3
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:
ь Познакомиться с неорганическими и органическими веществами клетки.
ь Рассмотреть обмен веществ и преобразование энергии в клетке.
ь 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.
1.1. Неорганические вещества.
1.1.1. 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.
1.1.2. 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.
1.2. Органические вещества клетки.
1.2.1. Белки.
Среди органических веществ клетки белки стоят на первом месте как по
количеству (10 – 12% от общей массы клетки), так и по значению. Белки
представляют собой высокомолекулярные полимеры (с молекулярной массой от
6000 до 1 млн. и выше), мономерами которых являются аминокислоты. Живыми
организмами используется 20 аминокислот, хотя их существует значительно
больше. В состав любой аминокислоты входит аминогруппа (-NH2),
обладающая основными свойствами, и карбоксильная группа (-СООН), имеющая
кислотные свойства. Две аминокислоты соединяются в одну молекулу путем
установления связи HN-CO с выделением молекулы воды. Связь между
аминогруппой одной аминокислоты и карбоксилом другой называется
пептидной. Белки представляют собой полипептиды, содержащие десятки и
сотни аминокислот. Молекулы различных белков отличаются друг от друга
молекулярной массой, числом, составом аминокислот и последовательностью
расположения их в полипептидной цепи. Понятно поэтому, что белки
отличаются огромным разнообразием, их количество у всех видов живых
организмов оценивается числом 1010 – 1012.
Цепь аминокислотных звеньев, соединенных ковалентно пептидными связями в
определенной последовательности, называется первичной структурой белка.
В клетках белки имеют вид спирально закрученных волокон или шариков
(глобул). Это объясняется тем, что в природном белке полипептидная
цепочка уложена строго определенным образом в зависимости от химического
строения входящих в ее состав аминокислот.
Вначале полипептидная цепь сворачивается в спираль. Между атомами
соседних витков возникает притяжение и образуются водородные связи, в
частности, между NH- и СО- группами, расположенными на соседних витках.
Цепочка аминокислот, закрученная в виде спирали, образует вторичную
структуру белка. В результате дальнейшей укладки спирали возникает
специфичная для каждого белка конфигурация, называемая третичной
структурой. Третичная структура обусловлена действием сил сцепления
между гидрофобными радикалами, имеющимися у некоторых аминокислот, и
ковалентными связями между SH- группами аминокислоты цистеина (S-S-
связи). Количество аминокислот гидрофобными радикалами и цистеина, а
также порядок их расположения в полипептидной цепочке специфичны для
каждого белка. Следовательно, особенности третичной структуры белка
определяются его первичной структурой. Биологическую активность белок
проявляет только в виде третичной структуры. Поэтому замена даже одной
аминокислоты в полипептидной цепочке может привести к изменению
конфигурации белка и к снижению или утрате его биологической активности.
В некоторых случаях белковые молекулы объединяются друг с другом и могут
выполнять свою функцию только в виде комплексов. Так, гемоглобин – это
комплекс из четырех молекул и только в такой форме способен присоединять
и транспортировать О. подобные агрегаты представляют собой четвертичную
структуру белка.
По своему составу белки делятся на два основных класса – простые и
сложные. Простые белки состоят только из аминокислот нуклеиновые кислоты
(нуклеотиды), липиды (липопротеиды), Ме (металлопротеиды), Р
(фосфопротеиды).
Функции белков в клетке чрезвычайно многообразны. Одна из важнейших –
строительная функция: белки участвуют в образовании всех клеточных
мембран и органоидов клетки, а также внутриклеточных структур.
Исключительно важное значение имеет ферментативная (каталитическая) роль
белков. Ферменты ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в
10ки и 100ни миллионов раз. Двигательная функция обеспечивается
специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех видах
движений, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и
биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у животных, движение
листьев у растений и др. Транспортная функция белков заключается в
присоединении химических элементов (например, гемоглобин присоединяет О)
или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к тканям и
органам тела. Защитная функция выражается в форме выработки особых
белков, называемых антителами, в ответ на проникновение в организм
чужеродных белков или клеток. Антитела связывают и обезвреживают
чужеродные вещества. Белки играют немаловажную роль как источники
энергии. При полном расщеплении 1г. белков выделяется 17,6 кДж (~4,2
ккал).
1.2.2. Углеводы.
Углеводы, или сахариды – органические вещества с общей формулой (СН2О)n.
У большинства углеводов число атомов Н вдвое больше числа атомов О, как
в молекулах воды. Поэтому эти вещества и были названы углеводами.
В живой клетке углеводы находятся в количествах, не превышающих 1-2,
иногда 5% (в печени, в мышцах). Наиболее богаты углеводами растительные
клетки, где их содержание достигает в некоторых случаях 90% от массы
сухого вещества (семена, клубни картофеля и т.д.).
Углеводы бывают простые и сложные. Простые углеводы называются
моносахаридами. В зависимости от числа атомов углевода в молекуле
моносахариды называются триозами, тетрозами, пентозами или гексозами. Из
шестиуглеродных моносахаридов – гексоз – наиболее важное значение имеют
глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза содержится в крови (0,1-0,12%).
Пентозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ.
Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение
называется дисахаридом. Пищевой сахар, получаемый из тростника или
сахарной свеклы, состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы
фруктозы, молочный сахар – из глюкозы и галактозы.
Сложные углеводы, образованные многими моносахаридами, называются
полисахаридами. Мономером таких полисахаридов, как крахмал, гликоген,
целлюлоза, является глюкоза.
Углеводы выполняют две основные функции: строительную и энергетическую.
Целлюлоза образует стенки растительных клеток. Сложный полисахарид хитин
служит главным структурным компонентом наружного скелета членистоногих.
Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. Углеводы играют роль
основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1г. углеводов
освобождается 17,6 кДж (~4,2 ккал). Крахмал у растений и гликоген у
животных откладываются в клетках и служат энергетическим резервом.
1.2.3. Нуклеиновые кислоты.
Значение нуклеиновых кислот в клетке очень велико. Особенности их
химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса и
передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых
молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определенном этапе
индивидуального развития. Поскольку большинство свойств и признаков
клеток обусловлено белками, то понятно, что стабильность нуклеиновых
кислот – важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых
организмов. Любые изменения структуры клеток или активности
физиологических процессов в них, влияя, таким образом, на
жизнедеятельность. Изучение структуры нуклеиновых кислот имеет
исключительно важное значение для понимания наследования признаков у
организмов и закономерностей функционирования, как отдельных клеток, так
и клеточных систем – тканей и органов.
Существуют 2 типа нуклеиновых кислот – ДНК и РНК.
ДНК – полимер, состоящий из двух нуклеотидных спиралей, заключенных так,
что образуется двойная спираль. Мономеры молекул ДНК представляют собой
нуклеотиды, состоящие из азотистого основания (аденина, тимина, гуанина
или цитозина), углевода (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты.
Азотистые основания в молекуле ДНК соединены между собой неодинаковым
количеством Н-связей и располагаются попарно: аденин (А) всегда против
тимина (Т), гуанин (Г) против цитозина (Ц). схематически расположение
нуклеотидов в молекуле ДНК можно изобразить так: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Из схемы видно, что нуклеотиды соединены друг с другом не случайно, а
избирательно. Способность к избирательному взаимодействию аденина с
тимином и гуанина с цитозином называется комплементарностью.
Комплементарное взаимодействие определенных нуклеотидов объясняется
особенностями пространственного расположения атомов в их молекулах,
которые позволяют им сближаться и образовывать Н-связи. В
полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой через
сахар (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты.
РНК так же, как и ДНК, представляет собой полимер, мономерами которого
являются нуклеотиды. Азотистые основания трех нуклеотидов те же самые,
что входят в состав ДНК (А, Г, Ц); четвертое – урацил (У) – присутствует
в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов
ДНК и по строению входящего в их состав углевода (рибоза вместо
дизоксирибозы).
В цепочке РНК нуклеотиды соединяются путем образования ковалентных
связей между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты
другого.
По структуре различаются двухцепочечные РНК. Двухцепочечные РНК являются
хранителями генетической информации у ряда вирусов, т.е. выполняют у них
функции хромосом. Одноцепочечные РНК осуществляют перенос информации о
структуре белков от хромосомы к месту их синтеза и участвуют в синтезе
белков.
Существует несколько видов одноцепочечной РНК. Их названия обусловлены
выполняемой функцией или местом нахождения в клетке. Большую часть РНК
цитоплазмы (до 80-90%) составляет рибосомальная РНК (рРНК), содержащаяся
в рибосомах. Молекулы рРНК относительно невелики и состоят в среднем из
10 нуклеотидов. Другой вид РНК (иРНК), переносящие к рибосомам
информацию о последовательности аминокислот в белках, которые должны
синтезироваться. Размер этих РНК зависит от длины участка ДНК, на
котором они были синтезированы. Транспортные РНК выполняют несколько
функций. Они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, “узнают” (по
принципу комплементарности) триплет и РНК, соответствующий переносимой
аминокислоте, осуществляют точную ориентацию аминокислоты на рибосоме.
1.2.4. Жиры и липоиды.
Жиры представляют собой соединения жирных высокомолекулярных кислот и
трехатомного спирта глицерина. Жиры не растворяются в воде – они
гидрофобны. В клетке всегда есть и другие сложные гидрофобные
жироподобные вещества, называемые липоидами.
Одна из основных функций жиров – энергетическая. В ходе расщепления 1г.
жиров до СО2 и Н2О освобождается большое количество энергии – 38,9 кДж
(~9,3 ккал). Содержание жира в клетке колеблется в пределах 5-15% от
массы сухого вещества. В клетках живой ткани количество жира возрастает
до 90%. Накапливаясь в клетках жировой ткани животных, в семенах и
плодах растений, жир служит запасным источником энергии.
Жиры и липоиды выполняют и строительную функцию6 они входят в состав
клеточных мембран. Благодаря плохой теплопроводности жир способен к
защитной функции. У некоторых животных (тюлени, киты) он откладывается в
подкожной жировой ткани, образуя слой толщиной до 1м. Образование
некоторых липоидов предшествует синтезу ряда гормонов. Следовательно,
этим веществам присуща и функция регуляции обменных процессов.
1.3. Клеточная теория строения организмов.
Для прокариот и простейших, низших грибов и некоторых водорослей понятия
“клетка” и “организм” совпадают. Можно сказать, что клетка – это
элементарная биологическая система, способная к самообновлению,
самовоспроизведению и развитию.
Такое представление о клетке установилось в науке не сразу. Сама клетка
(точнее, клеточная оболочка) была открыта в XVII в. Английским физиком
Р. Гуком. Рассматривая под микроскопом срез пробки, Гук обнаружил, что
она состоит из ячеек, разделенных перегородками. Эти ячейки он назвал
клетками. Долгое время главной частью клетки считали ее оболочку. Лишь в
XIX в. Ученые обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое,
заполняющее клетку. В 1831 г. английский ботаник Б. Броун обнаружил в
клетках ядро. Это открытие послужило важной предпосылкой для
установления сходства между клетками растений и животных. Ботаник М.
Шлейден доказал, что ядро есть в любой растительной клетке.
В конце 30-х гг. XIX в. зоолог Т. Шванн, обобщив накопленные сведения о
строении живых организмов, пришел к заключению, что клетка – их главная
структурная единица и что именно образование клеток обусловливает рост и
развитие живых тканей.
Клеточная теория строения была сформулирована и опубликована Т. Шванном
в 1839г. Она сыграла огромную роль в развитии биологии. Исчезла
казавшаяся непроходимой пропасть между царством растений и царством
животных. Провозглашая единство живого мира, клеточная теория послужила
одной из предпосылок возникновения теории эволюции Ч. Дарвина.
Позднее клеточная теория была развита многими учеными. Немецкий врач Р.
Вирхов доказал, что главная составная часть клетки – ядро и что клетки
образуются только от клеток. Дальнейшее совершенствование
микроскопической техники, создание электронного микроскопа и появление
методов молекулярной биологии позволили глубже проникнуть в тайны
клетки, познать ее сложную структуру и многообразие протекающих в ней
биохимических процессов.
В настоящее время основные положения клеточной теории формулируются
следующим образом:
1) Клетка является структурно-функцилональной единицей, а также единицей
развития всех живых организмов;
2) Клеткам присуще мембранное строение;
3) Ядро – главная составная часть клетки;
4) Клетки размножаются только делением;
5) Клеточное строение организма – свидетельство того, что растения и
животные имеют единое происхождение.
Неклеточные формы жизни – вирусы и бактериофаги – устроены проще, чем
клетки даже самых примитивных бактерий.
1.4. Обмен веществ и преобразование энергии в клетке.
Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой. В
клетках непрерывно идут процессы биологического синтеза, или биосинтеза.
С помощью катализаторов химических реакций – ферментов – из простых
низкомолекулярных веществ образуются сложные высокомолекулярные
соединения: из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов –
сложные углеводы, из азотистых оснований – нуклеиновые кислоты.
Разнообразные жиры и масла возникают путем химических превращений
сравнительно простых веществ, источником которых служит остаток уксусной
кислоты – ацетат. При этом биосинтетические реакции отличаются видовой и
индивидуальной специфичностью. Клетки наружных покровов членистоногих
синтезируют хитин – сложный полисахарид, у наземных позвоночных –
рептилий, птиц, млекопитающих – роговое вещество, основой которого
является белок кератин. В конечном счете, структура синтезируемых
крупных органических молекул определяется последовательностью
нуклеотидов в ДНК, т.е. генотипом. Синтезированные вещества используются
в процессе роста для построения клеток и их органоидов и для замены
израсходованных или разрушенных молекул. Все реакции биосинтеза идут с
поглощением энергии.
1.4.1. Пластический обмен.
Совокупность реакций биологического синтеза называется пластическим
обменом или ассимиляцией. Название этого вида обмена отражает его
сущность: из простых веществ, поступающих в клетку извне, образуются
вещества, подобные веществам клетки.
Рассмотрим одну из важнейших форм пластического обмена – биосинтез
белков. Как уже отмечала, все многообразие их свойств определяется, в
конечном счете, первичной структурой, т.е. последовательностью
аминокислот. Огромное количество отобранных эволюцией уникальных
сочетаний аминокислот воспроизводится путем синтеза нуклеиновых кислот с
такой последовательностью азотистых оснований, которая соответствует
последовательности аминокислот в белках. Каждой аминокислоте в
полипептидной цепочке соответствует комбинация из трех нуклеотидов
(триплет). Так, аминокислоте цистеину соответствует триплет АЦА, валину
ЦАА, лизину – ТТТ и т.д.
Таким образом, определенные сочетания нуклеотидов и последовательность
их расположения в молекуле ДНК являются кодом, несущим информацию о
структуре белка.
Код включает все возможные сочетания трех (из четырех) азотистых
оснований. Таких сочетаний может быть 43=64, в то время как кодируется
только 20 аминокислот. В результате некоторые аминокислоты кодируются
несколькими триплетами. Эта избыточность кода имеет большое значение для
повышения надежности передачи генетической информации. Например,
аминокислоте аргинину могут соответствовать триплеты ГЦА, ГЦГ, ГЦТ, ГЦЦ
и др. Понятно, что случайная замена третьего нуклеотида в этих триплетах
никак не отразится на структуре синтезируемого белка. В длинной молекуле
ДНК, состоящей из миллионов нуклеотидных пар, записана информация о
последовательности аминокислот в сотнях различных белков.
1.4.2. Этапы энергетического обмена.
Энергетический обмен обычно делят на 3 этапа. Первый этап –
подготовительный. На этом этапе молекулы ди- и полисахаридов, жиров,
белков распадаются на мелкие молекулы – глюкозу, глицерин и жирные
кислоты, аминокислоты, крупные молекулы нуклеиновых кислот – на
азотистые основания – нуклеотиды. На этом этапе выделяется небольшое
количество энергии, которая рассеивается в виде тепловой энергии.
Второй этап – бескислородный, или неполный. Он называется также
анаэробным дыханием или брожением. Термин “брожение” обычно применяют по
отношению к процессам, протекающим в клетке микроорганизмов или
растений. Образующиеся на этом этапе вещества при участии ферментов
вступают на путь дальнейшего расщепления. В мышцах, например, в
результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на 2
молекулы молочной кислоты (гликолиз). В реакциях расщепления глюкозы
участвуют фосфорная кислота и АДФ. В суммарном виде гликолиз выглядит
так: С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ?2С3Н6О3+2АТФ+2Н2О. У дрожжевых грибов молекула
глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид
углерода (спиртовое брожение):
С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ?2С2Н5ОН+2СО2+2АТФ+2Н2О.
У других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием
ацетона, уксусной кислоты и т.д. Во всех случаях распад одной молекулы
глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ. В ходе
бескислородного расщепления глюкозы в виде химической связи в молекуле
АТФ сохраняется 40% энергии, а остальная рассеивается в виде теплоты.
Третий этап энергетического обмена – стадия аэробного дыхания, или
кислородного расщепления. Реакции этой стадии энергетического обмена
также катализируются ферментами. При доступе О к клетке образовавшиеся
во время предыдущего этапа вещества окисляются до конечных продуктов –
Н2О и СО2. кислородное дыхание сопровождается выделением большого
количества энергии и аккумуляцией ее в молекулах АТФ. Суммарное
уравнение аэробного дыхания выглядит так:
2С3Н6О3+6О2+36Н3РО4+36АДФ?6СО2+6Н2О+36АТФ+36Н2О. Таким образом, при
окислении двух молекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ.
Следовательно, основную роль в обеспечении клетки энергией играет
аэробное дыхание.
1.4.3. Автотрофное и гетеротрофное питание.
Живые организмы для своей жизнедеятельности нуждаются в источниках
энергии. По способу получения энергии все организмы делятся на две
группы – автотрофные и гетеротрофные.
Автотрофы – это организмы, использующие для построения своего тела
неорганические соединения. К ним относятся некоторые бактерии и все
зеленые растения. В зависимости от того, какой источник энергии
используется автотрофными организмами для синтеза органических
соединений, их делят на 2 группы: фототрофы и хемотрофы. Для фототрофов
источником энергии служит свет, а хемотрофы используют энергию,
освобождающуюся при окислительно-восстановительных реакциях.
Зеленые растения являются фототрофами. При помощи содержащегося в
хлоропластах хлорофилла они осуществляют фотосинтез – преобразование
световой энергии в энергию химических связей. Происходит это следующим
образом. Фотосинтез состоит из двух фаз – световой и темновой. В
световой фазе кванты света – фотоны – взаимодействуют с молекулами
хлорофилла, в результате чего эти молекулы переходят на очень короткое
время в более богатое энергией, “возбужденное”, состояние. Затем
избыточная энергия части возбужденных молекул переходит в теплоту или
испускается в виде света. Другая ее часть передается ионам водорода,
всегда имеющимся в водном растворе вследствие диссоциации воды.
Образовавшиеся атомы водорода непрочно соединяются с органическими
молекулами – переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН- отдают свои
электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН.
Радикалы ОН взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуется
вода и молекулярный кислород: 4ОН?О2+2Н2О. таким образом, источником
молекулярного О, образующегося в процессе фотосинтеза и выделяющегося в
атмосферу является фотолиз – разложение воды под влиянием света. Кроме
фотолиза воды энергия света используется в световой фазе для синтеза АТФ
и АДФ и фосфата без участия кислорода. Это очень эффективный процесс; в
хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях тех же
растений с участием кислорода. Таким образом накапливается энергия,
необходимая для процессов, происходящих в темновой фазе фотосинтеза. В
комплексе химических реакций темновой фазы ключевое место занимает
связывание СО2. в этих реакциях участвуют молекулы АТФ, синтезированные
во время световой фазы, и атомы Н, образовавшиеся в процессе фотолиза
воды и связанны с молекулами – переносчиками: 6СО2+24Н?С6Н12О6+6Н2О. так
энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей
сложных органических соединений.
Некоторые бактерии, лишенные хлорофилла, способны к синтезу органических
соединений, при этом они используют энергию химических реакций
неорганических веществ. Преобразование энергии химических реакций в
химическую энергию синтезируемых органических соединений называется
хемосинтезом. К группе автотрофов – хемосинтетиков (хемотрофов) относят
нитрифицирующие бактерии. Некоторые из них используют энергию окисления
аммиака в азотистую кислоту, другие – энергию окисления азотистой
кислоты в азотную. Известны хемосинтетики, извлекающие энергию из
окисления двухвалентного железа в трехвалентное или из окисления
сероводорода до серной кислоты. Фиксируя атмосферный азот, переводя
нерастворимые минералы в форму, пригодную для усвоения растениями,
хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в круговороте веществ в
природе.
Организмы, не способные сами синтезировать органические соединения из
неорганических, нуждаются в доставке их из окружающей среды. Такие
организмы называются гетеротрофными. К ним относятся большинство
бактерий, грибы и все животные.
Заключение.
Клетка – элементарная единица жизни на Земле.
Клетка покрыта наружной мембраной, внутреннее содержимое клетки
называется цитоплазмой. В цитоплазме находится ядро. Важнейшие
органоиды: эндоплазматическая сеть, рибосомы, комплекс Гольджи,
лизосомы, митохондрии, пластиды, клеточный центр.
Основной способ деления клеток – митоз, состоящий из профазы, метафазы,
анафазы и телофазы; промежуток между делениями клетки – интерфаза.
В клетках тела, как правило, диплоидный (2n) набор хромосом.
Список используемой литературы.
1. Краткий справочник школьника 5-11 классы (1998г.), издательский дом
“Дрофа”.
2. Биология. Общие закономерности. 9 класс (2003г.) “Дрофа”. С.Г.
Мамонтов, В.Б. Захаров, Н.И. Сонин.
3. Биология. Пособие для поступающих в вузы. (1984г.) “Высшая школа”
Э.В. Семенов, С.Г. Мамонтов, В.Л. Коган.
4. Биология. Введение в общую биологию и экологию. 9 класс. (2003г.).
“Дрофа” А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. пасечник.
8. Мегаэнциклопедия, http://mega.km.ru
9. Большой Энциклопедический словарь. — М.: Большая российская
энциклопедия, 1998.
10. Просвещение, 1992. — 160 с.: ил. — ISBN 5-09-004171-7.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
