Дыхание эукариот

Урок 6: Строение клетки

Дыхание эукариот

План урока:

Основные части и органоиды клетки, их строение и функции

Эукариотические и прокариотические клетки

Сходства и различия в строении клеток животных, растений и грибов

Основные части и органоиды клетки, их строение и функции

Как правило, клетки обладают микроскопическими размерами. Однако известны и очень крупные клетки, видимые невооруженным глазом. Величина клеток зависит от выполняемых ими функций. Так, яйцеклетки благодаря накоплению в них питательных веществ достигают больших размеров.

Растительные организмы имеют крупные размеры клеток у плодов, так как в них заключены вакуоли с клеточным соком. Они могут достигать 500 мкм. Большинство растительных клеток имеет размер 10-100 мкм.

Несмотря на все разнообразие клеток, в их строении можно выделить общие моменты.

Каждая клетка покрыта плазматической, или клеточной мембраной, которая отделяет внутреннее содержимое от окружающей среды. Клеточная мембрана представляет собой тонкую плотную пленку, обволакивающую всю клетку. Ее структуру составляют несколько слоев.

Внутренний слой состоит из двух рядов липидов, молекулы которых расположены гидрофобными концами вглубь мембраны, а гидрофильные концы обращены к внешней водной среде. В отдельных местах клеточная мембрана пронизана белковыми молекулами, некоторые из которых служат рецепторами, а другие обеспечивают транспорт веществ.

Познакомимся со строением клеточной мембраны на рисунке.

Клеточная мембрана выполняет ряд важных функций:

  1. Разграничительная – ограничивает содержимое клетки от окружающей микросреды. Соответственно, обеспечивается сохранение различий между внутренними частями клетки и внешней средой.
  2. Рецепторная – в мембрану встроены белки, являющиеся рецепторами. Они обеспечивают восприятие различных воздействий на поверхность клетки.
  3. Транспортная – регулирование обмена различными веществами между клеткой и окружающей средой. Причем клеточная мембрана обладает полупроницаемостью, что обеспечивает избирательное поступление молекул и ионов.

Внутренним содержимым клетки является цитоплазма. Она представляет собой бесцветную, прозрачную жидкость, в которой располагаются все части клетки. Клеточная цитоплазма неоднородна, состоит она из гиалоплазмы и цитоскелета. Подробнее познакомимся на рисунке.  

Помимо клеточной мембраны и цитоплазмы важной составной частью любой эукариотической клетки является ядро.

Формы и размеры этой структуры очень изменчивы и зависят от вида организма, а также от типа и функционального состояния клетки. Оно может быть шаровидным, линзовидным, веретеновидным и многолопастным.

Общий план строения ядра одинаков у всех клеток.

Ядро отгорожено от цитоплазмы двойной мембраной или ядерной оболочкой. Все слои мембраны пронизаны многочисленными порами, через которые производится обмен веществ.

Содержимое ядра клетки получило название кариоплазма или ядерный сок. Это гелеобразное вещество заполняет пространство между структурами ядра и осуществляет связь между ними.

Внутри ядра находится ядрышко, представляющее округлую структуру. В клетке их может содержаться от 1 до 10, а например, у дрожжей, их нет совсем. В состав ядрышек входят белки, РНК и ДНК. Во время деления ядрышки разрушаются.

Помимо ядрышек в кариоплазме есть хроматин – комплекс ДНК и белка. Из него в процессе деления клетки формируются хромосомы.

Установлено, что каждый вид организмов имеет конкретное и постоянное количество хромосом в ядре клетки.

Набор хромосом, содержащийся в клетках, называется кариотипом.

В ядрах клетках тела, или соматических, содержится двойной набор хромосом. Такой кариотип имеет две одинаковые хромосомы и характерен для человека.

Ядра половых клеток имеют одинарный кариотип, то есть все хромосомы разные, нельзя встретить двух одинаковых.

Как мы уже убедились, ядро клетки имеет сложное строение. Какие же функции оно выполняет? Ядро является информационной системой клетки, местом хранения и воспроизводства наследственного материала. Оно служит центром управления обменом веществ клетки. Удаление этой структуры приводит к гибели клетки.

В цитоплазме расположены и другие составляющие клетки, получившие название органоиды.

Их принято делить на две группы, познакомимся с ними на схеме.

Рассмотрим строение и функции основных органоидов клетки.

  1. Рибосомы расположены в цитоплазме клетке, а также есть на поверхности эндоплазматической сети. Данные структуры являются мелкими телами сферической формы, состав которых образован белком, а также РНК.

Рибосомы часто соединены по 5-70 штук, представляющих полисомы. Основной функцией рибосом считается синтез белка.

  1. Клеточный центр представляет собой органоид клетки, состоящий из одной или двух мелких гранул – центриолей. Каждая центриоль – это цилиндрическое тельце, стенки которой состоят из параллельно расположенных трубочек. Основная функция клеточного центра – участие в делении клетки. В данном процессе центриоли расходятся в противоположные стороны и формируют полюса делящейся клетки.

Органоиды движения имеются у достаточного числа клеток. Такие органоиды движения как жгутики и реснички являются подвижными отростками цитоплазмы. Предназначены они для передвижения, а также для транспорта веществ. В состав этих структур входят микротрубочки. Внутри органоидов движения микротрубочки бьются друг о друга, тем самым обеспечивается перемещение клетки.

Клеточные включения являются непостоянными компонентами клетки в виде скопления каких-либо веществ. По исполняемым функциям можно выделить несколько видов клеточных включений. Познакомимся на рисунке.

  1. Мембранные органоиды
  2. Эндоплазматическая сеть считается системой связанных между собой полостей и канальцев, пронизывающих всю цитоплазму в клетке. Стенки каналов и полостей образованы простыми мембранами. По строению они различаются, поэтому выделяют два типа эндоплазматической сети: шероховатую и гладкую.

Шероховатая ЭПС представлена канальцами, на внешней поверхности которых располагаются рибосомы. Вних протекает синтез белка. На поверхности гладкой ЭПС находятся ферменты, обеспечивающие синтез жиров и углеводов.

Основной функцией эндоплазматической сети считается транспорт веществ, а также участие во внутриклеточном обмене. Немаловажной ролью считается синтез некоторых соединений, которые осуществляются структурами, расположенными на поверхности ЭПС.            

  1. Комплекс Гольджи сооружен из мембран сложенных друг на друга. В его состав входит система трубочек с пузырьками на концах. В клетке комплекс Гольджи расположен возле ядра, либо рассеян по всей цитоплазме.

В комплексе Гольджи происходит накопление, преобразование веществ, их накопление в пузырьках и выведение за пределы клетки, а также важной функцией считается формирование лизосом.

  1. Шаровидные образования в клетке, содержащие ферменты, получили название лизосомы. Соответственно, функцией лизосом считается расщепление веществ, бактерий, вирусов, а также отмерших органоидов.
  1. Митохондрии бывают в форме палочек, зерен, гранул или нитей. Численность их в клетке может составлять 50-500. Строение митохондрии изучено электронным микроскопом. Рассмотрим его на рисунке.

Функцией митохондрий является окисление соединений с освобождением энергии. Эти органоиды считаются энергетическими центрами, в которых образуется АТФ.

Особенностью митохондрий считается их автономия, то есть они способны самостоятельно размножаться. Митохондрии обладают собственной ДНК, хотя она и отличается по составу от ДНК ядра.

  1. В клетках растений находятся специальные органоиды – пластиды. Они разнообразны по форме и размерам, но чаще всего представляют собой овальные тельца.

Различают три вида клеточных пластид в зависимости от окраски.

Рассмотрим строение пластид на примере хлоропластов. Сверху эти органоиды покрыты оболочкой, состоящей из наружной и внутренней мембраны.

Пластиды, так же как ядро и митохондрии, имеют собственный генетический аппарат, под контролем которого происходит их размножение.

  1. Еще одними органоидами клетки считаются крупные пузырьки, заполненные клеточным соком – вакуоли. Образуются они из пузырьков аппарата Гольджи или расширений ЭПС. Характерны они по большей части для растений и выполняют функцию хранения питательных веществ, которые используются, например, при прорастании семян.

В животной клетке эти органоиды отсутствуют, исключение простейшие. У этой группы существ можно отметить пищеварительные и сократительные вакуоли. Первые способствуют перевариванию веществ с помощью ферментов, расположенных в них. Сократительные вакуоли обеспечивают выведение продуктов распада.

Эукариотические и прокариотические клетки

Все известные живые организмы подразделяются на две группы. Познакомимся с ними на схеме.

Клетка прокариот имеет довольно простое строение.В прокариотической клетке не имеется истинного ядра, ядрышек и хромосом. Наследственный материал представлен одной нитью ДНК соединенной с белками. Данная структура получила название нуклеоид и является прототипом ядра у прокариотической клетки.

В строении структур прокариот можно выделить ряд особенностей:

  1. Имеют жесткую клеточную стенку, а иногда и слизистую капсулу;
  2. В прокариотической клетке нет внутренней мембраны, кроме впячивания оболочки. Здесь расположены ферменты принимающие участие в обмене веществ у прокариот;
  3. Отсутствуют мембранные органоиды – митохондрии, ЭПС, хлоропласты, лизосомы, комплекс Гольджи, вакуоли.
  4. Прокариотические клетки имеют лишь рибосомы, причем очень мелкие.

Строение прокариот приспособлено для выполнения элементарных процессов жизнедеятельности: обмен веществ, размножение и другие.

Особенностью этих организмов считается их существование в бескислородной среде, то есть они являются анаэробами. Получение энергии для процессов жизнедеятельности происходит при расщеплении других соединений. К примеру, некоторые бактерии анаэробы способны усваивать азот из воздуха.

Однако не все прокариоты считаются анаэробами, среди них можно выделить и аэробов. Эти организмы нуждаются в кислороде для своей жизнедеятельности.Аэробы используют кислород для клеточного дыхания и окисления веществ. Примером могут быть бациллы.

Для многих прокариот характерен процесс спорообразования. Познакомимся с основными стадиями образования спор на рисунке.

Споры обеспечивают прокариотам возможность переносить неблагоприятные условия.

Еще одним процессом, позволившим прокариотам сохраниться с древнейших времен, считается способность к очень быстрому размножению.

Основным способом размножения прокариот является деление клетки надвое, иногда встречается почкование и половой процесс – конъюгация.

Эукариотические клетки имеют более сложное строение. Наследственная информация сконцентрирована в хромосомах, которые представлены нитями ДНК и белковых молекул. Все это находится в оформленном ядре.

В эукариотической клетке имеются все органоиды, которые участвуют в выполнении разнообразных функций.

Более подробно на эукариотических клетках остановимся в следующем пункте.

Сходства и различия в строении клеток животных, растений и грибов

У всех эукариотических клеток существует ряд общих признаков:

Сходство и различие строения клеток эукариот отразим в таблице.

Сходством в строении клеток данных групп организмов является наличие плазматической мембраны, цитоплазмы, ядра, а также определенного набора органоидов.

Можно выделить черты сходства в строении клеток грибов и животных. В структурах этих существ имеется запасное вещество – гликоген, отсутствуют пластиды. Вакуоли мелкие или вовсе отсутствуют. Отличием клеток грибов является присутствие в клетки 2, а иногда и больше ядер.

Сходством растительной и животной клетки будет наличие одного ядра.

Растительная клетка имеет много различий. Для нее характерна крупная вакуоль и многочисленные пластиды, в которых локализованы фотосинтезирующие пигменты. Основным запасным продуктом является крахмал. Клеточная мембрана состоит преимущественно из целлюлозы.

Черты сходства клеток грибов и растений, а также животных свидетельствуют об общем происхождении. Однако, в ходе эволюции каждая группа организмов приспосабливались к условиям среды обитания. Соответственно начали появляться черты различия клеток животных, грибов и растений.

Источник: https://100urokov.ru/predmety/stroenie-kletki

Конспект

Дыхание эукариот

Код раздела ЕГЭ: 2.2. Многообразие клеток. Прокариотические и эукариотические клетки. Сравнительная характеристика клеток растений животных, бактерий, грибов.

Подавляющее большинство известных на сегодняшний день живых организмов (растения, животные, грибы и бактерии) имеет клеточное строение. Форма клеток может быть округлой, цилиндрической, кубической, призматической, дисковидной, веретеновидной, звездчатой и др.

Несмотря на все разнообразие клеток, общий план строения для них един: все они содержат наследственную информацию, погруженную в цитоплазму, и окружающую клетку плазматическую мембрану. Снаружи от мембраны у клетки может быть еще клеточная стенка, состоящая из различных веществ, которая служит для защиты клетки и является своего рода ее внешним скелетом.

Прокариоты и эукариоты

В настоящее время различают два основных типа организации клеток: прокариотические и эукариотические.

Прокариотическая клетка не имеет ядра, ее наследственная информация не отделена от цитоплазмы мембранами. Область цитоплазмы, в которой хранится наследственная информация в прокариотической клетке, называют нуклеоидом. Прокариотами являются бактерии.

Эукариотическая клетка — клетка, в которой хотя бы на одной из стадий развития имеется ядро — специальная структура, в которой находится ДНК. К эукариотическим организмам относят растения, животные и грибы.

Размеры прокариотических клеток, как правило, на порядок меньше, чем размеры эукариотических. Большинство прокариот является одноклеточными организмами, а эукариоты — многоклеточными.

Сравнительная характеристика строения клеток растений, животных, бактерий и грибов

Кроме характерных для прокариот и эукариот особенностей, клетки растений, животных, грибов и бактерий обладают еще целым рядом особенностей. Так, клетки растений содержат специфические органоиды — хлоропласты, которые обусловливают их способность к фотосинтезу, тогда как у остальных организмов эти органоиды не встречаются.

Растительные клетки, как правило, содержат крупные вакуоли, наполненные клеточным соком. В клетках животных, грибов и бактерий они также встречаются, но имеют совершенно иное происхождение и выполняют другие функции. Основным запасным веществом, встречающимся в виде твердых включений, у растений является крахмал, у животных и грибов — гликоген, а у бактерий — волютин.

Еще одним отличительным признаком этих групп организмов является организация поверхностного аппарата: у клеток животных организмов клеточная стенка отсутствует, их плазматическая мембрана покрыта лишь тонким гликокаликсом, тогда как у всех остальных она есть.

Это целиком объяснимо, поскольку способ питания животных связан с захватом пищевых частиц в процессе фагоцитоза, а наличие клеточной стенки лишило бы их данной возможности.

Химическая природа вещества, входящего в состав клеточной стенки, неодинакова у различных групп живых организмов: если у растений это целлюлоза, то у грибов — хитин, а у бактерий — муреин.

Бактериальные клетки имеют следующие характерные для них структуры — плотную клеточную стенку, клеточную мембрану, одну кольцевую хромосому, расположенную в нуклеотиде, рибосомы, мезосомы (внутренние клеточные мембраны), жгутики и клеточные включения в виде жировых капель и гранул полисахаридов. В этих клетках нет многих органоидов, характерных для эукариотических растительных, животных и грибных клеток. По способу питания бактерии делятся на автотрофов, хемотрофов и гетеротрофов.

Клетки растений содержат характерные только для них пластиды — хлоропласты, лейкопласты и хромопласты; они окружены плотной клеточной стенкой из целлюлозы, а также имеют вакуоли с клеточным соком. Все зеленые растения относятся к автотрофным организмам.

У клеток животных нет плотных клеточных стенок. Они окружены клеточной мембраной, через которую происходит обмен веществ с окружающей средой.

Клетки грибов покрыты клеточной стенкой, отличающейся по химическому составу от клеточных стенок растений. Она содержит в качестве основных компонентов хитин, полисахариды, белки и жиры. Запасным веществом клеток грибов и животных является гликоген.

Это конспект по теме «Многообразие клеток. Прокариоты и эукариоты». Выберите дальнейшие действия:

Источник: https://uchitel.pro/%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D0%B5-%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BA/

Урок 5. мембранные органоиды клетки. ядро. прокариоты и эукариоты – Биология – 10 класс – Российская электронная школа

Дыхание эукариот

ВАЖНО!

Органоиды клетки

Органоиды, или Органеллы, – постоянные специфические структуры цитоплазмы, выполняющие определённые функции, необходимые для поддержания жизнедеятельности клетки.

Различают органоиды общего значения и специальные органоиды. Органоиды общего значения имеются во всех клетках и выполняют общие функции. Это – митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, цитоскелет и клеточный центр.

Органоиды специального значения имеются только в клетках какого-то определённого типа и обеспечивают выполнение функций, присущих только этим клеткам.

Мембранные органоиды:

– ядро;

– эндоплазматическая сеть;

– аппарат Гольджи;

– митохондрии;

– лизосомы;

– пластиды;

– вакуоли.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) открыта К. Портером в 1945 году. ЭПС или ЭПР (эндоплазматический ретикулум) – сеть канальцев и цистерн, сложенных мембранами. Различают гранулярную (шероховатую, зернистую) и гладкую (агранулярную) ЭПС.

Гранулярная ЭПС содержит рибосомы на наружной стороне мембраны. Гладкая ЭПС не содержит рибосомы. В скелетных мышцах ЭПС носит название саркоплазматический ретикулум. ЭПС пронизывает всю клетку. Полость ЭПС сообщается с ядром и цитоплазматической мембраной.

На рибосомах гранулярной ЭПС синтезируются секреторные белки, предназначенные для выведения из клетки, а также белки лизосом и внеклеточного матрикса.

Наряду с секреторными белками на гранулярной ЭПС синтезируется большая часть полуинтегральных и интегральных белков. В гладеой ЭПС происходит также синтез мембраны липидов и осуществляется «сборка» компонентов мембраны.

Кроме того, ЭПС, как считают, участвует в образовании пероксисом. Таким образом, гранулярная ЭПС служит «фабрикой» мембран для плазмалеммы, аппарата Гольджи, лизосом и других мембранных структур клетки.

Агранулярная (гладкая) эндоплазматическая сеть представляет собой замкнутую сеть трубочек, канальцев, цистерн.

На цитоплазматической поверхности гладкой ЭПС синтезируются жирные кислоты, большая часть липидов клетки, в том числе почти все липиды, необходимые для построения клеточных мембран. Поэтому гладкую ЭПС нередко называют «фабрикой липидов».

Например, в клетках печени с мембранами гладкого эндоплазматического ретикулума связан фермент, обеспечивающий образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата. Эта реакция имеет большое значение в поддержании уровня глюкозы в организме человека.

В организме человека эндоплазматическая сеть особенно хорошо развита в клетках, синтезирующих гормоны, в клетках печени.

Комплекс Гольджи (КГ, или аппарат Гольджи, – пластинчатый комплекс, расположен вблизи ядра, между ЭПС и плазмалеммой.

Его структурно-функциональная единица – диктиосома – представляет собой стопку из 5–20 плоских одномембранных мешочков (цистерн), имеющих диаметр около 1 мкм, внутренние полости которых не сообщаются друг с другом.

Количество таких мешочков в стопке обычно не превышает 5–20, а расстояние между ними составляет 20–25 нм.

Белки, синтезированные на шероховатой эндоплазматической сети, попадают в аппарат Гольджи. Здесь осуществляется химическая модификация транспортируемых белков и их упаковка в специальные пузырьки.

Таким образом, основными функциями комплекса Гольджи являются химическая модификация, накопление, сортировка, упаковка в секреторные пузырьки и транспорт по назначению белков и липидов, синтезированных в ЭПС.

В комплексе Гольджи образуются лизосомы и синтезируются некоторые полисахариды.

Лизосомальная система и пероксисомы

Лизосомы – мембранные органеллы клеток животных и грибов, содержащие гидролитические ферменты и осуществляющие гидролитическое расщепление макромолекул (внутриклеточное пищеварение).

Лизосомы представляют собой окружённые одинарной мембраной пузырьки, размеры которых в клетках животных колеблются от 0,2 до 0,5 мкм.

В лизосомах содержится не менее 60 гидролитических ферментов, которые расщепляют все основные классы органических макромолекул.

Все ферменты лизосом активны лишь в кислой среде при значениях pH, близких 5,0. Количество лизосом в разных клетках варьирует от единичных до нескольких сотен, как например, в фагоцитах.

Завершающие этапы процесса внутриклеточного переваривания веществ, поглощённых клеткой, осуществляются в лизосомах.

Лизосомы с помощью своих ферментов могут разрушать не только отдельные органеллы или клетки, но и целые органы (автолиз). Например, в процессе онтогенеза лягушки с помощью ферментов лизосом лизируются хвост и жабры головастика, а образующиеся при этом продукты распада используются для формирования органов взрослого животного.

Митохондрии – крупные мембранные органоиды клетки, которые можно различить в световой микроскоп. Митохондрии присутствуют во всех эукариотических клетках человека, кроме эритроцитов.

Они имеют обычно округлую, удлиненную или нитевидную формы. Количество митохондрий в клетке колеблется в широких пределах (от 1 до 100 тыс. и более) и зависит от потребностей клетки в энергии. Митохондрии имеют наружную и внутреннюю мембраны.

На внутренней поверхности увеличенного фрагмента кристы видны небольшие выпуклости, обращенные в митохондриальный матрикс, которые содержат ферментные системы, обеспечивающие процессы дыхания. Наружная мембрана гладкая и по своему составу сходна с плазмалеммой.

В матриксе содержатся кольцевая молекула митохондриальной ДНК (мтДНК), различные включения, а также молекулы мРНК, транспортной РНК (тРНК) и рибосомы, сходные по строению с рибосомами бактерий. Здесь же располагаются ферменты, превращающие пируват и жирные кислоты в ацетил-КоА, и ферменты реакций цикла Кребса.

Митохондриальная ДНК имеет не линейную, как в хромосомах ядра, а кольцевую форму. функция митохондрий – синтез АТФ, основного источника энергии для обеспечения жизнедеятельности клетки. Поэтому митохондрии называют «энергетическими станциями» клетки.

Пластиды

Пластиды – это органоиды клеток растений и некоторых фотосинтезирующих простейших. У большинства животных и грибов пластид нет.

Пластиды делятся на несколько типов: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты. Наиболее важный и известный – хлоропласт, содержащий зелёный пигмент хлорофилл, который обеспечивает процесс фотосинтеза.

Хлоропласты

Хромопласты

Лейкопласты

Все виды пластид связаны между собой общим происхождением или возможным взаимопревращением. Пластиды развиваются из пропластид – более мелких органоидов меристематических клеток.

Строение пластид

Пластиды относятся к двумембранным органоидам, у них есть внешняя и внутренняя мембраны.

Во многих пластидах, особенно в хлоропластах, хорошо развита внутренняя мембранная система, формирующая такие структуры, как тилакоиды, граны (стопки тилакоидов), ламелы – удлинённые тилакоиды, соединяющие соседние граны. Внутреннее содержимое пластид обычно называют стромой. В ней, помимо прочего, находятся крахмальные зёрна.

Считается, что в процессе эволюции пластиды появились аналогично митохондриям – путём внедрения в клетку-хозяина другой прокариотической клетки, способной в данном случае к фотосинтезу.

Поэтому пластиды считают полуавтономными органеллами. Они могут делиться независимо от делений клетки, у них есть собственная ДНК, РНК, рибосомы прокариотического типа, т. е. собственный белоксинтезирующий аппарат.

Часть генов, управляющая их функционированием, находится как раз в ядре.

Ядро

Ядро – важнейшая часть эукариотической клетки. Оно состоит из ядерной оболочки, кариоплазмы, ядрышек, хроматина.

1. Ядерная оболочка по строению аналогична клеточной мембране, содержит поры. Ядерная оболочка защищает генетический аппарат от воздействия веществ цитоплазмы. Осуществляет контроль за транспортом веществ.

2. Кариоплазма представляет собой коллоидный раствор, содержащий белки, углеводы, соли, другие органические и неорганические вещества. В кариоплазме содержатся все нуклеиновые кислоты: практически весь запас ДНК, информационные, транспортные и рибосомальные РНК.

3. Ядрышко – сферическое образование, содержит различные белки, нуклеопротеиды, липопротеиды, фосфопротеиды. Функция ядрышек – синтез зародышей рибосом.

4. Хроматин (хромосомы). В стационарном состоянии (время между делениями) ДНК равномерно распределены в кариоплазме в виде хроматина. При делении хроматин преобразуется в хромосомы.

Функции ядра: в ядре сосредоточена информация о наследственных признаках организма (информационная функция); хромосомы передают признаки организма от родителей к потомкам (функция наследования); ядро согласует и регулирует процессы в клетке (функция регуляции).

Геном, генотип и кариотип

Источник: https://resh.edu.ru/subject/lesson/3847/main/

Сходства и различия эукариот, архей, бактерий

Дыхание эукариот

Автор статьи Лукьянова А.А.

На протяжении многих лет с момента открытия существования микроорганизмов не было однозначного понимания их места в живой природе.

Их относили к растениям (отсюда устаревший ныне термин «микрофлора[1]»), затем разделяли на группы среди растений и животных.

Сейчас очевидно, что термин «микроорганизм» не имеет систематического смысла, то есть говорит исключительно о микроскопическом размере объекта.

Группы эукариот

В настоящее время микроорганизмы разделяют на две большие группы, принципиально отличающиеся строением клетки – эукариоты и прокариоты (рис. 1). Группа эукариот включает в себя микроскопические водоросли, простейших и микроскопические грибы, такие как дрожжи и плесневые грибы.

К прокариотам до 80-х годов относили исключительно бактерий, однако группой исследователей под руководством Карла Вёзе в ходе анализа последовательностей 16S рРНК, было обнаружено, что архебактерии (археи) по своему происхождению являются самостоятельной группой, что подтверждается рядом отличий в их строении и метаболизме: одни черты роднят их с бактериями, другие – с эукариотами, а некоторые являются совершенно уникальными. В частности, первые открытые археи отличаются своей удивительной способностью обитать в экстремальных местах обитания: при высоких температурах, давлении, сильнокислых или сильнощелочшых условиях среды. Например, большинство гипертермофильных архей растут при температуре 80 ℃, а Methanopyrus kandleri – при 122 ℃.  Другой пример: рекордсмен среди устойчивых к кислой среде архей растет в условиях, эквивалентных 1,2 М серной кислоте. Для сравнения – содержание соляной кислоты в желудочном соке в норме составляет 0,14 – 0,16  М.

Рисунок 1. Группы микроорганизмов

Сходства и различия в строении клеток прокариот и эукариот

Для существования клеток любого типа, и прокариотических, и эукариотических, необходимо наличие цитоплазматической мембраны, отделяющей клетку от внешней среды; цитоплазмы, заполняющей клетку, а также генетического аппарата и рибосом, позволяющих хранить и реализовывать генетическую информацию. Однако, строение мембраны и рибосом, а также организация генетического материала для этих групп могут различаться (рис.2)

Основное различие прокариот и эукариот состоит в том, что в клетках прокариот генетический материал располагается непосредственно в цитоплазме и представлен нуклеоидом, содержащим чаще всего замкнутую в кольцо молекулу ДНК. У эукариот генетический материал отделен ядерной оболочкой и, соответственно, заключен в ядре. Он представлен линейными молекулами ДНК, «упакованными» в хромосомы.

И у прокариот, и у эукариот есть рибосомы, необходимые для синтеза белка, но рибосомы прокариот меньше эукариотических. Рибосомы бактерий состоят их трех, а не четырех молекул рРНК.

Рибосомы архей по некоторым признакам похожи на бактериальные, а по некоторым – на эукариотические.

Например, на рибосомы архей не действует антибиотик хлорамфеникол, связывающий рибосомы бактерий, в то время как дифтерийный токсин, останавливающий биосинтез белка у эукариот, действует и на архей.

Кроме рибосом внутри прокариотической клетки нет других органелл и мембранных структур, в то время как эукариотические клетки содержат эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, митохондрии и другие органеллы. Внутри клеток прокариот могут быть газовые пузырьки или другие включения, окруженные белковой оболочкой.

Рисунок 2. Строение клеток прокариот (на примере бактерий) и эукариот

Такое увеличение площади мембраны необходимо в связи с тем, что энергетические процессы, такие как дыхание и фотосинтез, происходящие у эукариот на внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов соответственно, у прокариот происходит непосредственно на мембране клетки.

Цитоскелет прокариот не включает в себя характерных для эукариотической клетки элементов (микротрубочек, актиновых филаментов, микрофиламентов) и образован другими белками. Прокариоты не способны к эндоцитозу и амебоидному движению.

Клеточные покровы прокариот и эукариот так же существенно отличаются. Клетки бактерий и эукариот покрыты цитоплазматической мембраной, состоящей из двойного слоя фосфолипидов, в которых жирные кислоты связаны с молекулой глицерина сложноэфирной связью.

Мембранные липиды архей вместо жирных кислот содержат изопреновые цепочки, соединенные с глицерином простой эфирной связью (рис. 3). Липиды такой мембраны зачастую объединяются в один слой с двумя гидрофильными головками и одной гидрофобной «сшивкой» из двух хвостов.

Это делает мембрану более устойчивой к экстремальным условиям, в которых обитают некоторые археи.

Рисунок 3. Строение цитоплазматической мембраны бактерий, эукариот и архей

Клеточная стенка бактерий состоит из пептидогликана (муреина), которого нет ни у архей, ни у эукариот. Клетки архей чаще всего покрыты белковым S-слоем, защищающим от воздействия стрессовых условий, а в тех случаях, когда клеточная стенка все-таки присутствует, в ее состав входит похожее по структуре вещество – псевдомуреин.

Отличается и строение жгутиков. Бактериальные жгутики образованы белком флагеллином который, закручиваясь в спираль, формирует полую внутри нить жгутика.

Жгутики архей похожи на бактериальные: они приводят клетку в движение, вращаясь по тому же механизму, но они не имеют полости внутри и образованы гликопротеинами.

Жгутики эукариот в свою очередь состоят из десяти пар микротрубочек, где одна из пар центральная, а еще девять окружают ее.  

Клетки бактерий, архей и эукариот отличаются не только чертами своего строения, существует еще рад биохимических и молекулярных признаков, на которые стоит обратить внимание. Кратко все признаки для каждой группы изложены в таблице 1.

Таблица 1. Сходства и различия в строении клеток бактерий, археи и эукариот

Сходства и различия в молекулярных процессах, протекающих в клетках прокариот и эукариот

Различия в организации генетического материала для этих групп не ограничиваются лишь его расположением и тем, замкнута ли ДНК в кольцо. Процессы транскрипции и трансляции у каждой группы имеют свои особенности. Например, для поддержания структуры ДНК и регуляции экспрессии генов в клетках эукариот и архей есть специальные белки – гистоны, которых нет у бактерий.

Гены бактерий собраны в опероны. Это означает, что несколько генов находятся друг за другом и имеют общий промотор (место старта трансляции), таким образом мРНК получается полицистронная, то есть кодирующая несколько белков. Эта особенность характерна и для архей.

У эукариот, наоборот, для каждого гена есть свой промотор. В то же время, общим для эукариот и бактерий является наличие в генах некодирующих участков – интронов, которых нет у бактерий.

Причем структура РНК-полимеразы, компонентов транскрипционного комплекса, а также все дальнейшие процессы транскрипции и дальнейшей обработки (процессинга) мРНК у эукариот и архей очень схожи, в то время, как у бактерий существенно отличаются.

Например, транскрипция и трансляция, на матрице синтезируемой мРНК, у бактерий идут одновременно и для старта синтеза белка не требуется не требуется процессинга мРНК. Причем, трансляция бактерий начинается не с метионина, как у эукариот (и архей), а с формилметионина.

Помимо особенностей, связанных с транскрипцией и трансляцией, для прокариот, в отличие от эукариот, характерно большое разнообразие метаболических особенностей, таких как способность к метаногенезу архей, хемолитоавтотрофность, способность к фиксации азота и способность к аноксигенному фотосинтезу.

Исходя из этого, становится видно, что все три выделенные на настоящий момент домена – бактерии, археи и эукариоты существенно отличаются друг от друга.

Причем археи, хоть и являются прокариотами и несут в своем строении типичные прокариотические черты – отсутствие ядра и мембранных органоидов в цитоплазме, кольцевая ДНК, кольцевая хромосома и многое другое, тем не менее в некоторых чертах похожи на эукариот.

Говоря о родстве между этими тремя группами, стоит отметить, что согласно доминирующей в настоящее время гипотезе, считается, что не смотря на то, что и бактерии, и археи относятся к прокариотам, последние все же более близки к эукариотам.

Таким образом, в ходе эволюции сперва произошло разделение на группу бактерий и некого общего предка, от которого в дальнейшем произошли археи и эукариоты

[1] В современной науке принято использовать термин «микробиота» [2] S – константа седиментации. Скорость осаждения частицы при ультрацентрифугировании. В данном контексте ее используют, чтобы охарактеризовать размер частицы.

Источник: https://biocpm.ru/shodstva-i-razlichiya-eukariot-arhey-bakteriy

Клеточное дыхание

Дыхание эукариот

Клеточное дыхание — это окисление органических веществ в клетке, в результате которого синтезируются молекулы АТФ. Исходным сырьем (субстратом) обычно служат углеводы, реже жиры и еще реже белки. Наибольшее количество молекул АТФ дает окисление кислородом, меньшее – окисление другими веществами и переносом электронов.

Углеводы, или полисахариды, перед использованием в качестве субстрата клеточного дыхания распадаются до моносахаридов. Так у растений крахмал, а у животных гликоген гидролизуются до глюкозы.

Глюкоза является основным источником энергии почти для всех клеток живых организмов.

Первый этап окисления глюкозы — гликолиз. Он не требует кислорода и характерен как при анаэробном, так и аэробном дыхании.

Биологическое окисление

Клеточное дыхание включает в себя множество окислительно-восстановительных реакций, в которых происходит перемещение водорода и электронов от одних соединений (или атомов) к другим.

При потери электрона каким-либо атомом происходит его окисление; при присоединении электрона — восстановление. Окисляемое вещество — это донор, а восстанавливаемое — акцептор водорода и электронов.

Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в живых организмах носят название биологического окисления, или клеточного дыхания.

Обычно при окислительных реакциях происходит выделение энергии. Причина этого кроется в физических законах.

Электроны в окисляемых органических молекулах находятся на более высоком энергетическом уровне, чем в продуктах реакции.

Электроны, переходя с более высокого на более низкий энергетический уровень, высвобождают энергию. Клетка умеет фиксировать ее в связях молекул АТФ — универсальном «топливе» живого.

Наиболее распространенным в природе конечным акцептором электронов является кислород, который восстанавливается. При аэробном дыхании в результате полного окисления органических веществ образуются углекислый газ и вода.

Биологическое окисление протекает по-этапно, в нем участвуют множество ферментов и соединения, переносящие электроны. При ступенчатом окислении электроны перемещаются по цепи переносчиков. На определенных этапах цепи происходит выделение порции энергии, достаточной для синтеза АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.

Биологическое окисление весьма эффективно по-сравнению с различными двигателями. Около половины выделяющейся энергии в конечном итоге фиксируется в макроэргических связях АТФ.

Другая часть энергии рассеивается в виде тепла. Поскольку процесс окисления ступенчатый, то тепловая энергия выделяется понемногу и не повреждает клетки.

В то же время она служит для поддержания постоянной температуры тела.

Различные этапы клеточного дыхания у аэробных эукариот происходят

На каждом из этих этапов из АДФ синтезируется АТФ, больше всего на последнем. Кислород в качестве окислителя используется только на этапе окислительного фосфорилирования.

Суммарные реакции аэробного дыхания выглядит следующим образом.

Гликолиз и цикл Кребса: C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 12H2 + 4АТФ

Дыхательная цепь: 12H2 + 6O2 → 12H2O + 34АТФ

Таким образом биологическое окисление одной молекулы глюкозы дает 38 молекул АТФ. На самом деле нередко бывает меньше.

Анаэробное дыхание

Большинство анаэробов — это микроорганизмы. Однако к организмам, использующим анаэробное дыхание, относятся также дрожжи, ряд червей-паразитов. Способностью к анаэробному дыханию также обладают определенные ткани. Например, мышечные клетки, которые периодически могут испытывать недостаток кислорода.

При анаэробном дыхании в окислительных реакциях акцептор водорода НАД не передает водород в конечном итоге на кислород, которого в данном случае нет.

В качестве акцептора водорода может быть использована пировиноградная кислота, образующаяся при гликолизе.

У дрожжей пируват сбраживается до этанола (спиртовое брожение). При этом в процессе реакций образуется также углекислый газ и используется НАД:

CH3COCOOH (пируват) → CH3CHO (ацетальдегид) + CO2

CH3CHO + НАД · H2 → CH3CH2OH (этанол) + НАД

Молочнокислое брожение происходит в животных клетках, испытывающих временный недостаток кислорода, и у ряда бактерий:

CH3COCOOH + НАД · H2 → CH3CHOHCOOH (молочная кислота) + НАД

Оба брожения не дают выхода АТФ. Энергию в данном случае дает только гликолиз, и составляет она всего две молекулы АТФ. Значительная часть энергии глюкозы так и не извлекается. Поэтому анаэробное дыхание считается малоэффективным.

plustilino © 2019. All Rights Reserved

Источник: https://biology.su/molecular/cellular-respiration

Ваше здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: