Zawierają chloroplasty i mitochondria. Mitochondria. Plastydy. Jakie są cechy strukturalne i funkcje białek tworzących komórkę?

12.03.2024

Przeczytaj także

Alexander Starovoitov: biografia, działalność polityczna Osoba publiczna Alexander Starovoitov

Aleksander Starowojtow: biografia i życie osobiste Biografia zastępcy Dumy Państwowej Aleksandra Starowojtowa

O celu życia chrześcijańskiego (Rozmowa św.

Łotman Yuri - niezwykły i bystry

Sokrates - cytaty, powiedzenia i aforyzmy wielkich ludzi

Komórka roślinna. Różnica między komórką roślinną a komórką zwierzęcą.

Krótko odróżnij komórki roślinne od komórek zwierzęcych.

Mocna ściana komórkowa o znacznej grubości;

Specjalne organelle - plastydy, w których pierwotna synteza substancji organicznych z minerałów zachodzi dzięki energii świetlnej;

Rozwinięta sieć wakuoli, która w dużej mierze determinuje właściwości osmotyczne komórek.

Komórka roślinna zawiera wszystkie organelle charakterystyczne dla komórki zwierzęcej: jądro, retikulum endoplazmatyczne, rybosomy, mitochondria, aparat Golgiego. Jednak komórka roślinna ma znaczące różnice.

Komórka roślinna, podobnie jak komórka zwierzęca, jest otoczona błoną cytoplazmatyczną, ale poza tym jest ograniczona grubą ścianą komórkową złożoną z celulozy, której nie mają komórki zwierzęce. Ściana komórkowa ma pory, przez które komunikują się ze sobą kanały siateczki śródplazmatycznej sąsiadujących komórek.

Komórki roślinne mają chloroplasty do fotosyntezy, ale komórki zwierzęce nie mają chloroplastów.

Inną różnicą między komórkami roślinnymi i zwierzęcymi jest to, że komórki zwierzęce są okrągłe, a komórki roślinne mają kształt prostokątny.

Ponadto wszystkie komórki zwierzęce mają centriole, podczas gdy tylko niektóre niższe formy roślin mają centriole (wewnątrzkomórkowe organelle komórki eukariotycznej, reprezentujące ciała w strukturze komórkowej, których wielkość jest na granicy zdolności rozdzielczej mikroskopu świetlnego .

Komórki zwierzęce mają jedną lub więcej małych wakuoli, podczas gdy komórki roślinne mają jedną dużą centralną wakuolę, która może zajmować do 90% objętości komórki.

W komórkach roślinnych wakuola pełni funkcję magazynowania wody i utrzymywania elastyczności komórek. Funkcje wakuoli w komórkach zwierzęcych: magazynowanie wody, jonów i odpadów.

Rysunek komórki roślinnej z symbolami.

Rysunek komórki zwierzęcej z symbolami.

Komórka, podstawowa jednostka żywych istot. Komórka jest oddzielona od innych komórek lub od środowiska zewnętrznego specjalną membraną i posiada jądro lub jego odpowiednik, w którym koncentruje się większość informacji chemicznej kontrolującej dziedziczność. Cytologia bada strukturę komórek, a fizjologia zajmuje się ich funkcjonowaniem. Nauka badająca tkanki zbudowane z komórek nazywa się histologią.

Istnieją organizmy jednokomórkowe, których całe ciało składa się z jednej komórki. Do tej grupy zaliczają się bakterie i protisty (pierwotniaki i glony jednokomórkowe). Czasami nazywane są również bezkomórkowymi, ale częściej używa się terminu jednokomórkowe. Prawdziwe zwierzęta wielokomórkowe (Metazoa) i rośliny (Metaphyta) zawierają wiele

Niektóre struktury organizmu, które nie biorą udziału w metabolizmie, w szczególności muszle, perły lub mineralna podstawa kości, nie są tworzone przez komórki, ale przez produkty ich wydzielania. Inne, takie jak drewno, kora, rogi, sierść i zewnętrzna warstwa skóry, nie są pochodzenia wydzielniczego, ale powstają z martwych komórek.

Małe organizmy, takie jak wrotki, składają się z zaledwie kilkuset komórek. Dla porównania: w organizmie człowieka znajduje się około 1014 komórek, co sekundę umiera 3 miliony czerwonych krwinek i są zastępowane nowymi, a to tylko jedna dziesięciomilionowa całkowitej liczby komórek organizmu.

Struktura komórkowa.

Kiedyś komórkę uważano za mniej lub bardziej jednorodną kroplę materii organicznej, którą nazywano protoplazmą lub substancją żywą. Termin ten stracił aktualność po odkryciu, że komórka składa się z wielu wyraźnie odrębnych struktur zwanych organellami komórkowymi („małymi organami”).

Skład chemiczny. Zwykle 70–80% masy komórek stanowi woda, w której rozpuszczone są różne sole i związki organiczne o niskiej masie cząsteczkowej. Najbardziej charakterystycznymi składnikami komórki są białka i kwasy nukleinowe. Niektóre białka są składnikami strukturalnymi komórki, inne są enzymami, tj. katalizatory decydujące o szybkości i kierunku reakcji chemicznych zachodzących w komórkach. Kwasy nukleinowe służą jako nośniki informacji dziedzicznej, która realizowana jest w procesie wewnątrzkomórkowej syntezy białek.

Często komórki zawierają pewną ilość substancji magazynujących, które służą jako rezerwa pożywienia. Komórki roślinne przechowują głównie skrobię, polimerową formę węglowodanów. Inny polimer węglowodanowy, glikogen, jest magazynowany w komórkach wątroby i mięśni. Często przechowywana żywność zawiera również tłuszcz, chociaż niektóre tłuszcze pełnią inną funkcję, a mianowicie pełnią funkcję niezbędnych składników strukturalnych. Białka zwykle nie są magazynowane w komórkach (z wyjątkiem komórek nasiennych).

Główne części komórki. Niektóre komórki, głównie roślinne i bakteryjne, mają zewnętrzną ścianę komórkową. U roślin wyższych składa się z celulozy. Ściana otacza samą komórkę, chroniąc ją przed naprężeniami mechanicznymi. Komórki, szczególnie komórki bakteryjne, mogą również wydzielać substancje śluzowe, tworząc w ten sposób wokół siebie otoczkę, która podobnie jak ściana komórkowa pełni funkcję ochronną.

Sama komórka składa się z trzech głównych części. Poniżej ściany komórkowej, jeśli występuje, znajduje się błona komórkowa. Błona otacza heterogenny materiał zwany cytoplazmą. Okrągłe lub owalne jądro jest zanurzone w cytoplazmie.

Błona komórkowa.

Błona komórkowa jest bardzo ważną częścią komórki. Łączy wszystkie elementy komórkowe i wyznacza środowisko wewnętrzne i zewnętrzne. Ponadto zmodyfikowane fałdy błony komórkowej tworzą wiele organelli komórkowych.

Błona komórkowa to podwójna warstwa cząsteczek (warstwa dwucząsteczkowa lub dwuwarstwowa). Są to głównie cząsteczki fosfolipidów i innych substancji z nimi powiązanych.

Główną funkcją błony komórkowej jest regulacja transportu substancji do i z komórki. Ponieważ membrana fizycznie przypomina nieco olej, substancje rozpuszczalne w oleju lub rozpuszczalnikach organicznych, takich jak eter, łatwo przez nią przechodzą. To samo dotyczy gazów, takich jak tlen i dwutlenek węgla. Jednocześnie membrana jest praktycznie nieprzepuszczalna dla większości substancji rozpuszczalnych w wodzie, w szczególności cukrów i soli. Dzięki tym właściwościom jest w stanie utrzymać wewnątrz komórki środowisko chemiczne odmienne od tego na zewnątrz.

Wakuola.

Komórki roślinne często mają jedną dużą centralną wakuolę zajmującą prawie całą komórkę; cytoplazma tworzy tylko bardzo cienką warstwę pomiędzy ścianą komórkową a wakuolą. Jedną z funkcji takiej wakuoli jest gromadzenie wody, co pozwala komórce szybko zwiększać rozmiar. Zdolność ta jest szczególnie potrzebna w okresie wzrostu tkanek roślinnych i tworzenia struktur włóknistych.

Cytoplazma.

Cytoplazma zawiera błony wewnętrzne, które są podobne do błony zewnętrznej i tworzą różnego rodzaju organelle. Błony te można traktować jako fałdy błony zewnętrznej; czasami membrany wewnętrzne stanowią integralną część z membraną zewnętrzną, ale często fałda wewnętrzna jest rozsznurowana i kontakt z membraną zewnętrzną zostaje przerwany. Jednakże, nawet jeśli kontakt zostanie utrzymany, membrana wewnętrzna i zewnętrzna nie zawsze są chemicznie identyczne. W szczególności skład białek błonowych różni się w różnych organellach komórkowych.

Aparat Golgiego.

Aparat Golgiego (kompleks Golgiego) jest wyspecjalizowaną częścią retikulum endoplazmatycznego, składającą się z ułożonych w stos płaskich worków błonowych. Bierze udział w wydzielaniu białek przez komórkę (następuje w niej pakowanie wydzielanych białek w granulki) i dlatego jest szczególnie rozwinięty w komórkach pełniących funkcję wydzielniczą. Do ważnych funkcji aparatu Golgiego należy także przyłączanie grup węglowodanowych do białek i wykorzystanie tych białek do budowy błony komórkowej i błony lizosomów. U niektórych glonów włókna celulozowe są syntetyzowane w aparacie Golgiego.

Mitochondria i chloroplasty.

Mitochondria to stosunkowo duże struktury przypominające worki o dość złożonej strukturze. Składają się z matrycy otoczonej błoną wewnętrzną, przestrzeni międzybłonowej i błony zewnętrznej. Wewnętrzna membrana jest złożona w fałdy zwane cristae. Skupiska białek znajdują się na cristae. Wiele z nich to enzymy katalizujące utlenianie produktów rozkładu węglowodanów; inne katalizują reakcje syntezy i utleniania tłuszczów. Enzymy pomocnicze biorące udział w tych procesach są rozpuszczone w matrix mitochondrialnej.

W mitochondriach zachodzi utlenianie substancji organicznych połączone z syntezą adenozynotrójfosforanu (ATP). Rozkładowi ATP do difosforanu adenozyny (ADP) towarzyszy uwolnienie energii, która jest zużywana na różne procesy życiowe, na przykład syntezę białek i kwasów nukleinowych, transport substancji do i z komórki, transmisję impulsów nerwowych lub skurczu mięśni. Mitochondria są zatem stacjami energetycznymi, które przetwarzają „paliwo” – tłuszcze i węglowodany – w formę energii, która może zostać wykorzystana przez komórkę, a tym samym organizm jako całość.

Komórki roślinne również zawierają mitochondria, ale głównym źródłem energii dla ich komórek jest światło. Energia świetlna jest wykorzystywana przez te komórki do produkcji ATP i syntezy węglowodanów z dwutlenku węgla i wody. Chlorofil, pigment gromadzący energię świetlną, występuje w chloroplastach. Chloroplasty, podobnie jak mitochondria, mają błonę wewnętrzną i zewnętrzną. Z narośli błony wewnętrznej podczas rozwoju chloroplastów powstają tak zwane chloroplasty. błony tylakoidowe; te ostatnie tworzą spłaszczone worki, zebrane w stosy niczym kolumna monet; te stosy, zwane grana, zawierają chlorofil. Oprócz chlorofilu chloroplasty zawierają wszystkie inne składniki niezbędne do fotosyntezy.

Niektóre wyspecjalizowane chloroplasty nie przeprowadzają fotosyntezy, ale pełnią inne funkcje, takie jak przechowywanie skrobi lub pigmentów.

Mitochondria i chloroplasty zawierają pewną ilość własnego materiału genetycznego (DNA), który koduje część ich struktury. Jeśli DNA zostanie utracone, co ma miejsce, gdy tworzenie organelli zostanie zahamowane, struktura nie będzie mogła zostać odtworzona. Obydwa typy organelli mają swój własny system syntezy białek (rybosomy i przenoszące RNA), który różni się nieco od głównego układu syntezy białek w komórce; wiadomo na przykład, że układ organelli syntetyzujący białka można stłumić za pomocą antybiotyków, podczas gdy nie mają one wpływu na główny układ.

DNA organelli jest odpowiedzialne tylko za niewielką część struktury organelli; większość ich białek jest kodowana w genach zlokalizowanych na chromosomach.

Rdzeń.

Jądro otoczone jest podwójną błoną. Bardzo wąska (około 40 nm) przestrzeń pomiędzy dwiema błonami nazywana jest okołojądrową. Błony jądrowe przechodzą do błon retikulum endoplazmatycznego, a przestrzeń okołojądrowa otwiera się na przestrzeń siatkową. Zazwyczaj błona jądrowa ma bardzo wąskie pory. Najwyraźniej transportowane są przez nie duże cząsteczki, takie jak informacyjny RNA, który jest syntetyzowany na DNA, a następnie przedostaje się do cytoplazmy.

Większość materiału genetycznego zlokalizowana jest w chromosomach jądra komórkowego. Chromosomy składają się z długich łańcuchów dwuniciowego DNA, do którego przyłączone są zasadowe (tj. zasadowe) białka. Czasami chromosomy mają kilka identycznych nici DNA leżących obok siebie - takie chromosomy nazywane są polietylenem (wieloniciowym). Liczba chromosomów jest różna u różnych gatunków. Komórki diploidalne ludzkiego ciała zawierają 46 chromosomów, czyli 23 pary.

Podział komórek.

Chociaż wszystkie komórki powstają w wyniku podziału poprzedniej komórki, nie wszystkie dzielą się dalej. Na przykład komórki nerwowe w mózgu po utworzeniu nie dzielą się. Ich liczba stopniowo maleje; Uszkodzona tkanka mózgowa nie jest w stanie zregenerować się poprzez regenerację. Jeśli komórki nadal się dzielą, charakteryzują się cyklem komórkowym składającym się z dwóch głównych etapów: interfazy i mitozy.

MITOZA

Po zduplikowaniu chromosomów każda z komórek potomnych powinna otrzymać pełny zestaw chromosomów. Prosty podział komórki nie jest w stanie tego osiągnąć – wynik ten osiąga się w procesie zwanym mitozą. Początkiem tego procesu jest ustawienie chromosomów w płaszczyźnie równikowej komórki. Następnie każdy chromosom dzieli się wzdłużnie na dwie chromatydy, które zaczynają się rozchodzić w przeciwnych kierunkach, stając się niezależnymi chromosomami. W rezultacie pełny zestaw chromosomów znajduje się na obu końcach komórki. Następnie komórka dzieli się na dwie części, a każda komórka potomna otrzymuje pełny zestaw chromosomów.

Mitoza w komórce zwierzęcej dzieli się na cztery etapy.

I. Profaza.

II. Metafaza.

III. Anafaza.

IV. Telofaza.

Szczegóły mitozy różnią się nieco w zależności od typu komórek. Typowa komórka roślinna tworzy wrzeciono, ale brakuje mu centrioli. U grzybów mitoza zachodzi wewnątrz jądra, bez wcześniejszego rozpadu błony jądrowej.

Rozmnażanie przez mitozę nazywa się rozmnażaniem bezpłciowym, rozmnażaniem wegetatywnym lub klonowaniem. Jego najważniejszym aspektem jest genetyka: przy takiej reprodukcji nie ma rozbieżności czynników dziedzicznych u potomstwa. Powstałe komórki potomne są genetycznie dokładnie takie same jak komórka macierzysta. Mitoza to jedyny sposób samoreprodukcji u gatunków, które nie rozmnażają się płciowo, takich jak wiele organizmów jednokomórkowych. Jednak nawet u gatunków rozmnażających się płciowo komórki organizmu dzielą się w drodze mitozy i pochodzą z pojedynczej komórki, zapłodnionego jaja, a zatem wszystkie są genetycznie identyczne. Rośliny wyższe mogą rozmnażać się bezpłciowo (poprzez mitozę) przez sadzonki i wąsy (dobrze znanym przykładem są truskawki).

Mejoza.

Rozmnażanie płciowe organizmów odbywa się za pomocą wyspecjalizowanych komórek, tzw. gamety - oocyty (jaja) i plemniki (plemniki). Gamety łączą się, tworząc jedną komórkę – zygotę. Każda gameta jest haploidalna, tj. ma jeden zestaw chromosomów. W zestawie wszystkie chromosomy są różne, ale każdy chromosom komórki jajowej odpowiada jednemu z chromosomów plemnika. Dlatego zygota zawiera już parę odpowiadających sobie chromosomów, które nazywa się homologicznymi. Chromosomy homologiczne są podobne, ponieważ mają te same geny lub ich warianty (allele), które determinują określone cechy. Na przykład jeden ze sparowanych chromosomów może mieć gen kodujący grupę krwi A, a drugi może mieć wariant kodujący grupę krwi B. Chromosomy zygoty pochodzące z komórki jajowej są matczyne, a te pochodzące z plemnika są ojcowskie. .

Podział cytoplazmatyczny.

W wyniku dwóch podziałów mejotycznych komórki diploidalnej powstają cztery komórki. Kiedy tworzą się męskie komórki rozrodcze, otrzymuje się cztery plemniki mniej więcej tej samej wielkości. Kiedy powstają jaja, podział cytoplazmy zachodzi bardzo nierównomiernie: jedna komórka pozostaje duża, a pozostałe trzy są tak małe, że prawie w całości są zajęte przez jądro. Te małe komórki, tzw. ciała polarne służą jedynie do przyjmowania nadmiaru chromosomów powstałych w wyniku mejozy. Większość cytoplazmy niezbędnej dla zygoty pozostaje w jednej komórce - jaju.

Klasyfikacja tkanin.

Tkanka to filogenetycznie utworzony układ komórek i struktur niekomórkowych, który ma wspólną strukturę i specjalizuje się w wykonywaniu określonych funkcji. W zależności od tego wyróżnia się pochodne nabłonkowe, mezenchymalne, mięśnie i tkankę nerwową.

Tkanka nabłonkowa charakteryzuje się morfologicznie ścisłym połączeniem komórek w warstwy. Nabłonek i mezotelium (rodzaj nabłonka) wyściełają powierzchnię ciała, błony surowicze, wewnętrzną powierzchnię narządów pustych (przewód pokarmowy, pęcherz moczowy itp.) i tworzą większość gruczołów.

Rozróżnij nabłonek powłokowy i gruczołowy

Nabłonek powłokowy należy do nabłonka granicznego, ponieważ znajduje się na granicy środowiska wewnętrznego i zewnętrznego i za jego pośrednictwem zachodzi metabolizm (wchłanianie i wydalanie). Chroni również leżące poniżej tkanki przed czynnikami chemicznymi, mechanicznymi i innymi rodzajami wpływów zewnętrznych.

Nabłonek gruczołowy pełni funkcję wydzielniczą, to znaczy zdolność do syntezy i wydzielania tajnych substancji, które mają specyficzny wpływ na procesy zachodzące w organizmie.

Nabłonek, którego wszystkie komórki są połączone z błoną podstawną, nazywany jest jednowarstwowym.

W nabłonku wielowarstwowym tylko dolna warstwa komórek jest połączona z błoną podstawną.

Istnieją jedno- i wielorzędowe nabłonki jednowarstwowe. Nabłonek izomorficzny jednorzędowy charakteryzuje się komórkami o tym samym kształcie z jądrami leżącymi na tym samym poziomie (w jednym rzędzie), a nabłonek wielorzędowy, czyli anizomorficzny, charakteryzuje się komórkami o różnych kształtach, z jądrami leżącymi na różnych poziomach i w kilku rzędach.

Nabłonek wielowarstwowy, w którym komórki górnych warstw zamieniają się w rogowe łuski, nazywany jest keratynizującym wielowarstwowym, a przy braku keratynizacji - wielowarstwowym niekeratynizującym.

Specjalna forma nabłonka wielowarstwowego jest przejściowa, charakteryzująca się tym, że jego wygląd zmienia się w zależności od rozciągnięcia leżącej pod nim tkanki (ściany miedniczki nerkowej, moczowodów, pęcherza itp.).

Treść artykułu

KOMÓRKA, podstawowa jednostka istot żywych. Komórka jest oddzielona od innych komórek lub od środowiska zewnętrznego specjalną membraną i posiada jądro lub jego odpowiednik, w którym koncentruje się większość informacji chemicznej kontrolującej dziedziczność. Cytologia bada strukturę komórek, a fizjologia zajmuje się ich funkcjonowaniem. Nauka badająca tkanki zbudowane z komórek nazywa się histologią.

Zdecydowana większość tkanek składa się z komórek, ale są pewne wyjątki. Na przykład ciało śluzowców (myxomycetes) składa się z jednorodnej substancji, która nie jest podzielona na komórki z licznymi jądrami. Niektóre tkanki zwierzęce, w szczególności mięsień sercowy, są zorganizowane w podobny sposób. Ciało wegetatywne (talus) grzybów jest utworzone przez mikroskopijne nici - strzępki, często podzielone na segmenty; każdy taki wątek można uznać za odpowiednik komórki, choć o nietypowym kształcie.

Małe organizmy, takie jak wrotki, składają się z zaledwie kilkuset komórek. Dla porównania: w organizmie człowieka znajduje się ok. 10 14 komórek, co sekundę 3 miliony czerwonych krwinek umiera i są zastępowane nowymi, a to tylko jedna dziesięciomilionowa całkowitej liczby komórek ciała.

Zazwyczaj rozmiary komórek roślinnych i zwierzęcych mieszczą się w zakresie od 5 do 20 mikronów średnicy. Typowa komórka bakteryjna jest znacznie mniejsza – ok. 2 mikrony, a najmniejsza znana to 0,2 mikrona.

Niektóre wolno żyjące komórki, takie jak pierwotniaki, takie jak otwornice, mogą osiągnąć kilka centymetrów; zawsze mają wiele rdzeni. Komórki cienkich włókien roślinnych osiągają długość jednego metra, a procesy komórek nerwowych u dużych zwierząt sięgają kilku metrów. Przy takiej długości objętość tych komórek jest niewielka, ale powierzchnia jest bardzo duża.

Największe komórki to niezapłodnione jaja ptasie wypełnione żółtkiem. Największe jajo (a zatem największa komórka) należało do wymarłego ogromnego ptaka - apiornis ( Aepyornis). Prawdopodobnie jego żółtko ważyło ok. 3,5 kg. Największe jajo wśród żyjących gatunków należy do strusia; jego żółtko waży ok. 0,5 kg.

Z reguły komórki dużych zwierząt i roślin są tylko nieznacznie większe niż komórki małych organizmów. Słoń jest większy od myszy nie dlatego, że jego komórki są większe, ale głównie dlatego, że samych komórek jest znacznie więcej. Istnieją grupy zwierząt, takie jak wrotki i nicienie, u których liczba komórek w organizmie pozostaje stała. Tak więc, chociaż duże gatunki nicieni mają większą liczbę komórek niż małe, główna różnica w wielkości wynika w tym przypadku z większych rozmiarów komórek.

W obrębie danego typu komórek ich rozmiary zależą zwykle od ploidii, tj. na liczbę zestawów chromosomów obecnych w jądrze. Komórki tetraploidalne (z czterema zestawami chromosomów) mają dwukrotnie większą objętość niż komórki diploidalne (z dwoma zestawami chromosomów). Ploidię rośliny można zwiększyć wprowadzając do niej ziołowy lek kolchicynę. Ponieważ rośliny narażone na ten efekt mają większe komórki, same są większe. Jednak zjawisko to można zaobserwować tylko w poliploidach niedawnego pochodzenia. W ewolucyjnie starożytnych roślinach poliploidalnych rozmiary komórek podlegają „odwrotnej regulacji” w kierunku normalnych wartości pomimo wzrostu liczby chromosomów.

STRUKTURA KOMÓRKOWA

Skład chemiczny.

Zwykle 70–80% masy komórek stanowi woda, w której rozpuszczone są różne sole i związki organiczne o niskiej masie cząsteczkowej. Najbardziej charakterystycznymi składnikami komórki są białka i kwasy nukleinowe. Niektóre białka są składnikami strukturalnymi komórki, inne są enzymami, tj. katalizatory decydujące o szybkości i kierunku reakcji chemicznych zachodzących w komórkach. Kwasy nukleinowe służą jako nośniki informacji dziedzicznej, która realizowana jest w procesie wewnątrzkomórkowej syntezy białek.

Nie da się opisać typowego składu komórki, przede wszystkim ze względu na duże różnice w ilości przechowywanego pożywienia i wody. Komórki wątroby zawierają na przykład 70% wody, 17% białek, 5% tłuszczów, 2% węglowodanów i 0,1% kwasów nukleinowych; pozostałe 6% pochodzi z soli i związków organicznych o niskiej masie cząsteczkowej, w szczególności aminokwasów. Komórki roślinne zazwyczaj zawierają mniej białka, znacznie więcej węglowodanów i nieco więcej wody; wyjątkiem są komórki będące w stanie spoczynku. Komórka spoczynkowa ziarna pszenicy, która jest źródłem składników odżywczych dla zarodka, zawiera ok. 12% białka (głównie białko zmagazynowane), 2% tłuszczu i 72% węglowodanów. Ilość wody osiąga normalny poziom (70–80%) dopiero na początku kiełkowania ziarna.

Główne części komórki.

Niektóre komórki, głównie roślinne i bakteryjne, mają zewnętrzną ścianę komórkową. U roślin wyższych składa się z celulozy. Ściana otacza samą komórkę, chroniąc ją przed naprężeniami mechanicznymi. Komórki, szczególnie komórki bakteryjne, mogą również wydzielać substancje śluzowe, tworząc w ten sposób wokół siebie otoczkę, która podobnie jak ściana komórkowa pełni funkcję ochronną.

To właśnie z niszczeniem ścian komórkowych wiąże się śmierć wielu bakterii pod wpływem penicyliny. Faktem jest, że wewnątrz komórki bakteryjnej stężenie soli i związków o niskiej masie cząsteczkowej jest bardzo duże, dlatego w przypadku braku ściany wzmacniającej napływ wody do komórki pod wpływem ciśnienia osmotycznego może doprowadzić do jej rozerwania. Penicylina, która zapobiega tworzeniu się jej ściany podczas wzrostu komórek, prowadzi do rozerwania komórek (lizy).

Ściany komórkowe i kapsułki nie biorą udziału w metabolizmie i często można je oddzielić bez zabijania komórki. Można je zatem uznać za zewnętrzne pomocnicze części komórki. Komórkom zwierzęcym zwykle brakuje ścian komórkowych i torebek.

BŁONA KOMÓRKOWA

Błona komórkowa to podwójna warstwa cząsteczek (warstwa dwucząsteczkowa lub dwuwarstwowa). Są to głównie cząsteczki fosfolipidów i innych substancji z nimi powiązanych. Cząsteczki lipidów mają dwoistą naturę, objawiającą się tym, jak zachowują się w stosunku do wody. Głowy cząsteczek są hydrofilowe, tj. mają powinowactwo do wody, a ich ogony węglowodorowe są hydrofobowe. Dlatego lipidy po zmieszaniu z wodą tworzą na swojej powierzchni film podobny do filmu olejowego; Co więcej, wszystkie ich cząsteczki są zorientowane w ten sam sposób: głowy cząsteczek znajdują się w wodzie, a ogony węglowodorowe znajdują się nad jej powierzchnią.

W błonie komórkowej występują dwie takie warstwy i w każdej z nich głowy cząsteczek są zwrócone na zewnątrz, a ogony skierowane do wnętrza błony, jedna w stronę drugiej, nie wchodząc w ten sposób w kontakt z wodą. Grubość takiej membrany wynosi ok. 7 nm. Oprócz głównych składników lipidowych zawiera duże cząsteczki białka, które potrafią „unosić się” w dwuwarstwie lipidowej i są ułożone tak, że jedna strona jest zwrócona do wnętrza komórki, a druga ma kontakt ze środowiskiem zewnętrznym. Niektóre białka znajdują się tylko na zewnętrznej lub tylko wewnętrznej powierzchni błony lub są tylko częściowo zanurzone w dwuwarstwie lipidowej.

Wiadomo jednak, że komórki nie da się całkowicie odizolować od środowiska, gdyż musi ona otrzymać substancje niezbędne do metabolizmu i pozbyć się produktów końcowych. Ponadto dwuwarstwa lipidowa nie jest całkowicie nieprzepuszczalna nawet dla substancji rozpuszczalnych w wodzie i tzw. przenikających ją. Białka „tworzące kanały” tworzą pory lub kanały, które mogą otwierać się i zamykać (w zależności od zmian w konformacji białka) oraz w stanie otwartym przewodzić pewne jony (Na +, K +, Ca 2+) wzdłuż gradientu stężeń . W konsekwencji różnica stężeń wewnątrz i na zewnątrz komórki nie może być utrzymana wyłącznie ze względu na niską przepuszczalność membrany. Tak naprawdę zawiera białka, które pełnią funkcję molekularnej „pompy”: transportują określone substancje zarówno do, jak i z komórki, działając wbrew gradientowi stężeń. W rezultacie, gdy stężenie np. aminokwasów wewnątrz komórki jest wysokie, a na zewnątrz niskie, aminokwasy mogą mimo wszystko przepływać ze środowiska zewnętrznego do wewnętrznego. Transfer ten nazywa się transportem aktywnym i wykorzystuje energię dostarczaną przez metabolizm. Pompy membranowe są bardzo specyficzne: każda z nich jest w stanie transportować albo tylko jony określonego metalu, albo aminokwas, albo cukier. Kanały jonowe błony są również specyficzne.

Taka selektywna przepuszczalność jest fizjologicznie bardzo ważna, a jej brak jest pierwszym dowodem śmierci komórki. Łatwo to zilustrować na przykładzie buraków. Jeśli żywy korzeń buraka zanurzy się w zimnej wodzie, zachowuje swój pigment; jeśli buraki zostaną ugotowane, komórki obumierają, stają się łatwo przepuszczalne i tracą pigment, co powoduje, że woda staje się czerwona.

Komórka może „połykać” duże cząsteczki, takie jak białka. Pod wpływem niektórych białek, jeśli są one obecne w płynie otaczającym komórkę, następuje inwazja w błonie komórkowej, która następnie zamyka się, tworząc pęcherzyk – małą wakuolę zawierającą cząsteczki wody i białka; Następnie błona wokół wakuoli pęka, a zawartość dostaje się do komórki. Proces ten nazywany jest pinocytozą (dosłownie „piciem komórki”) lub endocytozą.

Większe cząstki, np. cząstki jedzenia, można w podobny sposób wchłonąć podczas tzw. fagocytoza. Zazwyczaj wakuola powstająca podczas fagocytozy jest większa, a żywność jest trawiona przez enzymy lizosomalne wewnątrz wakuoli, zanim otaczająca błona pęknie. Ten rodzaj odżywiania jest typowy dla pierwotniaków, takich jak ameby, które zjadają bakterie. Jednak zdolność do fagocytozy jest charakterystyczna zarówno dla komórek jelitowych zwierząt niższych, jak i fagocytów, jednego z rodzajów białych krwinek (leukocytów) kręgowców. W tym drugim przypadku znaczenie tego procesu nie polega na odżywianiu samych fagocytów, ale na ich niszczeniu bakterii, wirusów i innych obcych materiałów szkodliwych dla organizmu.

Funkcje wakuoli mogą być różne. Na przykład pierwotniaki żyjące w słodkiej wodzie doświadczają stałego osmotycznego dopływu wody, ponieważ stężenie soli wewnątrz komórki jest znacznie wyższe niż na zewnątrz. Są w stanie wydzielać wodę do specjalnej wakuoli wydalniczej (kurczliwej), która okresowo wypycha jej zawartość.

W tkankach, w miejscach ścisłego połączenia komórek, w ich błonach znajdują się liczne pory utworzone przez przenikające przez błonę białka – tzw. połączenia. Pory sąsiednich komórek znajdują się naprzeciw siebie, dzięki czemu substancje niskocząsteczkowe mogą przechodzić z komórki do komórki - ten system komunikacji chemicznej koordynuje ich aktywność życiową. Przykładem takiej koordynacji jest obserwowany w wielu tkankach mniej lub bardziej synchroniczny podział sąsiadujących komórek.

CYTOPLAZMA

Siateczka endoplazmatyczna.

Sieć błon wewnętrznych składająca się z kanalików i pęcherzyków rozciąga się od powierzchni komórki do jądra. Sieć ta nazywa się retikulum endoplazmatycznym. Często zwracano uwagę, że kanaliki otwierają się na powierzchni komórki, a siateczka śródplazmatyczna pełni w ten sposób rolę aparatu mikrokrążenia, za pośrednictwem którego środowisko zewnętrzne może bezpośrednio oddziaływać z całą zawartością komórki. Interakcję tę stwierdzono w niektórych komórkach, zwłaszcza komórkach mięśniowych, lecz nie jest jeszcze jasne, czy jest ona powszechna. W każdym razie faktycznie zachodzi transport wielu substancji przez te kanaliki z jednej części komórki do drugiej.

Drobne ciałka zwane rybosomami pokrywają powierzchnię retikulum endoplazmatycznego, zwłaszcza w pobliżu jądra. Średnica rybosomu ok. 15 nm, składają się w połowie z białek i w połowie z kwasów rybonukleinowych. Ich główną funkcją jest synteza białek; informacyjny RNA i aminokwasy związane z transferowym RNA są przyłączone do ich powierzchni. Obszary siateczki pokryte rybosomami nazywane są szorstką siateczką śródplazmatyczną, a te bez nich nazywane są gładkimi. Oprócz rybosomów na retikulum endoplazmatycznym lub w inny sposób są z nim adsorbowane różne enzymy, w tym układy enzymatyczne, które zapewniają wykorzystanie tlenu do tworzenia steroli i neutralizacji niektórych trucizn. W niesprzyjających warunkach siateczka śródplazmatyczna szybko ulega degeneracji, dlatego jej stan służy jako czuły wskaźnik stanu zdrowia komórek.

Aparat Golgiego.

Lizosomy

- Są to małe bąbelki otoczone pojedynczą membraną. Pączkują z aparatu Golgiego i prawdopodobnie z siateczki śródplazmatycznej. Lizosomy zawierają różnorodne enzymy rozkładające duże cząsteczki, w szczególności białka. Enzymy te, ze względu na swoje destrukcyjne działanie, są niejako „zamknięte” w lizosomach i uwalniane tylko w razie potrzeby. Zatem podczas trawienia wewnątrzkomórkowego enzymy są uwalniane z lizosomów do wakuoli trawiennych. Lizosomy są również niezbędne do niszczenia komórek; na przykład podczas przemiany kijanki w dorosłą żabę uwolnienie enzymów lizosomalnych zapewnia zniszczenie komórek ogona. W tym przypadku jest to normalne i korzystne dla organizmu, jednak czasami takie niszczenie komórek jest patologiczne. Na przykład wdychany pył azbestu może przedostać się do komórek płuc, co powoduje pęknięcie lizosomów, zniszczenie komórek i rozwój choroby płuc.

Mitochondria i chloroplasty.

Niektóre wyspecjalizowane chloroplasty nie przeprowadzają fotosyntezy, ale pełnią inne funkcje, takie jak przechowywanie skrobi lub pigmentów.

Względna autonomia.

Pod pewnymi względami mitochondria i chloroplasty zachowują się jak organizmy autonomiczne. Na przykład, podobnie jak same komórki, które powstają wyłącznie z komórek, mitochondria i chloroplasty powstają wyłącznie z wcześniej istniejących mitochondriów i chloroplastów. Wykazano to w doświadczeniach na komórkach roślinnych, w których tworzenie chloroplastów było hamowane przez antybiotyk streptomycynę, oraz na komórkach drożdży, gdzie tworzenie mitochondriów było hamowane przez inne leki. Po takich efektach komórki nigdy nie odtworzyły brakujących organelli. Powodem jest to, że mitochondria i chloroplasty zawierają pewną ilość własnego materiału genetycznego (DNA), który koduje część ich struktury. Jeśli DNA zostanie utracone, co ma miejsce, gdy tworzenie organelli zostanie zahamowane, struktura nie będzie mogła zostać odtworzona. Obydwa typy organelli mają swój własny system syntezy białek (rybosomy i przenoszące RNA), który różni się nieco od głównego układu syntezy białek w komórce; wiadomo na przykład, że układ organelli syntetyzujący białka można stłumić za pomocą antybiotyków, podczas gdy nie mają one wpływu na główny układ.

DNA organelli jest odpowiedzialne za większość dziedziczenia pozachromosomalnego, czyli cytoplazmatycznego. Dziedziczenie pozachromosomalne nie podlega prawom Mendla, ponieważ podczas podziału komórki DNA organelli jest przekazywane komórkom potomnym w inny sposób niż chromosomy. Badanie mutacji zachodzących w DNA organelli i DNA chromosomów wykazało, że DNA organelli jest odpowiedzialne tylko za niewielką część struktury organelli; większość ich białek jest kodowana w genach zlokalizowanych na chromosomach.

Częściowa autonomia genetyczna rozpatrywanych organelli oraz cechy ich systemów syntezy białek posłużyły za podstawę do założenia, że mitochondria i chloroplasty pochodzą od bakterii symbiotycznych, które zadomowiły się w komórkach 1–2 miliardy lat temu. Współczesnym przykładem takiej symbiozy są małe algi fotosyntetyzujące żyjące w komórkach niektórych koralowców i mięczaków. Glony dostarczają żywicielom tlen i pobierają od nich składniki odżywcze.

Struktury włókniste.

Cytoplazma komórki jest lepkim płynem, więc napięcie powierzchniowe powoduje, że można oczekiwać, że komórka będzie kulista, chyba że komórki będą ciasno upakowane. Jednak zwykle nie jest to przestrzegane. Wiele pierwotniaków ma gęste powłoki lub błony, które nadają komórce specyficzny, niekulisty kształt. Niemniej jednak, nawet bez błony, komórki mogą zachować kształt niekulisty ze względu na fakt, że cytoplazma jest zbudowana za pomocą licznych, raczej sztywnych, równoległych włókien. Te ostatnie są utworzone przez puste mikrotubule, które składają się z jednostek białkowych zorganizowanych w spiralę.

Niektóre pierwotniaki tworzą pseudopodia – długie, cienkie wypustki cytoplazmatyczne, którymi chwytają pożywienie. Pseudopodia zachowują swój kształt dzięki sztywności mikrotubul. Jeśli ciśnienie hydrostatyczne wzrośnie do około 100 atmosfer, mikrotubule rozpadają się, a komórka przyjmuje kształt kropli. Kiedy ciśnienie wraca do normy, mikrotubule ponownie się łączą, a komórka tworzy pseudopodia. Wiele innych komórek reaguje w podobny sposób na zmiany ciśnienia, co potwierdza udział mikrotubul w utrzymaniu kształtu komórki. Montaż i rozpad mikrotubul, niezbędny do szybkiej zmiany kształtu komórki, zachodzi nawet przy braku zmian ciśnienia.

Mikrotubule tworzą również struktury włókniste, które służą jako narządy ruchu komórek. Niektóre komórki mają biczowate wypustki zwane wiciami lub rzęskami – ich bicie zapewnia ruch komórki w wodzie. Jeśli komórka jest nieruchoma, struktury te wypychają wodę, cząsteczki jedzenia i inne cząstki w kierunku komórki lub od niej. Wici są stosunkowo duże i zwykle komórka ma tylko jedną, czasem kilka wici. Rzęski są znacznie mniejsze i pokrywają całą powierzchnię komórki. Chociaż struktury te są charakterystyczne głównie dla najprostszych, mogą występować również w formach wysoce zorganizowanych. W organizmie człowieka wszystkie drogi oddechowe są wyścielone rzęskami. Małe cząsteczki, które dostają się do nich, są zwykle wychwytywane przez śluz na powierzchni komórek, a rzęski wypychają je wraz ze śluzem, chroniąc w ten sposób płuca. Męskie komórki rozrodcze większości zwierząt i niektórych niższych roślin poruszają się za pomocą wici.

Istnieją inne rodzaje ruchu komórkowego. Jednym z nich jest ruch ameboidalny. Ameba, podobnie jak niektóre komórki organizmów wielokomórkowych, „przepływa” z miejsca na miejsce, tj. poruszać się pod wpływem przepływu zawartości komórki. Wewnątrz komórek roślinnych istnieje także stały prąd materii, jednak nie powoduje on ruchu komórki jako całości. Najbardziej zbadanym rodzajem ruchu komórkowego jest skurcz komórek mięśniowych; odbywa się to poprzez przesuwanie się względem siebie włókienek (nici białkowych), co prowadzi do skrócenia komórki.

RDZEŃ

W komórce niedzielącej się chromosomy są przyczepione w jednym lub większej liczbie punktów do błony jądrowej. W normalnym stanie rozwiniętym chromosomy są tak cienkie, że nie są widoczne pod mikroskopem świetlnym. W określonych loci (odcinkach) jednego lub większej liczby chromosomów powstaje gęste ciało, które występuje w jądrach większości komórek – tzw. jąderko. W jąderkach zachodzi synteza i akumulacja RNA wykorzystywanego do budowy rybosomów, a także niektórych innych typów RNA.

PODZIAŁ KOMÓREK

Sama interfaza składa się z trzech faz: G 1, S i G 2. Poniżej przedstawiono czas ich trwania, typowy dla komórek roślinnych i zwierzęcych.

G 1 (4–8 godzin). Faza ta rozpoczyna się natychmiast po narodzinach komórki. W fazie G 1 komórka, z wyjątkiem chromosomów (które się nie zmieniają), zwiększa swoją masę. Jeśli komórka nie dzieli się dalej, pozostaje w tej fazie.

S (6–9 godzin). Masa komórek stale rośnie i następuje podwojenie (duplikacja) chromosomalnego DNA. Jednakże chromosomy pozostają pojedyncze w strukturze, chociaż ich masa jest podwojona, ponieważ dwie kopie każdego chromosomu (chromatydy) są nadal połączone ze sobą na całej swojej długości.

G2. Masa komórki nadal rośnie, aż osiągnie w przybliżeniu dwukrotność masy pierwotnej, po czym następuje mitoza.

Po zduplikowaniu chromosomów każda z komórek potomnych powinna otrzymać pełny zestaw chromosomów. Prosty podział komórki nie jest w stanie tego osiągnąć – wynik ten osiąga się w procesie zwanym mitozą. Nie wchodząc w szczegóły, za początek tego procesu należy uznać ułożenie chromosomów w płaszczyźnie równikowej komórki. Następnie każdy chromosom dzieli się wzdłużnie na dwie chromatydy, które zaczynają się rozchodzić w przeciwnych kierunkach, stając się niezależnymi chromosomami. W rezultacie pełny zestaw chromosomów znajduje się na obu końcach komórki. Następnie komórka dzieli się na dwie części, a każda komórka potomna otrzymuje pełny zestaw chromosomów.

Poniżej znajduje się opis mitozy w typowej komórce zwierzęcej. Zwykle dzieli się go na cztery etapy.

I. Profaza. Specjalna struktura komórkowa - centriola - podwaja się (czasami to podwojenie następuje w okresie S interfazy), a dwie centriole zaczynają się rozchodzić w kierunku przeciwnych biegunów jądra. Błona jądrowa ulega zniszczeniu; jednocześnie specjalne białka łączą się (agregują), tworząc mikrotubule w postaci nici. Centriole, obecnie zlokalizowane na przeciwległych biegunach komórki, organizują mikrotubule, które w rezultacie ustawiają się promieniście, tworząc strukturę przypominającą wyglądem kwiat asteru („gwiazdę”). Pozostałe nici mikrotubul rozciągają się od jednej centrioli do drugiej, tworząc tzw. wrzeciono rozszczepialne. W tym czasie chromosomy są w stanie spiralnym, przypominającym sprężynę. Są wyraźnie widoczne w mikroskopie świetlnym, szczególnie po zabarwieniu. W profazie chromosomy są rozdzielane, ale chromatydy nadal pozostają połączone parami w strefie centromeru - organelli chromosomalnej podobnej pod względem funkcji do centrioli. Centromery mają również wpływ organizujący na włókna wrzeciona, które teraz rozciągają się od centrioli do centromerów i od nich do innej centrioli.

II. Metafaza. Chromosomy, dotychczas ułożone losowo, zaczynają się poruszać, jakby ciągnięte przez nitki wrzeciona przyczepione do ich centromerów, i stopniowo ustawiają się w tej samej płaszczyźnie, w określonym położeniu i w równej odległości od obu biegunów. Centromery leżące w tej samej płaszczyźnie wraz z chromosomami tworzą tzw. płyta równikowa. Centromery łączące pary chromatyd dzielą się, po czym chromosomy siostrzane są całkowicie rozdzielane.

III. Anafaza. Chromosomy każdej pary poruszają się w przeciwnych kierunkach w kierunku biegunów, jakby były ciągnięte przez nitki wrzeciona. W tym przypadku nici powstają również pomiędzy centromerami sparowanych chromosomów.

IV. Telofaza. Gdy tylko chromosomy zbliżą się do przeciwnych biegunów, sama komórka zaczyna się dzielić wzdłuż płaszczyzny, w której znajdowała się płyta równikowa. W rezultacie powstają dwie komórki. Nici wrzeciona ulegają zniszczeniu, chromosomy rozwijają się i stają się niewidoczne, a wokół nich tworzy się błona jądrowa. Komórki powracają do fazy interfazy G1. Cały proces mitozy trwa około godziny.

Sam podział komórki, zwany cytokinezą, nie ma ścisłego związku z mitozą. Czasami zachodzi jedna lub więcej mitoz bez podziału komórki; W rezultacie powstają komórki wielojądrowe, często spotykane w algach. Jeśli jądro zostanie usunięte z jaja jeżowca poprzez mikromanipulację, wrzeciono nadal się tworzy, a jajo nadal się dzieli. To pokazuje, że obecność chromosomów nie jest warunkiem koniecznym podziału komórki.

W wyniku powtarzających się podziałów mitotycznych z powstałej zygoty powstaje organizm wielokomórkowy lub liczne wolno żyjące komórki, jak to ma miejsce w przypadku pierwotniaków rozmnażających się płciowo i w glonach jednokomórkowych.

Podczas tworzenia gamet diploidalny zestaw chromosomów obecny w zygocie musi zostać zmniejszony o połowę. Gdyby tak się nie stało, w każdym pokoleniu fuzja gamet doprowadziłaby do podwojenia zestawu chromosomów. Redukcja do haploidalnej liczby chromosomów następuje w wyniku podziału redukcyjnego – tzw. mejoza, która jest odmianą mitozy.

Rozszczepienie i rekombinacja.

Osobliwością mejozy jest to, że podczas podziału komórki płytka równikowa jest tworzona przez pary homologicznych chromosomów, a nie przez zduplikowane pojedyncze chromosomy, jak w przypadku mitozy. Sparowane chromosomy, z których każdy pozostaje pojedynczy, rozchodzą się do przeciwnych biegunów komórki, komórka dzieli się, w wyniku czego komórki potomne otrzymują połowę zestawu chromosomów w porównaniu z zygotą.

Załóżmy na przykład, że zestaw haploidalny składa się z dwóch chromosomów. W zygocie (a zatem we wszystkich komórkach organizmu wytwarzających gamety) obecne są chromosomy matczyne A i B oraz chromosomy ojcowskie A” i B”. Podczas mejozy dzielą się w następujący sposób:

Najważniejszą rzeczą w tym przykładzie jest fakt, że gdy chromosomy się rozchodzą, niekoniecznie powstaje pierwotny zestaw matczyny i ojcowski, ale możliwa jest rekombinacja genów, jak w przypadku gamet AB” i A”B na powyższym schemacie.

Załóżmy teraz, że para chromosomów AA" zawiera dwa allele - A I B– gen określający grupy krwi A i B. Podobnie para chromosomów „BB” zawiera allele M I N inny gen determinujący grupy krwi M i N. Rozdzielenie tych alleli może przebiegać w następujący sposób:

Oczywiście powstałe gamety mogą zawierać dowolną z następujących kombinacji alleli dwóch genów: jestem, miliard, bm Lub jakiś.

Jeśli chromosomów jest więcej, pary alleli będą segregować niezależnie według tej samej zasady. Oznacza to, że te same zygoty mogą wytwarzać gamety z różnymi kombinacjami alleli genów i dawać początek różnym genotypom u potomstwa.

Podział mejotyczny.

Obydwa przykłady ilustrują zasadę mejozy. W rzeczywistości mejoza jest procesem znacznie bardziej złożonym, ponieważ obejmuje dwa kolejne podziały. Najważniejsze w mejozie jest to, że chromosomy podwajają się tylko raz, podczas gdy komórka dzieli się dwukrotnie, w wyniku czego liczba chromosomów zmniejsza się, a zestaw diploidalny zamienia się w haploidalny.

Podczas profazy pierwszego podziału chromosomy homologiczne ulegają koniugacji, czyli łączą się w pary. W wyniku tego bardzo precyzyjnego procesu każdy gen kończy się naprzeciw swojego homologu na innym chromosomie. Następnie oba chromosomy podwajają się, ale chromatydy pozostają połączone ze sobą wspólnym centromerem.

W metafazie cztery połączone chromatydy ustawiają się w jednej linii, tworząc płytkę równikową, tak jakby były jednym zduplikowanym chromosomem. W przeciwieństwie do tego, co dzieje się podczas mitozy, centromery nie dzielą się. W rezultacie każda komórka potomna otrzymuje parę chromatyd nadal połączonych centromerem. Podczas drugiego podziału chromosomy, teraz już pojedyncze, ponownie ustawiają się w linii, tworząc, podobnie jak w przypadku mitozy, płytkę równikową, ale podczas tego podziału nie następuje ich podwojenie. Centromery następnie dzielą się i każda komórka potomna otrzymuje jedną chromatydę.

Podział cytoplazmatyczny.

Koniugacja i krzyżowanie.

Podczas koniugacji chromatydy homologicznych chromosomów mogą się rozbić, a następnie połączyć w nowym porządku, wymieniając sekcje w następujący sposób:

Ta wymiana odcinków homologicznych chromosomów nazywana jest krzyżowaniem. Jak pokazano powyżej, krzyżowanie prowadzi do pojawienia się nowych kombinacji alleli połączonych genów. Tak więc, jeśli oryginalne chromosomy miały kombinacje AB I ok, to po przekroczeniu będą zawierać Ab I aB. Ten mechanizm powstawania nowych kombinacji genów uzupełnia efekt niezależnego sortowania chromosomów, który zachodzi podczas mejozy. Różnica polega na tym, że krzyżowanie oddziela geny na tym samym chromosomie, podczas gdy sortowanie niezależne oddziela tylko geny na różnych chromosomach.

PRZEMIENNE POKOLENIA

PRYMITYWNE KOMÓRKI: PROKARYOTY

Wszystko to dotyczy komórek roślin, zwierząt, pierwotniaków i jednokomórkowych glonów, zwanych łącznie eukariontami. Eukarionty wyewoluowały z prostszej formy, prokariotów, które są obecnie reprezentowane przez bakterie, w tym archebakterie i cyjanobakterie (te ostatnie zwane wcześniej niebiesko-zielonymi algami). W porównaniu z komórkami eukariotycznymi komórki prokariotyczne są mniejsze i mają mniej organelli komórkowych. Mają błonę komórkową, ale brakuje im retikulum endoplazmatycznego, a rybosomy swobodnie unoszą się w cytoplazmie. Mitochondria są nieobecne, ale enzymy utleniające są zwykle przyłączone do błony komórkowej, która w ten sposób staje się odpowiednikiem mitochondriów. Prokariotom brakuje również chloroplastów, a chlorofil, jeśli jest obecny, występuje w postaci bardzo małych granulek.

Prokarioty nie mają jądra otoczonego błoną, chociaż lokalizację DNA można zidentyfikować na podstawie jego gęstości optycznej. Odpowiednikiem chromosomu jest nić DNA, zwykle okrągła, do której przyłączonych jest znacznie mniej białek. Łańcuch DNA jest przyłączony do błony komórkowej w jednym punkcie. U prokariotów nie ma mitozy. Zastępuje go następujący proces: DNA podwaja się, po czym błona komórkowa zaczyna rosnąć pomiędzy sąsiadującymi punktami połączenia dwóch kopii cząsteczki DNA, które w rezultacie stopniowo się rozchodzą. Komórka ostatecznie dzieli się pomiędzy punktami przyłączenia cząsteczek DNA, tworząc dwie komórki, każda z własną kopią DNA.

RÓŻNICOWANIE KOMÓREK

Rośliny i zwierzęta wielokomórkowe wyewoluowały z organizmów jednokomórkowych, których komórki po podziale pozostały razem, tworząc kolonię. Początkowo wszystkie komórki były identyczne, jednak dalsza ewolucja doprowadziła do zróżnicowania. Przede wszystkim różnicowały się komórki somatyczne (tj. komórki organizmu) i komórki rozrodcze. Dalsze różnicowanie stało się bardziej skomplikowane – powstawało coraz więcej różnych typów komórek. Ontogeneza – indywidualny rozwój organizmu wielokomórkowego – powtarza w ogólnym ujęciu ten proces ewolucyjny (filogeneza).

Fizjologicznie komórki różnicują się częściowo poprzez wzmocnienie jednej lub drugiej cechy wspólnej dla wszystkich komórek. Na przykład funkcja skurczowa ulega wzmocnieniu w komórkach mięśniowych, co może być wynikiem ulepszenia mechanizmu wykonującego ruch ameboidalny lub inne rodzaje ruchu w mniej wyspecjalizowanych komórkach. Podobnym przykładem są cienkościenne komórki korzeniowe wraz z ich wyrostkami, tzw. włośniki, które służą do wchłaniania soli i wody; w takim czy innym stopniu funkcja ta jest nieodłączna dla wszystkich komórek. Czasem specjalizacja wiąże się z nabyciem nowych struktur i funkcji – przykładem jest rozwój narządu ruchu (wici) w plemniku.

Szczegółowo zbadano różnicowanie na poziomie komórkowym lub tkankowym. Wiemy na przykład, że czasami zachodzi to autonomicznie, tj. jeden typ komórki może przekształcić się w inny, niezależnie od rodzaju komórek sąsiednich komórek. Jednak tzw Indukcja embrionalna to zjawisko, w którym jeden rodzaj tkanki stymuluje komórki innego typu do różnicowania się w określonym kierunku.

W ogólnym przypadku różnicowanie jest nieodwracalne, tj. wysoce zróżnicowane komórki nie mogą przekształcić się w inny typ komórek. Jednak nie zawsze tak jest, szczególnie w komórkach roślinnych.

Różnice w strukturze i funkcji ostatecznie zależą od rodzaju białek syntetyzowanych w komórce. Ponieważ synteza białek jest kontrolowana przez geny, a zestaw genów jest taki sam we wszystkich komórkach organizmu, różnicowanie musi zależeć od aktywacji lub inaktywacji pewnych genów w różnych typach komórek. Regulacja aktywności genów zachodzi na poziomie transkrypcji, tj. tworzenie informacyjnego RNA przy użyciu DNA jako matrycy. Tylko transkrybowane geny wytwarzają białka. Syntetyzowane białka mogą blokować transkrypcję, ale czasami także ją aktywują. Ponadto, ponieważ białka są produktami genów, niektóre geny mogą kontrolować transkrypcję innych genów. W regulacji transkrypcji biorą także udział hormony, w szczególności steroidy. Bardzo aktywne geny można powielać (podwajać) wiele razy, aby wytworzyć więcej informacyjnego RNA.

Rozwój nowotworów złośliwych często uważa się za szczególny przypadek różnicowania komórkowego. Jednakże pojawienie się komórek złośliwych jest wynikiem zmian w strukturze DNA (mutacji), a nie procesów transkrypcji i translacji na białko normalnego DNA.

METODY BADANIA KOMÓREK

Mikroskop świetlny.

Pierwszym narzędziem do badania formy i struktury komórek był mikroskop świetlny. Jego zdolność rozdzielcza jest ograniczona wymiarami porównywalnymi z długością fali światła (0,4–0,7 μm dla światła widzialnego). Jednak wiele elementów struktury komórkowej ma znacznie mniejsze rozmiary.

Inną trudnością jest to, że większość składników komórkowych jest przezroczysta i ma współczynnik załamania światła prawie taki sam jak woda. Aby poprawić widoczność, często stosuje się barwniki, które mają różne powinowactwo do różnych składników komórkowych. Barwienie służy również do badania chemii komórki. Na przykład niektóre barwniki wiążą się preferencyjnie z kwasami nukleinowymi i w ten sposób ujawniają ich lokalizację w komórce. Niewielką część barwników – tzw. intravital – można wykorzystać do barwienia żywych komórek, jednak zazwyczaj komórki należy najpierw utrwalić (przy pomocy substancji koagulujących białka), a dopiero potem można je zabarwić. Cm. HISTOLOGIA.

Przed badaniem komórki lub kawałki tkanki są zwykle zatapiane w parafinie lub plastiku, a następnie cięte na bardzo cienkie skrawki za pomocą mikrotomu. Metoda ta jest szeroko stosowana w laboratoriach klinicznych do identyfikacji komórek nowotworowych. Oprócz konwencjonalnej mikroskopii świetlnej opracowano inne optyczne metody badania komórek: mikroskopię fluorescencyjną, mikroskopię z kontrastem fazowym, spektroskopię i analizę dyfrakcji promieni rentgenowskich.

Mikroskop elektronowy.

Mikroskop elektronowy ma rozdzielczość ok. 1–2 nm. To wystarczy do badania dużych cząsteczek białka. Zwykle konieczne jest pokolorowanie i kontrastowanie obiektu solami metali lub metalami. Z tego powodu, a także dlatego, że obiekty bada się w próżni, za pomocą mikroskopu elektronowego można badać jedynie martwe komórki.

Autoriografia.

Jeśli do pożywki zostanie dodany izotop promieniotwórczy, który jest absorbowany przez komórki podczas metabolizmu, można następnie wykryć jego wewnątrzkomórkową lokalizację za pomocą autoradiografii. Dzięki tej metodzie cienkie skrawki komórek umieszcza się na folii. Film ciemnieje pod miejscami, w których znajdują się izotopy promieniotwórcze.

Wirowanie.

Do badań biochemicznych składników komórkowych komórki muszą zostać zniszczone – mechanicznie, chemicznie lub ultradźwiękowo. Uwolnione składniki zawieszone są w cieczy i można je wyizolować i oczyścić poprzez wirowanie (najczęściej w gradiencie gęstości). Zazwyczaj takie oczyszczone składniki zachowują wysoką aktywność biochemiczną.

Hodowle komórkowe.

Niektóre tkanki można podzielić na pojedyncze komórki, dzięki czemu komórki pozostają żywe i często są w stanie się rozmnażać. Fakt ten definitywnie potwierdza ideę komórki jako żywej jednostki. Gąbkę, prymitywny organizm wielokomórkowy, można rozdzielić na komórki poprzez przetarcie jej przez sito. Po pewnym czasie komórki te łączą się ponownie i tworzą gąbkę. Tkanki embrionalne zwierząt można doprowadzić do dysocjacji za pomocą enzymów lub innych środków osłabiających wiązania między komórkami.

Amerykański embriolog R. Harrison (1879–1959) jako pierwszy wykazał, że komórki embrionalne, a nawet niektóre dojrzałe, w odpowiednim środowisku, mogą rosnąć i rozmnażać się poza organizmem. Technikę tę, zwaną hodowlą komórkową, udoskonalił francuski biolog A. Carrel (1873–1959). Komórki roślinne można również hodować w hodowli, ale w porównaniu z komórkami zwierzęcymi tworzą one większe skupiska i są mocniej ze sobą połączone, dlatego w miarę wzrostu kultury tworzą się tkanki, a nie pojedyncze komórki. W hodowli komórkowej z pojedynczej komórki można wyhodować całą dorosłą roślinę, np. marchewkę.

Mikrochirurgia.

Za pomocą mikromanipulatora można usunąć, dodać lub w jakiś sposób zmodyfikować poszczególne części komórki. Dużą komórkę ameby można podzielić na trzy główne elementy – błonę komórkową, cytoplazmę i jądro, a następnie elementy te można ponownie złożyć, tworząc żywą komórkę. W ten sposób można uzyskać sztuczne komórki składające się ze składników różnych typów ameb.

Jeśli weźmiemy pod uwagę, że sztuczna synteza niektórych składników komórkowych wydaje się możliwa, to eksperymenty ze składaniem sztucznych komórek mogą być pierwszym krokiem w kierunku stworzenia nowych form życia w laboratorium. Ponieważ każdy organizm rozwija się z pojedynczej komórki, metoda wytwarzania sztucznych komórek w zasadzie pozwala na konstruowanie organizmów danego typu, jeśli jednocześnie użyje się komponentów nieco różniących się od tych, które znajdują się w istniejących komórkach. W rzeczywistości jednak nie jest wymagana pełna synteza wszystkich składników komórkowych. Strukturę większości, jeśli nie wszystkich, składników komórki określają kwasy nukleinowe. Zatem problem powstawania nowych organizmów sprowadza się do syntezy nowych typów kwasów nukleinowych i zastąpienia ich naturalnymi kwasami nukleinowymi w określonych komórkach.

Fuzja komórkowa.

Inny rodzaj sztucznych komórek można otrzymać poprzez fuzję komórek tego samego lub różnych gatunków. Aby osiągnąć fuzję, komórki poddaje się działaniu enzymów wirusowych; w tym przypadku zewnętrzne powierzchnie dwóch komórek są sklejane ze sobą, a błona między nimi ulega zniszczeniu i powstaje komórka, w której dwa zestawy chromosomów są zamknięte w jednym jądrze. Możliwe jest łączenie komórek różnych typów lub znajdujących się na różnych etapach podziału. Metodą tą udało się uzyskać komórki hybrydowe myszy i kurczaka, człowieka i myszy oraz człowieka i ropuchy. Komórki takie tylko początkowo są hybrydowe, a po licznych podziałach komórkowych tracą większość chromosomów jednego lub drugiego typu. Produktem końcowym staje się na przykład zasadniczo komórka myszy, która nie zawiera żadnych ludzkich genów lub zawiera jedynie śladowe ilości ludzkich genów. Szczególnie interesująca jest fuzja komórek normalnych i złośliwych. W niektórych przypadkach hybrydy stają się złośliwe, w innych nie, tj. obie właściwości mogą objawiać się zarówno jako dominujące, jak i recesywne. Wynik ten nie jest nieoczekiwany, ponieważ nowotwór złośliwy może być spowodowany różnymi czynnikami i ma złożony mechanizm.

Literatura:

Ham A., Cormack D. Histologia, tom 1. M., 1982
Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J. Biologia molekularna komórki, tom 1. M., 1994

1. Podziel organelle na trzy grupy: jednomembranowe, dwumembranowe i niebłonowe.

Rybosomy, lizosomy, plastydy, kompleks Golgiego, wakuole, centrum komórkowe, mitochondria, retikulum endoplazmatyczne.

Pojedyncza błona: lizosomy, kompleks Golgiego, wakuole, siateczka śródplazmatyczna.

Podwójna błona: plastydy, mitochondria.

Niebłonowe: rybosomy, centrum komórkowe.

2. Jak zbudowane są mitochondria? Jaką funkcję pełnią?

Mitochondria mogą wyglądać jak okrągłe ciała, pręciki lub włókna. Są to organelle z podwójną błoną. Błona zewnętrzna jest gładka, oddziela zawartość mitochondriów od hialoplazmy i jest wysoce przepuszczalna dla różnych substancji. Błona wewnętrzna jest mniej przepuszczalna, tworzy cristae – liczne fałdy skierowane do mitochondriów. Ze względu na cristae powierzchnia błony wewnętrznej znacznie wzrasta. Wewnętrzna błona mitochondriów zawiera enzymy, które biorą udział w procesie oddychania komórkowego i zapewniają syntezę ATP. Pomiędzy błoną zewnętrzną i wewnętrzną znajduje się przestrzeń międzybłonowa.

Wewnętrzna przestrzeń mitochondriów wypełniona jest żelową matrycą. Zawiera różne białka, w tym enzymy, aminokwasy, okrągłe cząsteczki DNA, wszystkie typy RNA i inne substancje, a także rybosomy.

Funkcją mitochondriów jest synteza ATP w wyniku energii uwalnianej podczas oddychania komórkowego podczas utleniania związków organicznych. Początkowe etapy utleniania substancji w mitochondriach zachodzą w matrixie, a kolejne etapy zachodzą na błonie wewnętrznej. Zatem mitochondria są „stacjami energetycznymi” komórki.

3. Jakie znasz rodzaje plastydów? Czym się różnią? Dlaczego jesienią liście zmieniają kolor z zielonego na żółty, czerwony, pomarańczowy?

Głównymi rodzajami plastydów są chloroplasty, leukoplasty i chromoplasty.

Chloroplasty mają kolor zielony, ponieważ... zawierają główne pigmenty fotosyntetyczne - chlorofile. Chloroplasty zawierają również pomarańczowe, żółte lub czerwone karotenoidy. Zazwyczaj chloroplasty mają kształt soczewki dwuwypukłej. System błon wewnętrznych jest dobrze rozwinięty, tylakoidy gromadzą się w stosy - grana. Główną funkcją chloroplastów jest przeprowadzanie fotosyntezy.

Leukoplasty to bezbarwne plastydy. Są bezziarniste i nie zawierają pigmentów. Leukoplasty przechowują rezerwowe składniki odżywcze - skrobię, białka, tłuszcze.

Chromoplasty mają kolor pomarańczowy, żółty lub czerwony, co wynika z zawartości karotenoidów. Kształt chromoplasty jest zróżnicowany - w kształcie dysku, w kształcie półksiężyca, rombowy, piramidalny itp. Te plastydy nie mają wewnętrznego układu błon. Chromoplasty określają jasny kolor dojrzałych owoców (na przykład pomidorów, jagód jarzębiny, dzikiej róży) i niektórych innych narządów roślinnych (na przykład korzeni marchwi).

Kiedy liście rośliny się starzeją, chloroplasty w chloroplastach ulegają zniszczeniu, czyli system błon wewnętrznych, i przekształcają się w chromoplasty. Dlatego jesienią liście zmieniają kolor z zielonego na żółty, czerwony, pomarańczowy.

4. Opisać budowę i funkcje chloroplastów.

Chloroplasty to zielone plastydy, ich kolor wynika z obecności głównych pigmentów fotosyntetycznych - chlorofilów. Chloroplasty zawierają również pigmenty pomocnicze - karotenoidy pomarańczowe, żółte lub czerwone.

Najczęściej chloroplasty mają kształt soczewki dwuwypukłej. Są to organelle z podwójną błoną; pomiędzy błoną zewnętrzną i wewnętrzną znajduje się przestrzeń międzybłonowa. Zewnętrzna błona jest gładka, a wewnętrzna tworzy wgłębienia, które zamieniają się w zamknięte formacje w kształcie dysku - tylakoidy. Stosy tylakoidów leżące jeden na drugim nazywane są grana.

Błony tylakoidów zawierają pigmenty fotosyntetyczne, a także enzymy biorące udział w konwersji energii świetlnej. Wewnętrznym środowiskiem chloroplastu jest zrąb. Zawiera koliste cząsteczki DNA, wszelkiego rodzaju RNA, rybosomy, substancje magazynujące (lipidy, ziarna skrobi) oraz różne białka, w tym enzymy biorące udział w wiązaniu dwutlenku węgla.

Główną funkcją chloroplastów jest przeprowadzanie fotosyntezy. Ponadto syntetyzują ATP, niektóre lipidy i białka.

5. Komórki mięśniowe owadów lotnych zawierają kilka tysięcy mitochondriów. Z czym to się wiąże?

Główną funkcją mitochondriów jest synteza ATP, czyli. Mitochondria to „stacje energetyczne” komórki. Mięśnie latające wymagają do działania dużej ilości energii, dlatego każda komórka zawiera kilka tysięcy mitochondriów.

6. Porównaj chloroplasty i mitochondria. Wskaż ich podobieństwa i różnice.

Podobieństwa:

● Organelle z podwójną błoną. Błona zewnętrzna jest gładka, a wewnętrzna tworzy liczne wgłębienia, które służą zwiększeniu powierzchni. Pomiędzy membranami znajduje się przestrzeń międzybłonowa.

● Mają własne okrągłe cząsteczki DNA, wszystkie typy RNA i rybosomy.

● Zdolne do wzrostu i rozmnażania przez podział.

● Zachodzi w nich synteza ATP.

Różnice:

● Wgłębienia wewnętrznej błony mitochondriów (cristae) wyglądają jak fałdy lub prążki, a wgłębienia wewnętrznej błony chloroplastów tworzą zamknięte struktury w kształcie krążka (tylakoidy) zebrane w stosy (granas).

● Mitochondria zawierają enzymy biorące udział w procesie oddychania komórkowego. Wewnętrzna błona chloroplastów zawiera pigmenty fotosyntetyczne i enzymy biorące udział w konwersji energii świetlnej.

● Główną funkcją mitochondriów jest synteza ATP. Główną funkcją chloroplastów jest przeprowadzanie fotosyntezy.

I (lub) inne istotne cechy.

7. Użyj konkretnych przykładów, aby udowodnić słuszność stwierdzenia: „Komórka jest integralnym systemem, którego wszystkie elementy są ze sobą ściśle powiązane”.

Elementy strukturalne komórki (jądro, aparat powierzchniowy, hialoplazma, cytoszkielet, organelle) są stosunkowo odizolowane od siebie, a każdy z nich pełni określone funkcje. Jednak wszystkie elementy komórkowe są ze sobą ściśle powiązane, a komórka stanowi jedną całość.

Dziedziczna informacja komórki jest przechowywana w jądrze i realizowana na rybosomach w postaci specyficznych białek. Elementy strukturalne rybosomów (podjednostek) powstają w jądrze. Niektóre rybosomy są wolne w hialoplazmie, podczas gdy inne są przyczepione do błon ER i jądra. Substancje syntetyzowane na błonach ER wchodzą do kompleksu Golgiego w celu przechowywania i modyfikacji. Pęcherzyki egzocytotyczne i lizosomy oddzielają się od cystern kompleksu Golgiego. Wakuole powstają z pęcherzykowych przedłużeń ER i pęcherzyków kompleksu Golgiego. Błona cytoplazmatyczna bierze udział w selekcji substancji potrzebnych komórce. Niektóre z nich można wykorzystać dopiero po wstępnym rozszczepieniu przez lizosomy. Część powstałych substancji służy komórce jako źródło energii, ulegając rozkładowi w hialoplazmie, a następnie w mitochondriach. Inne substancje wykorzystuje się jako materiały do syntezy bardziej złożonych związków. Procesy te zachodzą w różnych częściach komórki - w hialoplazmie, ER, kompleksie Golgiego, na rybosomach, a energię niezbędną do wszystkich procesów biosyntezy dostarczają mitochondria (w postaci ATP). Wewnątrzkomórkowy transport cząstek i organelli zapewniają mikrotubule, których montaż jest inicjowany przez centrum komórki. Hialoplazma jednoczy wszystkie struktury wewnątrzkomórkowe, zapewniając ich różne interakcje.

I (lub) inne przykłady ilustrujące związek pomiędzy elementami strukturalnymi komórki.

8. Jaka jest względna autonomia mitochondriów i chloroplastów w komórce? Z czego to wynika?

Względna autonomia mitochondriów i chloroplastów wynika z obecności ich własnego aparatu genetycznego (cząsteczek DNA) i układu biosyntezy białek (rybosomy i wszystkie typy RNA). Dlatego mitochondria i chloroplasty niezależnie syntetyzują szereg białek (w tym enzymów) niezbędnych do ich funkcjonowania. W przeciwieństwie do innych organelli, mitochondria i chloroplasty są zdolne do rozmnażania się poprzez rozszczepienie. Organelle te nie są jednak całkowicie autonomiczne, ponieważ ogólnie ich stan i funkcjonowanie są kontrolowane przez jądro komórkowe.

9. Jaki jest związek i współzależność mitochondriów i rybosomów?

Z jednej strony synteza białek z aminokwasów zachodzi na rybosomach, a niezbędną do tego procesu energię dostarczają mitochondria w postaci ATP. Ponadto mitochondria mają własne rybosomy, ich rRNA jest kodowane przez mitochondrialne DNA, a podjednostki są składane bezpośrednio w macierzy mitochondrialnej. Natomiast wszystkie białka tworzące mitochondria i niezbędne do funkcjonowania tych organelli syntetyzowane są na rybosomach.

Życie jako proces biologiczny jest jednolity w całej biosferze i istnieje w oparciu o podstawowe zasady. Dlatego różne formy życia, a także różne elementy strukturalne przedstawicieli gatunków biologicznych, wykazują znaczne podobieństwa. Częściowo wynikają ze wspólnego pochodzenia lub pełnienia podobnych funkcji. W tym kontekście konieczne jest szczegółowe zbadanie podobieństw między mitochondriami i chloroplastami, choć na pierwszy rzut oka te organelle komórkowe mają ze sobą niewiele wspólnego.

Mitochondria

Mitochondria to dwubłonowe struktury komórkowe odpowiedzialne za dostarczanie energii do jądra i organelli. Występują w roślinach, grzybach i zwierzętach. Odpowiadają za końcową absorpcję tlenu, z którego w wyniku przemian biochemicznych pozyskiwana jest energia do syntezy makroergów. Osiąga się to poprzez przeniesienie ładunku przez błonę mitochondrialną i enzymatyczne utlenianie glukozy.

Chloroplasty

Chloroplasty to organelle komórkowe roślin, niektóre bakterie fotosyntetyzujące i protisty. Są to komórkowe struktury dwubłonowe, w których synteza glukozy odbywa się przy wykorzystaniu energii światła słonecznego. Proces ten realizowany jest poprzez przeniesienie energii fotonów i zajście reakcji enzymatycznych związanych z przeniesieniem ładunku przez membranę. Efektem fotosyntezy jest wykorzystanie dwutlenku węgla, synteza glukozy i uwolnienie tlenu cząsteczkowego.

Podobieństwa między mitochondriami i chloroplastami

Chloroplasty i mitochondria to organelle komórkowe z dwiema błonami. Pierwsza warstwa chroni je przed cytoplazmą komórki, a druga tworzy liczne fałdy, na których zachodzą procesy przenoszenia ładunku. Zasada ich działania jest podobna, ale skierowana w różnych kierunkach. W mitochondriach reakcje enzymatyczne zachodzą z udziałem tlenu, a dwutlenek węgla działa jako produkty reakcji. W wyniku przemian syntetyzowana jest także energia.

W chloroplastach obserwuje się proces odwrotny - syntezę glukozy i uwalnianie tlenu z dwutlenku węgla przy zużyciu energii świetlnej. Jest to zasadnicza różnica między tymi organellami, inny jest tylko kierunek procesu. Jego elektrochemia jest prawie identyczna, chociaż stosuje się różne mediatory.

Możesz także szczegółowo rozważyć podobieństwo mitochondriów i chloroplastów. Polega to na autonomii organelli, ponieważ mają one nawet własną cząsteczkę DNA, w której przechowywane są kody białek strukturalnych i enzymów. Obie organelle mają własny autonomiczny aparat do biosyntezy białek, dlatego chloroplasty i mitochondria są w stanie samodzielnie zaopatrzyć się w niezbędne enzymy i przywrócić ich strukturę.

Streszczenie

Głównym podobieństwem między mitochondriami i chloroplastami jest ich autonomia w komórce. Oddzielone od cytoplazmy podwójną błoną i posiadające własny kompleks enzymów biosyntetycznych, nie są w żaden sposób zależne od komórki. Mają także własny zestaw genów i dlatego można je uznać za odrębny żywy organizm. Istnieje teoria filogenetyczna, że we wczesnych stadiach rozwoju życia jednokomórkowego mitochondria i chloroplasty były najprostszymi prokariotami.

Mówi, że w pewnym okresie zostały wchłonięte przez inną komórkę. Dzięki obecności oddzielnej membrany nie uległy rozszczepieniu, stając się dawcą energii dla „gospodarza”. Podczas ewolucji, w wyniku wymiany genów w organizmach przedjądrowych, DNA chloroplastów i mitochondriów zostało zintegrowane z genomem komórki gospodarza. Od tego momentu komórka sama była w stanie składać te organelle, jeśli nie zostały do niej przeniesione podczas mitozy.

1. Podziel organelle na trzy grupy: jednomembranowe, dwumembranowe i niebłonowe.

Pojedyncza błona: lizosomy, kompleks Golgiego, wakuole, ER. Podwójna błona: plastydy, mitochondria. Niebłonowe: rybosomy, centrum komórkowe.

2. Jak zbudowane są mitochondria? Jaką funkcję pełnią?

Mitochondria to organelle biorące udział w procesie oddychania komórkowego i dostarczające komórce energię w postaci ATP. Mitochondria mogą wyglądać jak okrągłe ciała, pręciki lub włókna. Tworzą je dwie membrany - zewnętrzna i wewnętrzna, pomiędzy którymi znajduje się przestrzeń międzybłonowa. Błona zewnętrzna jest gładka, oddziela zawartość mitochondriów od hialoplazmy i jest wysoce przepuszczalna dla różnych substancji. Błona wewnętrzna jest mniej przepuszczalna, tworzy cristae – liczne fałdy skierowane do wnętrza mitochondriów. Ze względu na cristae powierzchnia błony wewnętrznej znacznie wzrasta. Wewnętrzna błona mitochondriów zawiera enzymy, które biorą udział w procesie oddychania komórkowego i zapewniają syntezę ATP. Wewnętrzna przestrzeń mitochondriów wypełniona jest żelową matrycą. Zawiera różne białka, w tym enzymy, aminokwasy, okrągłe cząsteczki DNA, wszystkie typy RNA i inne substancje, a także rybosomy. Funkcją mitochondriów jest synteza ATP z wykorzystaniem energii uwalnianej podczas utleniania związków organicznych.

3. Jakie znasz rodzaje plastydów? Czym się różnią? Dlaczego jesienią liście zmieniają kolor z zielonego na żółty, czerwony, pomarańczowy?

Plastydy to organelle komórek roślinnych i glonów. W roślinach występują trzy główne typy plastydów: chloroplasty (zielony), chromoplasty (czerwony, żółty) i leukoplast (bezbarwny). Plastydy jednego typu mogą przekształcić się w plastydy innego rodzaju. Pod wpływem niskiej temperatury (jesień) chlorofil i układ błon wewnętrznych w chloroplastach ulegają zniszczeniu, zamieniają się w chromoplasty i przybierają żółto-czerwoną barwę.

4. Opisać budowę i funkcje chloroplastów.

Chloroplasty to organelle przeprowadzające proces fotosyntezy. Zielony kolor chloroplastów wynika z obecności w nich głównych pigmentów fotosyntetycznych - chlorofilów. Najczęściej chloroplasty mają kształt soczewki dwuwypukłej. Chloroplasty charakteryzują się budową dwumembranową. Pomiędzy błoną zewnętrzną i wewnętrzną znajduje się przestrzeń międzybłonowa. Podczas rozwoju chloroplastu błona wewnętrzna tworzy wgłębienia, które zamieniają się w zamknięte formacje w kształcie dysku - tylakoidy. Stosy tylakoidów leżące jeden na drugim nazywane są grana. Błony tylakoidów zawierają pigmenty fotosyntetyczne pochłaniające światło, a także enzymy biorące udział w konwersji energii świetlnej. Wewnętrznym środowiskiem chloroplastu jest zrąb. Zawiera koliste cząsteczki DNA, wszelkiego rodzaju RNA, rybosomy, substancje magazynujące (lipidy, ziarna skrobi) i różne białka, w tym enzymy biorące udział w wiązaniu CO. Główną funkcją chloroplastów jest fotosynteza. Ponadto syntetyzują ATP, niektóre lipidy i białka.

5. Komórki mięśniowe owadów lotnych zawierają kilka tysięcy mitochondriów. Z czym to się wiąże?

Szczególnie dużo mitochondriów znajduje się w tych komórkach, które potrzebują dużo energii. Jednym z nich są komórki mięśni latających, ponieważ owady wykonują dużą liczbę ruchów na sekundę.

6. Porównaj chloroplasty i mitochondria. Wskaż ich podobieństwa i różnice.

Podobieństwa: mitochondria i chloroplasty to organelle z podwójną błoną; błona wewnętrzna ma przedłużenia. Różnice: pełnią różne funkcje; w mitochondriach narośla błony wewnętrznej nie tworzą tylakoidów i grany.

7. Użyj konkretnych przykładów, aby udowodnić słuszność stwierdzenia: „Komórka jest integralnym systemem, którego wszystkie elementy są ze sobą ściśle powiązane”.

Mitochondria to „stacje energetyczne” komórki, w których zachodzi synteza ATP. Powstała energia jest wykorzystywana przez komórkę w procesach życiowych, np. w procesie syntezy białek, która następnie wykorzystywana jest do budowy różnych organelli komórkowych, w tym mitochondriów.

8. Jaka jest względna autonomia mitochondriów i chloroplastów w komórce? Z czego to wynika?

Zatem wewnętrzna przestrzeń mitochondriów i chloroplastów zawiera różne białka, w tym enzymy, aminokwasy, okrągłe cząsteczki DNA, wszelkiego rodzaju RNA i inne substancje. Obecność własnych cząsteczek DNA zapewnia pewną autonomię, chociaż na ogół ich pracę koordynuje jądro komórkowe.

9. Jaki jest związek i współzależność mitochondriów i rybosomów?

Funkcją mitochondriów jest synteza ATP z wykorzystaniem energii uwalnianej podczas utleniania związków organicznych. Energia ta jest wykorzystywana do syntezy białek w rybosomach.