Molekularna biologija je veda o razumevanju narave, pojava življenja, s proučevanjem bioloških objektov na molekularni ravni.

Posebnost MB je preučevanje življenjskih pojavov na neživih ali primitivnih organizmih, proučuje celične membrane, viruse, bakteriofage, strukturo in funkcije biopolimerov (beljakovine, maščobe, nukleinske kisline). Molekularna biologija je stara okoli 50 let, temelji na meji biokemije, biofizike in fiziologije. MB je bil ustanovljen aprila 1953, ko sta Crick in Watson napisala članek v Nature, v katerem sta predlagala prostorsko molekulo DNK. Osnova za izgradnjo tega modela je bilo delo na analizi rentgenske difrakcije, pri katerem sta sodelovala Wilkinson in Franklin.

Medicinska genetika - preučuje vlogo dednosti in pojavnost bolezni.

Dedne bolezni so bolezni, ki jih povzročajo škodljive mutacije v dednem aparatu celic (v gametah in zigoti).

Zgodovina razvoja molekularne biologije. Glavni dosežki.

Prvič je izraz "MB" uvedel W. Astbury, ki je ugotovil razmerje med molekularno strukturo in lastnostmi vlaknatih proteinov. Nadalje so jo znanstveniki uporabili leta 1945, kako pa se je znanost začela razvijati leta 1953 z odkritjem modela molekule DNK, ki sta ga opravila Watson in Crick v celicah živih organizmov.

Glavne faze razvoja molekularne biologije

1. Prvo obdobje 1935-1944

Max Delbrück in Salvador Luria sta preučevala bakterije in viruse

Leta 1940 sta George Beadle in Edward Tatum oblikovala hipotezo - "En gen - en encim". Toda kaj je gen v fizikalno-kemijskem smislu, še ni bilo znano. Obstaja stičišče fizike, kemije in biologije.

2. Drugo obdobje 1944-1953

Genetska vloga DNK je dokazana. Leta 1953 se je pojavil model dvojne vijačnice DNK, za katerega so njegovi ustvarjalci James Watson, Francis Crick in Maurice Wilkins prejeli Nobelovo nagrado.

3. Dogmatsko obdobje 1953-1962

Osrednja dogma molekularne biologije je oblikovana:

Prenos genetske informacije poteka v smeri DNK → RNK → protein.

Leta 1962 je bila dešifrirana genetska koda.

4. Študijsko obdobje od 1962 do danes, v kateri od 1974 odlikujejo podobdobje genskega inženiringa.

Glavna odkritja

1944 Dokazi za genetsko vlogo DNK. Oswald Avery, Colin McLeod, McLean McCarthy.

1953 Vzpostavitev strukture DNK. James Watson, Francis Crick.

1961 Odkritje genetske regulacije sinteze encimov. André Lvov, Francois Jacob, Jacques Monod.

1962 Dešifriranje genetske kode. Marshall Nirnberg, Heinrich Mattei, Severo Ochoa.

1967 In vitro sinteza biološko aktivne DNA. Arthur Kornberg (neformalni vodja molekularne biologije).

1970 Kemična sinteza gena. Gobind iz Korana.

1970 Odkritje encima reverzne transkriptaze in pojava reverzne transkripcije. Howard Temin, David Baltimore, Renato Dulbeco.

1978 Odprtina za spajanje. Philip Sharp.

1982 Odpiranje samodejnega spajanja. ThomasChek.

Mikroskop in njegova struktura. mikroskopija

Glavni deli mikroskopa:

Mehanika: stojalo, stopnica, cev, revolver ter mikro in makro vijaki

Optika: okular, leče

Razsvetljava: ogledalo, kondenzator (za porazdelitev svetlobe), diafragma

Mikroskopija - preučevanje celičnih organelov, gibanje citoplazme

Tehnika mikroskopije:

Postavite mikroskop v delovni položaj

Pri gledanju skozi mikroskop dosežemo svetlo vidno polje z ogledalom

Preparat postavite na mizico, tako da objektiv poravnate z luknjo v sredini mizice

Cev spustite z makro vijakom na razdalji nekaj milimetrov od preparata

Če pogledate skozi mikroskop, dvignite, dokler se ne prikaže jasna slika predmeta.

Centrirajte predmet, premaknite mikroskop na veliko povečavo, z zamenjavo leče dosežete jasno sliko

Skicirajte preučevani predmet

Celica - osnovna enota življenja

Citologija- znanost o celicah.

Celica je enota živega, zahvaljujoč organizmom, vgrajenim v celico, v njej poteka metabolizem, uporaba bioloških informacij, manifestacija lastnosti dednosti in variabilnosti.

Celična teorija. Vrste celične organizacije

1839 - Schwann je oblikoval celično teorijo, ki so jo pozneje dopolnili Schleydon, Virchow in sodobni znanstveniki

Položaj:

Življenje v njegovem strukturnem, funkcionalnem genetskem razmerju zagotavlja samo celica. Celica je vir življenja

Celica nastane samo kot posledica delitve prejšnje matične celice. Celice hranijo biološke informacije, jih prenašajo iz generacije v generacijo, shranjujejo in prenašajo

Energija. Pretvarjanje energije v delo, uravnavanje metabolizma.

Strukturna in funkcionalna enota telesa - celica

Vrste celične organizacije:

Prokarioti - nejedrni (bakterije, modrozelene alge)

Evkarionti - imajo jedro (glive, rastline in živali)

Zgradba celice

Molekularna zgradba in glavne sestavine celice

celične stene - trda lupina, sestavljen iz polisaharidov, celuloze. zaščitna funkcija.

Vakuola- votlina v citoplazmi, obdana z ločeno plastjo membrane in napolnjena s celičnim sokom. Zaloga vitaminov, mineralov organska snov

Citoplazemski mostovi- plasmodesmata - območja celične membrane, brez celične stene, služijo za stik s sosednjimi celicami in s tem zagotavljajo izmenjavo snovi med njimi

plastide- barvanje, fotosinteza, oskrba s hranili

citoplazma- gojišče za celične organele, koloidna raztopina beljakovin, maščob in nukleinskih kislin. Gibanje celičnih organelov

Jedro- Ima jedrsko ovojnico in pore, skozi katere poteka metabolizem. Shranjuje dedne informacije. Funkcija: delitev celic

Mitohondrije- dvomembranski organel – ima kriste na notranji membrani. Funkcija: dihanje, energetski center.

EPS - gladek- sinteza beljakovin grob (zrnat)- maščobe in ogljikovi hidrati,

Lizosomi - delovanje - avtoliza

golgijev aparat- tvorba lizosomov, celični organoid; sistem tubulov, veziklov in "cistern", omejenih z membranami.

Nahaja se v citoplazmi celice. Sodeluje v presnovnih procesih, zagotavlja transport snovi iz okolju v citoplazmo in med posameznimi znotrajceličnimi strukturami.

Cilia- tanki nitasti in ščetinasti izrastki celic, ki so sposobne izvajati gibe. značilnost infuzorije, ciliarni črvi, pri vretenčarjih in ljudeh - za epitelne celice dihalni trakt, jajcevodi, maternica.

Flagella- filamentni mobilni citoplazemski izrastki celice, značilni za številne bakterije, vse flagelate, zoospore in semenčice živali in rastlin. Služijo za premikanje v tekočem mediju.

mikrotubule- beljakovinske intracelularne strukture, ki tvorijo citoskelet. So votli valji s premerom 25 nm. Mikrotubuli igrajo vlogo v celicah strukturne komponente in so vključeni v številne celične procese, vključno z mitozo, citokinezo in vezikularnim transportom.

Mikrofilamenti(MF) - niti, sestavljene iz beljakovinskih molekul in prisotne v citoplazmi vseh evkariontskih celic. Imajo premer približno 6-8 nm.

kromosomi – strukturni elementi celično jedro ki vsebuje DNK, ki vsebuje dedne informacije organizma.

Veverice

- po sestavi: enostavni (samo iz aminokislin), kompleksni (poleg aminokislin, druge organske spojine

Značilnosti prostorske organizacije beljakovin

Primarna struktura beljakovine - Je linearna veriga aminokislin, ki so razvrščene v določenem zaporedju in so med seboj povezane s peptidnimi vezmi.

Sekundarna struktura proteina Najnižja stopnja prostorske organizacije proteina. Fragmenti prostorske strukture biopolimera s periodično strukturo polimernega ogrodja.

α - vijačnica - je hrbtenica peptidne verige zavita v spirala- tako da so radikali aminokislin obrnjeni navzven od vijačnice

β - vijačnica- hrbtenice peptidnih verig niso zvite, ampak imajo cik-cak, prepognjeno konfiguracijo

Struktura je določena s primarno strukturo proteina. Držijo ga vodikove vezi

Terciarna struktura proteina– tvorba beljakovinske globule vezi med radikali aminokislin. Popolno zvijanje v prostoru celotne polipeptidne verige, vključno z zvijanjem stranskih radikalov. Disulfidne, ionske, vodikove, hidrofobne vezi. Pridobitev funkcije aktivnosti s proteinom.

Mobilnost strukture- najpomembnejši način za spremembo biološke aktivnosti.

Kvartarna struktura proteina- je sestavljen iz več podenot, lahko pride do vezave podenot šele po nastanku terciarne strukture. Na primer, hemoglobin, imunoglobulin

Dejavniki, ki določajo prostorsko strukturo proteinov

Informacije o terciarni strukturi so v njeni primarni strukturi, to je aminokislinskem zaporedju peptidne verige. Tvorba terciarne strukture proteina poteka neodvisno

Kvartarno strukturo tvorijo:

Ligandi- vpliva na strukturo proteina, stabilizira, spremeni terciarno strukturo, združuje globule, zagotavlja mobilnost proteinskih podenot

Spremljevalci zagotavljajo pravilno zvijanje novonastalih proteinov, nadzor nad ponovnim zlaganjem, sodelovanje pri znotrajceličnem transportu proteinov.

Obstajajo ligandi, ki spremenijo 3-strukturo.

Funkcije:

gradnjo (karoten, kolagen), neposredno sodeluje pri izgradnji membran in citoskeleta

transport (hemoglobin, ATPaza)

motor (aktin in miozin),

energija,

zaščitna (imunoglobulin, interferon),

regulacijski (insulin, histon, represorji),

receptor (rodopsin, helino-receptor),

katalitični (ribonukleaza, DNA, RNA polimeraza)

encimski. Vsi encimi so beljakovine.

Lastnosti:

1. Razno topnost v vodi. Topne beljakovine tvorijo koloidne raztopine. 2. Hidroliza- pod delovanjem raztopin mineralnih kislin ali encimov se primarna struktura proteina uniči in nastane mešanica aminokislin. 3. denaturacija- izguba proteinske molekule, strukturna organizacija (iz lat. Denature - izgubiti naravne lastnosti)

Do denaturacije pride pod vplivom: - visoke temperature - raztopin kislin, alkalij in koncentriranih raztopin soli - raztopin soli težkih kovin - nekaterih organskih snovi (formaldehid, fenol) - radioaktivnega sevanja.

Dehidracija

Spreminjanje okolja PH

Renaturacija - obnavljanje proteinske strukture, dokler ni uničena primarna struktura molekule in se vzpostavijo normalni okoljski pogoji.

Faze oblikovanja:

Transkripcija-prepis informacij iz DNA, o strukturi proteina, v i-RNA.

Oddaja- tvorba primarne strukture proteina, sinteza polipeptida (citoplazma ribosoma)

Zložljiva - zvijanje peptidne verige v tridimenzionalno strukturo

Sprememba - vezava komponent ogljikovih hidratov, oksidacija določenih aminokislinskih ostankov (za kompleksne beljakovine)

struktura DNK

DNK je kemična osnova genov, v kateri so skoncentrirane dedne informacije organizma.

V središču kem. Struktura nukleinskih kislin temelji na splošnem principu:

Nukleinska kislina- materialni substrat dednosti in variabilnosti, informacijski biopolimeri, ki kodirajo posamezen sklop genetskega programa. Sestavljeni so iz nukleotidov (nukleotid DNA, nukleotid RNA) - biopolimeri, monomeri, ki so nukleotidi (odkrit leta 1868 - Misher) Nukleotid sestavljajo: 1) dušikova baza; 2) sladkor; 3) ostanek fosforne kisline.

Značilnosti strukturne organizacije DNK:

Molekula DNK ima: a) primarna struktura ena polinukleotidna veriga, ki ima 2 konca. Začnite 5" in končajte 3". Polinukleotid nastane iz fosforjeva diesterska vez B) sekundarna struktura: 2 komplementarni in antiparalelni polinukleotidni verigi, povezani z vodikovimi vezmi; IN) terciarna struktura DNA: Tridimenzionalna vijačnica molekule DNA, ki je sestavljena iz 2 verig, zasukanih okoli lastne osi.

Premer vijačnice 2 nm Dolžina koraka 3,4 nm Vsak zavoj vsebuje 10 baznih parov

Lastnosti in funkcije DNK

Molekule vključujejo 2 polinukleotidni verigi, ki sta med seboj povezani na določen način. Adenin – timin – dvojna vodikova vezGvanin – citozin – trojna vodikova vez

A, G - purin - en benzenski obroč

T, C - intermediat - dva benzenova obroča.Zelo pomembno!

Kombinacija 2 polinukleotidnih verig v molekuli DNK: antiparalelizem polinukleotidne verige. 5" konec ene verige je povezan s 3" koncem druge

Sestava nukleotidov v DNK je podrejena Chargaffovim pravilom - komplementarnost verig dvojne vijačnice

Obstaja v dveh oblikah: desnosučna vijačnica B-oblika, levosučna vijačnica-Z-oblika, večinoma naravna DNA-B-oblika

Labilnost-toleranca konformacijskih transformacij (iz B-oblike v Z-obliko pod določenimi pogoji)

Lastnosti DNK:

Replikacija (samopodvojitev) - poteka s polkonzervativno metodo.

Reparacija (okrevanje)

Funkcija: shranjevanje in prenos dednih informacij

Značilnosti strukture mitohondrijske DNA

Dedna informacija v evkariontski celici se nahaja predvsem v jedru 99,5 %, to imenujemo jedrska genetska informacija. Drugi del DNA 0,5 % se nahaja v citoplazmi, v mitohondrijih.

Zahvaljujoč mitohondrijem DNK se sintetizirajo mitohondrijske beljakovine, ki so lahko vir dednih bolezni z mutacijami mitohondrijske DNK.

Mitohondrijska DNK ni povezan z beljakovinami ("goli"), pritrjen na notranjo membrano mitohondrijev in nosi informacije o strukturi približno 30 proteinov. Za izgradnjo mitohondrija je potrebnih veliko več beljakovin, zato so informacije o večini mitohondrijskih beljakovin vsebovane v jedrski DNK, ti proteini pa se sintetizirajo v citoplazmi celice. Mitohondriji se lahko samostojno razmnožujejo z delitvijo na dvoje s pomočjo DNK. Med zunanjo in notranjo membrano je protonski rezervoar, kjer se kopiči H +.

Glavni načini prenosa dednih informacij.

dedni podatek - shranjeni v molekulah DNA.

dedne informacije je priročnik za normalen razvoj in delovanje celice. Vloga mediatorja prenos dednih informacij izvaja RNA zahvaljujoč RNA dedna informacija izhaja iz jedra v citoplazmo in se realizira v obliki specifičnega proteina.

replikacija DNK. Faze replikacije

Replikacija - poteka na pol konzervativen način. Za replikacijo starševske verige DNK se morajo verige med seboj ločiti, vsaka ločena veriga postane matrica (matrika), na kateri se bodo sintetizirale komplementarne verige hčerinskih molekul DNK.

Po vsaki delitvi matične celice in replikaciji njene DNK hčerinske celice vsebujejo molekulo DNK, sestavljeno iz matične verige in na novo sintetizirane hčerinske verige.

Da lahko poteka replikacija, so na molekulah DNA tako imenovane ori-origin regije, ki vključujejo zaporedje, sestavljeno iz 300 nukleotidnih parov, ki jih prepoznajo specifični proteini.

Dvojna vijačnica DNK v teh regijah se razdeli na 2 verigi, nastaneta 2 replikacijski vilici, ki se gibljeta v nasprotnih smereh od regije ori, med replikacijskimi vilicami nastane struktura – imenovana replikacijsko oko.

S pomočjo encima helikaze pretrgajo vodikove vezi in dvojna vijačnica DNK odvija na točkah izvora replikacijskih točk or.

Nastale posamezne verige DNK vežejo posebne destabilizirajoče beljakovine, ki raztegnite jedra verige DNK, zaradi česar so na voljo za vezavo na komplementarne nukleotide.

Na vsaki od verig v območju replikacijskih vilic s sodelovanjem encima DNA polimeraza opravlja sinteza komplementarnih verig.

Ločitev, spiralno zavite verige, matična DNK s pomočjo encima helikaze vzroki pojav supertuljav. Toda zahvaljujoč encimom DNA topoizomeraze, ki rezati eno od verig DNK sprostiti stres, nakopičene v dvojni verigi DNA.

Še vedno se uporablja pri sintezi v procesu replikacije DNA ligaza V šivanje posamezne segmente DNK v eno verigo. Lahko je na isti molekuli DNK hkrati več točkori – pospešitev procesa sinteze.

V vsakem replikacijskem očesu začnejo delovati 2 encimska kompleksa:

Kompleks se premika v eno smer

V nasprotnem

Encimski kompleks deluje tako, da ena od 2 verig, ki ju sintetizirajo, raste z nekaj svinca - vodilni

In drugi zaostaja - z zamudo

Encim DNA polimeraza opravlja sinteza polinukleotidov iz 5”Za3” konec. Postopoma se veriga podaljšuje, taka veriga se imenuje vodilni. Na drugi verigi sinteza 2. verige DNK se prenaša v kratkih fragmentih, imenujemo jih fragmenti Kozaki. V smeri od 5” Za3" glede na vrsto šivanja nazaj z iglo. Fragmenti kakaki vsebujejo od 1000 do 2000 nukleotidov pri prokariontih, pri evkariontih od 100 do 200.

Pred sintezo takega fragmenta sledi tvorba primer RNA, dolg približno 10 nukleotidov.

S pomočjo encima DNA ligaze, nastane fragment, povezan s prejšnjim fragmentom, po odstranitvi začetnika RNA.

Koraki replikacije:

Priprava

Rast verige z DNA in RNA polimerazo

Zamreženje posameznih odsekov-DNA ligaza

splošne značilnosti celice

Kemična sestava celice

Splošne značilnosti celice

Celice se med seboj razlikujejo po velikosti, obliki, delovanju, življenjski dobi. Tako se velikosti celic razlikujejo od 0,2-0,25 mikronov (nekatere bakterije) do 155 mm (nojevo jajce v lupini). Večina evkariontskih celic ima premer od 10 do 100 µm. Po obliki so celice sferične, ovalne, kubične, prizmatične, zvezdaste, diskaste, z različnimi procesi in druge. Oblika celice je odvisna od njene funkcije. V večceličnem organizmu opravljajo celice različne funkcije: nekatere celice sintetizirajo prebavne encime ali hormone, druge absorbirajo in prebavljajo mikrobe in druge tujki, drugi izvajajo prenos kisika iz pljuč v tkiva itd. Tako imajo celice vretenčarjev približno 200 vrst specializacij. Mnoge celice so polifunkcionalne. Jetrne celice na primer sintetizirajo različne beljakovine krvne plazme in žolč, kopičijo glikogen in ga pretvarjajo v glukozo ter oksidirajo tuje snovi. Glede na specializacijo imajo celice različno trajanježivljenje. Torej je pri človeku minimalna življenjska doba celic 1-2 dni (celice črevesnega epitelija) , maksimum pa ustreza življenjski dobi (nevroni).

Kljub veliki raznolikosti imajo celice skupne značilnosti zgradbe. Celica ima tri glavne dele: plazemska membrana, citoplazma in jedro. citoplazma sestavlja glavni del celice in je notranje poltekoče okolje celic ter ima zapleteno fizikalno-kemijsko strukturo. Citoplazma vsebuje vodo, aminokisline, beljakovine, ogljikove hidrate, ATP, ione anorganske snovi(prevladujejo beljakovine). Citoplazma je razdeljena na tri dele: hialoplazme, organele in vključki. Hialoplazma- tekoča viskozna faza citoplazme celice. Organeli(majhni organi) - specializirane stalne komponente citoplazme, ki imajo takšno ali drugačno strukturo in opravljajo različne funkcije v življenju celice. Vsi organeli celice so med seboj tesno povezani. Univerzalni organeli evkariontskih celic so v jedru - kromosomi, v citoplazmi mitohondriji, endoplazmatski retikulum, Golgijev kompleks, lizosomi. V mnogih celicah so tudi membranske strukture, ki pomagajo ohranjati obliko celice – mikrotubule, mikrofibrile in itd. Vključki- neobvezne sestavine (odlagališča rezervnih snovi ali presnovnih produktov). Organele so dveh vrst: membranske (lizosomi, diktiosomi, endoplazmatski retikulum, mitohondriji, vakuole rastlinskih celic, plastidi) in nemembranske (ribosomi, centrioli, mikrotubule, migetalke in flagele).

Funkcije citoplazme:

1. Zagotavljanje interakcije vseh organelov.

2. V njem potekajo glavni presnovni procesi.

Razen skupne značilnosti v strukturi imajo celice število skupne lastnosti. Tej vključujejo gibljivost, razdražljivost, metabolizem in razmnoževanje.

Mobilnost se kaže v različne oblike:

1) znotrajcelično gibanje celična citoplazma.

2) gibanje ameb. Ta oblika gibanja se izraža v tvorbi psevdopodije s citoplazmo proti enemu ali drugemu dražljaju ali stran od njega. Ta oblika gibanja je lastna amebi, krvnim levkocitom in nekaterim tkivnim celicam.

3) Utripajoče gibanje. Manifestira se v obliki utripov drobnih protoplazemskih izrastkov - cilij in flagel. Prisoten v ciliatih, epitelijskih celicah večceličnih živali, spermatozoidih itd.

4) kontrakcijsko gibanje. Zagotovljeno je zaradi prisotnosti v citoplazmi posebnega organoida miofibril, katerega skrajšanje ali podaljšanje prispeva k krčenju in sprostitvi celice. Sposobnost krčenja je najbolj razvita v mišičnih celicah.

razdražljivost izraža se v sposobnosti celic, da se na draženje odzovejo s spremembo metabolizma in energije.

Presnova vključuje vse transformacije snovi in ​​energije, ki se dogajajo v celicah.

razmnoževanje ena glavnih funkcij, značilnih za živa bitja na splošno in še posebej za celice. Razmnoževanje zagotavlja sposobnost celice, da se deli in tvori hčerinske celice (nekatere visoko diferencirane celice so to sposobnost izgubile). Sposobnost samoreprodukcije nam omogoča, da celice obravnavamo kot najmanjše enote življenja. Manjše enote teh lastnosti niso prikazane. R. Virchow je zapisal: »Celica je zadnja morfološki element vseh živih teles in nimamo pravice iskati resnične življenjske dejavnosti zunaj njega. (1858).

Značilnosti strukture celic razni organizmi

Vse znani organizmi so razdeljeni v dve skupini: prokariontov in evkariontov. TO prokariontov nanašati bakterije (evbakterije in arhebakterije) a do evkariontov – gobe, rastline in živali, od katerih je večina večceličnih organizmov in le nekaj jih je enoceličnih. Razlike med prokarionti in evkarionti so tako velike, da jih v sistemu organizmov ločimo v nadkraljestva.

evkariontov(iz grškega eu - dobro, popolnoma in grškega karyon - jedro) - organizmi, katerih celice vsebujejo oblikovana jedra. Med evkarionte uvrščamo vse višje živali, rastline, pa tudi enocelične in večcelične alge, glive in praživali.

prokariontov(iz latinskega pro - pred, pred in grškega karyon - jedro) - organizmi, katerih celice nimajo jedra, omejenega z membrano. Jedrni analog je nukleoid, sestavljen iz krožne molekule DNA, povezane z majhno količino beljakovine. Prokariontske celice imajo togo zaščitno lupino (celično steno), pod katero je plazemska membrana. Plazemska membrana običajno tvori izbokline v citoplazmo - mezosomi. Na membranah mezosomov se nahajajo redoks encimi, pri fotosintetskih prokariontih pa ustrezni pigmenti (bakterioklorofil, klorofil, fikocianin). Zaradi tega lahko takšne membrane opravljajo funkcije mitohondrijev, kloroplastov in drugih organelov. Hkrati v prokariontih ni kloroplastov, mitohondrijev, lizosomov, kompleksa Golgi in endoplazmatskega retikuluma, ki je del evkariontskih celic. Bakterije so zelo majhne in se lahko hitro razmnožujejo s preprosto binarno cepitvijo (mitoze pri prokariontih ni). IN optimalni pogoji Prokariontska celica se lahko deli vsakih 20 minut. Bakterijske populacije se zaradi hitrega razmnoževanja hitro prilagajajo okoljskim spremembam in zasedajo vse možne ekološke niše v naravi (tla, voda, zrak, močvirja, oceanske globine, topli vrelci itd.).

Tako so glavne razlike med evkarionti in prokarionti:

1) Prisotnost jedra. To je najbolj pomembno znak evkariontske celice.

2) Velikost. Prokariontske celice so zelo majhne (približno 1 mikron). Prostornina evkariontskih celic, ki vsebujejo polno jedro, je 800-1000-krat večja od prostornine prokariontskih celic.

3) Strukturne značilnosti DNK. Evkariontske DNK so zelo dolge linearne molekule (od 10 7 do več kot 10 10 baznih parov). Lokalizirani so v jedru, povezani s histoni in vključujejo nekodirajoče regije ( introni). Nasprotno, prokariontske DNA so krajše (do 5-10 6 baznih parov) krožne molekule, ki se nahajajo v citoplazmi in brez intronov.

4) Specializacija. Strukture in funkcije evkariontskih celic so bolj zapletene in bolj specializirane kot strukture in funkcije prokariontskih celic. evkariontske celice sestavljajo specializirani oddelki - organeli.

Organeli opravljajo posebne funkcije v življenju celice. prokariontske celice imajo en sam membranski sistem, vključno s plazmalemo in različnimi izrastki iz nje, ki pogosto opravljajo posebne funkcije.

5) Prostorska disociacija procesov sinteze RNA in proteinov. Pri evkariontih se zlivajo v različne oddelke celice in mehanizmi njihove regulacije niso odvisni drug od drugega. Nasprotno, pri prokariontih so ti procesi veliko enostavnejši in medsebojno povezani.

Po navedbah sodobne ideje so prokarionti skupaj s predniki evkariontov med najstarejšimi organizmi in imajo skupnega izvora. Argument v prid skupnemu izvoru prokariontskih in evkariontskih celic je temeljna podobnost njunega genetskega aparata.

Razlike med rastlinskimi in živalskimi celicami. Rastlinska celica ima zunanjo steno iz celuloze in drugih materialov na vrhu membrane. Celična membrana je zunanji zaščitni okvir, zagotavlja turgor rastlinskih celic, prehaja vodo, soli, molekule številnih organskih snovi. celične stene rastlin, bakterij in cianobakterij moti fagocitozo in zato praktično nimajo fagocitoze. Rastlinske celice so povezane s posebnimi kanali, napolnjenimi s citoplazmo in omejenimi s plazemsko membrano. Skozi te kanale, ki potekajo skozi celične stene, iz ene celice v drugo hranila, ioni in druge spojine.

Živalske celice, ki nastanejo različne tkanine(epitelne, mišične itd.), so med seboj povezane s plazemsko membrano. Na sklepih nastajajo gube ali izrastki, ki dajejo sklepom posebno trdnost. V večini celic (zlasti živalskih) zunanja stran Membrana je prekrita s plastjo polisaharidov in glikoproteinov (glikokaliks). Glikokaliks je zelo tanek, elastičen sloj (ni viden pod svetlobnim mikroskopom). Glikokaliks, tako kot celulozna stena rastlin, opravlja predvsem funkcijo neposredne povezave celic z zunanje okolje. Vendar pa za razliko od stene rastline nima podporne funkcije. Ločene parcele membrane in glikokaliks se lahko diferencirajo in spremenijo v mikrovile (običajno na celični površini, ki je v stiku z okoljem); medcelične povezave in povezave med tkivnimi celicami, ki imajo drugačna struktura. Nekateri od njih imajo mehansko vlogo (medcelične povezave), drugi pa sodelujejo pri medceličnih presnovni procesi s spreminjanjem električnega potenciala membrane.

Vsa živa bitja so sestavljena iz celic. Celica je elementarno živi sistem- osnova zgradbe in življenja vseh živali in rastlin. Celice lahko obstajajo kot samostojni organizmi (na primer praživali, bakterije) in kot del večceličnih organizmov. Velikosti celic segajo od 0,1–0,25 µm (nekatere bakterije) do 155 mm (nojevo jajce v lupini).

Celica se lahko prehranjuje, raste in razmnožuje, zaradi česar jo lahko štejemo za živ organizem. To je neke vrste atom živih sistemov. Njegovi sestavni deli so brez vitalnih sposobnosti. Celice, izolirane iz različnih tkiv živih organizmov in postavljene v poseben hranilni medij, lahko rastejo in se razmnožujejo. Ta sposobnost celic se pogosto uporablja v raziskovalne in uporabne namene.

Izraz "celica" je leta 1665 prvič predlagal angleški naravoslovec Robert Hooke (1635–1703), da bi opisal celično strukturo odseka plute, opazovanega pod mikroskopom. Trditev, da so vsa živalska in rastlinska tkiva sestavljena iz celic, je bistvo celična teorija. Pri eksperimentalni utemeljitvi celične teorije pomembno vlogo zaigrala so dela nemških botanikov Matthiasa Schleidna (1804–1881) in Theodorja Schwanna (1810–1882).

Kljub veliki raznolikosti in pomembnim razlikam v videz in funkcije so vse celice sestavljene iz treh glavnih delov - plazemska membrana, nadzoruje prehajanje snovi iz okolja v celico in obratno, citoplazma z različnimi strukturami in celično jedro, ki vsebuje nosilec genetske informacije (glej sliko 7.7). Vse živali in nekatere rastlinske celice vsebujejo centrioli- valjaste strukture s premerom približno 0,15 mikronov, ki se tvorijo celični centri. Običajno so rastlinske celice obdane z membrano - celične stene. Poleg tega vsebujejo plastide- citoplazemske organele (specializirane celične strukture), ki pogosto vsebujejo pigmente, ki določajo njihovo barvo.

Okolica celice membrana je sestavljen iz dveh plasti molekul maščob podobnih snovi, med katerimi so molekule beljakovin. Glavna funkcija celice - za zagotovitev gibanja natančno določenih snovi v smeri naprej in nazaj. Zlasti membrana podpira normalna koncentracija nekaj soli znotraj celice in igra pomembno vlogo v njenem življenju: če je membrana poškodovana, celica takoj odmre, brez nekaterih drugih strukturnih komponent pa lahko življenje celice traja še nekaj časa. Prvi znak celične smrti je začetek sprememb v prepustnosti njene zunanje membrane.

Znotraj celične plazemske membrane je citoplazma ki vsebuje vodo slanica s topnimi in suspendiranimi encimi (kot pri mišično tkivo) in druge snovi. Citoplazma vsebuje različne organeli - majhni organi, obdani z membranami. Organeli vključujejo npr. mitohondriji - vrečaste tvorbe z dihalnimi encimi. Pretvarjajo sladkor in sproščajo energijo. V citoplazmi so tudi majhna telesca - ribosom, sestavljen iz beljakovin in nukleinske kisline (RNA), s pomočjo katerih se izvaja sinteza beljakovin. Znotrajcelično okolje je precej viskozno, čeprav je 65–85 % celične mase voda.

Vse žive celice, razen bakterij, vsebujejo jedro, in v njem - kromosomi- dolga nitasta telesa, sestavljena iz deoksiribonukleinske kisline in nanjo vezane beljakovine.

Celice rastejo in se razmnožujejo tako, da se delijo na dve hčerinski celici. Ko se hčerinska celica deli, se prenese celoten nabor kromosomov, ki nosijo genetske informacije. Zato se pred delitvijo število kromosomov v celici podvoji, med delitvijo pa jih vsaka hčerinska celica prejme en niz. Ta proces celične delitve, ki zagotavlja enako porazdelitev genskega materiala med hčerinskimi celicami, se imenuje mitoza.

Vse celice večcelične živali ali rastline niso enake. Spremembe celic potekajo postopoma v procesu razvoja organizma. Vsak organizem se razvije iz ene celice - jajčeca, ki se začne deliti in sčasoma nastane veliko različnih celic - mišičnih, krvnih itd. Razlike v celicah določa predvsem nabor beljakovin, ki jih ta celica sintetizira. Tako se celice želodca sintetizirajo prebavni encim pepsin; v drugih celicah, kot so možganske celice, se ne tvori. V vseh celicah rastlin ali živali je popolna genetska informacija za izgradnjo vseh beljakovin določene vrste organizma, vendar se v celici vsake vrste sintetizirajo samo tiste beljakovine, ki jih potrebuje.

Glede na vrsto celic delimo vse organizme v dve skupini - prokariontov in evkariontov. Med prokarionte spadajo bakterije, med evkarionte pa vsi drugi organizmi: praživali, glive, rastline in živali. Evkarionti so lahko enocelični ali večcelični. Človeško telo je na primer sestavljeno iz 10 15 celic.

Vsi prokarionti so enocelični. Nimajo natančno definiranega jedra: molekule DNK niso obdane z jedrno membrano in niso organizirane v kromosome. Njihova delitev poteka brez mitoze. Njihove velikosti so relativno majhne. Hkrati pa dedovanje lastnosti pri njih temelji na prenosu DNK v hčerinske celice. Predpostavlja se, da so bili prvi organizmi, ki so se pojavili pred približno 3,5 milijarde let, prokarionti.

če enocelični organizem, kot je bakterija, ne odmre zunanji vpliv, potem ostane nesmrtna, to pomeni, da ne odmre, ampak se razdeli na dve novi celici. Večcelični organizmi samo v živo določen čas. Vsebujejo dve vrsti celic: somatske – telesne celice in spolne celice. Spolne celice so tako kot bakterije nesmrtne. Po oploditvi nastanejo somatske celice, ki so smrtne, in nove spolne celice.

Rastline vsebujejo posebno tkivo - meristem, katerih celice lahko tvorijo druge vrste rastlinskih celic. Meristemske celice so v tem pogledu podobne spolnim celicam in so načeloma tudi nesmrtne. Obnavljajo rastlinska tkiva, zato lahko nekatere rastlinske vrste živijo več tisoč let. Primitivne živali (spužve, morske vetrnice) imajo podobno blago in lahko živijo neomejeno dolgo.

Somatske celice višjih živali so razdeljene na dve vrsti. Nekatere od njih vključujejo celice, ki so kratkožive, vendar se nenehno obnavljajo z nekakšnim meristemskim tkivom. Sem spadajo na primer epidermalne celice. Druga vrsta je sestavljena iz celic, ki se v odraslem organizmu ne delijo in se zato ne obnavljajo. Je predvsem živčna in mišične celice. Podvrženi so staranju in smrti.

Splošno sprejeto je, da glavni razlog staranje telesa - izguba genetske informacije. Molekule DNK se zaradi mutacij postopoma poškodujejo, kar vodi v odmrtje celic in celotnega organizma. Poškodovani deli molekule DNA se lahko obnovijo zaradi reparativnih encimov. Čeprav so njihove zmožnosti omejene, igrajo pomembno vlogo pri podaljševanju življenjske dobe telesa.