1.4.3. Решаване на целеви учебни задачи

Клетъчна морфология. Структурни компоненти на цитоплазмата и ядрото

1.3. Конкретни цели на урока:

Основни теоретични сведения

Разлики между прокариотни и еукариотни клетки

Органели от общо значение

Органели със специално значение

1.4. Организационна структура на практическото занятие

1.4.1. Теоретични въпроси, които трябва да се научат за постигане на целите на урока

1.4.2. Проверка на изходното ниво на знанията на учениците

1.4.3. Проверка на първоначалното ниво с помощта на тестове

1. Елементарната структурна единица на живата материя е:

1.4.3. Самостоятелна работа на учениците

1.4.4. Провеждане на финален тестов контрол

Клетъчни мембрани. Транспорт на вещества през плазмалемата

1.3. Конкретни цели на урока:

Основна теоретична информация Клетъчна мембрана

Ендоцитоза и екзоцитоза

Видове метаболитни процеси

1.4. Организационна структура на практическото занятие

1.4.1. Проверка на началното ниво на знанията на учениците

1.4.2. Проверка на първоначалното ниво на знания с помощта на тестове

1.4.3. Провеждане на заключителен тестов контрол, 1 етап

Урок 4 Морфология на хромозомите. Човешки кариотип

Основни теоретични сведения

1.4. Организационна структура на практическото занятие

1.4.1. Проверка на изходното ниво на знания с помощта на начални контролни тестове

1.4.2. Теоретични въпроси, които трябва да се научат за постигане на целите на урока

1.4.3. Самостоятелна работа на учениците:

1.4.4. Решаване на целеви задачи за обучение:

1.4.5. Провеждане на финален тестов контрол:

1.5. Обобщаване на резултатите от урока от учителя и проверка на правилността на работата на всеки ученик

1.8. Основна (I) и допълнителна (II) литература:

Урок 5 характеристики на нуклеиновите киселини

1.3. Конкретни цели. Умейте да:

Основни теоретични сведения

1.4. Организационна структура на практическото занятие

1.4.1. Проверка на изходното ниво на знания с помощта на начални контролни тестове

1.4.2. Теоретични въпроси, които трябва да се научат за постигане на целите на урока:

1.4.3. Самостоятелна работа на учениците

1. Решете проблеми:

2. Попълнете таблицата: сравнителни характеристики на ДНК и РНК

1.4.5. Провеждане на финален тестов контрол

Крок 1

1.5. Обобщаване на резултатите от урока от учителя и проверка на правилността на работата на всеки ученик

Урок 6 генна структура на про- и еукариоти. Гените са структурни, регулаторни. Процеси на реализация на генетична информация

1.3. Конкретни цели. Умейте да:

Основни теоретични сведения

Генетичен код i-RNA

1.4. Организационна структура на практическото занятие

1.4.1. Проверка на изходното ниво на знания с помощта на начални контролни тестове

1.4.2. Теоретични въпроси, които трябва да се научат за постигане на целите на урока:

1.4.3. Самостоятелна работа на учениците

1.4.5. Провеждане на финален тестов контрол

Крок 1

1.5. Обобщаване на резултатите от урока от учителя и проверка на правилността на работата на всеки ученик

Урок 7 регулиране на генната експресия

1.3. Конкретни цели. Умейте да:

Основни теоретични сведения

1.4. Организационна структура на практическото занятие

1.4.1. Проверка на изходното ниво на знания с помощта на начални контролни тестове

1.4.2. Теоретични въпроси, които трябва да се научат за постигане на целите на урока:

1.4.3. Самостоятелна работа на учениците Попълнете таблицата: Биосинтеза на протеини

1.4.5. Провеждане на финален тестов контрол

Крок 1

1.5. Обобщаване на резултатите от урока от учителя и проверка на правилността на работата на всеки ученик

Урок 8 жизнен цикъл на клетка. Клетъчно делене

1.3. Конкретни цели на урока:

Основни теоретични сведения

1. Образуват се гамети с хаплоиден набор от хромозоми. Това гарантира постоянството на хромозомите.

1.4.3. Самостоятелна работа на учениците

1.4.4. Провеждане на финален тестов контрол

Последен урок 9

Списък на микрослайдове

IV. Обобщавайки:

V. Организационна структура на урока:

VI. Финална част:

Към задачи и тестове

Разлики между прокариотни и еукариотни клетки

	Основни параметри	Прокариоти	Еукариоти
		Средно 0,5-5,0 микрона.	Средно 40-60 микрона.
		Кръгла, удължена, нишковидна.	Различни, може да има издънки.
	Генетичен материал	Нуклеоид. Кръгова ДНК в цитоплазмата. Няма ядро ​​или хромозоми.	Линейна ДНК, свързана с протеини и РНК. Хроматин и хромозоми в ядрото.
	Синтез на протеини	70S – рибозоми и по-малки. Няма EP ретикулум. Рибозомите са в цитоплазмата.	80S – рибозоми и по-големи. Рибозоми в цитоплазмата и в ER ретикулума.
	Органели	Има малко органели и те нямат мембрани (рибозоми).	Има много органели, някои мембранни (митохондрии, пластиди, лизозоми).
	Клетъчни стени	Твърд, съставен от полизахариди. Силовият компонент е муреин.	Твърди стени на растителни и гъбични клетки (якостен компонент - целулоза). Животинските клетки имат плазмалема, покрита с гликокаликс.
	фотосинтеза	Няма хлоропласти. Среща се в мембрани, които нямат специфична опаковка.	Хлоропластите се намират в растителните клетки. В тях протичат процеси на фотосинтеза.
	Фиксиране на азот	Някои клетки са фиксирани.	Клетките не могат да се фиксират.
		Обикновено (директно)	Митоза (непряка).

Ориз. 2. Съвременна диаграма на клетъчната структура според данни от електронна микроскопия:

1 - цитоплазмена матрица; 2 - Комплекс Голджи; 3 - клетъчен център; 4 - ендоплазмен ретикулум; 5 - митохондрии; 6 - ядро; 7 - ядро; 8 - кариоплазма; 9 - хроматин; 10 – лизозома; 11 – екзоцитоза през цитоплазмената мембрана, 12 – микровили

Основните структурни компоненти на еукариотните клетки са клетъчни мембрани, ядро, цитоплазма с цитоскелет, органели и включвания (фиг. 2).

1. Клетъчна мембрана или плазмалема,представлява тънък биологичен филм, който ограничаваклетка.всички известни биологични мембрани образуват затворени пространства - отделения . По този начин основната функция на клетъчната мембрана е да осигури навлизането на вещества в клетката и да поддържа постоянството на нейния състав, тоест клетъчната хомеостаза.

Основата на плазмалемата е липиден двуслой , разположен перпендикулярно на повърхността (фиг. 3). Липидният двоен слой на плазмалемата съдържа протеини, които са разделени на два класа. Първи клас - трансмембранни протеини . Определена част от тяхната молекула е вградена в липидния бислой и прониква през него. Втори клас - периферни рецепторни протеини разположен извън клетъчната мембрана. Те са покрити със слой от въглехидрати, които образуват тънка обвивка на клетката - гликокаликс .

Мембранният транспорт на различни по форма частици в клетката се осъществява чрез ендоцитоза и екзоцитоза .

При ендоцитозата клетките поглъщат макромолекули и частици, заобикаляйки ги с малка площ от клетъчната мембрана. Последният изпъква в клетката, образувайки везикули (мехурчета). Ако везикулите са малки и съдържат извънклетъчна течност, процесът се наричапиноцитоза .

Ако съдържат големи образувани частици, тогава се образуват фагозоми и феноменът е известен катофагоцитоза .

д
ксоцитоза - е освобождаване на вещества от клетката под формата на секретни гранули или вакуоли с клетъчна течност.

2. Ядро -централния апарат на клетката, който е свързан със съхранението и предаването на генетична информация, метаболизма, движението и възпроизводството.

Е

Ориз. 3. Химичен модел на плазмалемата:

1 - двоен слой липиди; 2 - трансмембранни протеини; 3, 4 - периферни протеини; 5 – гликокаликсни полизахариди.

Формата на ядрото често е кръгла или удължена, по-рядко лобулирана. Той е отделен от цитоплазмата от ядрената обвивка. Състои се от външна и вътрешна ядрени мембрани, разделени от безструктурно вещество. Мембраните имат множество пори, които осигуряват селективна комуникация с цитоплазмата. Всяка пора е вградена в голяма дисковидна структура, наречена комплекс от пори на ядрената обвивка . Ядрото е изпълнено с хомогенна маса - нуклеоплазма. Състои се от нуклеинови киселини и протеини.

Комплексът от ядрена ДНК със структурни протеини хистони и нехистонови протеини, съдържащи се в големи количества, се наричахроматин . Върху цитологични препарати хроматинът изглежда като бучки с различни размери и форми. По време на периода на клетъчно делене се разкриват клетки в ядрото митотични хромозоми. Те изглеждат като къси, пръчковидни тела, които имат различна индивидуалност и функция.

Основен компонент на ядрото е един или повече нуклеоли. Това са малки кръгли тела с високо съдържаниеРНК и протеин. Нуклеоларната РНК участва в регулацията на синтетичните процеси в клетъчната цитоплазма.

3. Цитоплазмаобединява всичко жива материяклетки, с изключение на ядрото и мембраните, ограничаващи клетките. Хомогенната безструктурна маса на цитоплазмата се наричахиалоплазма . Съдържа се в суспензия органели и включвания . Агрегатното състояние на цитоплазмата е течно - зол и вискозно - гел. Основата на цитоплазмата се формира от цитоскелета на клетката.

Цитоскелет - сложна мрежа от микротубули и протеини нишки (нишки).Микротубулите играят ролята на водачи. Това са своеобразни релси, по които се движат органелите. Нишките изпълняват контрактилна функция.

Цитоплазмата и някои структури, разположени в нея, могат да се движат. Това явление е известно като цитоплазмен ток . Той е особено интензивен в растителните клетки поради големия им размер и твърди стени.

4. Органели и включваниясе намират в цитоплазмата. Органели -това са постоянни, силно диференцирани вътреклетъчни образувания, които изпълняват специфични функции. Вътрешното пространство на всяка вътреклетъчна органела, нейното отделение, е ограничено от специализирани мембрани. Има две големи групи органели.

1. Органели общо значение - необходими са за живота на всички клетки.

2. Специални органели - изпълняват целеви функции в клетки с тясна специализация (реснички и флагели, миофибрили и неврофибрили).

Въз основа на принципа на организация вътреклетъчните компоненти се разделят на едномембранни и двумембранни.

Единична мембрана компонентите имат формата на канали, резервоари, мехурчета, ограничени от една мембрана и тясно свързани помежду си. Те включват: а) ендоплазмен ретикулум; б) комплекс на Голджи; в) лизозоми; г) вакуоли в растителни клетки и някои протозои.

Компоненти с двойна мембрана Това са митохондрии и пластиди. Външната им мембрана винаги е гладка, вътрешната образува израстъци, които имат важно функционално значение. Ядрото, централният апарат на клетката, също има система от двойни мембрани. Ядрените мембрани съдържат пори.

Немембранни структуриклетките са малко на брой и повече или по-малко са свързани с мембранната система. Те включват: а) рибозоми, състоящи се от две субединици; б) центрозома, локализирана близо до ядрото; в) органели на клетъчното движение - флагели, реснички и миофибрили; г) различни клетъчни включвания.

2.4. Структурата на про- и еукариотните клетки. Връзката между структурата и функциите на частите и органелите на клетката е в основата на нейната цялост

Основни термини и понятия, проверявани в изпитната работа: апарат

Голджи, вакуола, клетъчна мембрана, клетъчна теория, левкопласти, митохондрии, клетъчни органели, пластиди, прокариоти, рибозоми, хлоропласти, хромопласти, хромозоми, еукариоти, ядро.

Всяка клетка е система. Това означава, че всички негови компоненти са взаимосвързани, взаимозависими и взаимодействат помежду си. Това също означава, че нарушаването на един от елементите на дадена система води до промени и смущения във функционирането на цялата система. Колекция от клетки образува тъкани, различни тъкани образуват органи и органи, които си взаимодействат и действат обща функция, образуват системи от органи. Тази верига може да бъде продължена по-нататък и можете да го направите сами. Основното нещо, което трябва да разберете, е, че всяка система има определена структура, ниво на сложност и се основава на взаимодействието на елементите, които го изграждат. По-долу има справочни таблици, които сравняват структурата и функциите на прокариотните и еукариотните клетки, както и разбират тяхната структура и функции. Внимателно анализирайте тези таблици, тъй като изпитните работи често задават въпроси, които изискват познаване на този материал.

2.4.1. Характеристики на структурата на еукариотните и прокариотните клетки. Сравнителни данни

Сравнителна характеристика на еукариотни и прокариотни клетки.

Структурата на еукариотните клетки.

Функции на еукариотните клетки. клетки едноклетъчни организмиосъществяват всички функции, характерни за живите организми - метаболизъм, растеж, развитие, размножаване; способен на адаптация.

Клетките на многоклетъчните организми се диференцират по структура в зависимост от функциите, които изпълняват. Епителен, мускулен, нервен, съединителни тъканисе образуват от специализирани клетки.

ПРИМЕРИ ЗА ЗАДАЧИ Част А

A1. Прокариотните организми включват 1) бацил 2) хидра 3) амеба 4) волвокс

A2. Клетъчната мембрана изпълнява функцията

1) синтез на протеини

2) трансфери наследствена информация

3) фотосинтеза

4) фагоцитоза и пиноцитоза

A3. Посочете точката, в която структурата на посочената клетка съвпада с нейната функция

1) неврон - съкр

2) левкоцити – провеждане на импулси

3) еритроцит – транспорт на газове

4) остеоцит - фагоцитоза

A4. Клетъчна енергияпроизведени в

1) рибозоми 3) ядро

2) митохондрии 4) апарат на Голджи

A5. Елиминирайте ненужна концепция от предложения списък

1) ламблия 3) реснички

2) плазмодий 4) хламидомонада

A6. Елиминирайте ненужна концепция от предложения списък

1) рибозоми 3) хлоропласти

2) митохондрии 4) нишестени зърна

A7. Клетъчните хромозоми изпълняват функцията

1) протеинова биосинтеза

2) съхранение на наследствена информация

3) образуване на лизозоми

4) регулиране на метаболизма

В 1. Изберете функциите на хлоропластите от предоставения списък

1) образуване на лизозоми 4) синтез на АТФ

2) синтез на глюкоза 5) освобождаване на кислород

3) синтез на РНК 6) клетъчно дишане

НА 2. Изберете структурни характеристики на митохондриите

1) заобиколен от двойна мембрана

2) съдържат хлорофил

3) има кристи

4) сгъната външна мембрана

5) заобиколен от единична мембрана

6) вътрешната мембрана е богата на V3 ензими. Свържете органелата с нейната функция

НА 4. Попълнете таблицата, отбелязвайки със знаци “+” или “-” наличието на посочените структури в про- и еукариотните клетки

C1. Докажете, че клетката е интегрална биологична отворена система.

2.5. Метаболизъм: енергиен и пластичен метаболизъм, тяхната връзка. Ензими, техните химическа природа, роля в метаболизма. Етапи на енергийния метаболизъм. Ферментация и дишане. Фотосинтезата, нейното значение, космическа роля. Фази на фотосинтезата. Светли и тъмни реакции на фотосинтезата, тяхната връзка. Хемосинтеза. Ролята на хемосинтезиращите бактерии на Земята

Изпитвани термини в изпитната работа: автотрофни организми

анаболизъм, анаеробна гликолиза, асимилация, аеробна гликолиза, биологично окисление, ферментация, дисимилация, биосинтеза, хетеротрофни организми, дишане, катаболизъм, етап на кислород, метаболизъм, пластичен метаболизъм, подготвителен етап, светлинна фазафотосинтеза, тъмна фаза на фотосинтезата, фотолиза на водата, фотосинтеза, енергиен метаболизъм.

2.5.1. Енергиен и пластичен метаболизъм, тяхната връзка

Метаболизъм (метаболизъм)е набор от взаимосвързани процеси на синтез и разграждане на химикали, протичащи в тялото. Биолозите го разделят на пластичен (анаболизъм) и енергиен метаболизъм (катаболизъм), които са взаимосвързани. Всички синтетични процеси изискват вещества и енергия, доставяни от процеси на делене. Процесите на разлагане се катализират от ензими, синтезирани по време на пластичния метаболизъм, като се използват продуктите и енергията на енергийния метаболизъм.

За отделните процеси, протичащи в организмите, се използват следните термини:

Анаболизъм (асимилация) - синтез на по-сложни мономери от по-прости с абсорбция и натрупване на енергия във формата химически връзкив синтезирани вещества.

Катаболизмът (дисимилация) е разграждането на по-сложни мономери на по-прости с освобождаване на енергия и нейното съхранение под формата на високоенергийни връзки на АТФ.

Живите същества използват светлина и химическа енергия за живота си. Зелените растения - автотрофи - синтезират органични съединения по време на фотосинтеза, използвайки енергия слънчева светлина. Техният източник на въглерод е въглеродният диоксид. Много автотрофни прокариоти получават енергия чрез процеса на хемосинтеза - окисление на неорганични съединения. За тях източник на енергия могат да бъдат съединения на сяра, азот и въглерод.Хетеротрофите използват органични източници на въглерод, т.е. яжте готови органични вещества. Сред растенията може да има и такива, които се хранят смесен метод(миксотрофен) - роса, венерина мухоловка или дори хетеротрофен - рафлезия. Сред представителите на едноклетъчните животни зелената еуглена се счита за миксотрофи.

Ензими, тяхната химична природа, роля в метаболизма . Ензимите винаги са специфични протеини - катализатори. Терминът „специфичен“ означава, че обектът, по отношение на който се използва този термин, има уникални характеристики, свойства и характеристики. Всеки ензим има такива характеристики, защото като правило катализира определен тип реакция. Нито една биохимична реакция в организма не протича без участието на ензими. Спецификата на ензимната молекула се обяснява с нейната структура и свойства. Ензимната молекула има активен център, чиято пространствена конфигурация съответства на пространствената конфигурация на веществата, с които ензимът взаимодейства. Разпознавайки своя субстрат, ензимът взаимодейства с него и ускорява трансформацията му.

Ензимите катализират всички биохимични реакции. Без тяхното участие скоростта на тези реакции би намаляла стотици хиляди пъти. Примерите включват реакции като участието на РНК полимераза в синтеза на иРНК върху ДНК, ефектът на уреазата върху уреята, ролята на АТФ синтетазата в синтеза на АТФ и други. Имайте предвид, че много ензими имат имена, които завършват на „аза“.

Активността на ензимите зависи от температурата, киселинността на околната среда и количеството на субстрата, с който взаимодейства. С повишаване на температурата ензимната активност се увеличава. Това обаче се случва до определени граници, т.к При достатъчно високи температури протеинът денатурира. Средата, в която ензимите могат да функционират, е различна за всяка група. Има ензими, които са активни в кисела или леко кисела среда или в алкална или слабо алкална среда. Ензимите са активни в кисела среда стомашен сокпри бозайниците. В леко алкална среда ензимите на чревния сок са активни. Храносмилателният ензим на панкреаса е активен в алкална среда. Повечето ензими са активни в неутрална среда.

2.5.2. Енергиен метаболизъм в клетката (дисимилация)

Енергиен метаболизъме колекция химична реакцияпостепенното разграждане на органичните съединения, придружено от освобождаване на енергия, част от която се изразходва за синтеза на АТФ. Процесите на разграждане на органичните съединения в аеробните организми протичат на три етапа, всеки от които е придружен от

При многоклетъчните организми се осъществява от храносмилателни ензими. При едноклетъчните организми - чрез лизозомни ензими. На първия етап се извършва разграждането на протеина

към аминокиселини, мазнини към глицерол и мастни киселини, полизахариди към монозахариди,

нуклеинова киселинакъм нуклеотиди.Този процес се нарича храносмилане.

Вторият етап е безкислороден (гликолиза). Биологичният му смисъл е в началото на постепенното разграждане и окисление на глюкозата с натрупване на енергия под формата на 2 молекули АТФ. Гликолизата се случва в цитоплазмата на клетките. Състои се от няколко последователни реакции, които превръщат една глюкозна молекула в две молекули пирогроздена киселина(пируват) и две молекули АТФ, под формата на които се съхранява част от енергията, освободена по време на гликолиза: C6H12O6 + 2ADP + 2P → 2C3H4O3 + 2ATP. Останалата част от енергията се разсейва като топлина.

В клетките на дрождите и растенията ( с недостиг на кислород) пируватът се разпада на етаноли въглероден диоксид. Този процес се нарича алкохолна ферментация.

Енергията, натрупана по време на гликолизата, е твърде малко за организми, които използват кислород за своето дишане. Ето защо в мускулите на животните, включително и на човека, при големи натоварвания и недостиг на кислород се образува млечна киселина (C3H6O3), която се натрупва под формата на лактат. Появяват се мускулни болки. Това се случва по-бързо при нетренирани хора, отколкото при тренирани.

Третият етап е кислородният, състоящ се от два последователни процеса - цикълът на Кребс, кръстен на нобеловия лауреат Ханс Кребс, и окислителното фосфорилиране. Значението му е, че по време на дишането на кислород пируватът се окислява до крайните продукти - въглероден двуокиси вода, а енергията, освободена по време на окислението, се съхранява под формата на 36 ATP молекули. (34 молекули в цикъла на Кребс и 2 молекули по време на окислителното фосфорилиране). Тази енергия на разлагане на органични съединения осигурява реакции на техния синтез при пластичен обмен. Етапът на кислород възниква след натрупване в атмосферата достатъчно количествомолекулярен кислород и появата на аеробни организми.

Окислителното фосфорилиране или клетъчното дишане възниква, когато

вътрешните мембрани на митохондриите, в които са вградени транспортни молекули на електрони. По време на този етап се освобождава по-голямата част от метаболитната енергия. Молекулите носители транспортират електрони до молекулярен кислород. Част от енергията се разсейва като топлина, а част се изразходва за образуването на АТФ.

Обща реакция на енергийния метаболизъм:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.

ПРИМЕРИ ЗА ЗАДАЧИ Част А

A1. Начинът на хранене на месоядните животни се нарича

1) автотрофен 3) хетеротрофен

2) миксотрофен 4) хемотрофен

A2. Наборът от метаболитни реакции се нарича:

1) анаболизъм 3) дисимилация

2) асимилация 4) метаболизъм

A3. На подготвителен етапвъзниква образуване на енергиен обмен:

1) 2 молекули АТФ и глюкоза

2) 36 молекули АТФ и млечна киселина

3) аминокиселини, глюкоза, мастни киселини

4) оцетна киселина и алкохол

A4. Веществата, които катализират биохимичните реакции в организма, са:

1) протеини 3) липиди

2) нуклеинови киселини 4) въглехидрати

A5. Процесът на синтез на АТФ по време на окислителното фосфорилиране протича в:

1) цитоплазма 3) митохондрии

2) рибозоми 4) апарат на Голджи

A6. Енергията на АТФ, съхранявана по време на енергийния метаболизъм, се използва частично за реакции:

1) подготвителен етап

2) гликолиза

3) кислороден етап

4) синтез на органични съединения A7. Продуктите на гликолизата са:

1) глюкоза и АТФ

2) въглероден диоксид и вода

3) пирогроздена киселина и АТФ

4) протеини мазнини въглехидрати

В 1. Изберете събитията, които се случват по време на подготвителния етап на енергийния метаболизъм при хората

1) протеините се разграждат до аминокиселини

2) глюкозата се разгражда на въглероден диоксид и вода

3) Синтезират се 2 АТФ молекули

4) гликогенът се разгражда до глюкоза

5) се образува млечна киселина

6) липидите се разграждат до глицерол и мастни киселини

НА 2. Свържете процесите, протичащи по време на енергийния метаболизъм, с етапите, на които протичат

VZ. Определете последователността на трансформациите на парчето сурови картофив процеса на енергиен метаболизъм в тялото на прасето:

А) образуване на пируват Б) образуване на глюкоза

В) абсорбция на глюкоза в кръвта Г) образуване на въглероден диоксид и вода

E) окислително фосфорилиране и образуване на H2O E) цикъл на Кребс и образуване на CO2

C1. Обяснете причините за умората при маратонците на дистанции и как се преодолява?

2.5.3. Фотосинтеза и хемосинтеза

Всички живи същества се нуждаят от храна и хранителни вещества. Когато се хранят, те използват енергия, съхранявана предимно в органични съединения - протеини, мазнини, въглехидрати. Хетеротрофните организми, както вече беше споменато, използват храна от растителен и животински произход, която вече съдържа органични съединения. Растенията създават органична материя чрез процеса на фотосинтеза. Изследванията на фотосинтезата започват през 1630 г. с експериментите на холандеца ван Хелмонт. Той доказа, че растенията не получават органична материя от почвата, а я създават сами. Джоузеф Пристли през 1771 г. доказва „коригирането“ на въздуха с растения. Поставени под стъклен капак, те абсорбират въглероден диоксид, отделен от тлеещата треска. Изследванията продължават и вече е установено, че фотосинтезата е процес на образуване на органични съединения от въглероден диоксид (CO2) и вода с помощта на светлинна енергия и се извършва в хлоропластите на зелените растения и зелените пигменти на някои фотосинтезиращи бактерии.

Хлоропластите и гънките на цитоплазмената мембрана на прокариотите съдържат зелен пигмент - хлорофил. Молекулата на хлорофила е в състояние да се възбуди под въздействието на слънчевата светлина и да отдаде своите електрони и да ги премести на по-високи енергийни нива. Този процес може да се сравни с хвърляне на топка. Докато топката се издига, тя съхранява потенциална енергия; падайки, той я губи. Електроните не се връщат обратно, а се поемат от носители на електрони (NADP+ - никотинамид дифосфат). В този случай енергията, която преди това са натрупали, се изразходва частично за образуването на АТФ. Продължавайки сравнението с хвърлена топка, можем да кажем, че топката, докато пада, загрява околното пространство и част от енергията на падащите електрони се съхранява под формата на АТФ. Процесът на фотосинтеза се разделя на реакции, причинени от светлина, и реакции, свързани с фиксиране на въглерод. Те се наричат ​​леки

и тъмни фази.

На Земята има само два вида организми: еукариоти и прокариоти. Те се различават значително по своята структура, произход и еволюционно развитие, което ще бъде разгледано подробно по-долу.

Във връзка с

Признаци на прокариотна клетка

Прокариотите се наричат ​​още предядрени. Прокариотната клетка няма други органели, които имат мембранна мембрана (ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи).

Също характерни особеностиза тях са следните:

1. без обвивка и не образува връзки с протеини. Информацията се предава и чете непрекъснато.
2. Всички прокариоти са хаплоидни организми.
3. Ензимите се намират в свободно състояние (дифузно).
4. Имат способността да образуват спори при неблагоприятни условия.
5. Наличието на плазмиди - малки екстрахромозомни ДНК молекули. Тяхната функция е предаването на генетична информация, повишаване на устойчивостта към много агресивни фактори.
6. Наличието на флагели и пили - външни протеинови образувания, необходими за движение.
7. Газовите вакуоли са кухини. Благодарение на тях тялото може да се движи във водния стълб.
8. Клетъчната стена на прокариотите (а именно бактериите) се състои от муреин.
9. Основните методи за получаване на енергия при прокариотите са хемо- и фотосинтезата.

Те включват бактерии и археи. Примери за прокариоти: спирохети, протеобактерии, цианобактерии, кренархеоти.

внимание!Въпреки факта, че прокариотите нямат ядро, те имат неговия еквивалент - нуклеоид (кръгова ДНК молекула, лишена от черупки) и свободна ДНК под формата на плазмиди.

Устройство на прокариотна клетка

Бактерии

Представителите на това царство са сред най-древните жители на Земята и имат висок процент на оцеляване в екстремни условия.

Има грам-положителни и грам-отрицателни бактерии. Основната им разлика е в структурата на клетъчната мембрана. Грам-положителните имат по-дебела обвивка, до 80% се състои от муреинова основа, както и полизахариди и полипептиди. При оцветяване по Грам дават лилаво. Повечето от тези бактерии са патогени. Грам-отрицателните имат по-тънка стена, която е отделена от мембраната от периплазменото пространство. Въпреки това, такава черупка има повишена здравина и е много по-устойчива на ефектите на антителата.

Бактериите играят много важна роля в природата:

1. Цианобактериите (синьо-зелени водорасли) спомагат за поддържането изисквано нивокислород в атмосферата. Те образуват повече от половината от целия O2 на Земята.
2. Те насърчават разлагането на органичните остатъци, като по този начин участват в кръговрата на всички вещества и участват в образуването на почвата.
3. Азотфиксатори върху корените на бобовите растения.
4. Те пречистват водата от отпадъци, например от металургичната промишленост.
5. Те са част от микрофлората на живите организми, спомагайки за максималното усвояване на хранителните вещества.
6. Използва се в хранително-вкусовата промишленост за ферментация.Така се произвеждат сирена, извара, алкохол, тесто.

внимание!Освен това положителна стойностбактерии играят и отрицателна роля. Много от тях са фатални опасни заболявания, като холера, коремен тиф, сифилис, туберкулоза.

Бактерии

Архея

Преди това те бяха комбинирани с бактерии в едно царство Дробянок. С течение на времето обаче стана ясно, че археите имат свои собствени индивидуален пътеволюция и са много различни от другите микроорганизми по своите биохимичен състави метаболизъм. Има до 5 вида, като най-изучените са euryarchaeota и crenarchaeota. Характеристиките на археите са:

• повечето от тях са хемоавтотрофи - синтезират органични вещества от въглероден диоксид, захар, амоняк, метални йони и водород;
• играят ключова роля в цикъла на азота и въглерода;
• участват в храносмилането при хората и много преживни животни;
• имат по-стабилна и издръжлива мембранна обвивка поради наличието на етерни връзки в глицерол-етерните липиди. Това позволява на археите да живеят в силно алкална или кисела среда, както и при високи температури;
• клетъчната стена, за разлика от бактериите, не съдържа пептидогликан и се състои от псевдомуреин.

Устройство на еукариотите

Еукариотите са суперцарство от организми, чиито клетки съдържат ядро. Освен археите и бактериите, всички живи същества на Земята са еукариоти (например растения, протозои, животни). Клетките могат да варират значително по своята форма, структура, размер и функции. Въпреки това те са сходни в основите на живота, метаболизма, растежа, развитието, способността за дразнене и променливостта.

Еукариотните клетки могат да бъдат стотици или хиляди пъти по-големи от прокариотните клетки. Те включват ядрото и цитоплазмата с множество мембранни и немембранни органели.Мембранните включват: ендоплазмен ретикулум, лизозоми, комплекс Голджи, митохондрии,. Немембранни: рибозоми, клетъчен център, микротубули, микрофиламенти.

Устройство на еукариотите

Нека сравним еукариотните клетки различни кралства.

Суперцарството на еукариотите включва следните царства:

• протозои. Хетеротрофи, някои способни на фотосинтеза (водорасли). Размножават се безполово, полово и по прост начинна две части. Повечето нямат клетъчна стена;
• растения. Те са производители; основният метод за получаване на енергия е фотосинтезата. Повечето растения са неподвижни и се размножават безполово, полово и вегетативно. Клетъчната стена е изградена от целулоза;
• гъби. Многоклетъчен. Има по-ниски и по-високи. Те са хетеротрофни организми и не могат да се движат самостоятелно. Размножават се безполово, полово и вегетативно. Те съхраняват гликоген и имат силна клетъчна стена, изградена от хитин;
• животни. Има 10 вида: гъби, червеи, членестоноги, бодлокожи, хордови и други. Те са хетеротрофни организми. Способен на самостоятелно движение. Основното складово вещество е гликогенът. Клетъчната стена се състои от хитин, точно както при гъбите. Основният начинразмножаване - полово.

Таблица: Сравнителни характеристики на растителни и животински клетки

Структура	растителна клетка	животинска клетка
Клетъчна стена	Целулоза	Състои се от гликокаликс - тънък слой от протеини, въглехидрати и липиди.
Основно местоположение	Разположен по-близо до стената	Намира се в централната част
Клетъчен център	Изключително в нисшите водорасли	Настояще
Вакуоли	Съдържа клетъчен сок	Съкратителна и храносмилателна.
Резервно вещество	нишесте	Гликоген
Пластиди	Три вида: хлоропласти, хромопласти, левкопласти	Нито един
Хранене	Автотрофен	Хетеротрофен

Сравнение на прокариоти и еукариоти

Структурните характеристики на прокариотните и еукариотните клетки са значителни, но една от основните разлики се отнася до съхранението на генетичен материал и метода за получаване на енергия.

Прокариотите и еукариотите фотосинтезират по различен начин. При прокариотите този процес протича върху мембранни израстъци (хроматофори), подредени в отделни купчини. Бактериите нямат флуорна фотосистема, така че не произвеждат кислород, за разлика от синьо-зелените водорасли, които го произвеждат по време на фотолиза. Източниците на водород в прокариотите са сероводород, Н2, различни органични вещества и вода. Основните пигменти са бактериохлорофил (при бактерии), хлорофил и фикобилини (при цианобактерии).

От всички еукариоти само растенията са способни на фотосинтеза.Те имат специални образувания - хлоропласти, съдържащи мембрани, разположени в грани или ламели. Наличието на фотосистема II позволява отделянето на кислород в атмосферата по време на процеса на фотолиза на водата. Единственият източник на водородни молекули е водата. Основният пигмент е хлорофилът, а фикобилините присъстват само в червените водорасли.

Основни разлики и характерни особеностиПрокариотите и еукариотите са представени в таблицата по-долу.

Таблица: Прилики и разлики между прокариоти и еукариоти

Сравнение	Прокариоти	Еукариоти
Време за поява	Повече от 3,5 милиарда години	Около 1,2 милиарда години
Размери на клетките	До 10 микрона	От 10 до 100 µm
Капсула	Яжте. Изпълнява защитна функция. Свързан с клетъчната стена	Отсъстващ
Плазмената мембрана	Яжте	Яжте
Клетъчна стена	Състои се от пектин или муреин	Да, освен животни
Хромозоми	Вместо това има кръгова ДНК. Транслацията и транскрипцията се извършват в цитоплазмата.	Линейни ДНК молекули. Транслацията се извършва в цитоплазмата, а транскрипцията в ядрото.
Рибозоми	Малък тип 70S. Намира се в цитоплазмата.	Голям 80S-тип, може да се прикрепи към ендоплазмения ретикулум и да бъде разположен в пластиди и митохондрии.
Органоид, затворен в мембрана	Нито един. Има мембранни израстъци - мезозоми	Има: митохондрии, комплекс Голджи, клетъчен център, ER
Цитоплазма	Яжте	Яжте
	Нито един	Яжте
Вакуоли	Газ (аерозоми)	Яжте
Хлоропласти	Нито един. Фотосинтезата се извършва в бактериохлорофилите	Присъства само в растенията
Плазмиди	Яжте	Нито един
Ядро	Отсъстващ	Яжте
Микрофиламенти и микротубули.	Нито един	Яжте
Методи на разделяне	Свиване, пъпкуване, конюгация	Митоза, мейоза
Взаимодействие или контакти	Нито един	Плазмодесми, десмозоми или прегради
Видове клетъчно хранене	Фотоавтотрофен, фотохетеротрофен, хемоавтотрофен, хемохетеротрофен	Фототрофна (в растенията) ендоцитоза и фагоцитоза (в други)

Устройство на еукариотна клетка

Клетките, които образуват тъканите на животните и растенията, се различават значително по форма, размер и вътрешна структура. Въпреки това, всички те показват прилики в основните характеристики на жизнените процеси, метаболизъм, раздразнителност, растеж, развитие и способност за промяна. Клетките от всички видове съдържат два основни компонента, тясно свързани помежду си - цитоплазма и ядро. Ядрото е отделено от цитоплазмата с пореста мембрана и съдържа ядрен сок, хроматин и ядро. Полутечната цитоплазма изпълва цялата клетка и е проникната от множество тубули. Отвън е покрита с цитоплазмена мембрана. Съдържа специализирани органелови структури, които постоянно присъстват в клетката, и временни образувания - включвания. Мембранни органели: външна цитоплазмена мембрана (OCM), ендоплазмен ретикулум (ER), апарат на Голджи, лизозоми, митохондрии и пластиди.

Ориз. 1. Комбинирана диаграма на структурата на еукариотна клетка: а - клетка от животински произход; b - растителна клетка

1 - ядро ​​с хроматин и ядро; 2 - плазмена мембрана; 3 - клетъчна стена; 4 - плазмодезма; 5 - гранулиран цитоплазмен ретикулум; 6 - гладък ретикулум; 7 - пиноцитозна вакуола; 8 - апарат на Голджи; 9 - лизозома; 10 - мастни включвания в гладкия ретикулум; 11 - центриол и микротубули на центросферата; 12 - митохондрии; 13 - полирибозоми на хиалоплазмата; 14 - централна вакуола; 15 - хлоропласт

Структурата на всички мембранни органели се основава на биологична мембрана. Всички мембрани имат фундаментално еднакъв структурен план и се състоят от двоен слой фосфолипиди, в който различни странипротеиновите молекули са потопени на различна дълбочина. Мембраните на органелите се различават една от друга само по наборите от протеини, които съдържат. Цитоплазмена мембрана. Всички растителни клетки, многоклетъчни животни, протозои и бактерии имат трислойна клетъчна мембрана: външният и вътрешният слой се състоят от протеинови молекули, средният слой се състои от липидни молекули. Той ограничава цитоплазмата от външната среда, обгражда всички клетъчни органели и е универсална биологична структура. В някои клетки външната мембрана се образува от няколко мембрани, плътно прилежащи една към друга. В такива случаи клетъчната мембрана става плътна и еластична и позволява на клетката да поддържа формата си, както например при еуглената и ресничестите чехли.

Повечето растителни клетки освен мембрана имат и дебела целулозна мембрана отвън – клетъчната стена. Той е ясно видим в конвенционален светлинен микроскоп и изпълнява поддържаща функция поради твърдия външен слой, който придава на клетките ясна форма. На повърхността на клетките мембраната образува удължени израстъци - микровили, гънки, инвагинации и издатини, което значително увеличава абсорбционната или екскреторната повърхност. С помощта на мембранни израстъци клетките се свързват помежду си в тъканите и органите на многоклетъчните организми; върху гънките на мембраните се намират различни ензими, участващи в метаболизма. Отграничаване на клетката от заобикаляща среда, мембраната регулира посоката на дифузия на веществата и в същото време активно ги транспортира в клетката (натрупване) или навън (отделяне). Поради тези свойства на мембраната, концентрацията на калиеви, калциеви, магнезиеви и фосфорни йони в цитоплазмата е по-висока, а концентрацията на натрий и хлор е по-ниска, отколкото в околната среда. През порите на външната мембрана йони, вода и малки молекули на други вещества проникват в клетката от външната среда. Проникването на сравнително големи твърди частици в клетката се осъществява чрез фагоцитоза (от гръцки „фаго“ - поглъщам, „питие“ - клетка).

В този случай външната мембрана в точката на контакт с частицата се огъва в клетката, изтегляйки частицата дълбоко в цитоплазмата, където се подлага на ензимно разцепване. По подобен начин в клетката влизат капки течни вещества; тяхното усвояване се нарича пиноцитоза (от гръцки "pino" - напитка, "cytos" - клетка). Външната клетъчна мембрана изпълнява и други важни биологични функции. Цитоплазмата е 85% вода, 10% протеини, останалото е липиди, въглехидрати, нуклеинови киселини и минерални съединения; всички тези вещества образуват колоиден разтвор, подобен по консистенция на глицерина. Колоидното вещество на клетката, в зависимост от нейното физиологично състояние и естеството на влиянието на външната среда, има свойствата както на течно, така и на еластично, по-плътно тяло. Цитоплазмата е пронизана от канали с различни форми и размери, които се наричат ​​ендоплазмен ретикулум. Техните стени са мембрани, които са в тясна връзка с всички органели на клетката и заедно с тях съставляват единна функционална и структурна система за метаболизма, енергията и движението на веществата в клетката. Стените на тубулите съдържат малки гранули, наречени рибозоми. Тази мрежа от тубули се нарича гранулирана.

Рибозомите могат да бъдат разположени разпръснати по повърхността на тубулите или да образуват комплекси от пет до седем или повече рибозоми, наречени полизоми. Други тубули не съдържат гранули, те образуват гладък ендоплазмен ретикулум. По стените са разположени ензими, участващи в синтеза на мазнини и въглехидрати. Вътрешната кухина на тубулите е пълна с отпадъчни продукти на клетката. Вътреклетъчните тубули, образувайки сложна разклонена система, регулират движението и концентрацията на веществата, разделят различни молекули на органични вещества и етапите на техния синтез. На вътрешната и външната повърхност на мембраните, богати на ензими, се синтезират протеини, мазнини и въглехидрати, които или се използват в метаболизма, или се натрупват в цитоплазмата като включвания, или се екскретират. Рибозомите се намират във всички видове клетки - от бактерии до клетки на многоклетъчни организми. Това са кръгли тела, състоящи се от рибонуклеинова киселина (РНК) и протеини в почти равни пропорции. Те със сигурност съдържат магнезий, чието присъствие поддържа структурата на рибозомите. Рибозомите могат да бъдат свързани с мембраните на ендоплазмения ретикулум, с външната клетъчна мембрана или да лежат свободно в цитоплазмата. Те осъществяват протеиновия синтез. Освен в цитоплазмата, рибозомите се намират в клетъчното ядро. Те се образуват в ядрото и след това навлизат в цитоплазмата.

Комплексът Голджи в растителните клетки изглежда като отделни тела, заобиколени от мембрани. В животинските клетки тази органела е представена от цистерни, тубули и везикули. Продуктите от клетъчната секреция навлизат в мембранните тръби на комплекса на Голджи от тубулите на ендоплазмения ретикулум, където се пренареждат химически, уплътняват се и след това преминават в цитоплазмата и или се използват от самата клетка, или се отстраняват от нея. В резервоарите на комплекса Голджи полизахаридите се синтезират и комбинират с протеини, което води до образуването на гликопротеини. Митохондриите са малки пръчковидни тела, ограничени от две мембрани. От вътрешната мембрана на митохондриите се простират множество гънки - кристи, по стените им има различни ензими, с помощта на които се осъществява синтеза на високоенергийно вещество - аденозинтрифосфорна киселина (АТФ). В зависимост от активността на клетката и външните въздействия, митохондриите могат да се движат, да променят размера и формата си. Рибозоми, фосфолипиди, РНК и ДНК се намират в митохондриите. Наличието на ДНК в митохондриите е свързано със способността на тези органели да се възпроизвеждат чрез образуване на свиване или пъпкуване по време на клетъчното делене, както и със синтеза на някои митохондриални протеини.

Лизозомите са малки овални образувания, ограничени от мембраната и разпръснати из цялата цитоплазма. Намира се във всички клетки на животни и растения. Те възникват в разширенията на ендоплазмения ретикулум и в комплекса на Голджи, тук са пълни с хидролитични ензими, след което се отделят и навлизат в цитоплазмата. При нормални условия лизозомите усвояват частици, които влизат в клетката чрез фагоцитоза и органели на умиращи клетки.Лизозомните продукти се екскретират през мембраната на лизозомата в цитоплазмата, където се включват в нови молекули.Когато мембраната на лизозомата се разкъса, ензимите навлизат в цитоплазмата и смила съдържанието му, причинявайки клетъчна смърт Пластидите се срещат само в растителните клетки и се намират в повечето зелени растения Органичните вещества се синтезират и натрупват в пластидите Има три вида пластиди: хлоропласти, хромопласти и левкопласти.

Хлоропластите са зелени пластиди, съдържащи зеления пигмент хлорофил. Те се намират в листата, младите стъбла и неузрелите плодове. Хлоропластите са заобиколени от двойна мембрана. При висшите растения вътрешната част на хлоропластите е изпълнена с полутечно вещество, в което плочите са разположени успоредно една на друга. Сдвоените мембрани на плочите се сливат, за да образуват купчини, съдържащи хлорофил. Във всяка купчина хлоропласти на висши растения се редуват слоеве от протеинови молекули и липидни молекули, а между тях са разположени хлорофилни молекули. Тази слоеста структура осигурява максимално свободни повърхности и улеснява улавянето и преноса на енергия по време на фотосинтезата. Хромопластите са пластиди, които съдържат растителни пигменти (червени или кафяви, жълти, оранжеви). Те са концентрирани в цитоплазмата на клетките на цветята, стъблата, плодовете и листата на растенията и им придават подходящия цвят.

Хромопластите се образуват от левкопласти или хлоропласти в резултат на натрупване на каротеноидни пигменти. Левкопластите са безцветни пластиди, разположени в неоцветени части на растенията: в стъбла, корени, луковици и др. Нишестените зърна се натрупват в левкопластите на някои клетки, а маслата и протеините се натрупват в левкопластите на други клетки. Всички пластиди възникват от техните предшественици - пропластиди. Те разкриха ДНК, която контролира възпроизвеждането на тези органели. Клетъчният център или центрозомата играе важна роляКогато се дели, клетката се състои от две центриоли. Намира се във всички животински и растителни клетки, с изключение на цъфтящи гъби, нисши гъби и някои протозои. Центриолите в делящите се клетки участват в образуването на делителното вретено и са разположени на неговите полюси. В делящата се клетка клетъчният център е първият, който се дели и в същото време се образува ахроматиново вретено, което ориентира хромозомите, когато се отклоняват към полюсите. Една центриола напуска всяка от дъщерните клетки. Много растителни и животински клетки имат органели със специално предназначение: реснички, които изпълняват функцията на движение (ресничести клетки, клетки на дихателните пътища), флагели (протозои, едноклетъчни протозои, мъжки репродуктивни клетки при животни и растения и др.).

Включенията са временни елементи, които възникват в клетката на определен етап от нейния живот в резултат на синтетична функция. Те или се използват, или се изваждат от клетката. Включенията също са резервни хранителни вещества: в растителните клетки - нишесте, капчици мазнини, блокове, етерични масла, мн. органични киселини, соли на органични и неорганични киселини; в животинските клетки - гликоген (в чернодробните клетки и мускулите), капки мазнини (в подкожната тъкан); Някои включвания се натрупват в клетките като отпадъци - под формата на кристали, пигменти и др. Вакуолите са кухини, ограничени от мембрана; добре изразени в растителни клетки и налични в протозои. Те възникват в различни области на ендоплазмения ретикулум. И постепенно се отделят от него. Вакуолите поддържат тургорно налягане, в тях се концентрира клетъчен или вакуоларен сок, чиито молекули определят неговата осмотична концентрация. Смята се, че първоначалните продукти на синтеза - разтворими въглехидрати, протеини, пектини и др. - се натрупват в цистерните на ендоплазмения ретикулум. Тези клъстери представляват зачатъците на бъдещи вакуоли.

Цитоскелет. Един от отличителни чертиЕукариотната клетка е развитието в нейната цитоплазма на скелетни образувания под формата на микротубули и снопове от протеинови влакна. Елементите на цитоскелета са тясно свързани с външната цитоплазмена мембрана и ядрената обвивка и образуват сложни тъкани в цитоплазмата. Опорните елементи на цитоплазмата определят формата на клетката, осигуряват движението на вътреклетъчните структури и движението на цялата клетка. Ядрото на клетката играе основна роля в нейния живот; когато бъде отстранено, клетката престава да функционира и умира. Повечето животински клетки имат едно ядро, но има и многоядрени клетки (човешки черен дроб и мускули, гъби, реснички, зелени водорасли). Червените кръвни клетки на бозайниците се развиват от прекурсорни клетки, съдържащи ядро, но зрелите червени кръвни клетки го губят и не живеят дълго.

Ядрото е заобиколено от двойна мембрана, пронизана с пори, чрез които е тясно свързана с каналите на ендоплазмения ретикулум и цитоплазмата. Вътре в ядрото има хроматин - спирализирани участъци от хромозоми. По време на клетъчното делене те се превръщат в пръчковидни структури, които се виждат ясно под светлинен микроскоп. Хромозомите са сложен комплекс от протеини с ДНК, наречен нуклеопротеин. Функциите на ядрото са да регулира всички жизнени функции на клетката, които то осъществява с помощта на ДНК и РНК материални носители на наследствена информация. При подготовката за клетъчно делене ДНК се удвоява; по време на митозата хромозомите се разделят и се предават на дъщерните клетки, осигурявайки непрекъснатост на наследствената информация във всеки тип организъм. Кариоплазмата е течната фаза на ядрото, в която отпадъчните продукти от ядрените структури се намират в разтворена форма.

Ядрото е изолираната, най-плътна част от ядрото. Ядрото съдържа сложни протеини и РНК, свободни или свързани фосфати на калий, магнезий, калций, желязо, цинк, както и рибозоми. Ядрото изчезва преди началото на клетъчното делене и се формира отново в последната фаза на деленето. Така клетката има фина и много сложна организация. Обширната мрежа от цитоплазмени мембрани и мембранният принцип на структурата на органелите позволяват да се разграничат многото химични реакции, протичащи едновременно в клетката. Всяко от вътреклетъчните образувания има своя структура и специфична функция, но само чрез тяхното взаимодействие е възможно хармоничното функциониране на клетката.Въз основа на това взаимодействие веществата от околната среда навлизат в клетката, а отпадъчните продукти се извеждат от нея в клетката. . външна среда- Така се получава метаболизмът. Съвършенството на структурната организация на клетката може да възникне само в резултат на дълготрайно биологична еволюция, по време на което изпълняваните функции постепенно се усложняват. Най-простите едноклетъчни форми представляват едновременно клетка и организъм с всичките му жизнени прояви. При многоклетъчните организми клетките образуват хомогенни групи – тъкани. От своя страна тъканите образуват органи, системи и техните функции се определят от общата жизнена дейност на целия организъм.

Прокариотна клетка

Фиг.2. Устройство на прокариотна клетка

1 - фимбрии; 2 - нуклеоид; 3 - камшичета; 4 - рибозоми; 5 - клетъчна стена; 6 - мембрана

Наследственият апарат на прокариотите е представен от една кръгова ДНК молекула, която не образува връзки с протеини и съдържа по едно копие на всеки ген - хаплоидни организми. В цитоплазмата има голям броймалки рибозоми; вътрешните мембрани липсват или са слабо изразени. Ензимите на пластичния метаболизъм са разположени дифузно. Апаратът на Голджи е представен от отделни везикули. Ензимните системи за енергиен метаболизъм са подредено разположени на вътрешната повърхност на външната цитоплазмена мембрана. Външната страна на клетката е заобиколена от дебела клетъчна стена. Много прокариоти са способни на спорулация при неблагоприятни условия на живот; в този случай малка част от цитоплазмата, съдържаща ДНК, е изолирана и заобиколена от дебела многослойна капсула. Метаболитните процеси вътре в спората практически спират. Когато е изложена на благоприятни условия, спората се трансформира в активна клетъчна форма.

Прокариотите се размножават чрез просто разделяне на две. Средният размер на прокариотните клетки е 5 микрона. Те нямат други вътрешни мембрани, освен инвагинации на плазмената мембрана. Няма слоеве. Вместо клетъчно ядро ​​има негов еквивалент (нуклеоид), лишен от обвивка и състоящ се от една молекула ДНК. В допълнение, бактериите могат да съдържат ДНК под формата на малки плазмиди, подобни на екстрануклеарната ДНК на еукариотите. В прокариотните клетки, способни на фотосинтеза (синьо-зелени водорасли, зелени и лилави бактерии) има различно структурирани големи мембранни инвагинации - тилакоиди, които по своята функция съответстват на еукариотните пластиди. Същите тези тилакоиди или, в безцветните клетки, по-малки мембранни инвагинации (и понякога дори самата плазмена мембрана) функционално заместват митохондриите. Други, сложно диференцирани мембранни инвагинации се наричат ​​мезазоми; тяхната функция не е ясна. Само някои органели на прокариотна клетка са хомоложни на съответните органели на еукариоти. Прокариотите се характеризират с наличието на муреинов сак, механично здрав елемент от клетъчната стена.

Характеристики на приликите и разликите между прокариотни и еукариотни клетки

Обосновката, че прокариотният и еукариотният тип клетъчна организация са най-значимата граница, разделяща всички клетъчни форми на живот, се свързва с трудовете на R. Steinier и K. van Niel, датиращи от 60-те години. Нека обясним разликата между прокариоти и еукариоти. Клетката е част от цитоплазмата, ограничена от мембрана. Последният, под електронен микроскоп, има характерна ултраструктура: два електронно-плътни слоя, всеки с дебелина 2,5-3,0 nm, разделени от електронно-прозрачна междина. Такива мембрани се наричат ​​елементарни. Задължителните химични компоненти на всяка клетка са два вида нуклеинови киселини (ДНК и РНК), протеини, липиди и въглехидрати. Цитоплазмата и заобикалящата я елементарна мембрана са незаменими и задължителни структурни елементи на клетката. Това е в основата на структурата на всички клетки без изключение. Изучаване фина структураразкрива значителни разлики в структурата на клетките на прокариоти (бактерии и цианобактерии) и еукариоти (други макро- и микроорганизми).

Прокариотната клетка се отличава с наличието на такава вътрешна кухина, образувана от елементарна мембрана, наречена клетъчна или цитоплазмена мембрана (CPM). В по-голямата част от прокариотите CPM е единствената мембрана, открита в клетката. Еукариотните клетки, за разлика от прокариотните клетки, имат вторични кухини. Ядрената мембрана, ограничаваща ДНК от останалата част от цитоплазмата, образува вторична кухина. Външните мембрани на хлоропластите и митохондриите, обграждащи функционално специализираните мембрани, затворени в тях, играят подобна роля. Клетъчните структури, ограничени от елементарни мембрани и изпълняващи определени функции в клетката, се наричат ​​органели. Ядрото, митохондриите, хлоропластите са клетъчни органели. В еукариотните клетки, в допълнение към изброените по-горе, има и други органели.

В прокариотните клетки отсъстват типичните за еукариотите органели. Тяхната ядрена ДНК не е отделена от цитоплазмата с мембрана. Цитоплазмата съдържа функционално специализирани структури, но те не са изолирани от цитоплазмата чрез мембрани и следователно не образуват затворени кухини. Тези структури могат да бъдат образувани и от мембрани, но последните не са затворени и като правило показват тясна връзка с CPM, което е резултат от неговата локална вътреклетъчна пролиферация. В прокариотните клетки също има образувания, заобиколени от специална мембрана, която има различна структура и химичен състав в сравнение с елементарната.

По този начин основната разлика между двата типа клетки е наличието в еукариотната клетка на вторични кухини, образувани с участието на елементарни мембрани. Сравнение на някои характеристики на клетъчната организация на прокариотните и еукариотните организми е представено на фиг. 1.

Фиг.3. Сравнение на някои характеристики на прокариотната и еукариотната клетъчна организация

Поради факта, че прокариотната и еукариотната организация на клетките е фундаментално различна, беше предложено всички прокариоти да се класифицират в специално царство само въз основа на тази характеристика. Р. Мъри през 1968 г. предлага всичко клетъчни организмиразделени на две групи според ТИПА на тяхната клетъчна организация: царство Прокариоти, което включва всички организми с прокариотна клетъчна структура, и царство Еукариоти, което включва всички висши протисти, растения и животни.

Р. Уитакър предложи схема, според която всички живи организми с клетъчна структура са представени като разделени на пет царства. Тази система за класификация на живия свят отразява три основни нива на неговата клетъчна организация: Monera включва прокариотни организми, които са на най-примитивното ниво на клетъчна организация; Protista са микроскопични, предимно едноклетъчни, недиференцирани форми на живот, образувани в резултат на качествен скок в процеса на еволюцията, довел до появата на еукариотни клетки; Многоклетъчните еукариоти от своя страна са представени от три царства Plantae, Fungi и Animalia.

Последните три таксономични групи се различават по метода си на хранене: фототрофният тип хранене, дължащ се на процеса на фотосинтеза, е характерен за растенията (Plantae): гъбите (Fungi) се характеризират главно с осмотрофен тип хранене, т.е. хранене с разтворени органични вещества; животните (Animalia) извършват холозойно хранене, което се състои в улавяне и смилане на твърда храна. Методите на хранене, специфични за растенията и гъбите, са възникнали в процеса на еволюция на ниво Monera. На ниво Protista те получават своето по-нататъшно развитие; Тук се формира третият тип хранене - холозой.

Без да се опитваме да преценим целесъобразността на разделянето на живата природа на пет или шест царства, можем да кажем със сигурност, че отделянето на прокариотните микроорганизми в отделно царство Prokaryotae е законно, тъй като се основава на фундаментални различия в структурата на прокариотните и еукариотните клетки , т.е. тези единици, от които са изградени всички клетъчни форми на живот.



Най-очевидният Разликата между прокариотите и еукариотите е, че последните имат ядро, което се отразява в имената на тези групи: „karyo“ се превежда от старогръцки като ядро, „pro“ - преди, „eu“ - добро. Следователно прокариотите са предядрени организми, еукариотите са ядрени.

Това обаче далеч не е единствената и може би не основната разлика между прокариотните организми и еукариотите. Прокариотните клетки изобщо нямат мембранни органели.(с редки изключения) - митохондрии, хлоропласти, комплекс Голджи, ендоплазмен ретикулум, лизозоми. Техните функции се изпълняват от израстъци (инвагинации) на клетъчната мембрана, върху които са разположени различни пигменти и ензими, които осигуряват жизнените процеси.

Прокариотите нямат характерните за еукариотите хромозоми. Основният им генетичен материал е нуклеоид, обикновено с формата на пръстен. В еукариотните клетки хромозомите са комплекси от ДНК и хистонови протеини (играят важна роля в опаковането на ДНК). Тези химични комплекси се наричат хроматин. Нуклеоидът на прокариотите не съдържа хистони, а свързаните с него РНК молекули му придават формата.

Еукариотните хромозоми се намират в ядрото. При прокариотите нуклеоидът се намира в цитоплазмата и обикновено е прикрепен на едно място към клетъчната мембрана.

В допълнение към нуклеоида в прокариотни клеткиСлучва се различни количества плазмиди- нуклеоиди значително по-малки по размер от основния.

Броят на гените в нуклеоида на прокариотите е с порядък по-малък, отколкото в хромозомите. Еукариотите имат много гени, които изпълняват регулаторна функцияпо отношение на други гени. Това позволява на еукариотните клетки на многоклетъчен организъм, които съдържат същата генетична информация, да се специализират; като промените метаболизма си, реагирайте по-гъвкаво на промените във външния и вътрешна среда. Структурата на гените също е различна. При прокариотите гените в ДНК са подредени в групи, наречени оперони. Всеки оперон се транскрибира като единична единица.

Съществуват и разлики между прокариотите и еукариотите в процесите на транскрипция и транслация. Най-важното е, че в прокариотните клетки тези процеси могат да се появят едновременно върху една молекула информационна (информационна) РНК: докато тя все още се синтезира върху ДНК, рибозомите вече „седят“ в крайния й край и синтезират протеин. В еукариотните клетки иРНК претърпява така нареченото съзряване след транскрипция. И едва след това върху него може да се синтезира протеин.

Рибозомите на прокариотите са по-малки (коефициент на утаяване 70S) от тези на еукариотите (80S). Броят на протеините и РНК молекулите в рибозомните субединици е различен. Трябва да се отбележи, че рибозомите (както и генетичният материал) на митохондриите и хлоропластите са подобни на прокариотите, което може да показва техния произход от древни прокариотни организми, които са попаднали в клетката гостоприемник.

Прокариотите обикновено се отличават с по-сложна структура на техните черупки. В допълнение към цитоплазмената мембрана и клетъчната стена, те също имат капсула и други структури, в зависимост от вида на прокариотния организъм. Клетъчната стена изпълнява поддържаща функция и предотвратява проникването вредни вещества. Бактериалната клетъчна стена съдържа муреин (гликопептид). Сред еукариотите растенията имат клетъчна стена (основният й компонент е целулоза), а гъбите имат хитин.

Прокариотните клетки се делят чрез бинарно делене. Те имат няма сложни процеси на клетъчно делене (митоза и мейоза), характерни за еукариотите. Въпреки че преди разделянето нуклеоидът се удвоява, точно както хроматина в хромозомите. В жизнения цикъл на еукариотите има редуване на диплоидни и хаплоидни фази. В този случай обикновено преобладава диплоидната фаза. За разлика от тях прокариотите нямат това.

Еукариотните клетки се различават по размер, но във всеки случай те са значително по-големи от прокариотните клетки (десетки пъти).

Хранителните вещества влизат в прокариотните клетки само чрез осмоза. Освен това в еукариотните клетки може да се наблюдава фаго- и пиноцитоза („улавянето“ на храна и течност с помощта на цитоплазмената мембрана).

Като цяло разликата между прокариотите и еукариотите е очевидно по-голяма сложна структурапоследното. Смята се, че прокариотните клетки са възникнали чрез абиогенеза (дълго химическа еволюцияв условията на ранната Земя). Еукариотите се появяват по-късно от прокариоти, чрез тяхното обединяване (симбиотични, а също и химерни хипотези) или еволюцията на отделни представители (хипотеза за инвагинация). Сложността на еукариотните клетки им позволи да организират многоклетъчен организъм и в процеса на еволюция да осигурят цялото основно разнообразие на живота на Земята.

Таблица на разликите между прокариоти и еукариоти

Знак	Прокариоти	Еукариоти
Клетъчно ядро	Не	Яжте
Мембранни органели	Не. Техните функции се изпълняват от инвагинации на клетъчната мембрана, върху която са разположени пигменти и ензими.	Митохондрии, пластиди, лизозоми, ER, комплекс на Голджи
Клетъчни мембрани	По-сложно, има различни капсули. Клетъчната стена е изградена от муреин.	Основният компонент на клетъчната стена е целулоза (при растенията) или хитин (при гъбите). Животинските клетки нямат клетъчна стена.
Генетичен материал	Значително по-малко. Представлява се от нуклеоид и плазмиди, които имат пръстеновидна форма и се намират в цитоплазмата.	Обемът на наследствената информация е значителен. Хромозоми (състоят се от ДНК и протеини). Диплоидията е характерна.
дивизия	Бинарно клетъчно делене.	Има митоза и мейоза.
Многоклетъчност	Не е характерно за прокариотите.	Те са представени както от едноклетъчни, така и от многоклетъчни форми.
Рибозоми	По-малък	По-голям
Метаболизъм	По-разнообразни (хетеротрофи, фотосинтетични и хемосинтетични различни начиниавтотрофи; анаеробно и аеробно дишане).	Автотрофия възниква само при растенията поради фотосинтеза. Почти всички еукариоти са аероби.
Произход	От неживата природа в процеса на химичната и предбиологичната еволюция.	От прокариотите в процеса на тяхната биологична еволюция.