نحن نكمل المهام. كل شيء عن القفص. المعلومات الوراثية في الخلية. تطوير الخلايا الجرثومية في النباتات والحيوانات

في المدرسة الحديثة، نظرا للحجم الكبير للمعلومات التعليمية، يكاد يكون من المستحيل تعليم جميع الطلاب على نفس المستوى العالي. علاوة على ذلك، فإنه غالبا ما يكون بعيد المنال بالنسبة للعديد من الطلاب.

في الآونة الأخيرة، شملت الممارسة المدرسية المزيد طرق فعالةوالوسائل التعليمية التي تعزز تنشيط النشاط المعرفي لدى الطلاب.

أولئك الذين يستحقون الاهتمام هم أولئك الذين يساعدون في تطوير المهارات اللازمة لتنظيم المعرفة المكتسبة واكتسابها بشكل مستقل واستخدامها في الممارسة العملية. وتشمل هذه أنواعًا مختلفة من المواد التعليمية. تم تصميم المهام بحيث يمكن عرضها لإكمالها على طالب فردي أو مجموعة من الطلاب أو الفصل بأكمله، مما يجعل من الممكن تنفيذ نهج متميز للتدريس، وبمساعدة المهمة، تحديد التدريب على مستويات مختلفة.

يمكن اعتبار استخدام الاختبارات والمهام والتمارين متعددة المستويات وسيلة لتجسيد المفاهيم وتطويرها واكتساب المهارات اللازمة للحصول على المعرفة بشكل مستقل واستخدامها في موقف جديد - للحصول على الأدلة والتعميمات.

يمكن تقسيم جميع المهام إلى مستويات.

أحد خيارات اختبار المعرفة هو المهام التي يوجد لكل منها 4 خيارات للإجابة، أحدها صحيح. تتوافق هذه المهام في المستوى الأساسي (أ) مع الحد الأدنى من محتوى التعليم البيولوجي ومتطلبات مستوى تدريب الخريجين، وتتحكم في المعرفة والمهارات للمرحلتين الأساسية والثانوية.

المستوى أ

1. تتكون أغشية الخلايا من:

أ) البلازما (الغشاء السيتوبلازمي)؛

ب) جدران الخلايا.

ج) أغشية البلازما في الحيوانات وجدران الخلايا في النباتات؛

ز) البلازما في الحيوانات، والبلازما وجدران الخلايا في النباتات.

2. يتم تصنيع الإنزيمات الهاضمة الموجودة في الليزوزومات:

أ) قنوات ER على نحو سلس؛

ب) الريبوسومات من ER الخام.

ج) خزانات مجمع جولجي؛

د) الليزوزومات نفسها.

تهدف مهام المستوى المتقدم (ب) إلى اختبار إتقان الطلاب للمحتوى الأكثر تعقيدًا. تم تصميم إكمال المهام في هذه المجموعة للنشاط العقلي الأكثر تعقيدًا.

المستوى ب

1) اختر العبارات الصحيحة

أ) تظهر ميتوكوندريا جديدة في الخلية نتيجة عمليات تخليق البروتين والحمض النووي التي تحدث في نواتها. (لا)

ب) توجد البلاستيدات في السيتوبلازم في الخلايا النباتية فقط. (نعم)

2) متابعة الجمل

أ) حويصلات كروية ذات غشاء واحد مملوءة بالإنزيمات المحللة - ...... (الليزوزومات).

ب) جميع محتويات الخلية ما عدا النواة هي ..... ( السيتوبلازم ).

المهام ذات المستوى المتزايد من التعقيد (C) تجعل من الممكن تحديد مستوى تطور مهارات الطلاب بعمق، والكشف الكامل عن الإجابة، وتطبيق المعرفة في المواقف غير القياسية، وحلها مشكلة بيولوجية، عبر عن وجهة نظرك حول المشكلة.

المستوى ج

1) املأ جدول "أوجه التشابه والاختلاف في تركيب الخلايا النباتية والحيوانية"

2) هناك علاقة معينة بين المفهومين الأول والثاني. هناك نفس العلاقة بين المفهوم الثالث وأحد المفاهيم المقترحة. ابحث عن هذا المفهوم.

أ) الميتوكوندريا: الأعراف = البلاستيدات الخضراء: .........

(التمثيل الضوئي، الكلوروفيل، ثايلاكويدات، البلاستيدات)

ب) الغشاء: البلعمة = الأنابيب الدقيقة: ........

(احتساء الخلايا، حركة، السوط ، المركز)

يعد التمايز مهمًا عند دمج المواد الجديدة، وعند حدوث الاستيعاب، وكذلك عند تكرار المادة المغطاة. يمكن التعامل مع التعلم المتمايز في أي مرحلة وفي أي نوع من الدرس.

1 نسخة من العمل الاختباري حول موضوع "بنية ووظائف الخلايا"

اختر العبارات الصحيحة.

1. الشوائب هي هياكل دائمة لسيتوبلازم الخلايا.

2. الغشاء البلازمي له نفاذية انتقائية.(نعم)

3. تتشكل الليزوزومات من بنية مجمع جولجي. (نعم) .

4. يعتمد التنظيم الهيكلي للخلية على مبدأ الهيكل الغشائي. (نعم)

5. يحدث تخليق البروتين على أغشية ER الملساء. (لا)

6. حاليا، النموذج الفسيفسائي لبنية الغشاء مقبول بشكل عام.(نعم)

7. النقل النشط للمواد عبر الغشاء البلازمي لا يتطلب طاقة. (لا)

8. العضيات هي مكونات حيوية غير دائمة في سيتوبلازم الخلايا. (لا)

9. يعتمد عدد الأعراف على وظيفة الخلايا. (نعم)

10. السيتوبلازم لا يعمل وظيفة وقائية.(نعم)

11. يحدث تصنيع ATP في الفجوات.

12. تتراكم العناصر الغذائية الاحتياطية ومنتجات التحلل في الخلايا النباتية في الفجوات. (نعم)

13. توجد الريبوسومات على سطح الشبكة الخشنة. (نعم)

14. الخلية هي الوحدة الأساسية في بناء جميع الكائنات الحية، حيث أن جميع الكائنات الحية تتكون من خلايا. (نعم)

15. الخلية - الوراثيةوحدة الكائن الحي، مع نمو الخلية..(لا)

يمكن أيضًا تنفيذ هذا العمل في شكل إملاء رسومي.

يتم تضمين مهام البحث عن الأخطاء في النص في خيارات اختبار الدولة الموحدة.

جميع العبارات في هذا الاختبار خاطئة. يتم تكليف الطلاب بالمهمة: العثور على البيانات التي تم ارتكاب الأخطاء فيها وتصحيحها.

1. الأغشية البيولوجيةتتكون من الدهون و الكربوهيدرات. (الدهون والبروتينات)

2. يتحكم في العمليات التي تحدث في الخلية السيتوبلازم. (جوهر)

3. يتكون من صهاريج وهياكل أنبوبية وفجوات وحويصلات نقل الشبكة الأندوبلازمية. (ك. جولجي )

4. كروموبلاستيحتوي على صبغة الكلوروفيل. (البلاستيدات الخضراء)

5. البلاستيدات- أجسام مستديرة صغيرة مسؤولة عن الهضم داخل الخلايا (الليزوسومات)

6. الميتوكوندرياالمشاركة في نقل المواد داخل الخلايا. (إبس)

7. نويةيوفر تخزين المعلومات الوراثية. (جوهر)

8. الغشاء الداخلي البلاستيدات الخضراءأشكال أعراف. (الميتوكوندريا)

9. يلعب دوراً هاماً في تكوين المغزل فجوة عصارية.(مركز الخلية)

10.الليزوزومات موجودة غير الغشاءعضوي (غشاء)

11. يحدث التكوين المباشر لسلسلة بوليمر البروتين جوهر.(الريبوسومات)

12. يوفر غشاء الخلية حركةالخلايا. (الحماية)

13. يتم تنفيذ وظيفة الهيكل العظمي للخلية عن طريق التجاويف مجمع جولجي. (أنابيب مجهرية)

14. يتم تصنيع الدهون والكربوهيدرات فجوات.(إبس)

15. يتم تصنيع الجزيئات على سطح EPS الناعم النيوكليوتيدات.(الكربوهيدرات والدهون)

يتضمن العمل التالي العمل على الخيارات.

• الخيار 1 - يختار الخصائص المميزة بدائيات النوى؛
• الخيار 2 - يختار الخصائص المميزة للفيروسات

1. لا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر الإلكتروني.

2. الكروموسوم له شكل حلقة وهو مغمور في السيتوبلازم.

3. وهي مسببات لالتهاب الحلق والسل والكزاز والكوليرا وغيرها.

4. إنها عوامل مسببة لمرض الإيدز والأنفلونزا والحصبة الألمانية وداء الكلب وما إلى ذلك.

5. يعيشون في أقفاص

6. التبويض مميز.

7. أن يكون لديك جدار خلوي.

8. يتم تمثيل المعلومات الجينية بواسطة DNA أو RNA.

9. توجد الريبوسومات في سيتوبلازم الخلية.

10. وفقا لشكلها، يتم التمييز بين خلايا المكورات الكروية، والعصيات العصية الممدودة، والخلايا الحلزونية الملتوية.

11. يمكن أن يكون الشكل مختلفًا: على شكل قضيب، على شكل رصاصة، كروي، خيطي، على شكل حيوان منوي.

12. يمكن أن يعيش في كل من الظروف الهوائية واللاهوائية.

13. لا يوجد عملية التمثيل الغذائي الخاصة.

14. تعيش داخل البكتيريا.

الإجابات:

• بدائيات النوى:2،3،6،7،9،10،12
• الفيروسات 1،4،5،8،11،13،14

الخلية كنظام بيولوجي

نظرية الخلية الحديثة، أحكامها الرئيسية، دورها في تشكيل صورة العلوم الطبيعية الحديثة للعالم. تنمية المعرفة حول الخلية. إن البنية الخلوية للكائنات الحية هي أساس وحدة العالم العضوي، ودليل على قرابة الطبيعة الحية

نظرية الخلية الحديثة، أحكامها الرئيسية، دورها في تشكيل صورة العلوم الطبيعية الحديثة للعالم

أحد المفاهيم الأساسية في علم الأحياء الحديث هو فكرة أن جميع الكائنات الحية لها بنية خلوية. يدرس العلم بنية الخلية ونشاط حياتها وتفاعلها مع البيئة. علم الخلية، والتي يشار إليها الآن بشكل أكثر شيوعًا باسم بيولوجيا الخلية. يدين علم الخلايا بمظهره إلى الصياغة نظرية الخلية(1838-1839، M. Schleiden، T. Schwann، استكمل في عام 1855 بواسطة R. Virchow).

نظرية الخليةهي فكرة عامة عن بنية ووظائف الخلايا كوحدات حية وتكاثرها ودورها في تكوين الكائنات متعددة الخلايا.

المبادئ الأساسية لنظرية الخلية:

1. الخلية هي وحدة البناء والنشاط الحيوي والنمو والتطور للكائنات الحية - ولا توجد حياة خارج الخلية.
2. الخلية عبارة عن نظام واحد يتكون من العديد من العناصر المترابطة بشكل طبيعي مع بعضها البعض، مما يمثل تكوينًا متكاملاً معينًا.
3. تتشابه خلايا جميع الكائنات الحية في تركيبها الكيميائي وبنيتها ووظائفها.
4. تتشكل الخلايا الجديدة فقط نتيجة لانقسام الخلايا الأم ("خلية من خلية").
5. تشكل خلايا الكائنات متعددة الخلايا الأنسجة، وتتكون الأعضاء من الأنسجة. يتم تحديد حياة الكائن الحي ككل من خلال تفاعل الخلايا المكونة له.
6. تحتوي خلايا الكائنات متعددة الخلايا على مجموعة كاملة من الجينات، ولكنها تختلف عن بعضها البعض في أن مجموعات مختلفة من الجينات تعمل فيها، مما يؤدي إلى التنوع المورفولوجي والوظيفي للخلايا - التمايز.

بفضل إنشاء النظرية الخلوية، أصبح من الواضح أن الخلية هي أصغر وحدة للحياة، وهي نظام حي أولي، لديه كل علامات وخصائص الكائنات الحية. أصبحت صياغة نظرية الخلية أهم شرط أساسي لتطوير وجهات النظر حول الوراثة والتقلب، لأن تحديد طبيعتها وأنماطها المتأصلة يشير حتما إلى عالمية بنية الكائنات الحية. كان تحديد وحدة التركيب الكيميائي وبنية الخلايا بمثابة قوة دافعة لتطوير الأفكار حول أصل الكائنات الحية وتطورها. بالإضافة إلى ذلك، أصبح أصل الكائنات متعددة الخلايا من خلية واحدة أثناء التطور الجنيني عقيدة في علم الأجنة الحديث.

تنمية المعرفة حول الخلية

حتى القرن السابع عشر، لم يكن الناس يعرفون شيئًا على الإطلاق عن البنية المجهرية للأشياء من حولهم، وكانوا ينظرون إلى العالم بالعين المجردة. تم اختراع جهاز لدراسة العالم الصغير - المجهر - في حوالي عام 1590 من قبل الميكانيكيين الهولنديين G. و Z. Jansen، لكن عيبه لم يسمح بفحص الأشياء الصغيرة بدرجة كافية. فقط إنشاء ما يسمى بالمجهر المركب على أساسه بواسطة K. Drebbel (1572-1634) ساهم في التقدم في هذا المجال.

في عام 1665، قام الفيزيائي الإنجليزي ر. هوك (1635-1703) بتحسين تصميم المجهر وتكنولوجيا عدسات الطحن، ورغبته في ضمان تحسين جودة الصورة، وفحص أقسام الفلين والفحم والنباتات الحية الموجودة تحته. اكتشف على المقاطع مسام صغيرة تشبه قرص العسل، وأطلق عليها اسم الخلايا (من اللاتينية. السليلوم- خلية، خلية). ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن ر. هوك اعتبر أن غشاء الخلية هو المكون الرئيسي للخلية.

في النصف الثاني من القرن السابع عشر، ظهرت أعمال أبرز المجهريين م. مالبيغي (1628-1694) ون. غريو (1641-1712)، اللذين اكتشفا أيضًا التركيب الخلوي للعديد من النباتات.

للتأكد من صحة ما رآه ر. هوك وعلماء آخرون، قام التاجر الهولندي أ. فان ليوينهوك، الذي لم يكن لديه تعليم خاص، بتطوير تصميم مجهر مختلف بشكل أساسي عن التصميم الحالي، وقام بتحسين تكنولوجيا تصنيع العدسات. وقد سمح له ذلك بتحقيق تكبير يصل إلى 275-300 مرة وفحص التفاصيل الهيكلية التي كان يتعذر على علماء آخرين الوصول إليها من الناحية الفنية. كان A. Van Leeuwenhoek مراقبا غير مسبوق: لقد رسم بعناية ووصف ما رآه تحت المجهر، لكنه لم يسعى إلى شرحه. اكتشف كائنات وحيدة الخلية، بما في ذلك البكتيريا، ووجد النوى والبلاستيدات الخضراء وسماكة جدران الخلايا في الخلايا النباتية، لكن اكتشافاته حظيت بالتقدير في وقت لاحق.

تبعت اكتشافات مكونات البنية الداخلية للكائنات الحية في النصف الأول من القرن التاسع عشر الواحدة تلو الأخرى. ز- فراشة مميزة في الخلايا النباتية المادة الحيةو سائل مائي- عصارة الخلايا، المسام الموجودة. اكتشف عالم النبات الإنجليزي ر. براون (1773-1858) النواة في خلايا الأوركيد عام 1831، ثم تم اكتشافها في جميع زرع الخلايا. صاغ العالم التشيكي ج. بوركينجي (1787-1869) مصطلح "البروتوبلازم" للإشارة إلى المحتويات الجيلاتينية شبه السائلة للخلية التي لا تحتوي على نواة (1840). تقدم عالم النبات البلجيكي م. شلايدن (1804-1881) أبعد من جميع معاصريه، الذين أثبتوا، من خلال دراسة تطور وتمايز الهياكل الخلوية المختلفة للنباتات العليا، أن جميع الكائنات الحية النباتية تنشأ من خلية واحدة. كما قام بفحص أجسام النواة المستديرة في نوى الخلايا القشرية البصلية (1842).

في عام 1827، اكتشف عالم الأجنة الروسي ك. باير بيض البشر والثدييات الأخرى، مما دحض فكرة تطور كائن حي حصريًا من الأمشاج الذكورية. بالإضافة إلى ذلك، أثبت تكوين كائن حيواني متعدد الخلايا من خلية واحدة - بيضة مخصبة، وكذلك تشابه مراحل التطور الجنيني للحيوانات متعددة الخلايا، مما يشير إلى وحدة أصلها. المعلومات المتراكمة بحلول منتصف القرن التاسع عشر تطلبت التعميم، والتي أصبحت نظرية الخلية. يدين علم الأحياء بصياغته لعالم الحيوان الألماني ت. شوان (1810-1882)، الذي، بناءً على بياناته الخاصة واستنتاجات م. شلايدن حول تطور النباتات، طرح الافتراض بأنه في حالة وجود نواة في أي تكوين مرئي تحت المجهر فإن هذا التكوين هو الخلية. وبناء على هذا المعيار، صاغ T. Schwann الأحكام الرئيسية لنظرية الخلية.

قدم الطبيب وأخصائي علم الأمراض الألماني ر. فيرشو (1821-1902) نقطة أخرى مهمة في هذه النظرية: تنشأ الخلايا فقط عن طريق تقسيم الخلية الأصلية، أي أن الخلايا تتشكل فقط من الخلايا ("خلية من خلية").

منذ إنشاء نظرية الخلية، ظل مبدأ الخلية كوحدة بناء ووظيفة وتطور الكائن الحي يتطور باستمرار. بحلول نهاية القرن التاسع عشر، وبفضل نجاحات التكنولوجيا المجهرية، تم توضيح بنية الخلية، وتم وصف العضيات - أجزاء الخلية التي تؤدي وظائف مختلفة - ودراسة طرق تكوين خلايا جديدة (الانقسام، الانقسام الاختزالي)، وأصبحت الأهمية الأساسية للهياكل الخلوية في نقل الخصائص الوراثية واضحة. إن استخدام أحدث طرق البحث الفيزيائية والكيميائية جعل من الممكن التعمق في عمليات تخزين ونقل المعلومات الوراثية، وكذلك دراسة البنية الدقيقة لكل من الهياكل الخلوية. كل هذا ساهم في فصل علم الخلية إلى فرع مستقل من المعرفة - علم الخلية.

التركيب الخلوي للكائنات الحية، تشابه بنية خلايا جميع الكائنات الحية هو أساس وحدة العالم العضوي، دليل على قرابة الطبيعة الحية

جميع الكائنات الحية المعروفة اليوم (النباتات والحيوانات والفطريات والبكتيريا) لها بنية خلوية. حتى الفيروسات التي ليس لها بنية خلوية يمكنها التكاثر في الخلايا فقط. الخلية هي الوحدة الهيكلية والوظيفية الأولية للكائن الحي، والتي تتميز بجميع مظاهرها، على وجه الخصوص، التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة، والتوازن، والنمو والتطور، والتكاثر والتهيج. في الوقت نفسه، يتم تخزين المعلومات الوراثية ومعالجتها وتنفيذها في الخلايا.

على الرغم من كل تنوع الخلايا، فإن المخطط الهيكلي لها هو نفسه: فهي تحتوي جميعها جهاز وراثيمغمور السيتوبلازم، والخلية المحيطة بها غشاء بلازمي.

نشأت الخلية نتيجة للتطور الطويل للعالم العضوي. إن اتحاد الخلايا في كائن متعدد الخلايا ليس مجرد جمع بسيط، لأن كل خلية، مع احتفاظها بجميع الخصائص المتأصلة في الكائن الحي، تكتسب في نفس الوقت خصائص جديدة بسبب أدائها لوظيفة محددة. من ناحية، يمكن تقسيم الكائن متعدد الخلايا إلى الأجزاء المكونة له - الخلايا، ولكن من ناحية أخرى، من خلال إعادة تجميعها مرة أخرى، من المستحيل استعادة وظائف الكائن الحي بأكمله، لأنه فقط في تفاعل أجزاء من النظام يفعل ظهور خصائص جديدة. يكشف هذا عن أحد الأنماط الرئيسية التي تميز الكائنات الحية - وحدة المنفصلة والشمولية. أحجام صغيرةويخلق عدد كبير من الخلايا في الكائنات متعددة الخلايا مساحة كبيرة ضرورية لضمان التمثيل الغذائي السريع. بالإضافة إلى ذلك، إذا مات جزء من الجسم، يمكن استعادة سلامته من خلال تكاثر الخلايا. خارج الخلية، من المستحيل تخزين ونقل المعلومات الوراثية وتخزين ونقل الطاقة مع تحويلها اللاحق إلى عمل. وأخيرا، فإن تقسيم الوظائف بين الخلايا في كائن متعدد الخلايا يوفر فرصا كبيرة للكائنات الحية للتكيف مع بيئتها وكان شرطا أساسيا لزيادة تعقيد تنظيمها.

وبالتالي، فإن إنشاء وحدة الخطة الهيكلية لخلايا جميع الكائنات الحية بمثابة دليل على وحدة أصل كل أشكال الحياة على الأرض.

تنوع الخلايا. الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. الخصائص المقارنة لخلايا النباتات والحيوانات والبكتيريا والفطريات تنوع الخلايا

وفقا للنظرية الخلوية، الخلية هي أصغر وحدة هيكلية ووظيفية في الكائنات الحية، والتي تمتلك جميع خصائص الكائن الحي. بناءً على عدد الخلايا، تنقسم الكائنات الحية إلى أحادية الخلية ومتعددة الخلايا. توجد خلايا الكائنات وحيدة الخلية ككائنات مستقلة وتؤدي جميع وظائف الكائنات الحية. جميع بدائيات النوى وعدد من حقيقيات النوى (أنواع عديدة من الطحالب والفطريات والأوالي)، والتي تتميز بتنوعها غير العادي في الأشكال والأحجام، هي أحادية الخلية. ومع ذلك، فإن معظم الكائنات الحية لا تزال متعددة الخلايا. تتخصص خلاياها في أداء وظائف معينة وتكوين الأنسجة والأعضاء، الأمر الذي لا يمكن إلا أن يؤثر على سماتها المورفولوجية. على سبيل المثال، يتكون جسم الإنسان من حوالي 10 14 خلية، ممثلة بحوالي 200 نوع، لها مجموعة واسعة من الأشكال والأحجام.

يمكن أن يكون شكل الخلايا مستديرًا أو أسطوانيًا أو مكعبًا أو منشوريًا أو على شكل قرص أو على شكل مغزل أو نجمي وما إلى ذلك. وهكذا، يكون للبيض شكل دائري، والخلايا الظهارية لها شكل أسطواني ومكعب ومنشوري، وخلايا الدم الحمراء لها شكل دائري. على شكل قرص ثنائي التقعر، تكون خلايا الأنسجة العضلية ذات شكل مغزلي، والنجمية - خلايا من الأنسجة العصبية. عدد من الخلايا ليس لها شكل دائم. وتشمل هذه، في المقام الأول، الكريات البيض في الدم.

تختلف أحجام الخلايا أيضًا بشكل كبير: فمعظم خلايا الكائن متعدد الخلايا يتراوح حجمها من 10 إلى 100 ميكرون، والأصغر - 2-4 ميكرون. يرجع الحد الأدنى إلى حقيقة أن الخلية يجب أن تحتوي على الحد الأدنى من مجموعة المواد والهياكل لضمان النشاط الحيوي، كما أن حجم الخلية الكبير جدًا سيتداخل مع تبادل المواد والطاقة مع البيئة، كما سيؤدي أيضًا إلى تعقيد العمليات للحفاظ على التوازن. ومع ذلك، يمكن رؤية بعض الخلايا بالعين المجردة. بادئ ذي بدء، تشمل هذه خلايا البطيخ وفواكه التفاح، وكذلك بيض الأسماك والطيور. حتى لو تجاوز أحد الأبعاد الخطية للخلية المتوسط، فإن جميع الأبعاد الأخرى تتوافق مع القاعدة. على سبيل المثال، يمكن أن يتجاوز طول عملية الخلية العصبية مترًا واحدًا، لكن قطرها سيظل يتوافق مع القيمة المتوسطة. لا توجد علاقة مباشرة بين حجم الخلية وحجم الجسم. وبالتالي، فإن الخلايا العضلية للفيل والفأر لها نفس الحجم.

الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة

كما ذكر أعلاه، الخلايا لها العديد من الخصائص الوظيفية والسمات المورفولوجية المماثلة. ويتكون كل واحد منهم من السيتوبلازم مغمورة فيه جهاز وراثي، وفصلها عن البيئة الخارجية غشاء بلازمي، أو بلازماليماالذي لا يتعارض مع عملية التمثيل الغذائي والطاقة. خارج الغشاء، قد يكون للخلية أيضًا جدار خلوي، يتكون من مواد مختلفة، يعمل على حماية الخلية وهو نوع من الهيكل العظمي الخارجي.

السيتوبلازم هو كامل محتويات الخلية، ويملأ الفراغ بين غشاء البلازما والبنية التي تحتوي على المعلومات الوراثية. يتكون من المادة الرئيسية - الهيالوبلازما- والعضيات والمشتملات المغمورة فيه. العضياتهي مكونات دائمة في الخلية تؤدي وظائف معينة، والمشتملات هي مكونات تظهر وتختفي خلال حياة الخلية، وتؤدي في المقام الأول وظائف التخزين أو الإخراج. غالبًا ما يتم تقسيم الشوائب إلى صلبة وسائلة. يتم تمثيل الشوائب الصلبة بشكل رئيسي بالحبيبات وقد تحتوي على طبيعة مختلفة، في حين تعتبر الفجوات وقطرات الدهون بمثابة شوائب سائلة.

يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من تنظيم الخلايا: بدائية النواة وحقيقية النواة.

لا تحتوي الخلية بدائية النواة على نواة، ولا يتم فصل معلوماتها الوراثية عن السيتوبلازم بواسطة الأغشية.

تسمى منطقة السيتوبلازم التي يتم فيها تخزين المعلومات الوراثية في الخلية بدائية النواة نووي. في السيتوبلازم خلايا بدائية النواةيوجد بشكل أساسي نوع واحد من العضيات - الريبوسومات، والعضيات المحاطة بالأغشية غائبة تمامًا. البكتيريا هي بدائيات النوى.

الخلية حقيقية النواة هي خلية تحتوي على واحدة على الأقل من مراحل التطور جوهر- هيكل خاص يوجد فيه الحمض النووي.

يتميز السيتوبلازم في الخلايا حقيقية النواة بتنوع كبير في العضيات الغشائية وغير الغشائية. تشمل الكائنات حقيقية النواة النباتات والحيوانات والفطريات. حجم الخلايا بدائية النواة عادة ما يكون أصغر من حجم الخلايا حقيقية النواة. معظم بدائيات النوى هي كائنات وحيدة الخلية، في حين أن حقيقيات النوى متعددة الخلايا.

الخصائص المقارنة لبنية خلايا النباتات والحيوانات والبكتيريا والفطريات

بالإضافة إلى السمات المميزة بدائيات النوى وحقيقيات النوى، فإن خلايا النباتات والحيوانات والفطريات والبكتيريا لديها أيضًا عدد من الميزات. وبالتالي، تحتوي الخلايا النباتية على عضيات محددة - البلاستيدات الخضراءوالتي تحدد قدرتها على التمثيل الضوئي، في حين أن هذه العضيات لا توجد في الكائنات الحية الأخرى. بالطبع، هذا لا يعني أن الكائنات الحية الأخرى غير قادرة على عملية التمثيل الضوئي، لأنه، على سبيل المثال، في البكتيريا يحدث عند غزوات غشاء البلازما وحويصلات الغشاء الفردية في السيتوبلازم.

تحتوي الخلايا النباتية، كقاعدة عامة، على فجوات كبيرة مملوءة بعصارة الخلية. وهي موجودة أيضًا في خلايا الحيوانات والفطريات والبكتيريا، ولكن لها أصل مختلف تمامًا وتؤدي وظائف مختلفة. المادة الاحتياطية الرئيسية الموجودة في شكل شوائب صلبة في النباتات هي النشا، وفي الحيوانات والفطريات هي الجليكوجين، وفي البكتيريا هي الجليكوجين أو الفولوتين.

هناك سمة مميزة أخرى لهذه المجموعات من الكائنات الحية وهي تنظيم الجهاز السطحي: لا تحتوي خلايا الكائنات الحية الحيوانية على جدار خلوي، وغشاء البلازما الخاص بها مغطى فقط بكنان سكري رقيق، في حين أن جميع الكائنات الأخرى بها. وهذا أمر مفهوم تماما، لأن الطريقة التي تتغذى بها الحيوانات ترتبط بالتقاط جزيئات الطعام أثناء عملية البلعمة، ووجود جدار الخلية من شأنه أن يحرمها من هذه الفرصة. تختلف الطبيعة الكيميائية للمادة التي يتكون منها جدار الخلية باختلاف مجموعات الكائنات الحية: إذا كانت في النباتات عبارة عن السليلوز، فهي في الفطريات عبارة عن الكيتين، وفي البكتيريا هي مورين. الخصائص المقارنةهيكل خلايا النباتات والحيوانات والفطريات والبكتيريا

لافتة	بكتيريا	الحيوانات	الفطر	النباتات
طريقة التغذية	غير متجانسة أو ذاتية التغذية	عضوية التغذية	عضوية التغذية	ذاتي التغذية
تنظيم المعلومات الوراثية	بدائيات النوى	حقيقيات النواة	حقيقيات النواة	حقيقيات النواة
توطين الحمض النووي	النواة والبلازميدات	النواة، الميتوكوندريا	النواة، الميتوكوندريا	النواة، الميتوكوندريا، البلاستيدات
غشاء بلازمي	يأكل	يأكل	يأكل	يأكل
جدار الخلية	مورينوفايا	—	شيتيني	اللب
السيتوبلازم	يأكل	يأكل	يأكل	يأكل
العضيات	الريبوسومات	الغشاء وغير الغشاء، بما في ذلك مركز الخلية	الغشاء وغير الغشاء	الغشائية وغير الغشائية، بما في ذلك البلاستيدات
عضويات الحركة	الأسواط والزغابات	الأسواط والأهداب	الأسواط والأهداب	الأسواط والأهداب
الفجوات	نادرًا	مقلص، هضمي	أحيانا	فجوة مركزية مع عصارة الخلية
الادراج	الجليكوجين، فولوتين	الجليكوجين	الجليكوجين	نشاء

الاختلافات في هيكل خلايا الممثلين ممالك مختلفةتظهر الحياة البرية في الشكل.

التركيب الكيميائي للخلية. العناصر الكلية والصغرى. العلاقة بين بنية ووظائف المواد غير العضوية والعضوية (البروتينات، الأحماض النووية، الكربوهيدرات، الدهون، ATP) التي تتكون منها الخلية. دور المواد الكيميائية في الخلية وجسم الإنسان

التركيب الكيميائي للخلية

تم العثور على معظم العناصر الكيميائية في الكائنات الحية الجدول الدوريتم اكتشاف عناصر D. I. Mendeleev حتى الآن. فمن ناحية، فهي لا تحتوي على عنصر واحد لا يمكن العثور عليه في الطبيعة غير الحية، ومن ناحية أخرى، فإن تركيزاتها في الأجسام ذات الطبيعة غير الحية والكائنات الحية تختلف بشكل كبير.

هؤلاء العناصر الكيميائيةتشكل مواد غير عضوية وعضوية. على الرغم من أن المواد غير العضوية هي السائدة في الكائنات الحية، إلا أن المواد العضوية هي التي تحدد فرادة تركيبها الكيميائي وظاهرة الحياة ككل، حيث يتم تصنيعها بشكل رئيسي من قبل الكائنات الحية في عملية الحياة وتلعب دورا حيويا في تفاعلات.

دراسة التركيب الكيميائي للكائنات الحية و التفاعلات الكيميائيةتتدفق فيها دراسات العلوم الكيمياء الحيوية.

تجدر الإشارة إلى أن محتوى المواد الكيميائية في الخلايا والأنسجة المختلفة يمكن أن يختلف بشكل كبير. على سبيل المثال، إذا كانت البروتينات هي السائدة بين المركبات العضوية في الخلايا الحيوانية، فإن الكربوهيدرات هي السائدة في الخلايا النباتية.

عنصر كيميائي	قشرة الأرض	مياه البحر	الكائنات الحية
يا	49.2	85.8	65-75
ج	0.4	0.0035	15-18
ح	1.0	10.67	8-10
ن	0.04	0.37	1.5-3.0
ص	0.1	0.003	0.20-1.0
س	0.15	0.09	0.15-0.2
ك	2.35	0.04	0.15-0.4
كاليفورنيا	3.25	0.05	0.04-2.0
Cl	0.2	0.06	0.05-0.1
ملغ	2.35	0.14	0.02-0.03
نا	2.4	1.14	0.02-0.03
الحديد	4.2	0.00015	0.01-0.015
الزنك	< 0.01	0.00015	0.0003
النحاس	< 0.01	< 0.00001	0.0002
أنا	< 0.01	0.000015	0.0001
F	0.1	2.07	0.0001

العناصر الكلية والصغرى

يوجد حوالي 80 عنصرًا كيميائيًا في الكائنات الحية، ولكن 27 عنصرًا فقط من هذه العناصر لها وظائفها في الخلية والكائن الحي. أما العناصر المتبقية فهي موجودة بكميات صغيرة، ويبدو أنها تدخل الجسم مع الطعام والماء والهواء. يختلف محتوى العناصر الكيميائية في الجسم بشكل كبير. اعتمادًا على تركيزها، يتم تقسيمها إلى عناصر كبيرة وعناصر صغرى.

تركيز كل المغذيات الكبيرةفي الجسم تتجاوز 0.01%، ومحتواها الإجمالي 99%. وتشمل العناصر الكبيرة الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين والفوسفور والكبريت والبوتاسيوم والكالسيوم والصوديوم والكلور والمغنيسيوم والحديد. وتسمى أيضًا العناصر الأربعة الأولى من العناصر المدرجة (الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين). عضويلأنها جزء من المركبات العضوية الرئيسية. كما يعد الفوسفور والكبريت من مكونات عدد من المواد العضوية، مثل البروتينات والأحماض النووية. الفوسفور ضروري لتكوين العظام والأسنان.

بدون العناصر الكبيرة المتبقية، يكون الأداء الطبيعي للجسم مستحيلا. وبالتالي، يشارك البوتاسيوم والصوديوم والكلور في عمليات إثارة الخلايا. كما أن البوتاسيوم ضروري لعمل العديد من الإنزيمات واحتباس الماء في الخلية. يوجد الكالسيوم في جدران خلايا النباتات والعظام والأسنان وأصداف الرخويات وهو ضروري لتقلص الخلايا العضلية والحركة داخل الخلايا. المغنيسيوم هو أحد مكونات الكلوروفيل، وهو الصباغ الذي يسمح بحدوث عملية التمثيل الضوئي. كما أنه يشارك في التخليق الحيوي للبروتين. الحديد، بالإضافة إلى كونه جزءًا من الهيموجلوبين الذي يحمل الأكسجين في الدم، فهو ضروري لعمليات التنفس والتمثيل الضوئي، وكذلك لعمل العديد من الإنزيمات.

العناصر الدقيقةتوجد في الجسم بتركيزات أقل من 0.01%، ولا يصل تركيزها الإجمالي في الخلية إلى 0.1%. تشمل العناصر الدقيقة الزنك والنحاس والمنغنيز والكوبالت واليود والفلور وما إلى ذلك. الزنك جزء من جزيء هرمون الأنسولين البنكرياسي، والنحاس مطلوب لعمليات التمثيل الضوئي والتنفس. الكوبالت هو أحد مكونات فيتامين ب12، وغيابه يؤدي إلى فقر الدم. اليود ضروري لتخليق هرمونات الغدة الدرقية، والتي تضمن التمثيل الغذائي الطبيعي، ويرتبط الفلورايد بتكوين مينا الأسنان.

يؤدي كل من النقص والزيادة أو تعطيل عملية التمثيل الغذائي للعناصر الكلية والصغرى إلى التطور امراض عديدة. على وجه الخصوص، نقص الكالسيوم والفوسفور يسبب الكساح، ونقص النيتروجين يسبب نقص حاد في البروتين، ونقص الحديد يسبب فقر الدم، ونقص اليود يسبب خلل في تكوين هرمونات الغدة الدرقية وانخفاض معدل الأيض. إن انخفاض تناول الفلورايد من الماء والغذاء يحدد إلى حد كبير تعطيل تجديد مينا الأسنان، ونتيجة لذلك، الاستعداد للتسوس. الرصاص سام لجميع الكائنات الحية تقريبًا. فائضه يسبب أضرارا لا رجعة فيها للدماغ والجهاز العصبي المركزي، والتي تتجلى في فقدان البصر والسمع، والأرق، الفشل الكلويوالنوبات، كما يمكن أن يؤدي إلى الشلل والأمراض مثل السرطان. التسمم الحادويصاحب الرصاص هلاوس مفاجئة وينتهي بالغيبوبة والموت.

يمكن تعويض النقص في العناصر الكبرى والصغرى عن طريق زيادة محتواها في الغذاء ومياه الشرب، وكذلك عن طريق تناولها الأدوية. وهكذا، تم العثور على اليود في المأكولات البحرية و ملح مدعم باليودوالكالسيوم - في قشر البيض، الخ.

العلاقة بين بنية ووظائف المواد غير العضوية والعضوية (البروتينات، الأحماض النووية، الكربوهيدرات، الدهون، ATP) التي تتكون منها الخلية. دور المواد الكيميائية في الخلية وجسم الإنسان

المواد غير العضوية

تشكل العناصر الكيميائية للخلية مركبات مختلفة - غير عضوية وعضوية. تشمل المواد غير العضوية للخلية الماء والأملاح المعدنية والأحماض وغيرها، والمواد العضوية تشمل البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون وATP والفيتامينات وغيرها.

ماء(H2O) هي المادة غير العضوية الأكثر شيوعًا في الخلية، ولها خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة. ليس له طعم ولا لون ولا رائحة. يتم تقييم كثافة ولزوجة جميع المواد باستخدام الماء. مثل العديد من المواد الأخرى، يمكن العثور على الماء في ثلاثة حالات التجميع: الصلبة (الثلج)، السائلة والغازية (البخار). نقطة انصهار الماء هي $0°$С، ونقطة الغليان هي $100°$С، ومع ذلك، فإن ذوبان المواد الأخرى في الماء يمكن أن يغير هذه الخصائص. كما أن السعة الحرارية للمياه عالية جدًا - 4200 كيلوجول/مول كلفن، مما يمنحها الفرصة للمشاركة في عمليات التنظيم الحراري. وفي جزيء الماء، تقع ذرات الهيدروجين بزاوية قدرها 105°$، في حين يكون مجموعها أزواج الإلكترونيتم سحبها بعيدًا بواسطة ذرة الأكسجين الأكثر سالبية كهربية. وهذا يحدد خصائص ثنائي القطب لجزيئات الماء (أحد الطرفين مشحون بشكل إيجابي والآخر سالب) وإمكانية تكوين روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء. إن تماسك جزيئات الماء يكمن وراء ظاهرة التوتر السطحي والشعيرات الدموية وخصائص الماء كمذيب عالمي. ونتيجة لذلك، تنقسم جميع المواد إلى قابلة للذوبان في الماء (محبة للماء) وغير قابلة للذوبان فيه (مسعور). بفضل هذه الخصائص الفريدة، من المؤكد أن الماء أصبح أساس الحياة على الأرض.

يختلف متوسط ​​محتوى الماء في خلايا الجسم وقد يتغير مع تقدم العمر. وهكذا، في جنين بشري يبلغ من العمر شهر ونصف، يصل محتوى الماء في الخلايا إلى 97.5٪، وفي عمر ثمانية أشهر - 83٪، وفي الأطفال حديثي الولادة ينخفض ​​إلى 74٪، وفي البالغ متوسطه 66%. ومع ذلك، تختلف خلايا الجسم في محتواها المائي. لذلك تحتوي العظام على حوالي 20٪ ماء والكبد 70٪ والدماغ 86٪. بشكل عام يمكن القول بذلك يتناسب تركيز الماء في الخلايا بشكل مباشر مع معدل التمثيل الغذائي.

املاح معدنيةيمكن أن تكون في حالات منحلة أو غير منحلة. أملاح قابلة للذوبانتنأى إلى أيونات - الكاتيونات والأنيونات. وأهم الكاتيونات هي أيونات البوتاسيوم والصوديوم، التي تسهل نقل المواد عبر الغشاء وتشارك في حدوث وتوصيل النبضات العصبية؛ وكذلك أيونات الكالسيوم التي تشارك في عمليات تقلص الألياف العضلية وتخثر الدم. المغنيسيوم، وهو جزء من الكلوروفيل. الحديد، وهو جزء من عدد من البروتينات، بما في ذلك الهيموجلوبين. أهم الأنيونات هي أنيون الفوسفات، وهو جزء من ATP والأحماض النووية، وبقايا حمض الكربونيك، الذي يخفف من التقلبات في الرقم الهيدروجيني للبيئة. تضمن أيونات الأملاح المعدنية تغلغل الماء نفسه في الخلية والاحتفاظ به فيها. إذا كان تركيز الملح في البيئة أقل مما هو عليه في الخلية، فإن الماء يخترق الخلية. تحدد الأيونات أيضًا خصائص التخزين المؤقت للسيتوبلازم، أي قدرتها على الحفاظ على درجة حموضة قلوية ثابتة قليلاً للسيتوبلازم، على الرغم من التكوين المستمر للمنتجات الحمضية والقلوية في الخلية.

أملاح غير قابلة للذوبان(CaCO 3، Ca 3 (PO 4) 2، وما إلى ذلك) هي جزء من العظام والأسنان والأصداف والأصداف للحيوانات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للكائنات الحية إنتاج مركبات غير عضوية أخرى، مثل الأحماض والأكاسيد. وهكذا تنتج الخلايا الجدارية للمعدة البشرية حامض الهيدروكلوريكالذي ينشط إنزيم البيبسين الهضمي، ويتخلل أكسيد السيليكون جدران خلايا ذيل الحصان ويشكل قذائف الدياتومات. في السنوات الأخيرة، تمت أيضًا دراسة دور أكسيد النيتريك (II) في إرسال الإشارات في الخلايا والجسم.

المواد العضوية

الخصائص العامة للمواد العضوية في الخلية

يمكن تمثيل المواد العضوية للخلية بجزيئات بسيطة نسبيًا وجزيئات أكثر تعقيدًا. في الحالات التي يتكون فيها جزيء معقد (جزيء كبير) من عدد كبير من الجزيئات الأبسط المتكررة، يطلق عليه اسم البوليمروالوحدات الهيكلية - المونومرات. اعتمادا على ما إذا كانت وحدات البوليمر تتكرر أم لا، يتم تصنيفها على أنها عاديأو غير عادي. تشكل البوليمرات ما يصل إلى 90٪ من كتلة المادة الجافة للخلية. وهي تنتمي إلى ثلاث فئات رئيسية من المركبات العضوية - الكربوهيدرات (السكريات)، والبروتينات والأحماض النووية. السكريات هي بوليمرات منتظمة، في حين أن البروتينات والأحماض النووية غير منتظمة. في البروتينات والأحماض النووية، يعد تسلسل المونومرات مهمًا للغاية، لأنها تؤدي وظيفة معلومات.

الكربوهيدرات

الكربوهيدرات- وهي مركبات عضوية تتكون أساسًا من ثلاثة عناصر كيميائية - الكربون والهيدروجين والأكسجين، على الرغم من أن عددًا من الكربوهيدرات يحتوي أيضًا على النيتروجين أو الكبريت. الصيغة العامة للكربوهيدرات هي C m (H 2 O) n. وهي مقسمة إلى كربوهيدرات بسيطة ومعقدة.

الكربوهيدرات البسيطة (السكريات الأحادية)تحتوي على جزيء سكر واحد لا يمكن تجزئته إلى جزيئات أبسط. وهي مواد بلورية، حلوة المذاق، وشديدة الذوبان في الماء. تلعب السكريات الأحادية دورًا نشطًا في استقلاب الخلية وهي جزء من الكربوهيدرات المعقدة - السكريات قليلة السكاريد والسكريات.

وتصنف السكريات الأحادية حسب عدد ذرات الكربون (C3 -C9) فمثلا البنتوس(ج5) و سداسي(ج6). وتشمل البنتوسات الريبوز وديوكسيريبوز. ريبوزهو جزء من الحمض النووي الريبي (RNA) و ATP (ATP). ديوكسيريبوزهو أحد مكونات الحمض النووي. Hexoses (C6H12O6) هي الجلوكوز والفركتوز والجلاكتوز، الخ. الجلوكوز(سكر العنب) موجود في جميع الكائنات الحية بما في ذلك دم الإنسان لأنه احتياطي للطاقة. وهو جزء من العديد من السكريات المعقدة: السكروز، اللاكتوز، المالتوز، النشا، السليلوز، الخ. الفركتوز(سكر الفاكهة) موجود بأعلى التركيزات في الفواكه والعسل وجذور البنجر السكري. وهو لا يلعب دورًا نشطًا في عمليات التمثيل الغذائي فحسب، بل هو أيضًا جزء من السكروز وبعض السكريات مثل الأنسولين.

معظم السكريات الأحادية قادرة على إعطاء تفاعل مرآة فضية وتقليل النحاس عند إضافة سائل التلبيد (خليط من محاليل كبريتات النحاس (II) وطرطرات صوديوم البوتاسيوم) والغليان.

ل قليلات السكاريدتشمل الكربوهيدرات التي تتكون من العديد من بقايا السكريات الأحادية. كما أنها عمومًا قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء وحلوة المذاق. اعتمادًا على عدد هذه البقايا، يتم التمييز بين السكريات الثنائية (بقايا)، والسكريات الثلاثية (ثلاثة)، وما إلى ذلك، وتشمل السكريات الثنائية السكروز واللاكتوز والمالتوز وما إلى ذلك. السكروز(البنجر أو سكر القصب) يتكون من بقايا الجلوكوز والفركتوز، ويوجد في الأعضاء التخزينية لبعض النباتات. يوجد الكثير من السكروز بشكل خاص في المحاصيل الجذرية لبنجر السكر وقصب السكر، حيث يتم الحصول عليها صناعيًا. إنه بمثابة المعيار لحلاوة الكربوهيدرات. اللاكتوز، أو سكر الحليبيتكون من بقايا الجلوكوز والجلاكتوز، ويوجد في حليب الأم والبقر. المالتوز(سكر الشعير) يتكون من وحدتين جلوكوز. يتم تشكيله أثناء تحلل السكريات في بذور النباتات و الجهاز الهضميالإنسان، ويستخدم في إنتاج البيرة.

السكرياتهي بوليمرات حيوية تكون مونومراتها عبارة عن بقايا أحادية أو ثنائية السكاريد. معظم السكريات غير قابلة للذوبان في الماء ولها طعم غير محلى. وتشمل هذه النشا والجليكوجين والسليلوز والكيتين. نشاءعبارة عن مادة مسحوقية بيضاء لا تبلل بالماء، ولكنها تتشكل عند تخميرها الماء الساخنتعليق - لصق. في الواقع، يتكون النشا من بوليمرين - الأميلوز الأقل تفرعًا والأميلوبكتين الأكثر تفرعًا (الشكل 2.9). مونومر الأميلوز والأميلوبكتين هو الجلوكوز. النشا هو مادة التخزين الرئيسية للنباتات، والتي تتراكم بكميات كبيرة في البذور والفواكه والدرنات والجذور وغيرها من أجهزة التخزين للنباتات. التفاعل النوعي للنشا هو التفاعل مع اليود، حيث يتحول النشا إلى اللون الأزرق البنفسجي.

الجليكوجين(النشا الحيواني) هو عديد السكاريد الاحتياطي للحيوانات والفطريات، والذي يتراكم عند البشر بكميات كبيرة في العضلات والكبد. كما أنه غير قابل للذوبان في الماء وليس له طعم حلو. مونومر الجليكوجين هو الجلوكوز. بالمقارنة مع جزيئات النشا، فإن جزيئات الجليكوجين أكثر تشعبا.

السليلوز، أو السليلوز، هو السكاريد الداعم الرئيسي للنباتات. مونومر السليلوز هو الجلوكوز. تشكل جزيئات السليلوز غير المتفرعة حزمًا تشكل جزءًا من جدران الخلايا النباتية. السليلوز هو أساس الخشب، ويستخدم في البناء، وفي إنتاج المنسوجات والورق والكحول والعديد من المواد العضوية. السليلوز خامل كيميائيا ولا يذوب في الأحماض أو القلويات. كما أنه لا يتم تفكيكه بواسطة الإنزيمات الموجودة في الجهاز الهضمي البشري، ولكن يتم تسهيل عملية هضمه عن طريق البكتيريا الموجودة في الأمعاء الغليظة. بالإضافة إلى ذلك، تحفز الألياف تقلصات الجدار الجهاز الهضميمما يساعد على تحسين أدائها.

كيتينهو عديد السكاريد الذي مونومره هو سكر أحادي يحتوي على النيتروجين. وهو جزء من جدران خلايا الفطريات وقذائف المفصليات. ويفتقر الجهاز الهضمي البشري أيضًا إلى إنزيم هضم الكيتين، حيث أن بعض البكتيريا فقط هي التي تمتلكه.

وظائف الكربوهيدرات.تقوم الكربوهيدرات بالبلاستيك (البناء) والطاقة والتخزين و وظيفة دعم. أنها تشكل جدران الخلايا من النباتات والفطريات. قيمة الطاقة لتكسير 1 جرام من الكربوهيدرات هي 17.2 كيلوجول. الجلوكوز والفركتوز والسكروز والنشا والجليكوجين هي مواد تخزين. يمكن أن تكون الكربوهيدرات أيضًا جزءًا من الدهون والبروتينات المعقدة، وتشكل الدهون السكرية والبروتينات السكرية، على وجه الخصوص في أغشية الخلايا. لا يقل أهمية عن دور الكربوهيدرات في التعرف بين الخلايا وإدراك الإشارات من البيئة الخارجية، لأنها تعمل كمستقبلات كجزء من البروتينات السكرية.

الدهون

الدهونهي مجموعة غير متجانسة كيميائيا من المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض مع خصائص كارهة للماء. وهذه المواد غير قابلة للذوبان في الماء وتشكل مستحلبات فيه، ولكنها شديدة الذوبان في المذيبات العضوية. الدهون دهنية الملمس، وكثير منها يترك علامات مميزة غير جافة على الورق. جنبا إلى جنب مع البروتينات والكربوهيدرات، فهي واحدة من المكونات الرئيسية للخلايا. محتوى الدهون في الخلايا المختلفة ليس هو نفسه، وخاصة الكثير منه في بذور وثمار بعض النباتات، في الكبد والقلب والدم.

اعتمادًا على بنية الجزيء، تنقسم الدهون إلى بسيطة ومعقدة. ل بسيطوتشمل الدهون الدهون المحايدة (الدهون)، والشموع والمنشطات. معقدتحتوي الدهون أيضًا على مكون آخر غير دهني. وأهمها الدهون الفوسفاتية والجليكوليبيدات وغيرها.

الدهونهي استرات الجلسرين الكحول ثلاثي الهيدريك والأحماض الدهنية الأعلى. تحتوي معظم الأحماض الدهنية على 14-22 ذرة كربون. من بينها مشبعة وغير مشبعة، أي تحتوي على روابط مزدوجة. الأحماض الدهنية المشبعة الأكثر شيوعًا هي البالمتيك والاستياريك، والأحماض الدهنية غير المشبعة الأكثر شيوعًا هي الأوليك. بعض الأحماض الدهنية غير المشبعة لا يتم تصنيعها في جسم الإنسان أو يتم تصنيعها بكميات غير كافية، وبالتالي فهي ضرورية. تشكل بقايا الجلسرين "رؤوسًا" محبة للماء، وتشكل بقايا الأحماض الدهنية "ذيولًا" كارهة للماء.

تؤدي الدهون في المقام الأول وظيفة تخزين في الخلايا وتكون بمثابة مصدر للطاقة. الأنسجة الدهنية تحت الجلد غنية بها، وتؤدي وظائف امتصاص الصدمات والعزل الحراري، وفي الحيوانات المائية تزيد أيضًا من القدرة على الطفو. تحتوي الدهون النباتية في الغالب على أحماض دهنية غير مشبعة، ونتيجة لذلك فهي سائلة وتسمى زيوت. توجد الزيوت في بذور العديد من النباتات، مثل عباد الشمس وفول الصويا وبذور اللفت وغيرها.

الشموع- هذه استرات ومخاليط من الأحماض الدهنية والكحولات الدهنية. في النباتات، تشكل فيلما على سطح الورقة، مما يحمي من التبخر، واختراق مسببات الأمراض، وما إلى ذلك. في عدد من الحيوانات، فإنها تغطي الجسم أو تعمل على بناء أقراص العسل.

ل منشطاتوتشمل هذه الدهون مثل الكولسترول، وهو عنصر أساسي في أغشية الخلايا، وكذلك الهرمونات الجنسية استراديول، التستوستيرون، وفيتامين د، وما إلى ذلك.

الفوسفوليبيدات، بالإضافة إلى بقايا الجلسرين والأحماض الدهنية، تحتوي على بقايا حمض الأرثوفوسفوريك. إنها جزء من أغشية الخلايا وتوفر خصائصها الحاجزة.

الجليكوليبيداتهي أيضًا مكونات للأغشية، لكن محتواها صغير. الجزء غير الدهني من الجليكوليبيدات هو الكربوهيدرات.

وظائف الدهون.تؤدي الدهون وظائف بلاستيكية (بناء)، وطاقة، وتخزين، ووقائية، وإفرازية وتنظيمية في الخلية، بالإضافة إلى أنها فيتامينات. وهو عنصر أساسي في أغشية الخلايا. عندما يتم تكسير 1 جم من الدهون، يتم إطلاق 38.9 كيلوجول من الطاقة. يتم تخزينها في الاحتياطي في مختلف الأجهزةالنباتات والحيوانات. بالإضافة إلى ذلك، تحمي الأنسجة الدهنية تحت الجلد الأعضاء الداخلية من انخفاض حرارة الجسم أو ارتفاع درجة الحرارة، وكذلك الصدمة. ترجع الوظيفة التنظيمية للدهون إلى حقيقة أن بعضها عبارة عن هرمونات. جسم سمينتستخدم الحشرات للعزلة.

السناجب

السناجب- هذه مركبات عالية الجزيئية، بوليمرات حيوية، مونومراتها عبارة عن أحماض أمينية مرتبطة بروابط الببتيد.

حمض أمينييسمى مركب عضوي يحتوي على مجموعة أمينية ومجموعة كربوكسيل وجذر. في المجموع، يوجد حوالي 200 من الأحماض الأمينية في الطبيعة، والتي تختلف في الجذور والترتيب المتبادل للمجموعات الوظيفية، ولكن 20 منها فقط يمكن أن تكون جزءًا من البروتينات. وتسمى هذه الأحماض الأمينية بروتينية.

لسوء الحظ، لا يمكن تصنيع جميع الأحماض الأمينية البروتينية في جسم الإنسان، لذلك يتم تقسيمها إلى قابلة للاستبدال وأساسية. الأحماض الأمينية غير الأساسيةتتشكل في جسم الإنسان بالكمية المطلوبة، و لا يمكن الاستغناء عنه- لا. ويجب تزويدها بالطعام، ولكن يمكن أيضًا تصنيعها جزئيًا بواسطة الكائنات الحية الدقيقة المعوية. هناك 8 أحماض أمينية أساسية تمامًا، وهي: فالين، آيزوليوسين، ليوسين، ليسين، ميثيونين، ثريونين، تريبتوفان، وفينيل ألانين. على الرغم من حقيقة أن جميع الأحماض الأمينية البروتينية يتم تصنيعها في النباتات، إلا أن البروتينات النباتية غير مكتملة لأنها لا تحتوي على مجموعة كاملة من الأحماض الأمينية، ونادرًا ما يتجاوز وجود البروتين في الأجزاء الخضرية للنباتات 1-2٪ من الكتلة . لذلك، من الضروري تناول البروتينات ليس فقط من أصل نباتي، ولكن أيضًا من أصل حيواني.

تسمى تسلسل اثنين من الأحماض الأمينية المرتبطة بروابط الببتيد ثنائي الببتيد، من أصل ثلاثة - ثلاثي الببتيدإلخ. من بين الببتيدات هناك مركبات مهمة مثل الهرمونات (الأوكسيتوسين، فازوبريسين)، والمضادات الحيوية، وما إلى ذلك. وتسمى سلسلة مكونة من أكثر من عشرين حمضًا أمينيًا متعدد الببتيدوالبيبتيدات التي تحتوي على أكثر من 60 بقايا حمض أميني هي بروتينات.

مستويات التنظيم الهيكلي للبروتين.يمكن أن تحتوي البروتينات على هياكل أولية وثانوية وثلاثية ورباعية.

هيكل البروتين الأساسي- هذا التسلسل الخطي للأحماض الأمينيةمتصلة بواسطة رابطة الببتيد. تحدد البنية الأولية في النهاية خصوصية البروتين وتفرده، لأنه حتى لو افترضنا أن البروتين المتوسط ​​يحتوي على 500 بقايا حمض أميني، فإن عدد التركيبات الممكنة هو 20500، وبالتالي فإن التغيير في موقع حمض أميني واحد على الأقل حمض في البنية الأولية يستلزم تغييرا ثانويا وأكثر الهياكل العاليةوكذلك خصائص البروتين بشكل عام.

تحدد السمات الهيكلية للبروتين ترتيبه المكاني، أي ظهور الهياكل الثانوية والثالثية.

الهيكل الثانوييمثل الترتيب المكاني لجزيء البروتين في الشكل اللوالبأو طيات، متماسكة بروابط هيدروجينية بين ذرات الأكسجين والهيدروجين لمجموعات الببتيد ذات المنعطفات المختلفة للحلزون أو الطيات. تحتوي العديد من البروتينات على مناطق طويلة أو أقل ذات بنية ثانوية. هذه، على سبيل المثال، كيراتين الشعر والأظافر، ألياف الحرير.

هيكل التعليم العاليسنجاب ( الكرية كرة صغيرة) هو أيضًا شكل من أشكال الترتيب المكاني لسلسلة بولي ببتيد متماسكة معًا بواسطة روابط كارهة للماء والهيدروجين وثاني كبريتيد (SS) وغيرها من الروابط. وهو من سمات معظم البروتينات في الجسم، مثل الميوجلوبين العضلي.

هيكل رباعي- الأكثر تعقيدًا، والتي تتكون من عدة سلاسل متعددة الببتيد متصلة بشكل أساسي بنفس الروابط الموجودة في السلسلة الثالثة (الكارهة للماء والأيونية والهيدروجين)، بالإضافة إلى تفاعلات ضعيفة أخرى. يتميز التركيب الرباعي بعدد قليل من البروتينات، مثل الهيموجلوبين والكلوروفيل وما إلى ذلك.

بناءً على شكل الجزيء، يتم تمييزها ليفيو كرويالبروتينات. أولها المستطيل، مثل كولاجين النسيج الضام أو كيراتينات الشعر والأظافر. البروتينات الكروية لها شكل الكرة (الكريات)، مثل الميوجلوبين العضلي.

البروتينات البسيطة والمعقدة.يمكن أن تكون البروتينات بسيطو معقد.تتكون البروتينات البسيطة من أحماض أمينية فقط، في حين أن معقدتحتوي البروتينات (البروتينات الدهنية، والبروتينات الملونة، والبروتينات السكرية، والبروتينات النووية، وما إلى ذلك) على أجزاء بروتينية وغير بروتينية. البروتينات الملونةتحتوي على جزء ملون غير بروتيني. وتشمل هذه الهيموجلوبين، والميوجلوبين، والكلوروفيل، والسيتوكروم، وما إلى ذلك. وبالتالي، في تكوين الهيموجلوبين، ترتبط كل سلسلة من سلاسل الببتيد الأربعة لبروتين الجلوبين بجزء غير بروتيني - الهيم، الذي يوجد في وسطه حديد الأيون الذي يعطي الهيموجلوبين اللون الأحمر. الجزء غير البروتيني البروتينات الدهنيةهو الدهون، و البروتينات السكرية- الكربوهيدرات. كل من البروتينات الدهنية والبروتينات السكرية جزء من أغشية الخلايا. البروتينات النوويةهي مجمعات من البروتينات والأحماض النووية (DNA و RNA). يؤدون الوظائف الأساسيةفي عمليات تخزين ونقل المعلومات الوراثية.

خصائص البروتينات.العديد من البروتينات شديدة الذوبان في الماء، ولكن هناك أيضًا بروتينات تذوب فقط في محاليل الأملاح أو القلويات أو الأحماض أو المذيبات العضوية. يعتمد هيكل جزيء البروتين ونشاطه الوظيفي على الظروف البيئية. يسمى فقدان بنيته بواسطة جزيء البروتين مع الحفاظ على بنيته الأساسية تمسخ.

يحدث تمسخ بسبب التغيرات في درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، الضغط الجويتحت تأثير الأحماض والقلويات والأملاح معادن ثقيلةوالمذيبات العضوية وما إلى ذلك. تسمى العملية العكسية لاستعادة الهياكل الثانوية والعليا إعادة الطبيعةومع ذلك، ليس من الممكن دائما. يسمى التدمير الكامل لجزيء البروتين دمار.

وظائف البروتينات.تؤدي البروتينات عددًا من الوظائف في الخلية: البلاستيك (البناء)، والتحفيز (الإنزيمي)، والطاقة، والتشوير (المستقبل)، والتقلص (المحرك)، والنقل، والحماية، والتنظيم والتخزين.

ترتبط وظيفة بناء البروتينات بوجودها في أغشية الخلايا والمكونات الهيكلية للخلية. الطاقة - لأنه عندما يتم تكسير 1 جرام من البروتين، يتم إطلاق 17.2 كيلوجول من الطاقة. تلعب بروتينات المستقبلات الغشائية دورًا نشطًا في إدراك الإشارات البيئية وانتقالها عبر الخلية، وكذلك في التعرف بين الخلايا. بدون البروتينات، تكون حركة الخلايا والكائنات ككل مستحيلة، لأنها تشكل أساس السوط والأهداب، كما تضمن تقلص العضلات وحركة المكونات داخل الخلايا. في دم الإنسان والعديد من الحيوانات، يحمل بروتين الهيموجلوبين الأكسجين وجزءًا من ثاني أكسيد الكربون، بينما تنقل بروتينات أخرى الأيونات والإلكترونات. يرتبط الدور الوقائي للبروتينات في المقام الأول بالمناعة، حيث أن بروتين الإنترفيرون قادر على تدمير العديد من الفيروسات، كما تعمل بروتينات الأجسام المضادة على قمع تطور البكتيريا والعوامل الأجنبية الأخرى. من بين البروتينات والببتيدات هناك العديد من الهرمونات، على سبيل المثال، هرمون البنكرياس - الأنسولين، الذي ينظم تركيز الجلوكوز في الدم. في بعض الكائنات الحية، يمكن تخزين البروتينات كاحتياطي، مثل البقوليات في البذور، أو بياض بيضة الدجاج.

احماض نووية

احماض نوويةهي البوليمرات الحيوية التي مونومراتها هي النيوكليوتيدات. حاليًا، هناك نوعان معروفان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA).

النوكليوتيداتيتكون من قاعدة نيتروجينية وبقايا سكر البنتوز وبقايا حمض الأرثوفوسفوريك. يتم تحديد خصائص النيوكليوتيدات بشكل أساسي من خلال القواعد النيتروجينية التي تتكون منها، لذلك، حتى تقليديًا، يتم تحديد النيوكليوتيدات بالأحرف الأولى من أسمائها. يمكن أن تحتوي النيوكليوتيدات على خمس قواعد نيتروجينية: الأدينين (A)، والجوانين (G)، والثايمين (T)، واليوراسيل (U)، والسيتوزين (C). تحدد نيوكليوتيدات البنتوز - الريبوز وديوكسي ريبوز - النوكليوتيدات التي سيتم تشكيلها - ريبونوكليوتيد أو ديوكسي ريبونوكليوتيد. الريبونوكليوتيدات هي مونومرات من الحمض النووي الريبي (RNA)، ويمكن أن تعمل كجزيئات إشارة (cAMP) وهي جزء من مركبات عالية الطاقة، مثل ATP، والإنزيمات المساعدة، مثل NADP، NAD، FAD، وما إلى ذلك، والنوكليوتيدات منزوعة الأكسجين هي جزء من الحمض النووي.

حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA)هو بوليمر حيوي مزدوج الجديلة ومونومراته هي ديوكسي ريبونوكليوتيدات. تحتوي النيوكليوتيدات منقوص الأكسجين على أربع قواعد نيتروجينية فقط من أصل خمس قواعد محتملة - الأدينين (A)، الثايمين (T)، الجوانين (G) أو السيتوزين (C)، بالإضافة إلى بقايا حمض الديوكسي ريبوز وحمض الأرثوفوسفوريك. ترتبط النيوكليوتيدات في سلسلة الحمض النووي ببعضها البعض من خلال بقايا حمض الأورثوفوسفوريك، وتشكل رابطة فوسفوديستر. عندما يتكون جزيء مزدوج السلسلة، يتم توجيه القواعد النيتروجينية نحو داخل الجزيء. ومع ذلك، فإن ارتباط سلاسل الحمض النووي لا يحدث بشكل عشوائي، فالقواعد النيتروجينية للسلاسل المختلفة ترتبط ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية وفقًا لمبدأ التكامل: يرتبط الأدينين بالثايمين بواسطة رابطتين هيدروجينيتين (A=T)، والجوانين. يرتبط بالسيتوزين بثلاثة (G$≡C).

لقد تم تركيبها لها قواعد شارجاف:

1. عدد نيوكليوتيدات الحمض النووي التي تحتوي على الأدينين يساوي عدد النيوكليوتيدات التي تحتوي على الثيمين (A=T).
2. عدد نيوكليوتيدات الحمض النووي التي تحتوي على الجوانين يساوي عدد النيوكليوتيدات التي تحتوي على السيتوزين (G$≡$C).
3. مجموع الديوكسيريبونوكليوتيدات التي تحتوي على الأدينين والجوانين يساوي مجموع النيوكليوتيدات منقوعة الأكسجين التي تحتوي على الثيمين والسيتوزين (A+G = T+C).
4. تعتمد نسبة مجموع النيوكليوتيدات منقوص الأكسجين التي تحتوي على الأدينين والثايمين إلى مجموع النيوكليوتيدات منقوص الأكسجين التي تحتوي على الجوانين والسيتوزين على نوع الكائن الحي.

تم فك رموز بنية الحمض النووي بواسطة ف. كريك ود. واتسون (جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب، 1962). وفقا لنموذجهم، فإن جزيء الحمض النووي هو حلزون مزدوج أيمن. المسافة بين النيوكليوتيدات في سلسلة DNA هي 0.34 نانومتر.

أهم خاصية للحمض النووي هي القدرة على التكرار (التكرار الذاتي). وتتمثل الوظيفة الرئيسية للحمض النووي في تخزين ونقل المعلومات الوراثية، والتي تكون مكتوبة في شكل تسلسلات النيوكليوتيدات. يتم الحفاظ على استقرار جزيء الحمض النووي من خلال أنظمة إصلاح (استرداد) قوية، لكنها حتى غير قادرة على القضاء تمامًا على الآثار الضارة، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث طفرات. يتركز الحمض النووي للخلايا حقيقية النواة في النواة والميتوكوندريا والبلاستيدات، بينما في الخلايا بدائية النواة يقع مباشرة في السيتوبلازم. الحمض النووي النووي هو أساس الكروموسومات، ويمثله جزيئات مفتوحة. الحمض النووي للميتوكوندريا والبلاستيدات وبدائيات النوى دائري.

حمض الريبونوكليك (RNA)- بوليمر حيوي تكون مونومراته عبارة عن ريبونوكليوتيدات. كما أنها تحتوي على أربع قواعد نيتروجينية - الأدينين (A)، أو اليوراسيل (U)، أو الجوانين (G) أو السيتوزين (C)، وبالتالي تختلف عن الحمض النووي في إحدى القواعد (بدلاً من الثيمين، يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على اليوراسيل). يتم تمثيل بقايا سكر البنتوز في الريبونوكليوتيدات بالريبوز. يتكون الحمض النووي الريبوزي (RNA) في الغالب من جزيئات مفردة، باستثناء بعض الجزيئات الفيروسية. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الحمض النووي الريبي (RNA): الرسول أو القالب (mRNA)، والريبوسوم (rRNA)، والنقل (tRNA). يتم تشكيل كل منهم في هذه العملية النسخ- إعادة الكتابة من جزيئات الحمض النووي.

وتشكل RNAs أصغر جزء من RNA في الخلية (2-4٪)، والذي يتم تعويضه بتنوعها، حيث يمكن أن تحتوي خلية واحدة على آلاف من mRNAs المختلفة. هذه جزيئات أحادية السلسلة تمثل قوالب لتركيب سلاسل البولي ببتيد. يتم تسجيل المعلومات حول بنية البروتين فيها على شكل تسلسلات نيوكليوتيدات، مع تشفير كل حمض أميني بثلاثية من النيوكليوتيدات - كودون.

ر RNAs هو النوع الأكثر وفرة من RNA في الخلية (ما يصل إلى 80٪). متوسط ​​وزنها الجزيئي 3000-5000؛ تتشكل في النواة وهي جزء من العضيات الخلوية - الريبوسومات. ويبدو أن الرنا الريباسي يلعب أيضًا دورًا في تخليق البروتين.

تالحمض النووي الريبوزي (RNA) هو أصغر جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA)، حيث يحتوي على 73-85 نيوكليوتيدات فقط. وتبلغ حصتها من إجمالي كمية الحمض النووي الريبوزي (RNA) في الخلية حوالي 16%. وظيفة الحمض الريبي النووي النقال هي نقل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين (الريبوسومات). يتشكل جزيء tRNA على شكل ورقة البرسيم. يوجد في أحد طرفي الجزيء موقع لربط الحمض الأميني، وفي إحدى الحلقات يوجد ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات، مكملة لكودون mRNA وتحديد الحمض الأميني الذي سيحمله tRNA - مضاد الكودون.

تلعب جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) دورًا نشطًا في عملية تنفيذ المعلومات الوراثية، والتي يتم نسخها من الحمض النووي (DNA) إلى الحمض النووي الريبي (mRNA)، ويقوم الأخير بتخليق البروتين. يقوم الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) بتوصيل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات أثناء تخليق البروتين، ويعتبر الرنا الريباسي (rRNA) جزءًا من الريبوسومات نفسها.

حمض الأدينوسين ثلاثي الفوسفوريك (ATP)هو نيوكليوتيد يحتوي، بالإضافة إلى قاعدة الأدينين النيتروجينية وبقايا الريبوز، على ثلاث بقايا حمض الفوسفوريك. تكون الروابط بين آخر بقايا الفوسفور عالية الطاقة (يطلق الانقسام 42 كيلوجول/مول من الطاقة)، ​​بينما تنتج الرابطة الكيميائية القياسية أثناء الانقسام 12 كيلوجول/مول. عند الحاجة إلى الطاقة، تنشق الرابطة الكبيرة للـATP، ويتشكل حمض الأدينوزين ثنائي فوسفوريك (ADP)، وتتشكل بقايا الفوسفور، ويتم إطلاق الطاقة:

ATP + H2O $→$ ADP + H3PO4 + 42 كيلوجول.

يمكن أيضًا تقسيم ADP لتكوين AMP (حمض الأدينوزين أحادي الفوسفوريك) وبقايا حمض الفوسفوريك:

ADP + H2O $→$ AMP + H3PO4 + 42 كيلوجول.

في تَقَدم استقلاب الطاقة(أثناء التنفس، التخمير)، وكذلك أثناء عملية التمثيل الضوئي، يعلق ADP بقايا الفوسفور ويتحول إلى ATP. يسمى رد فعل تخفيض ATP الفسفرة. ATP هو مصدر عالمي للطاقة لجميع العمليات الحيوية للكائنات الحية.

أظهرت دراسة التركيب الكيميائي لخلايا جميع الكائنات الحية أنها تحتوي على نفس العناصر الكيميائية، وهي مواد كيميائية تؤدي نفس الوظائف. علاوة على ذلك، سيعمل فيه جزء من الحمض النووي المنقول من كائن حي إلى آخر، وسيؤدي البروتين الذي يتم تصنيعه بواسطة البكتيريا أو الفطريات وظائف الهرمون أو الإنزيم في جسم الإنسان. وهذا أحد الأدلة على وحدة أصل العالم العضوي.

بنية الخلية. العلاقة بين بنية ووظائف أجزاء وعضيات الخلية هي أساس سلامتها

بنية الخلية

هيكل الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة

المكونات الهيكلية الرئيسية للخلايا هي غشاء البلازما والسيتوبلازم والجهاز الوراثي. اعتمادًا على خصائص المنظمة، يتم التمييز بين نوعين رئيسيين من الخلايا: بدائية النواة وحقيقية النواة. الفرق الرئيسي بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة هو تنظيم أجهزتها الوراثية: في بدائيات النوى يقع مباشرة في السيتوبلازم (تسمى هذه المنطقة من السيتوبلازم نووي) ولا ينفصل عنه بهياكل غشائية، بينما في حقيقيات النوى يتركز معظم الحمض النووي في النواة، محاطًا بغشاء مزدوج. بالإضافة إلى ذلك، فإن المعلومات الوراثية للخلايا بدائية النواة، الموجودة في النواة، مكتوبة في جزيء الحمض النووي الدائري، بينما في حقيقيات النوى تكون جزيئات الحمض النووي مفتوحة.

على عكس حقيقيات النوى، يحتوي سيتوبلازم الخلايا بدائية النواة أيضًا على عدد صغير من العضيات، بينما تتميز الخلايا حقيقية النواة بتنوع كبير في هذه الهياكل.

هيكل ووظائف الأغشية البيولوجية

هيكل الغشاء الحيوي.تتمتع الأغشية المحيطة بالخلايا والعضيات الغشائية للخلايا حقيقية النواة بتركيبة وبنية كيميائية مشتركة. وهي تشمل الدهون والبروتينات والكربوهيدرات. يتم تمثيل الدهون الغشائية بشكل رئيسي بواسطة الدهون الفوسفاتية والكوليسترول. معظم البروتينات الغشائية هي بروتينات معقدة، مثل البروتينات السكرية. لا توجد الكربوهيدرات بشكل مستقل في الغشاء، فهي مرتبطة بالبروتينات والدهون. سمك الأغشية 7-10 نانومتر.

وفقًا لنموذج الفسيفساء السائل المقبول عمومًا حاليًا لبنية الغشاء، تشكل الدهون طبقة مزدوجة، أو الدهون طبقة ثنائية، حيث تكون "رؤوس" جزيئات الدهون المحبة للماء متجهة إلى الخارج، ويتم إخفاء "ذيول" كارهة للماء داخل الغشاء. هذه "الذيول"، بسبب كارهتها للماء، تضمن فصل المراحل المائية للبيئة الداخلية للخلية وبيئتها. مع استخدام الدهون أنواع مختلفةالتفاعلات هي البروتينات ذات الصلة. توجد بعض البروتينات على سطح الغشاء. تسمى هذه البروتينات الطرفية، أو سطحي. البروتينات الأخرى مغمورة جزئيًا أو كليًا في الغشاء - هذه هي أساسي،أو البروتينات المغمورة. تؤدي بروتينات الغشاء وظائف هيكلية ونقلية وتحفيزية ومستقبلية ووظائف أخرى.

الأغشية ليست مثل البلورات، فمكوناتها في حالة حركة مستمرة، ونتيجة لذلك تظهر فجوات بين جزيئات الدهون - المسام التي يمكن من خلالها الدخول إلى الخلية أو الخروج منها مواد مختلفة.

تختلف الأغشية البيولوجية في موقعها في الخلية وفي تركيبها الكيميائي ووظائفها. الأنواع الرئيسية للأغشية هي البلازما والداخلية. غشاء بلازمييحتوي على حوالي 45% دهون (بما في ذلك الجليكوليبيدات)، 50% بروتينات و 5% كربوهيدرات. سلاسل الكربوهيدرات، التي هي جزء من البروتينات المعقدة - البروتينات السكرية والدهون السكرية المعقدة، تبرز فوق سطح الغشاء. البروتينات السكرية في البلازما محددة للغاية. على سبيل المثال، يتم استخدامها للتعرف المتبادل على الخلايا، بما في ذلك الحيوانات المنوية والبويضة.

على سطح الخلايا الحيوانية، تشكل سلاسل الكربوهيدرات طبقة سطحية رقيقة - مركب السكر.تم اكتشافه في جميع الخلايا الحيوانية تقريبًا، لكن درجة تعبيره تختلف (10-50 ميكرومتر). يوفر الكأس السكري اتصالاً مباشرًا بين الخلية والبيئة الخارجية، حيث يحدث الهضم خارج الخلية؛ توجد المستقبلات في الكأس السكري. بالإضافة إلى البلازماليما، فإن خلايا البكتيريا والنباتات والفطريات محاطة أيضًا بأغشية الخلايا.

الأغشية الداخليةتحدد الخلايا حقيقية النواة أجزاء مختلفة من الخلية، وتشكل "مقصورات" غريبة - مقصورات، مما يعزز فصل عمليات التمثيل الغذائي والطاقة المختلفة. وقد تختلف في التركيب الكيميائي والوظائف، ولكن مخططها الهيكلي العام يبقى كما هو.

وظائف الغشاء:

1. الحد.والفكرة هي أنها تفصل الفضاء الداخلي للخلية عن البيئة الخارجية. الغشاء شبه نافذ، أي أن تلك المواد التي تحتاجها الخلية فقط هي التي يمكنها المرور بحرية من خلاله، وهناك آليات لنقل المواد الضرورية.
2. مستقبل.ويرتبط في المقام الأول بإدراك الإشارات البيئية ونقل هذه المعلومات إلى الخلية. بروتينات المستقبلات الخاصة مسؤولة عن هذه الوظيفة. البروتينات الغشائية مسؤولة أيضًا عن التعرف الخلوي وفقًا لمبدأ "الصديق أو العدو"، وكذلك تكوين الوصلات بين الخلايا، وأكثرها دراسة هي المشابك العصبية للخلايا العصبية.
3. المحفز.توجد العديد من مجمعات الإنزيمات على الأغشية، ونتيجة لذلك تحدث عمليات اصطناعية مكثفة عليها.
4. تحويل الطاقة.يرتبط بتكوين الطاقة وتخزينها على شكل ATP واستهلاكها.
5. التقسيم.تحدد الأغشية أيضًا المساحة داخل الخلية، وبالتالي تفصل المواد الأولية للتفاعل والإنزيمات التي يمكنها تنفيذ التفاعلات المقابلة.
6. تشكيل الاتصالات بين الخلايا.على الرغم من أن سمك الغشاء صغير جدًا بحيث لا يمكن تمييزه بالعين المجردة، إلا أنه من ناحية، يعمل كحاجز موثوق إلى حد ما للأيونات والجزيئات، وخاصة القابلة للذوبان في الماء، ومن ناحية أخرى ، ويضمن نقلهم داخل وخارج الخلية.
7. ينقل.

نقل الغشاء.نظرًا لحقيقة أن الخلايا، باعتبارها أنظمة بيولوجية أولية، هي أنظمة مفتوحة لضمان التمثيل الغذائي والطاقة والحفاظ على التوازن والنمو والتهيج وغيرها من العمليات، فإن نقل المواد عبر الغشاء - النقل الغشائي - مطلوب. حاليًا ، ينقسم نقل المواد عبر غشاء الخلية إلى نشط وسلبي وداخلي وإيماس.

النقل السلبي- هذا نوع من النقل يحدث دون استهلاك الطاقة من التركيزات الأعلى إلى التركيزات الأقل. تخترق الجزيئات الصغيرة غير القطبية القابلة للذوبان في الدهون (O 2، CO 2) الخلية بسهولة انتشار بسيط. يتم التقاط المواد غير القابلة للذوبان في الدهون، بما في ذلك الجزيئات الصغيرة المشحونة، بواسطة البروتينات الحاملة أو تمر عبر قنوات خاصة (الجلوكوز، الأحماض الأمينية، K +، PO 4 3-). ويسمى هذا النوع من النقل السلبي نشر الميسر. يدخل الماء إلى الخلية من خلال المسام الموجودة في المرحلة الدهنية، وكذلك من خلال قنوات خاصة مبطنة بالبروتينات. يسمى نقل الماء عبر الغشاء عن طريق التناضح.

يعتبر التناضح في غاية الأهمية في حياة الخلية، لأنه إذا تم وضعه في محلول يحتوي على تركيز أملاح أعلى من محلول الخلية، فإن الماء سيبدأ في مغادرة الخلية وسيبدأ حجم المحتويات الحية في التناقص. في الخلايا الحيوانية تتقلص الخلية ككل، وفي الخلايا النباتية يتخلف السيتوبلازم خلف جدار الخلية، وهو ما يسمى تحلل البلازما. عندما يتم وضع الخلية في محلول أقل تركيزا من السيتوبلازم، يحدث نقل الماء في الاتجاه المعاكس - إلى داخل الخلية. ومع ذلك، هناك حدود لتمدد الغشاء السيتوبلازمي، وفي نهاية المطاف تتمزق الخلية الحيوانية، في حين أن الخلية النباتية لا تسمح بحدوث ذلك بسبب جدارها الخلوي القوي. تسمى ظاهرة ملء كامل الحيز الداخلي للخلية بالمحتويات الخلوية تحلل البلازما. يجب أن يؤخذ تركيز الأملاح داخل الخلايا في الاعتبار عند تحضير الأدوية، خاصة للإعطاء عن طريق الوريد، لأن ذلك قد يؤدي إلى تلف خلايا الدم (لهذا الاستخدام مالحةبتركيز 0.9% كلوريد الصوديوم). وهذا لا يقل أهمية عند زراعة الخلايا والأنسجة وكذلك الأعضاء الحيوانية والنباتية.

النقل النشطالعائدات من إنفاق طاقة ATP من تركيز أقل للمادة إلى تركيز أعلى. يتم تنفيذه باستخدام بروتينات المضخة الخاصة. تضخ البروتينات K + , Na + , Ca 2+ وأيونات أخرى عبر الغشاء، مما يعزز نقل المواد العضوية الأساسية، وكذلك ظهور النبضات العصبية، وما إلى ذلك.

الالتقام- هذا عملية نشطةامتصاص الخلية للمواد، حيث يشكل الغشاء غزوات ثم يشكل حويصلات غشائية - البلغوماتوالتي تحتوي على الكائنات الممتصة. ثم يندمج الليزوزوم الأولي مع الجسيم البلعمي ويتشكل ليسوسوم ثانوي، أو الجسيم البلعمي، أو فجوة هضمية. يتم هضم محتويات الحويصلة بواسطة إنزيمات الليزوزوم، ويتم امتصاص منتجات التحلل واستيعابها بواسطة الخلية. تتم إزالة البقايا غير المهضومة من الخلية عن طريق exocytosis. هناك نوعان رئيسيان من الالتقام: البلعمة واحتساء الخلايا.

البلعمةهي عملية التقاط سطح الخلية وامتصاص الجزيئات الصلبة بواسطة الخلية، و احتساء الخلايا- السوائل. تحدث البلعمة بشكل رئيسي في الخلايا الحيوانية (الحيوانات وحيدة الخلية، كريات الدم البيضاء البشرية)، فهي توفر لهم التغذية وغالباً ما تحمي الجسم. عن طريق كثرة الخلايا، يتم امتصاص البروتينات ومجمعات الأجسام المضادة للمستضد أثناء التفاعلات المناعية، وما إلى ذلك. ومع ذلك، تدخل العديد من الفيروسات أيضًا إلى الخلية عن طريق احتساء الخلايا أو البلعمة. في الخلايا النباتية والفطرية، تكون البلعمة مستحيلة عمليا، لأنها محاطة بأغشية خلايا متينة.

طرد خلوي- عملية عكسية للالتقام الخلوي. وبهذه الطريقة يتم إخراج بقايا الطعام غير المهضوم من الفجوات الهضمية، وإزالة المواد الضرورية لحياة الخلية والجسم ككل. على سبيل المثال، يحدث انتقال النبضات العصبية بسبب إطلاق الخلايا العصبية المرسلة للنبضات رسائل كيميائية - وسطاءوفي الخلايا النباتية، يتم إفراز الكربوهيدرات المساعدة لغشاء الخلية.

جدران الخلايا من الخلايا النباتية والفطريات والبكتيريا.خارج الغشاء، يمكن للخلية أن تفرز إطارًا قويًا - غشاء الخلية،أو جدار الخلية.

في النباتات، أساس جدار الخلية هو السليلوزمعبأة في حزم من 50-100 جزيء. تمتلئ الفراغات بينهما بالماء والكربوهيدرات الأخرى. يتخلل جدار الخلية النباتية الأنابيب - روابط بلازمية، والتي تمر من خلالها أغشية الشبكة الإندوبلازمية. تقوم Plasmodesmata بنقل المواد بين الخلايا. ومع ذلك، فإن نقل المواد، مثل الماء، يمكن أن يحدث أيضًا على طول جدران الخلايا نفسها. مع مرور الوقت، تتراكم مواد مختلفة، بما في ذلك العفص أو المواد الشبيهة بالدهون، في جدار الخلية للنباتات، مما يؤدي إلى تلبيس جدار الخلية نفسه أو تهذيبه، وإزاحة الماء وموت المحتويات الخلوية. توجد بين جدران خلايا الخلايا النباتية المجاورة فواصل تشبه الهلام - وهي صفائح وسطية تربطها ببعضها البعض وتثبت جسم النبات ككل. يتم تدميرها فقط أثناء عملية نضج الثمار وعندما تتساقط الأوراق.

تتشكل جدران الخلايا للخلايا الفطرية الكيتين- كربوهيدرات تحتوي على النيتروجين. إنها قوية جدًا وهي الهيكل العظمي الخارجي للخلية، ولكنها، كما هو الحال في النباتات، تمنع البلعمة.

في البكتيريا، يحتوي جدار الخلية على الكربوهيدرات مع شظايا الببتيد - مورينومع ذلك، فإن محتواه يختلف بشكل كبير بين مجموعات مختلفةبكتيريا. ويمكن أيضًا أن تفرز السكريات المتعددة الأخرى أعلى جدار الخلية، لتشكل كبسولة مخاطية تحمي البكتيريا من التأثيرات الخارجية.

يحدد الغشاء شكل الخلية، ويعمل كدعم ميكانيكي، ويؤدي وظيفة وقائية، ويوفر الخصائص الاسموزية للخلية، مما يحد من تمدد المحتويات الحية ويمنع تمزق الخلية الذي يزداد بسبب دخول الماء. . بالإضافة إلى ذلك فإن الماء والمواد المذابة فيه تتغلب على جدار الخلية قبل دخول السيتوبلازم أو على العكس عند الخروج منه، بينما ينتقل الماء عبر جدران الخلايا بشكل أسرع منه عبر السيتوبلازم.

السيتوبلازم

السيتوبلازم- هذه هي المحتويات الداخلية للخلية. تنغمس فيه جميع عضيات الخلية والنواة والنفايات المختلفة.

يربط السيتوبلازم جميع أجزاء الخلية ببعضها البعض، وتحدث العديد من التفاعلات الأيضية فيه. يتم فصل السيتوبلازم عن البيئة وينقسم إلى أجزاء بواسطة الأغشية، أي أن الخلايا لها بنية غشائية. يمكن أن يكون في حالتين - سول وهلام. سول- هذه حالة شبه سائلة تشبه الهلام من السيتوبلازم، حيث تتم العمليات الحيوية بكثافة أكبر، و هلام- حالة هلامية أكثر كثافة تعيق حدوث التفاعلات الكيميائية ونقل المواد.

يسمى الجزء السائل من السيتوبلازم بدون عضيات الهيالوبلازم. الهيالوبلازم، أو السيتوسول، هو محلول غرواني يوجد فيه نوع من تعليق جزيئات كبيرة إلى حد ما، على سبيل المثال البروتينات، محاطة بثنائيات أقطاب جزيئات الماء. لا يحدث هطول هذا التعليق بسبب حقيقة أنهما يحملان نفس الشحنة ويتنافران.

العضيات

العضيات- هذه مكونات دائمة للخلية تؤدي وظائف محددة.

اعتمادًا على خصائصها الهيكلية، يتم تقسيمها إلى غشائية وغير غشائية. غشاءوتصنف العضيات بدورها على أنها غشاء واحد (الشبكة الإندوبلازمية، مجمع جولجي والجسيمات الحالة) أو غشاء مزدوج (الميتوكوندريا والبلاستيدات والنواة). غير الغشاءالعضيات هي الريبوسومات، الأنابيب الدقيقة، الخيوط الدقيقة ومركز الخلية. من العضيات المدرجة، الريبوسومات فقط هي المتأصلة في بدائيات النوى.

هيكل ووظائف النواة. جوهر- عضية كبيرة ذات غشاء مزدوج تقع في وسط الخلية أو في محيطها. يمكن أن تتراوح أبعاد النواة من 3 إلى 35 ميكرون. غالبًا ما يكون شكل النواة كرويًا أو إهليلجيًا، ولكن هناك أيضًا نوى على شكل قضيب، أو مغزلي، أو على شكل حبة الفول، أو مفصصة، وحتى مجزأة. ويعتقد بعض الباحثين أن شكل النواة يتوافق مع شكل الخلية نفسها.

تحتوي معظم الخلايا على نواة واحدة، ولكن، على سبيل المثال، في خلايا الكبد والقلب يمكن أن يكون هناك نواة، وفي عدد من الخلايا العصبية - ما يصل إلى 15. تحتوي ألياف العضلات الهيكلية عادة على العديد من النوى، لكنها ليست خلايا. بالمعنى الكامل للكلمة، لأنها تتشكل نتيجة اندماج عدة خلايا.

النواة محاطة المغلف النووي، ومساحته الداخلية ممتلئة عصير نووي، أو النواة (الكريوبلازما)، حيث هم منغمسون الكروماتينيةو نوية. تؤدي النواة وظائف مهمة مثل تخزين ونقل المعلومات الوراثية، وكذلك التحكم في حياة الخلية.

لقد تم إثبات دور النواة في نقل المعلومات الوراثية بشكل مقنع في التجارب التي أجريت على الطحالب الخضراء Acetabularia. في خلية عملاقة واحدة يصل طولها إلى 5 سم، تتميز بغطاء وساق وجذور جذرية. علاوة على ذلك، فهو يحتوي على نواة واحدة فقط تقع في الجذور. في الثلاثينيات من القرن الماضي، قام آي. هيمرلينغ بزرع نواة أحد أنواع الحُقِّيات ذات اللون الأخضر في جذر نوع آخر ذو لون بني، والذي تم إزالة النواة منه. وبعد مرور بعض الوقت، نما النبات ذو النواة المزروعة غطاءً جديدًا، مثل الطحالب المانحة للنواة. في الوقت نفسه، مات الغطاء أو الساق، المنفصل عن الجذور ولا يحتوي على نواة، بعد مرور بعض الوقت.

المغلف النووييتكون من غشاءين - خارجي وداخلي، بينهما مساحة. يتواصل الفضاء بين الغشاء مع تجويف الشبكة الإندوبلازمية الخشنة، ويمكن للغشاء الخارجي للنواة أن يحمل الريبوسومات. يتخلل الغلاف النووي العديد من المسام المبطنة ببروتينات خاصة. يتم نقل المواد عبر المسام: تدخل البروتينات الضرورية (بما في ذلك الإنزيمات) والأيونات والنيوكليوتيدات والمواد الأخرى إلى النواة، وتتركها جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات المستهلكة ووحدات الريبوسومات الفرعية. وبالتالي فإن وظائف الغلاف النووي هي فصل محتويات النواة عن السيتوبلازم، وكذلك تنظيم عملية التمثيل الغذائي بين النواة والسيتوبلازم.

النواةتسمى محتويات النواة التي ينغمس فيها الكروماتين والنوية. وهو محلول غرواني، يشبه كيميائيا السيتوبلازم. تحفز إنزيمات النيوكليوبلازم تبادل الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والبروتينات وما إلى ذلك. ويرتبط النيوكليوبلازم بالهيالوبلازم من خلال المسام النووية. تتمثل وظائف النواة، مثل الهيالوبلازم، في ضمان الترابط بين جميع المكونات الهيكلية للنواة وتنفيذ عدد من التفاعلات الأنزيمية.

الكروماتينيةتسمى مجموعة من الخيوط الرقيقة والحبيبات المغمورة في البلازما النووية. لا يمكن اكتشافه إلا عن طريق التلوين، لأن مؤشرات انكسار الكروماتين والبلازما النووية متماثلة تقريبًا. يسمى المكون الخيطي للكروماتين الكروماتين الحقيقيوالحبيبية - الكروماتين المغاير. يتم ضغط الكروماتين الحقيقي بشكل ضعيف، حيث تتم قراءة المعلومات الوراثية منه، في حين أن الهيتروكروماتين الحلزوني غير نشط وراثيًا.

الكروماتين هو تعديل هيكلي للكروموسومات في نواة غير مقسمة. وهكذا، فإن الكروموسومات موجودة باستمرار في النواة، ولا تتغير حالتها إلا حسب الوظيفة التي تؤديها النواة في الوقت الحالي.

يتضمن تركيب الكروماتين بشكل أساسي بروتينات البروتين النووي (البروتينات النووية الريبية منقوص الأكسجين والبروتينات النووية الريبية)، بالإضافة إلى الإنزيمات التي يرتبط أهمها بتخليق الأحماض النووية، وبعض المواد الأخرى.

تتمثل وظائف الكروماتين، أولاً، في تخليق الأحماض النووية الخاصة بكائن معين، والتي توجه تخليق بروتينات محددة، وثانيًا، في نقل الخصائص الوراثية من الخلية الأم إلى الخلايا الوليدة، ولهذا الغرض يتم يتم تجميع خيوط الكروماتين في الكروموسومات أثناء عملية التقسيم.

نوية- جسم كروي يمكن رؤيته بوضوح تحت المجهر، قطره 1-3 ميكرون. يتم تشكيله على أقسام من الكروماتين يتم فيها تشفير المعلومات حول بنية الرنا الريباسي (rRNA) وبروتينات الريبوسوم. غالبًا ما يكون هناك نواة واحدة فقط في النواة، ولكن في تلك الخلايا التي تحدث فيها عمليات حيوية مكثفة، قد يكون هناك نويتين أو أكثر. وظائف النواة هي تخليق الرنا الريباسي (rRNA) وتجميع وحدات الريبوسوم الفرعية من خلال الجمع بين الرنا الريباسي (rRNA) والبروتينات القادمة من السيتوبلازم.

الميتوكوندريا- عضيات ذات غشاء مزدوج ذات شكل دائري أو بيضاوي أو قضيبي، على الرغم من وجود عضيات حلزونية الشكل أيضًا (في الحيوانات المنوية). يصل قطر الميتوكوندريا إلى 1 ميكرومتر، ويصل طولها إلى 7 ميكرومتر. تمتلئ المساحة داخل الميتوكوندريا بالمصفوفة. مصفوفة- هذه هي المادة الرئيسية للميتوكوندريا. ينغمس فيه جزيء DNA الدائري والريبوسومات. الغشاء الخارجي للميتوكوندريا أملس وغير منفذ للعديد من المواد. الغشاء الداخلي لديه نتوءات - cristasمما يزيد من مساحة سطح الأغشية لحدوث التفاعلات الكيميائية. يوجد على سطح الغشاء العديد من مجمعات البروتين التي تشكل ما يسمى بالسلسلة التنفسية، بالإضافة إلى إنزيمات إنزيم ATP على شكل فطر. تحدث المرحلة الهوائية للتنفس في الميتوكوندريا، حيث يتم تصنيع ATP.

البلاستيدات- عضيات كبيرة ذات غشاء مزدوج، مميزة فقط للخلايا النباتية. الفراغ الداخليمملوءة بالبلاستيد سدى، أو مصفوفة. تحتوي السدى على نظام أكثر أو أقل تطوراً من الحويصلات الغشائية - ثايلاكويدات، والتي يتم جمعها في أكوام - بقولياتبالإضافة إلى جزيء الحمض النووي الدائري والريبوسومات الخاصة به. هناك أربعة أنواع رئيسية من البلاستيدات: البلاستيدات الخضراء، والبلاستيدات الملونة، والبلاستيدات البيضاء، والبروبلاستيدات.

البلاستيدات الخضراء- هذه بلاستيدات خضراء يبلغ قطرها 3-10 ميكرون ويمكن رؤيتها بوضوح تحت المجهر. توجد فقط في الأجزاء الخضراء من النباتات - الأوراق والسيقان الصغيرة والزهور والفواكه. تكون البلاستيدات الخضراء بشكل عام بيضاوية أو إهليلجية الشكل، ولكن يمكن أيضًا أن تكون على شكل كوب أو على شكل حلزوني أو حتى مفصصة. يتراوح عدد البلاستيدات الخضراء في الخلية من 10 إلى 100 قطعة. ومع ذلك، على سبيل المثال، في بعض الطحالب قد يكون واحدًا، له أبعاد كبيرة وشكل معقد - ثم يطلق عليه كروماتوفور. وفي حالات أخرى، يمكن أن يصل عدد البلاستيدات الخضراء إلى عدة مئات، في حين أن أحجامها صغيرة. يرجع لون البلاستيدات الخضراء إلى الصبغة الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي - الكلوروفيلعلى الرغم من أنها تحتوي أيضًا على أصباغ إضافية - الكاروتينات. تصبح الكاروتينات ملحوظة فقط في الخريف، عندما يتحلل الكلوروفيل الموجود في الأوراق القديمة. وتتمثل المهمة الرئيسية للبلاستيدات الخضراء في عملية التمثيل الضوئي. تحدث التفاعلات الضوئية لعملية التمثيل الضوئي على أغشية الثايلاكويد، التي ترتبط بها جزيئات الكلوروفيل، وتحدث التفاعلات المظلمة في السدى، حيث تحتوي على العديد من الإنزيمات.

البلاستيدات الملونة- وهي بلاستيدات صفراء وبرتقالية وحمراء تحتوي على أصباغ كاروتينويد. يمكن أيضًا أن يختلف شكل البلاستيدات الملونة بشكل كبير: يمكن أن تكون أنبوبية أو كروية أو بلورية، وما إلى ذلك. تعطي البلاستيدات الملونة اللون لزهور وثمار النباتات، وتجذب الملقحات وموزعي البذور والفواكه.

الكريات البيض- وهي بلاستيدات بيضاء أو عديمة اللون، ومعظمها مستديرة أو بيضاوية الشكل. وهي شائعة في الأجزاء التي لا تقوم بعملية التمثيل الضوئي من النباتات، على سبيل المثال في قشر الأوراق ودرنات البطاطس وما إلى ذلك. وتقوم بتخزين العناصر الغذائية، وغالبًا ما تكون النشا، ولكن في بعض النباتات يمكن أن تكون بروتينات أو زيتًا.

تتشكل البلاستيدات في الخلايا النباتية من البروبلاستيدات الموجودة بالفعل في خلايا الأنسجة التعليمية وهي أجسام صغيرة ذات غشاء مزدوج. في المراحل المبكرة من التطور، تكون أنواع مختلفة من البلاستيدات قادرة على التحول إلى بعضها البعض: عندما تتعرض للضوء، تتحول البلاستيدات البيضاء في درنة البطاطس والبلاستيدات الملونة في جذر الجزر إلى اللون الأخضر.

تسمى البلاستيدات والميتوكوندريا عضيات الخلية شبه المستقلة، لأنها تحتوي على جزيئات الحمض النووي والريبوسومات الخاصة بها، وتقوم بتخليق البروتين وتنقسم بشكل مستقل عن انقسام الخلايا. يتم تفسير هذه الميزات من خلال أصلها من كائنات بدائية النواة أحادية الخلية. ومع ذلك، فإن "استقلال" الميتوكوندريا والبلاستيدات محدود، لأن الحمض النووي الخاص بها يحتوي على عدد قليل جدًا من الجينات للوجود الحر، في حين يتم تشفير بقية المعلومات في كروموسومات النواة، مما يسمح لها بالتحكم في هذه العضيات.

الشبكة الإندوبلازمية (ER)، أو الشبكة الإندوبلازمية (ER)، عبارة عن عضية أحادية الغشاء، وهي عبارة عن شبكة من تجاويف وأنابيب غشائية تشغل ما يصل إلى 30٪ من محتويات السيتوبلازم. يبلغ قطر أنابيب EPS حوالي 25-30 نانومتر. هناك نوعان من EPS - خشن وسلس. XPS الخاميحمل الريبوسومات، حيث يحدث تخليق البروتين. XPS سلسيفتقر إلى الريبوسومات. وتتمثل مهمتها في تخليق الدهون والكربوهيدرات، وكذلك نقل وتخزين وتحييد المواد السامة. تم تطويره بشكل خاص في تلك الخلايا التي تحدث فيها عمليات التمثيل الغذائي المكثف، على سبيل المثال في خلايا الكبد - خلايا الكبد - وألياف العضلات والهيكل العظمي. يتم نقل المواد المصنعة في الشبكة الإندوبلازمية إلى جهاز جولجي. يحدث تجميع أغشية الخلايا أيضًا في غرفة الطوارئ، لكن تكوينها يكتمل في جهاز جولجي.

جهاز جولجي،أو مجمع جولجي، عبارة عن عضية أحادية الغشاء تتكون من نظام من الصهاريج المسطحة والأنابيب والحويصلات المنفصلة عنها. الوحدة الهيكلية لجهاز جولجي هي dictyosome- كومة من الخزانات، عند أحد القطبين تأتي مواد من EPS، ومن القطب المقابل، بعد أن خضعت لتحولات معينة، يتم تعبئتها في حويصلات وإرسالها إلى أجزاء أخرى من الخلية. يبلغ قطر الخزانات حوالي 2 ميكرون، ويبلغ قطر الفقاعات الصغيرة حوالي 20-30 ميكرون. تتمثل الوظائف الرئيسية لمجمع جولجي في تخليق مواد معينة وتعديل (تغيير) البروتينات والدهون والكربوهيدرات القادمة من الشبكة الإندوبلازمية، والتكوين النهائي للأغشية، وكذلك نقل المواد في جميع أنحاء الخلية، وتجديد بنيتها. وتكوين الليزوزومات. حصل جهاز جولجي على اسمه تكريما للعالم الإيطالي كاميلو جولجي، الذي اكتشف هذه العضية لأول مرة (1898).

الجسيمات المحللة- عضيات صغيرة ذات غشاء واحد يصل قطرها إلى 1 ميكرومتر، والتي تحتوي على إنزيمات التحلل المائي المشاركة في عملية الهضم داخل الخلايا. إن أغشية الليزوزومات ضعيفة النفاذية لهذه الإنزيمات، وبالتالي فإن الليزوزومات تؤدي وظائفها بدقة شديدة وبشكل مستهدف. وبالتالي، فإنها تقوم بدور فعال في عملية البلعمة، وتشكل فجوات هضمية، وفي حالة المجاعة أو تلف أجزاء معينة من الخلية، فإنها تهضمها دون التأثير على الآخرين. تم اكتشاف دور الليزوزومات في عمليات موت الخلايا مؤخرًا.

فجوة عصاريةهو تجويف في سيتوبلازم الخلايا النباتية والحيوانية، محاط بغشاء ومملوء بالسائل. توجد فجوات هضمية ومقلصة في الخلايا الأولية. الأول يشارك في عملية البلعمة، حيث يقوم بتكسير العناصر الغذائية. هذا الأخير يضمن الحفاظ على توازن الماء والملح بسبب التناضح. في الحيوانات متعددة الخلايا، توجد الفجوات الهضمية بشكل رئيسي.

في الخلايا النباتية، توجد فجوات دائمًا، وهي محاطة بغشاء خاص ومليئة بعصارة الخلية. يشبه الغشاء المحيط بالفجوة في التركيب الكيميائي والبنية والوظائف غشاء البلازما. عصارة الخليةيمثل المحلول المائيالمواد غير العضوية والعضوية المختلفة، بما في ذلك الأملاح المعدنية، الأحماض العضويةوالكربوهيدرات والبروتينات والجليكوسيدات والقلويدات وما إلى ذلك. يمكن أن تشغل الفجوة ما يصل إلى 90٪ من حجم الخلية وتدفع النواة إلى المحيط. يؤدي هذا الجزء من الخلية وظائف التخزين والإخراج والتناضح والحماية والليزوزومية وغيرها من الوظائف، لأنه يجمع العناصر الغذائية والفضلات، ويضمن إمداد المياه ويحافظ على شكل الخلية وحجمها، ويحتوي أيضًا على إنزيمات لتكسير الخلايا. العديد من مكونات الخلية. بالإضافة إلى ذلك، فإن المواد النشطة بيولوجيا الموجودة في الفجوات يمكن أن تمنع العديد من الحيوانات من أكل هذه النباتات. في عدد من النباتات، بسبب تورم الفجوات، يحدث نمو الخلايا عن طريق الاستطالة.

توجد الفجوات أيضًا في خلايا بعض الفطريات والبكتيريا، ولكنها في الفطريات تؤدي وظيفة التنظيم التناضحي فقط، بينما في البكتيريا الزرقاء تحافظ على الطفو وتشارك في عملية استيعاب النيتروجين من الهواء.

الريبوسومات- عضيات صغيرة غير غشائية يبلغ قطرها 15-20 ميكرون، وتتكون من وحدتين فرعيتين - كبيرة وصغيرة. يتم تجميع وحدات الريبوسوم حقيقية النواة في النواة ثم يتم نقلها إلى السيتوبلازم. الريبوسومات في بدائيات النوى والميتوكوندريا والبلاستيدات أصغر حجمًا من الريبوسومات في حقيقيات النوى. تشمل الوحدات الفرعية الريبوسومية الرنا الريباسي (rRNA) والبروتينات.

يمكن أن يصل عدد الريبوسومات في الخلية إلى عدة عشرات الملايين: في السيتوبلازم والميتوكوندريا والبلاستيدات تكون في حالة حرة، وفي حالة ER الخام - في حالة مقيدة. إنهم يشاركون في تخليق البروتين، على وجه الخصوص، ينفذون عملية الترجمة - التخليق الحيوي لسلسلة بولي ببتيد على جزيء mRNA. تقوم الريبوسومات الحرة بتصنيع بروتينات الهيالوبلازم والميتوكوندريا والبلاستيدات وبروتينات الريبوسوم الخاصة بها، بينما تقوم الريبوسومات المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية الخام بترجمة البروتينات لإزالتها من الخلايا وتجميع الغشاء وتكوين الجسيمات الحالة والفجوات.

يمكن العثور على الريبوسومات منفردة في الهيالوبلازم أو تجميعها في مجموعات أثناء التوليف المتزامن لعدة سلاسل ببتيدية على مرنا واحد. تسمى هذه المجموعات من الريبوسومات متعددات الريبوسومات، أو الجسيمات المتعددة.

أنابيب مجهرية- وهي عضيات أسطوانية مجوفة غير غشائية تخترق سيتوبلازم الخلية بالكامل. يبلغ قطرها حوالي 25 نانومتر، وسمك الجدار 6-8 نانومتر. يتم تشكيلها بواسطة العديد من جزيئات البروتين توبولين,والتي تشكل في البداية 13 خيطًا تشبه الخرز ثم تتجمع في أنبوب صغير. تشكل الأنابيب الدقيقة شبكة السيتوبلازم، التي تعطي شكل الخلية وحجمها، وتربط غشاء البلازما بأجزاء أخرى من الخلية، وتضمن نقل المواد في جميع أنحاء الخلية، وتشارك في حركة الخلية والمكونات داخل الخلايا، وكذلك في تقسيم المادة الوراثية. إنها جزء من مركز الخلية وعضيات الحركة - السوط والأهداب.

خيوط دقيقة,أو خيوط دقيقة، هي أيضًا عضيات غير غشائية، ومع ذلك، فهي ذات شكل خيطي ولا تتشكل بواسطة التوبولين، ولكن أكتين. يشاركون في عمليات النقل الغشائي والتعرف بين الخلايا وتقسيم السيتوبلازم في الخلية وفي حركتها. في الخلايا العضلية، يؤدي تفاعل خيوط الأكتين الدقيقة مع خيوط الميوسين إلى التوسط في الانكماش.

تشكل الأنابيب الدقيقة والألياف الدقيقة الهيكل الداخلي للخلية - الهيكل الخلوي. إنها شبكة معقدة من الألياف التي توفر الدعم الميكانيكي للغشاء البلازمي، وتحدد شكل الخلية، وموقع العضيات الخلوية وحركتها أثناء انقسام الخلايا.

مركز الخلية- عضية غير غشائية تقع في الخلايا الحيوانية بالقرب من النواة؛ فهو غائب في الخلايا النباتية. يبلغ طوله حوالي 0.2-0.3 ميكرون، وقطره 0.1-0.15 ميكرون. يتكون مركز الخلية من اثنين مركزيات، ملقاة في طائرات متعامدة بشكل متبادل، و المجال المشعمن الأنابيب الدقيقة. يتكون كل مريكز من تسع مجموعات من الأنابيب الدقيقة، مجمعة في مجموعات من ثلاثة، أي ثلاثة توائم. يشارك المركز الخلوي في عمليات تجميع الأنابيب الدقيقة، وتقسيم المادة الوراثية للخلية، وكذلك في تكوين الأسواط والأهداب.

عضيات الحركة. الأسواطو أهدابوهي نتوءات خلوية مغطاة بالبلازما. يتكون أساس هذه العضيات من تسعة أزواج من الأنابيب الدقيقة الموجودة على طول المحيط واثنين من الأنابيب الدقيقة الحرة في المركز. ترتبط الأنابيب الدقيقة ببعضها البعض البروتينات المختلفةمما يضمن انحرافهم المستمر عن محور التذبذب. تعتمد التذبذبات على الطاقة، أي أن طاقة روابط ATP عالية الطاقة يتم إنفاقها في هذه العملية. تعتبر استعادة السوط والأهداب المفقودة وظيفة الأجسام القاعدية، أو الحركيةتقع في قاعدتهم.

يبلغ طول الأهداب حوالي 10-15 نانومتر، وطول السوط 20-50 ميكرومتر. نظرًا للحركات الموجهة بشكل صارم للسوط والأهداب ، لا يتم تنفيذ حركة الحيوانات وحيدة الخلية والحيوانات المنوية وما إلى ذلك فحسب ، بل يحدث أيضًا التنظيف الجهاز التنفسي، تقدم البويضة على طول قناة فالوبلأن جميع هذه الأجزاء من جسم الإنسان مبطنة بظهارة مهدبة.

الادراج

الادراج- وهي مكونات غير دائمة في الخلية تتشكل وتختفي خلال حياتها. وتشمل كلاً من المواد الاحتياطية، على سبيل المثال، حبيبات النشا أو البروتين في الخلايا النباتية، وحبيبات الجليكوجين في خلايا الحيوانات والفطريات، والفولوتين في البكتيريا، وقطرات الدهون في جميع أنواع الخلايا، والفضلات، وعلى وجه الخصوص، بقايا الطعام لا يتم هضمها نتيجة البلعمة، وتشكل ما يسمى بالأجسام المتبقية.

العلاقة بين بنية ووظائف أجزاء وعضيات الخلية هي أساس سلامتها

كل جزء من أجزاء الخلية عبارة عن بنية منفصلة لها بنية ووظائف محددة، ومن ناحية أخرى، جزء من نظام أكثر تعقيدًا يسمى الخلية. تتركز معظم المعلومات الوراثية للخلية حقيقية النواة في النواة، لكن النواة نفسها غير قادرة على ضمان تنفيذها، حيث يتطلب ذلك على الأقل السيتوبلازم، الذي يعمل بمثابة المادة الرئيسية، والريبوسومات، التي يحدث فيها هذا التوليف . توجد معظم الريبوسومات على الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية، حيث يتم نقل البروتينات في أغلب الأحيان إلى مجمع جولجي، ثم، بعد التعديل، إلى أجزاء الخلية المخصصة لها، أو يتم إفرازها. يمكن تضمين التغليف الغشائي للبروتينات والكربوهيدرات في أغشية العضيات والغشاء السيتوبلازمي، مما يضمن تجديدها المستمر. كما تنفصل الجسيمات الحالة والفجوات، التي تؤدي وظائف مهمة، عن مجمع جولجي. على سبيل المثال، بدون الليزوزومات، ستتحول الخلايا بسرعة إلى نوع من مكب النفايات لجزيئات وهياكل النفايات.

ويتطلب حدوث كل هذه العمليات طاقة تنتجها الميتوكوندريا، وفي النباتات، تنتجها البلاستيدات الخضراء. وعلى الرغم من أن هذه العضيات مستقلة نسبيًا، نظرًا لأنها تمتلك جزيئات الحمض النووي الخاصة بها، إلا أن بعض بروتيناتها لا تزال مشفرة بواسطة الجينوم النووي ويتم تصنيعها في السيتوبلازم.

وبالتالي، فإن الخلية هي وحدة لا تنفصم من مكوناتها، كل منها يؤدي وظيفته الفريدة.

التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة هي خصائص الكائنات الحية. استقلاب الطاقة والبلاستيك، العلاقة بينهما. مراحل استقلاب الطاقة. التخمر والتنفس. التمثيل الضوئي، أهميته، دوره الكوني. مراحل عملية التمثيل الضوئي. ردود الفعل الخفيفة والمظلمة لعملية التمثيل الضوئي، وعلاقتها. التركيب الكيميائي. دور البكتيريا الكيميائية على الأرض

التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة - خصائص الكائنات الحية

يمكن تشبيه الخلية بمصنع كيميائي مصغر تجري فيه مئات وآلاف التفاعلات الكيميائية.

الاسْتِقْلاب- مجموعة من التحولات الكيميائية التي تهدف إلى الحفاظ على النظم البيولوجية وتكاثرها الذاتي.

ويشمل دخول المواد إلى الجسم أثناء التغذية والتنفس أو التمثيل الغذائي داخل الخلايا أو الاسْتِقْلابوكذلك عزل المنتجات الأيضية النهائية.

يرتبط التمثيل الغذائي ارتباطًا وثيقًا بعمليات تحويل نوع من الطاقة إلى نوع آخر. على سبيل المثال، أثناء عملية التمثيل الضوئي، يتم تخزين الطاقة الضوئية على شكل طاقة الروابط الكيميائيةجزيئات عضوية معقدة، وأثناء عملية التنفس يتم إطلاقها وإنفاقها على تخليق جزيئات جديدة، وعمل ميكانيكي وتناضحي، وتبدد على شكل حرارة، وما إلى ذلك.

يتم ضمان حدوث التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية بفضل المحفزات البيولوجية ذات الطبيعة البروتينية - الانزيمات، أو الانزيمات. مثل المحفزات الأخرى، تعمل الإنزيمات على تسريع حدوث التفاعلات الكيميائية في الخلية بعشرات ومئات الآلاف من المرات، بل وتجعلها ممكنة في بعض الأحيان، ولكنها لا تغير طبيعة أو خصائص المنتج (المنتجات) النهائية للتفاعل وتفعل لا يغيرون أنفسهم. يمكن أن تكون الإنزيمات بروتينات بسيطة ومعقدة، والتي، بالإضافة إلى الجزء البروتيني، تتضمن أيضًا جزءًا غير بروتيني - العامل المساعد (الأنزيم). ومن أمثلة الإنزيمات الأميليز اللعابي، الذي يكسر السكريات أثناء المضغ لفترة طويلة، والبيبسين، الذي يضمن هضم البروتينات في المعدة.

تختلف الإنزيمات عن المحفزات غير البروتينية في خصوصيتها العالية للعمل، وزيادة كبيرة في معدل التفاعل بمساعدتها، وكذلك القدرة على تنظيم العمل عن طريق تغيير ظروف التفاعل أو تفاعل المواد المختلفة معها. بالإضافة إلى ذلك، فإن الظروف التي يحدث فيها التحفيز الأنزيمي تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك التي يحدث فيها التحفيز غير الأنزيمي: درجة الحرارة المثلى لعمل الإنزيمات في جسم الإنسان هي 37 درجة مئوية، ويجب أن يكون الضغط قريبًا من الغلاف الجوي، ويجب أن يكون الضغط الجوي قريبًا من الضغط الجوي. يمكن أن يتردد $pH$ للبيئة بشكل كبير. لذلك، للأميليز فمن الضروري بيئة قلويةوبالنسبة للبيبسين فهو حمضي.

تتمثل آلية عمل الإنزيمات في تقليل طاقة التنشيط للمواد (الركائز) التي تدخل في التفاعل بسبب تكوين مجمعات الركيزة الإنزيمية المتوسطة.

استقلاب الطاقة والبلاستيك، العلاقة بينهما

يتكون التمثيل الغذائي من عمليتين تحدثان في وقت واحد في الخلية: استقلاب البلاستيك والطاقة.

استقلاب البلاستيك (الاستقلاب، الاستيعاب)عبارة عن مجموعة من التفاعلات التوليفية التي تتضمن استهلاك طاقة ATP. في عملية التمثيل الغذائي للبلاستيك، يتم تصنيع المواد العضوية اللازمة للخلية. ومن أمثلة تفاعلات تبادل البلاستيك عملية التمثيل الضوئي، والتخليق الحيوي للبروتين، وتكرار الحمض النووي (التضاعف الذاتي).

استقلاب الطاقة (التقويض، التفكيك)هي مجموعة من التفاعلات التي تقوم بتفكيك المواد المعقدة إلى مواد أبسط. نتيجة لاستقلاب الطاقة، يتم إطلاق الطاقة وتخزينها على شكل ATP. أهم عمليات استقلاب الطاقة هي التنفس والتخمر.

يرتبط تبادل البلاستيك والطاقة ارتباطًا وثيقًا، حيث أنه في عملية تبادل البلاستيك يتم تصنيع المواد العضوية وهذا يتطلب طاقة ATP، وفي عملية تبادل الطاقة يتم تكسير المواد العضوية وإطلاق الطاقة، والتي سيتم إنفاقها بعد ذلك على عمليات التوليف .

تتلقى الكائنات الحية الطاقة أثناء عملية التغذية، وتطلقها وتحولها إلى شكل يمكن الوصول إليه بشكل رئيسي أثناء عملية التنفس. وفقًا لطريقة التغذية ، تنقسم جميع الكائنات الحية إلى ذاتية التغذية وغيرية التغذية. ذاتية التغذيةقادرة على تصنيع المواد العضوية بشكل مستقل من المواد غير العضوية، و متغايراستخدام المواد العضوية المعدة حصرا.

مراحل استقلاب الطاقة

على الرغم من تعقيد تفاعلات استقلاب الطاقة، إلا أنها تنقسم تقليديًا إلى ثلاث مراحل: التحضيرية واللاهوائية (خالية من الأكسجين) والهوائية (الأكسجين).

على المرحلة التحضيريةتنقسم جزيئات السكريات والدهون والبروتينات والأحماض النووية إلى جزيئات أبسط، على سبيل المثال الجلوكوز والجلسرين والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات وما إلى ذلك. يمكن أن تحدث هذه المرحلة مباشرة في الخلايا أو في الأمعاء، حيث يتم كسرها يتم تسليم المواد أسفل من خلال مجرى الدم.

المرحلة اللاهوائيةويصاحب استقلاب الطاقة المزيد من تقسيم مونومرات المركبات العضوية إلى منتجات وسيطة أبسط، على سبيل المثال، حمض البيروفيك، أو البيروفات. ولا تتطلب وجود الأكسجين، وبالنسبة للعديد من الكائنات الحية التي تعيش في طين المستنقعات أو في أمعاء الإنسان، فهي الطريقة الوحيدة للحصول على الطاقة. تحدث المرحلة اللاهوائية من استقلاب الطاقة في السيتوبلازم.

يمكن أن تخضع مواد مختلفة للانقسام الخالي من الأكسجين، ولكن في كثير من الأحيان يكون الجلوكوز هو الركيزة الأساسية للتفاعلات. وتسمى عملية الانقسام الخالي من الأكسجين تحلل السكر. أثناء تحلل السكر، يفقد جزيء الجلوكوز أربع ذرات هيدروجين، أي أنه يتأكسد، ويتكون جزيئين من حمض البيروفيك، وجزيئين من ATP وجزيئين من حامل الهيدروجين المخفض $NADH + H^(+)$:

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD → 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.

يحدث تكوين ATP من ADP نتيجة للانتقال المباشر لأنيون الفوسفات من السكر المفسفرة مسبقًا ويسمى فسفرة الركيزة.

المرحلة الهوائيةيمكن أن يحدث تبادل الطاقة فقط في وجود الأكسجين، بينما تتأكسد المركبات الوسيطة التي تتشكل أثناء الانقسام الخالي من الأكسجين إلى المنتجات النهائية (ثاني أكسيد الكربون والماء) ويتم إطلاق معظم الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية للمركبات العضوية. يتحول إلى طاقة روابط عالية الطاقة مكونة من 36 جزيء ATP. وتسمى هذه المرحلة أيضا التنفس الأنسجة. وفي غياب الأكسجين، تتحول المركبات الوسيطة إلى مواد عضوية أخرى، وهي عملية تسمى التخمير.

يتنفس

تظهر آلية التنفس الخلوي بشكل تخطيطي في الشكل.

يحدث التنفس الهوائي في الميتوكوندريا، حيث يفقد حمض البيروفيك أولاً ذرة كربون واحدة، والذي يصاحبه تخليق مكافئ مختزل واحد لـ $NADH + H^(+)$ وجزيء من مرافق إنزيم الأسيتيل A (أسيتيل CoA):

$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.

ويشارك أسيتيل CoA الموجود في مصفوفة الميتوكوندريا في سلسلة من التفاعلات الكيميائية، والتي تسمى في مجملها دورة كريبس (دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل، دورة حمض الستريك). خلال هذه التحولات، يتم تشكيل جزيئين ATP، ويتأكسد الأسيتيل CoA بالكامل إلى ثاني أكسيد الكربون، وتضاف أيونات الهيدروجين والإلكترونات الخاصة به إلى حاملات الهيدروجين $NADH + H^(+)$ و$FADH_2$. تنقل الناقلات بروتونات الهيدروجين والإلكترونات إلى الأغشية الداخلية للميتوكوندريا، وتشكل أعرافًا. بمساعدة البروتينات الحاملة، يتم ضخ بروتونات الهيدروجين في الفضاء بين الغشاء، ويتم نقل الإلكترونات من خلال ما يسمى بسلسلة الإنزيمات التنفسية الموجودة على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ويتم تفريغها على ذرات الأكسجين:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

وتجدر الإشارة إلى أن بعض بروتينات السلسلة التنفسية تحتوي على الحديد والكبريت.

من الفضاء بين الغشاء، يتم نقل بروتونات الهيدروجين مرة أخرى إلى مصفوفة الميتوكوندريا بمساعدة إنزيمات خاصة - سينسيز ATP، ويتم إنفاق الطاقة المنبعثة في هذه الحالة على تخليق 34 جزيء ATP من كل جزيء جلوكوز. هذه العملية تسمى الفسفرة التأكسدية. في مصفوفة الميتوكوندريا، تتفاعل بروتونات الهيدروجين مع جذور الأكسجين لتكوين الماء:

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

يمكن التعبير عن مجموعة تفاعلات تنفس الأكسجين على النحو التالي:

$2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATP.$

تبدو معادلة التنفس الشاملة كما يلي:

$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATP.$

التخمير

في غياب الأكسجين أو نقصه، يحدث التخمر. يعد التخمر طريقة تطورية سابقة للحصول على الطاقة مقارنة بالتنفس، ولكنه أقل فائدة من حيث الطاقة لأن التخمر ينتج مواد عضوية لا تزال غنية بالطاقة. هناك عدة أنواع رئيسية من التخمر: حمض اللاكتيك، والكحول، وحمض الخليك، وما إلى ذلك. وهكذا، في العضلات الهيكلية في غياب الأكسجين أثناء التخمير، يتم تقليل حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك، في حين يتم استهلاك مكافئات الاختزال التي تم تشكيلها مسبقًا، وفقط يبقى جزيئين ATP:

$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.

أثناء التخمير بمساعدة الخميرة، يتحول حمض البيروفيك في وجود الأكسجين إلى كحول إيثيلي وأول أكسيد الكربون (IV):

$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.

أثناء التخمير بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة، يمكن أيضًا تكوين أحماض الخليك والزبد والفورميك وما إلى ذلك من حمض البيروفيك.

يتم إنفاق ATP، الذي يتم الحصول عليه نتيجة لاستقلاب الطاقة، في الخلية لأنواع مختلفة من العمل: الكيميائية والتناضحية والكهربائية والميكانيكية والتنظيمية. يتكون العمل الكيميائي من التخليق الحيوي للبروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية وغيرها من العناصر الحيوية اتصالات مهمة. يشمل العمل التناضحي عمليات امتصاص الخلية وإزالة المواد الموجودة في الفضاء خارج الخلية منها بتركيزات أكبر من الخلية نفسها. يرتبط العمل الكهربائي ارتباطًا وثيقًا بالعمل التناضحي، لأنه نتيجة لحركة الجزيئات المشحونة عبر الأغشية يتم تشكيل شحنة الغشاء واكتساب خصائص الاستثارة والتوصيل. يتضمن العمل الميكانيكي حركة المواد والهياكل داخل الخلية، وكذلك الخلية ككل. يشمل العمل التنظيمي جميع العمليات التي تهدف إلى تنسيق العمليات في الخلية.

التمثيل الضوئي، أهميته، دوره الكوني

البناء الضوئيهي عملية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة الروابط الكيميائية للمركبات العضوية بمشاركة الكلوروفيل.

نتيجة لعملية التمثيل الضوئي، يتم إنتاج حوالي 150 مليار طن من المواد العضوية وحوالي 200 مليار طن من الأكسجين سنويًا. تضمن هذه العملية دورة الكربون في المحيط الحيوي، مما يمنع ثاني أكسيد الكربون من التراكم وبالتالي يمنع ظاهرة الاحتباس الحراري وارتفاع درجة حرارة الأرض. المواد العضوية التي تشكلت نتيجة لعملية التمثيل الضوئي لا تستهلكها الكائنات الحية الأخرى بالكامل، وقد شكل جزء كبير منها على مدى ملايين السنين رواسب من المعادن (الفحم الصلب والبني والنفط). وفي الآونة الأخيرة، بدأ أيضًا استخدام زيت بذور اللفت ("الديزل الحيوي") والكحول الذي يتم الحصول عليه من مخلفات النباتات كوقود. يتكون الأوزون من الأكسجين تحت تأثير التفريغات الكهربائية، مما يشكل شاشة الأوزون التي تحمي جميع أشكال الحياة على الأرض من التأثيرات المدمرة للأشعة فوق البنفسجية.

أطلق مواطننا، عالم فسيولوجيا النبات المتميز K. A. Timiryazev (1843-1920)، على دور التمثيل الضوئي اسم "الكوني"، لأنه يربط الأرض بالشمس (الفضاء)، مما يوفر تدفقًا للطاقة إلى الكوكب.

مراحل عملية التمثيل الضوئي. ردود الفعل الخفيفة والمظلمة لعملية التمثيل الضوئي، وعلاقتها

في عام 1905، اكتشف عالم فسيولوجيا النبات الإنجليزي ف. بلاكمان أن معدل عملية التمثيل الضوئي لا يمكن أن يزيد إلى ما لا نهاية، بل هناك عوامل تحد من ذلك. وبناء على ذلك افترض أن هناك مرحلتين لعملية التمثيل الضوئي: ضوءو مظلم. عند شدة الضوء المنخفضة، يزداد معدل التفاعلات الضوئية بما يتناسب مع زيادة شدة الضوء، وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذه التفاعلات لا تعتمد على درجة الحرارة، لأنها لا تتطلب حدوث إنزيمات. تحدث تفاعلات ضوئية على أغشية الثايلاكويد.

وعلى العكس من ذلك، فإن معدل التفاعلات المظلمة يزداد مع زيادة درجة الحرارة، ولكن عند الوصول إلى عتبة درجة حرارة قدرها 30 درجة مئوية، تتوقف هذه الزيادة، مما يدل على الطبيعة الأنزيمية لهذه التحولات التي تحدث في السدى. وتجدر الإشارة إلى أن للضوء أيضًا تأثيرًا معينًا على التفاعلات المظلمة، على الرغم من تسميتها بتفاعلات الظلام.

تحدث المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي على أغشية الثايلاكويد التي تحمل عدة أنواع من مجمعات البروتين، وأهمها الأنظمة الضوئية الأولى والثانية، بالإضافة إلى سينسيز ATP. تشتمل الأنظمة الضوئية على مجمعات صبغية، والتي تحتوي أيضًا، بالإضافة إلى الكلوروفيل، على الكاروتينات. تلتقط الكاروتينات الضوء في مناطق الطيف التي لا يلتقطها الكلوروفيل، كما تحمي الكلوروفيل من التدمير بواسطة الضوء عالي الكثافة.

بالإضافة إلى المجمعات الصبغية، تشتمل الأنظمة الضوئية أيضًا على عدد من البروتينات المستقبلة للإلكترون، والتي تنقل الإلكترونات بشكل تسلسلي من جزيئات الكلوروفيل إلى بعضها البعض. ويسمى تسلسل هذه البروتينات سلسلة نقل الإلكترون للبلاستيدات الخضراء.

ويرتبط أيضًا مجمع خاص من البروتينات بالنظام الضوئي II، الذي يضمن إطلاق الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي. يحتوي مجمع إطلاق الأكسجين هذا على أيونات المنغنيز والكلور.

في مرحلة الضوءالكميات الضوئية، أو الفوتونات، التي تسقط على جزيئات الكلوروفيل الموجودة على أغشية الثايلاكويد، تنقلها إلى حالة مثارة تتميز بطاقة إلكترونية أعلى. في هذه الحالة، يتم نقل الإلكترونات المثارة من الكلوروفيل في النظام الضوئي I عبر سلسلة من الوسطاء إلى حامل الهيدروجين NADP، الذي يربط بروتونات الهيدروجين، الموجودة دائمًا في محلول مائي:

$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.

سيتم بعد ذلك استخدام $NADPH + H^(+)$ المخفض في المرحلة المظلمة. يتم أيضًا نقل الإلكترونات من الكلوروفيل في النظام الضوئي II على طول سلسلة نقل الإلكترون، ولكنها تملأ "ثقوب الإلكترونات" في الكلوروفيل في النظام الضوئي I. ويتم تعويض نقص الإلكترونات في الكلوروفيل في النظام الضوئي II عن طريق إزالة جزيئات الماء، والتي يحدث بمشاركة مجمع إطلاق الأكسجين المذكور أعلاه. نتيجة لتحلل جزيئات الماء وهو ما يسمى التحلل الضوئيتتشكل بروتونات الهيدروجين ويتم إطلاق الأكسجين الجزيئي، وهو منتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي:

$H_2O → 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)O_2$.

المعلومات الوراثية في الخلية. الجينات والشفرة الوراثية وخصائصها. طبيعة مصفوفة تفاعلات التخليق الحيوي. التخليق الحيوي للبروتين والأحماض النووية

المعلومات الوراثية في الخلية

يعد تكاثر الفرد من نوعه أحد الخصائص الأساسية للكائنات الحية. وبفضل هذه الظاهرة، هناك تشابه ليس فقط بين الكائنات الحية، ولكن أيضا بين الخلايا الفردية، وكذلك عضياتها (الميتوكوندريا والبلاستيدات). الأساس المادي لهذا التشابه هو نقل المعلومات الجينية المشفرة في تسلسل نيوكليوتيدات الحمض النووي، والتي تتم من خلال عمليات تكرار الحمض النووي (التضاعف الذاتي). يتم تحقيق جميع خصائص وخصائص الخلايا والكائنات بفضل البروتينات، والتي يتم تحديد بنيتها في المقام الأول من خلال تسلسل نيوكليوتيدات الحمض النووي. ولذلك، فإن التخليق الحيوي للأحماض النووية والبروتينات يلعب أهمية قصوى في عمليات التمثيل الغذائي. الوحدة الهيكلية للمعلومات الوراثية هي الجين.

الجينات والشفرة الوراثية وخصائصها

المعلومات الوراثية في الخلية ليست متجانسة، فهي مقسمة إلى "كلمات" منفصلة - الجينات.

الجينهي وحدة أساسية للمعلومات الوراثية.

إن العمل على برنامج "الجينوم البشري"، الذي تم تنفيذه في وقت واحد في العديد من البلدان واكتمل في بداية هذا القرن، أعطانا فهمًا أن الشخص لديه حوالي 25-30 ألف جين فقط، ولكن المعلومات من معظم الحمض النووي الخاص بنا لا تتم قراءته أبدًا، لأنه يحتوي على عدد كبير من الأقسام التي لا معنى لها، والتكرارات والجينات التي تشفر السمات التي فقدت معناها بالنسبة للإنسان (الذيل، وشعر الجسم، وما إلى ذلك). بالإضافة إلى ذلك، تم فك رموز عدد من الجينات المسؤولة عن تطور الأمراض الوراثية، وكذلك الجينات المستهدفة بالأدوية. ومع ذلك، تم تأجيل التطبيق العملي للنتائج التي تم الحصول عليها أثناء تنفيذ هذا البرنامج حتى يتم فك رموز جينومات عدد أكبر من الأشخاص، ويتضح مدى اختلافها.

تسمى الجينات التي تشفر البنية الأساسية للبروتين أو الريبوسوم أو الحمض النووي الريبي الناقل الهيكليوالجينات التي توفر التنشيط أو قمع قراءة المعلومات من الجينات الهيكلية - التنظيمية. ومع ذلك، حتى الجينات الهيكلية تحتوي على مناطق تنظيمية.

يتم تشفير المعلومات الوراثية للكائنات الحية في الحمض النووي في شكل مجموعات معينة من النيوكليوتيدات وتسلسلها - الكود الجيني. خصائصه هي: الثلاثية، والخصوصية، والعالمية، والتكرار وعدم التداخل. وبالإضافة إلى ذلك، لا توجد علامات ترقيم في الشفرة الوراثية.

يتم ترميز كل حمض أميني في الحمض النووي بثلاثة نيوكليوتيدات - ثلاثي,على سبيل المثال، يتم ترميز الميثيونين بواسطة TAC الثلاثي، أي أن الكود ثلاثي التوائم. من ناحية أخرى، كل ثلاثي يشفر حمض أميني واحد فقط، وهو خصوصيته أو عدم غموضه. إن الشفرة الوراثية عالمية لجميع الكائنات الحية، أي أن المعلومات الوراثية عن البروتينات البشرية يمكن أن تقرأها البكتيريا والعكس صحيح. وهذا يدل على وحدة أصل العالم العضوي. ومع ذلك، فإن 64 مجموعة من ثلاثة نيوكليوتيدات تتوافق مع 20 حمضًا أمينيًا فقط، ونتيجة لذلك يمكن تشفير حمض أميني واحد بواسطة 2-6 ثلاثة توائم، أي أن الشفرة الوراثية زائدة عن الحاجة أو متدهورة. ثلاثة توائم لا تحتوي على أحماض أمينية مقابلة، يطلق عليهم اسم رموز التوقفلأنها تشير إلى نهاية تركيب سلسلة البولي ببتيد.

تسلسل القواعد في ثلاثيات الحمض النووي والأحماض الأمينية التي تشفرها

* كود الإيقاف، يشير إلى نهاية تركيب سلسلة البولي ببتيد.

اختصارات لأسماء الأحماض الأمينية:

علاء - ألانين

أرج - أرجينين

آسن - الأسباراجين

أسب - حمض الأسبارتيك

فال - فالين

له - الهستيدين

جلي - جلايسين

جلن - الجلوتامين

غلو - حمض الجلوتاميك

إيل - آيزوليوسين

ليو - ليوسين

ليز - يسين

ميث - ميثيونين

برو - برولين

سر - سيرين

صور - التيروزين

تري - ثريونين

ثلاثة - التربتوفان

الفين - فينيل ألانين

رابطة الدول المستقلة - السيستين

إذا بدأت في قراءة المعلومات الوراثية ليس من النوكليوتيدات الأولى في الثلاثي، ولكن من الثانية، فلن يتغير إطار القراءة فحسب، بل سيكون البروتين المُصنَّع بهذه الطريقة مختلفًا تمامًا ليس فقط في تسلسل النوكليوتيدات، ولكن أيضًا في هيكل وخصائص. ولا توجد علامات ترقيم بين الثلاثيات، وبالتالي لا توجد عوائق أمام تغيير إطار القراءة، مما يفتح المجال لحدوث الطفرات والحفاظ عليها.

طبيعة مصفوفة تفاعلات التخليق الحيوي

الخلايا البكتيرية قادرة على التضاعف كل 20-30 دقيقة، والخلايا حقيقية النواة - كل يوم وحتى في كثير من الأحيان، الأمر الذي يتطلب سرعة ودقة عالية في تكرار الحمض النووي. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي كل خلية على مئات وآلاف النسخ من العديد من البروتينات، وخاصة الإنزيمات، وبالتالي فإن طريقة إنتاجها “المجزأة” غير مقبولة لتكاثرها. الطريقة الأكثر تقدمًا هي الختم، والذي يسمح لك بالحصول على العديد من النسخ الدقيقة للمنتج وكذلك تقليل تكلفته. للختم، هناك حاجة إلى مصفوفة يتم من خلالها إجراء الانطباع.

في الخلايا، مبدأ تركيب القالب هو أن جزيئات جديدة من البروتينات والأحماض النووية يتم تصنيعها وفقًا للبرنامج المضمن في بنية الجزيئات الموجودة مسبقًا من نفس الأحماض النووية (DNA أو RNA).

التخليق الحيوي للبروتين والأحماض النووية

تكرار الحمض النووي.الحمض النووي عبارة عن بوليمر حيوي مزدوج الجديلة، ومونومراته عبارة عن نيوكليوتيدات. إذا حدث التخليق الحيوي للحمض النووي على مبدأ النسخ الضوئي، فسوف تنشأ حتما العديد من التشوهات والأخطاء في المعلومات الوراثية، الأمر الذي سيؤدي في النهاية إلى وفاة كائنات جديدة. ولذلك، فإن عملية مضاعفة الحمض النووي تحدث بشكل مختلف، بطريقة شبه محافظة: يتفكك جزيء DNA، ويتم تصنيع سلسلة جديدة على كل سلسلة من السلاسل وفقا لمبدأ التكامل. تسمى عملية التكاثر الذاتي لجزيء الحمض النووي، مما يضمن النسخ الدقيق للمعلومات الوراثية وانتقالها من جيل إلى جيل، تكرار(من اللات. النسخ المتماثل- التكرار). نتيجة للنسخ المتماثل، يتم تشكيل نسختين دقيقتين تماما من جزيء الحمض النووي الأم، كل منهما يحمل نسخة واحدة من جزيء الحمض النووي الأم.

عملية النسخ هي في الواقع معقدة للغاية، حيث يشارك فيها عدد من البروتينات. بعضها يفك الحلزون المزدوج للحمض النووي، والبعض الآخر يكسر الروابط الهيدروجينية بين نيوكليوتيدات السلاسل التكميلية، والبعض الآخر (على سبيل المثال، إنزيم بوليميريز الحمض النووي) يختار نيوكليوتيدات جديدة على أساس مبدأ التكامل، وما إلى ذلك. تتباعد نتيجة التكاثر إلى قسمين أثناء انقسام الخلايا الوليدة المتكونة حديثًا.

نادرًا ما تحدث الأخطاء في عملية النسخ، ولكن إذا حدثت، يتم التخلص منها بسرعة كبيرة بواسطة بوليميراز الحمض النووي وإنزيمات الإصلاح الخاصة، حيث أن أي خطأ في تسلسل النيوكليوتيدات يمكن أن يؤدي إلى تغيير لا رجعة فيه في بنية البروتين ووظائفه وفي النهاية، يؤثر سلبًا على قدرة الخلية الجديدة أو حتى الفرد على البقاء.

التخليق الحيوي للبروتين.كما قال الفيلسوف البارز في القرن التاسع عشر ف. إنجلز بشكل مجازي: "الحياة هي شكل من أشكال وجود الأجسام البروتينية". يتم تحديد بنية وخصائص جزيئات البروتين من خلال بنيتها الأولية، أي تسلسل الأحماض الأمينية المشفرة في الحمض النووي. ليس فقط وجود البولي ببتيد نفسه، ولكن أيضًا عمل الخلية ككل يعتمد على دقة إعادة إنتاج هذه المعلومات، وبالتالي فإن عملية تخليق البروتين لها أهمية كبيرة. يبدو أنها عملية التخليق الأكثر تعقيدًا في الخلية، لأنها تتضمن ما يصل إلى ثلاثمائة إنزيم مختلف وجزيئات كبيرة أخرى. بالإضافة إلى ذلك، يحدث مع السرعه العاليه، الأمر الذي يتطلب دقة أكبر.

هناك مرحلتان رئيسيتان في التخليق الحيوي للبروتين: النسخ والترجمة.

النسخ(من اللات. النسخ- إعادة الكتابة) هو التخليق الحيوي لجزيئات mRNA على مصفوفة الحمض النووي.

نظرًا لأن جزيء الحمض النووي يحتوي على سلسلتين متضادتين، فإن قراءة المعلومات من كلتا السلسلتين ستؤدي إلى تكوين جزيئات mRNA مختلفة تمامًا، وبالتالي فإن تخليقها الحيوي ممكن فقط على إحدى السلاسل، وهو ما يسمى الترميز، أو الكودوجينيك، على عكس الثانية، غير مشفرة، أو غير مشفرة. يتم ضمان عملية إعادة الكتابة بواسطة إنزيم خاص، بوليميريز RNA، الذي يختار نيوكليوتيدات RNA وفقًا لمبدأ التكامل. يمكن أن تحدث هذه العملية في النواة وفي العضيات التي لها الحمض النووي الخاص بها - الميتوكوندريا والبلاستيدات.

تخضع جزيئات الرنا المرسال التي تم تصنيعها أثناء النسخ لعملية تحضير معقدة للترجمة (يمكن أن تبقى جزيئات الرنا المرسال الميتوكوندريا والبلاستيد داخل العضيات، حيث تحدث المرحلة الثانية من التخليق الحيوي للبروتين). أثناء عملية نضوج mRNA، يتم ربط النيوكليوتيدات الثلاثة الأولى (AUG) وذيل نيوكليوتيدات الأدينيل به، والذي يحدد طوله عدد نسخ البروتين التي يمكن تصنيعها على جزيء معين. عندها فقط تترك mRNAs الناضجة النواة عبر المسام النووية.

بالتوازي، تحدث عملية تنشيط الأحماض الأمينية في السيتوبلازم، حيث ينضم الحمض الأميني إلى الحمض الريبي النووي النقال الحر المقابل. يتم تحفيز هذه العملية بواسطة إنزيم خاص وتتطلب ATP.

إذاعة(من اللات. إذاعة- النقل) هو التخليق الحيوي لسلسلة عديد الببتيد على مصفوفة mRNA، حيث يتم خلالها ترجمة المعلومات الوراثية إلى تسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة عديد الببتيد.

غالبًا ما تحدث المرحلة الثانية من تخليق البروتين في السيتوبلازم، على سبيل المثال في الشبكة الإندوبلازمية الخام. لحدوثه، من الضروري وجود الريبوسومات، وتنشيط الحمض الريبي النووي النقال، الذي يتم من خلاله ربط الأحماض الأمينية المقابلة، ووجود أيونات Mg2+، بالإضافة إلى الظروف البيئية المثالية (درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والضغط، وما إلى ذلك).

لبدء البث ( المبادرة) يتم ربط وحدة فرعية ريبوسومية صغيرة بجزيء mRNA جاهز للتوليف، وبعد ذلك، وفقًا لمبدأ التكامل مع الكودون الأول (AUG)، يتم اختيار الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل الحمض الأميني ميثيونين. فقط بعد ذلك يتم ربط الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة. يوجد داخل الريبوسوم المجمع كودونات mRNA، أولها مشغول بالفعل. تتم إضافة الحمض الريبي النووي النقال الثاني، الذي يحمل أيضًا حمضًا أمينيًا، إلى الكودون المجاور له، وبعد ذلك يتم تشكيل رابطة الببتيد بين بقايا الأحماض الأمينية بمساعدة الإنزيمات. يقوم الريبوسوم بنقل كودون واحد من الرنا المرسال؛ يعود أول الحمض الريبي النووي النقال المتحرر من الحمض الأميني إلى السيتوبلازم بعد الحمض الأميني التالي، ويتدلى جزء من سلسلة البوليببتيد المستقبلية، كما كانت، على الحمض الريبي النووي النقال المتبقي. يتم ربط الحمض الريبي النووي النقال التالي بالكودون الجديد الذي يجد نفسه داخل الريبوسوم، وتتكرر العملية وتطول سلسلة البولي ببتيد خطوة بخطوة، أي. استطالة.

نهاية تخليق البروتين ( نهاية) يحدث بمجرد العثور على تسلسل نيوكليوتيد محدد في جزيء mRNA الذي لا يرمز للحمض الأميني (كودون الإيقاف). بعد ذلك، يتم فصل سلسلة الريبوسوم والرنا المرسال والبولي ببتيد، ويكتسب البروتين المركب حديثًا البنية المناسبة ويتم نقله إلى جزء الخلية حيث سيؤدي وظائفه.

الترجمة هي عملية كثيفة الاستخدام للطاقة، حيث يتم استهلاك طاقة جزيء ATP واحد لربط حمض أميني واحد بالحمض الريبي النووي النقال (tRNA)، ويتم استخدام العديد من الأحماض الأمينية الأخرى لتحريك الريبوسوم على طول جزيء mRNA.

لتسريع تخليق جزيئات بروتينية معينة، يمكن ربط العديد من الريبوسومات على التوالي بجزيء mRNA، مما يشكل بنية واحدة - متعدد الجسيمات.

الخلية هي الوحدة الجينية للكائن الحي. الكروموسومات وبنيتها (شكلها وحجمها) ووظائفها. عدد الكروموسومات وثبات نوعها. الخلايا الجسدية والجرثومية. دورة حياة الخلية: الطور البيني والانقسام الفتيلي. الانقسام هو انقسام الخلايا الجسدية. الانقسام الاختزالي. مراحل الانقسام والانقسام الاختزالي. تطوير الخلايا الجرثومية في النباتات والحيوانات. انقسام الخلايا هو الأساس لنمو وتطور وتكاثر الكائنات الحية. دور الانقسام الاختزالي والانقسام الفتيلي

الخلية هي الوحدة الجينية للكائن الحي.

وعلى الرغم من أن الأحماض النووية هي الناقلة للمعلومات الجينية، إلا أن تنفيذ هذه المعلومات مستحيل خارج الخلية، وهو ما يمكن إثباته بسهولة بمثال الفيروسات. هذه الكائنات الحية، التي غالبًا ما تحتوي فقط على DNA أو RNA، لا يمكنها التكاثر بشكل مستقل؛ للقيام بذلك، يجب عليها استخدام الجهاز الوراثي للخلية. ولا يمكنها حتى اختراق الخلية دون مساعدة الخلية نفسها، إلا من خلال استخدام آليات النقل الغشائي أو بسبب تلف الخلية. معظم الفيروسات غير مستقرة، فهي تموت بعد بضع ساعات فقط من التعرض للهواء الطلق. وبالتالي، فإن الخلية هي وحدة وراثية لكائن حي، والتي تحتوي على الحد الأدنى من المكونات للحفاظ على المعلومات الوراثية وتغييرها وتنفيذها، وكذلك نقلها إلى الأحفاد.

تقع معظم المعلومات الوراثية للخلية حقيقية النواة في النواة. خصوصية تنظيمها هو أنه، على عكس الحمض النووي للخلية بدائية النواة، فإن جزيئات الحمض النووي حقيقيات النوى ليست مغلقة وتشكل مجمعات معقدة مع البروتينات - الكروموسومات.

الكروموسومات وبنيتها (شكلها وحجمها) ووظائفها

كروموسوم(من اليونانية الكروم- اللون والتلوين و سوما- الجسم) هو بنية نواة الخلية التي تحتوي على الجينات وتحمل معلومات وراثية معينة عن خصائص وخصائص الكائن الحي.

في بعض الأحيان تسمى جزيئات الحمض النووي الدائرية لبدائيات النوى أيضًا بالكروموسومات. الكروموسومات قادرة على التضاعف الذاتي، فهي تتمتع بفردية بنيوية ووظيفية وتحتفظ بها عبر الأجيال. تحمل كل خلية جميع المعلومات الوراثية للجسم، ولكن جزءًا صغيرًا فقط يعمل فيها.

أساس الكروموسوم هو جزيء DNA مزدوج الشريط مملوء بالبروتينات. في حقيقيات النوى، تتفاعل البروتينات الهيستونية وغير الهيستونية مع الحمض النووي، بينما في بدائيات النوى، لا توجد بروتينات الهيستون.

من الأفضل رؤية الكروموسومات تحت المجهر الضوئي أثناء انقسام الخلايا، عندما تأخذ، نتيجة للضغط، مظهر أجسام على شكل قضيب مفصولة بانقباض أولي - سنترومير — على الكتفين. قد يكون هناك أيضًا على الكروموسوم انقباض ثانوي، والذي يفصل في بعض الحالات ما يسمى ب الأقمار الصناعية. تسمى نهايات الكروموسومات التيلوميرات. تمنع التيلوميرات أطراف الكروموسومات من الالتصاق ببعضها البعض وتضمن التصاقها بالغشاء النووي في الخلية غير المنقسمة. عند بداية الانقسام تتضاعف الكروموسومات وتتكون من كروموسومين ابنتين - الكروماتيد، مثبتة في السنترومير.

وفقا لشكلها، تنقسم الكروموسومات إلى كروموسومات متساوية الأذرع، وغير متساوية الأذرع، وعلى شكل قضيب. تختلف أحجام الكروموسومات بشكل كبير، ولكن متوسط ​​أبعاد الكروموسوم هو 5$×$1.4 ميكرون.

في بعض الحالات، تحتوي الكروموسومات، نتيجة لتضاعفات الحمض النووي العديدة، على مئات وآلاف الكروماتيدات: وتسمى هذه الكروموسومات العملاقة بوليتين. توجد في الغدد اللعابية ليرقات ذبابة الفاكهة، وكذلك في الغدد الهضميةالديدان المستديرة.

عدد الكروموسومات وثبات نوعها. الخلايا الجسدية والجرثومية

وفقا للنظرية الخلوية، الخلية هي وحدة البناء والنشاط الحيوي وتطور الكائن الحي. وبالتالي، يتم ضمان الوظائف الهامة للكائنات الحية مثل النمو والتكاثر وتطور الكائن الحي المستوى الخلوي. يمكن تقسيم خلايا الكائنات متعددة الخلايا إلى خلايا جسدية وتكاثرية.

الخلايا الجسدية- هذه هي جميع خلايا الجسم التي تكونت نتيجة الانقسام الانقسامي.

مكنت دراسة الكروموسومات من إثبات أن الخلايا الجسدية في الجسم لكل نوع بيولوجي تتميز بعدد ثابت من الكروموسومات. على سبيل المثال، لدى الشخص 46 منهم، وتسمى مجموعة كروموسومات الخلايا الجسدية مضاعفا(2ن) أو مزدوج.

الخلايا الجنسية، أو الأمشاج، هي خلايا متخصصة تستخدم للتكاثر الجنسي.

تحتوي الأمشاج دائمًا على نصف عدد الكروموسومات الموجودة في الخلايا الجسدية (في البشر - 23)، لذلك تسمى مجموعة كروموسومات الخلايا الجرثومية فرداني(ن) أو مفردة. ويرتبط تكوينها مع انقسام الخلايا الانقسامية.

يتم تحديد كمية الحمض النووي في الخلايا الجسدية بـ 2C، وفي الخلايا الجنسية - 1C. تتم كتابة الصيغة الجينية للخلايا الجسدية كـ 2n2c، والخلايا الجنسية - 1n1c.

وفي نواة بعض الخلايا الجسدية قد يختلف عدد الكروموسومات عن عددها في الخلايا الجسدية. إذا كان هذا الاختلاف أكبر من مجموعة أحادية، أو اثنتان، أو ثلاث، وما إلى ذلك، فسيتم استدعاء هذه الخلايا متعدد الصيغ الصبغية(ثلاثي، رباعي، خماسي الصيغة الصبغية، على التوالي). في مثل هذه الخلايا، عادة ما تتم عمليات التمثيل الغذائي بشكل مكثف للغاية.

عدد الكروموسومات في حد ذاته ليس سمة خاصة بالأنواع، حيث أن الكائنات الحية المختلفة يمكن أن يكون لها عدد متساو من الكروموسومات، ولكن يمكن أن يكون للكائنات ذات الصلة عدد مختلف. على سبيل المثال، في بلازموديوم الملارياولدى كل من دودة الحصان الأسطوانية كروموسومان، بينما لدى البشر والشمبانزي 46 و48 على التوالي.

تنقسم الكروموسومات البشرية إلى مجموعتين: الكروموسومات الذاتية والكروموسومات الجنسية (الكروموسومات غير المتجانسة). جسمييوجد في الخلايا الجسدية البشرية 22 زوجًا، وهي متماثلة عند الرجال والنساء، و الكروموسومات الجنسيةزوج واحد فقط، ولكن هذا هو الذي يحدد جنس الفرد. هناك نوعان من الكروموسومات الجنسية - X وY. تحمل خلايا الجسم الأنثوية اثنين من الكروموسومات X، والرجال - X وY.

النمط النووي- هذه مجموعة من خصائص مجموعة الكروموسومات في الكائن الحي (عدد الكروموسومات وشكلها وحجمها).

يتضمن السجل الشرطي للنمط النووي العدد الإجمالي للكروموسومات والكروموسومات الجنسية والانحرافات المحتملة في مجموعة الكروموسومات. على سبيل المثال، يتم كتابة النمط النووي للذكر الطبيعي على النحو التالي: 46،XY، والنمط النووي امرأة عادية- 46، العشرون.

دورة حياة الخلية: الطور البيني والانقسام الفتيلي

لا تنشأ الخلايا من جديد في كل مرة، بل تتشكل فقط نتيجة انقسام الخلايا الأم. بعد الانقسام، تحتاج الخلايا الوليدة إلى بعض الوقت لتكوين العضيات واكتساب البنية المناسبة التي تضمن أداء وظيفة معينة. تسمى هذه الفترة الزمنية إنضاج.

الفترة الزمنية من ظهور الخلية نتيجة الانقسام حتى تسمى انقسامها أو موتها دورة حياة الخلية.

في الخلايا حقيقية النواة، تنقسم دورة الحياة إلى مرحلتين رئيسيتين: الطور البيني والانقسام الفتيلي.

الطور البيني- هذه فترة من دورة الحياة لا تنقسم خلالها الخلية وتقوم بوظائفها بشكل طبيعي. يتم تقسيم الطور البيني إلى ثلاث فترات: فترات G 1 - وS- وG 2.

ز 1 - الفترة(ما قبل الاصطناعية، ما بعد الانقسام الفتيلي) هي فترة من نمو الخلايا وتطورها يحدث خلالها التوليف النشط للحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات والمواد الأخرى الضرورية لدعم الحياة الكاملة للخلية المشكلة حديثًا. قرب نهاية هذه الفترة، قد تبدأ الخلية في الاستعداد لمضاعفة الحمض النووي الخاص بها.

في فترة S(الاصطناعية) تحدث عملية تكرار الحمض النووي نفسه. الجزء الوحيد من الكروموسوم الذي لا يخضع للتضاعف هو السنترومير، وبالتالي فإن جزيئات الحمض النووي الناتجة لا تتباعد تمامًا، بل تظل متماسكة فيه، وفي بداية الانقسام يكون للكروموسوم مظهر على شكل X. الصيغة الجينية للخلية بعد مضاعفة الحمض النووي هي 2n4c. أيضًا في الفترة S، تتضاعف المريكزات في مركز الخلية.

ز 2 - الفترة(ما بعد التخليق، ما قبل الانقسام) يتميز بالتوليف المكثف للحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات وATP اللازمة لعملية انقسام الخلايا، وكذلك فصل المريكزات والميتوكوندريا والبلاستيدات. حتى نهاية الطور البيني، يظل الكروماتين والنواة قابلين للتمييز بوضوح، ولا تنتهك سلامة الغلاف النووي، ولا تتغير العضيات.

بعض خلايا الجسم قادرة على أداء وظائفها طوال حياة الجسم (الخلايا العصبية في دماغنا، والخلايا العضلية للقلب)، بينما توجد خلايا أخرى لفترة قصيرة، وبعد ذلك تموت (الخلايا الظهارية المعوية، وخلايا البشرة الجلد). وبالتالي، يجب أن يخضع الجسم باستمرار لعمليات انقسام الخلايا وتكوين خلايا جديدة تحل محل الخلايا الميتة. تسمى الخلايا القادرة على الانقسام ينبع. توجد في جسم الإنسان في نخاع العظم الأحمر وفي الطبقات العميقة من بشرة الجلد وأماكن أخرى. باستخدام هذه الخلايا، يمكنك تنمية عضو جديد، وتحقيق التجديد، وكذلك استنساخ الجسم. إن آفاق استخدام الخلايا الجذعية واضحة تماما، ولكن الجوانب الأخلاقية والمعنوية لهذه المشكلة لا تزال قيد المناقشة، حيث أنه في معظم الحالات يتم استخدام الخلايا الجذعية الجنينية التي يتم الحصول عليها من الأجنة البشرية التي قتلت أثناء الإجهاض.

تتراوح مدة الطور البيني في الخلايا النباتية والحيوانية من 10 إلى 20 ساعة في المتوسط، بينما يستغرق الانقسام الفتيلي حوالي 1-2 ساعة.

أثناء الانقسامات المتعاقبة في الكائنات متعددة الخلايا، تصبح الخلايا الوليدة متنوعة بشكل متزايد لأنها تقرأ المعلومات من عدد متزايد من الجينات.

تتوقف بعض الخلايا عن الانقسام مع مرور الوقت وتموت، وقد يكون ذلك بسبب إكمال وظائف معينة، كما في حالة خلايا الجلد وخلايا الدم، أو بسبب تلف هذه الخلايا بسبب العوامل البيئية، وخاصة مسببات الأمراض. يسمى موت الخلايا المبرمج وراثيا موت الخلايا المبرمج، بينما الموت العرضي - التنخر.

الانقسام هو انقسام الخلايا الجسدية. مراحل الانقسام

الانقسام المتساوي- طريقة الانقسام غير المباشر للخلايا الجسدية.

أثناء الانقسام، تمر الخلية بسلسلة من المراحل المتعاقبة، ونتيجة لذلك تتلقى كل خلية ابنة نفس مجموعة الكروموسومات الموجودة في الخلية الأم.

ينقسم الانقسام إلى أربع مراحل رئيسية: الطور التمهيدي، الطور الاستوائي، الطور الانفصالي والطور النهائي. الطور الأول- أطول مرحلة في الانقسام، يتكثف خلالها الكروماتين، مما يؤدي إلى ظهور كروموسومات على شكل X تتكون من كروماتيدين (الكروموسومات الابنة). في هذه الحالة، تختفي النواة، وتتباعد المريكزات إلى أقطاب الخلية، ويبدأ تشكيل مغزل أكروماتين (مغزل الانقسام) من الأنابيب الدقيقة. في نهاية الطور التمهيدي، يتفكك الغشاء النووي إلى حويصلات منفصلة.

في الطوريةتصطف الكروموسومات على طول خط استواء الخلية مع السنتروميرات الخاصة بها، والتي ترتبط بها الأنابيب الدقيقة للمغزل المكتمل التكوين. في هذه المرحلة من الانقسام، تكون الكروموسومات أكثر ضغطًا ولديها الشكل المميزوالذي يسمح لك بدراسة النمط النووي.

في طور الصعوديحدث التكاثر السريع للحمض النووي في السنتروميرات، ونتيجة لذلك تنقسم الكروموسومات وتتباعد الكروماتيدات إلى أقطاب الخلية، وتمتد بواسطة الأنابيب الدقيقة. يجب أن يكون توزيع الكروماتيدات متساويا تماما، لأن هذه العملية هي التي تضمن الحفاظ على عدد ثابت من الكروموسومات في خلايا الجسم.

على المسرح المراحل النهائيةتتجمع الكروموسومات الابنة عند القطبين، وتتكون حولها أغشية نووية من الحويصلات، وتظهر النوى في النوى المتكونة حديثًا.

بعد الانقسام النووي يحدث الانقسام السيتوبلازمي انقسام السيتوبلازم،يحدث خلالها توزيع موحد إلى حد ما لجميع عضيات الخلية الأم.

وهكذا، نتيجة للانقسام الفتيلي، تتشكل خليتين ابنتين من خلية أم واحدة، كل منها نسخة وراثية من الخلية الأم (2n2c).

في الخلايا المريضة والتالفة والشيخوخة والأنسجة المتخصصة في الجسم، يمكن أن تحدث عملية انقسام مختلفة قليلاً - التسمم. داءيسمى الانقسام المباشر للخلايا حقيقية النواة، حيث لا يحدث تكوين خلايا متكافئة وراثيا، حيث يتم توزيع المكونات الخلوية بشكل غير متساو. يوجد في النباتات في السويداء وفي الحيوانات - في الكبد والغضاريف وقرنية العين.

الانقسام الاختزالي. مراحل الانقسام الاختزالي

الانقسام الاختزاليهي طريقة للتقسيم غير المباشر للخلايا الجرثومية الأولية (2n2c)، مما يؤدي إلى تكوين خلايا أحادية الصيغة الصبغية (1n1c)، وغالبًا ما تكون خلايا جرثومية.

على عكس الانقسام الفتيلي، يتكون الانقسام الاختزالي من انقسامين خلويين متتاليين، يسبق كل منهما طور بيني. يسمى القسم الأول من الانقسام الاختزالي (الانقسام الاختزالي الأول). اختزالي، لأنه في هذه الحالة ينخفض ​​عدد الكروموسومات إلى النصف، والانقسام الثاني (الانقسام الاختزالي الثاني) - معادللأنه في عمليته يتم الحفاظ على عدد الكروموسومات.

الطور البيني الأولالعائدات مثل الطور البيني للانقسام الفتيلي. الانقسام الاختزالي Iينقسم إلى أربع مراحل: الطور الأول، الطور الاستوائي الأول، الطور الانفصالي الأول والطور النهائي الأول. المرحلة الأولىتحدث عمليتان مهمتان: الاقتران والعبور. اقتران- هذه هي عملية دمج الكروموسومات المتماثلة (المزدوجة) على طول الطول. يتم الحفاظ على أزواج الكروموسومات المتكونة أثناء الاقتران حتى نهاية الطور الاستوائي الأول.

تقفز فوق. أو تجاوزت- التبادل المتبادل للمناطق المتماثلة للكروموسومات المتماثلة. نتيجة للعبور، تكتسب الكروموسومات التي يتلقاها الجسم من كلا الوالدين مجموعات جديدة من الجينات، مما يؤدي إلى ظهور ذرية متنوعة وراثيا. في نهاية الطور الأول، كما هو الحال في الطور الانقسامي، تختفي النواة، وتتباعد المريكزات إلى قطبي الخلية، ويتفكك الغشاء النووي.

في الطورية الأولىتتم محاذاة أزواج الكروموسومات على طول خط استواء الخلية، وترتبط الأنابيب الدقيقة المغزلية بالنتروميرات الخاصة بها.

في الطور الانفصالي الأولوتتباعد الكل نحو القطبين صبغيات متشابهة، مكونة من اثنين من الكروماتيدات.

في الطور النهائي الأولتتشكل الأغشية النووية حول مجموعات من الكروموسومات عند قطبي الخلية، وتتشكل النوى.

السيتوكينات Iيضمن فصل السيتوبلازم من الخلايا الوليدة.

الخلايا الوليدة (1n2c) التي تشكلت نتيجة للانقسام الاختزالي I هي غير متجانسة وراثيا، لأن كروموسوماتها، المنتشرة بشكل عشوائي على أعمدة الخلية، تحتوي على جينات مختلفة.

الخصائص المقارنة للانقسام والانقسام الاختزالي

لافتة	الانقسام المتساوي	الانقسام الاختزالي
ما هي الخلايا التي تبدأ بالانقسام؟	جسدي (2ن)	الخلايا الجرثومية الأولية (2ن)
عدد الأقسام	1	2
كم عدد الخلايا التي تتشكل أثناء الانقسام وما نوعها؟	2 جسدية (2ن)	4 جنسي (ن)
الطور البيني		تحضير الخلية للانقسام، ومضاعفة الحمض النووي	باختصار شديد، لا يحدث تضاعف الحمض النووي
المراحل		الانقسام الاختزالي I	الانقسام الاختزالي الثاني
الطور الأول		قد يحدث تكاثف الكروموسومات واختفاء النواة وتفكك الغشاء النووي والاقتران والعبور	تكاثف الكروموسومات، اختفاء النواة، تفكك الغشاء النووي
الطورية		توجد أزواج من الكروموسومات على طول خط الاستواء، ويتشكل المغزل	تصطف الكروموسومات على طول خط الاستواء، ويتكون المغزل
الطور الانفصالي		تتحرك الكروموسومات المتماثلة من اثنين من الكروماتيدات نحو القطبين	تتحرك الكروماتيدات نحو القطبين
الطور النهائي		يتم تشكيل الكروموسومات despiral، والأغشية النووية الجديدة والنوى	يتم تشكيل الكروموسومات despiral، والأغشية النووية الجديدة والنوى

الطور البيني الثانيباختصار شديد، حيث لا يحدث فيه تضاعف الحمض النووي، أي أنه لا توجد فترة S.

الانقسام الاختزالي الثانيوتنقسم أيضًا إلى أربع مراحل: الطور التمهيدي الثاني، والطور الاستوائي الثاني، والطور الانفصالي الثاني، والطور النهائي الثاني. في المرحلة الثانيةتحدث نفس العمليات كما في المرحلة الأولى، باستثناء الاقتران والعبور.

في الطورية الثانيةتقع الكروموسومات على طول خط استواء الخلية.

في الطور الثانيتنقسم الكروموسومات عند السنتروميرات وتمتد الكروماتيدات نحو القطبين.

في الطور النهائي الثانيتتشكل الأغشية النووية والنواة حول مجموعات من الكروموسومات الابنة.

بعد التحريك الخلوي IIالصيغة الجينية لجميع الخلايا البنات الأربع هي 1n1c، لكن جميعها لديها مجموعة مختلفة من الجينات، والتي هي نتيجة للعبور والجمع العشوائي لكروموسومات الكائنات الأم والأبوية في الخلايا الابنة.

تطوير الخلايا الجرثومية في النباتات والحيوانات

تكوين الأمشاج(من اليونانية مشيج- زوجة، الأمشاج- الزوج و منشأ- الأصل، الظهور) هي عملية تكوين الخلايا الجرثومية الناضجة.

نظرًا لأن التكاثر الجنسي يتطلب غالبًا فردين - أنثى وذكر، ينتجان خلايا جنسية مختلفة - البويضات والحيوانات المنوية، فيجب أن تكون عمليات تكوين هذه الأمشاج مختلفة.

تعتمد طبيعة العملية إلى حد كبير على ما إذا كانت تحدث في خلية نباتية أو حيوانية، حيث أنه في النباتات يحدث الانقسام فقط أثناء تكوين الأمشاج، وفي الحيوانات يحدث كل من الانقسام والانقسام الاختزالي.

تطور الخلايا الجرثومية في النباتات.في كاسيات البذور، يحدث تكوين الخلايا التناسلية الذكرية والأنثوية في أجزاء مختلفة من الزهرة - الأسدية والمدقات، على التوالي.

قبل تكوين الخلايا التناسلية الذكرية - تكوين الخلايا الدقيقة(من اليونانية ميكرو- صغير) - يحدث التولد الدقيقأي تكوين الأبواغ الدقيقة في أنثرات الأسدية. ترتبط هذه العملية بالانقسام الانتصافي للخلية الأم، مما يؤدي إلى ظهور أربعة أبواغ مجهرية أحادية الصيغة الصبغية. يرتبط تكوين الأمشاج الدقيقة بالانقسام الفتيلي للأبواغ الدقيقة، مما يعطي نابتة مشيجية ذكرية من خليتين - خلية كبيرة نباتي(سيفونوجينيك) وضحلة توليدي. بعد الانقسام، تصبح النابتة المشيجية الذكرية مغطاة بأغشية كثيفة وتشكل حبة لقاح. في بعض الحالات، حتى أثناء عملية نضوج حبوب اللقاح، وأحيانًا فقط بعد انتقالها إلى ميسم المدقة، تنقسم الخلية المولدة انقساميًا لتشكل خليتين جرثوميتين ذكريتين غير متحركتين - الحيوانات المنوية. بعد التلقيح، يتكون أنبوب حبوب اللقاح من الخلية الخضرية، والذي من خلاله يخترق الحيوان المنوي مبيض المدقة للتخصيب.

يسمى تطور الخلايا الجرثومية الأنثوية في النباتات تكوين الخلايا الضخمة(من اليونانية ميجا- كبير). ويحدث في مبيض المدقة الذي يسبقه التكاثر الضخمونتيجة لذلك يتم تشكيل أربعة أبواغ ضخمة من الخلية الأم للأبواغ الضخمة الموجودة في النواة من خلال الانقسام المنصف. ينقسم أحد الأبواغ الضخمة انقسامًا انقساميًا ثلاث مرات، مما يعطي النابتة المشيجية الأنثوية - كيسًا جنينيًا يحتوي على ثماني نوى. مع الانفصال اللاحق لسيتوبلازم الخلايا الابنة، تصبح إحدى الخلايا الناتجة بيضة، على جانبيها يكمن ما يسمى بالتآزر، في الطرف المقابل من كيس الجنين يتم تشكيل ثلاثة أضداد، وفي المركز ، نتيجة اندماج نواتين أحادية الصيغة الصبغية، يتم تشكيل خلية مركزية ثنائية الصيغة الصبغية.

تطوير الخلايا الجرثومية في الحيوانات.في الحيوانات، هناك عمليتان لتكوين الخلايا الجرثومية - تكوين الحيوانات المنوية وتولد البويضات.

تكوين الحيوانات المنوية(من اليونانية الحيوانات المنوية، الحيوانات المنوية- البذور و منشأ- الأصل، الحدوث) هي عملية تكوين الخلايا الجرثومية الذكرية الناضجة - الحيوانات المنوية. وفي الإنسان، يحدث في الخصية، أو الخصيتين، وينقسم إلى أربع فترات: التكاثر، والنمو، والنضج، والتكوين.

في موسم التكاثرتنقسم الخلايا الجرثومية البدائية بشكل انقسامي، مما يؤدي إلى تكوين ثنائي الصيغة الصبغية الحيوانات المنوية. في فترة النموتتراكم الحيوانات المنوية العناصر الغذائية في السيتوبلازم ويزداد حجمها وتتحول إلى الخلايا المنوية الأولية، أو الخلايا المنوية من الدرجة الأولى. فقط بعد ذلك يدخلون في الانقسام الاختزالي ( فترة النضج) ونتيجة لذلك يتم تشكيل الأولين خلية منوية ثانوية، أو الخلية المنوية من الدرجة الثانية، ثم أربع خلايا أحادية الصيغة الصبغية بها ما يكفي كمية كبيرةالسيتوبلازم - الحيوانات المنوية. في فترة التكوينيفقدون كل السيتوبلازم تقريبًا ويشكلون سوطًا ويتحولون إلى حيوانات منوية.

الحيوانات المنوية، أو حيوية- خلايا تناسلية ذكرية متنقلة صغيرة جدًا لها رأس ورقبة وذيل.

في رأس، بالإضافة إلى جوهر، هو acrosome- مركب جولجي معدل يضمن تحلل أغشية البويضة أثناء الإخصاب. في عنق الرحمهما المركزان المركزيان لمركز الخلية والقاعدة ذيل حصانتشكل الأنابيب الدقيقة التي تدعم حركة الحيوانات المنوية بشكل مباشر. كما أنه يحتوي على الميتوكوندريا، التي تزود الحيوانات المنوية بطاقة ATP للحركة.

تكوين البويضات(من اليونانية الأمم المتحدة- بيضة و منشأ- الأصل، الحدوث) هي عملية تكوين الخلايا الجرثومية الأنثوية الناضجة - البيض. عند البشر، يحدث في المبيضين ويتكون من ثلاث فترات: التكاثر والنمو والنضج. تحدث فترات التكاثر والنمو، المشابهة لتلك التي تحدث في تكوين الحيوانات المنوية، أثناء التطور داخل الرحم. في هذه الحالة، تتشكل الخلايا ثنائية الصيغة الصبغية من الخلايا الجرثومية الأولية نتيجة للانقسام الفتيلي. أووغونيا، والتي تتحول بعد ذلك إلى الابتدائي ثنائي الصبغية البويضات، أو البويضات من الدرجة الأولى. يحدث الانقسام الاختزالي والحركة الخلوية اللاحقة في فترة النضج، تتميز بالانقسام غير المتكافئ لسيتوبلازم الخلية الأم، بحيث يتم الحصول عليها في البداية نتيجة لذلك البويضة الثانوية، أو البويضة من الدرجة الثانية، و أول جسم قطبي، ثم من البويضة الثانوية - البيضة التي تحتفظ بكامل إمدادها بالعناصر الغذائية، والجسم القطبي الثاني، بينما ينقسم الجسم القطبي الأول إلى قسمين. تستهلك الأجسام القطبية المواد الوراثية الزائدة.

في البشر، يتم إنتاج البيض في فترة 28-29 يوما. تسمى الدورة المرتبطة بنضج البيض وإطلاقه بالدورة الشهرية.

بيضة- أنثى كبيرة خلية جنسية، والتي لا تحمل فقط مجموعة أحادية الصيغة الصبغية من الكروموسومات، ولكن أيضًا تحتوي على كمية كبيرة من العناصر الغذائية للتطور اللاحق للجنين.

البيضة في الثدييات مغطاة بأربعة أغشية، مما يقلل من احتمالية الضرر. عوامل مختلفة. يصل قطر البويضة عند الإنسان إلى 150-200 ميكرون، بينما في النعامة يمكن أن يصل إلى عدة سنتيمترات.

انقسام الخلايا هو الأساس لنمو وتطور وتكاثر الكائنات الحية. دور الانقسام والانقسام الاختزالي

إذا أدى انقسام الخلايا في الكائنات وحيدة الخلية إلى زيادة عدد الأفراد، أي التكاثر، فإن هذه العملية في الكائنات متعددة الخلايا يمكن أن يكون لها معاني مختلفة. وبالتالي، فإن انقسام الخلايا الجنينية، بدءًا من الزيجوت، هو الأساس البيولوجي لعمليات النمو والتطور المترابطة. وقد لوحظت تغيرات مماثلة لدى البشر خلال فترة المراهقة، عندما لا يزيد عدد الخلايا فحسب، بل يحدث أيضا تغيير نوعي في الجسم. أساس تكاثر الكائنات متعددة الخلايا هو أيضًا انقسام الخلايا، على سبيل المثال، أثناء التكاثر اللاجنسي، بفضل هذه العملية، يتم استعادة جزء كامل من الكائن الحي، وأثناء التكاثر الجنسي، في عملية تكوين الأمشاج، يتم تشكيل الخلايا الجرثومية، والتي تؤدي فيما بعد إلى كائن حي جديد. تجدر الإشارة إلى أن الطرق الرئيسية لتقسيم الخلية حقيقية النواة - الانقسام والانقسام الاختزالي - لها معاني مختلفة في دورات الحياةالكائنات الحية.

نتيجة للانقسام الفتيلي، هناك توزيع متساوي للمواد الوراثية بين الخلايا الوليدة - نسخ طبق الأصل من الأم. بدون الانقسام الفتيلي، سيكون وجود ونمو الكائنات متعددة الخلايا التي تتطور من خلية واحدة، الزيجوت، مستحيلاً، لأن جميع خلايا هذه الكائنات يجب أن تحتوي على نفس المعلومات الوراثية.

أثناء عملية الانقسام، تصبح الخلايا الابنة أكثر وأكثر تنوعا في الهيكل والوظائف، والتي ترتبط بتنشيط جميع المجموعات الجديدة والجديدة من الجينات فيها بسبب التفاعل بين الخلايا. وبالتالي، الانقسام ضروري لتطوير الكائن الحي.

هذه الطريقة لتقسيم الخلايا ضرورية للعمليات التكاثر اللاجنسيوتجديد (ترميم) الأنسجة التالفة وكذلك الأعضاء.

يضمن الانقسام الاختزالي بدوره ثبات النمط النووي أثناء التكاثر الجنسي، لأنه يخفض مجموعة الكروموسومات إلى النصف قبل التكاثر الجنسي، والتي يتم استعادتها بعد ذلك نتيجة للإخصاب. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي الانقسام الاختزالي إلى ظهور مجموعات جديدة من الجينات الأبوية بسبب التقاطع والتركيب العشوائي للكروموسومات في الخلايا الوليدة. بفضل هذا، تبين أن النسل متنوع وراثيا، مما يوفر مادة للاختيار الطبيعي وهو الأساس المادي للتطور. إن التغير في عدد وشكل وحجم الكروموسومات من ناحية يمكن أن يؤدي إلى ظهور انحرافات مختلفة في تطور الكائن الحي وحتى موته، ومن ناحية أخرى يمكن أن يؤدي إلى ظهور أفراد أكثر تكيفاً مع البيئة.

وبالتالي فإن الخلية هي وحدة نمو وتطور وتكاثر الكائنات الحية.

1. لغز "فك العبارة"

تخطي نفس عدد الأقسام في اتجاه عقارب الساعة واقرأ العبارة المشفرة. عليك أن تبدأ من الدائرة الخارجية.

الجواب: جميع الخلايا لها بنية وتركيب كيميائي مماثل.

2. حرف واحد فقط "القفص"

المونوغرام هو كتابة الكلمات بأحرف مرسومة الأشكال الهندسيةواحد في الآخر.

لقراءة حرف واحد فقط، تحتاج إلى العثور على جميع الحروف المرسومة فيه وتكوين كلمة أو عبارة كاملة منها.

الجواب: الخلية.

3. حرف واحد فقط "مواد الخلية"

ابحث عن جميع الحروف الموجودة في المونوجرامات واقرأ أسماء المواد الكيميائية التي تتكون منها الخلايا النباتية.

الجواب: 1. البروتينات. 2. الكربوهيدرات. 3. الدهون. 4. الماء. 5. الأملاح المعدنية.

4. التشفير "القفص والأجهزة المكبرة"

ترتيب الحروف الكلمات الدالةوفقا للأرقام الموجودة في الخلايا وقراءة التشفير.

الإجابة: العدسة، العينة، العدسة، العدسة المكبرة، الكروموسومات، السيتوبلازم، النوى، الجلد، لينيوس (الخلية).

بعد حل هذا اللغز، ستكتشف أي المواد التي تتكون منها خلايا وأنسجة النباتات هي مواد عضوية.

الجواب: الكربوهيدرات والبروتينات والدهون - المواد العضوية.

اكتب في خلايا الكلمات المتقاطعة أسماء الأجزاء المقابلة من المجهر وعضيات الخلية، وكذلك اسم العالم الذي اكتشف التركيب الخلوي للنباتات لأول مرة.

إذا تم تنفيذ المهمة بشكل صحيح، فستقرأ في الصف العمودي المميز اسم العلم الذي يدرس بنية الخلية وعملها ( علم الخلية).

الجواب: 1. السيتوبلازم. 2. العدسة. 3. الأنبوب. 4. شل. 5. العدسة. 6. فجوة. 7. هوك. 8. ترايبود. 9. الأساسية.

7. المتاهة

ابحث عن بداية المتاهة واقرأ أحد المبادئ الأساسية لعلم الأحياء.

الجواب: يرتبط انتقال الخصائص الوراثية بواسطة الخلايا بالكروموسومات.

اكتب أسماء أجزاء وعضيات الخلية النباتية بحيث يكون الحرف "o" مشتركا في جميع الخطوط. استخدم أرقام الكلمات المرقمة للإشارة إلى الأجزاء المقابلة من الخلية في الصورة.

الجواب: 1. حان الوقت. 2. الأساسية. 3. السيتوبلازم. 4. الكريات البيض. 5. البلاستيدات الملونة. 6. البلاستيدات الخضراء.

أفقيا: 5. الفضاء بين الخلايا. 7. أهم عملية في حياة الخلايا والكائن الحي بأكمله. 10. خلية بلاستيدية ملطخة لون برتقالي. 11. حويصلة كبيرة مملوءة بعصارة الخلية. 12. جسم صغير كثيف يقع في نواة الخلية. 15. الجزء البصري من المجهر الموجه نحو العينة. 17. التلسكوب المجهري. 19. الجزء البصري من المجهر الذي ينظر من خلاله. 20. مادة تشكل جزءاً من جدار الخلية. 22. محتويات لزجة عديمة اللون داخل الخلايا. 23. أقسام أرق من غشاء الخلية.

عموديا: 1. جهاز تكبير بصري. 2. العملية التي تؤدي إلى زيادة عدد الخلايا. 3. جسم صغير كثيف في سيتوبلازم الخلية. 4. عالم هولندي قام بتحسين مجهر يانسن. 6. عدسة مكبرة في الإطار. 8. الأجسام الأسطوانية التي تنقل الصفات الوراثية من خلية إلى أخرى. 9. البلاستيد الأخضر. 13. العملية المؤدية إلى زيادة حجم الخلية. 14. جزء من الخلية. 16. المواد العضوية التي تتكون منها الخلية. 18. الجزء البصري من المجهر. 21. مادة تشكل 80-95% من كتلة النبات.

الجواب: أفقياً: 5. الفضاء بين الخلايا. 7. التنفس. 10. كروموبلاست. 11. فجوة. 12. النواة. 15. العدسة. 17. الأنبوب. 19. العدسة. 20. السليلوز. 22. السيتوبلازم. 23. حان الوقت. عمودي: 1. المجهر. 2. القسم. 3. الأساسية. 4. ليوينهوك. 6. المكبر. 8. الكروموسومات. 9. البلاستيدات الخضراء. 13. النمو. 14. شل. 16. البروتينات. 18. المرآة. 21. الماء.

استعدادًا للعبة، يتم تشجيع الطلاب على قراءة:

1. بوتينكو آر جي. حياة الخلية خارج الجسم. م: المعرفة، 1975.
2. فيرزيلين ن.م. على خطى روبنسون. - حدائق ومتنزهات العالم. - السفر مع النباتات المنزلية . ل.: أدب الأطفال، 1964، 1970.
3. دينيسوفا ج. عالم النباتات المذهل . م: التربية، 1973.
4. الحياة النباتية / إد. أ.نبس؛ فيدوروفا. م: التربية، 1974-1982. T.1.
5. إيفتشينكو إس. علم الأحياء المثير للاهتمام. م: الحرس الشاب، 1972.
6. تيميريازيف ك. الحياة النباتية. ل: الحرس الشاب، 1950.
7. ترافكين م. تجارب مسلية مع النباتات. م: أوتشبيدجيز، 1960.

مهام حول موضوع "خلايا وأنسجة النباتات". المهمة رقم: هل الأحكام التالية حول الخلايا النباتية صحيحة؟ أ- تحتوي جميع الخلايا النباتية الحية على فجوات. ب- تحتوي جميع الخلايا النباتية الحية على سيتوبلازم ونواة. 1) فقط (أ) هو الصحيح 2) فقط (ب) هو الصحيح 3) كلا الحكمين صحيحان 4) كلا الحكمين غير صحيحين رقم المهمة. الخلايا، متشابهة في البنية والأصل والوظائف، في الشكل 1) الأعضاء 2) أجهزة الأعضاء 3) البيئة الداخلية 4 ) الأنسجة رقم المهمة: صحح العبارات التالية عن الخلايا النباتية؟ أ. تحتوي جميع الخلايا النباتية على البلاستيدات الخضراء. ب- جميع الخلايا النباتية لها جدار خلوي. 1) فقط A صحيح 2) فقط B صحيح 3) كلا الحكمين صحيحان 4) كلا الحكمين غير صحيحين رقم المهمة. أدخل المصطلحات المفقودة من القائمة المقترحة في النص "عضويات الخلية النباتية"، باستخدام الرموز الرقمية لـ هذا. قم بتدوين أرقام الإجابات المحددة في النص، ثم أدخل تسلسل الأرقام الناتج (حسب النص) في الجدول أدناه. عضويات الخلايا النباتية تحتوي الخلايا النباتية على أجسام بيضاوية لون أخضر- (أ). الجزيئات (ب) قادرة على امتصاص الطاقة الضوئية. النباتات، على عكس الكائنات الحية في الممالك الأخرى، تصنع (ب) من مركبات غير عضوية. يتكون الجدار الخلوي للخلية النباتية بشكل رئيسي من (D). يؤدي وظائف مهمة. 1) البلاستيدات الملونة 2) الفجوة 3) البلاستيدات الخضراء 4) الكلوروفيل 5) الميتوكوندريا 6) السليلوز 7) الجليكوجين 8) رقم المهمة الجلوكوز. يتم نمو الجذع بالسمك بسبب الأنسجة 1) الخشب 2) النواة 3) اللحاء 4) الكامبيوم رقم المهمة: تشمل المواد الخلوية غير العضوية 1) الدهون 2) الفيتامينات 3) الماء 4) المهمة رقم الكربوهيدرات. تتكون الأنسجة الموصلة للنباتات، والتي تتحرك من خلالها المواد العضوية من خلال الخلايا، من 1) أوعية 2) أنابيب الغربال 3) الألياف 4) الخلايا ذات الشعيرات رقم المهمة. التوفيق بين خصائص الأنسجة النباتية ونوعها. للقيام بذلك، حدد موضعًا من العمود الثاني لكل عنصر من عناصر العمود الأول. أدخل أرقام الإجابات المحددة في الجدول. خصائص النسيج أ) يتكون من خلايا تحتوي على البلاستيدات الخضراء ب) يتكون من خلايا ذات جدران سميكة وقوية ج) يعمل كإطار د) يؤدي وظيفة تكوين المواد العضوية من المواد غير العضوية في الضوء هـ) يعمل بمثابة دعم النبات هـ) يعطي النبات شكلاً دائمًا نوع القماش 1) ميكانيكي 2) مهمة التمثيل الضوئي رقم ما هو النسيج الذي يضمن نمو النبات؟ 1) تعليمية 2) تخزين 3) موصل 4) رقم المهمة الغلافية. تختلف الخلية النباتية القديمة عن الخلية الصغيرة في أنها 1) تحتوي على نواة أكبر 2) تحتوي على فجوة كبيرة 3) مملوءة بالسيتوبلازم 4) تتضمن البلاستيدات الخضراء المهمة رقم الخلايا المتشابهة في البنية والأصل والوظائف، الشكل 1) الأعضاء 3) البيئة الداخلية 2) أجهزة الأعضاء 4) الأنسجة رقم المهمة. أدخل المصطلحات المفقودة من القائمة المقترحة في النص "البلاستيدات"، باستخدام الرموز الرقمية. قم بتدوين أرقام الإجابات المحددة في النص، ثم أدخل تسلسل الأرقام الناتج (حسب النص) في الجدول أدناه. في الخلايا النباتية، يمكن غالبًا ملاحظة البلاستيدات ذات الأشكال والألوان المختلفة. وبالتالي، فإن العديد من البلاستيدات الخضراء - (أ) - توفر العملية (ب) بسبب وجود الصباغ (ج) في تركيبها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن العثور على البلاستيدات التي تحتوي على أصباغ حمراء أو برتقالية أو صفراء في الخلايا. تسمى هذه البلاستيدات بـ (G). 1) البلاستيدات الخضراء 5) الفجوة 2) الكلوروفيل 6) التنفس 3) البلاستيدات الخضراء 7) البلاستيدات الخضراء 4) التمثيل الضوئي 8) الكاروتين رقم المهمة. ما هي الوظيفة التي لا يؤديها لب الورقة؟ 1) تبادل الغازات 2) إزالة الماء الزائد 3) إعطاء الورقة قوة 4) التمثيل الضوئي