Состав клетки биология: строение, химический состав и жизнедеятельность. Видеоурок. Биология 8 Класс

Химический состав клетки. Биология. 6 класс. Разработка урока

УМК «Биология. 6 класс. Живой организм» под редакцией Н. И. Сонина.

Тип урока: комбинированный.

Цель: изучить химический состав клеток живых организмов, познакомиться с органическими и неорганическими веществами, входящими в состав клеток.

Задачи:

1) Образовательные:

• дать понятие об органических и неорганических веществах;
• изучить химический состав растений и животных;
• рассмотреть роль разных веществ в организме.

2) Воспитательные:

• воспитывать у учащихся бережное отношение к природе;
• продолжить формирование умений сравнивать объекты между собой.

3) Развивающие:

• продолжить развитие умений работать с учебником и рабочей тетрадью;
• способствовать развитию умений анализировать, обобщать и делать выводы.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация, семена пшеницы, пробирки, штатив, спиртовка, спички.

Использованные источники

1. Сонин Н.И. Биология. Живой организм.6 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. –М.: Дрофа, 2011г.
2. Н. А. Касаткина. Биология. Нестандартные уроки и внеклассные мероприятия. –М.: Дрофа, 2007г.
3. М. В. Высоцкая. Биология живой организм 6кл. Лучшие нестандартные уроки–М.: Дрофа, 2005
4. Е.Т.Бровкина, Сонин Н.И. Биология. Живой организм.6 класс Методическое пособие. М- Дрофа, 2007
5. Мультимедийное приложение к учебнику Н.И.Сонина биологии 6 класс. Живой организм.

Ссылки на сайт:

Ход урока

№	Этапы урока	Приём урока	Время	Деятельность учителя	Деятельность учащихся
1	Организационный момент ( слайд 1)	Приветствие. Определение целей и задач урока	2 мин	Приветствует учащихся с целью создания благоприятной атмосферы урока. Объявляет тему урока и сообщает задачи урока. Напоминает о правилах проведения уроке.	Слушают, наблюдают, настраиваются на восприятие материала урока.
2	Проверка домашнего задания.	Индивидуальная работа учащихся по тестовым заданиям.  (Приложение 1)	9 мин	Раздает задания по вариантам, объясняет их выполнение.	Работают с заданиями
3	Изучение нового материала. Мотивация	Фронтальная работа с классом	3 мин (слайд 2)	Учитель задает учащимся наводящие вопросы: Что объединяет все живые организмы? (клеточное строение) К живой или неживой природе относят семена пшеницы? (живая природа)  (Дышат, прорастают и т.д.)	Отвечают на вопросы учителя.
			5 мин (слайд 3)	Рассказ учителя с элементами беседы (знакомство с химическими элементами клеток, их содержанием)	Внимательно слушают учителя
		Групповая работа по заданиям (Приложение 2)	5 мин (слайд 4)	Учитель делит класс на две группы, выдает им задания. Учитель комментирует ответы учащихся, поощряя их.	Работают с текстом, выполняют задания. По прошествии заданного времени, учащиеся каждой группы по цепочке читают предложения из задания и вставляют недостающие термины.
		Физкультминутка (слайд 5)	3 мин	Демонстрирует упражнения	Выполняют упражнения
		Практическая работа «Определение состава семя пшеницы» (слайд 6 -10)	12 мин	Выдает учащимся инструктивные карточки с заданиями. Демонстрирует учащимся алгоритм выполнения работы	Выполняют практическую работу совместно с действиями учителя
4	Закрепление нового материала (слайд 11)	Работа с текстом слайда.	3 мин	Делит учащихся на два варианта, просит устно выполнить задания слайда 11. Организует беседу с учащимися по итогам его выполнения.	Выполняют задание. Называют правильные ответы.
5	Итоги урока. Домашнее задание (слайд 15)	Подведение итогов, выставление оценок за работу на уроке. Рефлексия.	3 мин.	Организует беседу с классом по вопросам: Достигли ли вы цели урока? Какие затруднения у вас возникли при проведении практической работы? Что нового вы узнали? Что было интересным? Чему научились? Демонстрирует слайд с домашним заданием.	Отвечают на вопросы. Записывают домашнее задание

Химический состав клетки — урок, биология

Все живые организмы состоят из клеток. Химический состав клеток растений и животных имеет множество общих черт. В клетках растений содержится огромное количество химических элементов, которые также могут входить в состав предметов неживой природы. Они участвуют в различных химических реакциях, происходящих внутри клетки. В химическом составе клеток живых организмов, в том числе растений, преимущественно содержатся такие элементы, как углерод, водород, кислород, азот. В целом эти элементы составляют до 98% массы клетки. Относительное содержание этих элементов в живом веществе значительно выше, чем в земной коре. Другие элементы (калий, кальций, сера, фосфор, натрий, кремний, хлор, железо, магний) составляют десятые или сотые доли процента от общей массы клетки растения. Содержание остальных химических элементов, к примеру, цинка, меди, йода, в живом организме еще меньше (тысячные и десятитысячные доли процента). Химические элементы, соединяясь между собой, образуют неорганические и органические вещества. Органические вещества Органические вещества являются важным структурным компонентом живых организмов, в том числе растений. К ним относятся углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, т.д. Белки входят в состав разнообразных клеточных образований, регулируют процессы жизнедеятельности и откладываются про запас. Жиры откладываются в семени и других частях растения. Значение жиров состоит в том, что вследствие их расщепления освобождается необходимая для жизнедеятельности организма растения энергия. Углеводы являются основной группой органических соединений, благодаря расщеплению которых живые организмы получают энергию, необходимую для их существования. Самым распространенным запасным углеводом, который образуется в клетках растений, благодаря фотосинтезу, является крахмал. Огромное количество этого соединения откладывается, например, в клетках клубней картофеля или семян злаков. Другие углеводы – сахара – придают сладкий вкус плодам растений. А такой углевод, как целлюлоза, входит в состав клеточных оболочек растений. Нуклеиновым кислотам принадлежит ведущая роль в сохранении наследственной информации и передачи ее потомкам. Неорганические вещества К неорганическим веществам в составе растительной клетки можно отнести воду и минеральные соли. Вода составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Благодаря воде, клетка приобретает необходимую упругость, форму. Также вода принимает участие в обмене веществ. Вода обеспечивает движение питательных веществ внутри растения и играет важную роль в регулировании температуры организма. Примерно 1-1,5% массы клетки составляют минеральные соли, в том числе соли калия, натрия и кальция. Большое значение играют соли магния и железа, так как они участвуют в образовании хлорофилла. Из-за недостатка либо отсутствия этих элементов листья бледнеют или вообще теряют зеленую окраску, нарушаются или приостанавливаются процессы фотосинтеза. Таким образом, растительная клетка представляет собой своеобразную «природную лабораторию», где продуцируются и преобразуются различные химические соединения. Благодаря этому, клетку считают элементарной составной частью и функциональной единицей живого организма. Похожие материалы:

Химический состав клетки — это… Что такое Химический состав клетки?

Каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке — одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других — меньше.

На атомарном уровне различий между органическим и неорганическим миром живой природы нет: живые организмы состоят из тех же атомов, что и тела неживой природы. Однако соотношение разных химических элементов в живых организмах и в земной коре сильно различается. Кроме того, живые организмы могут отличаться от окружающей их среды по изотопному составу химических элементов.

Условно все элементы клетки можно разделить на три группы.

Макроэлементы

К макроэлементам относят кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %). Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.

Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO₂ фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO₃ входит в состав минеральных скелетов.

Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.

Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.

Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.

Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.

Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).

Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза). Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.

Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессах осморегуляции (в том числе в работе почек у человека) и создании буферной системы крови.

Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.Содержится в межклеточных веществах.

Хлор — поддерживает электронейтральность клетки.

Микроэлементы

К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк

Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина

Медь — входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов.

Селен — участвует в регуляторных процессах организма.

Ультрамикроэлементы

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.

Молекулярный состав клетки

Соединения
Неорганические		Органические
Вода Минеральные соли	70—80 % 1,0—1,5 %	Белки Углеводы Жиры Нуклеиновые кислоты АТФ, соли и др. вещества	10—20 % 0,2—2,0 % 1—5 % 1,0—2,0 % 0,1—0,5 %

См. также

Конспект для подготовки к ЕГЭ по биологии на тему «Химический состав клетки»

ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ

Химические элементы, входящие в состав клетки и выполняющие какие – либо функции, называют биогенными. Все клетки живых организмов сходны по химическому составу. Из всех элементов периодической системы Д.И. Менделеева в организме человека обнаружено 80 постоянно присутствующих, из них 25 необходимы для нормальной жизнедеятельности.

Все  присутствующие  в  клетке  элементы  делятся, в зависимости от ихсодержания в клетке, на группы: 

Макроэлементы — химические элементы или их соединения, используемые организмами в сравнительно больших количествах: кислород, водород, углерод, азот, железо, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий, хлор и др. При этом H, O, N, Cвыделяют в особую группу — органогены.

Микроэлементы  – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb, I,Mn, F,  и др.; несмотря на их малое количество, микроэлементы влияют на обмен веществ.

Живую клетку отличают 2 особенности: в ней много воды, в которой все вещества растворены; и много органических веществ. Изучение химического состава клетки показало, что в живых организмах нет никаких особых химических элементов, свойственных только им. Именно в этом проявляется единство химического состава живой и неживой природы.

Клетка состоит из органических и неорганических веществ.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ

Это вода, соли, кислоты, основания (составляют 1- 1,5% массы клетки).

Вода  –  важнейшее  неорганическое  вещество  клетки. Вода – это преобладающий компонент большинства клеток (исключение – костная ткань и эмаль зубов). В молодых клетках — 95% воды, в старых – 60%. В клетке вода находится в свободном и связанном состоянии. Молекулы связанной воды прочно соединены с белками.

Молекула воды представляет собой диполь – на одном конце «–» заряд, на другом «+» заряд, но в целом молекула электронейтральна. Между  отдельными  молекулами  воды  образуются водородные  связи, определяющие  физические  и  химические  свойства воды.

Физические свойства воды: так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ. 

Вещества растворимые  в  воде,  называются гидрофильными (соли, кислоты, спирты, белки, углеводы).

Вещества,  нерастворимые  в  воде  называются гидрофобными (жиры и жироподобные вещества).

Полярность молекулы воды, способность образовывать водородные связи объясняет её высокую удельную теплоемкость. Вследствие этого в живых организмах не происходит резких колебаний температуры. Это свойство  воды  обеспечивает  поддержание  теплового  баланса  в организме. 

Вода – универсальный растворитель, в ней происходят все биохимические процессы в клетке. В активных клетках на долю воды приходится до 75% — это клетки головного мозга и мышцы, в менее активных, например, в жировой ткани – 40%.

Функции воды:

1. Универсальный растворитель

2. Придает упругость и объем клетке

3. Участвует в реакциях гидролиза – это реакции расщепления органических соединений до простых.

4. Источник водорода и кислорода при фотосинтезе

5. По жидкой цитоплазме передвигаются вещества в организме

6. При участии воды осуществляется терморегуляция

Неорганические ионы

Соли диссоциируют на катионы и анионы. Наиболее значимые из них:

1. Соединения азота служат источником минерального питания растений, биосинтеза белков

2. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, фосфолипидов, костей, хитинового покрова членистоногих

3. Ионы кальция входят в состав костей, кальций также необходим для мышечного сокращения и свертываемости крови

4. Ионы калия участвуют в проведении нервного импульса,

5. Магний входит в состав хлорофилла

6. Цинк входит в состав гормона поджелудочной железы инсулина

7. Железо входи в состав гемоглобина

8. Йод входит в состав гормонов щитовидной железы.

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ

К основным органическим веществам клетки относятся белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, АТФ.

УГЛЕВОДЫ

Углеводы – это органические вещества, в состав которых входят С, Н, О.

В растительных клетках углеводов больше, чем в животных.

Углеводы делятся на 3 группы:

• ПРОСТЫЕ САХАРА – МОНОСАХАРИДЫ состоят из одной молекулы. Это бесцветные, кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, имеют сладкий вкус. Среди них выделяют:

– Рибоза входит в состав РНК и АТФ;

– Дезоксирибоза в составе ДНК;

– Глюкоза (виноградный сахар) основной первичный источник энергии в клетке. Содержится в плодах, крови;

– Фруктоза содержится в мёде, фруктах;

– Галактоза содержится в молоке.

– Сахароза широко распространена в растениях.

– Лактоза (молочный сахар) входит в состав молока млекопитающих.

– Мальтоза – это основной структурный элемент крахмала и гликогена.

• ПОЛИСАХАРИДЫ – высокомолекулярные соединения, состоящие из большого числа остатков моносахаридов. Не имеют сладкого вкуса и гидрофобны.

– Хитин – входит в состав клеточных стенок грибов и наружных покровов членистоногих. Это неразветвленный полимер.

– Крахмал — запасное вещество в тканях растений. Состоит из разветвленных молекул и растворимый в воде.

– Гликоген (животный крахмал) – запасное вещество у животных и человека.Он более ветвистый, чем крахмал и хорошо растворимый в воде.

– Целлюлоза (клетчатка) – полимер, образованный остатками глюкозы. Входит в состав клеточной стенки растений.

– Муреин – входит в состав клеточной стенки бактерий.

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ:

1. Структурная или строительная – углеводы участвуют в построении ряда клеточных структур. Например, целлюлоза входит в состав клеточной стенки растений, а в сочетании с белками (гликопротеиды) входят в состав костей, хрящей, связок. Простые сахара входят в состав ДНК и РНК, муреин составляет основу клеточной стенки бактерий, а хитин – основа наружного покрова у членистоногих и клеточной стенки грибов.

2. Энергетическая – углеводы служат источником энергии, которая расходуется на деление клетки, биосинтез белка, движение и функционирование клеток. При окислении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДЖ энергии.

3. Защитная функция – слизь богата углеводами, она предохраняет стенки внутренних полых органов. Хитиновый покров защищает членистоногих от повреждений, клеточные стенки бактерий, грибов и растений также выполняют защитную функцию.

4. Опорная функция – целлюлоза в составе клеточной стенки осуществляют функцию опоры и каркаса.

5. Запасающая функция – при избытке углеводы запасаются в виде крахмала в растительных клетках, у человека и животных – это животный крахмал – гликоген.

ЛИПИДЫ=ЖИРЫ

Обширная группа жиров и жироподобных веществ. Молекулы жиров построены из глицерина и жирных карбоновых кислот. Липиды состоят из атомов углерода, кислорода и водорода.

Жиры являются макромолекулами, но не являются биополимерами.

Они гидрофобны, но хорошо растворимы в органических растворителях. Присутствуют во всех клетках.

1. Животные жиры содержат насыщенные кислоты, они тугоплавкие и твердые. Содержатся в мясе. Подкожной жировой клетчатке, молоке. Насыщенные кислоты менее полезны для организма, они хуже усваиваются организмом.

2. Растительные жиры (масла) богаты ненасыщенными кислотами. Легкоплавкие.

3. Воска – это сложные эфиры. Восковым налетом покрыты листья и плоды многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот, воском покрыта кожа и шерсть млекопитающих, перья птиц. Функция – смягчение волос, придание эластичности перьям и водоотталкивающих свойств у водоплавающих птиц.

4. Фосфолипиды – по структуре сходны с жирами, но в их молекуле есть несколько остатков фосфорной кислоты. Они составляют основу билипидного слоя цитоплазматической мембраны.

5. Липиды + белки =липопротеины (в такой форме жиры переносятся кровью и лимфой)

6)Липиды + углеводы = гликолипиды (компоненты мембран хлоропластов)

6. Стероиды – это гормоны, имеющие липидную природу (у человека это половые гормоны, гормоны надпочечников).

ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ:

1. Структурная или строительная – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран, миелин– жироподобное вещество белого цвета покрывает нервные волокна снаружи и во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.ЭТО ВАЖНО! Нерастворимость в воде делает липиды важнейшим структурным компонентом клеточных мембран.

2. Энергетическая функция – половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления (расщепления) жиров. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка.

3. Запасающая функция – жиры запасаются в семенах растений (подсолнечник, лен и т.д.), а также в виде подкожного жирового слоя у животных, обитающих в условиях холодного климата.

4. Источник эндогенной воды – в организме накапливается так называемый бурый жир, при окислении (расщеплении) которого выделяется незначительное количество воды. Эта метаболическая вода очень важна для некоторых обитателей пустыни, в частности для верблюдов, способных длительное время обходиться без воды. Животные, впадающие в спячку, такие как медведи и сурки, также получают необходимую для жизнедеятельности воду в результате окисления жиров. У человека бурый жир находится между лопатками и в области шеи.

5. Теплоизоляционная (или функция теплоизоляции) – подкожный жир плохо проводит тепло, поэтому оно сохраняется в организме, что позволяет им выжить в условиях холодного климата. У китообразных подкожный слой жира способствует плавучести.

6. Защитная функция – подкожный жировой слой защищает от механических повреждений и охлаждения.

7. Регуляторная функция – ряд гормонов, например, кортизон – гормон надпочечников, а также половые гормоны являются липидами. А также есть жирорастворимые витамины А, D, E, К.

БЕЛКИ

Белки — это нерегулярные биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Если в молекуле определенной закономерности повтора мономеров нет, то такой полимер называется нерегулярным.

Белок — это полипептид, выполняющий биологическую функцию. Белки по содержанию занимают первое место из органических веществ.

Функции белков:

1. Каталитическая функция стоит на первом месте!

Все ферменты в живых организмах имеют белковую природу, в небольших количествах они вступают в реакцию и по её окончании выходят неизменными. Ферменты — биологические катализаторы, увеличивающие скорость химических реакций в клетке в сотни тысяч раз. Ферменты отличаются специфичностью: например, фермент, расщепляющий белки, не действует на молекулу крахмала. Каждый фермент действует в определенных условиях, лучше всего при температуре 36, 6 – 38 градусов. Её повышение подавляет активность, а иногда и разрушает ферменты. На ферменты оказывает влияние и химическая среда: одни из них активны только в кислой среде (например пепсин — фермент желудка), другие – в щелочной (трипсин – фермент тонкой кишки).Не все белки являются ферментами!

2.Структурная или строительная функция:

Белки входят в состав всех клеточных и внеклеточных структур. Белки образуют клеточный скелет. Белки гистоны вместе с ДНК образуют хромосомы. Примеры: коллаген входит в состав сухожилий, кератин в состав волос и ногтей.

3. Защитная функция:

Антитела — это особые белки, которые вырабатываются в ответ на проникновение чужеродных веществ в организм, и обезвреживают их. Иммуноглобулины и интерфероны – белки, которые «склеивают» антигены. Белки плазмы крови фибрин и фибриноген участвуют в свертывании крови.

3. Регуляторная функция:

Некоторые гормоны — белки. Например, инсулин — гормон поджелудочной железы. Регулирует углеводный обмен.

3. Двигательная или сократительная функция:

Актин и миозин – это белки мышц, осуществляют сокращение мышц. Двигательные белки входят в состав жгутиков, ресничек животных, бактерий, водорослей. Белки веретена деления обеспечивают движение хромосом от экватора к полюсам клетки во время деления.

3. Транспортная функция:

Гемоглобинкрови осуществляет транспорт О₂, СО₂. Миоглобин — переносит О2 в мышцах. Мембранные белки обеспечивают транспорт в клетку, из клетки и внутри клетки.

3. Энергетическая функция:

Расщепляясь до аминокислот, и далее до более простых веществ Н2О и СО2. Они выделяют 17,6 кДЖ энергии. Эта функция крайне редко реализуется, только после того когда в организме заканчиваются углеводы и липиды.

3. Запасающая функция:

Запасные белки служат для развития зародыша и вскармливания младенца. Например, казеин — белок молока, яичный белок, белок зерен пшеницы. Много белка запасается в плодах семейства бобовых.

9.Сигнальная функция

Белки, встроенные в мембрану клетки, способны менять свою структуру в ответ на раздражение. Тем самым передаются сигналы из внешней среды внутрь клетки.

АМИНОКИСЛОТЫ

Мономерами белков являются аминокислоты, их 20. Существуют заменимые и незаменимые аминокислоты. Незаменимые должны поступать с пищей в организм человека, так как они не могут быть синтезированы организмом. Заменимые аминокислоты поступают в составе пищи и могут синтезироваться в организме человека.

Общая формула аминокислоты

В основе взаимодействия аминокислот между собой лежит образование прочной пептидной связи:

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКОВ

Первичная (I) структура белков.

Определение: первичная структура белка — это последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Аминокислоты соединяются в полипептид с помощью пептидных связей.

Вторичная (II) структура белков.

Имеет вид спирали. Такая структура удерживается благодаря большому количеству непрочных водородных связей.

Вторичная структура белка

Третичная (III) структура белка.

Определение: третичная структура белка — это пространственная трехмерная конфигурация (клубок), которую принимает в пространстве закрученная спираль. Удерживается такая структура с помощью гидрофобных взаимодействий, ковалентных связей. Определяющими являются гидрофобные взаимодействия.

Третичная структура белка.

Четвертичная (IV) структура.

Определение: четвертичная структура белка представляет собой способ взаимного расположения в пространстве полипептидных цепей в молекуле белка, необходимый для проявления специфических функций.

Четвертичной структурой обладает около 5% белков, в том числе гемоглобин. В эритроцитах содержится гемоглобин — комплекс белка глобина с небелковой железосодержащей частью — гемом. IVструктура возможна только, если белок состоит из нескольких полипептидных цепей или по-другому субъединиц.

Четвертичная структура гемоглобина.

Денатурация– это разрушение природной структуры белка, при этом белок теряет свои биологические свойства.Денатурацию могут вызвать высокие или низкие температуры, сильные кислоты и основания и др. Если первичная структура не разрушена, то возможна ренатурация – восстановление исходной структуры белка.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновые кислоты – это нерегулярные, линейные биополимеры, играют основную роль в хранении (ДНК) и реализации (РНК) генетической информации. Впервые описаны в 19 веке швейцарцем Фридрихом Мишером. Различают 2 вида нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Мономерами ДНК и РНК являются нуклеотиды, которые построены из азотистого основания, пентозы (простого сахара) и остатка фосфорной кислоты. В РНК сахар – рибоза, в ДНК – дезоксирибоза.

В качестве оснований в ДНК содержаться :аденин (А), гуанин (Г),тимин (Т) и цитозин (Ц). В РНК вместо Т содержится урацил (У). Мономеры в нуклеиновых кислотах связаны между собой ковалентными связями.

Какова роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белка?

1) В ДНК содержится информация о первичной структуре молекул белка.

2) Эта информация переписывается на молекулу и-РНК, которая переносит ее из ядра к рибосоме, т. е. и-РНК служит матрицей для сборки молекул белка.

3) т-РНК присоединяют аминокислоты и доставляют их к месту синтеза белка — к рибосоме.

Принципы строения ДНК:

1. ДНК – это полимер, состоящий из мономеров — нуклеотидов. Основная функция ДНК – хранение наследственной информации и кодирование аминокислот.

2. Состав нуклеотидов ДНК подчиняется правилу Чаргаффа: в ДНК число остатков А всегда равно числу остатков Т, число остатков Г – числу остатков Ц.

3. Структура ДНК стабилизируется водородными связями между А и Т, Г и Ц. Такие пары называются комплементарными. В паре А и Т – 2 водородные связи, в паре Ц и Г – 3водородные связи. В связи с этим последовательность оснований в одной цепи определяет последовательность оснований в другой цепи. Это ключевое свойство ДНК.

В 1953 г. Уотсон и Крик предложили пространственную модель структуры ДНК, которая представляет собой правовинтовую спираль, образованную 2-мя полинуклеотидными цепями, закрученными друг относительно друга и вокруг общей оси.

Установление структуры ДНК позволило решить ряд проблем.

1) Проблема хранения наследственной информации. Решение: ДНК состоит из нуклеотидов, последовательность которых хранит и кодирует наследственную информацию.

2) Проблема передачи информации. Решение: ДНК состоит из двух комплементарных цепей и способна к самоудвоению с последующим расхождением по клетке. Решение – сначала наследственная информация удваивается, а затем передается потомству в первоначальном виде.

3) Проблема разнообразия наследственной информации. Каким образом всего 4 нуклеотида определяют различия между организмами? Решение: Количество нуклеотидов в ДНК насчитывает сотни тысяч. Они могут чередоваться в различной последовательности. Новая последовательность нуклеотидов определяет новый набор генетических признаков организма.

ДНК может находиться в линейной и кольцевой формах. Все одноцепочечные молекулы – кольцевые (хромосомы некоторых бактерий, геномы вирусов, большинство митохондриальных и хлоропластных ДНК). У прокариот ДНК расположена в цитоплазме.

Двухцепочечные молекулы ДНК – линейные, составляют основу хромосом эукариот. Содержание ДНК в клетке строго постоянно. У эукариот ДНК в основном находится в ядрев виде плотно упакованных, скрученных структурах – хромосомах.

Функции РНК: играет роль в трансляции (считывании) генетической информации с образованием белков. РНК предст. собой линейные полинуклеотиды с тем же принципом организации, что и ДНК. РНК в отличие от ДНК молекулы лабильные, то есть неустойчивые, подвижные, способные к образованию петель. Свою функцию РНК способна выполнять только в одноцепочечном состоянии.

Виды РНК: матричная или информационная, рибосомальная, транспортная.

1) иРНК (матричная или информационная) синтезируется с ДНК в ядре и выходит в цитоплазму, она содержит информацию о составе полипептидной цепи белка. Она имеет несколько областей с различной функцией: 1) инициирующий кодон АУГ с него начинается биосинтез белка; 2) кодирующая часть – содержит информацию о последовательности аминокислот в белке; 3)стоп кодон, на нем заканчивается биосинтез; Зрелые мРНК находятся в цитоплазме.

2) тРНК(транспортная) в основном содержится в цитоплазме клетки, и переносит аминокислоты к месту синтеза белка. тРНК имеет структуру «клеверного листа». тРНК содержит участок под названием акцепторный – присоединяет аминокислоту, на противоположном участке находятся – 3 нуклеотида, этот участок называется антикодон, он взаимодействует с кодоном иРНК. Это самые маленькие РНК.

Примечание: на рисунке Д – это акцепторный конец, Е — антикодон

3) рРНК (рибосомальная) – синтезируется в ядрышках и вместе с белками составляют большую и малую субъединицы рибосом. Это самая крупная РНК.

АТФ

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – это основной источник энергии для клеток живых организмов. АТФ состоит из аденина, сахара рибоза и трёх остатков фосфорной кислоты, которые соединены друг с другом высокоэнергетическими или, по-другому, макроэргическими (богатыми энергией) связями.

При отщеплении одного остатка фосфорной кислоты образуется АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а если отщепляется два остатка фосфорной кислоты, то образуется АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Реакция отщепления каждого остатка фосфорной кислоты сопровождается выделением 40 кДЖ энергии. АТФ имеет 2 макроэргические связи (на схеме показаны красным цветом).

АТФ образуется в митохондриях в ходе кислородного этапа энергетического обмена. АТФ расходуется на различные процессы в клетке, например биосинтез белка, деление клетки, функционирование, движении и т.д.

Таким образом, АТФ является универсальным аккумулятором энергии в живых организмах.

Презентация «Химический состав клетки» — биология, презентации

библиотека
материалов

Содержание слайдов

Номер слайда 1

Химический состав клетки. Учитель: Григорьева А. И., ГБОУ школа №469,Санкт-Петербург

Номер слайда 2

Процентное соотношение элементов в клетке

Номер слайда 3

Мономеры – повторяющиеся звенья (структурные единицы) в составе полимерных молекул. Полимеры — вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями.

Номер слайда 4

Роль неорганических и органических веществ в клетке. Вода Содержание в животной клетке- 70%, в растительной – 90%, в организме человека 65% Сохраняет объем и упругость клетки. Растворяет различные вещества в клетке. Большая часть химических реакций протекает в водных растворах. Чем выше интенсивность обмена веществ в клетке, тем больше содержания в не й воды

Номер слайда 5

Углеводы (сахариды)Содержание в животной клетке 1-5%, в растительной клетке до 90%Основная функция – энергетическая. Структурная (строительная) функция. Сложные углеводы (полисахариды) входят в состав межклеточного вещества кожи, сухожилий, хрящей, придавая им эластичность и прочность

Номер слайда 6

Липиды. Содержание в животной клетке 5-15 % от сухой массы (до 90% в сальниках), в растительной клетке 0.1-0.5%Энергетическая функция (в 2 раза больше, чем углеводы)Защитная функция. Регуляторная функция. Многие липиды участвуют в обменных процессах

Номер слайда 7

Белки. Содержание в животной клетке до 50% от сухой массы, в растительной до 30%. Структурная функция. Ферментативная функция. Регуляторная функция. Транспортная функция. Мономерами белков являются аминокислоты (всего 20)

Номер слайда 8

Нуклеиновые кислоты. Содержание 1-2%Хранение и реализация наследственной информации через синтез белков в клетке. Структурная основа органических соединений (например аденозинтрифосфорная кислота АТФ – универсальный хранитель и переносчик энергии в клетке)Нуклеиновые кислоты делятся на 2 типа: ДНК – дезоксирибонуклеиновые кислоты. РНК – рибонуклеиновая кислота. Нуклеотид – состоит из трех компонентов (1. азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил), 2. углевод (рибоза или дезоксирибоза) 3. остаток фосфорной кислоты), соединенных химическими связями. Азотистые основания определяют тип нуклеотида. Адениловый АГуаниловый ГЦитидиловый ЦТимидиловый ТУрациловый У

Номер слайда 9

Три группы элементов в живых организмах

§5. Химический состав клетки | 8 класс Учебник «Биология» «Атамура»

В состав каждой клетки входят органические и неорганические соединения. Органические вещества — это белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Они составляют 20-30% содержимого клетки.

Белки — сложные органические соединения. В их состав обяза­тельно входят атомы углерода, водорода, кислорода, азота, серы. Иног­да могут входить и другие вещества. Они состоят из 20 видов амино­кислот.

Жиры содержат всего три элемента: углерод, водород и кисло-

рол. Жиры легче волы и не растворяются в ней. Они состоят из гли­церина (простейший трехатомный спирт) и жирных кислот.

Углеводы также содержат углерод, водород и кислород. К угле­водам относятся различные растворимые и нерастворимые в воде са­хара. Наиболее распространенные углеводы — глюкоза (виноград­ный сахар) и гликоген (животный крахмал). Гликоген — запасной уг­левод, он накапливается в клетках печени и мышц, а глюкоза глав­ный источник энергии.

Белки являются основным строительным материалом клетки. Мо­лекулы белков участвуют в ускорении химических реакций клеток. Кроме того, при растеплении белков выделяется энергия. Жиры вхо­дят в состав клеточных мембран. При расщеплении жиров выделяет­ся большое количество энергии.

Важнейшие органические вещества — нуклеиновые кислоты. Названы они так потому, что образуются в ядре (от лат. нуклеус) клет­ки. В состав нуклеиновых кислот входят атомы углерода, кислорода, водорода, азота, а также фосфора.

Различают 2 вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеино­вую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК). ДНК находится в основном в хромосомах клетки и регулирует передачу наследственных призна­ков от родителей потомству, а также определяет строение белков клетки. РНК находится в цитоплазме и участвует в образовании собст­венных белков клетки.

Неорганические соединения клетки — вода и минеральные ве­щества. В цитоплазме клетки все вещества находятся в растворен­ном в воде состоянии. Много в ней растворенных белков. Поэтому цитоплазма — густая, тягучая жидкость. Вода необходима клетке как растворитель, так как различные химические реакции в клет­ке проходят только между растворенными веществами. Питатель­ные вещества попадают в клетку тоже только в растворенном виде. Вода составляет 80% от состава клетки. Вещества, не нужные клет­ке или вредные, выводятся наружу также в виде растворов.

Из минеральных солей наиболее часто встречаются хлористый натрий, хлористый калий, а также фосфаты и карбонаты натрия, калия, кальция, магния. Минеральные соли способствуют распреде­лению воды между клетками и межклеточным веществом, накапли­ваются в зубах и костях, делая их прочными, участвуют в процессах возбуждения.

А

1. Какие вещества входят в состав клеток? Какова роль минеральных солей в клетке?

2.   Как вы понимаете термин обмен веществ? Объясните на примере.

3.  Что собой представляют углеводы? Какую функцию они выпол­няют?

2.  В какой части клетки образуются нуклеиновые кислоты? Из ка­ких элементов они состоят?

3.  Назовите элементы, входящие в состав жиров. Какие функции они выполняют?

1.   Из каких химических соединений состоит клетка?

2.  Назовите элементы, входящие в состав углеводов. Какие вещества к ним относятся? Какова их роль?

3.  Какие элементы входят в состав белков? Какую функцию они вы­полняют в клетках?

Презентация биология 10 класс «Химический состав клетки»

Текст этой презентации

Слайд 1

Химический состав клетки.Макро- и микроэлементы.
Презентация учителя биологии ГБОУ Школа №879 г. Москвы Титовой С.С.

Слайд 2

Единство элементного химического состава
Химический элемент Земная кора Морская вода Живые организмы
O 49,2 85,8 65-75
C 0,4 0,0035 15-18
H 1,0 10,67 8-10
N 0,04 0,37 1,5-3,0
P 0,1 0,003 0,20-1,0
S 0,15 0,09 0,15-0,2
K 2,35 0,04 0,15-0,4
Ca 3,25 0,05 0,04-2,0
CI 0,2 0,06 0,05-0,1
Mg 2,35 0,14 0,02-0,03
Na 2,4 1,14 0,01-0,015
Fe 4,2 0,00015 0,0003
Zn 0,01 0,00015 0,0003
Cu 0,01 0,00001 0.0002
I 0,01 0,000015 0.0001
F 0,1 2,07 0.0001

Слайд 3

Химические элементы
Макроэлементы (концентрация в организме более 0,01%, суммарное содержание 99%)
Микроэлементы (концентрация в организме менее 0,01%, суммарное содержание менее 0,1%)
O, C,H,N,P, S, K,Ca,Na,CI,Mg,Fe
Zn,Cu,Mn,Co,I,F
Органогенные элементы
O, C,H,N

Слайд 4

Значение макро- и микроэлементов в организме человека
P
Входит в состав белков и нуклеиновых кислот, участвует в формировании костей и зубов
S
Na,CI
Входит в состав белков и нуклеиновых кислот
Участвует в процессах возбуждения клеток

Слайд 5

Значение макро- и микроэлементов в организме человека
K
Участвует в процессах возбуждения клеток, работе ферментов, удержании воды в клетке.
Ca
Mg
Входит в состав клеточных стенок растений , костей, зубов , раковин моллюсков; необходим для сокращения мышц, внутриклеточного движения
Компонент хлорофилла; участвует в биосинтезе белка

Слайд 6

Значение макро- и микроэлементов в организме человека
Fe
Входит в состав белков и нуклеиновых кислот, участвует в формировании костей и зубов
Zn
Cu
Входит в состав белков и нуклеиновых кислот
Участвует в процессах возбуждения клеток

Слайд 7

Значение макро- и микроэлементов в организме человека
Co
Входит в состав белков и нуклеиновых кислот, участвует в формировании костей и зубов
I
F
Входит в состав белков и нуклеиновых кислот
Участвует в процессах возбуждения клеток

Слайд 8

Вода – основа жизни на Земле
Физико-химические свойства воды
Не имеет вкуса, цвета и запаха.
Обладает дипольным свойством.
Обладает плотностью и вязкостью.
Может находится в 3-х агрегатных состояниях.
t плавл.-0 С, t кип.-10 0 С
Обладает поверхностным натяжением.
Обладает капиллярностью.
Универсальный растворитель.

Слайд 9

Строение молекулы воды
Образование водородной связи
Гидрофобные вещества
Гидрофильные вещества
+
+
—

Слайд 10

Биологическая роль воды
Придает клетке объем и упругость.

Слайд 11

Биологическая роль воды
Осуществляет осмотические явления.

Слайд 12

Биологическая роль воды
Является дисперсионной средой в коллоидной системе цитоплазмы.

Слайд 13

Биологическая роль воды
Способствует теплорегуляции клеток.

Слайд 14

Биологическая роль воды
Является средой химических реакций.

Слайд 15

Биологическая роль воды
Является источником кислорода при фотосинтезе.

Слайд 16

Биологическая роль воды
Осуществляет перемещение веществ.

Слайд 17

Вещества
Гидрофильные (растворимые в воде)
Гидрофобные (нерастворимые в воде)
Содержание воды в различных органах человеческого организма
Мозг 86%
Печень 70%
Кости 20%

Слайд 18

Функции минеральных солей
Определяют буферные свойства – способность поддерживать pH среды.
Обеспечивают осмотическое давление.
Входят состав кофакторов ферментов.
Минеральные соли могут находится в растворенном или нерастворенном состояниях. Растворимые соли диссоциируют на ионы.
Нерастворимые соли кальция входят в состав зубов, костей, раковин и панцирей одноклеточных и многоклеточных животных.

Слайд 19

Ионы
Катионы ( важнейшие)
Mg Входит в состав хлорофилла
2+
Fe Fe Входит в состав белков , в том числе гемоглобина
2+
3+
K Na Облегчают перенос веществ через мембрану и участвует в проведении нервного импульса
Ca Способствует мышечному сокращению и свертыванию крови
2+
+
Фосфат –анион Входит в состав АТФ и нуклеиновых кислот
Карбонат – и гидрокарбонат- анион Смягчает колебания pH среды
Анионы ( важнейшие)

Что такое ячейка? | Изучайте науку в Scitable

Как упоминалось ранее, цитоплазма клетки содержит множество функциональных и структурных элементов. Эти элементы существуют в форме молекул и органелл — представьте их как инструменты, приспособления и внутренние помещения клетки. Основные классы внутриклеточных органических молекул включают нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и липиды, все из которых необходимы для функций клетки.

Нуклеиновые кислоты — это молекулы, которые содержат и помогают выражать генетический код клетки.Существует два основных класса нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) . ДНК — это молекула, которая содержит всю информацию, необходимую для построения и поддержания клетки; РНК выполняет несколько функций, связанных с выражением информации, хранящейся в ДНК. Конечно, сами по себе нуклеиновые кислоты не отвечают за сохранение и экспрессию генетического материала: клетки также используют белки, чтобы помочь реплицировать геном и осуществить глубокие структурные изменения, лежащие в основе деления клеток .

Белки — это второй тип внутриклеточных органических молекул. Эти вещества состоят из цепочек более мелких молекул, называемых аминокислот , и они выполняют множество функций в клетке, как каталитических, , так и структурных. Например, белки, называемые ферментами , преобразуют клеточные молекулы (будь то белки, углеводы, липиды или нуклеиновые кислоты) в другие формы, которые могут помочь клетке удовлетворить свои потребности в энергии, построить поддерживающие структуры или выкачать отходы.

Углеводы , крахмалы и сахара в клетках, являются еще одним важным типом органических молекул. Простые углеводы используются для удовлетворения немедленных потребностей клетки в энергии, тогда как сложных углеводов служат в качестве внутриклеточных хранилищ энергии. Сложные углеводы также находятся на поверхности клетки, где они играют решающую роль в распознавании клеток.

Наконец, липидов. или молекулы жира являются компонентами клеточных мембран — как плазматической мембраны, так и различных внутриклеточных мембран.Они также участвуют в хранении энергии, а также в передаче сигналов внутри клеток и из кровотока внутрь клетки (рис. 2).

Некоторые клетки также имеют упорядоченное расположение молекул, называемых органеллами . Подобно комнатам в доме, эти структуры отделены от остального интерьера клетки собственной внутриклеточной мембраной. Органеллы содержат высокотехнологичное оборудование, необходимое для выполнения определенных работ внутри клетки. Одним из примеров является митохондрия , широко известная как «энергетическая установка» клетки, которая представляет собой органеллу, которая удерживает и поддерживает механизмы, участвующие в химических реакциях, производящих энергию (рис. 3).

Рис. 2: Состав бактериальной клетки

Большая часть клетки состоит из воды (70%). Остальные 30% содержат различные пропорции структурных и функциональных молекул.

Рис. 3. Относительный масштаб биологических молекул и структур

Клетки могут варьироваться от 1 микрометра (мкм) до сотен микрометров в диаметре.Внутри клетки двойная спираль ДНК имеет ширину примерно 10 нанометров (нм), тогда как клеточная органелла, называемая ядром, которое включает эту ДНК, может быть примерно в 1000 раз больше (около 10 мкм). Посмотрите, как клетки сравниваются по относительной оси шкалы с другими молекулами, тканями и биологическими структурами (синяя стрелка внизу). Обратите внимание, что микрометр (мкм) также известен как микрон.

Сравнение прокариотических и эукариотических клеток

Результаты обучения

• Определить общие для всех ячеек функции
• Контрастный состав и размер прокариотических и эукариотических клеток

Клетки делятся на две большие категории: прокариотические и эукариотические.Одноклеточные организмы из доменов Бактерии и Археи классифицируются как прокариоты ( про = ранее; карион — = ядро). Клетки животных, клетки растений, грибы и простейшие являются эукариотами ( eu = верно).

Компоненты прокариотических клеток

Все клетки имеют четыре общих компонента: (1) плазматическую мембрану, внешнее покрытие, которое отделяет внутреннюю часть клетки от окружающей среды; (2) цитоплазма, состоящая из желеобразной области внутри клетки, в которой находятся другие клеточные компоненты; (3) ДНК, генетический материал клетки; и (4) рибосомы, частицы, синтезирующие белки.Однако прокариоты несколько отличаются от эукариотических клеток.

Рис. 1. На этом рисунке показана обобщенная структура прокариотической клетки.

Прокариотическая клетка — это простой одноклеточный (одноклеточный) организм, в котором отсутствует ядро ​​или любая другая мембраносвязанная органелла. Вскоре мы увидим, что у эукариот это значительно отличается. Прокариотическая ДНК находится в центральной части клетки: затемненная область, называемая нуклеоидом (рис. 1).

В отличие от архей и эукариот, бактерии имеют клеточную стенку из пептидогликана, состоящую из сахаров и аминокислот, а многие из них имеют полисахаридную капсулу (рис. 1). Клеточная стенка действует как дополнительный слой защиты, помогает клетке сохранять свою форму и предотвращает обезвоживание. Капсула позволяет клетке прикрепляться к поверхностям в окружающей среде. У некоторых прокариот есть жгутики, пили или фимбрии. Жгутики используются для передвижения, в то время как большинство пилей используются для обмена генетическим материалом во время типа воспроизводства, называемого конъюгацией.

Эукариотические клетки

В природе взаимосвязь между формой и функцией очевидна на всех уровнях, включая уровень клетки, и это станет ясно, когда мы исследуем эукариотические клетки. Принцип «форма следует за функцией» встречается во многих контекстах. Это означает, что, в общем, можно вывести функцию структуры, глядя на ее форму, потому что они совпадают. Например, птицы и рыбы имеют обтекаемые тела, которые позволяют им быстро перемещаться в среде, в которой они живут, будь то воздух или вода.

Эукариотическая клетка — это клетка, которая имеет связанное с мембраной ядро ​​и другие мембраносвязанные компартменты или мешочки, называемые органеллами , которые имеют специализированные функции. Слово эукариотическое означает «истинное ядро» или «истинное ядро», имея в виду присутствие в этих клетках связанного с мембраной ядра. Слово «органелла» означает «маленький орган», и, как мы узнали ранее, органеллы обладают специализированными клеточными функциями, так же как органы вашего тела имеют специализированные функции.

Размер ячейки

При диаметре 0,1–5,0 мкм прокариотические клетки значительно меньше эукариотических клеток, диаметр которых варьируется от 10 до 100 мкм (рис. 2). Небольшой размер прокариот позволяет ионам и органическим молекулам, которые входят в них, быстро распространяться в другие части клетки. Точно так же любые отходы, образующиеся в прокариотической клетке, могут быстро уйти. Однако более крупные эукариотические клетки развили различные структурные адаптации для улучшения клеточного транспорта.Действительно, большой размер этих клеток был бы невозможен без этих приспособлений. В общем, размер ячейки ограничен, потому что объем увеличивается намного быстрее, чем площадь поверхности ячейки. По мере того, как ячейка становится больше, ячейке становится все труднее и труднее получать достаточное количество материалов для поддержки процессов внутри ячейки, потому что относительный размер площади поверхности, через которую должны транспортироваться материалы, уменьшается.

Рис. 2. На этом рисунке показаны относительные размеры различных типов ячеек и клеточных компонентов.Взрослый человек показан для сравнения.

Вкратце: Сравнение прокариотических и эукариотических клеток

Прокариоты — одноклеточные организмы из доменов Бактерии и Археи. Все прокариоты имеют плазматические мембраны, цитоплазму, рибосомы, клеточную стенку, ДНК и не имеют мембраносвязанных органелл. У многих также есть полисахаридные капсулы. Прокариотические клетки имеют диаметр от 0,1 до 5,0 мкм.

Подобно прокариотической клетке, эукариотическая клетка имеет плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы, но эукариотическая клетка обычно больше прокариотической клетки, имеет истинное ядро ​​(то есть ее ДНК окружена мембраной) и имеет другую мембрану. -связанные органеллы, которые позволяют разделить функции.Эукариотические клетки, как правило, в 10-100 раз больше прокариотических клеток.

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Клеточная биология — органеллы, циклы и деление, сигналы и методы

Органеллы, циклы и деление, сигналы и методы

Как раздел биологии, клеточная биология — это занимается изучением структуры и функций клеток.Таким образом, это может объяснить строение разных типов ячеек, типов ячеек компоненты, метаболические процессы клетки, жизненный цикл клетки и передача сигналов пути, чтобы назвать несколько.

Здесь мы рассмотрим некоторые из основных областей клеточного биология, включая некоторые из используемых инструментов.

---

Теория клеток — основной принцип в биологии его сформулировали Тодор Шванн, Матиас Шлейден и Рудольф Вирхов.

Согласно теории клеток:

• Все живые существа (организмы) состоят из клеток
• Клетка является основной единицей жизни
• Живые клетки происходят из существующие / живые клетки

Недавно теория была изменена, чтобы включить следующие идеи:

• Имеется поток энергии внутри ячеек
• Передается информация о наследственности из одной ячейки в другую
• Все ячейки имеют одинаковые основной химический состав

Клеточная биология — Клетка

---

Клетка — основная единица жизни.Это просто означает, что клетка — самая маленькая единица живого существа. Хотя некоторые организмы состоят только из одной клетки (бактерии, дрожжи и т. д.), другие же многоклеточные организмы, состоящие из многих клетки.

Хотя есть явная разница между одноклеточными и многоклеточными организмов, некоторые организмы могут перейти от одноклеточных организмов к многоклеточные организмы при определенных условиях.

Хорошим примером этого является слизистая плесень, которая имеет тенденцию переходить в многоклеточный организм при стрессе условия.Однако их просто описывают как частично многоклеточный. Следовательно, клетка является основным строительным блоком любого организма.

В многоклеточном организме клетки специализированы, что означает, что они имеют дифференцированный для выполнения данных функций.

Ниже приведены примеры специализированных клетки:

сперматозоиды — сперматозоиды служат для оплодотворения женской яйцеклетки сформировать зародыш.

Красные кровяные тельца — Красные клетки содержат молекула белка, известная как гемоглобин, и служит для транспортировки кислорода ко всем частям тела и изгоняют углекислый газ из организма.

Белые кровяные тельца — Есть разные типы лейкоцитов, которые служат для защиты организма от болезней, вызывающих организмы.

— Базофилы, лимфоциты, нейтрофилы, моноциты, эозинофилы

Кардиомиоциты — Это клетки сердечной мышцы, которые составляют сердечная мышца.

Нервные клетки (нейроны) — Это клетки нервная система, передающая информацию в разные части тела и обратно (информация передается в виде электрических и химических сигналов).См. Также Сенсорные клетки.

---

Любая данная ячейка будет состоять из трех основных компонентов.

К ним относятся:

Клеточная стенка

Клеточная стенка представляет собой сложную высокоорганизованную структуру, которая определяет форму растительной клетки (она также встречается у бактерий, грибов, водорослей и архей) .

Помимо определения формы растительных клеток, клеточная стенка выполняет несколько других функций, которые включают поддержание структурной целостности клетки, действие линии защиты от множества внешних факторов, а также размещение различных каналов и пор. и рецепторы, регулирующие различные функции клетки.Таким образом, это многофункциональная структура в растительных клетках, которая также способствует росту растений.

См. Биология растений.

Клеточная мембрана

Также известная как плазматическая мембрана, клетка мембрана — это билипидный мембранный слой (это двухмембранная структура) который также состоит из белков и углеводов. Эта флюидоподобная структура окружает ячейку, таким образом, содержащую ее содержимое.

Это также селективно проницаемый, что означает, что он позволяет использовать только определенные материалы (питательные вещества и минералы и т. д.), которые проходят через клетку.Сотовый мембрана также защищает клетку и обеспечивает стабильность.

Ядро

Ядро можно охарактеризовать как самое большое органелла клетки. Само ядро ​​окружено двойной мембраной. (ядерная оболочка) и содержит генетическую информацию (гены), что делает ее центр управления ячейкой. Таким образом, он контролирует метаболизм клеток. и размножение.

Цитоплазма

Цитоплазма представляет собой жидкий матрикс (желеобразный) находится внутри клетки (вне ядра).Различные виды органеллы и минералы (соли) взвешены в этом постоянно текущем потоке. жидкость. Цитоплазма не только содержит все клеточные органеллы, но и помогает сохранить форму клетки.

Органеллы клетки могут быть описаны как клеточные субъединицы, специализирующиеся на выполнении определенных функций внутри клетки. Есть различные типы органелл в клетках, которые выполняют заданные функции.

Ниже приведены некоторые органеллы, которые можно найти в клетке (за исключением клеточная мембрана, цитозоль и ядро, упомянутые выше):

Митохондрии — Митохондрии представляют собой органеллы в форме стержней и сайты синтеза АТФ.Митохондрии также окружены двойным мембрана (внутренняя мембрана сильно загнута, образуя кристы).

Это органеллу обычно называют генератором энергии, поскольку она преобразует кислород и питательные вещества превращаются в химическую энергию, известную как АТФ (аденозинтрифосфат) который обеспечивает энергию, необходимую для различных видов деятельности клетки.

Апарт митохондрия, являющаяся местом синтеза АТФ, также участвует в самоуничтожение клетки в процессе, известном как апоптоз.

Рибосомы — обнаружены в цитоплазме и на поверхности шероховатой эндоплазмы reticulum рибосомы состоят из РНК и белков. Их можно описать как «клеточные фабрики», поскольку они несут ответственность за синтез белковых молекул.

Лизосомы — Это мешковидные структуры, окруженные мембрана (одинарная мембрана). Лизосомы содержат пищеварительные ферменты, которые отвечает за расщепление белков, липидов и нуклеиновых кислот.Кроме того, лизосомы также участвуют в удалении молекул отходов, а также рециклинг молекулярных субъединиц.

Тело Гольджи — Это уплощенные структуры в клетке отвечает за временное хранение белка в клетке.

Вакуоли — Вакуоли также заключены в мембрану и служат для хранения такие материалы, как продукты питания, вода, минералы и отходы среди прочего.

Некоторые другие органеллы включают:

---

Клеточный цикл относится к последовательности в активно делящиеся клетки, где клетки проходят несколько стадий, прежде чем в конечном итоге разделение.

Этапы клеточного цикла включают:

• Две фазы перерыва (G1 и G2)
• Фаза S (синтез)
• Фаза M

В GI происходят метаболические изменения. подготовка клетки к процессу деления. В данной точке, известной как точка ограничения, клетка совершает деление клетки и переходит к следующему фаза.

S — S-фаза включает синтез ДНК. это на этом этапе репликация генетического материала начинается с каждого из хромосома, имеющая двух хроматических сестер.

G2 — Во время этой фазы метаболические изменения, которые собирают необходимые цитоплазматические материалы для митоза процесс и расщепление материнской клетки.

M — На этапе M происходит ядерное разделение с последующим делением клетки.

У большинства животных клетки могут делиться митозом или мейоз. Хотя эти два процесса приводят к производству новых клеток, они разные и производят разные дочерние клетки.

Митоз

Митоз — это тип деления клеток. во всех соматических клетках. Это типы клеток, из которых состоит тело ткани (кроме гамет / половых клеток). Следовательно, первостепенная роль митоза рост и замена изношенных клеток.

По сути, митоз приводит к диплоидным клеткам из одной клетки. Здесь копируется хромосома с последующим разделением копии на разных сторонах ячейки, прежде чем ячейка в конечном итоге разделится на два.В конце концов, каждая из новых клеток имеет копию хромосомы.

Подробнее о хромосомах.

Митоз имеет 5 основных фаз, которые включают:

Интерфаза — Здесь цепь ДНК реплицируется / копируется в производят так называемую двухвалентную хромосому (состоящую из двух хроматид или Нити ДНК, которые являются точными копиями друг друга). На межфазной стадии новая нить прикрепляется к исходной в точке, известной как центромера.

Профаза — Это вторая стадия митоза. Здесь двухвалентный хромосомы, образующиеся во время интерфазной конденсации, образуют плотные упаковки.

Метафаза — Это третий этап, на котором каждая хромосома выстраивается в линию. в центре клетки. Мембрана ядра уже начала растворяться с каждым из митотических веретен, прикрепленных к каждому из хроматиды. Здесь кажется, что хроматиды растягиваются в сторону любой полюс клетки.

Анафаза — Во время анафазы, четвертой стадии митоза, хроматиды прикрепленные к веретенам разделены (хроматиды разделены со своих копий) и тянули к обеим сторонам камеры. Это приводит к двум группы одновалентных хромосом.

Телофаза — В конце анафазы начинается другая стадия, где ядерная мембраны начинают формироваться вокруг двух сформированных групп хромосом.В волокна веретена, прикрепленные к хроматидам, разбираются. Здесь хромосомы также конденсируются.

В конце концов цитоплазма делится / расщепляется с клеткой мембрана формируется на каждой из двух дочерних клеток. Этот процесс известен как цитокинез. Каждая из новых ячеек имеет 46 моновалентных хромосом и генетическую информацию, идентичную Другой.

При митозе важно, чтобы генетическая информация копируется при формировании новых клеток. Это потому, что хромосомы иметь всю информацию о функциях клетки.

Успешно копирование информации в новые ячейки гарантирует, что новая ячейка функционирует правильно. В случае возникновения проблемы новая ячейка не сможет чтобы выполнять свою функцию так, как должно быть. Это приведет к осложнениям в зависимости от функции клетки.

Мейоз

В отличие от митоза, мейоз производит гаплоидные клетки.

Диплоид — Две новые дочерние клетки из исходной клетки с тем же количество хромосом.

Гаплоид — При мейозе (редуктивный тип деления клеток) возникающий в клетках будет меньше хромосом.

Стадии

Мейоз также отличается от митоза тем, что Есть две фазы деления клеток. Это мейоз I и мейоз II.

Профаза 1 — Здесь гомологичные хромосомы спариваются и обмениваются ДНК образуют рекомбинантные хромосомы.Этот этап заканчивается волокнами веретена. начинает формироваться, чтобы прикрепиться к хромосомам.

Метафаза 1 — Бивалентные хромосомы образуют двойной ряд прикрепив к веретену волокна.

Анафаза 1 — Гомологичные хромосомы (в каждом биваленте) разделяются и переходят к противоположным полюсам ячейки.

Телофаза 1 — При разделении хромосом ядерная мембрана начинает формироваться вокруг двух групп хромосом.Этот за ним следует цитокинез, при котором клетка расщепляется с образованием двух новых клеток. Это снова последовал мейоз II. Мейоз II следует тому же процессу, что и мейоз I. Однако это уменьшает вдвое количество хромосом.

* Мейоз — важный процесс, который приводит к генетическое разнообразие.

В чем разница между мейозом и митозом?

---

Все ячейки происходят из одной ячейки (одного оплодотворенная яйцеклетка). При дифференцировке клеток клетки становятся специализированными как тело. развивается.Помимо единственной исходной клетки (оплодотворенной яйцеклетки), стволовая ячейки также неспециализированные. Однако при определенных условиях они могут дифференцируются, чтобы стать специализированными клетками, которые выполняют определенные функции.

Хотя дифференцированные соматические клетки отличаются тем, что они выполняют разные функции, они содержат один и тот же геном. Однако разные типы клеток экспрессируют только некоторые из этих генов, что приводит к морфологическим и физиологическим различиям между их.

Клеточная биология — передача сигналов / передача сигналов

---

В клетках передача сигналов включает передача молекулярных сигналов. Это особенно заметно снаружи. клетка внутрь ее для соответствующего клеточного ответа. Сигналы (биохимические изменения) могут происходить либо из среды, в которой находится клетка, либо из других клетки, которые вызывают изменения.

Клетки имеют рецепторы на поверхности клетки, который получает сигнал, требующий ответа. Чтобы ответ состоялся, сигнал должен передаваться через клеточную мембрану.

Некоторые из распространенных внутриклеточных мессенджеров включают:

• цАМФ,
• цГМФ,
• оксид азота,
• липиды
• ионы Ca2 +

Передача сигналов клетки очень важна, учитывая, что она помогает контролировать и поддерживать нормальные физиологические процессы в организме. Различные процессы передачи сигналов приведут к различным ответам, включая клеточные дифференциация, разрастание клеток, а также метаболизм среди прочего.

Методы клеточной биологии

---

Клеточная биология в значительной степени занимается изучением структуры и функций клеток (морфологических и физиологических). По этой причине необходимо использовать ряд методов.

Некоторые из основных методов клеточной биологии включают в себя:

• Культура тканей / культура клеток
• Микроскопическая визуализация
• Окрашивание

Клетки и ткани можно культивировать с использованием сложные медиа.С клетками и тканями более сложных организмов культура СМИ должны быть более сложными, чтобы обеспечивать ту же среду, что и среда, из которой была получена клетка / ткань.

Что касается ткани, то процесс культивирования также позволяет получать отдельные клетки из ткани под вопросом для дополнительных исследований.

Процесс культивирования требует следующих содержит питательные вещества, такие как аминокислоты, витамины, соли, глюкоза и рост факторы среди прочего.

Культивирование клеток — важный метод. что он позволяет использовать только образец (клетки или ткань), чтобы узнать больше о клетках без необходимости использовать организм в целом. Это также дает ученым прекрасную возможность изучать клетки при различных условия.

См. Также: Культура клеток

Микроскопы использовались с 1670-х годов для наблюдения клетки. Сегодня микроскопы стали незаменимым инструментом в клеточной биологии. Сегодня существует гораздо больше методов микроскопии, которые позволили лучше рассмотреть клетки.

В последние годы мир микроскопии опытные достижения в технологиях визуализации, позволяющие увеличивать объемы информации для микроскопического анализа.

Некоторые из наиболее распространенных методов, используемых в клетках биология включает:

Окрашивание идет рука об руку с микроскопией. Хотя окрашивание может рассматриваться как важная часть микроскопии, окрашивание сам по себе очень полезен в клеточной биологии. Это позволяет увеличить контраст что, в свою очередь, позволяет ученым ясно видеть различные части клетки.

Хотя окрашивание очень полезно, когда дело доходит до просмотра образца под микроскоп, его нельзя использовать, когда ученый хочет наблюдать живые клетки.

Заключение

---

Клеточная биология — важная дисциплина, имеющая позволяет просматривать и изучать клетки уже несколько десятилетий. Стало особенно важно дифференцировать и определять разные типы клеток, клетки процессы, а также понимание различных болезней и недугов, связанных с неисправной ячейкой.

С развитием различных методов клеточной биологии, становится легче узнать больше о клетках и клеточных процессах для эффективное вмешательство при необходимости.

---

Подробнее о клетках:

Эукариоты — клеточная структура и различия

Прокариоты — клеточная структура и различия

Протисты — открытие протистов Кингдона с помощью микроскопии

Диатомовые водоросли — Классификация и характеристики плесневых грибов

, Aspergillus type

Водоросли — размножение, идентификация и классификация

Простейшие — анатомия, классификация, жизненный цикл и микроскопия

Бактерии — морфология, типы, среда обитания, анализ анаэробов, эубактерии, примеры, характеристики и характеристики

Археи — определение Классификация

Каковы функции липидов, белков и липосахаридов на клеточной мембране?

Узнайте о пассивной диффузии против активного транспорта

Взгляните на апоптоз

Узнайте о серотипах и антигенах

Дополнительная информация о одноклеточных организмах — обсуждение бактерий, простейших, грибов, водорослей и архей здесь

и многоклеточные организмы. Процессы и взаимодействия

Эндоцитоз против экзоцитоза

Связанные и интересные статьи:

Окрашивание по Граму — цель, процедура и подготовка

Эндоспорное пятно — понимание определений, методов и процедур

Капсульное пятно — определения, методы и процедуры

Информация по микробиологии

Информация по цитохимии.

Ознакомьтесь с экспериментами с микроскопом для начинающих.

И более сложные микроскопические эксперименты, такие как трихомы и микроскопия, паразиты под микроскопом, костная ткань под микроскопом, культура ткани

В чем разница между клеткой растения и клеткой животного?

В чем разница между микробиологией и биохимией?

Возвращение из клеточной биологии в MicroscopeMaster Research Home

сообщить об этом объявлении

Источники

Хаусман, Джеффри М.Купер, Роберт Э. (2000). «Сигнальные молекулы и их рецепторы».

Карл-Герман Нойман и Джафаргхоли Имани, Ашвани Кумар (2009) Подразделение клеток, рост клеток, дифференциация клеток.

Лодиш, Харви (2013). Молекулярная клеточная биология.

Шай Шахам (2006) Методы клеточной биологии.

Ссылки

http://www.di.uq.edu.au/sparqcbecellintro

Структура и функции клеток — Биология LibreTexts

1.Описание структуры и функции клетки.

Клетки имеют фундаментальное значение для изучения биологии. Каждое живое существо состоит из клеток, они являются строительными блоками жизни. Все клетки обладают схожими характеристиками и могут быть определены с помощью клеточной теории.

Теория клеток

1. Все живые существа состоят из клеток.
2. Все клетки возникают из уже существующих клеток путем деления клеток.
3. Клетки содержат наследственный материал, который они передают дочерним клеткам во время деления клеток.
4. Химический состав всех клеток очень похож.
5. Метаболические процессы, связанные с жизнью, происходят внутри клеток.

Все ячейки имеют несколько общих основных характеристик:

1. Плазменная мембрана : селективный барьер, который окружает клетку (клетки растений и бактерий также содержат клеточную стенку ).

2. Цитозоль : расположенный внутри плазматической мембраны, это желеобразная жидкость, которая поддерживает органеллы и другие клеточные компоненты.

3. Цитоплазма : цитозоль и все органеллы, кроме ядра.

4. Рибосомы : органеллы, на которых происходит синтез белка.

5. ДНК : генетический материал, содержащийся в одной или нескольких хромосомах.

Несмотря на то, что все клетки обладают вышеуказанными характеристиками, они могут значительно отличаться по размеру, форме и функциям.

Прокариотические и эукариотические клетки

Есть две основные категории или типы клеток: прокариотические и эукариотические.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \). прокариотическая клетка (CC BY-NC-SA; LipeFontoura )

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \). животная клетка (CC BY-NC-SA; LadyOfHats )

Прокариотические клетки менее организованы и менее динамичны, чем эукариотические клетки. У прокариот отсутствуют органеллы, присутствующие в эукариотических клетках. Органеллы представляют собой небольшие мембранные тела, каждое из которых имеет определенную структуру и функцию.У прокариотов действительно есть цитоплазма — материал, содержащийся в плазматической мембране и клеточной стенке. Цитоплазма включает рибосомы (место синтеза белка) и ферменты. Прокариоты также имеют нуклеоид — область внутри бактериальной клетки, в которой ДНК физически организована, но не окружена мембраной. Бактерии и архебактерии являются прокариотическими.

Клетки растений, животных и грибов — это эукариотических клеток. Ядро эукариотической клетки связано ядерной оболочкой и содержит нуклеоплазму.Цитоплазма, находящаяся между плазматической мембраной и ядром, состоит из жидкости и органелл. Многие органеллы имеют мембраны, такие как ядрышко, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы и хлоропласты.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \). (CC BY-NC-SA)

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \). растительная клетка (CC BY-NC-SA; LadyOfHats )

Учебное пособие по структуре и функциям ячеек от Dr.Кэтрин Харрис находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License .

Это руководство финансировалось грантом Title V-STEM № P031S0.

Функция и структура клеточной мембраны

Клеточная мембрана (плазматическая мембрана) — это тонкая полупроницаемая мембрана, которая окружает цитоплазму клетки. Его функция заключается в защите целостности внутренней части клетки, позволяя одним веществам проникать в клетку, не допуская попадания других веществ.Он также служит основой для прикрепления цитоскелета у одних организмов и клеточной стенки у других. Таким образом, клеточная мембрана также помогает поддерживать клетку и поддерживать ее форму.

Ключевые выводы

• Клеточная мембрана — это многогранная мембрана, которая окружает цитоплазму клетки. Он защищает целостность клетки, а также поддерживает клетку и помогает поддерживать форму клетки.
• Белки и липиды являются основными компонентами клеточной мембраны.Точная смесь или соотношение белков и липидов может варьироваться в зависимости от функции конкретной клетки.
• Фосфолипиды — важные компоненты клеточных мембран. Они спонтанно образуют липидный бислой, который является полупроницаемым, так что только определенные вещества могут диффундировать через мембрану внутрь клетки.
• Подобно клеточной мембране, некоторые клеточные органеллы окружены мембранами. Ядро и митохондрии — два примера.

Другая функция мембраны — регулировать рост клеток за счет баланса эндоцитоза и экзоцитоза.При эндоцитозе липиды и белки удаляются из клеточной мембраны по мере интернализации веществ. При экзоцитозе везикулы, содержащие липиды и белки, сливаются с клеточной мембраной, увеличивая размер клетки. Клетки животных, клетки растений, прокариотические клетки и клетки грибов имеют плазматические мембраны. Внутренние органеллы также покрыты мембранами.

Структура клеточной мембраны

Британская энциклопедия / UIG / Getty Images

Клеточная мембрана в основном состоит из смеси белков и липидов.В зависимости от расположения мембраны и ее роли в организме липиды могут составлять от 20 до 80 процентов мембраны, а остальное — белки. В то время как липиды помогают придать мембранам гибкость, белки контролируют и поддерживают химический климат клетки и помогают в переносе молекул через мембрану.

Липиды клеточной мембраны

Микроскопический вид фосфолипидов.

Stocktrek Images / Getty Images

Фосфолипиды являются основным компонентом клеточных мембран.Фосфолипиды образуют липидный бислой, в котором их гидрофильные (привлеченные водой) области головы спонтанно располагаются так, чтобы быть обращенными к водному цитозолю и внеклеточной жидкости, в то время как их гидрофобные (отталкиваемые водой) участки хвоста обращены в сторону от цитозоля и внеклеточной жидкости. Липидный бислой является полупроницаемым, что позволяет только определенным молекулам диффундировать через мембрану.

Холестерин — еще один липидный компонент мембран клеток животных. Молекулы холестерина селективно распределены между фосфолипидами мембран.Это помогает удерживать клеточные мембраны от жесткости, предотвращая слишком плотную упаковку фосфолипидов. Холестерин не содержится в мембранах растительных клеток.

Гликолипиды расположены на поверхности клеточных мембран и имеют прикрепленную к ним углеводную сахарную цепь. Они помогают клетке распознавать другие клетки тела.

Белки клеточной мембраны

Липопротеины и PCSK9 связываются с рецепторами.

МАУРИЦИО ДЕ АНДЖЕЛИС / НАУЧНАЯ ФОТОБИБЛИОТЕКА / Getty Images

Клеточная мембрана содержит два типа ассоциированных белков. Белки периферической мембраны являются внешними по отношению к мембране и связаны с ней посредством взаимодействия с другими белками. Интегральные мембранные белки вставлены в мембрану и в большинстве своем проходят через мембрану. Части этих трансмембранных белков открыты с обеих сторон мембраны. Белки клеточной мембраны выполняют ряд различных функций.

Структурные белки помогают придавать клеткам поддержку и форму.

Белки рецептора клеточной мембраны помогают клеткам общаться с внешней средой с помощью гормонов, нейротрансмиттеров и других сигнальных молекул.

Транспортные белки , такие как глобулярные белки, переносят молекулы через клеточные мембраны посредством облегченной диффузии.

Гликопротеины имеют прикрепленную к ним углеводную цепь. Они встроены в клеточную мембрану и помогают межклеточной коммуникации и транспорту молекул через мембрану.

Структуры эукариотических клеток

Изображение хромосом.

Библиотека научных фотографий — SCIEPRO / Getty Images

Клеточная мембрана — это только один компонент клетки.Следующие клеточные структуры также можно найти в типичной эукариотической клетке животного:

• Центриоли — помогают организовать сборку микротрубочек.
• Хромосомы — ДНК клетки дома.
• Реснички и жгутики — помощь в перемещении клеток.
• Эндоплазматическая сеть — синтезирует углеводы и липиды.
• Аппарат Гольджи — производит, хранит и отгружает определенные клеточные продукты.
• Лизосомы — переваривают клеточные макромолекулы.
• Митохондрии — обеспечивают клетку энергией.
• Nucleus — контролирует рост и размножение клеток.
• Пероксисомы — выводят токсины из алкоголя, образуют желчную кислоту и используют кислород для расщепления жиров.
• Рибосомы — ответственные за производство белка посредством трансляции.

Источники

• Рис, Джейн Б. и Нил А. Кэмпбелл. Биология Кэмпбелла . Бенджамин Каммингс, 2011.

»Каков элементный состав клетки?

Каков элементный состав клетки?

Reader Mode

Одна из самых интересных химических асимметрий, связанных с жизнью на Земле, — это несоответствие между составом клеток и неодушевленной материей.В результате богатых и разнообразных метаболических процессов, которые заставляют клетки работать, живая химия в значительной степени построена на углероде, кислороде, азоте и водороде, причем эти элементарные компоненты служат ключевыми строительными блоками, составляющими сухой вес клетки.

Рис. 1: Оценка количества атомов в человеческом теле на оборотной стороне конверта. Основываясь на основных элементах тела, масса человека преобразуется в моли атомов, а оттуда в абсолютное число, дающее быструю оценку порядка величины.

Сухая масса E. coli содержит на каждый атом азота примерно 2 атома кислорода, 7 атомов водорода и 4 атома углерода. Следовательно, эмпирический состав может быть аппроксимирован как C ₄ : H ₇ : O ₂ : N _1. Эмпирический состав на углеродной основе дает эквивалентный эмпирический состав C: H _1,77 : О _0,49 : N _0,24 (BNID 101800). В абсолютном выражении в среднем E.coli (BNID 103010), что соответствует количеству людей на Земле и, что интересно, меньше, чем количество транзисторов в современном компьютерном чипе. Для бутоновых дрожжей пропорциональный состав аналогичен, а именно: C: H _1,61 : O _0,56 : N _0,16 (BNID 101801). Сколько атомов в человеческом теле? Можно было бы ответить «это зависит» (например, от веса), но мы предпочитаем оценивать порядок величин, как показано на рис. 1, думая о взрослом несколько меньше 100 кг и атоме в человеческом теле. в среднем с массой 10 Да, таким образом достигая примерно 1000 моль или где-то между 10 ²⁷ -10 ²⁸ атомами.

Рис. 2: Сравнение элементного состава по массе в процентах для наиболее распространенных элементов в организме человека (А) и земной коры и (В) океане. Изображены только элементы, концентрация которых в человеческом теле составляет не менее 1 части на миллион. Некоторые элементы, концентрация которых ниже минимального значения на оси абсцисс, обозначены стрелкой. Данные из BNID 110362, 107256, 107257, 107258, 103490.

Как отмечалось выше, интересно сравнить состав ячеек с составом клеток земной коры или океанов, как показано на Рисунке 2 (BNID 101362).Поразительно, но углерод и водород, составляющие большую часть живого вещества, относительно редко встречаются в земной коре. Углерод входит только в качестве наиболее распространенного элемента 17 ^-го , а водород — в качестве немного более высокого компонента, занимающего 10 ^{-е место} , намного уступая основным компонентам: кислород (60,5%), кремний (20,5%) и алюминий (6,2%). ). Точно так же в атмосфере основное углеродсодержащее соединение CO _2, составляет всего ≈380 частей на миллион, и извлечение этого разбавленного ресурса является основной причиной необходимости поливать растения.Растения теряют воду при открытии устьиц — небольших пор на листьях, которые являются каналами для переноса молекул углекислого газа. На этот повседневный процесс приходится две трети потребления воды человечеством (BNID 105887). Водород, который преобладал в ранней атмосфере Земли, был утерян в космосе на протяжении всей истории Земли. Этот процесс потери является результатом низкой массы водорода, потому что тепловые скорости, которые он достигает при высоких температурах, преобладающих в верхних слоях атмосферы, обеспечивают достаточную кинетическую энергию для преодоления гравитационного притяжения Земли.Эта струйка продолжается сегодня со скоростью ≈3 кг / с из земной атмосферы (Catling 2009).

Рисунок 3: Расчет обратной стороны конверта для оценки соотношения различных элементов в ячейке. Учитываются только доминирующие составляющие, а именно аминокислоты, составляющие белки, и нуклеотиды, составляющие РНК и ДНК.

Можем ли мы сказать что-то еще об элементном составе живого вещества, размышляя о составе основных макромолекулярных компонентов клетки? В частности, как мы можем вывести элементные соотношения на основании нашего знакомства с компонентами клетки, не обращаясь к эмпирическим измерениям? Бактериальная клетка содержит около 55% белка, 20% нуклеиновых кислот, 10% липидов и еще 15% различных других компонентов (по весу, BNID 101436).Используя тот факт, что массовое отношение белков к нуклеиновым кислотам составляет примерно 3: 1, мы исследуем на рисунке 3, как далеко могут уйти несколько простых фактов об этих двух доминирующих компонентах при оценке элементного состава клетки.

Нуклеотид состоит из основной цепи фосфата (PO ₄ ) и рибозы (C ₅ H ₈ O ₂ ) и основания (~ N ₅ C ₅ O ₁ H ₆ — на примере гуанина).Таким образом, общий химический состав P ₁ N ₅ O ₇ C ₁₀ H ₁₄ с общей массой около 350 Дальтон (BNID 104886). Аминокислота состоит из скелета с пептидной связью –RC (O) NH-, где первая группа (R) представляет собой углерод, несущий остаток, который в среднем состоит примерно из 3 атомов углерода, 1 кислорода и 6 атомов водорода, что приводит к общему количеству атомов углерода. элементный состав N ₁ C ₅ O ₂ H ₈ и масса около 110 Дальтон (BNID 104877).Если мы сосредоточим наше внимание только на содержании белков и нуклеиновых кислот в клетках, мы теперь готовы оценить общий состав клетки. Чтобы понять это, напомним, что масса белка в типичной бактерии примерно в 3 раза больше, чем масса нуклеиновых кислот. Кроме того, поскольку нуклеиновые кислоты примерно в три раза превышают массу аминокислот, это означает, что на каждый нуклеотид приходится примерно 10 аминокислот. Нам необходимо оценить химический состав смеси из 10 аминокислот и 1 нуклеиновой кислоты, что приведет к стехиометрическому соотношению 10 × (NC ₅ O ₂ H ₈ ) + 1 × (PN ₅ O ₇ C ₁₀ H ₁₄ ) = (C ₆₀ : O ₂₇ : H ₉₄ : N ₁₅ : P ₁ ).Нормализовавшись по количеству атомов азота, получим C ₄ : H _6,3 : O _1,8 : N ₁ довольно близко к эмпирическому значению C ₄ : H ₇ : O ₂ : N ₁ (или C: H _1,77 : O _0,49 : N _0,24 ). Эта оценка может быть уточнена, если мы включим следующий по величине вклад в клеточную массу, а именно липиды, на которые приходится ~ 10% этой массы. Эти молекулы в основном состоят из жирных кислот, которые содержат примерно вдвое больше атомов водорода, чем углерод, и очень мало кислорода.Таким образом, включение липидов в нашу оценку увеличит долю H и уменьшит долю O, что приблизит нашу грубую оценку к измеренной элементной формуле биомассы клетки. Смысл оценки того, что уже известно с помощью эмпирической формулы, состоит в том, что это служит критической проверкой нашего понимания основных биологических компонентов, определяющих состав клетки.

Почему именно эти элементы были выбраны для выполнения биологических ролей? Почему углерод является основой жизни, какой мы ее знаем? Эти вопросы обсуждаются в подробных книгах по этой теме (фраусто да Силва и Уильямс, Стернер и Эльзер).В заключение мы отметим, что в области элементарной стехиометрии жизни все еще могут быть сюрпризы. Например, в недавней громкой публикации утверждалось, что раскрывается существование бактерий, которые заменяют использование фосфата элементом мышьяка, который находится на одну строчку ниже в периодической таблице и очень распространен в озере Моно, Калифорния. Однако более тщательные исследования показали, что эти организмы обладают высокой устойчивостью к отравлению мышьяком, но по-прежнему нуждаются в фосфате. Активная дискуссия, опровергающая первоначальные утверждения, привела к возобновлению интереса к тому, как свойства элементов сдерживают эволюцию.

56656 Всего просмотров 4 просмотра сегодня

Взаимосвязь между структурой и функцией ячеек

«Форма соответствует функции» — распространенный рефрен в мире как естественных, так и человеческих форм инженерии. Когда речь идет о целенаправленном изготовлении повседневного инструмента, это часто очевидно: маленький ребенок, получивший лопату, стакан для питья, пару носков или молоток, вероятно, мог бы относительно легко определить, для чего предназначены эти инструменты, тогда как в в случае, например, велосипедной цепи или собачьего ошейника по отдельности, загадку решить значительно труднее.

Природные структуры, сформированные в течение миллионов лет эволюции, остаются на месте, потому что они были выбраны из-за преимуществ выживания, которые они дают организмам, которые ими обладают. Так обстоит дело с клетками, которые представляют собой простейшие природные структуры, обладающие всеми свойствами динамической сущности, известной как жизнь : воспроизводство, метаболизм, поддержание химического баланса и физическая прочность.

Структуры и функции клеток

Как и в «макро» мире, то, как части клетки взаимодействуют со своими функциями — как автономными, так и интегрированными с остальной частью клетки, — является увлекательной темой для изучения. биология сама по себе.

Состав и функции клеток значительно различаются как между организмами, так и, в случае сложных многоклеточных организмов, между различными тканями и органами одного и того же организма. Но все клетки имеют ряд общих элементов. К ним относятся:

• Клеточная мембрана: Эта структура образует внешнюю оболочку клетки и отвечает как за ее физическую целостность, так и за то, что одни вещества проходят внутрь и наружу, препятствуя прохождению других.На самом деле он состоит из двойной плазматической мембраны .
• Цитоплазма: Она образует внутреннее вещество клеток и состоит из водянистого матрикса, который поддерживает другое внутреннее содержимое клетки, подобно каркасу. Жидкая часть, не являющаяся органеллами, называется цитозолем , и большинство химических реакций в клетке происходит здесь с помощью белков, называемых ферментами.
• Генетический материал: Генетический материал, полная копия которого содержится почти в каждой клетке организма, несет информацию, необходимую для синтеза белка, в виде дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).ДНК — это то, что передается последующим поколениям в процессе репродукции.
• Рибосомы: Эти белки отвечают за производство всех белков, необходимых организму. Они принимают направление от рибонуклеиновой кислоты-мессенджера (мРНК). На рибосомах отдельные аминокислоты связаны друг с другом, образуя цепи, образующие белки. МРНК производится ДНК в процессе, называемом транскрипцией ; преобразование инструкций мРНК в белки на рибосомах, которые состоят из двух субъединиц, известно как трансляция .

Прокариотические клетки против эукариотических клеток

Живые существа можно разделить на два типа: Прокариоты , которые включают домены Бактерии и Археи, и эукариоты, , которые состоят из домена Eukaryota. Большинство прокариот — одноклеточные организмы, тогда как почти все эукариоты — растения, животные и грибы — многоклеточные.

Прокариотические клетки включают четыре уже описанные структуры, но не более того, хотя бактерии действительно имеют клеточные стенки .Многие из них также имеют ячейку , капсулу ; их основная функция — защита. У некоторых прокариот также есть шиповидные структуры на поверхности, называемые жгутиками . Как можно догадаться по внешнему виду, они используются в основном для передвижения.

Эукариотические клетки, напротив, богаты органеллами , которые являются мембраносвязанными объектами, которые служат клетке определенным образом. Важно отметить, что эукариоты размещают свою ДНК внутри ядра , тогда как у прокариот, у которых отсутствуют какие-либо внутренние мембраносвязанные структуры, ДНК плавает в рыхлом кластере в цитоплазме, называемом областью нуклеоида .

Органеллы и мембраны: общие характеристики

Взаимоотношения между частями клетки и их функциями элегантно и четко иллюстрируются органеллами эукариот. В свою очередь, все органеллы имеют плазматическую мембрану. Каждая плазматическая мембрана в клетках, включая внешнюю, названную клеточную мембрану, а также мембраны, вмещающие органеллы, состоит из фосфолипидов бислоя .

Этот бислой состоит из двух отдельных «листов», обращенных друг к другу зеркально.Внутри есть гидрофобные, или водоотталкивающие части каждого слоя, которые состоят из липидов в форме жирных кислот. Внешние части, напротив, являются гидрофильными, или водоотталкивающими, и состоят из фосфатных частей молекул фосфолипидов.

Таким образом, одна «стенка» гидрофильных фосфатных головок обращена внутрь органеллы (или, в случае клеточной мембраны как таковой, цитоплазмы), тогда как другая обращена к внешней, или цитоплазматической, стороне (или в случае клеточной мембраны как таковой). клеточная мембрана, внешняя среда).

Структура мембраны такова, что небольшие молекулы, такие как глюкоза и вода, могут свободно перемещаться между молекулами фосфолипидов, тогда как более крупные не могут и должны активно закачиваться внутрь или наружу (или запрещать прохождение, период). Опять же, структура соответствует функции.

Ядро

Хотя обычно его не называют органеллой из-за его первостепенной важности, ядро ​​на самом деле является ее воплощением. Его плазматическая мембрана называется ядерной оболочкой .Ядро содержит ДНК, упакованную в хроматина , который представляет собой богатое белком вещество, разделенное на хромосомы.

Когда делятся хромосомы, а вместе с ними и ядро, этот процесс называется митозом . Чтобы это произошло, митотическое веретено должно быть создано в ядре, которое, по сути, является мозгом клетки и потребляет значительную часть общего объема большинства клеток.

Митохондрии

Эти органеллы примерно овальной формы являются энергетическими установками эукариот, потому что они являются местом аэробного («кислородного») дыхания, источником большей части энергии, которую эукариоты получают из топлива, которое они едят (в в случае животных) или синтезировать с помощью солнечного света (в случае растений).

Считается, что митохондрии возникли более 2 миллиардов лет назад, когда аэробные бактерии оказались внутри существующих неаэробных клеток и начали метаболически взаимодействовать с ними. Множество складок их мембран, где на самом деле происходит аэробное дыхание, — еще один пример слияния структуры и функции клеток.

Endoplasmic Reticulum

Эта мембранная структура скорее похожа на «шоссе», поскольку она идет от ядра (и фактически соединяется с его мембраной) через клетку до самых отдаленных уголков цитоплазмы.Он несет и модифицирует белковые продукты, вырабатываемые рибосомами.

Некоторая эндоплазматическая сеть называется грубая эндоплазматическая сеть , потому что она усеяна рибосомами, что можно увидеть под микроскопом; формы, лишенные рибосом, соответственно называются гладкой эндоплазматической сетью .

Другие органеллы

Аппарат Гольджи похож на эндоплазматический ретикулум в том, что он упаковывает и обрабатывает белки и другие вещества, вырабатываемые клетками, но он расположен на круглых дисках, расположенных друг над другом, как рулон монет или стопка монет. крошечные блины.

Лизосомы являются центрами утилизации клеточных отходов, и, соответственно, эти маленькие глобулярные тельца содержат ферменты, которые растворяют и выделяют продукты распада клетки, возникающие в результате повседневного метаболизма.