Терминация

Когда в аминоациальный центр попадает стоп-кодон, синтез завершается, и к последней аминокислоте присоединяется вода. Рибосома снимается с м-РНК и распадается на 2 субъединицы, т-РНК возвращается в цитоплазму.

 

 

 

Метаболизм клетки - обмен веществ и энергии

 

Совокупность химических реакций, которые протекают в живых организмах и обеспечивают их рост, жизнедеятельность, воспроизведение и взаимодействие с окружающей средой. Метаболизм - основное свойство живого, проявляющееся на разных уровнях организации. На клеточном уровне метаболизм складывается из двух противоположных одновременно протекающих процессов ассимиляции и диссимиляции.

 

1) Ассимиляция, анаболизм, пластический обмен - совокупность реакций биосинтеза с затратами энергии, источником которой служат вещества, синтезированные ранее в ходе энергетического обмена. Эндотермический процесс превращения поступающих в клетку простых веществ в специфические, характерные для данной клетки в-ва. В развивающихся организмах рост и накопление веществ обеспечиваются преобладающими процессами А. (Фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка, биосинтез углеводов).

 

2) Диссимиляция, катаболизм, энергетический обмен - совокупность реакций расщепления веществ при участии ферментов, синтезированных ранее в ходе пластического обмена. Экзотермический процесс распада или окисления высокомолекулярных веществ до простых с выделением энергии. Заключительные стадии реакций диссимиляции являются исходными для реакций ассимиляции. При старении, интенсивной физической работе или недостатке питательных веществ преобладают процессы Д.

 

Способ поступления питательных веществ

- голозойные захватывают пищевые частицы

- голофитные всасывают растворенные вещества

 

Тип питания

1) Автотрофы - организмы, способные синтезировать органику из неорганики с затратами энергии. Основные процессы относятся к А.

- фототрофы, фотосинтетики синтезируют органические соединения за счет энергии света.

Фотосинтезирующие бактерии, цианобактерии и зеленые растения.

- хемотрофы или хемосинтетики синтезируют органику за счет энергии химических реакций окисления неограники: железо- (Fe), серо- (H₂S), азотфиксирующие (NH₃) бактерии.

 

2) Гетеротрофы - организмы, использующие готовую органику, для синтеза собственной. Используют энергию химических связей приходящей с пищей органики. Основные процессы относятся к Д. Большинство прокариот, грибы, животные, незеленые растения.

- сапротрофысапрофиты питаются органикой мертвых тел

- паразиты питаются органикой живых организмов

 

3) Миксотрофы совмещают автотрофное и гетеротрофное питание, как эвглена зеленая, насекомоядные растения.

 

Метаболизм клетки - обмен веществ и энергии

 

Совокупность химических реакций, которые протекают в живых организмах и обеспечивают их рост, жизнедеятельность, воспроизведение и взаимодействие с окружающей средой. Метаболизм - основное свойство живого, проявляющееся на разных уровнях организации. На клеточном уровне метаболизм складывается из двух противоположных одновременно протекающих процессов ассимиляции и диссимиляции.

 

1) Ассимиляция, анаболизм, пластический обмен - совокупность реакций биосинтеза с затратами энергии, источником которой служат вещества, синтезированные ранее в ходе энергетического обмена. Эндотермический процесс превращения поступающих в клетку простых веществ в специфические, характерные для данной клетки в-ва. В развивающихся организмах рост и накопление веществ обеспечиваются преобладающими процессами А. (Фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка, биосинтез углеводов).

 

2) Диссимиляция, катаболизм, энергетический обмен - совокупность реакций расщепления веществ при участии ферментов, синтезированных ранее в ходе пластического обмена. Экзотермический процесс распада или окисления высокомолекулярных веществ до простых с выделением энергии. Заключительные стадии реакций диссимиляции являются исходными для реакций ассимиляции. При старении, интенсивной физической работе или недостатке питательных веществ преобладают процессы Д.

 

Способ поступления питательных веществ

- голозойные захватывают пищевые частицы

- голофитные всасывают растворенные вещества

 

Тип питания

1) Автотрофы - организмы, способные синтезировать органику из неорганики с затратами энергии. Основные процессы относятся к А.

- фототрофы, фотосинтетики синтезируют органические соединения за счет энергии света.

Фотосинтезирующие бактерии, цианобактерии и зеленые растения.

- хемотрофы или хемосинтетики синтезируют органику за счет энергии химических реакций окисления неограники: железо- (Fe), серо- (H₂S), азотфиксирующие (NH₃) бактерии.

 

2) Гетеротрофы - организмы, использующие готовую органику, для синтеза собственной. Используют энергию химических связей приходящей с пищей органики. Основные процессы относятся к Д. Большинство прокариот, грибы, животные, незеленые растения.

- сапротрофысапрофиты питаются органикой мертвых тел

- паразиты питаются органикой живых организмов

 

3) Миксотрофы совмещают автотрофное и гетеротрофное питание, как эвглена зеленая, насекомоядные растения.

 

 

Хемосинтез

 

Процесс синтеза органики за счет энергии окисления неорганики. Открыт Виноградским в 1887г. К группе хемотрофов относятся в основном бактерии: поскольку в прокариотичесих клетках отсутствуют мембранные органоиды, процесс идет на мезосомах – впячиваниях плазматической мембраны. Донором электронов вместо воды выступают другие неорганические соединения.

1) Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак, образующийся при гниении органики, до нитритов, а затем до нитратов.

2) Серобактерии обитают в водоемах с высоким содержанием сероводорода, который они окисляют до серы, а затем до серной кислоты.

3) Железобактерии распространены в водоемах, окисляют соли двухвалентного железа в соли трехвалентного.

4) Водородные бактерии окисляют молекулярныйводород, образующийся при анаэробном разложении органики, до воды.

 

Бактериальный фотосинтез

 

Фотосинтезы бактерий и растений схожи, но у бактерий донором водорода является H₂S, а не вода, поэтому выделения кислорода не происходит. Кроме того, нет фотосистемы2.

 

Суммарное уравнение: 6CO2 + 12H2S -----> C6H12O6 + 12S + 6H2O

Фотосинтез: пигменты

 

В основе Ф лежит окислительно-восстановительный процесс, связанный с переносом е от соединений-доноров (Н2О, Н₂S) к соединениям-акцепторам (СО₂) с выделением газа (О₂, S) и образованием восстановленных соединений (углеводы).

Совокупность процессов синтеза органики из неорганики за счет преобразования световой энергии в энергию химических связей. Основным фотосинтезирующим пигментом является хлорофилл. По структуре он похож на ген гемоглобина, но вместо Fe содержит Мg, который обеспечивает протекание световой фазы фотосинтеза. Виды хлорофилла отличаются друг от друга по химическому строению.

 

хлорофилл А (синий, оранжевый)	все фототрофы
хлорофилл В (синий)	зеленые растения, зеленые и красные водоросли
хлорофилл С	бурые и диатомовые водоросли
хлорофилл D (красный)	красные и сине-зеленые водоросли
бактериохлорофилл	пурпурные и зеленые фотосинтезирующие бактерии

Световая стадия фотосинтеза

 

Этап 1: превращение и преобразование энергии.

1) Световая стадия протекает на мембранах тилакоидов, богатых молекулами пигментов. Попадание квантов света на молекулу хлорофиллаА приводит электроны в возбужденное состояние, они сходят со своих орбит и передаются по электротранспортной цепи хлоропласта, связывающей две фотосистемы.

 

Фотосистемы I и II это белковые комплексы на мембранах тилакоидов. Они включают в себя разные пигменты и белки-акцепторы электронов, которые образуют ЭТЦ хлоропластов. Помимо хлорофилла, существуют пигменты каротиноиды, которые защищают хлорофилл от разрушения интенсивным светом и поглощают свет в недоступных ему областях спектра.

Фотосистемы различаются строением реакционных центров (Р680 и Р700). Две Ф есть у цианобактерий и зеленых растений.

 

Р680 - хлорофилл ФII поглощает кванты света, электроны возбуждаются и по ЭТЦ летят к ФI. Энергия расходуется на синтез АТФ. Восполняет нехватку электронов за счет фотолиза воды.

Р700 – хлорофилл ФI поглощает кванты света, электроны возбуждаются и движутся по ЭТЦ. Энергия расходуется на соединение Н⁺ и НАДФ⁺.

 

2) В полости тилакоида под действием света идет фотолиз воды. В процессе образуются

- электроны идут в реакционный центр ФII,

- протоны водорода накапливаются в тилакоидном пространстве.

Снаружи находятся НАДФ⁺ и электроны ФI, которые скапливаются около мембраны из-за окисленного Mg, который хочет восстановиться. Создается разница потенциалов, и когда она достигает отметки в 200миливольт, открывается протонный канал.

 

2H₂O ----- фотолиз ------> 4Н⁺ + 4е^- + О₂|

 

3) Мембрана для них непроницаема, поэтому они идут через особые протонные каналы, которые проходят сквозь фермент АТФазу, катализирующий синтез молекул АТФ. Когда возбужденные электроны доходят до протонного канала, он открывается, и в него устремляются протоны водорода. На выходе создается высокий уровень энергии, который идет на синтез АТФ в процессе фотофосфорилирования. Образовавшиеся молекулы АТФ идут в строму.

 

АДФ + Н₃РО₄ + 40кДж --------> АТФ + Н₂О

 

4) НАДФ⁺ принимает электроны ФI и за счет их энергии соединяется с протонами водорода.

НикотинамидАденинДинуклеотидФосфат.

 

НАДФ + 2е^- + 2Н⁺ --------> НАДФ 2Н

2Н2О + 2НАДФ + 3АДФ + 3Н3РО4 ----------> 2НАДФ 2Н + 3АТФ

Темновая фаза фотосинтеза

 

Этап 2: превращение веществ.

Темновая стадия идет на свету и в темноте в строме, богатой ферментами. Заключается в восстановлении СО₂ до глюкозы за счет атомарного водорода энергии АТФ, образовавшихся во время световой стадии. Процесс связывания углевода называется Циклом Кальвина и является сложной циклической цепью превращений. В строме присутствует пятиуглеродный сахар рибоза, связанный с двумя остатками фосфорной кислоты – рибулозодифосфат.

1)Рибулозодифосфат соединяется с неорганическим углеродом углекислого газа под действием фермента карбоксилазы.

2) Образующееся шестиуглеродное соединение неустойчиво и распадается до двух триоз.

3) Они реагируют с фосфатом молекулы АТФ с образованием триозофосфата. Они могут

- синтез глюкозы из двух триоз

- синтез рибулозодифосфата в ходе циклических реакций

- синтез аминокислот, высших жирных кислот и т.д.

 

6СО₂ + 6Н₂О --------> С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

 

6СО2 + 12НАДФ 2Н + 18АТФ ---------> С6Н12О6 + 6Н2О + 12НАДФ + 12АДФ + 18Н3РО4

 

 

Факторы, влияющие на скорость фотосинтеза

 

1) Свет - скорость фотосинтеза прямо пропорциональна интенсивности света, но при сильном освещении молекулы хлорофилла разрушаются.

2) Углекислый газ, концентрация которого в атмосфере 0,03%. Скорость фотосинтеза увеличивается до 0,1%.

3) Вода – при уменьшении воды, устьица закрываются и прекращается диффузия СО₂

4) Температура – оптимальная +25, снижение ведет к замедлению фотосинтеза.

 

 

Значение фотосинтеза

 

- единственный процесс, в результате которого из неорганических веществ за счет энергии света синтезируются органические вещества, необходимые для построения и питания всех живых организмов на Земле

 

- обеспечивает приток энергии из космоса на планету и ее дальнейшее использование для процессов жизнедеятельности различных организмов

 

- за миллионы лет в земле образовались залежи полезных ископаемых

 

- появился озоновый экран, защищающий все живое от ультрафиолетовых лучей

 

- основной источник атмосферного кислорода

 

 

Бесполое размножение

 

Осуществляется при участии одной родительской особи и происходит без образования гамет. Организм образуется из соматических клеток родителя путем митоза. Потомство является генетически идентичным родителю. Распространено среди прокариот, грибов, растений и некоторых животных (простейшие).

 

Бесполое размножение одноклеточных животных.

 

1) Деление надвое - наиболее древняя форма деления. Ядро делится митозом, цитоплазма делится путем перетяжки, поровну распределяются органоиды. Организмы растут, и достигнув размеров материнского, приступают к новому делению. Амебы, жгутиковые, инфузории.

 

2) Шизогония - множественное деление, идет многократное деление ядра, а затем деление цитоплазмы, которая обособляется вокруг ядер. В результате из одной материнской клетки образуются много дочерних. Малярийный плазмодий.

 

3) Почкование - на материнской клетке образуется небольшой бугорок с ядром. Такая почка растет и достигнув размеров материнской клетки отделяется от нее. Сосущие инфузории.

 

Бесполое размножение многоклеточных животных.

 

Новый организм образуется из группы клеток, которая отделяется от материнского организма. Встречаются только у примитивных одноклеточных: некоторые черви и кишечнополостные.

 

1) Почкование - новые организмы образуются из почек - выростов на материнском организме, куда входят клетки экто- и энтодермы. Они растут, а затем отделяются от материнской особи. Характерно для губок и гидры.

 

2) Фрагментация - новые организмы образуются из фрагментов, на которые распадается материнская особь. Характерна для ресничных и кольчатых червей: они делятся перетяжками на несколько частей, в каждой из которых восстанавливаются недостающие органы.

 

3) Полиэмбриония - новые особи образуются из частей, на которые распадается эмбрион. Броненосец, однояйцевые близнецы.

 

4) Клонирование - искусственный метод размножения, в основе которого лежит митоз.

 

Бесполое размножение растений

 

1)Вегетативное размножение - новый организм развивается из части, которая отделилась от материнского организма. Характерно для многоклеточных растений, которые используют отдельные части вегетативных органов:

- корневище разрастается, от него отходят стебли, старые корневища отмирают, и таким образом новое растение теряет связь с материнским. (осот и пырей)

- видоизмененные части стебля: клубни картофеля, луковицы чеснока, усы земляники.

 

В с/х практике человек широко использует вегетативное размножение: картофель размножают исключительно вегетативным путем, многие плодовые и декоративные растения размножают отрезками ветвей, посаженными в землю - черенками. В садоводстве применяют метод прививок, когда на растение дичек прививается культурное растение.

 

Спорообразование растений

 

Спорообразование связано с возникновением спор, развилось из вегетативного размножения. Встречается у водорослей, грибов, мхов, плаунов, хвощей и папоротникообразных. Споры, как и неспециализированные клетки, способны дать начало новому организму. У водорослей обладают жгутиками и способны двигаться - зооспоры.

 

Споры наземных растений содержат ядро и цитоплазму, образуются в спорангиях. Плотная оболочка защищает от неблагоприятных условий, а за счет мелких размеров легко разносятся ветром. У многих растений, начиная с мхов, размножение спорами чередуется с половым:

- спорофит - дает споры и развивается из зиготы: бесполое диплоидное поколение.

- гаметофит - дает гаметы, развивается из спор: половое гаплоидное поколение.

У высших растений в жизненном цикле имеется закономерная смена полового и бесполого поколения: у мхов преобладает гаметофит, а у всех остальных высших растений – спорофит с тенденцией постепенной редукции гаметофита.

Некоторые бактерии так же способны образовывать споры: вся клетка покрывается плотной оболочкой, замедляются процессы жизнедеятельности. Споры бактерий служат только для переживания неблагоприятных условий.

 

Половое размножение

 

Идет при участии двух родительских особей и характеризуется наличием полового процесса. Новый организм образуется в результате слияния гамет - специализированных гаплоидных половых клеток, образовавшихся в ходе мейоза. Половое размножение длится дольше и требует больше особей, но обеспечивает генетически разнообразное потомство, что делает организм более приспособленным к условиям среды обитания.

Половое размножение у одноклеточных и многоклеточных различается: у одноклеточных половой процесс может не сопровождаться увеличением количества особей.

 

Половой процесс одноклеточных животных.

 

1) Коньюгация - процесс соединения двух особей, при котором идет обмен наследственной информацией без увеличения числа особей. Характерен для инфузорий. Они имеют 2 ядра: вегетативное макронуклеус и генеративное микронуклеус. В ходе конъюгации 2 инфузории сближаются, между ними образуются цитоплазматические мостики и происходит обмен ядрами, после чего инфузории расходятся. В результате возникают новые комбинации генов, повышающие жизнеспособность особей.

 

2) Копуляция -копулирующие особи сливаются друг с другом, выполняя функции гамет. Бывает

- изогамная: подвижные особи и одинакового размера

- гетерогамная: подвижные особи разного размера

- оогамная: мужская особь мелкая и подвижная, а женская - большая и неподвижная.

 

Половое размножение многоклеточных организмов.

 

Мужские половые клетки сперматозоиды развиваются в семенниках, ими обладают самцы.

Женские половые клетки яйцеклетки развиваются в яичниках, ими обладают самки.

Половые клетки гаметы образуются в гонадах в ходе гаметогенеза. Если у одной особи есть и мужские и женские гонады, то она - гермафродит. В норме гермафродитизм встречается у кольчатых червей и моллюсков и является приспособлением при затрудненной встрече полов. Как патология встречается и в других группах животных.

Самооплодотворение - процесс слияния гамет одного организма, полового процесса нет. Характерно для некоторых растений и плоских червей (бычий и свиной цепень). Обмен наследственной информацией настолько важен, что даже гермофрадиты, в чьих организмах находится и мужская и женская половая система, обладают специальными механизмами, препятствующими самооплодотворению (созревание гамет разных полов в разное время).

 

У растений в ходе эволюции также появилось разделение полов:

- однодомные: мужские тычиночные и женские пестичные цветки развиваются на одном растении. Кукуруза

- двудомные: мужские тычиночные и женские пестичные цветки развиваются на разных растениях. Облепиха.

 

1) Изогамия – слияние двух подвижных гамет, одинаковых по величине.

Водоросли, хитридиевые грибы, равножгутиковые

 

2) Гетерогамия – слияние двух подвижных гамет со жгутиками, разных по величине.

Водоросли, хитридиевые грибы

 

3) Оогамия - слияние с мелкого подвижного мужского сперматозоида с крупной неподвижной женской яйцеклеткой. Водоросли, высшие растения, грибы, многоклеточные животные.

 

Партеногенез

 

Развитие зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки. Является приспособлением в условиях затрудненной встречи полов. У некоторых организмов партеногенез носит сезонный характер: у тлей летом существуют только самки, которые размножаются только партеногенетически, а осенью появляются самцы и идет размножение с оплодотворением.

1) Естественный характерен для некоторых растений, червей, насекомых, ракообразных.

- факультативный необязательный - из неоплодотворенных яиц развиваются самцы, а из оплодотворенных самки. Встречается у пчел и муравьев

- облигатный обязательный - яйца развиваются без оплодотворения, а вид представлен исключительно самками. Кавказская скальная ящерица, индейка.

 

2) Искусственный предполагает активацию развития яйца с помощью внешних факторов, управляемых экспериментатором: воздействие на яйца слабым раствором кислоты.

 

Гиногенез – источником генетического материала является яйцеклетка.

Андрогенез – источником генетического материала является т.к. ядро яйцеклетки погибает.

Развитие организма

В онтогенезе - индивидуальном развитии организмов, выделяют 2 периода: эмбриональный и постэмбриональный. Гаметы - высокодифференцированные клетки, содержащие наследственную информацию, необходимую для развития организма.

Яйцеклетка

 

Яйцеклетки – большие неподвижные женские половые гаметы, которые образуются в яичниках в процессе овогенеза.Включает в себя ядро,цитоплазму и запас питательных веществ в виде желтка. От количества и характера распределения желтка в яйцеклетке, зависит тип дробления зиготы. Имеет три защитные оболочки:

- первичная желточная оболочка несет микроворсинки и отростки фолликулярных клеток, по которым поступают питательные вещества

- вторичная хорион оболочка с секретирующими фолликулярными клетками и каналом для проникновения сперматозоида - микропиле

- третичная оболочка формируется при прохождении по яйцеводу и формируется из веществ, секретируемых стенками яйцеводов.

 

1) В зависимости от количества желтка:

- алицитальные - нет (плацентарные)

- олиголицитальные - мало

- мезолицетальные - средне

- полилицитальные - много

 

2) По расположению желтка в клетке:

- изолицитальные: мелкие с небольшим количеством равномерно распределенного желтка яйцеклетки. Характерны для хордовых, двустворчатых и брюхоногих моллюсков.

- центролицитальные: желток находится вокруг ядра, а по периферии лежит цитоплазма. Характерно для членистоногих.

- телолицитальные: желток сосредоточен на вегетативном полюсе,на анимальном желтка нет. Умеренное количество у рыб и амфибий; большое – у птиц и рептилий, поэтому на анимальном полюсе у них располагается диск с ядром и цитоплазмой, а остальное место занимает желток.

 

Сперматозоиды

Сперматозоиды – мелкие подвижные мужские половые клетки, которые образуются в семенниках в процессе сперматогенеза. У млекопитающих сперматозоиды состоят из 3 частей:

- головка несет гаплоидное ядро. Спереди лежит акросома - видоизмененный Комплекс Гольджи, который выделяет фермент для растворения оболочки яйцеклетки.

- шейка несет центриоли и митохондрии, которые вырабатывают необходимую энергию.

- хвост из микротрубочек

 

Работа Назаренко М.Н. по лекциям Пивоварова Максима Александровича