Komórka jest jednostką budowy, aktywności życiowej, wzrostu i rozwoju organizmów. różnorodność komórek. Charakterystyka porównawcza komórki roślin, zwierząt, bakterii, grzybów

Nauka zajmująca się badaniem budowy i funkcji komórek to tzw cytologia . Istnieją dwie duże systematyczne grupy komórek - prokariotyczny I eukariotyczny . komórki prokariotyczne nie zawierają prawdziwego jądra (bakterie, sinice). Komórki eukariotyczne zawierają jądro (inne organizmy oprócz wirusów).

Systematyka wyróżnia następujące królestwa organizmów: Bakterie, Grzyby, Rośliny, Zwierzęta. Podstawą takiego podziału są sposoby odżywiania tych organizmów oraz budowa komórek.

komórki bakteryjne mają następujące struktury - gęstą ścianę komórkową mureiny, jedną kolistą cząsteczkę DNA (nukleoid), rybosomy, mezosomy (fałdy błonowe), małe koliste DNA (plazmidy). Zgodnie ze sposobem odżywiania bakterie dzielą się na autotrofy ( Są podzielone na fototrofy, karmiony światłem i chemotrofy, zasilany energią ze związków nieorganicznych ) I heterotrofy (żywią się materią organiczną z innych organizmów ) .

Komórki roślinne zawierają charakterystyczne tylko dla nich plastydy - chloroplasty (zielone), leukoplasty (białe) i chromoplasty (czerwone, żółte i niebieskie); ścianę komórkową z celulozy, a także duże wakuole z sokiem komórkowym. Podczas podziału komórki z błony komórkowej tworzy się płytka metafazowa, która oddziela chromosomy. Substancją rezerwową jest skrobia. Mają nieograniczony wzrost, nie ma pojęcia „układu narządów”. Autotrofy, rzadziej miksotrofy (foto- i heterotrofy).

Komórki zwierzęce nie mają gęstych ścian komórkowych. Są otoczeni Błona komórkowa przez które zachodzi wymiana substancji z otoczeniem. Wakuole są małe (kurczliwe i trawienne), istnieje centrum komórkowe, które rozciąga chromosomy podczas podziału. Substancją rezerwową jest glikogen. Wzrost jest ograniczony, liczba narządów jest ściśle określona. Heterotrofy.

Komórki grzybów są pokryte ścianą komórkową, podobnie jak rośliny, ale zbudowaną z chityny, podobnie jak muszle u zwierząt. Wzrost jest nieograniczony. Heterotrofy. Substancją rezerwową są kropelki glikogenu i tłuszczu.

2.3. Chemiczna organizacja komórki. Związek struktury i funkcji nieorganicznych i materia organiczna(białka, kwasy nukleinowe, węglowodany, lipidy, ATP), które tworzą komórkę. Uzasadnienie pokrewieństwa organizmów na podstawie analizy skład chemiczny ich komórki

2.3.1. substancje nieorganiczne komórki

Wszystkie pierwiastki obecne w komórce są podzielone w zależności od ich zawartości w komórce na grupy:

makroelementy – H, O, N, C,(biogeny, większość składa się z nich materia żywa), Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;

pierwiastki śladowe– B, Ni, Cu, Co, Zn, Mb itp.;

ultramikroelementy– U, Ra, Au, Pb, Hg, Se itp.

Związki nieorganiczne komórki - woda I nieorganiczny jony.

Wszystkie reakcje biochemiczne zachodzą w roztworach wodnych.

Właściwości fizyczne woda: Ponieważ cząsteczki wody są polarne, woda ma właściwość rozpuszczania polarnych cząsteczek innych substancji. Substancje rozpuszczalne w wodzie to tzw hydrofilowy. Substancje nierozpuszczalne w wodzie to tzw hydrofobowe (lipidy, woski, steroidy).

Woda ma duże ciepło właściwe. Ta właściwość wody zapewnia utrzymanie bilansu cieplnego w organizmie.

Temperatura wrzenia wody jest wyższa niż wielu innych substancji. Ta właściwość wody chroni organizm przed przegrzaniem.

Wiązania wodorowe decydują o lepkości wody i adhezji jej cząsteczek do cząsteczek innych substancji. Dzięki siłom adhezji cząsteczek na powierzchni wody tworzy się film, który ma taką charakterystykę jak napięcie powierzchniowe.

Funkcje biologiczne wody. Woda zapewnia ruch substancji w komórce i ciele, wchłanianie substancji i wydalanie produktów przemiany materii. W naturze woda przenosi odpady do gleb i zbiorników wodnych.

jony nieorganiczne. Do jonów nieorganicznych ogniwa należą: kationy K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+, NH 3 + oraz aniony Cl -, NO 3 -, H 2 PO 4 -, NCO 3 -, HPO 4 2-.

Różnica między liczbą kationów i anionów (Na + , Ka + , Cl-) na powierzchni i wewnątrz komórki zapewnia pojawienie się potencjału czynnościowego, który leży u podstaw pobudzenia nerwowego i mięśniowego.

aniony fosforowy kwasy tworzą układ buforów fosforanowych, utrzymując pH środowiska wewnątrzkomórkowego organizmu na poziomie 6,9.

Kwas węglowy i jego aniony tworzą dwuwęglanowy układ buforowy i utrzymują pH środowiska pozakomórkowego (osocze krwi) na poziomie 7,4.

Związki azotu służą jako źródło pożywienia mineralnego, syntezy białek, kwasów nukleinowych. Atomy fosforu wchodzą w skład kwasów nukleinowych, fosfolipidów, a także kości kręgowców, chitynowej osłony stawonogów. Jony wapnia są częścią substancji kostnej; są również niezbędne do realizacji skurczu mięśni, krzepnięcia krwi.

PRZYKŁADY ZADAŃ

2.5. Metabolizm: metabolizm energetyczny i plastyczny, ich związek. Enzymy, ich budowa chemiczna, rola w metabolizmie. Etapy metabolizmu energetycznego. Fermentacja i oddychanie. Fotosynteza, jej znaczenie, rola kosmiczna. Fazy ​​fotosyntezy. Jasne i ciemne reakcje fotosyntezy, ich związek. Chemosynteza. Rola bakterii chemosyntetycznych na Ziemi

2.5.1. Metabolizm energetyczny i plastyczny, ich związek

Metabolizm (metabolizm) jest zbiorem powiązanych ze sobą procesów syntezy i podziału substancje chemiczne występujące w organizmie. Podzielony na plastik ( anabolizm, asymilacja), powstają substancje i zużywana jest energia oraz wymiana energii ( katabolizm, dysymilacja), rozpad substancji z uwolnieniem energii.

Istoty żywe wykorzystują światło i energię chemiczną do swojej działalności życiowej. Zielone rośliny - autotrofy , - syntezować związki organiczne w procesie fotosyntezy z wykorzystaniem energii światło słoneczne. Ich źródłem węgla jest dwutlenek węgla. Wiele autotroficznych prokariontów uzyskuje w tym procesie energię chemosynteza– utlenianie związków nieorganicznych. Dla nich źródłem energii mogą być związki siarki, azotu, węgla. Heterotrofy korzystać z organicznych źródeł węgla, tj. żywić się gotową materią organiczną. Wśród roślin mogą być takie, które odżywiają się w sposób mieszany ( miksotroficznie) - rosiczka, muchołówka czy nawet heterotroficznie - raflezja. Spośród przedstawicieli zwierząt jednokomórkowych zielone eugleny są uważane za miksotrofy.

Enzymy, ich budowa chemiczna, rola w metabolizmie. Enzymy to zawsze specyficzne białka - katalizatory. Z reguły katalizują pewien rodzaj reakcji. Specyficzne cechy cząsteczki enzymu są wyjaśnione przez jej strukturę i właściwości. Cząsteczka enzymu ma centrum aktywne, którego konfiguracja przestrzenna odpowiada przestrzennej konfiguracji substancji, z którymi enzym oddziałuje. Enzym, rozpoznając jego substrat, wchodzi z nim w interakcję i przyspiesza jego przemianę.

Aktywność enzymów zależy od temperatury, kwasowości podłoża, ilości substratu, z którym oddziałuje. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta aktywność enzymów. Dzieje się tak jednak do pewnych granic, ponieważ. na tyle wysokie temperatury białko jest zdenaturowane. Środowisko, w którym enzymy mogą funkcjonować, jest inne dla każdej grupy. Istnieją enzymy, które są aktywne w środowisku kwaśnym lub słabym kwaśne środowisko lub w zasadowym lub słabo środowisko alkaliczne. Enzymy są aktywne w środowisku kwaśnym sok żołądkowy u ssaków. W środowisku słabo zasadowym aktywne są enzymy soku jelitowego. Enzym trawienny trzustki jest aktywny w środowisku zasadowym. Większość enzymów jest aktywna w środowisku obojętnym.

2.5.2. Metabolizm energetyczny w komórce (dysymilacja)

wymiana energii- Jest to zestaw reakcji chemicznych stopniowego rozkładu związków organicznych, któremu towarzyszy uwalnianie energii, której część jest zużywana na syntezę ATP.

Pierwszy etap – przygotowawczy . W przewód pokarmowy przeprowadza się organizmy wielokomórkowe enzymy trawienne. W organizmach jednokomórkowych są to enzymy lizosomów. Pierwszym krokiem jest rozkład białek. na aminokwasy, tłuszcze na glicerol i Kwasy tłuszczowe, polisacharydy do monosacharydów, kwasy nukleinowe do nukleotydów. Ten proces nazywa się trawieniem. Wytworzona energia jest rozpraszana w postaci ciepła i nie jest magazynowana.

Druga faza – anoksyczny (glikoliza ). Jego biologiczne znaczenie polega na rozpoczęciu stopniowego rozpadu i utleniania glukozy wraz z akumulacją energii w postaci 2 cząsteczek ATP. Glikoliza zachodzi w cytoplazmie komórek. Składa się z kilku następujących po sobie reakcji przemiany cząsteczki glukozy w dwie cząsteczki kwasu pirogronowego (pirogronianu) i dwie cząsteczki ATP, w postaci których magazynowana jest część energii uwolnionej podczas glikolizy: C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2F \u003d 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP. Pozostała część energii jest rozpraszana w postaci ciepła.

W komórkach drożdży i roślin ( z brakiem tlenu) rozkłada się pirogronian etanol i dwutlenek węgla. Proces ten nazywa się fermentacja alkoholowa .

Energia zmagazynowana w glikolizie jest zbyt mała dla organizmów, które wykorzystują tlen do oddychania. Dlatego w mięśniach zwierząt, w tym ludzi, pod dużym obciążeniem i brakiem tlenu powstaje kwas mlekowy (C 3 H 6 O 3), który gromadzi się w postaci mleczanu. Pojawia się ból mięśni. U osób nieprzeszkolonych dzieje się to szybciej niż u osób przeszkolonych.

Trzeci etap – tlen , składający się z dwóch następujących po sobie procesów - cyklu Krebsa, nazwanego na cześć noblisty Hansa Krebsa, oraz fosforylacji oksydacyjnej. Jego znaczenie polega na tym, że oddychanie tlenem pirogronian jest utleniany do produktów końcowych - dwutlenku węgla i wody, a energia uwolniona podczas utleniania jest magazynowana w postaci 36 cząsteczek ATP. Fosforylacja oksydacyjna Lub oddychania komórkowego występuje na wewnętrznych błonach mitochondriów. Część energii jest rozpraszana w postaci ciepła, a część jest wydawana na tworzenie ATP.

Całkowita reakcja metabolizmu energetycznego:

C 6H 12O 6 + 6O 2 \u003d 6CO 2 + 6H 2O + 38ATP. (2 ATP na etapie glikolizy + 36 na etapie oddychania komórkowego)

2.5.3. Fotosynteza i chemosynteza

Badania w dziedzinie fotosyntezy rozpoczęły się w 1630 roku od eksperymentów Holendra van Helmonta. Udowodnił, że rośliny nie pobierają substancji organicznych z gleby, ale same je tworzą. Joseph Priestley w 1771 roku udowodnił „korektę” powietrza przez rośliny. Umieszczone pod szklanym wieczkiem pochłaniały dwutlenek węgla uwalniany przez tlącą się pochodnię.

Fotosynteza- jest to proces powstawania związków organicznych z dwutlenku węgla (CO 2 ) i wody przy wykorzystaniu energii świetlnej, zachodzący w chloroplastach roślin zielonych i zielonych barwnikach niektórych bakterii fotosyntetyzujących.

Chloroplasty i fałdy błony cytoplazmatycznej prokariotów zawierają zielony barwnik - chlorofil. Cząsteczka chlorofilu może zostać wzbudzona przez działanie światła słonecznego i przekazać swoje elektrony i przenieść je na wyższe poziomy energetyczne. Elektrony nie cofają się, ale są wychwytywane przez nośniki elektronów (NADP + - fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego). Jednocześnie energia zgromadzona przez nich wcześniej jest częściowo wydawana na tworzenie ATP.

„Faza światła” to etap, na którym energia świetlna pochłonięta przez chlorofil jest przekształcana w energię elektrochemiczną w łańcuchu transportu elektronów. Prowadzone w świetle, w błonach gran z udziałem białek nośnikowych i syntazy ATP.

Kiedy chlorofil jest wzbudzony, jego cząsteczka oddziela grupę hydroksylową od wody, odłącza od niej elektron i powraca do stanu podstawowego. 4 grupy hydroksylowe tworzą cząsteczkę wody, ponownie wracając do cyklu i tlenu, który jest produkt uboczny fotosynteza. Z biegiem czasu protony gromadzą się wewnątrz tylakoidu, ponieważ. nie biorą udziału w fotolizie (rozszczepianiu pod wpływem światła przy pomocy chlorofilu) wody. Powstaje różnica potencjałów. Po osiągnięciu określonego poziomu włącza się kanał w błonie tylakoidów - syntaza ATP. Przekazuje protony do zrębu (wewnętrznej przestrzeni) chloroplastu. Kosztem energii transmisyjnej syntetyzowany jest ATP. Same protony są odbierane przez NADP.

Efektami reakcji świetlnych są: fotoliza wody z wytworzeniem wolnego tlenu, synteza ATP, redukcja NADP+ do NADP H. Zatem światło potrzebne jest tylko do syntezy ATP i NADP-H.

„Ciemna faza”- proces przekształcania CO 2 w glukozę w zrębie (przestrzeń między granami) chloroplastów przy wykorzystaniu energii ATP i NADP H.

Cząsteczka dwutlenku węgla jest przyłączona do pięciowęglowego cukru, a następnie rozpada się na dwa trzywęglowe cukry. Dalsze przemiany substancji sprowadzają się albo do eliminacji węgla, albo do wydłużenia łańcucha. Zachodzi to w cyklu Calvina, który daje dostęp do syntezy wielu rodzajów substancji, głównie glukozy.

Ogólne równanie fotosyntezy to -

Znaczenie fotosyntezy. W procesie fotosyntezy powstaje z tlenu wolny tlen niezbędny do oddychania organizmów - ekran ozonowy chroniący przed promieniowaniem ultrafioletowym, fotosynteza zapewnia produkcję substancji organicznych, zmniejsza stężenie dwutlenku węgla w atmosferze.

Chemosynteza- powstawanie związków organicznych z nieorganicznych pod wpływem energii związków nieorganicznych (azot, żelazo, siarka). Istnieje kilka rodzajów reakcji chemosyntezy:

1) utlenianie amoniaku do azotu i kwas azotowy bakterie nitryfikacyjne:

2) konwersja żelaza żelazawego do bakterii żelaza trójwartościowego:

3) utlenianie siarkowodoru do siarki lub kwasu siarkowego przez bakterie siarkowe

Chemosyntetyki niszczą skały, oczyszczają ścieki i uczestniczą w tworzeniu minerałów.

2.6. Biosynteza białek i kwasów nukleinowych. Macierzowa natura reakcji biosyntetycznych. Informacja genetyczna w komórce. Geny, kod genetyczny i jego właściwości

Gen jest jednostką informacji dziedzicznej organizmu.

Kod genetyczny - zgodność trójek nukleotydów (na mRNA - kodony) z aminokwasami. Kod genetyczny jest trójkowy, uniwersalny dla wszystkich organizmów na ziemi, zdegenerowany (każdy aminokwas jest zaszyfrowany więcej niż jednym kodonem). Pomiędzy genami znajdują się znaki interpunkcyjne, kodony stop.

Biosynteza białek to rodzaj wymiany plastycznej, w której informacja z genuy jest przekazywana do białek. Informacja genetyczna pobrana z DNA i przetłumaczona na kod cząsteczki i-RNA musi zostać wyrażona, tj. przejawia się w cechach konkretnego organizmu. Te znaki są określane przez białka. Biosynteza białek zachodzi na rybosomach w cytoplazmie. To tutaj informacyjny RNA pochodzi z jądra komórki. Synteza mRNA na cząsteczce DNA nazywa się transkrypcja, wtedy nazywa się syntezę białek na rybosomach audycja. Na końcu cząsteczki t-RNA znajduje się platforma do przyłączenia aminokwasu, a na górze tryplet nukleotydów, który jest komplementarny do specyficznego trypletu - kodonu na mRNA. Ta trójka nazywa się antykodonem.

Rybosom porusza się wzdłuż mRNA, przesuwając trzy nukleotydy, gdy pojawia się nowy aminokwas, uwalniając je dla nowego antykodonu. W rezultacie między aminokwasami powstaje wiązanie peptydowe.

Synteza białek trwa do momentu znalezienia na rybosomie jednego z trzech kodonów stop - UAA, UAG lub UGA. Jedna cząsteczka mRNA zawiera kilka tworzących się rybosomów polisom.

Reakcje syntezy macierzowej. Reakcje syntezy macierzy obejmują replikacja DNA, synteza i-RNA na DNA ( transkrypcja) i synteza białek na mRNA ( audycja), a także syntezę RNA lub DNA na RNA wirusów (odwrotna transkrypcja).

replikacja DNA. Cząsteczka jest zdolna do samopodwojenia (replikacji). Błędy w kopiowaniu informacji przez cząsteczkę DNA można poprawić ( naprawa).

Na każdej z nici DNA powstałych po zerwaniu wiązań wodorowych, przy udziale enzymu polimerazy DNA, syntetyzowana jest nić potomna DNA. Biologiczne znaczenie replikacji polega na dokładnym przekazywaniu dziedzicznej informacji od cząsteczki macierzystej do cząsteczki potomnej.

Komórka jest genetyczną jednostką żywych istot. Chromosomy, ich budowa (kształt i wielkość) oraz funkcje. Liczba chromosomów i ich stałość gatunkowa. Cechy komórek somatycznych i zarodkowych. Cykl życia komórki: interfaza i mitoza. Mitoza to podział komórek somatycznych. Mejoza. Fazy ​​mitozy i mejozy. Rozwój komórek rozrodczych u roślin i zwierząt. Podobieństwa i różnice między mitozą a mejozą, ich znaczenie. Podział komórek jest podstawą wzrostu, rozwoju i reprodukcji organizmów. Rola mejozy w zapewnieniu stałości liczby chromosomów w pokoleniach

Chromosomy- struktury komórkowe przechowujące i przekazujące informacje dziedziczne. Chromosom składa się z DNA i białka. Kompleks białek związanych z formami DNA chromatyna. Chromosom jest strukturą w kształcie pręta i składa się z dwóch sióstr chromatydy utrzymywane przez centromer w okolicy zwężenie pierwotne. Diploidalny (podwójny) zestaw chromosomów w organizmie nazywa się kariotyp .

Każdy gatunek organizmów ma stałą liczbę, kształt i skład chromosomów. W ludzkim kariotypie jest 46 chromosomów - 44 autosomy (takie same dla obu płci) i 2 chromosomy płciowe. Samce są heterogametyczne (chromosomy płciowe XY), a samice homogametyczne (chromosomy płciowe XX).

Cykl życia komórki. Interfaza. Mitoza.

Cykl życia komórki- to okres jej życia od podziału do podziału.

cykl komórkowy podzielone na interfaza któremu towarzyszy dokładne kopiowanie i dystrybucja materiału genetycznego i mitoza- prawidłowy podział komórki po podwojeniu innych składników komórkowych.

Interfaza to okres między dwoma podziałami. W tym okresie komórka przygotowuje się do podziału. Ilość DNA w chromosomach podwaja się.

Pod koniec interfazy każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd, które podczas mitozy staną się niezależnymi chromosomami.

Mitoza występuje tylko w komórkach eukariotycznych. W wyniku mitozy każde z powstałych jąder potomnych otrzymuje ten sam zestaw genów, co komórka macierzysta. Zarówno diploidalne, jak i haploidalne jądra mogą wejść w mitozę. Podczas mitozy uzyskuje się jądra tej samej ploidalności, co oryginał. Mitoza składa się z kilku następujących po sobie faz:

profaza. Podwojone centriole rozchodzą się do różnych biegunów komórki (części ośrodek komórkowy). Mikrotubule rozciągają się od nich do centromerów chromosomów, tworząc wrzeciono podziału. Chromosomy są pogrubione, a każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd.

metafaza. W tej fazie wyraźnie widoczne są chromosomy składające się z dwóch chromatyd. Ustawiają się wzdłuż równika komórki, tworząc płytkę metafazową.

Anafaza. Chromatydy rozchodzą się w kierunku biegunów komórki z tą samą prędkością. Mikrotubule skracają się.

telofaza. Chromatydy potomne zbliżają się do biegunów komórki. Mikrotubule znikają. Chromosomy despiralizują i powracają do formy nitkowatej. uformowany otoczka jądrowa, jąderko, rybosomy.

cytokineza- proces podziału cytoplazmy. Błona komórkowa w centralnej części komórki jest wciągana do wewnątrz. Powstaje bruzda rozszczepienia, gdy się pogłębia, komórka rozwidla się.

Mejoza. Mejoza to proces podziału jąder komórkowych, prowadzący do zmniejszenia o połowę liczby chromosomów i powstania gamet. W wyniku mejozy jedna komórka diploidalna (2n) produkuje cztery komórki haploidalne(N).

Mejoza składa się z dwóch kolejnych podziałów poprzedzonych pojedynczą replikacją DNA w interfazie.

Główne wydarzenia profazy pierwszego podziału mejozy są następujące:

- chromosomy homologiczne są łączone na całej długości lub, jak mówią, są sprzężone. Podczas koniugacji powstają pary chromosomów - biwalenty (tetrady);

- w rezultacie powstają kompleksy składające się z dwóch homologicznych chromosomów lub czterech chromatyd;

- pod koniec profazy dochodzi do crossing-over (crossover) między homologicznymi chromosomami: chromosomy wymieniają między sobą regiony homologiczne. To właśnie crossing-over zapewnia różnorodność informacji genetycznej otrzymywanej przez dzieci od rodziców.

W metafazie Chromosomy I ustawiają się wzdłuż równika wrzeciona. Centromery są skierowane w stronę biegunów.

Anafaza I - nici wrzeciona skracają się, chromosomy homologiczne, składające się z dwóch chromatyd, rozchodzą się do biegunów komórki, gdzie tworzą się haploidalne zestawy chromosomów (2 zestawy na komórkę). Na tym etapie zachodzą rekombinacje chromosomalne, które zwiększają stopień zmienności potomstwa.

Telofaza I - z której powstają komórki zbiór haploidalny chromosomy i podwoić ilość DNA. Powstaje otoczka jądrowa. Każda komórka zawiera 2 siostrzane chromatydy połączone centromerem.

Drugi podział mejozy składa się z profazy II, metafazy II, anafazy II, telofazy II i cytokinezy.

znaczenie biologiczne mejoza polega na tworzeniu komórek zaangażowanych w rozmnażanie płciowe, w utrzymywanie genetycznej stałości gatunków, a także w sporulację w Wyższe rośliny. Zarodniki mchów, paproci i niektórych innych grup roślin powstają w wyniku mejozy. Mejoza jest podstawą zmienności kombinatorycznej organizmów. Naruszenie mejozy u ludzi może prowadzić do takich patologii, jak choroba Downa, zespół płaczu kota itp.

Rozwój komórek płciowych.

Proces powstawania komórek rozrodczych nazywa się gametogenezą. W organizmach wielokomórkowych wyróżnia się spermatogenezę - tworzenie męskich komórek rozrodczych i oogenezę - tworzenie żeńskich komórek rozrodczych.

spermatogeneza- proces transformacji diploidalnych prekursorów komórek rozrodczych - spermatogonia w plemniki.

1. Spermatogonia dzieli się na dwie komórki potomne - spermatocyty pierwszego rzędu.

2. Spermatocyty pierwszego rzędu są podzielone przez mejozę (1. podział) na dwie komórki potomne - spermatocyty drugiego rzędu.

3. Spermatocyty drugiego rzędu rozpoczynają drugi podział mejotyczny, w wyniku którego powstają 4 haploidalne plemniki.

4. Po zróżnicowaniu plemniki zamieniają się w dojrzałe plemniki.

U mchów i paproci plemniki rozwijają się w pylnikach, u okrytonasiennych powstają w łagiewkach pyłkowych (podczas podziału przez mitozę z haploidalnej komórki generatywnej powstają dwa haploidalne plemniki).

Owogeneza- tworzenie jaj u samic. U zwierząt występuje w jajnikach. W strefie lęgowej znajdują się ovogonia - pierwotne komórki rozrodcze, które rozmnażają się przez mitozę.

Z ogonka po pierwszym podziale mejotycznym powstają oocyty pierwszego rzędu.

Po drugim podziale mejotycznym powstają oocyty drugiego rzędu, z których powstaje jedno jajo i trzy ciała kierunkowe, które następnie obumierają. Jaja są nieruchome, mają kulisty kształt. Są większe niż inne komórki i zawierają rezerwę składniki odżywcze dla rozwoju zarodka.

W mchach i paprociach jaja rozwijają się w archegonium, w roślinach kwitnących - w zalążkach zlokalizowanych w jajniku kwiatu.

Sekcja 3
jak ciało układ biologiczny

3.2. Rozmnażanie organizmów, jego znaczenie. Sposoby rozmnażania, podobieństwa i różnice między rozmnażaniem płciowym i bezpłciowym. Wykorzystanie rozmnażania płciowego i bezpłciowego w praktyce człowieka. Rola mejozy i zapłodnienia w zapewnieniu stałości liczby chromosomów w pokoleniach. Aplikacja sztuczne zapłodnienie u roślin i zwierząt

reprodukcja- jest to reprodukcja genetycznie podobnych osobników danego gatunku, zapewniająca ciągłość i ciągłość życia.

Istnieją następujące formy reprodukcji:

rozmnażanie bezpłciowe. Ta forma rozmnażania jest charakterystyczna zarówno dla organizmów jednokomórkowych, jak i wielokomórkowych. Jednak rozmnażanie bezpłciowe jest najbardziej powszechne w królestwach bakterii, roślin i grzybów. Wśród zwierząt ta metoda hoduje głównie pierwotniaki i koelenteraty.

Istnieje kilka sposobów rozmnażania bezpłciowego:

– Prosty podział komórki macierzystej na dwie lub więcej komórek. W ten sposób rozmnażają się wszystkie bakterie i pierwotniaki.

- Rozmnażanie wegetatywne przez części ciała jest charakterystyczne dla organizmów wielokomórkowych - roślin, gąbek, koelenteratów, niektórych robaków. Rośliny mogą rozmnażać się wegetatywnie przez sadzonki, nawarstwianie, potomstwo korzeni i inne części ciała.

- Pączkowanie - jedna z opcji rozmnażania wegetatywnego jest charakterystyczna dla drożdży i jelitowych zwierząt wielokomórkowych.

Rozmnażanie bezpłciowe zwykle zapewnia wzrost liczby genetycznie jednorodnego potomstwa, dlatego jest często stosowane przez hodowców roślin w celu zachowania użyteczne właściwości odmiany.

rozmnażanie płciowe Proces, w którym łączona jest informacja genetyczna dwóch osobników. Łączenie informacji genetycznych może wystąpić, gdy koniugacja (tymczasowe połączenie osobników w celu wymiany informacji, jak ma to miejsce w orzęskach) i kopulacja (łączenie osobników w celu zapłodnienia) u zwierząt jednokomórkowych, a także podczas zapłodnienia u przedstawicieli różnych królestw. szczególny przypadek rozmnażanie płciowe jest partenogeneza(rozwój z niezapłodnionego jaja) u niektórych zwierząt (mszyce, pszczoły trutnie). Rozmnażanie płciowe u roślin okrytonasiennych następuje przez podwójne zapłodnienie. Faktem jest, że haploidalne ziarna pyłku powstają w pylniku kwiatu. Jądra tych ziaren dzielą się na dwa - generatywne i wegetatywne. Po znamieniu słupka ziarno pyłku kiełkuje, tworząc łagiewkę pyłkową. Jądro generatywne dzieli się ponownie, tworząc dwa plemniki. Jeden z nich, wnikając do jajnika, zapładnia komórkę jajową, a drugi łączy się z dwoma polarnymi jądrami dwóch komórki centralne zarodek, tworząc triploidalne bielmo.

Podczas rozmnażania płciowego osobniki różnych płci tworzą gamety. Samice produkują jaja, samce plemniki, a osoby biseksualne (hermafrodyty) produkują zarówno jaja, jak i plemniki. W większości alg łączą się dwie identyczne komórki rozrodcze. Fuzja haploidalnych gamet prowadzi do zapłodnienia i powstania diploidalnej zygoty. Zygota rozwija się w nowego osobnika.

Potomstwo niesie ze sobą nowe kombinacje genetyczne, które odróżniają je od rodziców i od siebie nawzajem.

3.3. Ontogeneza i związane z nią prawidłowości. Specjalizacja komórek, tworzenie tkanek, narządów. Rozwój embrionalny i postembrionalny organizmów. Cykle życia i przemiany pokoleń. Przyczyny zaburzeń rozwoju organizmów

Ontogeneza. Ontogeneza - jest to indywidualny rozwój organizmu od momentu powstania zygoty do śmierci. Wyróżnić pośredni I prosty ontogeneza. rozwój pośredni(metamorfoza) występuje u płazińców, mięczaków, owadów, ryb, płazów. Ich zarodki przechodzą przez kilka etapów rozwoju, w tym stadium larwalne. bezpośredni rozwój odbywa się w formie nielarwalnej lub wewnątrzmacicznej. Obejmuje wszystkie formy jajożyworodności, rozwój zarodków gadów, ptaków i ssaków jajorodnych, a także rozwój niektórych bezkręgowców (Orthoptera, pajęczaków itp.). Rozwój wewnątrzmaciczny występuje u ssaków, w tym u ludzi. W ontogeneza wyróżnić dwa okresy embrionalny - od powstania zygoty do uwolnienia z błon jajowych i postembrionalny od chwili narodzin do śmierci. Okres embrionalny organizm wielokomórkowy składa się z następujących etapów:

zygoty;

blastula- etapy rozwoju zarodka wielokomórkowego po zmiażdżeniu zygoty. Zygota w procesie blastulacji nie powiększa się, zwiększa się liczba komórek, z których się składa; etapy powstawania jednowarstwowego zarodka, pokryte blastoderma i powstawanie pierwotnej jamy ciała - blastocele;

gastrule- etapy powstawania listków zarodkowych - ektoderma, endoderma (u dwuwarstwowych koelenteratów i gąbek) i mezoderma (w trójwarstwowych u innych zwierząt wielokomórkowych). U zwierząt jelitowych na tym etapie powstają wyspecjalizowane komórki, takie jak kłujące, narządów płciowych, skórno-mięśniowe itp. Nazywa się proces powstawania gastruli gastrulacja.

Neirula- Etapy układania poszczególnych organów.

Histo- i organogeneza- etap pojawiania się specyficznych różnic funkcjonalnych, morfologicznych i biochemicznych pomiędzy poszczególnymi komórkami i częściami rozwijającego się zarodka. U kręgowców w organogenezie można wyróżnić:

a) neurogeneza - proces tworzenia cewy nerwowej (głowy i rdzeń kręgowy) z ektodermalnego listka zarodkowego, a także skóra, narządy wzroku i słuchu;

b) chordogeneza - proces powstawania z mezoderma struny, mięśnie, nerki, szkielet, naczynia krwionośne;

c) proces powstawania od endoderma jelita i narządy pokrewne - wątroba, trzustka, płuca. Sukcesywny rozwój tkanek i narządów, ich różnicowanie następuje z powodu indukcja embrionalna- wpływ niektórych części zarodka na rozwój innych części. Wynika to z aktywności białek, które biorą udział w pracy na określonych etapach rozwoju zarodka.

Okres postembrionalny podzielone na następne kroki:

- faktycznie postembrionalny (przed okresem dojrzewania);

- okres dojrzewania (realizacja funkcje rozrodcze);

- starość i śmierć.

W człowieku etap początkowy Charakteryzuje się okres postembrionalny intensywny wzrost narządów i części ciała zgodnie z ustalonymi proporcjami. Ogólnie okres postembrionalny osoby dzieli się na następujące okresy:

- niemowlęta (od urodzenia do 4 tygodni);

- klatka piersiowa (od 4 tygodni do roku);

- przedszkole (żłobek, gimnazjum, senior);

- szkoła (wczesna, nastoletnia);

- reprodukcyjne (młode do 45 lat, dojrzałe do 65 lat);

- poprodukcyjne (starsze do 75 lat i starcze - po 75 latach).

Metody pracy I.V. Miczurin

IV Michurin, hodowca domowy, wyhodował około 300 odmian drzewa owocowe, łączący w sobie cechy owoców południowych i bezpretensjonalność roślin północnych.

Podstawowe metody pracy:

– odległa hybrydyzacja odmian odległych geograficznie;

– ścisła selekcja indywidualna;

- „edukacja” mieszańców przez surowe warunki wzrostu;

- „zarządzanie dominacją” metodą mentora – szczepienie hybrydy dorosłej roślinie, która przenosi swoje cechy na wyhodowaną odmianę.

Przezwyciężanie niekrzyżowania w odległej hybrydyzacji:

- metoda podejścia wstępnego - szczepienie sadzonki jednego gatunku (jarzębiny) szczepiono na koronie gruszy. Kilka lat później kwiaty jarzębiny zostały zapylone pyłkiem gruszy. Uzyskano więc hybrydę jarzębiny i gruszki;

– metoda mediatora – hybrydyzacja 2-etapowa. Migdał skrzyżowano z półkultywowaną brzoskwinią David, a następnie powstałą hybrydę skrzyżowano z odmianą. Mam „Północną brzoskwinię”;

- Zapylenie pyłkiem mieszanym (własnym i cudzym). Przykładem jest produkcja cerapadusa, hybrydy czereśni i czeremchy.

3.8.3. Centra pochodzenia roślin uprawnych

Największy rosyjski naukowiec - genetyk N.I. Wawiłow wniósł ogromny wkład w hodowlę roślin. Stwierdził on, że wszystkie rośliny uprawne uprawiane współcześnie w różnych regionach świata mają określone położenie geograficzne

centra pochodzenia. Ośrodki te znajdują się w strefach tropikalnych i subtropikalnych, czyli tam, gdzie wywodzi się rolnictwo. NI Wawiłow wyróżnił 8 takich ośrodków, tj. 8 niezależnych obszarów wprowadzenia do kultury różnych roślin.

Różnorodność roślin uprawnych w ośrodkach ich pochodzenia jest zwykle reprezentowana przez ogromną liczbę odmian botanicznych i wiele odmian dziedzicznych.

Prawo szeregów homologicznych zmienności dziedzicznej.

1. Gatunki i rodzaje, które są genetycznie bliskie, charakteryzują się podobnymi seriami zmienności dziedzicznej z taką regularnością, że znając liczbę form w obrębie jednego gatunku, można przewidzieć występowanie form równoległych u innych gatunków i rodzajów. Im bliżej genetycznie znajduje się w wspólny system gatunków i rodzajów, tym pełniejsze jest podobieństwo w szeregu ich zmienności.

2. Ogólnie rzecz biorąc, całe rodziny roślin charakteryzują się pewnym cyklem zmienności, przechodzącym przez wszystkie rodzaje i gatunki, które tworzą rodzinę.

Prawo to zostało wprowadzone przez N.I. Wawiłowa na podstawie badania ogromna ilość genetycznie spokrewnione gatunki i rodzaje. Im bliższy jest związek między tymi grupami taksonomicznymi w ich obrębie, tym większe jest ich podobieństwo genetyczne. Porównanie ze sobą Różne rodzaje i rodzajów zbóż, N.I. Wawiłow i jego współpracownicy odkryli, że wszystkie zboża mają podobne cechy, takie jak rozgałęzienie i gęstość kłosa, pokwitanie łusek itp. Wiedząc o tym, N.I. Wawiłow zasugerował, że takie grupy mają podobną dziedziczną zmienność: „jeśli można znaleźć bezogonową formę pszenicy, można również znaleźć bezogonową formę żyta”. Znajomość możliwego charakteru zmian przedstawicieli pewien rodzaj, rodzajów, rodzin, hodowca może celowo poszukiwać, tworzyć nowe formy i albo eliminować, albo ratować osobniki z niezbędnymi zmianami genetycznymi.

3.9. Biotechnologia, inżynieria komórkowa i genetyczna, klonowanie. Rola teorii komórkowej w powstawaniu i rozwoju biotechnologii. Znaczenie biotechnologii dla rozwoju hodowli, rolnictwa, przemysłu mikrobiologicznego i zachowania puli genowej planety. Etyczne aspekty rozwoju niektórych badań w biotechnologii (klonowanie człowieka, ukierunkowane zmiany w genomie)

3.9.1. Inżynieria komórkowa i genetyczna. Biotechnologia

Inżynieria komórkowa to kierunek w nauce i praktyce hodowlanej, który bada metody hybrydyzacji komórek somatycznych należących do różne rodzaje, możliwość klonowania tkanek lub całych organizmów z pojedynczych komórek.

hodowli tkankowej- służy do pozyskiwania w laboratorium tkanek roślinnych lub zwierzęcych, a czasem całych organizmów. W produkcji roślinnej służy do przyspieszenia produkcji czystych linii diploidalnych po potraktowaniu form pierwotnych kolchicyną.

Inżynieria genetyczna - sztuczna, celowa zmiana genotypu mikroorganizmów w celu uzyskania kultur o określonych właściwościach.

Komórka jest jednostką budowy, aktywności życiowej, wzrostu i rozwoju organizmów. różnorodność komórek. Charakterystyka porównawcza komórek roślin, zwierząt, bakterii, grzybów

komórki bakteryjne, komórki grzybów, komórki roślinne, komórki zwierzęce, komórki prokariotyczne, komórki eukariotyczne.

Nauka zajmująca się badaniem budowy i funkcji komórek to tzw cytologia . Powiedzieliśmy już, że komórki mogą różnić się od siebie formą, strukturą i funkcją, chociaż główną elementy konstrukcyjne większość komórek jest podobna. Biolodzy wyróżniają dwie duże systematyczne grupy komórek - prokariotyczny I eukariotyczny . Komórki prokariotyczne nie zawierają prawdziwego jądra i wielu organelli. (Zobacz sekcję Struktura komórki). Komórki eukariotyczne zawierają jądro, w którym znajduje się dziedziczny aparat ciała. Komórki prokariotyczne to komórki bakterii, niebiesko-zielonych alg. Komórki wszystkich innych organizmów są eukariotyczne.

Każdy organizm rozwija się z komórki. Dotyczy to organizmów, które narodziły się w wyniku zarówno metod rozmnażania bezpłciowego, jak i płciowego. Dlatego komórka jest uważana za jednostkę wzrostu i rozwoju organizmu.

Współczesna systematyka wyróżnia następujące królestwa organizmów: Bakterie, Grzyby, Rośliny, Zwierzęta. Podstawą takiego podziału są sposoby odżywiania tych organizmów oraz budowa komórek.

komórki bakteryjne mają następujące charakterystyczne dla nich struktury - gęstą ścianę komórkową, jedną kolistą cząsteczkę DNA (nukleotyd), rybosomy. Komórkom tym brakuje wielu organelli charakterystycznych dla roślin eukariotycznych, zwierząt i komórki grzybów. Zgodnie ze sposobem odżywiania bakterie dzielą się na autotrofy , chemotrofy I heterotrofy. Komórki roślinne zawierają charakterystyczne tylko dla nich plastydy - chloroplasty, leukoplasty i chromoplasty; są otoczone gęstą ścianą komórkową z celulozy, a także mają wakuole z sokiem komórkowym. Wszystkie rośliny zielone są organizmami autotroficznymi.

Komórki zwierzęce nie mają gęstych ścian komórkowych. Otoczone są błoną komórkową, przez którą zachodzi wymiana substancji z otoczeniem.

Komórki grzybów pokryte są ścianą komórkową, która różni się składem chemicznym od ścian komórkowych roślin. Zawiera chitynę, polisacharydy, białka i tłuszcze jako główne składniki. Glikogen jest substancją rezerwową komórek grzybów i zwierząt.

PRZYKŁADY ZADAŃ

Część A

A1. Które z poniższych stwierdzeń jest zgodne z teorią komórkową

1) komórka jest podstawową jednostką dziedziczności

2) komórka jest jednostką reprodukcji

3) komórki wszystkich organizmów różnią się budową

4) komórki wszystkich organizmów mają inny skład chemiczny

A2. Prekomórkowe formy życia obejmują:

1) drożdże 3) bakterie

2) penicillium 4) wirusy

A3. Komórka roślinna różni się od komórki grzyba budową:

1) jądra 3) Ściana komórkowa

2) mitochondria 4) rybosomy

A4. Jedna komórka składa się z:

1) wirus grypy i ameba

2) mukor grzybowy i len z kukułki

3) planaria i volvox

4) euglena green i infusoria-but

A5. Komórki prokariotyczne mają:

1) jądro 3) aparat Golgiego

2) mitochondria 4) rybosomy

A6. Na przynależność gatunkową komórki wskazuje:

1) kształt jądra

2) liczba chromosomów

3) struktura membrany

4) pierwszorzędowa struktura białka

A7. Rolą teorii komórek w nauce jest

1) otwarcie Jądro komórkowe

2) otwarcie komórki

3) uogólnienie wiedzy o budowie organizmów

4) odkrycie mechanizmów metabolicznych

Część B

W 1. Wybierz funkcje, które są specyficzne dla komórki roślinne

1) mają mitochondria i rybosomy

2) celulozowa ściana komórkowa

3) są chloroplasty

4) substancja rezerwowa - glikogen

5) substancja rezerwowa - skrobia

6) jądro otoczone jest podwójną błoną

O 2. Wybierz cechy, które odróżniają królestwo Bakterii od reszty królestw organicznego świata.

1) sposób heterotroficznyżywność

2) autotroficzny sposób odżywiania

3) obecność nukleoidu

4) brak mitochondriów

5) bez rdzenia

6) obecność rybosomów

VZ. Znajdź zgodność między cechami strukturalnymi komórki a królestwem, do którego te komórki należą

Część C

C1. Podaj przykłady komórek eukariotycznych, które nie mają jądra.

C2. Udowodnij to teoria komórki podsumował szereg odkryć biologicznych i przewidział nowe odkrycia.

Chemiczna organizacja komórki. Związek budowy i funkcji substancji nieorganicznych i organicznych (białka, kwasy nukleinowe, węglowodany, lipidy, ATP) budujących komórkę. Uzasadnienie pokrewieństwa organizmów na podstawie analizy składu chemicznego ich komórek

Główne terminy i koncepcje testowane w arkuszu egzaminacyjnym: zasady azotowe, miejsce aktywne enzymów, hydrofilowość, hydrofobowość, aminokwasy, ATP, białka, biopolimery, denaturacja, DNA, dezoksyryboza, komplementarność, lipidy, monomer, nukleotyd, wiązanie peptydowe, polimer, węglowodany, ryboza, RNA, enzymy, fosfolipidy.

Ściana komórkowa bakterie są przepuszczalne: przez nie składniki odżywcze swobodnie przechodzą do komórki, a produkty przemiany materii wchodzą do niej środowisko. Ściana komórkowa- nieodłączny dla większości bakterii (z wyjątkiem mykoplazmy, choleplazmy i niektórych innych mikroorganizmów, które nie mają prawdziwej ściany komórkowej). Pełni szereg funkcji, przede wszystkim zapewniając ochronę mechaniczną oraz stała forma komórek, właściwości antygenowe bakterii są w dużej mierze związane z jej obecnością. Ściana komórkowa bakterii - struktura jest dość mocna i pozwala komórce zachować swój kształt; wynika to z obecności mureina- cząsteczka zbudowana z równoległych łańcuchów polisacharydowych usieciowanych w regularnych odstępach krótkimi łańcuchami aminokwasów.

Często na ścianie komórkowej bakterii wytwarzana jest dodatkowa ochronna warstwa śluzu - kapsułka.

Kapsuła zapobiega wysychaniu bakterii. Kapsułka zawiera toksyny. Grubość kapsułki może być wielokrotnie większa niż średnica samej komórki, ale może być bardzo mała.

Na powierzchni niektórych bakterii występują długie wić(jeden, dwa lub wiele) lub krótkie cienkie kosmki. Długość wici może być wielokrotnie większa niż wielkość ciała bakterii. Bakterie poruszają się za pomocą wici i kosmków.

Błona cytoplazmatyczna reguluje wnikanie składników odżywczych do wnętrza komórki i uwalnianie produktów przemiany materii na zewnątrz, bierze udział w metabolizmie komórkowym. Ma typową budowę: dwucząsteczkowa warstwa fosfolipidów z wbudowanymi białkami. Białka błonowe są reprezentowane głównie przez białka strukturalne o aktywności enzymatycznej. Zwykle tempo wzrostu błony cytoplazmatycznej przewyższa tempo wzrostu ściany komórkowej. Prowadzi to do tego, że błona często tworzy liczne wklęsłości (wklęsłości) różne kształty - mezosomy(uczestniczą w metabolizmie energetycznym, tworzeniu zarodników, tworzeniu przegrody międzykomórkowej podczas podziału)

W komórkach bakterii fotosyntetyzujących znajdują się wewnątrzcytoplazmatyczne formacje błonowe - chromatofory, które zapewniają przepływ fotosyntezy bakteryjnej.

w przeciwieństwie do innych Jednokomórkowe organizmy bakterie nie mają jądra: ich substancja jądrowa nie jest oddzielona od cytoplazmy błoną i jest rozprowadzana w cytoplazmie.

nukleoid. Cząsteczka DNA ma typową strukturę. Składa się z dwóch łańcuchów polinukleotydowych tworzących podwójną helisę. W przeciwieństwie do eukariontów, DNA ma strukturę kołową, a nie liniową. Cząsteczka bakteryjnego DNA jest identyfikowana z jednym chromosomem eukariotycznym. Ale jeśli u eukariontów w chromosomach DNA jest związane z białkami, to u bakterii DNA nie tworzy kompleksów z białkami.

Bakteryjne DNA jest zakotwiczone w błona cytoplazmatyczna w mezosomie.

Komórki wielu bakterii mają niechromosomalne elementy genetyczne - plazmidy. Są to małe koliste cząsteczki DNA, które mogą replikować się niezależnie od chromosomalnego DNA. Wśród nich wyróżnia się czynnik F - plazmid kontrolujący proces seksualny. (patrz także biotechnologia, produkcja insuliny)

Rybosomy. Mniejsze niż rybosomy eukariotyczne, zachodzi w nich synteza białek. Rybosomy leżą swobodnie w cytoplazmie i nie są związane z błonami (jak u eukariontów). Bakterie charakteryzują się rybosomami 70S utworzonymi z dwóch podjednostek: 30S i 50S. Rybosomy komórki bakteryjne są składane w polisomy utworzone przez dziesiątki rybosomów.