnątrz helisy

β - helisa- szkielety łańcuchów peptydowych nie są skręcone, ale mają zygzakowatą, złożoną konfigurację

Struktura jest określona przez pierwotną strukturę białka. Utrzymywane przez wiązania wodorowe

Trzeciorzędowa struktura białka– tworzenie wiązania kulek białkowych między rodnikami aminokwasów. Całkowite fałdowanie w przestrzeni całego łańcucha polipeptydowego, w tym fałdowanie rodników bocznych. Wiązania dwusiarczkowe, jonowe, wodorowe, hydrofobowe. Nabycie funkcji aktywności przez białko.

Mobilność struktury- najważniejszy sposób zmiany aktywności biologicznej.

Czwartorzędowa struktura białka- składa się z kilku podjednostek, wiązanie podjednostek może nastąpić dopiero po utworzeniu struktury trzeciorzędowej. Na przykład hemoglobina, immunoglobulina

Czynniki determinujące przestrzenną strukturę białek

Informacja o strukturze trzeciorzędowej tkwi w jej strukturze pierwszorzędowej, czyli sekwencji aminokwasowej łańcucha peptydowego. Tworzenie trzeciorzędowej struktury białka zachodzi niezależnie

Strukturę czwartorzędową tworzą:

Ligandy- wpływają na strukturę białka, stabilizują, zmieniają strukturę trzeciorzędową, łączą globulki, zapewniają ruchliwość podjednostek białka

opiekunowie zapewniają prawidłowe zwijanie nowo powstałych białek, kontrolę nad ponownym fałdowaniem, udział w wewnątrzkomórkowym transporcie białek.

Istnieją ligandy, które zmieniają strukturę 3.

Funkcje:

budulcowy (karoten, kolagen), bezpośrednio zaangażowany w budowę błon i cytoszkieletu

transport (hemoglobina, ATPaza)

motoryczne (aktyna i miozyna),

energia,

ochronne (immunoglobulina, interferon),

regulatorowe (insulina, histony, represory),

receptor (rodopsyna, chelino - receptor),

katalityczne (rybonukleaza, DNA, polimeraza RNA)

enzymatyczny. Wszystkie enzymy są białkami.

Nieruchomości:

1. Różne rozpuszczalność w wodzie. Białka rozpuszczalne tworzą roztwory koloidalne. 2. Hydroliza- pod działaniem roztworów kwasów mineralnych lub enzymów pierwotna struktura białka ulega zniszczeniu i powstaje mieszanina aminokwasów. 3. Denaturacja- utrata cząsteczki białka, organizacja strukturalna (z łac. Denature – utracić naturalne właściwości)

Denaturacja zachodzi pod wpływem: - wysokiej temperatury - roztworów kwasów, zasad i stężonych roztworów soli - roztworów soli metali ciężkich - niektórych substancji organicznych (formaldehyd, fenol) - promieniowania radioaktywnego

Odwodnienie

Zmiana środowiska PH

renaturacja - odbudowa struktury białka do momentu zniszczenia pierwotnej struktury cząsteczki i przywrócenia normalnych warunków środowiskowych.

Etapy formacji:

Transkrypcja-przepisanie informacji z DNA, o budowie białka, na i-RNA.

Audycja- tworzenie pierwotnej struktury białka, synteza polipeptydu (cytoplazmy rybosomu)

składane - fałdowanie łańcucha peptydowego w trójwymiarową strukturę

Modyfikacja - przyłączanie składników węglowodanowych, utlenianie niektórych reszt aminokwasowych (dla białek złożonych)

Struktura DNA

DNA jest chemiczną podstawą genów, w których skoncentrowana jest dziedziczna informacja o organizmie.

W sercu chemii. Struktura kwasów nukleinowych opiera się na ogólnej zasadzie:

Kwasy nukleinowe-materialne podłoże dziedziczności i zmienności, informacyjne biopolimery kodujące indywidualny zestaw programu genetycznego. Składają się z nukleotydów (nukleotyd DNA, nukleotyd RNA) - biopolimery, monomery, które są nukleotydy (odkryte w 1868 r. przez Misher) Nukleotyd składa się z: 1) zasady azotowej; 2) cukier; 3) reszta kwasu fosforowego.

Cecha organizacji strukturalnej DNA:

Cząsteczka DNA ma: a) struktura pierwotna jeden łańcuch polinukleotydowy, który ma 2 końce. Zacznij 5" i zakończ 3". Polinukleotyd jest tworzony przez wiązanie diestrowe fosforu B) struktura drugorzędowa: 2 komplementarne i antyrównoległe łańcuchy polinukleotydowe połączone wiązaniami wodorowymi; W) trzeciorzędowa struktura DNA: Trójwymiarowa helisa cząsteczki DNA, która składa się z 2 nici skręconych wokół własnej osi.

Średnica helisy 2 nm Długość skoku 3,4 nm Każdy zwój zawiera 10 par zasad

Właściwości i funkcje DNA

Cząsteczki zawierają 2 łańcuchy polinukleotydowe połączone ze sobą w określony sposób. Adenina - Tymina - podwójne wiązanie wodoroweGuanina - Cytozyna - potrójne wiązanie wodorowe

A, G - puryna - jeden pierścień benzenowy

T, C - pośrednie - dwa pierścienie benzenowe.Bardzo ważne!

Połączenie 2 łańcuchów polinukleotydowych w cząsteczkę DNA: antyrównoległośćłańcuchy polinukleotydowe. 5-calowy koniec jednego łańcucha jest połączony z 3-calowym końcem drugiego

Skład nukleotydów w DNA podlega regułom Chargaffa - komplementarności łańcuchów podwójnej helisy

Występuje w dwóch formach: prawoskrętna helisa B, lewoskrętna helisa Z, głównie naturalna forma B DNA

Labilność-tolerancja przekształceń konformacyjnych (od formy B do formy Z w określonych warunkach)

Właściwości DNA:

Replikacja (samopodwojenie) - przechodzi metodą semikonserwatywną.

Zadośćuczynienie (odzyskiwanie)

Funkcjonować: przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych

Cechy struktury mitochondrialnego DNA

Informacja dziedziczna w komórce eukariotycznej znajduje się głównie w jądrze w 99,5%, nazywa się to genetyczną informacją jądrową. Kolejna część DNA 0,5% znajduje się w cytoplazmie, w mitochondriach.

Dzięki mitochondriom DNA syntetyzowane są białka mitochondrialne, które mogą być źródłem chorób dziedzicznych z mutacjami w mitochondrialnym DNA.

DNA mitochondrialne niezwiązany z białkami („nagi”), przyczepiony do wewnętrznej błony mitochondriów i niesie informacje o budowie około 30 białek. Do budowy mitochondrium potrzebnych jest znacznie więcej białek, więc informacje o większości białek mitochondrialnych są zawarte w jądrowym DNA, a białka te są syntetyzowane w cytoplazmie komórki. Mitochondria są w stanie rozmnażać się autonomicznie, dzieląc się na dwie części za pomocą DNA. Pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną membraną znajduje się rezerwuar protonów, w którym gromadzi się H+.

Główne sposoby przekazywania informacji dziedzicznej.

informacja dziedziczna - przechowywane w cząsteczkach DNA.

informacje dziedziczne jest to podręcznik prawidłowego rozwoju i funkcjonowania komórki. Rola mediatora transmisja informacji dziedzicznej odbywa się za pomocą RNA dzięki RNA informacja dziedziczna pochodzi z jądra do cytoplazmy i jest realizowana w postaci określonego białka.

Replikacja DNA. Etapy replikacji

Replikacja - przebiega w sposób półkonserwatywny. W celu replikacji macierzystego łańcucha DNA, łańcuchy muszą się od siebie oddzielić, każdy odłączony łańcuch staje się macierzą (matrycą), na której będą syntetyzowane komplementarne łańcuchy potomnych cząsteczek DNA.

Po każdym podziale komórki macierzystej i replikacji jej DNA, komórki potomne zawierają cząsteczkę DNA składającą się z nici macierzystej i nowo zsyntetyzowanej nici potomnej.

Aby doszło do replikacji, na cząsteczkach DNA znajdują się tzw. regiony pochodzenia, które obejmują sekwencję składającą się z 300 par nukleotydów rozpoznawanych przez określone białka.

Podwójna helisa DNA w tych regionach jest podzielona na 2 łańcuchy, powstają 2 widełki replikacyjne, które poruszają się w przeciwnych kierunkach od regionu ori, między widełkami replikacyjnymi tworzy się struktura - zwana okiem replikacyjnym.

Z pomocą enzymu helikazy zrywają wiązania wodorowe i podwójnej helisy DNA odpręża się w punktach pochodzenia punktów replikacji ori.

Powstałe pojedyncze nici DNA są związane specjalnymi destabilizujące białka, Który rozciągnąć rdzenie nici DNA, czyniąc je dostępnymi do wiązania się z komplementarnymi nukleotydami.

Na każdym z łańcuchów w rejonie widełek replikacyjnych z udziałem enzymu polimeraza DNA wykonuje synteza komplementarnych łańcuchów.

Separacja, spiralnie skręconych łańcuchów, macierzystego DNA za pomocą enzymu helikazy powoduje pojawienie się superzwojów. Ale dzięki enzymom Topoizomerazy DNA, Który cięcie jedna z nici DNA złagodzić stres, gromadzone w podwójnej nici DNA.

Wciąż w syntezie wykorzystywany jest proces replikacji ligaza DNA V szycie poszczególne segmenty DNA w jedną nić. Może znajdować się na tej samej cząsteczce DNA w tym samym czasie wiele punktówlub ja – przyspieszenie procesu syntezy.

W każdym oku replikacyjnym zaczynają działać 2 kompleksy enzymatyczne:

Kompleks porusza się w jednym kierunku

W przeciwieństwie

Kompleks enzymatyczny działa w taki sposób, że jeden z 2 syntetyzowanych przez nie łańcuchów rośnie wraz z odrobiną ołowiu - prowadzący

A drugi pozostaje w tyle - opóźniony

Enzym polimeraza DNA wykonuje synteza polinukleotydów z 5”Dokoniec 3”.. Stopniowo łańcuch się wydłuża, taki łańcuch nazywa się prowadzący. Na innym łańcuchu synteza drugiego łańcucha DNA jest przenoszone w krótkich fragmentach, które nazywane są fragmentami Kozacy. W kierunku od 5” Do3” według rodzaju szycia z powrotem igłą. Fragmenty kakaki zawierają od 1000 do 2000 nukleotydów u prokariontów, u eukariontów od 100 do 200.

Syntezę takiego fragmentu poprzedza formacja starter RNA, o długości około 10 nukleotydów.

Z pomocą enzymu ligazy DNA, po usunięciu startera RNA powstaje fragment połączony z poprzednim fragmentem.

Kroki replikacji:

Przygotowanie

Wzrost nici za pomocą polimerazy DNA i RNA

Sieciowanie poszczególnych odcinków - ligaza DNA

ogólna charakterystyka komórki

Skład chemiczny komórki

Ogólna charakterystyka komórki

Komórki różnią się od siebie wielkością, kształtem, funkcją, długością życia. Tak więc rozmiary komórek wahają się od 0,2-0,25 mikrona (niektóre bakterie) do 155 mm (strusie jajo w skorupce). Większość komórek eukariotycznych ma średnicę od 10 do 100 µm. W kształcie komórki są kuliste, owalne, sześcienne, pryzmatyczne, gwiaździste, w kształcie dysku, z różnymi procesami i innymi. Kształt komórki zależy od jej funkcji. W organizmie wielokomórkowym działają komórki różne funkcje: niektóre komórki syntetyzują enzymy trawienne lub hormony, inne absorbują i trawią drobnoustroje i jeszcze inne ciała obce, inne przeprowadzają przenoszenie tlenu z płuc do tkanek itp. Tak więc komórki kręgowców mają około 200 rodzajów specjalizacji. Wiele komórek jest wielofunkcyjnych. Na przykład komórki wątroby syntetyzują różne białka osocza krwi i żółć, gromadzą glikogen i przekształcają go w glukozę oraz utleniają obce substancje. W zależności od specjalizacji komórki mają różny czas trwaniażycie. Tak więc u ludzi minimalny czas życia komórek wynosi 1-2 dni (komórki nabłonka jelitowego) , a maksimum odpowiada długości życia (neuronów).

Pomimo ogromnej różnorodności, komórki mają wspólne cechy Budynki. Komórka składa się z trzech głównych części: błona komórkowa, cytoplazma I rdzeń. Cytoplazma stanowi główną część komórki i jest wewnętrznym półpłynnym środowiskiem komórek oraz ma złożoną budowę fizyko-chemiczną. Cytoplazma zawiera wodę, aminokwasy, białka, węglowodany, ATP, jony substancje nieorganiczne(dominują białka). Cytoplazma jest podzielona na trzy części: hialoplazma, organelle i inkluzje. Hialoplazma- ciekła lepka faza cytoplazmy komórki. Organelle(małe narządy) - wyspecjalizowane stałe składniki cytoplazmy, które mają taką czy inną strukturę i pełnią różne funkcje w życiu komórki. Wszystkie organelle komórkowe są ze sobą ściśle połączone. Uniwersalne organelle komórek eukariotycznych znajdują się w jądrze - chromosomy, w cytoplazmie mitochondria, retikulum endoplazmatyczne, kompleks Golgiego, lizosomy. W wielu komórkach znajdują się również struktury membranowe, które pomagają zachować kształt komórki - mikrotubule, mikrofibryle itd. Inkluzje- składniki opcjonalne (złoża substancji rezerwowych lub produktów przemiany materii). Organelle są dwojakiego rodzaju: błonowe (lizosomy, dictyosomy, retikulum endoplazmatyczne, mitochondria, wakuole komórek roślinnych, plastydy) i niebłonowe (rybosomy, centriole, mikrotubule, rzęski i wici).

Funkcje cytoplazmy:

1. Zapewnienie interakcji wszystkich organelli.

2. Zachodzą w nim główne procesy metaboliczne.

Z wyjątkiem wspólne cechy w strukturze komórki mają numer wspólne właściwości. Obejmują one ruchliwość, drażliwość, metabolizm I reprodukcja.

Mobilność przejawia się w różne formy:

1) ruch wewnątrzkomórkowy cytoplazma komórki.

2) ruch ameby. Ta forma ruchu wyraża się w tworzeniu pseudopodiów przez cytoplazmę w kierunku jednego lub drugiego bodźca lub z dala od niego. Ta forma ruchu jest nieodłączna dla ameby, leukocytów krwi, a także niektórych komórek tkanek.

3) Migotanie ruchu. Przejawia się w postaci uderzeń drobnych wypustek protoplazmatycznych - rzęsek i wici. Nieodłączny w orzęskach, komórkach nabłonkowych zwierząt wielokomórkowych, plemnikach itp.

4) ruch skurczowy. Jest dostarczany dzięki obecności w cytoplazmie specjalnego organoidu miofibryli, którego skracanie lub wydłużanie przyczynia się do skurczu i rozluźnienia komórki. Zdolność do kurczenia się jest najbardziej rozwinięta w komórkach mięśniowych.

Drażliwość wyraża się w zdolności komórek do reagowania na podrażnienie poprzez zmianę metabolizmu i energii.

Metabolizm obejmuje wszystkie przemiany materii i energii zachodzące w komórkach.

reprodukcja jedną z głównych funkcji charakterystycznych dla organizmów żywych w ogóle, aw szczególności dla komórek. Rozmnażanie zapewnia zdolność komórki do dzielenia się i tworzenia komórek potomnych (niektóre wysoce zróżnicowane komórki utraciły tę zdolność). To właśnie zdolność do reprodukcji pozwala nam uważać komórki za najmniejsze jednostki życia. Mniejsze jednostki tych właściwości nie są wyświetlane. R. Virchow napisał: „Komórka jest ostatnia element morfologiczny wszystkich żywych ciał i nie mamy prawa szukać prawdziwej aktywności życiowej poza nią. (1858).

Cechy struktury komórek różne organizmy

Wszystko znane organizmy dzielą się na dwie grupy: prokarioty I eukarionty. DO prokarioty odnieść się bakterie (eubakterie i archebakterie) do eukarionty – grzyby, rośliny I Zwierząt, z których większość to organizmy wielokomórkowe, a tylko nieliczne są jednokomórkowe. Różnice między prokariontami a eukariontami są tak znaczące, że w systemie organizmów wyróżnia się je jako superkrólestwa.

eukarionty(z greckiego eu - dobry, całkowicie i grecki karion - rdzeń) - organizmy, których komórki zawierają uformowane jądra. Eukarionty obejmują wszystkie wyższe zwierzęta, rośliny, a także jednokomórkowe i wielokomórkowe glony, grzyby i pierwotniaki.

prokarioty(z łac. pro - przed, przed i gr. karion - jądro) - organizmy, których komórki nie mają jądra ograniczonego błoną. Analog jądra jest nukleoidem składającym się z kolistej cząsteczki DNA związanej z niewielką ilością białka. Komórki prokariotyczne mają sztywną powłokę ochronną (ścianę komórkową), pod którą znajduje się błona plazmatyczna. Błona plazmatyczna zwykle tworzy wypukłości do cytoplazmy - mezosomy. Enzymy redoks znajdują się na błonach mezosomów, aw fotosyntetyzujących prokariotach odpowiednie pigmenty (bakteriochlorofil, chlorofil, fikocyjanina). Dzięki temu takie membrany są w stanie pełnić funkcje mitochondriów, chloroplastów i innych organelli. Jednocześnie chloroplasty, mitochondria, lizosomy, kompleks Golgiego i retikulum endoplazmatyczne właściwe dla komórek eukariotycznych są nieobecne u prokariotów. Bakterie są bardzo małe i mogą szybko się rozmnażać przez proste rozszczepienie binarne (mitoza nie występuje u prokariotów). W optymalne warunki Komórka prokariotyczna jest zdolna do podziału co 20 minut. Ze względu na szybkie tempo rozmnażania populacje bakterii szybko dostosowują się do zmian środowiskowych i zajmują wszystkie możliwe nisze ekologiczne w przyrodzie (gleba, woda, powietrze, bagna, głębiny oceaniczne, gorące źródła itp.).

Zatem główne różnice między eukariontami a prokariotami to:

1) Obecność jądra. to jest najważniejsze piętno komórki eukariotyczne.

2) Rozmiar. Komórki prokariotyczne są bardzo małe (około 1 mikrona). Objętość komórek eukariotycznych zawierających pełnoprawne jądro jest 800-1000 razy większa niż objętość komórek prokariotycznych.

3) Cechy strukturalne DNA. Eukariotyczne DNA to bardzo długie liniowe cząsteczki (od 10 7 do ponad 10 10 par zasad). Są zlokalizowane w jądrze, związane z histonami i obejmują regiony niekodujące (np. introny). Przeciwnie, prokariotyczny DNA to krótsze (do 5-10 6 par zasad) koliste cząsteczki zlokalizowane w cytoplazmie i pozbawione intronów.

4) Specjalizacja. Struktury i funkcje komórek eukariotycznych są bardziej złożone i bardziej wyspecjalizowane niż struktury i funkcje komórek prokariotycznych. komórki eukariotyczne składają się z wyspecjalizowanych działów - organelli.

Organelle pełnią określone funkcje w życiu komórki. komórki prokariotyczne mają pojedynczy system membranowy, obejmujący zarówno plazmalemę, jak i różne jej wyrostki, często pełniące określone funkcje.

5) Dysocjacja przestrzenna procesów syntezy RNA i białek. U eukariontów wpływają do różne działy komórki i mechanizmy ich regulacji nie są od siebie zależne. Przeciwnie, u prokariontów procesy te są znacznie prostsze i wzajemnie powiązane.

Według nowoczesne idee, prokarionty, wraz z przodkami eukariontów, należą do najstarszych organizmów i mają wspólne pochodzenie. Argument za wspólnym pochodzeniem komórek prokariotycznych i eukariotycznych tkwi w fundamentalnym podobieństwie ich aparatu genetycznego.

Różnice między komórkami roślinnymi i zwierzęcymi. Komórka roślinna ma zewnętrzną ścianę z celulozy i innych materiałów na wierzchu membrany. Błona komórkowa jest zewnętrzną ramą ochronną, zapewnia turgor komórek roślinnych, przepuszcza wodę, sole, cząsteczki wielu substancji organicznych. Ściana komórkowa rośliny, bakterie i sinice zakłócają fagocytozę i dlatego praktycznie nie mają fagocytozy. Komórki roślinne są połączone specjalnymi kanałami wypełnionymi cytoplazmą i ograniczonymi błoną plazmatyczną. Przez te kanały przechodzące ściany komórkowe, z jednej komórki do drugiej składniki odżywcze, jony i inne związki.

Tworzące się komórki zwierzęce różne tkaniny(nabłonkowe, mięśniowe itp.) są połączone ze sobą błoną plazmatyczną. Na stawach tworzą się fałdy lub narośla, które nadają stawom szczególną wytrzymałość. W większości komórek (zwłaszcza zwierząt) zewnętrzna strona Błona pokryta jest warstwą polisacharydów i glikoprotein (glycocalix). Glycocalyx to bardzo cienka, elastyczna warstwa (niewidoczna pod mikroskopem świetlnym). Glikokaliks, podobnie jak celulozowa ściana roślin, pełni przede wszystkim funkcję bezpośredniego łączenia komórek otoczenie zewnętrzne. Jednak w przeciwieństwie do ściany roślinnej nie pełni funkcji podporowej. Oddzielne działki błony i glikokaliks mogą różnicować się i przekształcać w mikrokosmki (zwykle na powierzchni komórki, która ma kontakt ze środowiskiem); połączenia międzykomórkowe i połączenia między komórkami tkankowymi, które mają inna struktura. Niektóre z nich pełnią rolę mechaniczną (połączenia międzykomórkowe), inne biorą udział w czynnościach międzykomórkowych procesy metaboliczne poprzez zmianę potencjału elektrycznego membrany.

Wszystkie żywe istoty składają się z komórek. Komórka jest elementarny żyjący system- podstawa budowy i życia wszystkich zwierząt i roślin. Komórki mogą istnieć jako niezależne organizmy (na przykład pierwotniaki, bakterie) oraz jako część organizmów wielokomórkowych. Rozmiary komórek wahają się od 0,1–0,25 µm (niektóre bakterie) do 155 mm (jajo strusia w skorupce).

Komórka jest zdolna do odżywiania się, wzrostu i namnażania, w wyniku czego można ją uznać za żywy organizm. To rodzaj atomu żywych systemów. Jego części składowe są pozbawione żywotnych zdolności. Komórki wyizolowane z różnych tkanek żywych organizmów i umieszczone w specjalnej pożywce mogą rosnąć i namnażać się. Ta zdolność komórek jest szeroko wykorzystywana do celów badawczych i aplikacyjnych.

Termin „komórka” został po raz pierwszy zaproponowany w 1665 r. Przez angielskiego przyrodnika Roberta Hooke'a (1635–1703) w celu opisania struktury komórkowej przekroju korka obserwowanego pod mikroskopem. Istotą jest stwierdzenie, że wszystkie tkanki zwierzęce i roślinne zbudowane są z komórek teoria komórki. W eksperymentalnym uzasadnieniu teorii komórki ważna rola grały dzieła niemieckich botaników Matthiasa Schleidena (1804–1881) i Theodora Schwanna (1810–1882).

Pomimo ogromnej różnorodności i znacznych różnic w wygląd i funkcje, wszystkie komórki składają się z trzech głównych części - błona plazmatyczna, kontroluje przechodzenie substancji z otoczenia do komórki i odwrotnie, cytoplazma o zróżnicowanej strukturze i Jądro komórkowe, zawierający nośnik informacji genetycznej (patrz ryc. 7.7). Wszystkie zwierzęta i niektóre komórki roślinne zawierać centriole- tworzące się cylindryczne struktury o średnicy około 0,15 mikrona centra komórkowe. Zwykle komórki roślinne są otoczone błoną - Ściana komórkowa. Ponadto zawierają plastydy- organelle cytoplazmatyczne (wyspecjalizowane struktury komórkowe), często zawierające pigmenty, które decydują o ich kolorze.

Otoczenie komórki membrana składa się z dwóch warstw cząsteczek substancji tłuszczopodobnych, pomiędzy którymi znajdują się cząsteczki białek. Główna funkcja komórki - aby zapewnić ruch dobrze zdefiniowanych substancji w kierunku do przodu i do tyłu. W szczególności wspiera membrana normalne stężenie niektóre sole wewnątrz komórki i odgrywa ważną rolę w jej życiu: jeśli błona jest uszkodzona, komórka natychmiast umiera, podczas gdy bez innych składników strukturalnych życie komórki może trwać przez jakiś czas. Pierwszą oznaką śmierci komórki jest początek zmian w przepuszczalności jej błony zewnętrznej.

Wewnątrz błony plazmatycznej komórki jest cytoplazma zawierające wodę solanka z rozpuszczalnymi i zawieszonymi enzymami (jak w tkanki mięśniowe) i inne substancje. Cytoplazma zawiera różne organelle - małe narządy otoczone błonami. Organelle to m.in. mitochondria - workowate formacje z enzymami oddechowymi. Przekształcają cukier i uwalniają energię. W cytoplazmie znajdują się również małe ciała - rybosom, składający się z białka i kwasu nukleinowego (RNA), za pomocą którego przeprowadzana jest synteza białek. Środowisko wewnątrzkomórkowe jest dość lepkie, chociaż 65–85% masy komórki to woda.

Wszystkie żywe komórki, z wyjątkiem bakterii, zawierają rdzeń, a w nim - chromosomy- długie ciała nitkowate, składające się z kwasu dezoksyrybonukleinowego i przyłączonego do niego białka.

Komórki rosną i rozmnażają się, dzieląc się na dwie komórki potomne. Kiedy komórka potomna się dzieli, przenoszony jest pełny zestaw chromosomów niosących informację genetyczną. Dlatego przed podziałem liczba chromosomów w komórce podwaja się, a podczas podziału każda komórka potomna otrzymuje jeden ich zestaw. Ten proces podziału komórki, który zapewnia identyczną dystrybucję materiału genetycznego między komórkami potomnymi, nazywa się mitoza.

Nie wszystkie komórki wielokomórkowego zwierzęcia lub rośliny są takie same. Modyfikacja komórek następuje stopniowo w procesie rozwoju organizmu. Każdy organizm rozwija się z jednej komórki - jaja, które zaczyna się dzielić, a ostatecznie powstaje wiele różnych komórek - mięśni, krwi itp. O różnicach w komórkach decyduje przede wszystkim zestaw białek syntetyzowanych przez tę komórkę. W ten sposób komórki żołądka syntetyzują enzym trawienny pepsyna; w innych komórkach, takich jak komórki mózgowe, nie powstaje. We wszystkich komórkach roślin lub zwierząt istnieje pełna informacja genetyczna do budowy wszystkich białek danego typu organizmu, ale w komórce każdego typu syntetyzowane są tylko te białka, których potrzebuje.

W zależności od rodzaju komórek wszystkie organizmy dzielą się na dwie grupy - prokarioty I eukarionty. Prokarionty obejmują bakterie, a eukarionty - wszystkie inne organizmy: pierwotniaki, grzyby, rośliny i zwierzęta. Eukarioty mogą być jednokomórkowe lub wielokomórkowe. Na przykład ludzkie ciało składa się z 10 15 komórek.

Wszystkie prokarioty są jednokomórkowe. Nie mają dobrze zdefiniowanego jądra: cząsteczki DNA nie są otoczone błoną jądrową i nie są zorganizowane w chromosomy. Ich podział zachodzi bez mitozy. Ich rozmiary są stosunkowo niewielkie. Jednocześnie dziedziczenie w nich cech opiera się na przekazywaniu DNA do komórek potomnych. Przyjmuje się, że pierwszymi organizmami, które pojawiły się około 3,5 miliarda lat temu, były prokarioty.

Jeśli organizm jednokomórkowy, jak bakteria, nie umiera wpływ zewnętrzny, wtedy pozostaje nieśmiertelny, to znaczy nie umiera, ale dzieli się na dwie nowe komórki. Organizmy wielokomórkowe tylko na żywo określony czas. Zawierają dwa rodzaje komórek: somatyczne - komórki ciała I komórki płciowe. Komórki płciowe, podobnie jak bakterie, są nieśmiertelne. Po zapłodnieniu powstają komórki somatyczne, które są śmiertelne, oraz nowe komórki płciowe.

Rośliny zawierają specjalną tkankę - merystem, którego komórki mogą tworzyć inne typy komórek roślinnych. Pod tym względem komórki merystemiczne są podobne do komórek płciowych iw zasadzie są również nieśmiertelne. Odnawiają tkanki roślinne, dzięki czemu niektóre gatunki roślin mogą żyć tysiące lat. Prymitywne zwierzęta (gąbki, ukwiały) mają podobna tkanina i mogą żyć w nieskończoność.

Komórki somatyczne zwierząt wyższych dzielą się na dwa typy. Niektóre z nich obejmują komórki, które są krótkotrwałe, ale stale odnawiane przez rodzaj tkanki merystemicznej. Należą do nich na przykład komórki naskórka. Inny typ to komórki, które w dorosłym organizmie nie dzielą się, a zatem nie odnawiają. Jest przede wszystkim nerwowy i Komórki mięśniowe. Podlegają starzeniu i śmierci.

Powszechnie przyjmuje się, że główny powód starzenie się organizmu – utrata informacji genetycznej. Cząsteczki DNA są stopniowo uszkadzane przez mutacje, co prowadzi do śmierci komórek i całego organizmu. Uszkodzone odcinki cząsteczki DNA są w stanie odzyskać dzięki enzymom naprawczym. Choć ich możliwości są ograniczone, odgrywają ważną rolę w przedłużaniu życia organizmu.