8. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

8.1. ОСНОВЫ ЦИТОЛОГИИ. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ. РАЗМНОЖЕНИЕ И ИНДИВИДУАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМОВ

8.1.1. Что собой представляет наука цитология?

Цитология - наука о клетке. Предмет цитологии - клетки одноклеточных и многоклеточных организмов. Цитология изучает строение клеток, их функции, размножение и развитие, приспособление к условиям окружающей среды. Итак, цитология - комплексная наука, имеющая тесные связи с другими биологическими науками, а также с химией, физикой, математикой и т.д.

8.1.2. Кому принадлежит термин "клетка"? Когда и при каких обстоятельствах открыто клетку?

Срок "клетка" впервые применил Роберт Гук в 1665 г. Рассматривая тонкий срез пробки с помощью сконструированного им микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток. Хотя Г. Гук имел дело только с оболочками мертвых клеток, сам термин прижился в науке.

8.1.3. Кто открыл одноклеточные организмы?

Одноклеточные организмы открыл голландский исследователь Антони ван Левенгук в конце XVII ст. Рассматривая в сконструированный им микроскоп капли воды, он заметил одноклеточные организмы и описал их (главным образом простейших - инфузорий).

8.1.4. Кто есть авторами клеточной теории? Какие положения она включает?

Первые положения клеточной теории сформулировал немецкий зоолог Т. Шванн в 1838 г. При этом он опирался на работы немецкого ботаника М. Шлейдена. Эту теорию позже дополнил немецкий ученый Г. Вирхо и российский К.Бер. Современная клеточная теория включает такие положения: 1) клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого; 2) клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичные) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ; 3) клетки размножаются делением, и каждая новая клетка образуется в результате деления материнской клетки; 4) в сложных многоклеточных организмов клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; 5) из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервной и гуморальной систем регуляции.

8.1.5. Который вклад сделал Карл Бэр в развитие цитологии и эмбриологии?

Академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки -- оплодотворенной яйцеклетки (зиготы). Таким образом, он доказал, что клетка - не только единица строения, но и единица развития. Карл Бэр создал также теорию зародышевых листков.

8.1.6. Какой вклад внес Рудольф Вирхо в развитие клеточной теории?

Рудольф Вирхо открыл процесс деления клеток и сформулировал положение о том, что каждая новая клетка образуется от такой самой материнской клетки в результате ее деления. До этого открытия считалось, что клетки возникают из межклеточного вещества.

8.1.7. Какие методы применяются для изучения строения клетки?

Для изучения строения клетки прежде всего применяют методы световой и электронной микроскопии. Чтобы изучить отдельные органеллы, применяют специальные красители, с помощью которых можно избирательно выявлять отдельные клеточные структуры и др. Для изучение химического состава клетки или ее частей применяют метод центрифугирование; он основывается на том, что различные органеллы клетки имеют неодинаковую плотность. При очень быстрых оборотах в ультрацентрифузі разные органеллы предварительно измельченных клеток располагаются слоями: плотнее оседают быстрее и оказываются снизу, а наименее плотные - сверху. Слои разделяют и изучают отдельно. Для изучения клетки применяют и другие физические и химические методы исследований.

8.1.8. Чем световая микроскопия отличается от электронной?

Световая микроскопия основывается на том, что пучок света от источника света собирается в конденсоре и направляется на исследуемый объект. Пройдя сквозь него, лучи света попадают в систему линз объектива и создают первичное изображение, которое увеличивается с помощью линз окуляра. Электронный микроскоп по строению близок к световому. Но вместо лучей света через объектив проходит поток электронов, который создается высоким напряжением между катодом и анодом. Эта высокое напряжение ускоряет движение электронов. Роль линз в электронном микроскопе выполняют электромагниты. Электроны, летящие с большой скоростью, сначала концентрируются на исследуемом объекте, а затем попадают на люминесцентный экран, на котором можно наблюдать изображение объекта. Это изображение возникает благодаря тому, что разные части объекта имеют разную плотность; это влияет на то, что электроны через различные части объекта проходят с разной скоростью и могут концентрироваться на определенных частях объекта. Полученное изображение можно фотографировать.

8.1.9. Чем отличается строение прокаріотичної и еукаріотичної клеток?

Строение прокаріотичних организмов значительно проще, чем еукаріотичних. К прокаріотичних организмам относятся бактерии и цианобактерии. Клетки прокариот не имеют ядра, которое заменяет особая ядерная зона в цитоплазме (нуклеоидов). У прокариот нет типичных хромосом, их наследственный материал представлен молекулой ДНК, не связывается с белками. Клетки прокариот лишены многих органелл клетки, которые характерны для клеток эукариот: комплекса Голги, эндоплазматической сети, митохондрий, пластид, лизосом и др. Рибосомы прокариот мельче, чем у эукариот. Функциональную роль митохондрий и пластид в клетках прокариот выполняют достаточно просто построены мембранные структуры.

8.1.10. Какие клетки позвоночных имеют самые большие размеры?

Крупнейшие размеры в позвоночных имеют нервные клетки, тонкие отростки которых могут достигать длиной более 1 м.

8.1.11. Чем отличается строение клеточной оболочки у клеток животных, растений и грибов?

Как у клеток животных, так и у клеток растений строение клеточной оболочки сложная. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Строение плазматической мембраны клеток животных и растений подобная. Она состоит из белков и липидов. Клетки животных и растений отличаются строением внешнего слоя клеточной оболочки. У клеток растений более плазматичною мембраной расположена плотная клеточная стенка, которая состоит в основном из клетчатки. Она представляет собой внешний каркас, играет защитную функцию, обеспечивает тургор растительных клеток, через клеточную стенку происходит транспорт воды и различных соединений. Внешний слой поверхности животных клеток очень тонкий, эластичный, незаметный в световой микроскоп. Он состоит из разнообразных полисахаридов и белков и называется гликокаликс. Гликокаликс выполняет функции непосредственной связи клеток с внешней средой. Поскольку он имеет незначительную толщину (меньше 1 мкм), то не выполняет опорной функции, свойственной клеточным стенкам растений. Гликокаликс, как и клеточные стенки растений, образуется в результате жизнедеятельности самих клеток. Клетки грибов окружены тонкой твердой стенкой, основным компонентом которой часто является хитин (азотосодержащий полисахарид). В некоторых случаях клеточная стенка грибов содержит целлюлозу.

8.1.12. Строение плазматической мембраны? Или одинаковое строение плазматической мембраны клеток прокаріот и эукариот?

Строение плазматической мембраны клеток эукариот и прокаріот одинакова. Она состоит из белков и липидов. Молекулы липидов расположены в два ряда, а молекулы белков сплошного слоя не образуют, они либо погружены в двойной слой липидов, или пересекают его, или расположенные снаружи или изнутри от этого слоя. Молекулы белков и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны.

8.1.13. Которые функции плазматической мембраны?

Плазматической мембране принадлежит много важных функций, от которых зависит жизнедеятельность клетки: регуляция транспорта веществ в клетку и из нее; "узнавание" клеток и различных веществ; способность клеток воспринимать раздражители и отвечать на них благодаря белкам, встроенным в мембрану, могут менять свою структуру под воздействием различных раздражителей. Мембранам не свойственна статичность: молекулы, которые входят в состав плазматической мембраны, пользуются

значительной свободой перемещения, мембраны быстро формируются над обнаженными участками цитоплазмы, легко сливаются друг с другом, растягиваются и сжимаются при движении клетки или при изменении формы клеток. Одна из основных функций плазматической мембраны заключается в том, что она образует барьер, который отграничивает внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Через плазматичну мембрану осуществляется обмен веществ, то есть мембрана выполняет транспортную функцию. Через плазматичну мембрану выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. Благодаря плазматической мембране осуществляется связь между клетками в тканях многоклеточных организмов: в местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают соединению особую прочность. Связь между клетками растений осуществляется благодаря образованию тонких канальцев, заполненных цитоплазмой и покрытых плазматичною мембраной (плазмодесми). Через такие канальцы вещество с одной клетки транспортируется в другую.

8.1.14. Как концентрация ионов натрия и калия влияет на транспортировку веществ через плазматичну мембрану?

Концентрация ионов калия и натрия влияет на транспорт веществ через плазматичну мембрану; этот механизм транспортировки веществ получил название калиево-натриевого насоса. Концентрация ионов натрия внутри клетки, а ионов калия снаружи клетки ниже, тогда как концентрация ионов натрия снаружи клетки, а ионов калия внутри клетки высшее. Поэтому ионы натрия стремятся проникнуть в клетку, а ионы калия - наоборот. Разница концентрации поддерживается благодаря наличию в мембране особой системы, которая играет роль насоса откачивает ионы натрия из клетки и накачивает ионы калия внутрь ее. На этот процесс расходуется энергия, накопленная в клетке в виде молекул АТФ. Существование такого типа насоса доказано тем, что при низких температурах или под воздействием ядовитых веществ концентрациях ионов натрия и калия внутри и снаружи клетки выравнивается. Тенденция ионов натрия до перемещения в клетку используется для транспорта моносахаридов и аминокислот: энергетически благоприятное транспортировки ионов натрия способствует энергетически неблагоприятном транспортировке глюкозы, аминокислот и т.д.

8.1.15. Как происходит фагоцитоз? Приведите примеры клеток, способных к фагоцитозу.

Фагоцитоз - процесс, благодаря которому крупные молекулы органических и других веществ, а также твердые частицы (в том числе и мелкие клетки поступают в цитоплазму животной клетки. Непосредственное участие в этом процессе принимает плазматическая мембрана. В том месте, где поверхность клетки соприкасается с частицы вещества или к мелкой клетки, мембрана прогибается, образует углубление и окружает эти частички. Затем эти частицы в виде пищеварительной вакуоли поступают в цитоплазму клетки. Фагоцитоз может осуществляться и путем образования псевдоподий. В пищеварительной вакуоли питательные частицы, поступившие в клетку, перевариваются. Фагоцитоз встречается в самых простейших (например, у амеб) и многоклеточных животных: беспозвоночных (мае клетки гидры) и позвоночных (например, лейкоциты).

8.1.16. Как происходит піноцитоз?

Піноцитоз - это процесс поступления капель жидкости в клетку через плазматичну мембрану. Этот процесс подобен фагоцитоза: капля жидкости погружается в цитоплазму в мембранной упаковке и затем под действием ферментов переваривается.

8.1.17. Или встречается фагоцитоз и піноцитоз в прокаріот? Ответ обоснуйте.

В прокаріот фагоцитоз не встречается, поскольку этому процессу препятствует клеточная стенка. Піноцитоз присущ не только клеткам эукариот, но и прокаріот.

8.1.18. Что собой цитоплазма представляет? Каково ее значение в жизни клетки?

Цитоплазма является обязательной частью клетки, это внутреннее полужидкое среда клетки, расположено между плазматичною мембраной и ядром. Цитоплазма включает различные органеллы; пространство между ними заполнено водным раствором солей и органических веществ, среди которых преобладают белки (основа цитоплазмы, которая представляет собой бесцветную коллоидную систему, имеет название гіалоплазма). В состав цитоплазмы входят следующие органеллы: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, пластиди, комплекс Голги, лизосомы, органеллы движения, вакуоли и др. В цитоплазме сосредоточены и разнообразные включения - продукты клеточной деятельности, а также микротрубочки и мікрофібрили (ультрамікроскопічні нити), которые образуют скелет клетки (цитоскелет). Основные процессы обмена веществ происходят в цитоплазме. Синтезированные вещества передвигаются по цитоплазме внутри клетки или выводятся из нее. Таким образом, цитоплазма объединяет в одно целое ядро и все органеллы, обеспечивает их взаимодействие, а также деятельность клетки как единой целостной биологической системы.

8.1.19. Какая реакция среды клетки: кислая, щелочная или нейтральная? Чем такая реакция объясняется?

В норме реакция клетки слабо-щелочная, почти нейтральная, несмотря на то, что в процессе жизнедеятельности клетки постоянно образуются кислоты и щелочи. Это объясняется наличием в клетке анионов слабых кислот Н2С03, НР042 - и слабых кислот Н2С03 которые связывают и отдают ионы водорода, вследствие чего реакция внутреннего среды клетки практически не меняется.

8.1.20. Что собой лизосомы представляют? Какие их функции?

Лизосомы - это мелкие сферические органеллы клетки около 1 мкм в диаметре, окруженные клеточной мембраной. Лизосомы содержат гидролитические ферменты, которые могут расщеплять белки, жиры, углеводы и т.д. Лизосомы участвуют в переваривании веществ, которые поступают в клетку извне, и компонентов самой клетки. В первом случае лизосомы сливаются с піноцитозними или фагоцитозними вакуолями и образуют вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли), в которых перевариваются вещества, поступившие в клетку. Во втором случае лизосомы участвуют в переваривании частей клетки, которые отмерли в процессе жизнедеятельности, или в переваривании целых клеток и органов (например, обеспечивают исчезновение хвоста в головастиков).

8.1.21. Как происходит образование лизосом в клетке?

Лизосомы содержат набор гидролитических ферментов, способных расщеплять различные вещества. Белковая часть этих ферментов синтезируется при участии рибосом на мембранах гранулированной эндоплазматической сетки. Затем эти белки по системам канальцев и полостей эндоплазматической сети продвигаются к комплексу Голги, где покрываются мембраной и поступают в цитоплазму.

8.1.22. Почему ферменты, которые содержатся в лізосомі, конечно не переваривают содержимое клетки?

Лизосомы окружены очень прочной мембраной, которая предотвращает проникновение собственных ферментов в цитоплазму клетки. Но если лізосома повреждена любыми внешними воздействиями, то переваривается или вся клетка или ее часть.

8.1.23. Строение и функции эндоплазматической сети?

Эндоплазматическая сетка (эндоплазматический ретикулюм) обеспечивает синтез и транспортировки органических веществ в клетки. Она представляет собой систему цистерн и канальцев, сочетаются между собой и окружены мембраной. Продукты синтеза изначально накапливаются в канальцах и полостях, а затем транспортируются к различным органелл клетки (в частности, к комплексу Голги). Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органеллы клетки. Она бывает гладкой и гранулированной (зернястою).

8.1.24. Чем отличаются функции гладкой и гранулированной эндоплазматической сетки?

На мембранах гранулированной эндоплазматической сети расположены рибосомы, а мембраны гладкой эндоплазматической сети рибосом не несут. Гранулированная эндоплазматическая сеть участвует в синтезе белка. На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. С участием эндоплазматической сети в интерфазе формируется оболочка ядра.

8.1.25. Строение и функции рибосом?

Рибосомы - это органеллы, которые содержатся в клетках эукариот и прокаріот, но в прокаріот рибосомы мельче по размерам. Рибосомы состоят из двух субъединиц: большой и малой. В их состав входит р-РНК и белок. С участием рибосом происходит биосинтез белка.

8.1.26. Что собой представляет комплекс Голги? Каковы его функции?

Комплекс Голги - это органела еукаріотичних клеток, названный в честь итальянского ученого, который его открыл. Комплекс Голги состоит из стопки расположенных параллельно друг другу сплющенных цистерн. Эти цистерны нередко бывают изогнутыми, что придает комплекса Голги полярность. От цистерн во все стороны отходят мембранные переплетения в виде трубочек и пузырьков, которые создают переплетения. Пузырьки формируются на трубочках и відбруньковуються от них. Главная функция комплекса Голги - упаковки и транспортировки по клетки веществ, которые в ней синтезируются, выведение этих веществ из клетки, в определенных случаях - синтез различных веществ. Комплекс Голги участвует в образовании клеточной стенки растительных клеток. В процессе клеточного деления пузырьки, которые відбруньковуються от комплекса Голги, перемешиваются в область, где будет формироваться клеточная стенка, и сливаются между собой. В результате образуются два слоя мембран, которые превращаются в плазматические мембраны, а содержимое пузырьков участвует в формировании клеточной стенки. Комплекс Голги участвует в образовании борозды дробление, поставляя необходимые материалы для формирования плазматической мембраны. В комплексе Голги образуются лизосомы, с его элементов формируются сократительные вакуоли. Видоизмененный комплекс Голги - акросома - находится в головке сперматозоида. Ферменты, которые содержатся в акросомі, растворяют оболочку яйцеклетки, обеспечивая проникновение сперматозоида. Таким образом, эта органела участвует в обновлении и росте плазматической мембраны.

8.1.27. В чем проявляется связь между комплексом Голги и ендоплазматичною сеткой?

Связь между комплексом Голги и ендоплазматичною сеткой проявляется в том, что эти органеллы в клетке имеют непосредственное пространственное сочетание и связаны между собой функционально. По канальцах эндоплазматической сети к комплексу Голги транспортируются продукты биосинтеза - белки, углеводы, липиды. Все эти вещества сначала накапливаются, сортируются по химическому составу, видоизменяются, а потом в составе больших или меньших пузырьков поступают в цитоплазму и используются самой клеткой, либо выводятся за ее пределы. Например, лизосомы образуются благодаря деятельности комплекса Голги, а белки, которые входят в состав их ферментов, синтезируются на мембранах эндоплазматической сети, а затем транспортируются к комплексу Голги.

8.1.28. Как понять понятие о "единую мембранную систему клетки"?

Под единой мембранной системой в клетке понимают комплекс взаимосвязанных органелл, таких как эндоплазматическая сеть, комплекс Голги, лизосомы. Взаимосвязь между этими органелами проявляется в том, что мембранные элементы эндоплазматической сети и аппарата Голги имеют пространственный и функциональная связь. Мембраны эндоплазматической сетки разделяют цитоплазму клетки на функциональные ячейки (компартменти). Наличие компартментов позволяет клетке одновременно осуществлять несовместимые биохимические процессы.

8.1.29. Что собой представляют митохондрии? Какие их функции?

Митохондрии имеют разную форму: овальные, паличко-нитевидные т.д. Количество митохондрий в клетке зависит от ее функциональной активности. Митохондрии окружены двойной мембраной, причем внутренняя мембрана образует многочисленные складки - кристи. Внутри митохондрий находятся окислительные ферменты, РНК, ДНК и рибосомы. Во внутреннюю мембрану митохондрий встроенные специфические ферменты, с помощью которых происходит преобразования энергии, которая освобождается в ходе окислительно-восстановительных реакций, энергию химических связей молекул АТФ, необходимую для обеспечения жизнедеятельности клетки и организма в целом.

8.1.30. Строение и функции хлоропластов.

Хлоропласты - один из разновидностей пластид. Хлоропласты содержатся в клетках листьев, других зеленых частей растений и в некоторых одноклеточных животных (например, евглены зеленой). их размеры 4-6 мкм, чаще всего овальной формы, количество хлоропластов в клетке может варьировать. Покрытые двойной мембраной - внешней гладкой и внутренней складчатой, складки направлены внутрь хлоропласта: ламели имеют вид плоских и удлиненных складок, а тилакоїди - уплощенных мешочков или вакуолей. Собранные вместе тилакоїди образуют граны, которые имеют вид кучки монет. В мембранах тилакоїдів находится хлорофилл. Отдельные грани связаны между собой и с внутренней мембраной с помощью ламел. Основная функция хлоропластов - осуществление фотосинтеза. Благодаря хлорофилла в хлоропластах происходит преобразование энергии солнечного света в химическую энергию АТФ. Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДЫК, РНК и рибосомы, с помощью которых синтезируется белок. Размножаются, как и митохондрии, делением.

8.1.31. Которые бывают типы пластид?

Различают три основные типы пластид: зеленые - хлоропласты; красные, оранжевые и желтые хромопласти; бесцветные - лейкопласты. Наличие хлоропластов предоставляет органам растений зеленого цвета, хромопласти окрашивают венчики цветков, плоды и т.д в разные цвета: желтый, оранжевый, красный. Сообщение хромопластів, которые содержат различные пигменты, создает значительное многообразие окраски цветков и плодов. Лейкопласты содержатся в цитоплазме не окрашенных частей растений, например, в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластів разнообразна. У них может накапливаться крахмал. Все типы пластид возникают из первичных пластид (пропластид). Хлоропласты, хромопласти и лейкопласты способны к взаимному преобразования: но хромопласти в другие типы пластид не превращаются, они есть конечным этапом развития этих органелл.

8.1.32. Где в хлоропластах находится пигмент хлорофилл?

В хлоропластах пигмент хлорофилл локализуется в мембранах тилакоїдів, которые имеют вид сплющенных мешочков, окруженных мембраной. Они углублены в водянистый матрикс, или строму. У высших растений тилакоїди собраны в граны, которые по виду напоминают кучку монет.

8.1.33. Чем можно объяснить наличие собственного наследственного материала в митохондриях и пластидах?

Наличие собственного наследственного аппарата в митохондриях и пластидах в виде молекул ДНК можно объяснить с точки зрения теории симбіогенезу. Согласно этой теории, клетки эукариот возникли в результате симбиоза нескольких прокаріотичних клеток, из которых в процессе эволюции образовались отдельные органеллы клеток эукариот, в частности митохондрии и пластиди. Это подтверждается тем, что наследственный материал митохондрий и пластид напоминает такой аппарат клеток прокаріот, кроме того, рибосомы митохондрий и пластид по размерам напоминают рибосомы клеток прокаріот.

8.1.34. В чем заключается автономия митохондрий и пластид в клетке?

Митохондрии и пластиди возникают в результате деления материнских митохондрий и пластид, а не образуются заново. Митохондрии и пластиди имеют собственный наследственный материал в виде молекулы ДНК, которая кодирует наследственную информацию, а также собственный белок синтезуючий аппарат, благодаря которому они могут синтезировать собственные специфические белки. Таким образом, эти органеллы в определенной степени контролируют образование собственных компонентов.

8.1.35. Строение и функции клеточного центра?

Клеточный центр встречается в клетках многих видов животных и расположен вблизи ядра. Основа клеточного центра - два маленьких тельца - центріолі, размещенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы, от которой радиально расходятся мікрофібрили. Каждая центріоля имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм и состоит из микротрубочек. Центріолі играют важную роль в делении клетки животных: они принимают участие в образовании веретена деления.

8.1.36. Какие типы вакуолей встречаются в клетках растений и животных?

В клетках животных встречаются пищеварительные вакуоли, в которых перевариваются питательные вещества, а также сократительные, которые регулируют внутриклеточное давление и участвуют в процессах дыхания и выделения пресноводных одноклеточных организмов. В клетках растений вакуоли заполнены клеточным соком и содержат преимущественно заласні питательные вещества. Они могут занимать большую часть объема клетки и создают внутриклеточное давление, способствуя поддержанию формы клетки, участвуют в процессах роста. Для мембраны вакуолей характерна выборочная проницаемость, поэтому концентрация веществ в цитоплазме может отличаться от концентрации веществ внутри вакуолей. В вакуолях могут накапливаться конечные продукты обмена веществ растительной клетки.

8.1.37. Которые вы знаете органеллы движения клетки?

К органелл движения клетки прежде всего относятся реснички, жгутики, псевдоподїї. С помощью ресничек происходит реснитчатый движение (инфузории), жгутиков - джгутиковий (джгутиконосці), псевдолодій - амебоїдний (амебы). С помощью жгутиков передвигаются сперматозоиды многоклеточных организмов. Реснички есть в клеток воздухоносных путей дыхательной системы позвоночных. С помощью псевдоподий передвигаются лейкоциты. Псевдоподії обеспечивают и захвата твердых частиц (процесс фагоцитоза). Кроме того, существует мышечный движение, которое происходит за помощью сократительных волоконець - миофибрилл, которые находятся в мышечных клетках.

8.1.38. Какая разница в строении микротрубочек и мікрониток?

Микротрубочки - длинные полые цилиндры, стенки их состоят из белков. Из микротрубочек состоят жгутики и реснички. Микронити - очень тонкие структуры, которые состоят из белка. В мышечных клетках они создают структуры, которые обеспечивают сократительную функцию этих клеток. Эти органеллы обеспечивают клеточный движение и образуют скелет клетки (цитоскелет).

8.1.39. Которые с основных органелл клетки имеют двомембранну оболочку?

Из основных органелл клетки двомембранну оболочку имеют ядро, митохондрии и пластиди. В митохондрий внутренняя мембрана образует многочисленные складки - кристи, в хлоропластов - ламели и тилакоїди.

8.1.40. Которые клеточные включения встречаются в клетке?

В цитоплазме клеток встречаются непостоянные структуры, которые называют включениями. На отличие от органелл, они то возникают, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки. Углеводы, жиры и белки накапливаются в цитоплазме в виде капель и зерен различных размеров и формы. Минеральные вещества могут быть растворены в цитоплазме или иметь вид кристаллов. В частности, кристаллы оксалата кальция в клетках растений (например, в клетках черешка листа бегонии) представляют собой продукты обмена веществ, но могут использоваться в процессе роста, при цветении и созревании плодов. Запасные питательные вещества могут накапливаться и синтезуватись во всех пластидах растительных клеток. В растительных клетках накопление запасных питательных веществ происходит в вакуолях, которые часто занимают почти весь объем клетки.

8.1.41. Строение и функции ядра?

Характерной особенностью еукаріотичних клеток является наличие одного или нескольких ядер. В некоторых организмов (например, у инфузорий) ядра могут быть различных типов: вегетативные и генеративные. Ядро в основном округлой формы, но в клетках растений, где объем клетки заполнен в основном вакуолями, ядро может быть сплюснутые, в лейкоцитов ядра лопастные и т.д. Ядро окружено ядерной оболочкой - двойной мембраной. В ядерных мембранах имеются поры; в стенках этих пор внутренняя мембрана, не прерываясь, переходит во внешнюю. Ядерная оболочка отсутствует лишь в течение клеточного деления, а в интерфазе возникает снова. Внешняя мембрана часто переходит, не прерываясь, в мембрану эндоплазматической сети. Это объясняется тем, что эта органела после клеточного деления участвует в формировании ядерной оболочки. Внешняя часть ядерной оболочки может быть покрыта рибосомами. Между

внешней и внутренней мембранами ядерной оболочки находится узкое пространство, заполненное полужидким веществом.

Под ядерным оболочкой содержится ядерный сок (каріоплазма, или нуклеоплазма). В нем находятся ядрышки и сетка тонких нитей, между которыми расположены более плотные массы вещества, которая способна к окраске. Вещество, которое окрашивается, - это хроматин; тонкие его нити составляют эухроматин, а плотные массы - гетерохроматин. Именно хроматин в результате конденсации и сжатия во время клеточного деления превращается в хромосомы. Количество ДНК в ядре постоянная для каждого вида организмов.

Количество ядрышек в ядре может быть разной (от одного до десяти и более). Ядрышки прикрепляются к определенной области отдельных хромосом (вторичной перетяжки) и формируются под его влиянием, вследствие чего эта область получила название организатора ядрышки. Тип ядрышка зависит от типа клетки и ее метаболического состояния: большие и плотные ядрышки характерны для клеток, которые отличаются высокой активностью (эмбриональные клетки, клетки, осуществляющие синтез белка и т.п.). В процессе клеточного деления ядрышко исчезает, а потом снова появляется. Ядрышко и хроматин, который с ним связан, участвуют в образовании субъединиц рибосом, которые затем переходят в цитоплазму. Ядро является центром управления клетки, оно участвует в хранении и передачи наследственной информации. Ядро регулирует процессы роста и развития клетки. Таким образом, ядро играет ведущую роль в явлениях наследственности, поскольку в ядре каждой клетки содержится основная наследственная информация, необходимая для развития целого организма со всеми его свойствами и признаками.

8.1.42. Чем определяется количество ядер, которые содержатся в клетке?

Многоядерные клетки (например, клетка мукора, поперечно-полосатых мышц) могут образовываться вследствие исчезновения перегородок между клетками. Кроме того, в каждом типе клеток существует постоянное соотношение между объемом ядра и объемом цитоплазмы, иначе говоря, в клетке данного типа, которая выполняет определенные функции, одно ядро способно "обслуживать" определенный объем цитоплазмы, поддерживая его в "рабочем состоянии". Если же объем цитоплазмы превышает тот, который может "обслуживать" одно ядро, то количество ядер конечно увеличивается.

8.1.43. Как формируются ядрышки? Какой их состав? Какие функции они выполняют?

Ядрышки - плотные округлые тельца, размеры которых могут варьироваться, как и их количество в ядре, от 1 10. В состав ядрышка входят РНК и белок. Ядрышки связаны с хромосомами, они образуются на определенных участках хромосом. В ядрышках синтезируется РНК, которая входит в состав рибосом, формируются большие и малые части (субъединицы) рибосом. Ядрышки формируются и заметны лишь во время интерфазы, а во время деления клетки разрушаются.

8.1.44. Чем определяется ведущая роль ядра в наследственности? Как это можно доказать?

Поскольку в ядре клетки находятся хромосомы, содержащие ДНК, которая кодирует наследственную информацию, ядра клеток обеспечивают хранение наследственной информации. Это и определяет ведущую роль ядра в явлениях наследственности. Доказать это можно с помощью опытов, например, над одноклітинною водорослью ацетабулярією. Несколько видов этой водоросли растут в Средиземном море. Они состоят из тонких стебелець, имеющих на верхнем конце шляпку, по форме которых эти виды и различают. Ядро расположено в основе стебельки. Если у одного из видов ацетабулярії искусственно удалить шляпку, а к стебельки подсадить ядро другого вида, то через некоторое время на водоросли с подсаженным ядром образуется шляпка, характерная для того вида, чье ядро было подсажено, а не того вида, чье было стебелек. Подобные опыты можно провести и на яйцеклетках некоторых животных.

8.1.45. Как отсутствие ядра влияет на свойства клеток?

Приведите примеры растительных и животных клеток, лишенных ядра.

Примером клеток животных, которые не имеют ядра, могут быть эритроциты позвоночных, клеток растений - ситоподібні трубки. В этих клетках на определенном этапе развития ядро исчезает, поэтому они не способны к размножению.

8.1.46. Чем определяются свойства воды а организме?

Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Поэтому молекула воды полярная (диполь). Положительные заряды сконцентрированы в атомах водорода, так как кислород имеет более электроотрицательный заряд, чем водород. Отрицательно заряженный атом кислорода одной молекулы воды притягивается к положительно заряженному атому водорода другой молекулы, образуя при этом водородная связь, который в 15-20 раз слабее, чем ковалентная. Поэтому водородные связи легко разрываются, что наблюдается, например, при испарении воды. Вследствие теплового движения молекул в воде некоторые водородные связи разрываются, некоторые образуются. Таким образом, в жидкой воде молекулы подвижны, что очень важно для процессов обмена веществ. Высокая теплоемкость воды имеет чрезвычайно важное значение для поддержания теплового баланса как отдельных клеток, так и целостного организма. Молекулы воды легко проникают через клеточные мембраны. Благодаря высокой полярности молекул вода является хорошим растворителем других полярных соединений.

8.1.47. Как структура липидов влияет на их растворимость?

Липиды разнообразные по структуре, но все они неполярные. Поэтому они растворяются в таких неполярных жидкостях, как хлороформ, эфир, но практически не растворимые уводі.

8.1.48. К которым соединений по растворимости в воде относятся липиды: гидрофильные, гидрофобные?

Липиды относятся к гидрофобных соединений.

8.1.49. В которых растворителях растворимые жиры: воде, спирте, эфире?

Среди названных растворителей жиры растворимы в спирте и эфире.

8.1.50. Что входит в состав молекулы жиров: аминокислоты, глюкоза, глицерин, жирные кислоты?

В состав молекулы жиров входят глицерин и жирные кислоты.

8.1.51. В которых органеллах клетки синтезируются липиды: митохондриях, ядре, ендоплазматичній сетке, рибосомах, вакуолях?

Липиды синтезируются на мембранах гладкой эндоплазматической сети.

8.1.52. Которые с перечисленных углеводов относятся к моносахаридов, а какие к полисахаридов: глюкоза, крахмал, фруктоза, гликоген, рибоза, дезоксирибоза, целлюлоза?

Из названных углеводов до моносахаридов относятся глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза; к полисахаридов - крахмал, гликоген, целлюлоза.

8.1.53. В которых с названных органелл в растительной клетке накапливается крахмал: вакуолях, хлоропластах, лейкопластах, митохондриях?

Из названных органелл в растительной клетке крахмал накапливается в вакуолях, хлоропластах и лейкопластах.

8.1.54. Который химический состав белков?

В состав всех белков входят атомы углерода, водорода, кислорода, азота. В состав многих белков, кроме того, входят атомы серы. Есть белки, в состав которых входят также атомы металлов - железа, цинка, меди.

8.1.55. С чего простые белки состоят?

Белки относятся до органических соединений, которые имеют название биополимеров. Молекула полимера представляет собой длинную цепь, в котором много раз повторяется сравнительно проста структура, которая называется мономером.

Белки состоят из подобных, но не совсем одинаковых мономеров - остатков аминокислот. Молекулы аминокислот состоят как бы из двух частей. Одна часть во всех аминокислот одинакова, это группа атомов:

Н-С-NH₂

COOH

Другая часть молекулы называется радикалом, она различается в разных молекулах аминокислот. В состав белков различных организмов входят 20 основных аминокислот, причем в состав белков различных видов входят одни и те же аминокислоты.

8.1.56. Как сочетаются аминокислоты при образовании белковой молекулы?

При синтезе белковой молекулы на рибосомах аминокислотные остатки сочетаются при участии фермента через общее для всех аминокислот группировки: с карбоксильной группы одной аминокислоты (-СООН) и аминогруппы соседней аминокислоты (-NН₂) отщепляется молекула воды, и за счет высвободившихся валентностей остатки аминокислот соединяются между собой. Между аминокислотами возникает сильная ковалентная связь называется пептидним. Образована соединение называется пептидом. Пептид из двух аминокислот называется дипептидом, с трех - трипептидом, из многих - полипептидом.

8.1.57. Которые вы знаете структуры белков?

Последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка определяет его первичную структуру. Чаще всего полипептидный цепь полностью или частично закручивается в спираль - образуется вторичная структура белка. Аминокислотные радикалы остаются снаружи спирали. Витки спирали располагаются тесно, и между NН-группами, содержащихся на одном витке, и СО - группами, размещенными на соседнем, образуются водородные связи. Они значительно слабее, чем пептидные, но повторяясь много раз крепко сцепляющие полипептид в спираль. Гіоліпептидна спираль также заключается и закручивается в определенный специфический способ. Третичная структура белковой молекулы формируется связями трех типов: ионными, водородными и дисульфидными, а также гидрофобными взаимодействиями. В количественном отношении наиболее важные именно гидрофобные взаимодействия. Белок при этом скручивается так, что его гидрофобные боковые цепи прячутся внутри молекулы, то есть защищаются от взаимодействия^ водой, а боковые гидрофильные, наоборот, - выставлены наружу. Много белков с особо сложной строением имеют несколько полипептидных цепей, которые удерживаются в молекуле по посредством гидрофобных взаимодействий, а также ионных и водородных связей. Такой способ укладки полипептидных цепей получил название четвертичной структуры белка (например, гемоглобин состоит из 4 полипептидных цепей).

8.1.58. Что такое денатурация? Которая денатурация называется обратной?

Денатурацией называют процесс нарушения естественной структуры белка, который не затрагивает его первичной структуры. Вследствие денатурации свойства белка меняются. Процесс обратный денатурации, если действие фактора, который ее вызвал, прекращается на первых стадиях: при этом развернутый полипептидный цепь способен самовольно восстановить присущую ему структуру. В других случаях процесс денатурации необратимый. Не обратный характер имеет и процесс деструкции - разрушения первичной структуры белков.

8.1.59. Назовите функции белков, углеводов и липидов в клетке.

Белки в клетке выполняют следующие функции: строительную, каталитическую, сигнальную, двигательную, транспортную, защитную, энергетическую, регуляторную; углеводы - энергетическую и строительную; липиды - строительную, энергетическую, запасаючу и защитную.

8.1.60. Чем определяется двигательная функция белков?

Двигательная функция белков определяется наличием особых сократительных белков: актина, миозина т.д. Так, при мышечном сокращении молекулы актина и миозина, ориентированные параллельно оси мышц, сдвигаются один относительно другого благодаря системе поперечных мостиков, образованных элементами миозина. Таким образом, длина миофибрилл в саркомері (основная структурная единица миофибрилл, участок миофибриллы мышечного волокна, повторяется) изменяется вследствие скольжения актинових нитей вдоль міозинових. Все виды движения, к которым способны клетки высших животных, а также движение ресничек и жгутиков у простейших выполняют особые сократительные белки.

8.1.61. Которая свойство белков лежит в основе раздражимости живых организмов?

В основе раздражимости живых организмов лежит способность белков к обратной изменения своей структуры в ответ на действие физических и химических факторов. В этом заключается сигнальная функция белков. В поверхностной мембране клетки содержатся молекулы белков, способных изменять свою структуру в ответ на действие различных факторов внешней среды. Так воспринимаются сигналы из внешней среды, которые передаются в клетку.

8.1.62. Что лежит в основе защитной функции белков?

При поступлении бактерий или вирусов в кровь человека и животных организм реагирует образованием специальных защитных белков - антител. Эти белки связываются с посторонними для организма соединениями (антигенами), чем подавлюється жизнедеятельность возбудителей заболеваний. На каждый антиген организм вырабатывает особые антитела. Антитела имеют странное свойство: среди тысяч разнообразных антигенов "узнают" только один, с которым и реагируют. Такой механизм сопротивления организма возбудителям заболеваний называют иммунитетом. Кроме антител, находящихся в крови, является антитела и на поверхности особых клеток, которые "узнают" и захватывают посторонние клетки. Это клеточный иммунитет. Защитную функцию осуществляют и другие белки - интерфероны. Но в отличие от антител они неспецифичны относительно возбудителей заболеваний.

8.1.63. Что собой представляют ферменты?

Ферменты являются клеточными катализаторами биохимических реакций. Известно более тысячи ферментов. Основу фермента составляют белки, к ним может присоединяться не белковая часть (витамины, металлы и т.п.). Ферменты ускоряют биохимические процессы в десятки, сотни раз. Ферменты имеют следующие особенности: 1) катализируют только определенные реакции и проявляют высокую специфичность в отношении преобразуемых соединений. Каждая молекула фермента способна осуществлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов операций по минуту. В ходе этих реакций фермент не теряет своей структуры и, следовательно, своей активности. Фермент пространственно сочетается с веществами, которые вступают в реакцию, ускоряет их преобразования и выходит из реакции неизменным; 2) поскольку ферменты - макромолекулы, имеющие большую молекулярную массу, а вещества, которые вступают в реакции, катализируемой ферментом, могут иметь значительно меньшую молекулярную массу, то активна не вся молекула фермента, а только ее часть - активный центр. Активный центр геометрически соответствует структуре молекул веществ, вступающих в реакцию. Это обеспечивает пространственное сближение молекул веществ, вступающих в реакцию, и активного центра фермента, которые соответствуют друг другу почти как "ключ и замок"; но структура активного центра не жесткая, а лабильная; 3) вследствие денатурации белка, что входит в состав фермента, его каталитическая активность исчезает, ибо нарушается структура активного центра; 4) чтобы фермент был активен, нужна определенная кислотность среды (рН среды), то есть определенная концентрация ионов водорода, и определенная температура; 5) для ферментов как в клетке, так и в организме в целом характерна определенная локализация, поскольку процесс расщепления или синтеза любого вещества в клетке или в организме разделен на ряд химических операций, которые закономерно идут одна за другой. Каждую из этих операций катализирует свой фермент. Группа ферментов, которые катализируют цепь таких химических реакций, является как бы своеобразным биохимическим конвейером.

8.1.64. Кто предложил модель строения молекулы ДНК?

Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крика 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально. Эта модель сыграла важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.

8.1.65. Где в ядре находится основное количество ДНК, РНК?

В ядре молекулы ДНК находятся в хромосомах, а РНК - в ядерці.

8.1.66. В которых органеллах еукаріотичних клеток расположены ДНК, РНК?

В еукаріотичних клетках ДНК находится в ядре, митохондриях и хлоропластах, а РНК - в ядре, рибосомах, митохондриях, хлоропластах и цитоплазме.

8.1.67. Где молекулы ДНК находятся в вирусах, прокаріотичних и еукаріотичних клетках?

У ДНК-содержащих вирусах молекула ДНК находится под оболочкой и составляет дволанцюгове кольцевое соединение (в смысле линии, не имеющей концов). Эта ДНК компактно составлена в клубок, поскольку ее физическая длина намного больше размеров вируса. Вообще вирусные нуклеиновые кислоты имеют разнообразный вид: одно-или двухцепочечных спиралей, которые, в свою очередь, бывают линейными, кольцевыми или скрученными вторично.

В прокаріотичних клетках основная часть ДНК находится в ядерной зоне (нуклеоїді), она представляет собой замкнутый дволанцюгове, компактно сложенное кольцо. Как правило, молекула ДНК имеет много петель, каждая из которых зверхспіралізована. Некоторые бактерии содержат одну или несколько молекул ДНК в виде кольца, которые находятся в цитоплазме (плазмиды). Они тоже несут генетическую информацию. В еукаріотичних клетках основная часть ДНК, которая несет генетическую информацию, размещена в ядре, а именно - в хромосомах. В митохондриях, а в растительных клетках - и в пластидах содержится и синтезируется собственная ДНК.

8.1.68. Что представляет собой нуклеотид?

Нуклеотид - химическое соединение, которое состоит из остатков трех соединений: азотистые основания, углевода (моносахаридов, дезоксирибози в молекуле ДНК или рибози в молекуле РНК) и фосфорной кислоты. ДНК образованы сочетанием четырех видов нуклеотидов. Во всех четырех видов нуклеотидов остатки углевода и фосфорной кислоты одинаковые, хотя количество остатков фосфорной кислоты может быть разной (три в молекуле АТФ и два - в молекуле АДФ). Нуклеотиды отличаются азотистою основой, согласно которой их называют: нуклеотид, содержащий азотистое основой аденин (А), гуанин (Г), тимин (Г) или цитозин (Ц). Размер А примерно равен Г, а Т - Ц; размеры А и Г примерно вдвое больше, чем Т и Ц. В молекулах РНК вместо Т близок к этой азотистого основания урацил (У).

8.1.69. Как происходит соединение нуклеотидов в нити ДНК? Как нити ДНК соединяются в двойную спираль?

Сообщение нуклеотидов в нити ДНК происходит через образование связи между остатками углевода одного нуклеотида и фосфорной кислоты в составе соседнего. Это прочный ковалентная связь (фосфорно-диефірний). Когда нити ДНК соединяются в двойную спираль, азотистые основания одной цепи "стыкуются" с азотистыми основаниями другой. Основы подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи. Азотистые основания соединяются по принципу комплементарности: против аденіна (А) одной цепи всегда оказывается тимин (Т) другой цепи, а против гуаніну (Г) одной цепи - всегда цитозин (Ц) другой. Именно такое сочетание азотистых оснований обеспечивает одинаковую по всей длине двойной спирали расстояние между цепями, а также образования между размещенными напротив азотистыми основаниями максимального количества водородных связей (три водородные связи возникают между Г и Ц и два - между А и Т). В каждому из этих сочетаний оба нуклеотиды будто дополняют друг друга, поэтому принято говорить, что Г является комплементарным к Ц, а Т - к А. Таким образом, если известна последовательность нуклеотидов в одной из цепей, то по принципу комплиментарности можно установить последовательность нуклеотидов во второй цепи. Большое количество водородных связей обеспечивает крепкое соединение нитей ДНК, что придает молекуле устойчивость и вместе с тем обеспечивает ее подвижность.

8.1.70. Способ, которым происходит удвоение молекул ДНК, называется напівконсервативним. Объясните, почему этот процесс имеет такое название.

В основе удвоение молекул ДНК лежит принцип комплементарности. При удвоении молекулы ДНК двойная спираль ДНК раскручивается, с помощью особых ферментов разрываются водородные связи, которые соединяют нити ДНК. Эти нити расходятся и к каждому из нуклеотидов обеих нитей последовательно присоединяются комплементарные нуклеотиды. Нити материнской молекулы ДНК, что разошлись, являются матричными - они и определяют порядок размещения нуклеотидов в цепи ДНК синтезируется заново. Таким образом, вследствие удвоения образуются две двойные спирали ДНК ("дочерние" молекулы), каждая из которых имеет одну нить, полученную от "материнской" молекулы, и одну нить, синтезированную заново. Поэтому такой способ удвоения молекулы ДНК называется напівконсервативним.

8.1.71. Которая с структурных единиц отвечает за синтез определенной молекулы белка; молекула ДНК, нуклеотид, триплет, ген?

Из названных структурных единиц за синтез определенной молекулы белка отвечает ген.

8.1.72. Какие существуют виды РНК?

В прокаріотичних и еукаріотичних клетках есть три основных вида РНК:

- матричная (или информационная) РНК (м-РНК или и-РНК) - это одноланцюжковий полінуклеотид, что представляет собой матрицу, которую используют рибосомы при переводе генетической информации с ДНК (в виде последовательности нукпеотидів) в последовательность аминокислотных остатков молекул белков. Каждая м-РНК кодирует одну или несколько полипептидных цепей;

- транспортная РНК (т-РНК) - это одноланцюговий полінуклеотид со специфической конфигурацией. Каждой из аминокислот соответствует одна или несколько т-РНК, которые связывают эту аминокислоту, переносят в рибосомы и есть "адаптером" при переводе закодированной в м-РНК генетической информации в последовательность аминокислотных остатков молекул белков;

- рибосомальні РНК (р-РНК) принимают участие в структурной организации рибосом (вместе с белками является основным компонентом), а также в выполнении функции рибосомами синтеза белковых молекул.

8.1.73. Молекула которого из видов РНК имеет наименьшие размеры?

Наименьшие размеры из основных видов РНК имеют молекулы транспортной РНК (т-РНК), которые транспортируют аминокислотные остатки к месту синтеза белковых молекул.

8.1.74. Что представляет собой молекула транспортной РНК (т-РНК)?

Молекулы т-РНК транспортируют соответствующие молекулы аминокислот к рибосомам. Молекула т-РНК имеет форму листка клевера, потому что в определенных местах цепочки 4-7 последовательных звеньев, комплементарных друг другу. На этих участках между комплементарными нуклеотидами образуются водородные связи. У верхушки молекулы содержится особый триплет нуклеотидов (антикодон), который является комплементарным соответствующем кодону (триплета, который кодирует определенную аминокислоту) в составе и-РНК. Возле ножки "листка клевера" есть участок, где с помощью ковалентной связи присоединяется аминокислотный остаток.

8.1.75. Какие функции обмена веществ?

Обмен веществ выполняет две функции: первая - обеспечивает клетки строительным материалом. С веществ, поступающих в клетку (аминокислот, моносахаридов, органических кислот, нуклеотидов) синтезируются белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и т.д. С них формируется тело клетки, ее мембраны, органеллы. Реакции синтеза происходят не только в молодых клетках, но и в тех клетках, которые прекратили рост и развитие, поскольку химический состав клетки в течение ее жизни много раз обновляется. Совокупность биохимических реакций, что обеспечивает построение клетки и обновление ее состава, называют пластическим обменом. Вторая функция обмена веществ - обеспечение клетки энергией. Любое проявление жизнедеятельности требует затрат энергии, для чего используется энергия, которая освобождается в результате химических реакций. Эта энергия освобождается в результате расщепления веществ, поступают, и превращается в другие виды энергии. Совокупность реакций, которые обеспечивающих клетки энергией, называют энергетическим обменом. Через пластический и энергетический обмены осуществляется связь клеток и организма в целом с внешней средой. Эти процессы являются основным условием функционирования биологических систем, источником их роста и развития.

8.1.76. В чем оказывается взаимосвязь между процессами пластического и энергетического обмена?

Процессы пластического и энергетического обменов в клетке тесно взаимосвязаны, поскольку, с одной стороны, в процессах биосинтеза используется энергия, которая освобождается в ходе реакций энергетического обмена. С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходимы ферменты, которые синтезируются в ходе реакций пластического обмена, а в ходе реакций энергетического обмена разлагаются вещества, синтезированные в ходе реакций пластического обмена.

8.1.77. Почему ассимиляцию называют пластическим обменом, а дисиміляцію - энергетическим?

При ассимиляции происходит биосинтез веществ (пластический обмен), а при диссимиляции - выделение энергии при расщеплении веществ (энергетический обмен).

8.1.78. Которые с названных процессов относятся к пластического, энергетического обмена: биосинтез белков, фотосинтез, синтез АТФ, реакции окисления?

К пластическому обмена относят процессы биосинтеза белков, фотосинтеза и синтеза АТФ, а к энергетического - реакции окисления.

8.1.79. Какие этапы можно выделить в процессе расщепления и окисления глюкозы в клетке?

Условно весь процесс расщепления и окисления глюкозы в клетке можно разбить на три этапа. Первый этап происходит в цитоплазме, вне митохондриями. На этом этапе одна шестивуглецева молекула глюкозы расщепляется до двух трех углеродных молекул. Второй этап - окисление происходит внутри митохондрий, также с помощью особых ферментов. На этом этапе вследствие окисления трех углеродных остатков глюкозы образуются молекулы - носители энергии, СО₂ и Н₂О. Третий, заключительный, этап окисления глюкозы происходит на кристах митохондрий. На этом этапе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, которые обеспечивают прохождение третьего этапа, имеют название цепи переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы - носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы. Электроны от молекул-носителей энергии, как по ступеням, перемещаются из высшего энергетического уровня на низший. Высвободившаяся при этом энергия расходуется на синтез молекул АТФ. Электроны молекул-носителей энергии, которые отдали энергию на синтез АТФ, соединяются с кислородом. Вследствие этого образуется вода. В цепи переноса электронов конечный акцептор электронов является кислород.

8.1.80. Что представляет собой гликолиз?

Гликолиз - без кислородное расщепление глюкозы, которое происходит в цитоплазме клеток. Это сложный, многоступенчатый процесс, комплекс реакций, идущих одна за другой; каждый из них катализирует специфический фермент. В результате без кислородного расщепления глюкозы выделяется энергия, 40% которой находится в форме химических связей между остатками фосфорной кислоты в молекулах АТФ, а примерно 60% рассеивается.

8.1.81. Почему при окислении органических соединений высвобождается энергия?

Электроны в составе молекул органических соединений имеют значительный запас энергии, они как бы приподняты на высокий энергетический уровень. Энергия высвобождается, когда электроны перемещаются с высшего уровня на низший в своей или другой молекуле или атоме, которые способны быть приемниками электронов. Таким приемником электронов является кислород. В этом и заключается его главная биологическая роль.

8.1.82. Почему кислородное расщепление глюкозы (аэробная) энергетически более выгодно, чем без кислородное (анаэробное)?

При без кислородном (анаэробном) расщеплении глюкозы, которое происходит с участием ферментов, образуются две трех углеродные молекулы углеводов (тріози). Однако эти молекулы лишь, частично окисляются и отдают малую часть своих электронов не кислорода, а особой органическом соединении - их переноснику. За счет выделенной энергии образуются только две молекулы АТФ.

При кислородном расщеплении глюкозы более половины энергии, что высвобождается, превращается в энергию молекул АТФ (синтезируется 36 молекул АТФ), а примерно 45% энергии рассеивается в виде тепла. Поэтому кислородное расщепление глюкозы в энергетически более выгодно, чем без кислородное.

3.1.83. Что есть общего при окислении органических веществ в митохондриях и при их горении?

При окислении органических веществ в митохондриях и их горении общим является образование СО₂ и Н₂О.

8.1.84. Чем процесс горение отличается от процесса биологического окисления органических веществ?

Конечными продуктами горения, так же как и окисления являются углекислый газ и вода. При этом энергия выделяется в виде тепла. Но процессы биологического окисления органических веществ существенно отличаются от горения. Так, процессы биологического окисления проходят ступенчато, при участии ряда ферментов. При сгорании органических веществ почти вся энергия выделяется в виде теплоты. При биологическом окислении около 50% энергии органических веществ превращается в энергию АТФ, а также других молекул - носителей энергии. Другие 50% энергии окисления превращаются в теплоту. Поскольку ферментативные процессы окисления идут ступенчато, тепловая энергия выделяется постепенно и успевает рассеиваться в внешней среде, не повреждая чувствительных к нагреванию белков и других веществ клетки.

8.1.85. Может ли свободный кислород длительное время находиться в клетке?

Свободного кислорода в клетках практически нет, поскольку, попав в клетку, он сразу же вступает в реакцию окисления. Это имеет большое биологическое значение, потому что О2 обнаруживает значительную химическую активность и действует пагубно на живую материю.

8.1.86. Какова особенность строения АТФ?

По химической структурой АТФ относится к нуклеотидов. В АТФ, как и в каждом нуклеотиде, содержатся остатки азотистого основания (аденина), углевода (рибози) и три остатки фосфорной кислоты. При этом два из остатков фосфорной кислоты соединены между собой макроергічним связью. Если под действием фермента отщепляется один остаток фосфорной кислоты, АТФ превращается в аденозиндифосфорну

кислоту (АДФ), освобождая около 42 кДж энергии. Когда же от молекулы АТФ відщеплюються два остатки фосфорной кислоты, образуется аденозинмонофосфорна кислота (АМФ), при этом освобождается 84 кДж энергии. Молекула АМФ также может расщепляться по формуле: АМФ + Н₂0-АДЕНОЗИН (состоящий из остатков аденина и рибози) + Н₃РО₄

Большое количество энергии, которая освобождается во время расщепления АТФ, используется для биохимического синтеза необходимых организму соединений, поддержание определенной температуры тела и т.д. С другой стороны, часть энергии, которая освобождается, идет на синтез АТФ из АДФ или АМФ и молекул фосфорной кислоты, которые связываются макроергічними связями. Таким образом, молекулы АТФ является универсальным химическим аккумулятором энергии в клетках. Химическая природа макроергічмих связей окончательно еще не выяснена, однако по энергоемкости они превышают обычные в несколько раз. Так, макроэргические связи (42 кДж) почти в 2,5 раза более энергоемкие, чем обычный химический связь между остатками фосфорной кислоты и рибози.

8.1.87. Чем объясняется нестабильность молекулярной структуры АТФ?

Молекулярная структура АТФ нестабильна, потому что одноименные заряды (отрицательно заряженные атомы кислорода в остатках фосфорной кислоты) отталкиваются друг от друга. Под влиянием специфических ферментов молекула АТФ гидролизуется, то есть присоединяет молекулу воды и расщепляется: АТФ + Н₂0 - АДФ + Н₃РО₄.

8.1.83. В каких органеллах растительной и животной клеток синтезируется АТФ?

В растительном клетке - в митохондриях и хлоропластах, в животной - в митохондриях.

8.1.89. Где происходит синтез АТФ в митохондриях: наружной мембране, на кристах, в матриксе?

Синтез АТФ в митохондриях происходит на кристах.

8.1.30. В каком виде АТФ содержится в клетке?

Поскольку реакция содержимого клетки в норме близка к нейтральной, АТФ содержится в клетке в виде кислоты, а в виде соли (в форме аниона). В этих условиях в остатках фосфорной кислоты вместо групп-ВОН содержатся отрицательно заряженные атомы кислорода (-О-).

3.1.31. Какое дыхание называется аэробным и анаэробным? Что является общим для аэробного и анаэробного дыхания?

Существуют два типа дыхание - аэробное и анаэробное. Дыхание с использованием кислорода воздуха называется аэробным, а без него - анаэробным. При анаэробном дыхании органические вещества разлагаются полностью, то есть не до СО₂ и Н₂О, а до промежуточных соединений (этилового спирта, молочной кислоты и т.д), при этом выделяется незначительное количество тепла. Анаэробное дыхание свойственно многим микроорганизмам - дрожжам, определенным группам бактерий и т.д. Примером анаэробного дыхание является спиртовое брожение. Дыхание и спиртовое брожение имеют общую первую фазу - гликолиз.

8.1.92. Что такое гниения и брожения? Что общего и отличного между этими процессами? Наведите примеры.

Гниение - это разложения азотсодержащих органических соединений (преимущественно белков) микроорганизмами (как аэробными, так и анаэробными). При участии ферментов белки расщепляются до аминокислот. В конце концов образуются такие соединения, как аммиак, сероводород, двуокись углерода и т.д. Среди этих веществ есть токсичные и такие, что имеют неприятный запах. Гниение происходит в почве, водоемах, кишечному тракту животных и человека. Брожение - это процесс анаэробного разложения соединений, содержащих углерод, с участием ферментов. Вследствие брожения углеводы разлагаются неполностью, и при этом образуются такие соединения, как этиловый спирт (спиртовое брожения), молочная кислота (молочнокислое брожение) и т.п.

8.1.93. Почему паразиты внутренних органов позвоночных запасают преимущественно гликоген, а не жиры, хоть известно, что жиры более энергоемки, чем углеводы?

Паразиты внутренних органов позвоночных, например, печеночный сысун, бычий цепень и т.д., которые живут в основном в условиях дефицита кислорода, запасают преимущественно гликоген, а не жиры (хоть при расщеплении жиров энергии образуется почти в 2 раза больше, чем при расщеплении углеводов). Это объясняется тем, что в условиях дефицита кислорода основным источником энергии для этих паразитов есть бескислородное расщепление глюкозы (гликолиз), хотя этот процесс значительно уступает по количеству высвобождаемой энергии окисление жиров. Кроме того, жиры перевариваются медленнее, чем углеводы.

8.1.94. Почему в печени и мышцах животных запасаются углеводы в виде гликогена, хоть животный организм сохраняет большую часть энергии в виде запасов жира?

Это объясняется тем, что при расщеплении жиров хоть и выделяется почти в 2 раза больше энергии, чем при расщеплении белков и углеводов, но жиры разлагаются медленнее, чем углеводы, которые уже на стадии гликолиза высвобождают энергию, часть которой используется для синтеза АТФ. Поэтому на случай срочной мобилизации энергии в печени и мышцах сохраняется определенное количество энергии в форме химических связей молекул гликогена.

8.1.95. Которые вещества образуются в процессе фотосинтеза: углеводы, ДНК, РНК, белки, АТФ?

В световой фазе фотосинтеза синтезируется АТФ, а в темновій - углеводы.

8.1.96. Из которых неорганических веществ синтезируются углеводы при фотосинтезе: двуокиси углерода, кислорода, молекулярного азота, аммиака, воды?

В темновій фазе фотосинтеза углеводы синтезируются из со₂ и Н₂О.

8.1.97. При расщеплении которой вещества выделяется свободный кислород в процессе фотосинтеза: двуокиси углерода, воды, АТФ, белков, крахмала?

Свободный кислород выделяется в процессе фотосинтеза при расщеплении (фотолизе) воды. Этот процесс происходит при участии специфических ферментов.

8.1.98. В какую фазу фотосинтеза образуются свободный кислород и АТФ?

Свободный кислород и АТФ образуется в световую фазу фотосинтеза.

8.1.99. Или расщепляется молекула СО₂ при синтезе углеводов в процессе фотосинтеза?

Молекула СО₂ при синтезе углеводов не расщепляется.

8.1.100. Процесс имеет название фотолізу воды? Как этот процесс осуществляется в растительных клетках?

Фотолиз воды - это процесс расщепления молекул воды в хлоропластах. Этот процесс осуществляется особым ферментом под действием света.

8.1.101. Обязательно темпова фаза фотосинтеза происходит в темноте? Какие процессы происходят в темпову фазу?

Темновая фаза фотосинтеза может осуществляться как на свету, так и в темноте. В темнову фазу рибулозо-бифосфат выполняет роль акцептора СО₂. Особый фермент связывает этот углевод с углекислым газом воздуха. При этом образуются соединения, которые за счет энергии АТФ и других молекул - носителей энергии восстанавливаются до шестивуглецевої молекулы глюкозы. Таким образом, энергия света, превращена в течение световой фазы, в энергию АТФ и других молекул - носителей энергии, используется для синтеза глюкозы.

8.1.102. В чем заключается космическая роль зеленых растений?

Понятие о космическую роль зеленых растений сформулировал академик К. А. Тимірязєв. Воспринимая солнечные лучи и преобразуя их энергию в энергию органических веществ, зеленые растения обеспечивают сохранение и развитие жизни на Земле. Они образуют почти всю органическое вещество и является основой питания гетеротрофных организмов, поскольку синтезировано растениями органическое вещество передается дальше по цепям питания. Весь кислород атмосферы тоже имеет фотосинтетичне происхождения. Под действием ультрафиолетовых лучей кислород атмосферы переходит в озон (О₃). Озоновый экран защищает живую материю от действия вредных коротковолновых ультрафиолетовых лучей. Таким образом, зеленые растения являются как бы посредником между Солнцем и жизнью на Земле.

8.1.103. Чем хемосинтез отличается от фотосинтеза? Приведите примеры организмов, способных к хемосинтеза.

Как фотосинтез, так и хемосинтез являются процессами синтеза органического вещества из неорганических соединений. Но если при фотосинтезе синтез органического вещества идет за счет солнечной энергии, то при хемосинтезі - за счет энергии, которая освобождается в результате химических реакций. Этот тип пластического обмена открыл российский микробиолог С. М. Виноградский. Он заметил, что для некоторых групп микроорганизмов свет не является необходимым условием для синтеза органических веществ. им нужны сложные неорганические соединения, способные окисляться, кислород, вода и двуокись углерода, которые используются для синтеза органического вещества. Для этого микроорганизмы имеют особый ферментативный аппарат, который позволяет им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию окисления неорганических веществ, в энергию синтезированных органических соединений. Из микроорганизмов, которые осуществляют хемосинтез, известны нітрифікуючи бактерии, а также железобактерии и сіркобактерії. Первая группа использует энергию, которая выделяется при окислении азотистой кислоты в азотную. Железобактерии используют энергию, которая высвобождается при окислении двухвалентного железа в трехвалентное. Сіркобактерії вещества сероводород до серной кислоты.

8.1.104. Какие свойства генетического кода?

Генетический код триплетний. Каждая из аминокислот, входящих в состав белка, кодируется последовательностью из трех нуклеотидов - триплетом, который получил название кодон. Генетический код однозначен, то есть каждый триплет кодирует только одну аминокислоту. Генетический код универсален, т.е. един для всех организмов, которые существуют на Земли. В прокаріот, растений, животных, человека одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты. Генетический код не перекрывается, то есть считывания генетической информации может происходить только одним способом и другим невозможно. Последовательность нуклеотидов считывается из определенной точки. Это определяет, как считывать в виде триплетов весь длинную цепочку нуклеотидов (в некоторых вирусов одна и та же нуклеотидная последовательность кодирует два различных белки, для чего используются две различные рамки считывания границ, то есть "гены внутри генов"). Генетический код вырожденный, то есть одна аминокислота может кодироваться не одним, а несколькими определенными триплетами нуклеотидов. Между генами существуют знаки препинания. Каждый ген кодирует один белковый цепочку. Поскольку в ряде случаев и-РНК (м-РНК) является копией нескольких генов, то они должны быть отделены друг от друга (последовательности нуклеотидов, которые не несут генетической информации и разделяют отдельные гены, называются спейсеры). В генетическом коде существуют три особые триплета (УАА, УАГ, УГА), каждый из которых сигнализирует о прекращение синтеза одной белковой цепи, то есть эти триплеты выполняют функции стоп-границ. А триплет АУГ определяет начало синтеза полипептидной цепи.

8.1.105. Большинство аминокислот в коде ДНК кодируются не одним, а несколькими триплетами. Какое это имеет биологическое значение?

В коде ДНК некоторые аминокислоты кодируются не одним, а несколькими триплетами - двумя, четырьмя и даже шестью (то есть генетический код вырожденный). Только две аминокислоты (метионин и триптофан) имеют по одному кодуючому триплета. Это свойство кода имеет большое значение для повышения надежности хранения и передачи наследственной информации.

8.1.106. Докажите, что каждая аминокислота кодируется именно триплетом нуклеотидов, а не другой количеством.

В состав белков входит 20 основных аминокислот (у животных). Но известно всего четыре вида нуклеотидов, которые различаются своими азотистыми основаниями. Итак, аминокислоты не могут определяться кодонами, которые состоят всего из двух нуклеотидов, поэтому что четыре нуклеотиды могут образовать только 42 = 16 различных двонуклеотидних соединений, то есть не могут обеспечить кодирование всех основных аминокислот животных. В границе должно быть минимум три нуклеотиды, ибо в этом случае возможны 43 = 64 различные трьохнуклеотидні соединения; их с избытком хватает для кодирования аминокислот, которые входят в состав белков животных. Как доказано опытами, подавляющее большинство аминокислот кодируется не одним, а несколькими триплетами, то есть генетический код вырожденный.

8.1.107. Чему соответствует информация одного гена, закодирована в молекуле ДНК: целом белка, амінокислоті?

Информация одного гена отвечает структуре целого белка.

8.1.108. Что такое кодон и антикодон?

Кодон - это последовательность из трех нуклеотидов (триплет) молекулы нуклеиновой кислоты. Антикодон - последовательность из трех нуклеотидов на верхушке молекулы т-РНК, комплементарных нуклеотидам кодона в молекуле м-РНК (И-РНК).

8.1.109. В чем заключается принцип колінеарності при синтезе ДНК и есть ли из него исключения?

Коллинеарность - это свойство, которое обеспечивает такую последовательность аминокислот в молекуле белка, в которой соответствующие кодоны расположены в гене, т.е. последовательность триплетов в молекуле нуклеиновой кислоты определяет порядок расположения аминокислот в молекуле белка. Это значит, что положение каждой аминокислоты в поліпептидному цепи зависит от особого участка гена. Генетический код считается колинеарным, если кодоны нуклеиновых кислот и аминокислоты в молекуле белка, что им отвечают, размещены в одинаковом линейном порядке. Поскольку информация с молекулы ДНК на белок переносится с участием молекулы м-РНК (и-РНК), кодоны каждой из аминокислот обозначаются соответственно к нуклеотидного состава м-РНК (И-РНК). Однако обнаружено, что некоторые эукариотные гены имеют вставные нуклеотидные последовательности (интроне), которые не способны транслироваться. У некоторых вирусов одна и та же нуклеотидная последовательность ДНК кодирует два различных белки, для чего использует две различные рамки считывания границ, то есть "гены внутри генов".

8.1.110. Какие структурные уровни белка формируются при его синтезе на рибосоме: первичный, вторичный, третичный, четвертичный?

При биосинтезе белка на рибосоме формируется первичная структура белка.

8.1.111. Где происходит синтез белков в растительных и животных клетках?

Биосинтез белков в клетках растений и животных происходит на рибосомах. У растений все аминокислоты синтезируются в клетках. А в животных для синтеза собственных белков используются аминокислоты, которые высвобождаются при расщеплении белков пищи. Такие аминокислоты называют незаменимыми, в отличие от заменимых, которые могут синтезироваться животные.

8.1.112. Назовите основные этапы биосинтеза белка.

Биосинтез белка происходит в шесть основных этапов, каждый из которых требует определенных компонентов:

- транскрипция - передача в ядре информации о структуре белка, которая закодирована в молекуле ДНК на молекулу м-РНК (и-РНК): нити молекулы ДНК с помощью ферментов разъединяются и на одной из цепей ДНК по принципу комплементарности синтезируется молекула м-РНК;

- на следующем этапе в цитоплазме каждая аминокислота с участием ферментов присоединяется прочной ковалентной связью к соответствующей молекулы т-РНК (состояние активации);

- м-РНК (И-РНК), которая несет информацию о структуре поліпептида, связывается с рибосомою, а потом с т-РНК, несущая аминокислоту, по принципу комплиментарности взаимодействует с особым триплетом (кордоном - АУГ) в составе м-РНК, который дает сигнал о начале синтеза полипептидной цепи (этап инициации);

- удлинение полипептидной цепи за счет последовательного соединения крепким ковалентной связью аминокислотных остатков. Каждый аминокислотный остаток занимает свое положение с помощью соответствующей т-РНК, которая образует комплементарные пары с кордоном м-РНК (процесс элонгации). Процесс реализации информации о структуре белка, записанная в м-РНК в виде последовательности нукпеотидів, в последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка называется трансляцией;

- завершение синтеза полипептидной цепи, о чем сигнализирует термінуючий кодон м-РНК (УАА, УАГ, УГА) и освобождение белка из рибосомы (этап терминации и увольнения);

- сворачивание полипептидной цепи и образование в цитоплазме определенной пространственной конфигурации молекулы белка. Таким образом, происходит образование функционально активного молекулы белка.

8.1.113. Что такое трансляция и транскрипция?

Трансляция - это процесс реализации информации о структуре белка, записанную в молекуле м-РНК (и-РНК) в виде последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот в молекуле белка, которая синтезируется. Транскрипция - это процесс переноса информации, которая содержится в гене (то есть участке молекулы ДНК), на молекулу м-РНК (и-РНК).

8.1.114. Как происходит транскрипция?

Транскрипция, то есть процесс синтеза м-РНК (и-РНК) на матричной молекуле ДНК, происходит так. Особый фермент полимераза, продвигаясь по молекуле ДНК по принципу комплементарности подбирает нуклеотиды и соединяет их в один ланцюг. м-РНК (И-РНК) является копией не всей молекулы ДНК, а только ее части: одного гена или группы генов, расположенных рядом. На начала каждой группы генов является своеобразный "посадочная площадка" для фермента полимеразы. Только присоединившись к нему, полимераза способна начать синтез м-РНК (и - РНК). В конце группы генов фермент встречает сигнал (в виде определенной последовательности нуклеотидов), который сигнализирует о прекращении процесса транскрипции. Синтезированная м-РНК (И-РНК) отходит от ДНК, покидает ядро и направляется к месту синтеза белков.

8.1.115. Как новосинтезовані белки попадают в места своего назначения?

После синтеза на рибосомах одни из белков попадают сразу в цитоплазму, другие направляются в клеточных органелл, третьи выделяются (секретируются) из клетки, четвертые встраиваются в мембраны. Для транспортировки большинство белков на одном из своих концов (Г^и-концы) имеют специфическую последовательность аминокислот (15-30 аминокислотных остатков) - "лидер". Именно эта последовательность, которая синтезируется первой, является тем сигналом, что позволяет белкам попасть в определенное для них место. У белков, которые покидают клетку, лідерна последовательность познается особыми рецепторними участками на внешний поверхности эндоплазматической сетки и проникает сквозь мембрану в ее полость, увлекая за собой полипептидный цепь. Затем под действием специфического фермента "лидер" отщепляется, белок попадает к комплексу Голги и в виде секреторного пузырька покидает клетку.

8.1.116. Что собой представляет функциональный центр рибосомы (ФЦР)? Какую роль он выполняет в процессе биосинтеза белка?

Функциональный центр рибосомы (ФЦР) - это часть рибосомы, на которой происходит трансляция. В ФЦР одновременно могут находиться две соседние триплеты м-РНК. Там происходит связывание антикодона т-РНК, которая несет определенный аминокислотный остаток, с соответствующим кордоном м-РНК. Образование пептидной связи происходит лишь тогда, когда в ФЦР одновременно находятся две молекулы т-РНК, несущие соответствующие аминокислотные остатки. Полипептидный цепь, удлиняется, присоединяется к т-РНК, которая поступает к ФЦР второй. Первая т-РНК высвобождается вследствие перемещение рибосомы вдоль м-РНК на один триплет. Таким образом, м-РНК движется вдоль рибосомы до завершения процесса биосинтеза белка.

8.1.117. Какое биологическое значение имеет объединение рибосом в полісому?

Скопления рибосом (к 80 или больше), когда они объединены одной м-РНК в группу, образует полісому (полірибосому). Одновременно трансляция одной м-РНК (и-РНК) многими рибосомами значительно повышает эффективность использования матрицы, ибо за единицу времени синтезируется больше молекул определенного белка.

8.1.118. Сколько энергии тратится на синтез молекулы белка?

Процесс синтеза молекулы белка требует больших затрат энергии. На каждого сообщения аминокислоты с т-РНК расходуется энергия одной молекулы АТФ. Поэтому на синтез молекулы белка расходуется энергия такого количества молекул АТФ, которая соответствует количества аминокислот, входящих в состав белка. Кроме того, энергия определенной количества молекул АТФ нужна и для взаимодействия м-РНК с рибосомою и передвижения м - РНК (и-РНК по рибосоме.

8.1.119. Какова роль ферментов в биосинтезе белка?

Синтез белка происходит с участием ферментов. Все реакции белкового синтеза катализируются специфическими ферментами. Так, фермент полимераза участвует в синтезе молекулы м-РНК (и-РНК) на одной из цепей молекулы ДНК. Специальные ферменты "узнают" антикодони (триплеты на верхушке молекулы т-РНК) и присоединяют к "основы листка" т-РНК не любую, а определенную аминокислоту. Особый фермент присоединяет аминокислотные остатки, отсоединяются от т-РНК, молекулы белка, которая синтезируется.

8.1.120. Известно, что молекула м-РНК (и-РНК) состоит из 1535 нуклеотидов. Из скольких аминокислотных остатков будут состоять белки, которые синтезируются из этой молекулы м-РНК (и-РНК), если среди них есть один триплет УАА и два триплета УГА?

Молекула м-РНК (и-РНК) состоит из 1535 нуклеотидов. Соответственно количество триплетов будет равняться 511. Два нуклеотиды никакой генетической информации не несут. Кроме того, не несут генетической информации, триплеты, как УАА и УГА, которые только сигнализируют о прекращения синтеза полипептидной цепи. Таким образом, количество триплетов, которые несут информацию о аминокислоты, составит 508, то есть синтезированные белки будут состоять из 508 аминокислотных остатков.

8.1.121. Сколько аминокислот кодирует молекула м-РНК (и-РНК), если она синтезированная на участке молекулы ДНК, которая состоит из таких нуклеотвдів: ААГТЦАГЦАЦТЦЦАААТТ?

Поскольку молекула м-РНК (и-РНК) синтезируется по принципу комплиментарности, то последовательность нуклеотидов, составляющих молекулу м-РНК, будет такая:

УУЦ - АГУ - ЦГУ - ГАГ- ГУУ - УАА.

Таким образом, молекула м-РНК состоит из шести триплетов, но, как известно, триплет УАА не несет никакой генетической информации. Следовательно, молекула м-РНК кодирует синтез пептидного цепи, который состоит из пяти аминокислотных остатков.

8.1.122. С исследований известно, что 24% общего числа нуклеотидов данной молекулы м-РНК (и-РНК приходится на гуанин, 38% - на урацил, 22% - на цитозин и 16% - на аденин. Определите процентный состав азотистых оснований молекулы ДНК, на которой была синтезированная данная молекула м-РНК.

Исходя из принципа комплиментарности, процентное содержание азотистых оснований в цепи ДНК, на котором синтезирована молекула м-РНК (и-РНК), будет такой: цитозин - 24%, аденин - 38%, гуанин - 22%, тимин - 16%. Но поскольку молекула ДНК состоит из двух цепей, то согласно принципу комплиментарности процентное содержание нуклеотидов второй цепи будет такой: гуанин - 24%, тимин - 38%, цитозин - 22%, аденин - 16%. То есть вся молекула ДНК будет содержать 23% гуаніну, 27% аденина, 27% тимина и 23% цитозину.

8.1.123. Что такое клеточный цикл?

Клеточный цикл - это период жизни клетки от одного деления до следующего или от последнего деления до ее гибели. Клеточный цикл состоит из интерфазы и процесса разделения клетки. В период интерфазы в клетке происходит биосинтез белка, удваиваются все важнейшие структуры клетки, синтезируется точная копия ДНК. Удвоенная хромосома состоит из двух половинок - хроматид, каждая из которых содержит одну молекулу ДНК. В среднем в клетках животных и растений интерфаза длится 10-20 часов, хотя продолжительность ее зависит от типа клеток и многих других факторов. Затем наступает процесс деления клетки - митоз, мейоз и т.д.

8.1.124. Какие события вибуваються в интерфазе?

Интерфаза - период между концом телофази предыдущего деления клетки и началом профази в следующий. Во время интерфазы осуществляется подготовка к следующему клеточного разделения. В интерфазе растет ядро и цитоплазма. Для этого происходит синтез нуклеиновых кислот, белков, липидов и т.д. Одно из ключевых событий интерфазы - это точная репликация (удвоение) ДНК ядра и связанная с этим репликация хроматид, когда вместо одной хроматиды возникают две идентичные. Синтез ДНК происходит в течение всей интерфазы, а занимает лишь определенный интервал - Б-период (синтетический период). Ему предшествует пресинтетичний период интерфазы (G1період), а после него идет постсинтетичний (G2-период). В течение всего периода интерфазы хромосомы активно контролируют все процессы жизнедеятельности в клетке. Во время интерфазы увеличивается количество митохондрий, пластид, элементов комплекса Голги, удваиваются центріолі клеточного центра. Продолжительность интерфазы неодинакова в различных клеток. Есть такие клетки в составе багатоклітинного организма, которые не делятся, интерфаза в них продолжается много лет (например, нервные клетки).

8.1.125. Что такое митоз? Из каких фаз он состоит?

Митоз - основной способ разделения еукаріотичних клеток. Во время митоза клетка проходит ряд последовательных фаз, в результате чего каждая из дочерних клеток, образовавшихся получает такой же набор хромосом, какой был в материнской клетке. Различают четыре фазы митоза: профазу, метафазу, анафазу, телофазу. В профазе становятся заметными центріолі (в клетках некоторых одноклеточных животных, водорослей, грибов, многих высших растений центріолей нет). Центріолі отходят к полюсам клетки, между ними проходят нити веретена деления. В конце профази разрушается ядерная оболочка, постепенно исчезает ядрышко, спіралізуються хромосомы и становится заметным, что каждая из них состоит из двух хроматид.

В метафазе хромосомы расположены по центру экваториальной пластинки; становятся заметны центромеры хромосом, к которым прикрепляются нити веретена деления. В анафазе центромеры хромосом делятся, и хроматиды (дочерние хромосомы) с помощью нитей веретена деления расходятся к полюсам клетки. Телофаза завершает митотический цикл. Она начинается после того, как дочерние хромосомы достигают полюсов клетки. Хромосомы вновь деспіралізуються и приобретают вид длинных тонких нитей хроматина. Вокруг них возникает ядерная оболочка, формируются ядрышки. Происходит деление цитоплазмы, во время которого все органеллы более-менее равномерно распределяются между дочерними клетками.

3.1.126. Строение хромосом?

Хромосомы - удлиненные плотные структуры, которые состоят из двух закрученных в спираль нитей (молекул ДИК) - хроматид (или дочерних хро-мосом). Нити молекул ДНК как накрученные на белковые частицы (нуклеосоме). Таким образом, хромосома представляет собой цепочка белковых глобул с нитью ДНК, которая обвивает и соединяет эти глобулы. Для хромосом характерно наличие одной или двух перетяжек. Различают первичную перетяжку (в зоне которой расположена центромера), ее положение определяет форму хромосом. Может быть и вторичная перетяжка, которая представляет собой участок хромосомы, под влиянием генов которой формируются ядрышки (она есть только в некоторых хромосом). Первичная перетяжка делит хромосому на участки - плечи. Если перетяжка расположена примерно посередине хромосомы и разделяет ее на две почти равные части, такие хромосомы называются рівноплечими. Если же эта перетяжка смещена ближе к одному из полюсов хромосомы, то такие хромосомы называются нерівноплечими.

8.1.127. Какие хромосомы называются половыми?

Хромосомный набор самцов и самок большинства роздільностатевих видов неодинаков. Почти все пары хромосом у самок и самцов одинакового строения. Но хромосомы одной пары отличаются существенно: у одного пола (чаще всего в женской) хромосомы, относящихся к этой паре, имеют подобное строение, тогда как в другой (чаще всего в мужской) - различаются по строению. Хромосомы, по которым различается хромосомный набор самок и самцов, называются половыми (гетерохромосомами). Хромосомы других пар, относительно которых между самцами и самками нет различий, называются нестатевими (аутосомами).

8.1.128. Какое значение постоянства формы и количества хромосом в клетке?

Количество хромосом в клетке и особенности их строения составляют основу генетического критерия вида, поскольку эти показатели стали для каждого вида организмов. Хромосомы содержатся в ядре еукаріотичних клеток и образуют его хромосомный набор - кариотип. Конечно хромосомы парные, то есть в ядре есть по две одинаковые по форме и размерам хромосомы, которые называются гомологичными. Зато хромосомы из разных пар отличаются одна от другой по размерам и форме, они называются не гомологичными. В любом багатоклітинному организме различают соматические (нестатеві) клетки, которые имеют, как правило, диплоидный (двойной) набор хромосом, когда две гомологичные хромосомы образуют пару. Ядра половых клеток, как правило, имеют гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Строение хромосом и их количество, то есть особенности хромосомного набора, имеют большое значение для существование вида. Если хромосомы одной пары различаются по особенностям строения, то это будет затруднять ход мейоза, в результате которого образуются половые клетки. Поэтому в большинстве случаев межвидовые гибриды стерильны, то есть неспособны к размножению. В природе мутации, которые приводят к изменениям строения кариотипа, часто делают невозможным скрещивание особей, которые несут такие мутации с другими особями вида, которые имеют нормальный кариотип. Таким образом в природе поддерживается постоянство числа и особенностей строения хромосом данного вида.

8.1.128. Какова продолжительность митоза?

Процесс митоза длится в среднем 1-2 часа. Продолжительность митоза зависит от вида клеток, а также от условий внешней среды: температуры, светового режима и др.

8.1.129. Какое биологическое значение митоза?

Благодаря митоза с материнской клетки образуются две дочерние, каждая из которых получает одинаковое наследственную информацию от материнской клетки (половину количества ДНК, то есть по одной хроматиді от каждой хромосомы). Таким образом, биологическое значение митоза заключается в том, что он обеспечивает постоянство числа хромосом во всех клетках организма. Все соматические клетки образуются в результате митотического разделения, что обеспечивает рост организма.

8.1.131. Сравните половое, неполовое и вегетативное размножение организмов.

Показатель	Способ размножения
	Неполовое или вегетативное	Половое
Родители	Одна особь	Обычно две особи
Клеточное источник наследственного материала для развития потомков	Многоклеточные организмы: одна или несколько соматических клеток родителей; одноклеточные: сама клетка	Родители продуцируют половые клетки (гаметы), специализированные к выполнению функции размножения. Каждый из родителей, как правило, представлен в потомках изначально одной клеткой
Потомки	Генетически точные копии родителей (за отсутствии соматических мутаций)	Генетически отличные от каждого из родителей (за исключением партеногенеза)
Показатель	Способ размножения
	Неполовое или вегетативное	Половое
Основной клеточный механизм развития	Митоз	Мейоз
Эволюционное значение	Способствует сохранению лучшей приспособленности организмов в стабильных условиях существования	Способствует генетическому разнообразию популяций, из которых состоят виды; создает условия для усвоения разнообразных условий существования, процессов видообразования

8.1.122. Какие есть формы нестатевого размножения? Наведите примеры.

Неполовое размножение осуществляется одной клеткой, вегетативное - группой клеток. Формы нестатевого размножения: деление материнской клетки пополам (амеба, евглена зеленая, инфузория-туфелька), множественный разделение материнской клетки (малярийный плазмодий), почкование (дрожжи), образование спор (хламідомонада, мхи, папоротники, хвощи, плауны). Формы вегетативного размножения: образование луковиц, корневищ, клубней, вивідкових почек, отводками (растения), упорядоченная или неупорядоченная фрагментация (ресничные черви, багатощетинкові черви), почкование (гидра).

8.1.133. Что такое вегетативное размножение? Опишите его формы, приведите примеры.

Вегетативное размножение - это развитие новой особи из группы клеток материнской особи. В растений вегетативное размножение происходит за счет побегов, их частей или видоизменений (земляника, ива и т.д.), корней (малина), листа (сенполия, бегония). Почкованием размножаются полипы кишечнополостных (гидра, коралловые полипы), при чем одних случаях (гидра) особи, которые возникают, відбруньковуються и каждая из них становится самостоятельной особью, в других (коралловые полипы) - остаются частью колонии. Искусственное вегетативное размножение растений широко применяется с целью селекционной работы и быстрого воспроизведения многих особей определенного сорта.

8.1.134. Наблюдается чередование нестатевого поколения (спорофита) и полового (гаметофіта) у цветковых растений?

В цветочных, как и в других высших растений, наблюдается чередование нестатевого (спорофита) и полового (гаметофіта) поколений. Но по сравнению с: папоротеобразными в цветочных растений происходит дальнейшая редукция полового поколения (гаметофіта). Так, в цветочных растений особь, которая развивается из проростка, представляет собой неполовое поколения (диплоидный спорофит). Женский гаметофіт представляет собой зачаточный мешок, который состоит из семи клеток, среди которых есть гаплоидная яйцеклетка и центральная диплоїдна клетка с вторичным ядром. Мужской гаметофіт представляет собой пилкове зерно с гаплоїдними вегетативной и генеративной клетками. При опылении генеративная клетка делится на гаплоидные спермии. При слиянии спермия с яйцеклеткой образуется диплоїдна зигота, из которой развивается спорофит, а с триплоїдної клетки, которая образовалась в результате слияния второго гаплоидном спермия с ядром центральной диплоидной клетки, развивается ткань, клетки которой содержат запас питательных веществ (эндосперм).

8.1.135. Разделение клетки называется мейотичним?

Особый тип деления клеток, в результате которого образуются клетки, которые имеют половинный, по сравнению с материнской, набор хромосом, имеет название мейоза. Процесс мейоза часто предшествует формированию половых клеток (гамет). Он состоит из двух последовательных клеточных делений - мейоза i (первое деление) и мейоза II (второе деление). Удвоение ДНК происходит только перед мейозом И. Вследствие первого раздела мейоза, который называется редукционным, образуются клетки, хромосомный набор которых имеет уменьшенное вдвое число хромосом. Второе деление мейоза заканчивается образованием клеток, в которых гаплоидный набор хромосом, причем каждая хромосома имеет лишь половинный набор ДНК по сравнению с материнской хромосомами клетки.

8.1.136. Из каких фаз состоит мейоз?

Мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений - мейоза i и мейоза II. Удвоение ДНК происходит только в интерфазе перед мейозом И. Мейоз И состоит из таких последовательных фаз: профази И, метафазы И анафазы И и телофази И. В профазе И происходят спіралізація хромосом, конъюгация гомологичных хромосом, во время которой эти хромосомы тесно соединяются одна с другой в продольном направлении и скручиваются, может происходить обмен их участками, то есть наследственной информации. После конъюгации гомологичные хромосомы отделяются друг от друга. Исчезают оболочка ядра, ядрышко, начинает образовываться веретено деления. Метафаза И начинается, когда образовалось веретено деления и хромосомы после конъюгации полностью разъединяются. Характерным признаком метафазы и есть в наличие экваториальной плоскости клетки гомологичных хромосом, которые лежат парами. К центромер хромосом прикрепляются нити веретена деления. Во время анафазы и цели гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, отходят к противоположных полюсов клетки. Гомологичные хромосомы каждой пары расходятся к полюсов клетки случайно, независимо от хромосом других пар. У каждого полюса клетки оказывается вдвое меньше хромосом, чем было в клетке, в начале разделения. В телофазі И образуются две дочерние клетки с набором гаплоїдним хромосом.

Интерфаза между двумя делениями мейоза короткая, поскольку синтеза ДНК не происходит. Второе деление мейоза проходит подобно митоза и состоит из профази II, метафазы II, анафазы II и телофази II. От митоза второе деление мейоза отличается только тем, что количество хромосом вдвое меньше, чем в профазе митоза в того же организма. Таким образом, в телофазі II образуются четыре гаплоидные клетки. Лишь после второго деления мейоза наступает настоящая интерфаза.

8.1.137. В чем заключается биологическое значение мейоза?

Биологическое значение мейоза заключается в том, что если бы во время мейотического деления количество хромосом не уменьшалась, то в каждом следующем поколении при слиянии ядер яйцеклетки и сперматозоида количество хромосом увеличивалось вдвое. Благодаря мейоза зрелые гаметы получают гаплоидный набор хромосом; при оплодотворении же восстанавливается диплоидный набор хромосом, свойственный данному виду. Этим обеспечивается постоянный для каждого вида полный набор хромосом и постоянная количество ДНК.

Перекрест хромосом во время мейоза, обмен гомологичными участками, а также независимое расхождение хромосом каждой из пар гомологичных хромосом определяют закономерности наследственной передачи признака от родителей к потомкам и обеспечивают комбинативну изменчивость организмов. Из каждой пары гомологичных хромосом (материнской и отцовской), которые входят в хромосомного набора диплоидных организмов, в гаплоидном наборе яйцеклетки или сперматозоида содержится только одна хромосома. Она может быть отцовской, материнской, отцовской с участком материнской или материнской с участком родительской. Эти процессы возникновения большого количества качественно различных половых клеток способствуют наследственной изменчивости.

8.1.138. Чем мейотичний разделение отличается от митотического?

Митоз - основной способ деления соматических клеток эукариот. Мейоз - особый тип деления клеток, в результате которого образуются половые клетки (гаметы) эукариот. Эти два процесса деления клеток имеют такие отличия.

- митоз состоит из одного раздела, а мейоз - из двух;

- вследствие митотического деления материнской клетки образуются две дочерние, которые имеют идентичен с материнской набор хромосом. В результате двух делений мейоза из одной материнской клетки образуются четыре дочерние, в каждой из которых количество хромосом вдвое меньше по сравнению с материнской; кроме того, каждая из четырех дочерних клеток, образовавшихся в процессе мейоза, может отличаться от других за набором наследственной информации;

- процессы, которые происходят в профазе митоза и профази И мейоза, разные. Так, в профазе митоза вследствие спіралізації хромосомы приобретают вид плотных телец, состоят из двух хроматид, а в профазе И мейоза в продольном направлении хромосомы выглядят как единое целое, хоть и состоят из двух хроматид. Кроме того, в профазе и мейоза происходит конъюгация гомологичных хромосом, чего нет в профазе митоза;

- если центромеры гомологичных хромосом в метафазе митоза находятся на экваториальной пластинке клетки, то в метафазе и мейоза центромеры гомологичных хромосом лежат по разные стороны от экваториальной пластинки клетки;

- если в анафазе митоза к полюсам клетки отходят хроматиды одной хромосомы, то в анафазе И мейоза к полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы, которые состоят из двух хроматид;

- если в интерфазе между двумя мітотичними делениями удваивается количество ДНК, то между И и II делениями мейоза интерфаза очень короткая, поскольку синтеза ДНК не происходит, а в растительных клетках интерфаза вообще может отсутствовать.

8.1.139. Как происходят сперматогенез и овоґенез?

Сперматогенез - процесс образования мужских половых клеток у животных и человека. Овоґенез - процесс образования женских половых клеток - яйцеклеток. Сперматозоиды и яйцеклетки развиваются у животных в половых железах - семенниках и яичниках. В половых железах различают три участка, или зоны, где происходят процессы размножения, роста и созревания половых клеток. Зона размножения размещена на самом начале половой железы. В этой зоне содержатся первичные половые клетки, которые размножаются с помощью митоза, количество их увеличивается. Потом первичные половые клетки попадают в зону роста, где они уже не делятся, а растут, достигая размеров, свойственных половым клеткам животных данного вида. После того, как процессы роста заканчиваются, половые клетки переходят в зону созревания и постепенно превращаются в зрелые яйцеклетки и сперматозоиды с гаплоїдним набором хромосом (вследствие того, что предварительно происходит мейотичний разделение).

Но между сперматогенезом и овоґенезом есть определенные разногласия. Так, при овоґенезі, вследствие неравномерного распределения цитоплазмы как при первом, так и при втором мейотических долам только в одной клетке оказывается больший запас питательных веществ, необходимых для развития будущего зародыша. Вследствие этого образуется одна созревшая яйцеклетка с гаплоїдним набором хромосом и три маленьких клетки - полярные тельца, которые затем исчезают. При овоґенезі во время созревание яйцеклетки ее объем значительно увеличивается. Зато при сперматогенезі все четыре образованные после мейоза клетки одинаковы и превращаются в зрелые сперматозоиды. При этом при созревании сперматозоидов, в отличие от созревания яйцеклетки, их размеры уменьшаются, исчезает большая часть цитоплазмы. Сперматогенез у человека продолжается еще долго после рождения мужской особи, тогда как овоґенез у человека наиболее интенсивно происходит между 3-м и 7-м месяцами эмбриогенеза и завершается на 3-м году жизни. Сформированные к этому времени первичные овоцити сохраняются без изменений много лет. Такие различия сперматогенеза и овоґенезу способствуют образованию в много раз большего количества сперматозоидов по сравнению с яйцеклетками. Это необходимо для обеспечения оплодотворения наибольшего количества яйцеклеток и, таким образом, для обеспечения существования вида.

8.1.140. Какие особенности строения мужских половых клеток у различных групп организмов?

Жгутиковые сперматозоиды присущи позвоночным и многим беспозвоночным. Безджгутикові - некоторым беспозвоночным (черви, ракообразные). У растений жгутиковые сперматозоиды встречаются у водорослей, мхов, папоротникообразных, хвощеподібних и плаунообразные. У большинства семенных растений спермии безджгутикові.

8.1.141. Чем строение яйцеклетки позвоночных животных отличается от строения сперматозоидов?

Яйцеклетка (женская половая клетка) и сперматозоид (мужская половая клетка) отличаются особенностями своего строения. Яйцеклетка чаще всего имеет шаровидную форму, в ее цитоплазме содержатся запасные питательные вещества. В цитоплазме яйцеклетки также расположены митохондрии, рибосомы. Ядро яйцеклетки активно функционирует, что связано с процессами биосинтеза белка. Яйцеклетки неподвижны. В млекопитающих яйцеклетки мелкие, бедные на желток, тогда как у рыб, амфибий, рептилий и птиц они большие и содержат много желтка. Сперматозоиды - подвижные клетки, отличаются от яйцеклеток и меньшими размерами. Они имеют жгутики, за помощью которых двигаются; у большинства животных сперматозоиды имеют головку, промежуточный отдел и хвостик. При созревании сперматозоидов после мейоза, на отличие от яйцеклетки, размер их уменьшается; уменьшается ядро и перемещается в головку сперматозоида; исчезает большая часть цитоплазмы, остается только видоизмененный комплекс Голги (акросома), который участвует в растворении оболочки яйцеклетки при оплодотворении. Митохондрии находятся у основания хвостика и поставляют энергию для его движений.

8.1.142. Что такое оплодотворение?

Оплодотворение - это процесс слияния женской и мужской гамет с гаплоїдним набором хромосом. Оплодотворенную яйцеклетку называют зиготой, она, как правило, диплоїдна, поскольку образовалась в результате слияния двух гаплоїдних гамет. В ядре зиготы все хромосомы снова становятся парными. В каждой паре гомологичных хромосом одна хромосома - отцовская, другая - материнская. Таким образом, при оплодотворении восстанавливается диплоидный набор хромосом, характерный для соматических клеток определенного вида организмов.

8.1.143. Какое биологическое значение оплодотворения?

Биологическое значение оплодотворения заключается в том, что при слиянии мужской и женской половых клеток (они, как правило, происходят от разных особей) образуется новый организм, который несет в себе признаки матери и отца. При образовании половых клеток в процессе мейоза возникают гаметы с различным сочетанием хромосом, поэтому новые организмы могут сочетать в себе признаки обоих родителей в разнообразных сочетаниях. Вследствие этого происходит колоссальное увеличение наследственного многообразие организмов (комбинативная изменчивость).

8.1.144. Чем отличается процесс оплодотворения у позвоночных животных и цветковых растений?

Количество и размеры половых клеток, участвующих в процессе оплодотворения, в разные позвоночных животных и цветковых растений. Процесс оплодотворения у позвоночных животных состоит из нескольких этапов: проникновение сперматозоида в яйцеклетку, слияние гаплоїдних ядер обеих гамет с образованием диплоидной зиготы, активации зиготы до дробление и дальнейшего развития. Как только сперматозоид проникает в яйцеклетку, ее оболочка приобретает свойства, которые предотвращают доступа других сперматозоидов. Это обеспечивает слияние ядра яйцеклетки с ядром одного сперматозоида. В тех животных, у которых в яйцеклетку проникает несколько сперматозоидов в оплодотворении участвует только один, остальные погибают. В

результате образуется яйцеклетка с диплоидным набором хромосом.

В цветочных растений оплодотворение в принципе вроде такого у животных, но имеет свои особенности. Оплодотворение у цветковых растений имеет название двойного, поскольку в этом процессе участвуют два спермии. Этот процесс открыл в 1898 г. профессор Киевского университета Святого Владимира С. Г. Навашин. Спермии с помощью пыльцевой трубки, которая образуется после опыления цветка, переносятся в зародышевого мешка, который состоит из семи клеток, и расположен в семенном зачатке. Процесс оплодотворения происходит в зародышевом мешке. Когда пыльцевая трубка входит в зародышевый мешок через пилковхід, один спермий сливается с яйцеклеткой, вследствие чего образуется диплоїдна зигота, из которой развивается зародыш. Второй спермий сливается с диплоїдною центральной клеткой, с ее вторичным ядром, вследствие чего возникает клетка с триплоїдним ядром. Из этой клетки развивается триплоїдний эндосперм, в клетках которого содержится запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша.

8.1.145. Что такое партеногенез? Приведите примеры.

Партеногенез - это процесс развития организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Это разновидность полового размножение, достаточно распространен среди растений и животных. Среди растений партеногенез известный в одуванчика, нечуйвитра. Среди животных он встречается у коловраток, ракообразных (артемий, дафний), насекомых (тли, пчелы). У многих животных, например, дафний, коловраток, тлей, происходит чередование роздільностатевих и партеногенетичних поколений, тогда как в других (трутней медоносной пчелы, прямокрилої насекомые - дыбки степной) размножение происходит только путем партеногенеза. Партеногенез можно вызвать и искусственно у тех видов животных, которых в природе он либо вообще не встречается, или встречается очень редко (например, при механическом раздражении яйцеклетки лягушки).

8.1.146. Какие стадии проходит организм после оплодотворения?

Через несколько часов после оплодотворения наступает первая стадия зародышевого (эмбрионального) развития - дробление. В результате дробление количество клеток быстро растет, но они становятся все более мелкими. В результате этих процессов формируется следующая стадия эмбрионального развития - бластула, которая представляет собой многоклеточную шар с полостью внутри (бластоцелєм). Клетки, составляющие бластулу, имеют название бластомеров; они размещены в один слой. Далее наступает стадия гаструли. На этой стадии продолжается митотическое деление клеток, и зародыш сначала становится двухслойным, а впоследствии - и трехслойным. У многих многоклеточных животных внутренний слой клеток образуется впинанням внутрь полости бластули клеток его стенки. Внешний слой клеток гаструли

называется ектодермою. Образованная в результате впинання и ограниченная ентодермою (внутренний слой клеток) полость - это первичный кишечник, который открывается наружу отверстием - первичным ртом. Ектодерма и ентодерма - это зародышевые листки. В дальнейшем образуется третий зародышевый листок - мезодерма. На следующей стадии развития - нейрулі - также идет разделение и перемещение клеток. В это время начинают закладываться отдельные органы будущей личинки или взрослого организма, прежде всего, нервная трубка, кишечник и хорда. Процессы формирования тканей (гистогенез) и органов (органогенез) взаимосвязаны и приводят к возникновению сформированного зародыша.

8.1.147. Что такое дробление?

Дробление - это начальный этап развития оплодотворенной (зиготы) или неоплодотворенной (партеногенетичної) яйцеклетки, которые начинают делиться на бластомери.

8.1.148. Как особенности строения яйцеклетки влияют на хактер дробление?

Особенности строения яйцеклетки влияют на процесс дробление. В яйцеклетке, бедной желток (у ланцетника, плацентарных млекопитающих), дробление полное, то есть борозды разделения полностью разделяют зиготу на бластомери. Полное дробление бывает равномерным и неравномерным. При равномерном дробінні строение образованных бластомеров почти одинаковая. При неравномерном дробінні образуются большие бластомери (макромери) и маленькие (мікромери). В яйцеклетках, богатых желток (у рептилий, птиц), дробление может быть неполным. При неполном дроблении дробится лишь часть зиготы (на анімальному полюсе), а часть желтка остается вне бластомерами.

8.1.149. Чем дробление отличается от других видов разделения?

Дробление отличается от других видов разделения тем, что при дробінні зиготы дочерние клетки (бластомери) не растут, и весь процесс происходит за счет биомассы зиготы.

8.1.150. Что собой представляет бластула?

Образованием бластули завершается дробление бластомеров. Бластула состоит из слоя клеток (бластодермы); внутри бластули находится полость (бластоцель). Если дробление равномерное, бластула приобретает вид однослойной пули с большой полостью внутри (целобластула, или типичная бластула). Если бластула построена различными по размерам клетками, то на ее анімальному полюсе находятся мелкие клетки (мікромери), а на вегетативном - большие (макромери); такую бластулу называют амфібластулою. Если же полость бластули имеет вид сплюснутой щели, то такую бластулу называют дискобластулою. При поверхностном дробінні центральная часть зародыша заполнена желтком, а бластодерма состоит из одного слоя клеток; такое бластулу называют перибластулою. Бластулу с небольшим, расположенным в центре бластоцелем называют стеробластулою. Если же на стадии бластули в ней нет полости и она имеет вид плотного комка клеток, то такая стадия имеет название морули.

8.1.151. Что такое гаструляція?

Гаструляція - это процесс дальнейшего развития зародыша, который ведет к образованию двух или трех зародышевых листков (экто-, мезо - и ентодерми). Сначала возникают внешний (ектодерма) и внутренний (ентодерма) зародышевые листки, позже возникает третий - мезодерма, расположенная между двумя первыми.

8.1.152. Какими способами может создаваться гаструла?

Различают четыре основные способы образования гаструли:

- определенная участок бластодермы, сохраняя структуру пласта, вп'ячується внутрь полости бластули (бластоцеля). Образуется полость первичной кишки (гастроцель), сообщающуюся с внешней средой с помощью первичного рта (бластопора). Такой способ образования гаструли получил название инвагинации;

- большие бластомери (макромери) обрастают мелкими (мікромерами) анімального полюса, которые быстро подіпяються" В первичной кишке изначально нет полости, она появляется позже, когда макромери, разделяясь, приобретают более мелких размеров. Такой способ образования гаструли получил название епіболії;

- гаструла может образовываться за счет проникновения части клеток бластодермы внутрь бластоцеля. Такой способ образования гаструли называют иммиграцией;

- гаструла может образовываться и за счет того, что клетки, которые расположены снаружи, превращаются в пласт. Клетки, оставшиеся формируют ентодерму (эти клетки занимали более внутреннее положение). Такой способ образования гаструли называют делямінацією.

8.1.153. Чем объясняется то, что закладка органов лед время эмбрионального развития согласованная в пространстве и времени?

Еще в конце прошлого века было доказано взаимодействие частей зародыша развивается. Этой взаимодействием и объясняется согласованность закладки органов в пространстве и времени. Были открыты так называемые организаторы и организационные центры. Если на стадии утренней гаструли дальнейшая судьба бластомеров еще не определена, то впоследствии она уже определена четко. Так, если участок верхней "губы бластопора (первичного рта), которая влияет на формирование нервной трубки у позвоночных (например, у тритона), пересадить в любую другую область гаструли, то именно тут из близлежащих клеток развивается нервная трубка. Более того, если пересадить верхнюю "губу" с другой гаструли в любой участок, то здесь сначала образуется нервная трубка, а затем и весь комплекс осевых органов. Таким образом, если части зародыша, из которых в норме формируются одни органы, пересадить на другое место, то они могут дать начало тем органам, которые должны были образоваться в том месте, с которого этот участок пересадили. Но впоследствии, когда процессы дифференциации начались, пересадка зачатков органов в другой участок зародыша не меняет направления его развития, то есть характер его уже определен. Это свидетельствует о том, что на любых стадиях развития эмбрион представляет собой интегрированную целостную биологическую систему.

8.1.154. Какие существуют типы постэмбрионального развития животных? Приведите примеры.

Постэмбриональное развитие начинается с момента выхода организма из яйцевых оболочек, а при живонародженні - с момента рождения. Различают два основных типа постэмбрионального развития: прямое и косвенное. При прямую развития рожденный организм похож на взрослый. Среди беспозвоночных животных прямое развитие присущ, например, пиявкам, малощетинковим червам, паукам, среди позвоночных - пресмыкающимся, птицам, млекопитающим и т.д. При непрямом развитии образуется личинка, отличающаяся от взрослого организма многими признаками внешней и внутреннего строения, характером питания, движения и др. Непрямое развитие характерен для таких беспозвоночных, как кишковопорожнинні, багатощетинкові черви, ракообразные, насекомые, из позвоночных-ланцетникам, костным рыбам, амфибиям и др. При косвенную развития личинки проходят ряд промежуточных этапов развития, ведут самостоятельный образ жизни. У них развиваются особые личиночные органы, которых нет у взрослых особей. Превращение личинки во взрослую особь. сопровождается глубоким изменением внешнего и внутреннего строения.

8.1.155. Какие преимущества непрямого типа развития над прямым? Приведите примеры.

Косвенный тип развития часто предоставляет организму значительные преимущества. Конечно личинка является стадией развития, специально приспособленной для активного питания, роста (насекомые, земноводные и т.д.), а часто - и расселения (коралловые полипы, губки, двустворчатые моллюски). Как правило, у животных, которым присущ непрямой тип развития личинки и взрослые особи одного вида живут в разных условиях и благодаря этому не конкурируют друг с другом за места обитания и пищу. Благодаря этому может иметь вид большое количество особей. Так, у бабочек, гусеница питается листьями растений, тогда как взрослые бабочки - нектаром цветов. У майского жука личинки живут в почве и питаются перегноем и корнями растений, а взрослые особи - листьями. У лягушки головастики питаются водорослями, одноклеточными, другими беспозвоночными, а взрослые лягушки - насекомыми, их личинками, паукообразными, иногда мальками рыб.

В некоторых паразитов личинки обеспечивают заражение поміжних или окончательных хозяев (сосуны, некоторые круглые черви и т.д.).

8.1.156. Что такое саморегуляция организма и как она происходит?

Организм - это сложная биологическая система, способная к саморегуляции. Саморегуляция позволяет организму эффективно приспособиться к изменениям внешней среды. Способность к саморегуляции лучше выражена у высших позвоночных, особенно у птиц и млекопитающих. Это возможно благодаря прогрессивному развитию нервной, эндокринной и других регуляторных систем. Изменение условий среды обитания влечет за собой и перестройку работы систем органов. Так, недостаток кислорода в воздухе приводит к интенсификации работы дыхательной, кровеносной систем, увеличение количества эритроцитов. Постоянство внутренней среды (гомеостаз) за условий существования, систематически меняются, поддерживается совместной деятельностью всех систем организма. У высших животных это выражается в поддержании постоянной температуры тела, постоянного химического, ионного и газового состава, кровяного давления, частоты дыхания и сердечных сокращений, постоянного синтеза нужных веществ и разрушении вредных. Обязательным условием и способом поддержания гомеостаза организма является обмен веществ, который является главным условием существования всего живого. Особую роль в поддержании постоянства внутренней среды играет иммунная система. Клетки иммунной системы могут захватывать и обезвреживать все инородное для организма (клеточный иммунитет), а также выделяют специальные белки (антитела), активно выявляют и обезвреживают микроорганизмы и их токсины (гуморальный иммунитет). Поддержание относительного постоянства внутренней среды организма - гомеостаз является важным свойством целостного организма.

8.1.157. Из каких зародышевых листков формируются следующие органы: головной и спинной мозг, половые органы, органы обоняния, кровеносная система, внешний слой кожи, мышцы, органы зрения и слуха, поджелудочная железа, кишечник, легкие, печень, почки, скелет?

Из эктодермы формируются головной и спинной мозг, элементы органов зрения, слуха и обоняния, внешний слой кожи; из мезодермы - мышцы, почки, скелет (хрящевой или костный), кровеносные сосуды, половые органы; с ентодерми - кишечник, легкие, печень, поджелудочная железа. Однако следует помнить, что в образовании многих органов участвует не один, а несколько зародышевых листков.

8.1.158. Что общего имеют такие органы, как печень, поджелудочная железа, легкие?

Эти органы имеют общее происхождение: во время эмбрионального развития все они возникают как вырасти стенки кишечной трубки зародыша, т.е. все они имеют ентодермальне происхождения.

8.1.159. Как внешние условия влияют на развитие организмов?

На развитие зародыша значительное влияние оказывают условия внешней среды, в которой формируется будущий организм. Большое значение для процесса развития имеют температура, свет, влажность, воздействие химических соединений и т.д. Изменение внешних условий может ускорить или затормозить развитие организма. В частности, вредно влияют на развитие зародыша человека алкоголь, никотин, наркотики. Прежде всего, опасен влияние таких факторов в так называемые критические периоды развития, когда наиболее интенсивно происходят процессы перестройки организма.

8.1.160. Что такое онтогенез?

Онтогенез - процесс индивидуального развития особи бед момента образования зиготы до конца жизнь организма. Онтогенез - процесс, присущий любому живому существу, независимо от сложности организации.

8.1.161. Кто окончательно доказал невозможность самозарождения жизни в современных условиях?

Окончательно невозможность самозарождения жизни в современных условиях доказал в 1860 г. выдающийся французский ученый Луи Пастер. Он поместил мясной бульон в сконструированную им колбу с длинной узкой шейкой 3 - образной формы. Воздух свободно поступало к колбе, а микроорганизмы не могли в него проникнуть, потому оседали в s-образном колене шейки. Затем Пастер прокип'ятив бульон, чтобы убить в нем микроорганизмы, и поэтому в течение месяцев содержимое колбы оставался стерильным. Но если бульон при поворачивании колбы обмывал s-образную часть шейки, в нем начинались процессы гниения, потому что в бульон попадали микроорганизмы, которые к того осели в s-образной части шейки. Тем самым Луи Пастер убедительно доказал невозможность самопроизвольного зарождения в современных условиях.

8.1.162. Какие основные этапы происхождения жизни на Земле А. И. Олариним?

Согласно гипотезе абиогенного происхождения живой материи, выдвинутой А. И. Опариным, возникновение жизни на Земле происходило в несколько этапов. Первым из них был небіологічний (абіогенний) синтез органических молекул из неорганических. Возможность такого процесса доказана экспериментально. В результате абиогенного синтеза органические вещества накапливались в воде первобытного океана в виде очень разбавленного раствора.

Вторым этапом был процесс концентрирования органических веществ. Этот процесс, по предположению О. И. Опарина, происходил вследствие присущей всем высокомолекулярным веществам способности самовольно концентрироваться и образовывать коацервати. Коацервація - это отделения высокомолекулярных веществ в виде более концентрированного раствора, который называется коацерватом.

Важнейшим шагом к возникновению жизни стало образование молекул, способных к самовоспроизведению. Это могло произойти путем возникновения матричного синтеза, характерного для живых систем.

8.1.163. Почему в начале возникновения жизни живые организмы могли существовать только в водной среде?

Поскольку в период возникновение жизни на Земле живые организмы подвергались интенсивному воздействию солнечного излучения, ультрафиолетовая часть спектра которого действует губительно для всего живого, жизни сначала было возможно только в океане. В ходе развития растительного мира в атмосфере накапливался кислород, часть которого превращалась в озон, обладающий способностью интенсивно впитывать ультрафиолетовое и ионизирующее лучей. Вследствие этого и стало возможным жизнь на суше.