ЛИЗОСОМЫ. МИТОХОНДРИИ. ПЛАСТИДЫ
1. Строение и функции лизосом
Лизосомы– мелкие округлые тельца, одномембранные. В лизосомах находятся большой набор ферментов, которые способны расщеплять поступившие в клетку питательные вещества. Формируются лизосомы в комплексе В 1949 году де Дювон описал лизосомы.
Когда в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза попадают различные питательные вещества, то их необходимо переварить. При этом белки должны разрушиться отдельных аминокислот, полисахариды до отдельных молекул глюкозы или фруктозы, липиды – до гликогена и жирных кислот. Чтобы внутриклеточное переваривание стало возможным, фагоцитарный и пиноцитарный пузырек должен слиться с лизосомой.
Благодаря лизосомам питательные вещества не теряются, а превращаются и расходуются на формирование новых органов. Например у лягушек лизосомы постепенно переваривают все клетки хвоста головастиков при его превращении в лягушку.
2. Строение и функции митохондрий.
Митохондрии отграничены от цитоплазмы 2 мембранами, имеют вид мелких зерен, которые располагаются в цитоплазме хаотично или упорядочено. Количество митохондрий в клетке прямо пропорционально функциональной активности клетки.
Внешняя мембрана отграничивает внутреннее содержимое митохондрии – матрикс. Внутренняя мембрана складчатая – образует кристы (складки). Содержимое митохондрий представлено гомогенным веществом, в котором много белков, ферментов, фосфолипидов, молекул ДНК, имеющих кольцевую структуру, немного рибосом.
Функции митохондрий:
1. участвуют в обмене веществ, так как содержат ферменты.
2. участвуют в процессе дыхания, синтезе молекул АТФ.
3. осуществление синтеза белка, так как имеют свою специфическую ДНК.
Митохондрии содержатся во всех эукариотических клетках, а вот в прокариотических их нет. Этот факт, а также наличие в митохондриях ДНК позволило ученым выдвинуть гипотезу о том, что предки митохондрий когда-то были свободноживущими существами, напоминающими бактерии. Со временем они поселились в клетках других организмов, возможно, паразитируя в них. А затем за многие миллионы лет превратились в важнейшие органоиды, без которых ни одна клетка не могла существовать.
4. Строение и функции пластид. (Объяснение учителя с элементами беседы и использованием таблиц и рис. 27 на стр. 54).
Пластиды– органоиды, присущие только растительным клеткам.
ВОПРОС: Перечислите известные вам виды пластид. (Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты, у низших растений вместо пластид имеются хроматофоры).
У высших растений один вид пластид может переходить в другой.
Подробнее познакомимся со строением и функциями хлоропластов.
Хлоропласты имеют 2 мембраны: наружную и внутреннюю. Внутренняя мембрана образует выросты внутрь хлоропласта – ламеллы. Совокупность ламелл хлоропласта наз. стромой. Ламеллы могут в ряде мест образуют локальные расширения, имеющие вид уплощенных мешочков – тилакоидов. Тилакоиды располагаются стопками, один над другим, напоминая стопки монет. Эти стопки наз гранами. Пигиент хлорофилл располагается внутри мембран тилакоида.
Функция хлоропластов: фотосинтез.
У лейкопластов стромы нет. У хромопластов строма развита несколько хуже, чем у хлоропластов.
Как и митохондрии, пластиды содержат собственные молекулы ДНК. Поэтому они также способны самостоятельно размножаться, независимо от деления клетки.
«Строение и функции органоидов клетки
| Органоиды клетки | Особенности строения | Выполняемые функции |
| Лизосомы | Небольшие пузырьки, окруженные мембраной | Переваривание веществ |
| Митохондрии | Покрыты 2 слойной мембраной. Внутренняя имеет многочисленные складки и выступы - кристы | Синтез АТФ. Обеспечение клетки энергией при расщеплении АТФ |
| Пластиды | Тельца, окруженные двойной мембраной | |
| Лейкопласты | Бесцветные | Накопление крахмала |
| Хлоропласты | Зеленые | Фотосинтез |
| хромопласты | Красные, оранжевые, желтые | Накопление каратиноидов |
КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР. ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ. КЛЕТОЧНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ
Одной из важнейших составляющих клетки являются микротрубочки – полые цилиндрические структуры, которые поддерживают форму клетки, создавая цитоскелет. Они связаны с цитоплазматической и ядерной мембранами, обеспечивают движение внутриклеточных структур, входят в состав органоидов движения и клеточного центра.
Клеточный центр играет важную роль в формировании цитоскелета – внутреннего скелета клетки, образованного системой микротрубочек и пучков белковых волокон, тесно связанных с наружной мембраной и ядерной оболочкой и выходящих из области клеточного центра.
Строение клеточного центра: представлен двумя центриолями, расположено перпендикулярно друг к другу. Каждая центриоль состоит из цилиндра, образованного девятью триплетами трубочек, связанных между собой.
Значение: принимает участие в делении клетки, образуя нити веретена деления.
ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ
| Органоиды | Строение | Функции |
| 1. Реснички | Короткие многочисленные выросты на поверхности мембраны | Удаление частичек пыли (реснитчатый эпителий дыхательных путей) |
| 2. Жгутики | Единичные длинные цитоплазматические выросты на поверхности клетки | Передвижение (сперматозоиды, зооспоры одноклеточные организмы) |
| 3. Ложноножки (псевдоподии) | Амебоидные выступы цитоплазмы | Образуется для захвата пищи или передвижения |
| 4. Миофибриллы | Тонкие нити, входящие в состав клетки | Служат для сокращения мышечных волокон |
СРАВНЕНИЕ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ
| Животная клетка | Растительная клетка |
| Сходства | |
| 1. Сходный химический состав 2. Сходны по основным проявлениям жизнедеятельности. 3. Единый принцип организации. | |
| Различия | |
| Отсутствие клеточной стенки | Имеется клеточная стенка из целлюлозы |
| Гетеротрофный тип питания | Наличие хлоропластов, автотрофный тип питания |
| Резервный углевод - гликоген | Имеется крупная вакуоль |
КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР. ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ. КЛЕТОЧНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ
Клеточный центр расположен в цитоплазме всех клеток вблизи от ядра. Он играет важную роль в формировании внутреннего скелета клетки – цитоскелета. Из клеточного центра расходится множество микротрубочек, поддерживающих форму клетки и играющих роль своеобразных рельсов для движения органоидов по цитоплазме.
Велика роль клеточного центра при делении клеток, когда центриоли расходятся к полюсам делящейся клетки и образуют веретено деления.
У высших растений клеточный центр устроен по другому, центриоли не образуются.
1. Органоиды движения, их строение и функции. (Объяснение учителя с элементами беседы и использованием таблиц и рис. 29 на с. 57 учебника)
Некоторые клетки способны к движению, например инфузория туфелька, амеба, эвглена зеленая. Двигаются они при помощи особых органоидов – ресничек и жгутиков.
Жгутики имеют большую длину (сперматозоиды млекопитающих) они достигают 100 мкм. Реснички гораздо короче. Внутреннее строение ресничек и жгутиков одинаково: они образованы такими же микротрубочками, как центриоли клеточного центра. В основании каждой реснички и жгутика лежит базальное тельце, которое укрепляет их в цитоплазме клетки. На работу жгутиков и ресничек расходуется энергия АТФ.
Органоиды движения часто встречаются и у клеток многоклеточных организмов. Например, эпителий бронхов человека покрыт множеством ресничек. Все реснички каждой эпителиальной клетки двигаются строго согласованно, образуя своеобразные волны, хорошо заметные под микроскопом. Это приспособление к очистке бронхов от инородных частиц и пыли. Жгутики есть у таких специализированных клеток как сперматозоиды.
2. Клеточные включения, их отличия от органоидов движения и роль в клетке. (Объяснение учителя)
Помимо обязательно имеющихся органоидов, в клетке есть образования то появляющиеся, то исчезающие в зависимости от ее состояния. Эти образования наз. клеточные включения. Чаще всего клеточные включения находятся в цитоплазме и представляют собой питательные вещества или гранулы веществ, синтезируемые этой клеткой. Это могут быть мелкие капли жира, гранулы крахмала или гликогена, реже – гранулы белка, кристаллы солей.
| Органоиды клетки | Особенности строения | Выполняемые функции |
| Клеточный центр | Образован центриолями и микротрубочками | Участвует в формировании внутреннего скелета клетки – цитоскелета. Играет важную роль при делении клетки. |
| Органоиды движения | Реснички, жгутики | Осуществляют различные виды движения |
БАКТЕРИИ
Особенности строения и жизнедеятельности бактерий:
1. Снаружи клетку окружает плотная оболочка.
2. В цитоплазме находится очень много рибосом.
3. Впячивания цитоплазматической мембраны выполняют функции многих органоидов.
4. Имеются включения, содержащие запасные питательные вещества.
5. Носитель наследственного материала – ДНК или РНК – часто замкнут в виде кольца и не образует оформленного ядра.
6. Размножаются путем деления. Которое наступает после удвоения бактериальной хромосомы – кольцевой ДНК – или после полового процесса, протекающего в форме обмена генетическим материалом между особями.
7. При неблагоприятных условиях образуют споры.
8. По типу питания бывают:
| БАКТЕРИИ | |||
| АВТОТРОФНЫЕ | ГЕТЕРОТРОФНЫЕ | ||
| Фотосинтетики Зеленые, пурпурные | Хемосинтетики Железобактерии, серобактерии, нитрофицирующие | Паразиты Холерный вибрион, Столбнячная палочка | Сапрофиты Бактерия гниения, бактерии брожения |
9. Значение.
| РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ПРИРОДЕ | ||
| В результате гнилостных бактерий природа очищается от погибших растений и животных | Многие бактерии принимают участие в геохимических процессах образования серы, фосфора, каменного угля, нефти и т.д. | Бактерии играют важную роль в круговороте азота: нитрифицирующие и азотфиксирующие повышают плодородие почвы |
РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
| 1. Паразитические (патогенные) бактерии вызывают заболевания: чуму, холеру, туберкулез, менингит, тиф. |
| 2. служат для приготовления сывороток и вакцин; являются основой получения антибиотиков (стрептомицина, нистатина, эритромицина). |
| 3. бактерии молочнокислого брожения необходимы для изготовления молочнокислых продуктов и квашения. Бактерии уксуснокислого брожения используется для получения винного уксуса. |
| 4. бактерии вызывают разрушение или коррозию многих промышленных материалов – металлов, дерева, бумаги. |
| 5. бактерии гниения и брожения приводят к порче продуктов питания. |
ОСНОВНЫЕ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПРОКАОТАМИ И ЭУКАРИОТАМИ
| Характеристика | Прокариоты | Эукариоты |
| Размеры клеток | Диаметр 0,5 – 5 мкм | Диаметр до 40 мкм, объем в 1000 – 10000 раз больше, чем у прокариот |
| Генетический материал | Кольцевая ДНК находится в цитоплазме, нет ядра, хромосом, ядрышка | Молекулы ДНК связаны с белками и образуют хромосомы внутри оформленного ядра, там же есть ядрышко |
| Органоиды | Органоидов мало. Не имеется двумембранных органоидов. Внутренние мембраны встречаются редко; если они есть, на них протекают процессы дыхания или фотосинтеза | Немембранные – рибосомы, микротрубочки, клеточный центр. Одномембранные – комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли. Двумембранные – ЭПС, митохондрии, пластиды. |
| Клеточные стенки | Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты. Основной арматурный компонент – муреин. | У растений и грибов жесткие, содержат полисахариды. Основной арматурный компонент у растений – целлюлоза, у грибов – хитин. |
| Фотосинтез | Хлоропластов нет. Происходит на мембранах, без специфической упаковки | Происходит в специализированных органоидах – пластидах, имеющих специализированное строение |
| Фиксация азота | Некоторые обладают этой способностью | Ни один эукариотический организм не способен к фиксации азота |
«Различия в строении клеток эукариот и прокариот»
| Органоиды клетки | Содержится ли органоид в клетке эукариот | Содержится ли органоид в клетках прокариот |
| Клеточная мембрана | Да | Да |
| Цитоплазма | Да | Да |
| Рибосомы | Да | Да |
| Митохондрии | Да | Нет |
| ЭПС | Да | Нет |
| Комплекс Гольджи | Да | Нет |
| Пластиды | Да | Нет |
АССИМИЛЯЦИЯ И ДИССИМИЛЯЦИЯ. МЕТАБОЛИЗМ.
| Метаболизм– ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение. |
| Обмен веществ – последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни. |
Обмен веществ складывается из 2 взаимосвязанных процессов – анаболизма и катаболизма.
МЕТАБОЛИЗМ
| АССИМИЛЯЦИЯ (анаболизм, пластический обмен) | ДИССИМИЛЯЦИЯ (катаболизм, энергетический обмен) |
| Накопление веществ и энергии | Расходование веществ и энергии |
| Ассимиляцияили анаболизм (пластический обмен), - совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток. |
1. в ходе ассимиляции происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул – предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды.
2. Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойственны всем организмам) и синтез углеводов (только у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).
3. В процессе ассимиляции при образовании сложных молекул идет накопление энергии, главным образом в виде химических связей.
| Диссимиляция или катаболизм (энергетический обмен) – совокупность реакций. В которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии. |
1. При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде молекул АТФ.
2. Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, у прокариот – в цитоплазме, на мембранных структурах.
3. Диссимиляция обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией.
ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
| Название этапа, локализация в организме | Особенности протекания этапов | Энергетическая ценность |
| ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ (в органах пищеварения) | Молекулы сложных органических веществ расщепляются под действием ферментов на более мелкие: белки – аминокислоты, углеводы – глюкоза, жиры – глицерин и жирные кислоты | Небольшое количество энергии рассеивается в виде тепла |
| БЕСКИСЛОРОДНЫЙ (неполный) гликолиз; у микроорганизмов - брожение | Дальнейшее расщепление молекул (при участии ферментов) до более простых соединений. Так, глюкоза распадается на 2 молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая затем восстанавливается в молочную кислоту (С3Н6О3); в реакциях участвуют Н3РО4 и АДФ: У дрожжевых грибов – спиртовое брожение | При расщеплении глюкозы 60% выделяющейся энергии превращается в тепло; 40% идет на синтез 2 молекул АТФ – эта часть энергии запасается |
| КИСЛОРОДНЫЙ (протекает в матриксе митохондрий и на внутренних мембранах) | При доступе кислорода к клеткам образовавшиеся на предыдущем этапе вещества окисляется до СО2 и Н2О Образовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрий и участвуют во всех процессах клетки, где необходима энергия | При окислении 2 молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ |
- Энергию (АТФ) живые существа могут получить несколькими способами: фотосинтез (1 этап) и путем окисления органических веществ.
АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. синтез АТФ главным образом происходит в митохондриях. Как вы помните на синтез 1 моля АТФ из АДФ необходимо 40 кДж Е.
Энергетический обмен в клетке подразделяют на 3 этапа.
Первый этап – подготовительный. Во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. Полисахариды распадаются до моносахаридов, белки – до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превращений энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.
Второй этап – неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образующиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода. Разберем этот этап на примере гликолиза – ферментативного расщепления глюкозы. Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая во многих клетках, например в мышечных, превращается в молочную кислоту (С3Н6О3), причем высвободившиеся при этом энергии достаточно для превращение двух молекул АДФ в 2 молекулы АТФ. Несмотря на кажущуюся простоту, гликолиз – процесс многоступенчатый, насчитывающий более 10 стадий, катализируемых разными ферментами. Только 40% выделяющейся энергии запасается клеткой в виде АТФ, а остальные 60% - рассеивается в виде тепла. Благодаря многостадийности гликолиза выделяющиеся небольшие порции тепла не успевает нагреть клетку до опасного уровня. Гликолиз происходит в цитоплазме клетки.
У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О
Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и 2 молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глюкозу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом случае «энергетическая прибыль» клетки составляет 2 молекулы АТФ.
Третий этап энергетического обмена – полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образованные на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов – СО2 и Н2О. этот этап можно представить себе в следующем виде:
2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 +36АДФ = 6СО2 + 42Н2О + 36 АТФ
Таким образом, окисление 2 молекул трехугольной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы до СО2 и Н2О, приводит к выделению большого количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ.
Клеточное дыхание происходит в кристах митохондрий. Коэффициент полезного действия этого процесса выше, чем у гликолиза, и составляют приблизительно 55%. В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.
Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.