Химическая организация клетки: Презентация по теме: Химическая организация клетки

Содержание

Ejercicio de Химическая организация клетки. Неорганические вещества

Ejercicio de Химическая организация клетки. Неорганические вещества

Búsqueda avanzada



¡Terminado!

Estilo del cuadro de texto:

Fuente: AldrichAmatic SCAnnie Use Your TelescopeArchitects DaughterArialBaloo PaajiBangersBlack Ops OneBoogalooBubblegum SansCherry Cream SodaChewyComic NeueComing SoonCovered By Your GraceCrafty GirlsCreepsterDancing ScriptEscolarExo 2Fontdiner SwankyFreckle FaceFredericka the GreatFredoka OneGloria HallelujahGochi HandGrand HotelGurmukhiHenny PennyIndie FlowerJolly LodgerJust Me Again Down HereKalamKrankyLobsterLobster TwoLove Ya Like A SisterLuckiest GuyMountains of ChristmasNeuchaOpen SansOrbitronOswaldPacificoPatrick HandPernament MarkerPinyon ScriptRanchoReenie BeanieRibeye MarrowRock SaltRusso OneSacramentoSatisfySchoolbellShadows Into Light TwoSpecial EliteUbuntuUnkemptVT323Yanone Kaffeesatz    Tamaño: 89101112131416182022242832364050607080px

Color de fuente&nbsp  Color de fondo&nbsp  Color del borde

Opacidad del fondo: 0. 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
Tamaño del borde: 012345678910
Esquinas redondeadas: 02468101216202430
Alineación de texto: CentroIzquierdaDerechaJustificar

 

 

Por favor, permite el acceso al micrófono
Mira en la parte alta de tu navegador. Si ves un mensaje pidiendo tu permiso para acceder al micrófono, por favor permítelo.

Cerrar

Biokan — Химическая организация клетки

Тема: 3. Химическая организация клетки.

 

             Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки. Строение и биологические функции органических веществ. Ферменты и их действие. Редупликация ДНК.

 

Задания:

1. Повторить учебный материал.

2. Ответить на вопросы самоконтроля.

3. Проанализировать таблицу.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие химические элементы входят в состав клетки?

2. Какие неорганические вещества входят в состав клетки?

3. Каково значение воды для жизнедеятельности клетки?

4. Какие соли входят в состав клетки?

5. Каково значение для клетки солей азота, фосфора, калия, натрия?

6. В чем разница между органическими и неорганическими веществами?

7. Какие органические вещества входят в состав клетки?

8. Что такое денатурация белка?

9. Какие функции белков вам известны?

10. Сколько видов аминокислот входит в состав белка?

11. Какие функции жиров вам известны?

12. Где синтезируется АТФ в клетке?

13. Каково значение АТФ в жизнедеятельности клетки?

14. Что такое микроэлементы? Приведите примеры и охарактеризуйте их биологическую роль?

15.  Какие элементы называются биоэлементами? Почему?

16. Что такое буферность? Какие вещества обуславливают буферные свойства клетки?

17. Что такое первичная структура белка?

18. Укажите функции углеводов?

19. Что такое нуклеиновые кислоты?

20. Какие типы нуклеиновых кислот вы знаете?

21. Чем отличаются по строению молекулы ДНК и РНК?

22. Какие виды РНК имеются в клетке?

23. Что такое «комплементарность»?

 

 

Выполните контрольную работу

 

Контрольная работа № 2

 

1. Какие химические элементы входят в состав любых клеток (О, С, Н, К, Р, N)?

2. Какие соединения называются органическими (содержащие углерод, содержащие азот, содержащие серу)?

3. Какие вещества являются мономерами белка (глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерин)?

4. Что происходит при денатурации белка (скручивание молекулы белка, раскручивание молекулы белка)?

5. Какие углеводы характерны для животных клеток (крахмал, целлюлоза, гликоген)?

6.  Какие углеводы являются полисахаридами (глюкоза, рибоза, целлюлоза, крахмал)?

 

 

Выполните задание. Заполните пустые строчки. Заполните таблицу. Приведите примеры.

 

Элементарный состав клетки.

 


Кислород-   ________                     Сера —          _________

Углерод —     ________                    Фосфор —    _________

Водород —     ________        98%     Калий —      _________

Азот —            ________                    Хлор –       _________                

                                                           Кальций – _________    1,9%

                                                           Магний –  _________

                                                           Натрий –   _________

                                                           Железо —   _________

Все остальные элементы – 0,1%.

 

Химические соединения клетки

 

Соединения

Содержание %

Функция

Вода

 

 

Соли

 

 

Белки

 

 

Липиды

 

 

Углеводы

 

 

Нуклеиновые кислоты

 

 

АТФ и другие низкомолекулярные соединения

 

 


Выполните задание. Допишите текст.

 

 Белки -______________________________________________________________________________________________________________

 

Структура белков

 

Первичная —

Вторичная —

Третичная —

Четвертичная —

 

 

 

 

 

 

 

Липиды — ______________________________________________________________________________________________________________

 

Функции липидов

 

Функции

Примеры

Энергетическая

 

Строительная

 

Защитная

 

Регуляторная

 

 

 

ЗАПОМНИТЕ!

 

ДНК

РНК

Структура

Двойная спираль

Различная для разных РНК

Количество цепей

Две

Одна

Азотистые основания в нуклеотидах

Аденин, гуанин, цитозин, Тимин

Аденин, гуанин, цитозин, урацил

Моносахариды в нуклеотидах

Дезоксирибоза

Рибоза

Способ синтеза

Удвоение по принципу комплементарности. Каждая новая двойная спираль содержит одну вновь синтезированную цепь

Матричный синтез по принципу комплементарности на основе одной из цепей ДНК

Функции

Сохранение и передача в ряду поколений генетической информации

Участие в синтезе белка:

м- РНК (матричная)- передает информацию о структуре белка от ДНК к месту его синтеза;

р-  РНК (рибосомная) – входит в структуру рибосом, на которых синтезируется белок;

т- РНК (транспортная)- транспортирует молекулы аминокислот к рибосомам.

Химическая организация клетки (Реферат) — TopRef.ru

Введение.

Клетка – элементарная единица жизни на Земле. Она обладает всеми признаками живого организма: растет, размножается, обменивается с окружающей средой веществами и энергией, реагирует на внешние раздражители.

Начало биологической эволюции связано с появлением на Земле клеточных форм жизни.

Одноклеточные организмы представляют собой существующие отдельно друг от друга клетки. Тело всех многоклеточных – животных и растений – построено из большего или меньшего числа клеток, которые являются своего рода блоками, составляющими сложный организм. Независимо от того, представляет ли собой клетка целостную живую систему – отдельный организм или составляет лишь его часть, она наделена набором признаков и свойств, общим для всех клеток.

Цель: изучить элементарную единицу строения живых организмов – клетку.

Основные задачи:

  • Познакомиться с неорганическими и органическими веществами клетки.

  • Рассмотреть обмен веществ и преобразование энергии в клетке.

  • Изучить клеточную теорию строения организмов.

  1. Химический состав клетки.

В клетках обнаружено около 60 элементов периодической системы Менделеева, встречающихся и в неживой природе.

Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. В живых организмах наиболее распространены водород, кислород, углерод и азот, которые составляют около 98% массы клеток. Такое обусловлено особенностями химических свойств водорода, кислорода, углерода и азота, вследствие чего они оказались наиболее подходящими для образования молекул, выполняющих биологические функции. Эти четыре элемента способны образовывать очень прочные ковалентные связи посредством спаривания электронов, принадлежащих двум атомам. Ковалентно связанные атомы углерода могут формировать каркасы бесчисленного множества различных органических молекул. Поскольку атомы углерода легко образуют ковалентные связи с кислородом, водородом, азотом, а также с серой, органические молекулы достигают исключительной сложности и разнообразия строения.

Кроме четырех основных элементов в клетке в заметных количествах (10ые и 100ые доли процента) содержатся железо, калий, натрий, кальций, магний, хлор, фосфор и сера. Все остальные элементы (цинк, медь, йод, фтор, кобальт, марганец и др.) находятся в клетке в очень малых количествах и поэтому называются микроэлементами.

Химические элементы входят в состав неорганических и органических соединений. К неорганическим соединениям относятся вода, минеральные соли, диоксид углерода, кислоты и основания. Органические соединения – это белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды) и липоиды. Кроме кислорода, водорода, углерода и азота в их состав могут входить другие элементы. Некоторые белки содержат серу. Составной частью нуклеиновых кислот является фосфор. Молекула гемоглобина включает железо, магний участвует в построении молекулы хлорофилла. Микроэлементы, несмотря на крайне низкое содержание в живых организмах, играют важную роль в процессах жизнедеятельности. Йод входит в состав гормона щитовидной железы – тироксина, кобальт – в состав витамина В12. гормон островковой части поджелудочной железы – инсулин – содержит цинк. У некоторых рыб место железа в молекулах пигментов, переносящих кислород, занимает медь.

    1. Неорганические вещества.

      1. Вода.

Н2О – самое распространенное соединение в живых организмах. Содержание ее в разных клетках колеблется в довольно широких пределах: от 10% в эмали зубов до 98% в теле медузы, но среднем она составляет около 80% массы тела. Исключительно важная роль воды в обеспечении процессов жизнедеятельности обусловлена ее физико-химическими свойствами. Полярность молекул и способность образовывать водородные связи делают воду хорошим растворителем для огромного количества веществ. Большинство химических реакций, протекающих в клетке, может происходить только в водном растворе. Вода участвует и во многих химических превращениях.

Общее число водородных связей между молекулами воды изменяется в зависимости от t°. При t° таяния льда разрушается примерно 15% водородных связей, при t° 40°С – половина. При переходе в газообразное состояние разрушаются все водородные связи. Этим объясняется высокая удельная теплоемкость воды. При изменении t° внешней среды вода поглощает или выделяет теплоту вследствие разрыва или новообразования водородных связей. Таким путем колебания t° внутри клетки оказываются меньшими, чем в окружающей среде. Высокая теплота испарения лежит в основе эффективного механизма теплоотдачи у растений и животных.

Вода как растворитель принимает участие в явлениях осмоса, играющего важную роль в жизнедеятельности клетки организма. Осмосом называют проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор какого-либо вещества. Полупроницаемыми называются мембраны, которые пропускают молекулы растворителя, но не пропускают молекулы (или ионы) растворенного вещества. Следовательно, осмос – односторонняя диффузия молекул воды в направлении раствора.

  1. Минеральные соли.

Большая часть неорганических в-в клетки находится в виде солей в диссоциированном, либо в твердом состоянии. Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде неодинакова. В клетке содержится довольно много К и очень много Nа. Во внеклеточной среде, например в плазме крови, в морской воде, наоборот, много натрия и мало калия. Раздражимость клетки зависит от соотношения концентраций ионов Na+, K+, Ca2+, Mg2+. В тканях многоклеточных животных К входит в состав многоклеточного вещества, обеспечивающего сцепленность клеток и упорядоченное их расположение. От концентрации солей в большой мере зависят осмотическое давление в клетке и ее буферные свойства. Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию ее содержимого на постоянном уровне. Буферность внутри клетки обеспечивается главным образом ионами Н2РО4 и НРО42-. Во внеклеточных жидкостях и в крови роль буфера играют Н2СО3 и НСО3. Анионы связывают ионы Н и гидроксид-ионы (ОН), благодаря чему реакция внутри клетки внеклеточных жидкостей практически не меняется. Нерастворимые минеральные соли (например, фосфорнокислый Са) обеспечивает прочность костной ткани позвоночных и раковин моллюсков.

Интерактивный плакат «Химическая организация клетки»

Интерактивный плакат «химическая организация клетки» Составитель: преподаватель УИФ ГБПОУ «ИЭК» Панов Е.И.

Пояснительная записка Цель: рассмотрение химического состава клетки как элементарной структурно-функциональной и генетической единицы всех живых организмов Интерактивный плакат «Химическая организация клетки» может быть использован на уроках биологии для учащихся 9-11 классов, а также студентов 1 курса колледжей Данную разработку можно предложить учащимся для самостоятельного изучения или закрепления пройденного материала

Клетка – элементарная структурно-функциональная единица всех живых организмов Биогенные элементы (до 98 %) Макроэлементы (1,5-2%) Микроэлементы (>0,01%) Ультра-микроэлементы (>0,00001%) Неорганические вещества Органические вещества Список использованных источников end

назад

назад Кислород O 62 Входит в состав воды и органических веществ; участвует в клеточном дыхании Углерод C 20 Входит в состав всех органических веществ Водород H 10 Входит в состав воды и органических веществ; участвует в процессах преобразования энергии Азот N 3 Входит в состав аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, АТФ, хлорофилла, витаминов Фосфор P 1,0 Входит в состав костной ткани и зубной эмали, нуклеиновых кислот, АТФ, некоторых ферментов Сера S 0,25 Входит в состав аминокислот (цистеин, цистин и метионин), некоторых витаминов, участвует в образовании дисульфидных связей при образовании третичной структуры белков

Калий K 0,25 Содержится в клетке только в виде ионов, активирует ферменты белкового синтеза, обуславливает нормальный ритм сердечной деятельности, участвует в процессах фотосинтеза, генерации биоэлектрических потенциалов Кальций Ca 2,5 Входит в состав клеточной стенки у растений, костей и зубов, повышает свертывание крови и сократимость мышечных волокон Хлор Cl 0,2 Преобладает отрицательный ион в организме животных. Компонент соляной кислоты в желудочном соке Натрий Na 0,1 Содержится в клетке только в виде ионов, обуславливает нормальный ритм сердечной деятельности, влияет на синтез гормонов Магний Mg 0,07 Входит в состав молекул хлорофилла, а также костей и зубов, активирует энергетический обмен и синтез ДНК Железо Fe Следы Входит в состав многих ферментов, гемоглобина и миоглобина, участвует в биосинтезе хлорофилла, в транспорте электронов, в процессах дыхания и фотосинтеза назад

Йод I 0,01 Входит в состав гормонов щитовидной железы Медь Cu Следы Входит в состав гемоцианинов у беспозвоночных, в состав некоторых ферментов, участвует в процессах кроветворения, фотосинтеза, синтеза гемоглобина Марганец Mn Следы Входит в состав или повышает активность некоторых ферментов, участвует в развитии костей, ассимиляции азота и процессе фотосинтеза Молибден Mo Следы Входит в состав некоторых ферментов (нитратредуктаза), участвует в процессах связывания атмосферного азота клубеньковыми бактериями Кобальт Co Следы Входит в состав витамина B12, участвует в фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями Бор B Следы Влияет на ростовые процессы растений, активирует восстановительные ферменты дыхания Цинк Zn Следы Входит в состав некоторых ферментов, расщепляющих полипептиды, участвует в синтезе растительных гормонов (ауксинов) и гликолизе Фтор F Следы Входит в состав эмали зубов и костей назад

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро, которые оказывают бактерицидное воздействие, ртуть, подавляющую обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Также к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Функции ультрамикроэлементов ещё малопонятны. назад

Неорганические вещества Вода 70-80 % Минеральные соли 1-1,5 % Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того, что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания. Роль воды в клетке определяется ее свойствами. Свойства эти довольно уникальны и связаны главным образом с малыми размерами молекул воды, с полярностью ее молекул и с их способностью, соединяться друг с другом водородными связями. Молекулы солей в водном растворе диссоциируют на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы: К+, Na+, Са2+, Mg2+ и анионы: Cl- h3PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Существенным является не  только содержание, но и соотношение ионов в клетке. назад функции воды функции солей

Транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. Метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций в клетке. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов и источником атомов водорода. Она же является источником свободного кислорода. Структурная. Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды. У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие). Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей (синовиальная в суставах позвоночных; плевральная в плевральной полости, перикардиальная в околосердечной сумке) и слизей (которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др. назад

Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения. С разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны связывают активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии. Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую pH внутриклеточной среды организма на уровне 6,9. Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему, которая поддерживает рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4. Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др. Некоторые катионы и анионы могут включаться в комплексы с различными веществами (например, анионы фосфорной кислоты входят в состав фосфолипидов, АТФ, нуклеотидов и др.; ион Fe2+ входит в состав гемоглобина и т.д.). назад

Органические вещества Белки 10-20% Липиды 1-5% Углеводы 0,2-2% Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) 1-2% Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) 0,1-0,5% Биологически активные вещества (БАВ) функции белков функции липидов функции углеводов функции ДНК и РНК функции АТФ функции БАВ назад

Структурная. Белки входят в состав клеточных мембран и органелл клетки. Стенки кровеносных сосудов, хрящи, сухожилия, волосы, ногти, когти у высших животных состоят преимущественно из белков. Каталитическая (ферментативная). Белки-ферменты катализируют протекание всех химических реакций в организме. Они обеспечивают расщепление питательных веществ в пищеварительном тракте, фиксацию углерода при фотосинтезе, реакции матричного синтеза и т. п. Транспортная. Белки способны присоединять и переносить различные вещества. Альбумины крови транспортируют жирные кислоты, глобулины — ионы металлов и гормоны. Гемоглобин переносит кислород и углекислый газ. Молекулы белков, входящие в состав плазматической мембраны, принимают участие в транспорте веществ в клетку и из нее. Защитная. Ее выполняют иммуноглобулины (антитела) крови, обеспечивающие иммунную защиту организма. Фибриноген и тромбин участвуют в свертывании крови и предотвращают кровотечение. Сократительная. Обеспечивается движением относительно друг друга нитей белков актина и миозина в мышцах и внутри клеток. Скольжение микротрубочек, построенных из белка тубулина, объясняется движение ресничек и жгутиков. Регуляторная. Многие гормоны являются олигопептидами или белками, например: инсулин, глюкагон, аденокортикотропный гормон и др. Рецепторная. Некоторые белки, встроенные в клеточную мембрану, способны изменить свою структуру на действие внешней среды. Так происходят прием сигналов из внешней среды и передача информации в клетку. Примером может служить фитохром — светочувствительный белок, регулирующий фотопериодическую реакцию растений, и опсин — составная часть родопсина, пигмента, находящегося в клетках сетчатки глаза. назад

Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы. Энергетическая. При окислении 1 г жиров высвобождается 38,9 кДж энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке и вокруг некоторых органов (почки, кишечник), жировой слой защищает организм от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести. Смазывающая и водоотталкивающая. Воска покрывают кожу, шерсть, перья, делают их более эластичными и предохраняют от влаги. Восковым налетом покрыты листья и плоды растений; воск используется пчелами в строительстве сот. Регуляторная. Многие гормоны являются производными холестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон). Метаболическая. Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот. назад

Энергетическая. Глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания (1 г углеводов при окислении высвобождает 17,6 кДж энергии). Структурная. Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок грибов. Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клетки (в виде гликопротеидов и гликолипидов) и образуют гликокаликс. Метаболическая. Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, дезоксирибоза — в состав нуклеотидов ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозодифосфат является акцептором СO2 в темновой фазе фотосинтеза). Пентозы и гексозы участвуют в синтезе полисахаридов; в этой роли особенно важна глюкоза. назад

ДНК РНК — аденин — тимин (в РНК – урацил) — гуанин — цитозин Азотистые основания (нуклеотиды) двухцепочечная спиралевидная молекула Основная функция — передача наследственной информации соединяются по принципу комплиментарности назад дезоксирибонуклеиновая кислота рибонуклеиновая кислота

Главная роль АТФ в организме связана с обеспечением энергией многочисленных биохимических реакций. Являясь носителем двух высокоэнергетических связей, АТФ служит непосредственным источником энергии для множества энергозатратных биохимических и физиологических процессов. Всё это реакции синтеза сложных веществ в организме: осуществление активного переноса молекул через биологические мембраны, в том числе и для создания трансмембранного электрического потенциала; осуществления мышечного сокращения. АТФ + h3O → АДФ + h4PO4 + энергия АДФ + h3O → АМФ + h4PO4 + энергия Помимо энергетической АТФ выполняет в организме ещё ряд других не менее важных функций: Вместе с другими нуклеозидтрифосфатами АТФ является исходным продуктом при синтезе нуклеиновых кислот. Кроме того, АТФ отводится важное место в регуляции множества биохимических процессов. Являясь аллостерическим эффектором ряда ферментов, АТФ, присоединяясь к их регуляторным центрам, усиливает или подавляет их активность. АТФ является также непосредственным предшественником синтеза циклического аденозинмонофосфата — вторичного посредника передачи в клетку гормонального сигнала. Также известна роль АТФ в качестве медиатора в синапсах и сигнального вещества в других межклеточных взаимодействиях (пуринергическая передача сигнала). назад

Ферменты (энзимы) – специфические белки, выполняющие в организме функции биологических катализаторов. Известно около 1000 ферментов, катализирующих соответствующее число индивидуальных реакций. Ферменты имеют высокую специфичность действия, интенсивность, действуют в «мягких» условиях (температура 30-35ºС, нормальное давление, рН~7). Гормоны – химические вещества, обладающие чрезвычайно высокой биологической активностью, образованы специфической тканью (железами внутренней секреции). Гормоны контролируют обмен веществ, клеточную активность, проницаемость клеточных мембран, обеспечивают гомеостаз, др. специфические функции. Обладают дистантным действием (разносятся кровью во все ткани). Антибиотики – вещества, образованные микроорганизмами или получаемые из других источников, обладающие антибактериальным, антивирусным, противоопухолевым действием. Витамины – группа дополнительных веществ еды, которые не синтезируются в организме человека. Витамины являются биологическими катализаторами химических реакций или реагентами фотохимических процессов в организме. Участвуют в обмене веществ в составе ферментных систем. назад

1.2B: Уровни организации живых существ

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. От органелл к биосферам
  2. Ключевые моменты
  3. Ключевые термины

Цели обучения

  • Описать биологические уровни организации от самого маленького до самого высокого уровня

Живые существа высокоорганизованы и структурированы, следуя иерархии, которую можно рассматривать в масштабе от малого до большого. Атом — самая маленькая и самая фундаментальная единица материи. Он состоит из ядра, окруженного электронами. Атомы образуют молекулы, которые представляют собой химические структуры, состоящие как минимум из двух атомов, удерживаемых вместе одной или несколькими химическими связями. Многие биологически важные молекулы представляют собой макромолекулы, большие молекулы, которые обычно образуются в результате полимеризации (полимер — это большая молекула, полученная путем объединения более мелких единиц, называемых мономерами, которые проще, чем макромолекулы). Примером макромолекулы является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), содержащая инструкции по строению и функционированию всех живых организмов.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): ДНК : Все молекулы, включая эту молекулу ДНК, состоят из атомов.

От органелл к биосферам

Макромолекулы могут образовывать агрегаты внутри клетки, окруженные мембранами; они называются органеллами. Органеллы — это небольшие структуры, которые существуют внутри клеток. К ним относятся, например, митохондрии и хлоропласты, выполняющие незаменимые функции. Митохондрии производят энергию для питания клетки, а хлоропласты позволяют зеленым растениям использовать энергию солнечного света для производства сахаров.Все живые существа состоят из клеток, и сама клетка является наименьшей фундаментальной структурной и функциональной единицей живых организмов. (Вот почему вирусы не считаются живыми: они не состоят из клеток. Чтобы создавать новые вирусы, они должны внедриться и захватить репродуктивный механизм живой клетки; только тогда они смогут получить материалы, необходимые им для размножения.) Некоторые организмы состоят из одной клетки, а другие многоклеточные. Клетки классифицируются как прокариотические или эукариотические.Прокариоты — это одноклеточные или колониальные организмы, у которых нет связанных с мембраной ядер; напротив, клетки эукариот имеют мембраносвязанные органеллы и мембраносвязанное ядро.

В более крупных организмах клетки объединяются в ткани, которые представляют собой группы подобных клеток, выполняющих сходные или родственные функции. Органы представляют собой совокупность тканей, сгруппированных вместе, выполняющих общую функцию. Органы есть не только у животных, но и у растений. Система органов – это более высокий уровень организации, состоящий из функционально связанных органов.У млекопитающих множество систем органов. Например, кровеносная система транспортирует кровь по телу, в легкие и обратно; он включает такие органы, как сердце и кровеносные сосуды. Более того, организмы — это индивидуальные живые существа. Например, каждое дерево в лесу — это организм. Одноклеточные прокариоты и одноклеточные эукариоты также считаются организмами и обычно называются микроорганизмами.

Все особи вида, обитающие в определенной области, вместе называются популяцией.Например, в лесу может быть много сосен. Все эти сосны представляют собой популяцию сосен в этом лесу. На одной и той же конкретной территории могут проживать разные популяции. Например, лес с соснами включает в себя популяции цветковых растений, а также популяции насекомых и микробов. Сообщество – это совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Например, все деревья, цветы, насекомые и другие популяции в лесу образуют лесное сообщество. Лес сам по себе является экосистемой.Экосистема состоит из всех живых существ в определенной области вместе с абиотическими, неживыми частями этой среды, такими как азот в почве или дождевая вода. На высшем уровне организации биосфера представляет собой совокупность всех экосистем и представляет собой зоны жизни на Земле. Он включает в себя землю, воду и даже в некоторой степени атмосферу. В совокупности все эти уровни составляют биологические уровни организации, простирающиеся от органелл до биосферы.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Биологические уровни организации : Биологические уровни организации живых существ следуют иерархии, такой как показанная. Живые организмы, от одной органеллы до всей биосферы, являются частью высокоструктурированной иерархии.

Ключевые моменты

  • Атом — самая маленькая и самая фундаментальная единица материи. Связывание по меньшей мере двух атомов или более образует молекулы.
  • Простейший уровень организации живых существ — это отдельная органелла, состоящая из агрегатов макромолекул.
  • Высшим уровнем организации живых существ является биосфера; он охватывает все остальные уровни.
  • Биологические уровни организации живых существ, расположенные от простейшего к наиболее сложному, таковы: органеллы, клетки, ткани, органы, системы органов, организмы, популяции, сообщества, экосистема и биосфера.

Ключевые термины

  • молекула : наименьшая частица определенного соединения, сохраняющая химические свойства этого соединения; два или более атомов, соединенных химическими связями.
  • макромолекула : очень большая молекула, особенно используемая в отношении больших биологических полимеров (например, нуклеиновых кислот и белков)
  • полимеризация : Химический процесс, обычно с помощью катализатора, для образования полимера путем связывания нескольких идентичных единиц (мономеров).

Химические волны в биологии клетки и развития | Журнал клеточной биологии

Химические волны обладают идеальными свойствами для систем, требующих очень быстрого распространения сигнала на большое расстояние.Одним из распространенных примеров является развитие яиц, которые откладываются снаружи, например, у насекомых, земноводных и рыб. Несмотря на большой размер (0,5–1,2 мм), эти яйца выполняют самые быстрые клеточные циклы, наблюдаемые в биологии (∼8–25 мин/цикл; Graham, Morgan, 1966; Foe, Alberts, 1983; Kane, Kimmel, 1993; Kimmel et al. др., 1995). Еще более примечательно, что клеточные деления в этих яйцах координируются друг с другом в виде синхронизированных «митотических волн» (Hara, 1971; Foe and Alberts, 1983; Shinagawa et al., 1989; Рэнкин и Киршнер, 1997 г.; Огура и Сасакура, 2017). Эта глобальная синхронность важна для обеспечения правильного выполнения морфогенеза на более позднем этапе развития.

Идея о том, что сочетание бистабильности и диффузии в регуляции Cdk1, основного драйвера митоза, может генерировать бегущие химические волны, которые объясняют наблюдаемые митотические волны, была впервые теоретически предложена Novak and Tyson (1993). Совсем недавно эксперименты in vitro с использованием системы экстрактов Xenopus подтвердили, что химические волны активности синхронизируют клеточные циклы (Chang and Ferrell, 2013).Когда цитоплазму яйца Xenopus объединили с GFP, нацеленным на ядро, и хроматином в тефлоновой пробирке, наблюдалось распространение волн разрушения и восстановления ядерной оболочки с постоянной скоростью ~ 1 мкм / с (рис. 3, A и B) . Важно отметить, что когда трубка была разделена пополам, ядра на одной половине отделились от ядер на другой половине, предполагая, что имел место активный механизм связи волн, который требует локальной диффузии (рис. 3 C). Было предположено, что митотические волны у Xenopus возникают из-за бистабильной системы, сосредоточенной на Cdk1, и ее регуляции двумя петлями положительной обратной связи с участием Wee1 и Cdc25 во время M-фазы. Чтобы определить, происходит ли этот механизм in vivo, Chang and Ferrell (2013) измерили скорость волн поверхностного сокращения, нижестоящий цитоскелетный эффект Cdk1, в оплодотворенных яйцах. Действительно, скорость этих волн соответствовала скорости, наблюдаемой в циклах циклов, и следовала пространственно-временной динамике, предсказанной активным волновым механизмом (Chang and Ferrell, 2013).

Дальнейшее понимание этих волн сокращения и их связи с цитокинезом у эмбрионов лягушек и морских звезд было получено путем демонстрации того, что скоординированные волны активности Rho и сборки F-актина генерируют возбудимую кору, которая может управлять цитокинезом (рис.3 Д; Бемент и др., 2015). Rho-актиновые волны распространяются со скоростью ~0,2 мкм/с и имеют фиксированную временную задержку, а F-актиновые волны следуют за Rho-волнами активности (рис. 3, E и F). Математическое моделирование предполагает, что волны возникают в системе реакция-диффузия, в которой Rho действует как активатор, а F-актин как ингибитор (Bement et al. , 2015). Модель демонстрирует слабую глобальную возбудимость на ранней стадии, которая переходит в сильную локализованную возбудимость на экваторе. Считается, что эта локальная возбудимость позволяет коре быстро адаптироваться к сигналам от динамической ориентации веретена, предполагая, что возбудимые химические волны играют роль в пространственной координации цитокинеза.Возбудимость Rho и F-актина модулируется активностью Cdk1, таким образом обеспечивая связь с динамикой клеточного цикла (Bement et al., 2015). Это сцепление может возникать из-за бегущей волны активности Cdk1 у эмбрионов лягушек (Chang and Ferrell, 2013) и градиента активности Cdk1 у эмбрионов морских звезд (Bischof et al., 2017). В культивируемых прикрепленных клетках митотические кортикальные волны активности Cdc42 и белка F-BAR FBP17 могут предоставлять информацию как о положении, так и о размере для определения плоскости клеточного деления (Xiao et al., 2017), предполагая роль химических волн в контроле размера клеток. Было высказано предположение, что линейные волны в реакционно-диффузионных системах представляют собой стратегию контроля размера в биологических системах (Laughlin, 2015).

Только что описанные эксперименты свидетельствуют о химических волнах в дальнодействующей пространственной координации первого клеточного цикла эмбрионов лягушки. Важно отметить, что эти механизмы могут применяться только к первому клеточному циклу эмбрионов Xenopus , когда клетка очень большая и положительная обратная связь играет важную роль в регуляции клеточного цикла.Применение крутого температурного градиента к яйцу лягушки позволяет десинхронизировать клеточное деление, предполагая, что клетки не связаны в пространстве и ведут себя как независимые осцилляторы (Anderson et al., 2017). Таким образом, у эмбрионов Xenopus дальняя пространственная координация имеет место только в течение первого клеточного цикла, а не на более поздних стадиях, когда клетки становятся мелкими и разделены мембранами и положительная обратная связь менее важна (Tsai et al. , 2014). .

Роль химических волн в синхронизации циклов эмбрионального дробления и механистического рассечения этих волн можно рассмотреть на примере синцитиального эмбриона дрозофилы , многоядерной клетки с общей цитоплазмой, которая поддается сложным методам визуализации в реальном времени.Эмбрион дрозофилы развивается как синцитий в течение первых 2 ч развития, в течение которых он синхронно делится 13 раз (рис. 3 G; Rabinowitz, 1941; Foe and Alberts, 1983; Farrell, O’Farrell, 2014). ; Ферри и др., 2016). Недавно было показано, что химические волны активности Cdk1 синхронизируют клеточные циклы (Deneke et al., 2016). Используя флуоресцентный резонансный перенос энергии (FRET) биосенсор активности Cdk1 (Gavet and Pines, 2010a,b), волны Cdk1 были впервые визуализированы напрямую (рис.3 Н). Было обнаружено, что волны распространяются со скоростями ∼2–6 мкм/с (рис. 3 I). Скорость волны прогрессивно замедлялась по мере того, как эмбрион приближался к переходу от матери к зиготе (Idema et al. , 2013; Deneke et al., 2016), что соответствует переключению с быстрых клеточных циклов, управляемых материнскими продуктами и не зависящих от транскрипции в события упорядоченного клеточного цикла (Farrell and O’Farrell, 2014; Ferree et al., 2016). Интуитивно предположить, что скорость волны будет контролироваться скоростью активности Cdk1 во время митотического входа.Однако у эмбрионов Drosophila активность Cdk1 во время митоза оказалась неизменной на протяжении всего развития и, следовательно, не могла объяснить наблюдаемое замедление скорости волны. Удивительно, но изменения скорости активации Cdk1 во время S-фазы действительно объясняют физические свойства волн. Важность регуляции S-фазы волн Cdk1 была продемонстрирована введением барьера между двумя областями эмбриона во время S или M фазы. Когда барьер был введен во время интерфазы, обе стороны стали асинхронными (рис.3 J), но когда барьер вводился в начале митоза, волна анафазы шла невозмущенно. Это наблюдение означает, что волны Cdk1, наблюдаемые во время S-фазы, являются активными волнами, которые могут быть описаны бистабильной системой реакции-диффузии (Deneke et al. , 2016), тогда как митотические волны являются кинематическими волнами, которые следуют после фиксированной задержки. Это продемонстрировало фундаментальное различие между митотическими волнами у Xenopus , которые, как предполагалось, были связаны во время M-фазы, и волнами Cdk1 у Drosophila , которые, как было показано, были связаны во время S-фазы.Похожий феномен, при котором кажущаяся митотическая волна контролируется волнообразным паттерном во время S-фазы, наблюдался во время нейруляции эмбрионов асцидий Ciona enteralis , демонстрируя интересную параллельную стратегию генерации митотической волны в эмбрионе (Ogura и Сасакура, 2016). Интересно, что как М-фаза, так и S-фаза возникают в контексте бистабильной регуляции Cdk1, указывая на то, что анализ контроля митотических волн требует тщательного анализа возможных механизмов регуляции бистабильных волн.Эти волны обеспечивают эффективную синхронизацию и временную точность за счет снижения изменчивости и чувствительности к шуму, присущих бистабильным системам (Balázsi et al. , 2011).

уровней организации — продвинутая анатомия 2-й. Эд.

Как видите, анатомию можно изучать разными способами и на разных уровнях. Понимание иерархии этих уровней дает представление о сложности человеческого организма. Простейший уровень организации (хотя студенты-химики первого курса не согласятся) — это химический уровень организации.На этом уровне простые атомы объединяются в относительно простые молекул . Например, двуокись углерода (CO 2 ) состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода, а вода (H 2 O) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Макромолекулы ( макрос : большие) крупнее и сложнее и включают четыре основных типа в организме человека; углеводы (сахара), липиды (жиры), белки и нуклеиновые кислоты (ДНК). Эти четыре макромолекулы образуют строительные блоки следующего уровня организации: клеточного уровня .Клетки являются мельчайшими единицами жизни и отвечают за регулирование своей собственной среды. Четыре макромолекулы взаимодействуют для выполнения сложных задач клетки, таких как выработка энергии (АТФ) или производство мышечных сокращений (посредством взаимодействия двух белковых комплексов: актина и миозина).

уровень организации ткани состоит из группы клеток, которые работают вместе для выполнения одной или нескольких определенных функций. У взрослого человека есть только четыре различных типа тканей. Мышца ткань специализирована для сокращения, чтобы произвести движение; нервная ткань специализируется на генерации потенциалов действия для быстрой связи внутри тела; эпителиальная ткань обеспечивает физический барьер для проникновения в организм и вырабатывает специализированные выделения через железы; и соединительная ткань демонстрирует наибольшую изменчивость среди всех тканей и формирует большую часть структуры тела (помимо многих других вещей).

Органный уровень организации — это когда две или более тканей работают вместе для выполнения определенной функции. Например, мочевой пузырь состоит из внутренней оболочки из эпителиальной ткани, связанной различными соединительными тканями с (гладкими) мышцами. Во всем мочевом пузыре также есть нейроны, которые контролируют мышечную ткань, направляя ее на сокращение или расслабление во время рефлекса мочеиспускания.

Уровень организации системы органов — это когда два или более органов работают вместе для выполнения определенной функции. Упомянутый мочевой пузырь в сочетании с почками (другим органом) и мочеточниками («трубками», соединяющими почки с мочевым пузырем, образуют мочевую систему (или мочевыводящие пути).Почки фильтруют кровь, а продукты талии стекают по мочеточникам и накапливаются в мочевом пузыре. Талия удаляется от тела, когда мы мочимся. Мочевая система является одной из одиннадцати систем организма, которые можно исследовать с помощью системной анатомии.

Наиболее сложным уровнем организации является организменный уровень , где в организме человека, всего живого человека функционируют все одиннадцать систем органов.

границ | От редакции: Молекулярная организация мембран: где биология встречается с биофизикой

Мембраны ограничивают формы клеток и их внутренних отсеков, образуют пассивный барьер между внутренним и внешним пространством, но функционируют также как организующие платформы для клеточных процессов.Эти очень разнообразные структуры образованы большим количеством видов липидов и белков. В настоящее время общепризнано, что и липиды, и белки неоднородно распределены в клеточных мембранах (Cebecauer et al., 2010; Holowka, Baird, 2015; Sezgin et al., 2017). Такая неоднородная организация мембран, связанная с клеточными функциями, привлекает внимание ученых из таких разных областей, как физиология, клеточная биология и биофизика. Действительно, наличие различных нанодоменов в мембранах образует объединяющее звено между статьями этой темы исследования.

The Research Topic содержит 11 статей от авторов с широким опытом и фокусируется в основном на трех вопросах, находящих отклик в биологии и биофизике мембран: (i) физические свойства мембран, способствующие организации клеточных мембран в молекулярных ансамблях и доменах; (ii) новая роль тетраспанинов, эволюционно законсервированного надсемейства мембранных структурных белков, как критических игроков в организации мембран и (iii) новые инструменты для изучения клеточных мембран.

Были предложены различные модели для описания молекулярной организации мембран и их способности реагировать на различные химические и физические раздражители.Пять наиболее часто обсуждаемых моделей обобщены в работе de la Serna et al. который также сообщает об оригинальных работах, поддерживающих или стимулирующих эти гипотезы. Модели оцениваются по их способности работать с мембранами очень сложной природы. Эта сложность подробно описана в разделах, посвященных структуре и свойствам мембран. Авторы приходят к выводу, что сложно суммировать все свойства мембран в одной универсальной модели. Fujimoto и Parmryd подчеркивают важность асимметрии мембран, межлистового соединения и закрепления в формировании липидных доменов и организации мембраны.Эти аспекты плазматической мембраны игнорировались в прошлом. Межлистовое сцепление и пиннинг изучались лишь в нескольких работах с использованием модельных систем. Дальнейшие исследования помогут адаптировать современные модели организации мембран к этой довольно новой перспективе.

Считалось, что существование липидных доменов зависит от сфинголипидов и холестерина (Simons and Ikonen, 1997). В то время как оба вида липидов необходимы для структуры и функции плазматической мембраны, гетерогенного распределения холестерина в доменах в протестированных мембранах не наблюдалось (Frisz et al., 2013; Хонигманн и др., 2014). Напротив, сегрегация сфинголипидов и гликосфинголипидов в отдельные мембранные домены была продемонстрирована с использованием широкого спектра методов, как показано в работе Крафта. Обсуждается влияние кластеризации сфинголипидов на организацию плазматической мембраны в доменах. По аналогии с липидами белки могут образовывать надмолекулярные ансамбли, связанные с мембранами. Например, кавеолины взаимодействуют на мембране, создавая кавеолы, домены в форме колб, украшающие поверхность клеток.Кавеолы ​​участвуют в клеточных процессах, таких как гомеостаз липидов или механотрансдукция. Несмотря на то, что эти домены относительно стабильны и легко визуализируются, в настоящее время нет единого мнения относительно их биогенеза. Хан и др. сообщают о проблемах, связанных с изучением биогенеза кавеол, и предлагают более интенсивное использование мутантов, связанных с заболеванием, для лучшего понимания этих важных мембранных структур.

Полная сборка кавеол может привести к эндоцитозу и подавлению мембранных молекул с клеточной поверхности.Лу и др. сообщают об обратном процессе, экзоцитозе, и его важности для сигнальных событий на Т-клетках. Их работа обобщает современные знания о разнообразии экзосом, участвующих в доставке основного рецептора (TCR) и его эффекторов к плазматической мембране Т-клеток. Идея состоит в том, что пространственное разделение сигнальных молекул в везикулах предотвращает неконтролируемую активацию в отсутствие стимула. Влияние физического разделения на функцию рецепторов также изучается в единственной оригинальной исследовательской статье по этой теме исследования.Используя модель in silico , Kerketta et al. демонстрируют потенциальную регулирующую роль дифференциального разделения нанодоменов двух рецепторов, ErbB2 и ErbB3. Гетеродимеризация и фосфорилирование этих рецепторов зависит от их относительного накопления в нанодоменах. Будь то в везикулах или в нанодоменах, обе статьи подчеркивают важность компартментализации и физической сегрегации сигнальных молекул и способности клеточных мембран облегчать такие процессы.Эти работы также подчеркивают динамический характер разделения молекул в доменах или везикулах. После стимуляции мембранные домены перемещаются латерально, а экзосомы вертикально сливаются с объемными мембранами, чтобы установить новое распределение, позволяющее ускорить или замедлить сигнальные события.

Присутствие отдельных молекул в наноскопических структурах, таких как мембранные домены или везикулы, представляет проблему для стандартных методов визуализации (Cebecauer et al., 2010; Owen et al., 2010). Разработанные в настоящее время методы сверхвысокого разрешения преодолевают эту проблему и позволяют визуализировать молекулы в клетках с наноскопической точностью.Несмотря на то, что эти методы в основном используются для статической визуализации, динамические события могут быть визуализированы на наноскопическом уровне, как сообщается в работе Serge. Как новые методы помогают лучше понять связанные с мембранами процессы на наноскопическом уровне, иллюстрируется исследованиями, изучающими динамическую реорганизацию фокальных спаек, а также иммунных и нейронных синапсов. Эти методы все еще находятся в зачаточном состоянии и нуждаются во многих усовершенствованиях. Здесь Матеос-Гил и др. предоставить подробное описание того, как исследовать распределение мембранных молекул с помощью эффективной и неинвазивной маркировки и визуализации сверхвысокого разрешения.Путем адаптации метаболического мечения и клик-химии в сочетании с dSTORM они охарактеризовали весь гликом на поверхности культивируемых клеток на наноскопическом уровне (Letschert et al., 2014).

Визуализация со сверхвысоким разрешением и улучшенные процедуры маркировки ускоряют исследования, посвященные организации мембран в целом, но благодаря их коммерческой доступности в литературе появляются подробные характеристики отдельных молекул. Обычно тетраспанины изучали с помощью стандартной микроскопии. Совсем недавно новые методы визуализации предоставили более детальное представление о сети тетраспанина (Zuidscherwoude et al., 2015). Две статьи в этой теме исследования обобщают накопленные данные о критической роли тетраспанинов в широком спектре клеточных процессов, происходящих на мембранах. Termini и Gillette сосредотачиваются на перекрестных помехах между тетраспанинами и сигнальными рецепторами (например, EGFR) или интегринами, участвующими в клеточной адгезии. Показано, что тетраспанины модулируют димеризацию, кластеризацию и эндоцитоз рецепторов.Этот эффект контролируется посттрансляционными модификациями тетраспанинов (например, пальмитоилированием или гликозилированием). Халова и Драбер сообщают о накоплении доказательств кооперации между тетраспанинами и мембранными адаптерами семейства TRAP (например, LAT) в иммунных клетках. Функции этих белков регулируются их липидной модификацией, а также их колокализацией в мембранных нанодоменах. Отмечена важность холестерина для этого явления, но прямых данных пока нет. Это может быть связано с трудностями, связанными с характеристикой белково-липидных взаимодействий в клетках высших эукариот.

Сингх в своей работе предлагает альтернативный подход к исследованию белково-липидных взаимодействий. Он утверждает, что из-за их более простого липидного метаболизма и большого набора доступных генетических и клеточно-биологических инструментов дрожжи представляют собой элегантный инструмент для таких исследований.

Мы надеемся, что эта тема исследования будет стимулировать дальнейшие исследования для подтверждения или пересмотра представленных мнений.

Вклад авторов

Оба автора в равной степени участвовали в составлении и доработке редакционной статьи и одобрили ее к публикации.

Финансирование

При поддержке Чешского научного фонда (15-06989S).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим всех авторов и рецензентов за их поддержку темы исследования.

Ссылки

Себекауэр, М., Spitaler, M., Serge, A., и Magee, A.I. (2010). Сигнальные комплексы и кластеры: функциональные преимущества и методологические трудности. Дж. Сотовый. науч. 123, 309–320. doi: 10.1242/jcs.061739

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Frisz, J.F., Klitzing, H.A., Lou, K., Hutcheon, I.D., Weber, P.K., Zimmerberg, J., et al. (2013). Сфинголипидные домены в плазматических мембранах фибробластов не обогащены холестерином. Дж. Биол. хим. 288, 16855–16861. doi: 10.1074/jbc.M113.473207

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Honigmann, A., Mueller, V., Ta, H., Schoenle, A., Sezgin, E., Hell, S.W., et al. (2014). Сканирование STED-FCS выявляет пространственно-временную неоднородность взаимодействия липидов в плазматической мембране живых клеток. Нац. Комм. 5:5412. дои: 10.1038/ncomms6412

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Летшерт, С., Гёлер, А., Franke, C., Bertleff-Zieschang, N., Memmel, E., Doose, S., et al. (2014). Визуализация гликанов плазматической мембраны со сверхвысоким разрешением. Анжю. хим. Междунар. Эд. англ. 53, 10921–10924. doi: 10.1002/anie.201406045

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки

Оуэн Д.М., Гаус К., Маги А.И. и Себекауэр М. (2010). Динамическая организация плазматической мембраны лимфоцитов: уроки передовых методов визуализации. Иммунология 131, 1–8. doi: 10.1111/j.1365-2567.2010.03319.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сезгин Э., Левенталь И., Майор С. и Эггелинг К. (2017). Тайна организации мембран: состав, регуляция и роль липидных рафтов. Нац. Преподобный Мол. Клетка. биол. 18, 361–374. doi: 10.1038/nrm.2017.16

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки

Zuidscherwoude, M. , Göttfert, F., Dunlock, V.M., Figdor, C.G., van den Bogaart, G., and van Spriel, A.B. (2015).Повторное исследование тетраспаниновой сети с помощью микроскопии сверхвысокого разрешения. науч. Респ. 5:12201. дои: 10.1038/srep12201

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Новый взгляд на клеточную мембрану показывает удивительную организацию | Химическая и биомолекулярная инженерия

Согласно старой легенде, зрение резко изменило бы представление слепого о слоне. Теперь взгляд непосредственно на клеточную поверхность меняет наше понимание организации клеточной мембраны.

Используя совершенно новый подход к визуализации клеточных мембран, исследование, проведенное учеными из Университета Иллинойса, Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса и Национального института здравоохранения, выявило некоторые удивительные взаимосвязи между молекулами внутри клеточных мембран.

Исследовательскую группу возглавила профессор ЧБЭ Мэри Крафт. Фото Л. Брайана Штауффера

Под руководством Мэри Крафт, профессора химической и биомолекулярной инженерии Университета Иллинойса, команда опубликовала свои выводы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Клетки покрыты полупроницаемыми мембранами, которые действуют как барьер между внутренней и внешней частью клетки. Мембрана в основном состоит из класса молекул, называемых липидами, усеянных белками, которые помогают регулировать реакцию клетки на окружающую среду.

«Липиды выполняют множество функций, выступая как в качестве мембранной структуры, так и в качестве сигнальных молекул, поэтому они регулируют другие функции внутри клетки», — сказал Крафт. «Поэтому важно понимать, как они организованы.Вам нужно знать, где они находятся, чтобы выяснить, как они выполняют эти регулирующие функции».

Среди клеточных биологов широко распространено убеждение, что липиды в мембране собираются в участки, называемые доменами, отличающиеся по составу. Однако исследованиям того, как липиды организованы в мембране и как эта организация влияет на функцию клеток, препятствует отсутствие прямых наблюдений. Хотя клеточная мембрана тщательно изучена, используемые методы визуализации определяют местонахождение определенных молекул на основе предполагаемых ассоциаций с другими молекулами.

В новом исследовании команда Крафта использовала передовой метод визуализации молекул, который позволил исследователям взглянуть на саму мембрану и нанести на карту определенный тип липидов на мембранах клеток мыши. Исследователи вводили в клетки липиды, меченные редкими стабильными изотопами, а затем визуализировали распределение изотопов с помощью масс-спектрометрии с высоким разрешением.

Исследователи обнаружили, что класс молекул, называемых сфинголипдами, собирается в больших участках клеточной мембраны.Красный и желтый цвета указывают на локальные повышения содержания сфинголипидов. Фото Кевина Карпентера

Названные сфинголипидами (SFING-go-lih-pids), эти молекулы, как полагают, связываются с холестерином, образуя небольшие домены размером около 200 нанометров. Метод прямой визуализации показал, что сфинголипиды действительно образуют домены, но не так, как ожидали исследователи.

Домены были намного больше, чем предполагалось в предыдущих экспериментах. 200-нанометровые домены сгруппировались вместе, чтобы сформировать гораздо более крупные микрометровые участки сфинголипидов в мембране.

«Мы были поражены, когда увидели первые изображения пятен сфинголипидов на поверхности клетки», — сказал Питер Вебер, руководитель группы в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. «Мы не были уверены, что наш метод масс-спектрометрии будет достаточно чувствительным, чтобы обнаружить меченые липиды, не говоря уже о том, что мы увидим».

Кроме того, когда исследователи изучили клетки с низким содержанием холестерина, который, как считается, играет ключевую роль в агрегации липидов, они были удивлены, обнаружив, что липиды все еще образуют домены.С другой стороны, разрушение структурного каркаса клетки, казалось, растворяло липидные кластеры.

«Мы обнаружили, что на наличие доменов в некоторой степени влиял холестерин, но в большей степени на него влиял цитоскелет — белковая сеть под мембраной», — сказал Крафт. «Главная проблема заключается в том, что данные свидетельствуют о том, что механизм, отвечающий за эти домены, намного сложнее, чем предполагалось изначально».

Кроме того, новое исследование показало, что домены сфинголипидов были не полностью связаны с маркерным белком, который, как долгое время предполагали исследователи, находится там, где скапливаются сфинголипиды.Это означает, что данные, собранные с помощью методов визуализации, нацеленных на этот белок, не так точны в представлении распределения сфинголипидов, как считалось ранее.

«Наши данные показывают, что если вы хотите узнать, где находятся сфинголипиды, посмотрите на липид, а не делайте вывод, где он основан на других молекулах, и теперь есть способ напрямую их визуализировать», — сказал Крафт, который также при кафедре химии У. И.

Затем исследователи планируют использовать метод прямой визуализации в сочетании с другими более традиционными методами, такими как флуоресценция, для дальнейшего определения организации различных типов молекул в мембране, их взаимодействия и того, как они влияют на функцию клетки.Они планируют начать с прицеливания на уровень холестерина.

«Изобилие холестерина важно, — сказал Крафт. «Вы меняете это, вы чрезвычайно меняете функцию клеток. Как это организовано? Это тоже в доменах? Это связано с вопросом, какой механизм отвечает за эти структуры и что они делают?»

Национальные институты здравоохранения, Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, Национальный научный фонд и Фонд Берроуза Велкама поддержали эту работу. Соавтор Джошуа Циммерберг руководил исследованиями в Национальном институте детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер, входящего в состав Национального института здоровья.

Примечание редактора:  Статья «Прямые химические доказательства существования сфинголипидных доменов в плазматических мембранах фибробластов» доступна в PNAS.

Мобильное фото: Кевин Карпентер
Факультетское фото: Л. Брайан Штауффер

Ежегодный обзор биологии клетки и развития

Биофизика 0 0,8409 0,8409 Геномика и генетика человека Геохимия и геофизика 80 3,7 0

0 7,08400 7,0810
Аналитическая химия 2 Химия, Аналитика 83 10.745 7,1 2,476
Аналитическая химия 2 Спектроскопия 43 10,745 7,1 2,476
Бионауки о животных 1 Зоология 175 8,923 4,7 3,588
Бионауки о животных 14 Биотехнология и прикладная микробиология 159 8.923 4,7 3,588
Бионауки о животных 1 Сельское хозяйство, молочные продукты и зоотехника 63 8,923 4,7 3,2818
Биологические науки о животных 2 Ветеринария 146 8,923 4,7 3,818
Антропология 5 Антропология 88 3. 448 15,8 0,682
Астрономия и астрофизика 1 Астрономия и астрофизика 68 30,065 11,4

Биохимия 4 Биохимия и молекулярная биология 298 23,643 12,3 4,969 90
Биомедицинская инженерия 9 Биомедицинская инженерия 90 9.590 8,9 1,813
Биология рака 31 Онкология 242 9,391 2,1 2,667
Клеточная биология и биология развития 18 Клеточная биология 195 13,827 10.1 0,818
Клетка и биология развития 1 Биология развития 41 13,827 10,1 0,818 902
Химическая и биомолекулярная инженерия 1 Химия прикладная 74 11. 059 5.9 1.2814 1.304
Химическая и биомолекулярная инженерия 5 Инженерия, химия 143 11.059 5,9 1,304
Клиническая психология 1 Психология клиническая (социальные науки) 131 18,561 8,1 0,28280 4,28280
Клиническая психология 2 Психология (наука) 77 18,561 8,1 4,2822 4,2822
Физика конденсированного состояния 6 Физика конденсированного состояния 69 16.109 5,5 11,826
Криминология 2 Криминология и пенология 69 9,956 2,3 1,375
Науки о Земле и планетах 2 Науки о Земле, междисциплинарные 199 12,810 14,2

4,9117

Науки о Земле и планетах 5 Астрономия и астрофизика 68 12. 810 14,2 4,917
Экология, эволюция и систематика 5 Эволюционная биология 50 13,915 18,0
Экология, эволюция и систематика 3 Экология 166 13,915 18,0 0,840
Экономика 59 Экономика 377 4.193 6,9 0,548
Энтомология 1 Энтомология 102 19,686 14,7 13,652
Окружающая среда и ресурсы 3 Экологические исследования (социальные науки) 125 11,108 9,9

Окружающая среда и ресурсы 8 Экологические науки (науки) 274 ​​ 11.108 9,9 1,235
Финансовая экономика 41 Бизнес, финансы 108 2,879 6,7 0,133
Финансовая экономика 100 Экономика 377 2,879 6,7 0,133
Гидромеханика 1 Физика, жидкости и плазма 34 18. 511 15,9 12,650
Гидромеханика 1 Механика 136 18,511 15,9 12,6510
Пищевые науки и технологии 1 Пищевые науки и технологии 144 13,635 5,5 4,438
Генетика 4 Генетика и наследственность 175 16.830 11,4 0,333
Иммунология 3 Иммунология 162 28,527 11,2 8,200
Право и социальные науки 27 Право 151 2.444 8,3 0,111
Право и общественные науки 55 Социология 149 2,444 8,3 0,111
Лингвистика 5 Язык и лингвистика (AHCI) 205 3,512 3,5 0,814
Лингвистика 14 Лингвистика (социальные науки) 193 3. 512 3,5 0,864
Морские науки 1 Морская и пресноводная биология 110 13,850 7,3 7,571
Морские науки 1 Океанография 65 13.850 7,3 7,571
Материаловедение 20 Материаловедение, многопрофильное 335 16.286 10,8 Медицина, исследования и эксперименты
Микробиология 7 Микробиология 137 15.500 13,5 1,308
Неврология 14 Неврология 273 12,449 13,8 2,813 900
Ядерная наука и наука о элементарных частицах 2 Физика ядерная 19 14,219 10,5 1,353
Ядерная наука и наука о элементарных частицах 3 Физика, частицы и поля 29 14. 219 10,5 1,353
Питание 2 Питание и диетология 89 11,848 14,2 0,471
Организационная психология и организационное поведение 2 Психология прикладная 83 18,333 4,7
Организационная психология и организационное поведение 1 Менеджмент 226 18.333 4,7 3,150
Патология: механизмы заболевания 1 Патология 77 23,472 7,0 10,5010
Фармакология и токсикология 1 Токсикология 93 13,820 11,0 6,938
Фармакология и токсикология 6 Фармакология и фармация 275 13.820 11,0 6,938
Физическая химия 19 Химия физическая 162 12,703 12,4 5,600
Физиология 2 Физиология 81 19,318 11,0 6,783
Фитопатология 5 Науки о растениях 235 13. 078 12.5 1.059
Биология растений 1 Науки о растениях 235 26,379 12,9 5,862
Политология 2 Политология 182 8,091 11,6 1,750
Психология 1 Психология (наука) 77 24.137 12,9 7.040
Психология 2 Психология междисциплинарная (социальные науки) 140 24,137 12,9
Общественное здравоохранение 2 Общественное, экологическое и оккупационное Здравоохранение (социальные науки) 176 21,981 9,5 4,621
Общественное здравоохранение 4 Общественное, экологическое и оккупационноеЗдоровье (наука) 203 21,981 9,5 4,621
Экономика ресурсов 31 Экономика 377 5,184 5,4 0,913
Экономика ресурсов 28 Экологические исследования (социальные науки) 125 5,184 5,4 0,813
Экономика ресурсов 1 Экономика и политика сельского хозяйства (наука) 21 5. 184 5,4 0,913
Социология 3 Социология 149 8,055 18,3 1,545
Статистика и ее применение 7 Математика, междисциплинарные приложения 108 5,810 3,9

0

Статистика и ее применение 7 Статистика и вероятность 125 5.810 3,9 1,250
Вирусология 2 Вирусология 36 10,431 4,3 3,429
Зрение 46 Неврология 273 6,422 3,8 0,750
Vision Science 4 Офтальмология 62 6.422 3,8 0750

Структурная организация человеческого тела – анатомия и физиология

OpenStaxCollege

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описать структуру человеческого тела с точки зрения шести уровней организации
  • Перечислите одиннадцать систем органов человеческого тела и укажите по крайней мере один орган и одну основную функцию каждой

Прежде чем вы начнете изучать различные структуры и функции человеческого тела, полезно рассмотреть его базовую структуру; то есть, как его мельчайшие части собираются в более крупные структуры. Структуры тела удобно рассматривать с точки зрения возрастающих по сложности фундаментальных уровней организации: субатомных частиц, атомов, молекул, органелл, клеток, тканей, органов, систем органов, организмов и биосферы ([ссылка]).

Уровни структурной организации человеческого тела

Организация тела часто обсуждается с точки зрения шести различных уровней возрастающей сложности, от мельчайших химических строительных блоков до уникального человеческого организма.


Для изучения химического уровня организации ученые рассматривают простейшие строительные блоки материи: субатомные частицы, атомы и молекулы. Вся материя во Вселенной состоит из одного или нескольких уникальных чистых веществ, называемых элементами, известными примерами которых являются водород, кислород, углерод, азот, кальций и железо. Наименьшая единица любого из этих чистых веществ (элементов) — атом. Атомы состоят из субатомных частиц, таких как протон, электрон и нейтрон.Два или более атома объединяются, образуя молекулу, такую ​​как молекулы воды, белков и сахаров, встречающиеся в живых существах. Молекулы являются химическими строительными блоками всех структур организма.

Клетка – это мельчайшая независимо функционирующая единица живого организма. Даже бактерии, которые представляют собой чрезвычайно маленькие, независимо живущие организмы, имеют клеточное строение. Каждая бактерия представляет собой отдельную клетку. Все живые структуры анатомии человека содержат клетки, и почти все функции физиологии человека выполняются в клетках или инициируются клетками.

Человеческая клетка обычно состоит из гибких мембран, которые заключают в себе цитоплазму, клеточную жидкость на водной основе вместе с множеством крошечных функциональных единиц, называемых органеллами. У человека, как и у всех организмов, клетки выполняют все функции жизни. Ткань — это группа множества похожих клеток (хотя иногда они состоят из нескольких родственных типов), которые работают вместе для выполнения определенной функции. Орган представляет собой анатомически обособленную структуру тела, состоящую из двух или более типов тканей. Каждый орган выполняет одну или несколько определенных физиологических функций.Система органов — это группа органов, которые работают вместе для выполнения основных функций или удовлетворения физиологических потребностей организма.

Эта книга охватывает одиннадцать различных систем органов человеческого тела ([ссылка] и [ссылка]). Отнесение органов к системам органов может быть неточным, поскольку органы, «принадлежащие» одной системе, также могут выполнять функции, являющиеся неотъемлемой частью другой системы. На самом деле, большинство органов участвуют более чем в одной системе.

Системы органов человеческого тела

Органы, которые работают вместе, сгруппированы в системы органов.


Системы органов человеческого тела (продолжение)

Органы, которые работают вместе, сгруппированы в системы органов.


Организационный уровень является высшим уровнем организации. Организм — это живое существо, имеющее клеточное строение и способное самостоятельно выполнять все физиологические функции, необходимые для жизни. В многоклеточных организмах, включая человека, все клетки, ткани, органы и системы органов организма работают вместе для поддержания жизни и здоровья организма.

Жизненные процессы человеческого организма поддерживаются на нескольких уровнях структурной организации. К ним относятся химический, клеточный, тканевый, органный, системный и организменный уровни. Более высокие уровни организации строятся из более низких уровней. Таким образом, молекулы объединяются, образуя клетки, клетки объединяются, образуя ткани, ткани объединяются, образуя органы, органы объединяются, образуя системы органов, а системы органов объединяются, образуя организмы.

Назовите шесть уровней организации человеческого организма.

Химический, клеточный, тканевый, орган, система органов, организм.

Женские яичники и мужские яички являются частью какой системы организма? Могут ли эти органы быть членами более чем одной системы органов? Почему или почему нет?

Женские яичники и мужские яички являются частями репродуктивной системы. Но они также выделяют гормоны, как и эндокринная система, поэтому яичники и яички функционируют как в эндокринной, так и в репродуктивной системах.

Глоссарий

ячейка
наименьшая независимо функционирующая единица всех организмов; у животных клетка содержит цитоплазму, состоящую из жидкости и органелл
орган
функционально обособленная структура, состоящая из двух или более типов тканей
система органов
группа органов, которые работают вместе для выполнения определенной функции
организм
живое существо, имеющее клеточное строение и способное самостоятельно выполнять все физиологические функции, необходимые для жизни
ткань
группа сходных или близкородственных клеток, действующих вместе для выполнения определенной функции
.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.