Fazit zum Vergleich von Zellen aus verschiedenen Königreichen der Eukaryoten. Vergleichende Eigenschaften eukaryontischer Zellen

Die Wissenschaft, die die Struktur und Funktion von Zellen untersucht – Zytologie .

Zellen können sich in Form, Struktur und Funktion voneinander unterscheiden, obwohl die grundlegenden Strukturelemente der meisten Zellen ähnlich sind. Systematische Zellgruppen – prokaryotisch Und eukaryotisch (Superkönigreiche Prokaryoten und Eukaryoten) .

Prokaryontische Zellen enthalten keinen echten Zellkern und keine Organellen (das Reich der zerkleinerten Zelle).
Eukaryontische Zellen enthalten einen Zellkern, in dem sich der Erbapparat des Organismus befindet (Superreiche Pilze, Pflanzen, Tiere).

Jeder Organismus entwickelt sich aus einer Zelle.
Dies gilt für Organismen, die sowohl durch asexuelle als auch durch sexuelle Fortpflanzungsmethoden entstanden sind. Deshalb gilt die Zelle als Wachstums- und Entwicklungseinheit des Organismus.

Je nach Ernährungsweise und Zellstruktur werden sie unterteilt in Königreiche :

• Drobyanki;
• Pilze;
• Pflanzen;
• Tiere.

Bakterienzellen (Königreich Drobyanka) haben: eine dichte Zellwand, ein kreisförmiges DNA-Molekül (Nukleoid), Ribosomen. Diesen Zellen fehlen viele Organellen, die für eukaryontische Pflanzen-, Tier- und Pilzzellen charakteristisch sind. Aufgrund ihrer Ernährungsweise werden Bakterien in Phototrophe, Chemotrophe und Heterotrophe unterteilt.

Pilzzellen mit einer Zellwand bedeckt, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung von den Zellwänden von Pflanzen unterscheidet. Als Hauptbestandteile enthält es Chitin, Polysaccharide, Proteine ​​und Fette. Der Reservestoff von Pilz- und Tierzellen ist Glykogen.

Pflanzenzellen enthalten: Chloroplasten, Leukoplasten und Chromoplasten; Sie sind von einer dichten Zellwand aus Zellulose umgeben und besitzen zudem Vakuolen mit Zellsaft. Alle grünen Pflanzen sind autotrophe Organismen.

U tierische Zellen keine dichten Zellwände. Sie sind von einer Zellmembran umgeben, über die der Stoffaustausch mit der Umwelt erfolgt.

THEMATISCHE AUFGABEN

Teil A

A1. Welche der folgenden Aussagen stimmt mit der Zelltheorie überein?
1) Die Zelle ist eine elementare Einheit der Vererbung
2) Die Zelle ist eine Reproduktionseinheit
3) Die Zellen aller Organismen unterscheiden sich in ihrer Struktur
4) Die Zellen aller Organismen haben unterschiedliche chemische Zusammensetzungen

A2. Zu den präzellulären Lebensformen gehören:
1) Hefe
2) Penicillium
3) Bakterien
4) Viren

A3. Eine Pflanzenzelle unterscheidet sich von einer Pilzzelle im Aufbau:
1) Kerne
2) Mitochondrien
3) Zellwand
4) Ribosomen

A4. Eine Zelle besteht aus:
1) Influenzavirus und Amöbe
2) Mucor-Pilz und Kuckuckslein
3) Planarien und Volvox
4) Grüne Euglena- und Pantoffel-Wimperntiere

A5. Prokaryontische Zellen haben:
1) Kern
2) Mitochondrien
3) Golgi-Apparat
4) Ribosomen

A6. Die Art der Zelle wird angegeben durch:
1) Kernform
2) Anzahl der Chromosomen
3) Membranstruktur
4) Primäre Proteinstruktur

A7. Die Rolle der Zelltheorie in der Wissenschaft ist
1) Öffnung des Zellkerns
2) Öffnen der Zelle
3) Verallgemeinerung des Wissens über die Struktur von Organismen
4) Entdeckung von Stoffwechselmechanismen

Teil B

IN 1. Wählen Sie Zeichen aus, die nur typisch sind für Pflanzenzellen
1) Es gibt Mitochondrien und Ribosomen
2) Zellwand aus Zellulose
3) Es gibt Chloroplasten
4) Speicherstoff – Glykogen
5) Reservestoff – Stärke
6) Der Kern ist von einer Doppelmembran umgeben

UM 2. Wählen Sie die Merkmale aus, die das Königreich der Bakterien vom Rest der Königreiche der organischen Welt unterscheiden.
1) heterotrophe Ernährungsweise
2) autotrophe Ernährungsmethode
3) das Vorhandensein eines Nukleoids
4) Fehlen von Mitochondrien
5) Fehlen eines Kerns
6) Vorhandensein von Ribosomen

VZ. Finden Sie eine Entsprechung zwischen den Strukturmerkmalen der Zelle und den Reichen, zu denen diese Zellen gehören

Teil C

C1. Nennen Sie Beispiele für eukaryotische Zellen, die keinen Zellkern haben.
C2. Beweise das Zelltheorie fasste eine Reihe biologischer Entdeckungen zusammen und sagte neue Entdeckungen voraus.

Vielfalt der Zellen

Nach der Zelltheorie ist eine Zelle die kleinste Struktur- und Funktionseinheit von Organismen, die alle Eigenschaften eines Lebewesens besitzt. Basierend auf der Anzahl der Zellen werden Organismen in einzellige und mehrzellige Organismen unterteilt. Zellen einzelliger Organismen existieren als eigenständige Organismen und erfüllen alle Funktionen von Lebewesen. Alle Prokaryoten und eine Reihe von Eukaryoten (viele Arten von Algen, Pilzen und Protozoen) sind Einzeller, die durch ihre außergewöhnliche Formen- und Größenvielfalt überraschen. Allerdings sind die meisten Organismen immer noch vielzellig. Ihre Zellen sind auf die Ausführung bestimmter Funktionen spezialisiert und bilden Gewebe und Organe, die sich nur auf ihre morphologischen Merkmale auswirken können. Beispielsweise besteht der menschliche Körper aus etwa 1014 Zellen, die durch etwa 200 Arten repräsentiert werden und eine große Vielfalt an Formen und Größen aufweisen.

Die Form der Zellen kann rund, zylindrisch, kubisch, prismatisch, scheibenförmig, spindelförmig, sternförmig usw. sein (Abb. 2.1). So haben Eier eine runde Form, Epithelzellen eine zylindrische, kubische und prismatische Form, rote Blutkörperchen haben eine bikonkave Scheibenform, Muskelgewebezellen sind spindelförmig und Nervengewebezellen sind sternförmig. Einige Zellen haben überhaupt keine dauerhafte Form. Dazu gehören vor allem Blutleukozyten.

Auch die Zellgrößen variieren erheblich: Die meisten Zellen eines mehrzelligen Organismus haben eine Größe von 10 bis 100 Mikrometern und die kleinsten sind 2 bis 4 Mikrometer groß. Die Untergrenze ist darauf zurückzuführen, dass die Zelle über ein Mindestmaß an Stoffen und Strukturen verfügen muss, um die lebenswichtige Aktivität sicherzustellen, und eine zu große Zellgröße den Stoff- und Energieaustausch mit der Umwelt beeinträchtigt und zudem die Prozesse erschwert der Aufrechterhaltung der Homöostase. Einige Zellen sind jedoch mit bloßem Auge erkennbar. Hierzu zählen vor allem die Zellen von Wassermelonen- und Apfelfrüchten sowie die Eier von Fischen und Vögeln. Auch wenn eine der linearen Abmessungen der Zelle über dem Durchschnitt liegt, entsprechen alle anderen der Norm. Beispielsweise kann der Fortsatz eines Neurons eine Länge von mehr als 1 m erreichen, sein Durchmesser entspricht jedoch immer noch dem Durchschnittswert. Es gibt keinen direkten Zusammenhang zwischen Zellgröße und Körpergröße. Somit sind die Muskelzellen eines Elefanten und einer Maus gleich groß. .

Prokaryotische und eukaryotische Zellen

Wie oben erwähnt, weisen Zellen viele ähnliche funktionelle Eigenschaften und morphologische Merkmale auf. Jeder von ihnen besteht aus Zytoplasma, darin versunken erbliche Informationen und von der äußeren Umgebung getrennt Plasmamembran oder Plasmalemma, beeinträchtigt den Stoffwechsel- und Energieprozess nicht. Außerhalb der Membran kann die Zelle auch eine Zellwand bestehend aus haben verschiedene Substanzen, das dem Schutz der Zelle dient und eine Art äußeres Skelett darstellt.

Zytoplasma stellt den gesamten Zellinhalt dar und füllt den Raum zwischen der Plasmamembran und der Struktur mit den Erbinformationen aus. Es besteht

aus der Hauptsubstanz - Hyaloplasma- und darin eingetauchte Organellen und Einschlüsse. Organoide- Dies sind dauerhafte Bestandteile der Zelle, die bestimmte Funktionen erfüllen, und Einschlüsse - Bestandteile, die während des Lebens einer Zelle erscheinen und verschwinden und hauptsächlich Speicher- oder Ausscheidungsfunktionen erfüllen. Einschlüsse werden oft in feste und flüssige Einschlüsse unterteilt. Feste Einschlüsse werden hauptsächlich durch Granulat dargestellt und können unterschiedlicher Natur sein, während Vakuolen und Fetttröpfchen als flüssige Einschlüsse betrachtet werden (Abb. 2.2).

Derzeit gibt es zwei Haupttypen der Zellorganisation: prokaryotisch Und eukaryotisch.

Eine prokaryotische Zelle hat keinen Zellkern, ihre Erbinformationen sind nicht durch Membranen vom Zytoplasma getrennt.

Der Bereich des Zytoplasmas, in dem Erbinformationen in einer prokaryotischen Zelle gespeichert sind, wird als bezeichnet Nukleoid. Im Zytoplasma prokaryontischer Zellen gibt es hauptsächlich eine Art von Organellen – Ribosomen, und von Membranen umgebene Organellen fehlen vollständig. Bakterien sind Prokaryoten.

Eine eukaryotische Zelle ist eine Zelle, die mindestens eines der Entwicklungsstadien aufweist Kern- eine spezielle Struktur, in der sich die DNA befindet.

Das Zytoplasma eukaryontischer Zellen zeichnet sich durch eine erhebliche Vielfalt an Organellen aus. Zu den eukaryontischen Organismen zählen Pflanzen, Tiere und Pilze.

Die Größe prokaryotischer Zellen ist normalerweise um eine Größenordnung kleiner als die Größe eukaryotischer Zellen. Die meisten Prokaryoten sind einzellige Organismen, während Eukaryoten mehrzellig sind.

Vergleichende Eigenschaften der Zellstruktur von Pflanzen, Tieren, Bakterien und Pilzen

Neben den für Prokaryoten und Eukaryoten charakteristischen Merkmalen weisen auch die Zellen von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien eine Reihe von Merkmalen auf. Daher enthalten Pflanzenzellen spezifische Organellen – Chloroplasten, die ihre Fähigkeit zur Photosynthese bestimmen, wohingegen diese Organellen in anderen Organismen nicht vorkommen. Dies bedeutet natürlich nicht, dass andere Organismen nicht zur Photosynthese fähig sind, da sie beispielsweise bei Bakterien über Einstülpungen der Plasmamembran und einzelner Membranvesikel im Zytoplasma erfolgt.

Pflanzenzellen enthalten in der Regel große, mit Zellsaft gefüllte Vakuolen. Sie kommen auch in den Zellen von Tieren, Pilzen und Bakterien vor, haben jedoch einen völlig anderen Ursprung und erfüllen andere Funktionen. Der wichtigste Reservestoff, der in Form fester Einschlüsse in Pflanzen vorkommt, ist Stärke, bei Tieren und Pilzen ist es Glykogen und bei Bakterien ist es Volutin.

Einer noch Kennzeichen Bei diesen Organismengruppen handelt es sich um die Organisation des Oberflächenapparates: Die Zellen tierischer Organismen haben keine Zellwand, ihre Plasmamembran ist nur mit einer dünnen Glykokalyx bedeckt, während sie bei allen anderen vorhanden ist. Dies ist völlig verständlich, da die Art und Weise, wie Tiere fressen, mit dem Einfangen von Nahrungspartikeln während des Prozesses der Phagozytose verbunden ist und das Vorhandensein einer Zellwand ihnen diese Möglichkeit nehmen würde. Die chemische Natur der Substanz, aus der die Zellwand besteht, ist in verschiedenen Gruppen lebender Organismen unterschiedlich: Handelt es sich bei Pflanzen um Zellulose, so handelt es sich bei Pilzen um Chitin und bei Bakterien um Murein (Tabelle 2.1).

Tabelle 2.1

Vergleichende Eigenschaften der Zellstruktur von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien

Unterschiede in der Zellstruktur von Vertretern verschiedener Reiche der Lebewesen sind in Abb. dargestellt. 2.3.

Reis. 2.3. Die Struktur von Bakterienzellen (A), Tieren (B), Pilzen (C) und Pflanzen (D)

2.3. Chemische Organisation der Zelle. Die Beziehung zwischen der Struktur und den Funktionen anorganischer und organischer Substanzen (Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Lipide, ATP), aus denen die Zelle besteht. Begründung der Verwandtschaft von Organismen anhand einer Analyse der chemischen Zusammensetzung ihrer Zellen.

Chemische Zusammensetzung der Zelle.

Die meisten der bisher entdeckten chemischen Elemente des Periodensystems von D. I. Mendelejew wurden in lebenden Organismen gefunden. Einerseits enthalten sie kein einziges Element, das nicht in der unbelebten Natur vorkommen würde, andererseits unterscheiden sich ihre Konzentrationen in Körpern unbelebter Natur und lebenden Organismen erheblich (Tabelle 2.2).

Diese chemischen Elemente bilden anorganische und organische Substanzen. Obwohl in lebenden Organismen anorganische Stoffe vorherrschen (Abb. 2.4), sind es organische Stoffe, die ihre Einzigartigkeit bestimmen chemische Zusammensetzung und das Phänomen des Lebens im Allgemeinen, da sie hauptsächlich von Organismen im Lebensprozess synthetisiert werden und eine entscheidende Rolle bei Reaktionen spielen.

Die Wissenschaft untersucht die chemische Zusammensetzung von Organismen und die in ihnen ablaufenden chemischen Reaktionen. Biochemie.

Es ist zu beachten, dass der Gehalt an Chemikalien in verschiedenen Zellen und Geweben erheblich variieren kann. Wenn beispielsweise in tierischen Zellen Proteine ​​​​unter den organischen Verbindungen überwiegen, überwiegen in pflanzlichen Zellen Kohlenhydrate.

Tabelle 2.2

Makro- und Mikroelemente

Etwa 80 chemische Elemente kommen in lebenden Organismen vor, aber nur 27 dieser Elemente haben ihre Funktion in der Zelle und im Organismus etabliert. Die übrigen Elemente sind in geringen Mengen vorhanden und gelangen offenbar mit Nahrung, Wasser und Luft in den Körper. Der Gehalt an chemischen Elementen im Körper variiert erheblich (siehe Tabelle 2.2). Abhängig von ihrer Konzentration werden sie in Makroelemente und Mikroelemente unterteilt.

Die Konzentration jedes Einzelnen Makronährstoffe im Körper übersteigt 0,01 % und ihr Gesamtgehalt beträgt 99 %. Zu den Makroelementen gehören Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Kalium, Kalzium, Natrium, Chlor, Magnesium und Eisen. Die ersten vier der aufgeführten Elemente (Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff) werden ebenfalls genannt organisch, da sie zu den wichtigsten organischen Verbindungen gehören. Phosphor und Schwefel sind auch Bestandteile einer Reihe organischer Substanzen, wie zum Beispiel Proteine ​​und Nukleinsäuren. Phosphor ist für den Aufbau von Knochen und Zähnen unerlässlich.

Ohne die verbleibenden Makroelemente ist eine normale Funktion des Körpers unmöglich. So sind Kalium, Natrium und Chlor an den Prozessen der Zellerregung beteiligt. Kalium ist außerdem für die Funktion vieler Enzyme und die Wasserretention in der Zelle notwendig. Calcium kommt in den Zellwänden von Pflanzen, Knochen, Zähnen und Muschelschalen vor und wird für die Kontraktion von Muskelzellen und die intrazelluläre Bewegung benötigt. Magnesium ist ein Bestandteil von Chlorophyll, einem Pigment, das die Photosynthese ermöglicht. Es ist auch an der Proteinbiosynthese beteiligt. Eisen ist nicht nur Teil des Hämoglobins, das Sauerstoff im Blut transportiert, sondern ist auch für die Prozesse der Atmung und Photosynthese sowie für die Funktion vieler Enzyme notwendig.

Mikroelemente sind im Körper in Konzentrationen von weniger als 0,01 % enthalten und ihre Gesamtkonzentration in der Zelle erreicht nicht 0,1 %. Zu den Mikroelementen gehören Zink, Kupfer, Mangan, Kobalt, Jod, Fluor usw. Zink ist Teil des Moleküls des Pankreashormons Insulin, Kupfer wird für die Prozesse der Photosynthese und Atmung benötigt. Kobalt ist Bestandteil von Vitamin B 12, dessen Fehlen zu Anämie führt. Jod ist für die Synthese von Schilddrüsenhormonen notwendig, die für einen normalen Stoffwechsel sorgen, und Fluorid ist mit der Bildung von Zahnschmelz verbunden.

Sowohl ein Mangel als auch ein Überschuss oder eine Störung des Stoffwechsels von Makro- und Mikroelementen führen zur Entwicklung verschiedene Krankheiten. Insbesondere ein Mangel an Kalzium und Phosphor verursacht Rachitis, ein Mangel an Stickstoff – schwerer Proteinmangel, ein Mangel an Eisen – Anämie und ein Mangel an Jod – eine Verletzung der Bildung von Schilddrüsenhormonen und eine Abnahme der Stoffwechselrate. Eine verminderte Fluoridaufnahme aus Wasser und Nahrung ist maßgeblich für die Störung der Zahnschmelzerneuerung und damit für die Kariesneigung verantwortlich. Blei ist für fast alle Organismen giftig. Sein Überschuss verursacht irreversible Schäden am Gehirn und im Zentralnervensystem, die sich in Seh- und Hörverlust, Schlaflosigkeit, Nierenversagen und Krampfanfällen äußern und auch zu Lähmungen und Krankheiten wie Krebs führen können. Eine akute Bleivergiftung geht mit plötzlichen Halluzinationen einher und endet im Koma und Tod.

Der Mangel an Makro- und Mikroelementen kann durch eine Erhöhung ihres Gehalts in Lebensmitteln ausgeglichen werden Wasser trinken, sowie aufgrund der Rezeption Medikamente. So kommt Jod in Meeresfrüchten und Jodsalz vor, Kalzium in Eierschalen usw.

Überreich der Prokaryoten

Merkmale prokaryotischer Zellen

Merkmale pflanzlicher Zellen.

Einschlüsse

Im Zytoplasma von Zellen gibt es Einschlüsse – instabile Bestandteile, die die Funktion einer Reserve erfüllen Nährstoffe(Fetttropfen, Glykogenklumpen), verschiedene Sekrete, die zur Entfernung aus der Zelle vorbereitet werden. Zu den Einschlüssen gehören einige Pigmente (Hämoglobin, Lipofucin) und andere.
Einschlüsse werden in der Zelle synthetisiert und im Stoffwechselprozess verwendet.

Es gibt große Unterschiede zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen. Diese Unterschiede hängen mit der Lebensweise und Ernährung dieser Lebewesengruppen zusammen.

Auf der Erde gibt es zwei Gruppen von Organismen. Die erste besteht aus Viren und Phagen, die keine Zellstruktur haben. Die zweite Gruppe, die zahlreichste, hat Zellstruktur. Unter diesen Organismen gibt es zwei Arten der Zellorganisation: prokaryotische (Bakterien und Blaualgen) und eukaryotische (alle anderen).

Zu den prokaryotischen (oder pränukleären) Organismen gehören Bakterien und Blaualgen. Der genetische Apparat wird durch die DNA eines einzelnen zirkulären Chromosoms repräsentiert, befindet sich im Zytoplasma und ist nicht durch eine Membran von diesem abgegrenzt. Dieses Analogon des Kerns wird Nukleoid genannt.

Prokaryontische Zellen werden durch eine Zellwand (Hülle) geschützt, deren äußerer Teil aus einem Glykopeptid – Murein – besteht. Innere Die Zellwand wird durch eine Plasmamembran dargestellt, deren Vorsprünge in das Zytoplasma Mesosomen bilden, die am Aufbau von Zellwänden und der Fortpflanzung beteiligt sind und den Ort der DNA-Anlagerung darstellen. Im Zytoplasma gibt es nur wenige Organellen, dafür aber zahlreiche kleine Ribosomen.

Es gibt keine Mikrotubuli und es findet keine Bewegung des Zytoplasmas statt.

Viele Bakterien haben Flagellen mit einer einfacheren Struktur als die von Eukaryoten.

Die Atmung erfolgt bei Bakterien in Mesosomen und bei Blaualgen in Zytoplasmamembranen. Es gibt keine Chloroplasten oder andere Zellorganellen, die von einer Membran umgeben sind

Das Zytoplasma von Prokaryoten weist im Vergleich zum Zytoplasma eukaryotischer Zellen eine viel schlechtere strukturelle Zusammensetzung auf. Es gibt zahlreiche kleinere Ribosomen als in eukaryotischen Zellen. Funktionale Rolle Mitochondrien und Chloroplasten in prokaryotischen Zellen werden durch spezielle, eher einfach organisierte Membranfalten gebildet.

Der Aufbau verschiedener eukaryontischer Zellen ist ähnlich. Aber neben den Ähnlichkeiten zwischen den Zellen von Organismen verschiedener Reiche der Lebewesen gibt es auch deutliche Unterschiede. Sie beziehen sich sowohl auf strukturelle als auch auf biochemische Merkmale.

Eine Pflanzenzelle zeichnet sich durch das Vorhandensein verschiedener Plastiden, einer großen zentralen Vakuole, die manchmal den Zellkern an die Peripherie drängt, sowie einer außerhalb der Plasmamembran befindlichen Zellwand aus Zellulose aus. In den Zellen höherer Pflanzen fehlt dem Zellzentrum ein Zentriol, das nur bei Algen vorkommt. Der Reservenährstoff Kohlenhydrat in Pflanzenzellen ist Stärke.

In den Zellen von Vertretern des Pilzreichs besteht die Zellwand meist aus Chitin, der Substanz, aus der das Exoskelett der Arthropoden aufgebaut ist. Es gibt eine zentrale Vakuole, keine Plastiden. Nur einige Pilze haben ein Zentriol in der Zellmitte. Das Speicherkohlenhydrat in Pilzzellen ist Glykogen.

Tierische Zellen haben keine dichte Zellwand und keine Plastiden. In einer tierischen Zelle gibt es keine zentrale Vakuole. Das Zentriol ist charakteristisch für das Zellzentrum tierischer Zellen. Glykogen ist auch ein Reservekohlenhydrat in tierischen Zellen.

Zellwand: Eukaryoten kommen in Pflanzen und Pilzen vor. fehlt bei Tieren bei Tieren. Besteht aus Zellulose (in Pflanzen) oder Chitin (in Pilzen). Prokaryoten: Ja. Besteht aus polymeren Protein-Kohlenhydrat-Molekülen

Es gibt Zellmembranen (Plasmamembranen).

Kern: bei Eukaryoten vorhanden und von einer Membran umgeben. Kernmembran Nein

Pro und Eukaryoten haben Zytoplasma

Chromosomen. Linear, enthalten Protein. Die Transkription erfolgt im Zellkern, die Translation im Zytoplasma.prokaryotes.Ring; enthalten praktisch kein Protein. Transkription und Translation finden im Zytoplasma statt

Endoplasmatisches Retikulum (ER) bei Eukaryoten Ja, bei Prokaryoten Nein

Eukaryoten haben Ribosomen, aber sie sind kleiner.

Golgi-Komplex bei Eukaryoten Ja, bei Prokaryoten Nein

Lysosomen. Bei Eukaryoten.

Mitochondrien in Eukaryoten Ja. In Prokaryoten Nein

Die meisten Zellen haben bei Eukaryoten Vakuolen, bei Prokaryoten jedoch nicht

Zilien und Flagellen in Eukaryoten. Kommt in allen Organismen vor, außer in höheren Pflanzen. Kommt in einigen Bakterien vor

Chloroplasten in Eukaryoten haben sie. Die Photosynthese von Grün und Lila findet in Bakteriochlorophyllen (Pigmenten) statt.

Mikrotubuli, Mikrofilamente bei Eukaryoten Ja, bei Prokaryoten Nein

10. Chemische Zusammensetzung der Zelle

In Zellen wurden etwa 60 Elemente gefunden Periodensystem Mendeleev, die auch in der unbelebten Natur vorkommen. Dies ist einer der Beweise für die Gemeinsamkeit von belebter und unbelebter Natur. In lebenden Organismen kommen Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff am häufigsten vor und machen etwa 98 % der Zellmasse aus. Dies liegt an den besonderen chemischen Eigenschaften von Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff, wodurch sie sich als am besten für die Bildung von Molekülen geeignet erwiesen, die biologische Funktionen erfüllen. Diese vier Elemente sind in der Lage, durch die Paarung von Elektronen, die zu zwei Atomen gehören, sehr starke kovalente Bindungen zu bilden. Kovalent gebundene Kohlenstoffatome können das Gerüst unzähliger verschiedener organischer Moleküle bilden. Da Kohlenstoffatome leicht kovalente Bindungen mit Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel eingehen, erreichen organische Moleküle eine außergewöhnliche Komplexität und Strukturvielfalt.

Zusätzlich zu den vier Hauptelementen in der Zelle in nennenswerten Mengen (10 S und 100 S Bruchteile eines Prozents) enthalten Eisen, Kalium, Natrium, Kalzium, Magnesium, Chlor, Phosphor und Schwefel. Alle anderen Elemente (Zink, Kupfer, Jod, Fluor, Kobalt, Mangan usw.) kommen in der Zelle in sehr geringen Mengen vor und werden daher als Spurenelemente bezeichnet.

Chemische Elemente sind Bestandteil anorganischer und organischer Verbindungen. Zu den anorganischen Verbindungen gehören Wasser, Mineralsalze, Kohlendioxid, Säuren und Basen. Organische Verbindungen sind Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Fette (Lipide) und Lipoide. Neben Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff können sie weitere Elemente enthalten. Einige Proteine ​​enthalten Schwefel. Ein wichtiger Teil Nukleinsäure ist Phosphor. Das Hämoglobinmolekül enthält Eisen, Magnesium ist am Aufbau des Chlorophyllmoleküls beteiligt. Mikroelemente spielen trotz ihres äußerst geringen Gehalts in lebenden Organismen eine wichtige Rolle in Lebensprozessen. Jod ist Teil des Schilddrüsenhormons Thyroxin, Kobalt ist Teil von Vitamin B 12 . Das Hormon des Inselteils der Bauchspeicheldrüse – Insulin – enthält Zink. Bei einigen Fischen ersetzt Kupfer Eisen in den sauerstofftragenden Pigmentmolekülen.

11,Anorganische Substanzen

N 2 O ist die häufigste Verbindung in lebenden Organismen. Sein Gehalt in verschiedenen Zellen schwankt recht stark: von 10 % im Zahnschmelz bis zu 98 % im Körper einer Qualle, aber im Durchschnitt macht es etwa 80 % des Körpergewichts aus. Die äußerst wichtige Rolle des Wassers bei der Unterstützung von Lebensprozessen ist darauf zurückzuführen physikalische und chemische Eigenschaften. Die Polarität der Moleküle und die Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen machen Wasser zu einem guten Lösungsmittel für riesige Menge Substanzen. Die meisten chemischen Reaktionen in einer Zelle können nur in einer wässrigen Lösung ablaufen. Wasser ist auch an vielen chemischen Umwandlungen beteiligt.

Die Gesamtzahl der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen variiert je nach t °. Bei t ° Wenn Eis schmilzt, werden etwa 15 % der Wasserstoffbrückenbindungen zerstört, bei einer Temperatur von 40 °C sind es die Hälfte. Beim Übergang in den gasförmigen Zustand werden alle Wasserstoffbrückenbindungen zerstört. Dies erklärt die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser. Wenn sich die Temperatur der äußeren Umgebung ändert, nimmt Wasser aufgrund des Aufbrechens oder der Neubildung von Wasserstoffbrücken Wärme auf oder gibt sie ab. Dadurch fallen die Temperaturschwankungen im Inneren der Zelle geringer aus als in der Umgebung. Es liegt eine hohe Verdampfungswärme zugrunde wirksamer Mechanismus Wärmeübertragung in Pflanzen und Tieren.

Wasser ist als Lösungsmittel an den Phänomenen der Osmose beteiligt, die eine wichtige Rolle im Leben der Körperzellen spielt. Osmose ist das Eindringen von Lösungsmittelmolekülen durch eine semipermeable Membran in eine Lösung einer Substanz. Semipermeable Membranen sind Membranen, die Lösungsmittelmoleküle durchlassen, gelöste Moleküle (oder Ionen) jedoch nicht. Daher ist Osmose die einseitige Diffusion von Wassermolekülen in Richtung der Lösung.

Mineralsalze.

Die meisten anorganischen Substanzen in Zellen liegen in Form von Salzen in dissoziiertem oder festem Zustand vor. Die Konzentration von Kationen und Anionen in der Zelle und in ihrer Umgebung ist nicht gleich. Die Zelle enthält ziemlich viel K und viel Na. In der extrazellulären Umgebung, beispielsweise im Blutplasma, in Meerwasser Im Gegenteil, es gibt viel Natrium und wenig Kalium. Die Reizbarkeit der Zellen hängt vom Verhältnis der Konzentrationen von Na+-, K+-, Ca2+- und Mg2+-Ionen ab. Im Gewebe vielzelliger Tiere ist K Teil der vielzelligen Substanz, die für den Zusammenhalt der Zellen und deren geordnete Anordnung sorgt. Die Konzentration der Salze hängt weitgehend davon ab osmotischer Druck in der Zelle und seine Puffereigenschaften. Pufferung ist die Fähigkeit einer Zelle, die leicht alkalische Reaktion ihres Inhalts auf einem konstanten Niveau zu halten. Die Pufferung innerhalb der Zelle erfolgt hauptsächlich durch H2PO4- und HPO42-Ionen. In extrazellulären Flüssigkeiten und Blut spielen H2CO3 und HCO3- die Rolle eines Puffers. Anionen binden H-Ionen und Hydroxidionen (OH-), wodurch die Reaktion der extrazellulären Flüssigkeiten innerhalb der Zelle praktisch unverändert bleibt. Unlösliche Mineralsalze (zum Beispiel Ca-Phosphat) sorgen für Festigkeit Knochengewebe Wirbeltiere und Muschelschalen.

12.Organisches Material Zellen

Eichhörnchen.

Unter den organischen Stoffen der Zelle stehen Proteine ​​sowohl mengenmäßig (10 - 12 % der Gesamtmasse der Zelle) als auch hinsichtlich der Bedeutung an erster Stelle. Proteine ​​sind hochmolekulare Polymere (mit einem Molekulargewicht von 6000 bis 1 Million und mehr), deren Monomere Aminosäuren sind. Lebende Organismen nutzen 20 Aminosäuren, obwohl es noch viel mehr gibt. Die Zusammensetzung jeder Aminosäure umfasst eine Aminogruppe (-NH2) mit basischen Eigenschaften und eine Carboxylgruppe (-COOH) mit basischen Eigenschaften saure Eigenschaften. Zwei Aminosäuren werden zu einem Molekül kombiniert, indem eine HN-CO-Bindung hergestellt wird, wodurch ein Wassermolekül freigesetzt wird. Die Bindung zwischen der Aminogruppe einer Aminosäure und der Carboxylgruppe einer anderen wird als Peptidbindung bezeichnet. Proteine ​​sind Polypeptide, die Dutzende und Hunderte von Aminosäuren enthalten. Moleküle verschiedener Proteine ​​unterscheiden sich voneinander im Molekulargewicht, der Anzahl, der Zusammensetzung der Aminosäuren und der Reihenfolge ihrer Position in der Polypeptidkette. Es ist daher klar, dass Proteine ​​äußerst vielfältig sind; ihre Zahl wird in allen Arten lebender Organismen auf 1010 – 1012 geschätzt.

Eine Kette von Aminosäureeinheiten, die durch Peptidbindungen in einer bestimmten Reihenfolge kovalent verbunden sind, wird als Primärstruktur des Proteins bezeichnet. In Zellen sehen Proteine ​​​​aus wie spiralförmig gedrehte Fasern oder Kugeln (Kügelchen). Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Polypeptidkette in natürlichen Proteinen je nach Protein streng definiert angeordnet ist chemische Struktur die darin enthaltenen Aminosäuren.

Zunächst faltet sich die Polypeptidkette spiralförmig. Zwischen Atomen benachbarter Windungen kommt es zu einer Anziehung und es bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen, insbesondere zwischen NH- und CO-Gruppen, die sich auf benachbarten Windungen befinden. Es bildet sich eine spiralförmig verdrehte Kette von Aminosäuren Sekundärstruktur Eichhörnchen. Durch die weitere Faltung der Helix entsteht eine für jedes Protein spezifische Konfiguration, die sogenannte Tertiärstruktur. Die Tertiärstruktur ist auf die Wirkung von Kohäsionskräften zwischen hydrophoben Resten einiger Aminosäuren und kovalenten Bindungen zwischen den SH-Gruppen der Aminosäure Cystein zurückzuführen ( S-S-Verbindungen). Die Anzahl der Aminosäuren mit hydrophoben Resten und Cystein sowie die Reihenfolge ihrer Anordnung in der Polypeptidkette sind für jedes Protein spezifisch. Folglich werden die Merkmale der Tertiärstruktur eines Proteins durch seine Primärstruktur bestimmt. Das Protein zeigt biologische Aktivität nur in Form einer Tertiärstruktur. Daher kann der Austausch auch nur einer Aminosäure in einer Polypeptidkette zu einer Änderung der Konfiguration des Proteins und zu einer Verringerung oder einem Verlust seiner biologischen Aktivität führen.

In manchen Fällen verbinden sich Proteinmoleküle miteinander und können ihre Funktion nur in Form von Komplexen erfüllen. Hämoglobin ist also ein Komplex aus vier Molekülen und nur in dieser Form ist es in der Lage, Sauerstoff zu binden und zu transportieren. Solche Aggregate stellen die Quartärstruktur des Proteins dar.

Aufgrund ihrer Zusammensetzung werden Proteine ​​in zwei Hauptklassen eingeteilt – einfache und komplexe. Einfache Proteine ​​bestehen nur aus Aminosäuren, Nukleinsäuren (Nukleotiden), Lipiden (Lipoproteinen), Me (Metalloproteinen), P (Phosphoproteinen).

Die Funktionen von Proteinen in einer Zelle sind äußerst vielfältig. Eine der wichtigsten ist die Konstruktionsfunktion: Proteine ​​sind an der Bildung aller Zellmembranen und Zellorganellen sowie intrazellulärer Strukturen beteiligt. Die enzymatische (katalytische) Rolle von Proteinen ist äußerst wichtig. Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen, kommt in der Zelle 10 und 100 Millionen Mal vor. Motor Funktion bereitgestellt durch spezielle kontraktile Proteine. Diese Proteine ​​sind an allen Arten von Bewegungen beteiligt, zu denen Zellen und Organismen fähig sind: das Flackern von Flimmerhärchen und das Schlagen von Flagellen bei Protozoen, Muskelkontraktionen bei Tieren, die Bewegung von Blättern bei Pflanzen usw. Transportfunktion Proteine ​​bestehen aus der Zugabe chemischer Elemente (z. B. fügt Hämoglobin O hinzu) oder biologisch Wirkstoffe(Hormone) und transportieren sie zu den Geweben und Organen des Körpers. Die Schutzfunktion äußert sich in der Produktion spezieller Proteine, sogenannter Antikörper, als Reaktion auf das Eindringen fremder Proteine ​​oder Zellen in den Körper. Antikörper binden und neutralisieren Fremdstoffe. Proteine ​​spielen als Energielieferanten eine wichtige Rolle. Bei vollständiger Spaltung 1g. Dabei werden 17,6 kJ (~4,2 kcal) Proteine ​​freigesetzt.

Kohlenhydrate.

Kohlenhydrate oder Saccharide sind organische Substanzen mit allgemeine Formel(CH2O)n. Die meisten Kohlenhydrate haben die doppelte Anzahl an H-Atomen mehr Nummer O-Atome, wie in Wassermolekülen. Deshalb wurden diese Stoffe Kohlenhydrate genannt.

In einer lebenden Zelle kommen Kohlenhydrate in Mengen von nicht mehr als 1-2, manchmal 5 % vor (in der Leber, in den Muskeln). Am reichsten an Kohlenhydraten sind Pflanzenzellen, deren Gehalt teilweise 90 % der Trockenmasse erreicht (Samen, Kartoffelknollen etc.).

Kohlenhydrate sind einfach und komplex. Einfache Kohlenhydrate werden Monosaccharide genannt. Abhängig von der Anzahl der Kohlenhydratatome im Molekül werden Monosaccharide Triosen, Tetrosen, Pentosen oder Hexosen genannt. Von den sechs Kohlenstoffmonosacchariden – Hexosen – sind Glucose, Fructose und Galactose die wichtigsten. Glukose ist im Blut enthalten (0,1-0,12 %). Die Pentosen Ribose und Desoxyribose kommen in Nukleinsäuren und ATP vor. Werden zwei Monosaccharide in einem Molekül vereint, spricht man von einem Disaccharid. Haushaltszucker, der aus Rohr- oder Zuckerrüben gewonnen wird, besteht aus einem Molekül Glucose und einem Molekül Fructose, Milchzucker – aus Glucose und Galactose.

Komplexe Kohlenhydrate aus vielen Monosacchariden gebildet, werden Polysaccharide genannt. Das Monomer von Polysacchariden wie Stärke, Glykogen und Cellulose ist Glucose.

Kohlenhydrate erfüllen zwei Hauptfunktionen: Aufbau und Energie. Zellulose bildet die Wände pflanzlicher Zellen. Als Hauptbestandteil dient das komplexe Polysaccharid Chitin Strukturkomponente Exoskelett von Arthropoden. Konstruktionsfunktion Chitin übernimmt diese Funktion auch in Pilzen. Kohlenhydrate spielen die Rolle der Hauptenergiequelle in der Zelle. Während des Oxidationsprozesses 1g. Es werden 17,6 kJ (~4,2 kcal) Kohlenhydrate freigesetzt. Stärke in Pflanzen und Glykogen in Tieren werden in Zellen abgelagert und dienen als Energiereserve.

Nukleinsäuren.

Die Bedeutung von Nukleinsäuren in einer Zelle ist sehr groß. Die Besonderheiten ihrer chemischen Struktur bieten die Möglichkeit, Informationen über die Struktur von Proteinmolekülen, die in jedem Gewebe in einem bestimmten Stadium der individuellen Entwicklung synthetisiert werden, zu speichern, zu übertragen und an Tochterzellen zu vererben. Da die meisten Eigenschaften und Merkmale von Zellen durch Proteine ​​bestimmt werden, ist klar, dass die Stabilität von Nukleinsäuren die wichtigste Voraussetzung für das normale Funktionieren von Zellen und ganzen Organismen ist. Jegliche Veränderungen in der Struktur von Zellen oder der Aktivität physiologischer Prozesse in ihnen, die sich auf die lebenswichtige Aktivität auswirken. Die Untersuchung der Struktur von Nukleinsäuren ist äußerst wichtig für das Verständnis der Vererbung von Merkmalen in Organismen und der Funktionsmuster sowohl einzelner Zellen als auch zellulärer Systeme – Gewebe und Organe.

Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren – DNA und RNA.

DNA ist ein Polymer, das aus zwei Nukleotidhelices besteht, die so angeordnet sind, dass sie sich bilden Doppelhelix. Monomere von DNA-Molekülen sind Nukleotide, die aus einer stickstoffhaltigen Base (Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin), einem Kohlenhydrat (Desoxyribose) und einem Phosphorsäurerest bestehen. Die stickstoffhaltigen Basen im DNA-Molekül sind durch eine ungleiche Anzahl von H-Brücken miteinander verbunden und paarweise angeordnet: Adenin (A) steht immer gegen Thymin (T), Guanin (G) gegen Cytosin (C). Die Anordnung der Nukleotide in einem DNA-Molekül lässt sich schematisch wie folgt darstellen:

Das Diagramm zeigt, dass die Nukleotide nicht zufällig, sondern selektiv miteinander verbunden sind. Die Fähigkeit zur selektiven Wechselwirkung von Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin wird als Komplementarität bezeichnet. Die komplementäre Wechselwirkung bestimmter Nukleotide erklärt sich aus den Besonderheiten der räumlichen Anordnung der Atome in ihren Molekülen, die es ihnen ermöglichen, sich anzunähern und H-Bindungen zu bilden. In einer Polynukleotidkette sind benachbarte Nukleotide über einen Zucker- (Desoxyribose) und einen Phosphorsäurerest miteinander verbunden.

RNA ist wie DNA ein Polymer, dessen Monomere Nukleotide sind. Die stickstoffhaltigen Basen von drei Nukleotiden sind dieselben wie diejenigen, aus denen die DNA besteht (A, G, C); das vierte – Uracil (U) – ist anstelle von Thymin im RNA-Molekül vorhanden. RNA-Nukleotide unterscheiden sich von DNA-Nukleotiden durch die Struktur des enthaltenen Kohlenhydrats (Ribose statt Desoxyribose).

In einer RNA-Kette werden Nukleotide durch die Bildung kovalenter Bindungen zwischen der Ribose eines Nukleotids und dem Phosphorsäurerest eines anderen verbunden.

Die Struktur unterscheidet sich zwischen zweisträngiger RNA. Doppelsträngige RNA ist der Wächter genetische Information bei einer Reihe von Viren, d.h. Sie erfüllen die Funktionen von Chromosomen. Einzelsträngige RNA überträgt Informationen über die Struktur von Proteinen vom Chromosom zum Ort ihrer Synthese und ist an der Proteinsynthese beteiligt.

Es gibt verschiedene Arten einzelsträngiger RNA. Ihre Namen werden durch ihre Funktion oder Position in der Zelle bestimmt. Am meisten Zytoplasmatische RNA (bis zu 80–90 %) ist ribosomale RNA (rRNA), die in Ribosomen enthalten ist. rRNA-Moleküle sind relativ klein und bestehen im Durchschnitt aus 10 Nukleotiden. Eine andere Art von RNA (mRNA), die Informationen über die Sequenz von Aminosäuren in Proteinen trägt, die zu Ribosomen synthetisiert werden müssen. Die Größe dieser RNAs hängt von der Länge der DNA-Region ab, aus der sie synthetisiert wurden. Transfer-RNAs erfüllen mehrere Funktionen. Sie liefern Aminosäuren an den Ort der Proteinsynthese, „erkennen“ (nach dem Prinzip der Komplementarität) das Triplett und die RNA, die der übertragenen Aminosäure entsprechen, und führen die genaue Ausrichtung der Aminosäure auf dem Ribosom durch.

Fette und Lipoide.

Fette sind Verbindungen aus hochmolekularen Fettsäuren und dem dreiwertigen Alkohol Glycerin. Fette lösen sich nicht in Wasser – sie sind hydrophob. In der Zelle gibt es immer auch andere komplexe hydrophobe fettähnliche Substanzen, sogenannte Lipoide.

Eine der Hauptfunktionen von Fetten ist Energie. Während der Spaltung 1g. Dabei werden Fette zu CO2 und H2O freigesetzt große Menge Energie - 38,9 kJ (~9,3 kcal). Der Fettgehalt in der Zelle liegt zwischen 5 und 15 % des Trockenmassegewichts. In lebenden Gewebezellen erhöht sich der Fettanteil auf 90 %. Fett reichert sich in den Zellen des Fettgewebes von Tieren, in den Samen und Früchten von Pflanzen an und dient als Energiereserve.

Fette und Lipoide erfüllen auch eine Aufbaufunktion; sie sind Teil von Zellmembranen. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit ist Fett in der Lage, eine Schutzfunktion zu übernehmen. Bei einigen Tieren (Robben, Wale) lagert es sich im Unterhautfettgewebe ab und bildet eine bis zu 1 m dicke Schicht. Die Bildung einiger Lipoide geht der Synthese einer Reihe von Hormonen voraus. Folglich haben diese Stoffe auch die Funktion, Stoffwechselprozesse zu regulieren.

18.Stadien des Energiestoffwechsels : Der einheitliche Prozess des Energiestoffwechsels kann in drei aufeinanderfolgende Phasen unterteilt werden:

Der erste davon ist vorbereitend. In diesem Stadium werden hochmolekulare organische Substanzen im Zytoplasma unter Einwirkung geeigneter Enzyme in kleine Moleküle zerlegt: Proteine ​​– in Aminosäuren, Polysaccharide (Stärke, Glykogen) – in Monosaccharide (Glukose), Fette – in Glycerin Und Fettsäure, Nukleinsäuren - in Nukleotide usw. In dieser Phase wird eine kleine Menge Energie freigesetzt und als Wärme abgegeben.

Die zweite Stufe ist sauerstofffrei oder unvollständig. Die in der Vorbereitungsphase gebildeten Stoffe – Glukose, Aminosäuren etc. – werden ohne Zugang zu Sauerstoff weiter enzymatisch abgebaut. Ein Beispiel ist die enzymatische Oxidation von Glukose (Glykolyse), die eine der Hauptenergiequellen für alle lebenden Zellen darstellt. Die Glykolyse ist ein mehrstufiger Prozess des Abbaus von Glukose unter anaeroben (sauerstofffreien) Bedingungen zu Brenztraubensäure (PVA) und dann zu Milchsäure, Essigsäure, Buttersäure oder Ethylalkohol, der im Zytoplasma der Zelle stattfindet. Der Träger von Elektronen und Protonen bei diesen Redoxreaktionen ist Nicotinamidadenindinukleotid (NAD) und seine reduzierte Form NAD *H. Die Produkte der Glykolyse sind Brenztraubensäure, Wasserstoff in Form von NADH und Energie in Form von ATP.
Bei verschiedene Typen Bei der Fermentation ist das weitere Schicksal der Glykolyseprodukte unterschiedlich. In tierischen Zellen und zahlreichen Bakterien wird PVK zu Milchsäure reduziert. Die bekannte Milchsäuregärung (bei der Entsorgung von Milch, Bildung von Sauerrahm, Kefir etc.) wird durch Milchsäurepilze und -bakterien verursacht.
Bei der alkoholischen Gärung entstehen die Produkte der Glykolyse Ethanol und CO2. Bei anderen Mikroorganismen können Fermentationsprodukte Butylalkohol, Aceton, Essigsäure usw.
Bei der sauerstofffreien Spaltung wird ein Teil der freigesetzten Energie in Form von Wärme abgegeben und ein Teil in ATP-Molekülen akkumuliert.

Die dritte Stufe des Energiestoffwechsels – die Stufe des Sauerstoffabbaus oder der aeroben Atmung – findet in den Mitochondrien statt. In diesem Stadium spielen Elektronentransferenzyme eine wichtige Rolle im Oxidationsprozess. Die Strukturen, die den Durchgang der dritten Stufe gewährleisten, werden Elektronentransportkette genannt. Die Elektronentransportkette nimmt Energieträgermoleküle auf, die in der zweiten Stufe der Glukoseoxidation eine Energieladung erhalten haben. Elektronen aus Molekülen – Energieträger – bewegen sich schrittweise entlang der Kettenglieder von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren. Die freigesetzte Energie wird für die Aufladung von ATP-Molekülen aufgewendet. Die Elektronen von Energieträgermolekülen, die Energie abgegeben haben, um ATP zu „laden“, verbinden sich schließlich mit Sauerstoff. Dadurch entsteht Wasser. In der Elektronentransportkette ist Sauerstoff der letzte Elektronenempfänger. Daher benötigen alle Lebewesen Sauerstoff als letzte Senke für Elektronen. Sauerstoff sorgt für eine Potentialdifferenz in der Elektronentransportkette und zieht sozusagen Elektronen von hohen Energieniveaus der Energieträgermoleküle auf ihr niedriges Energieniveau. Unterwegs werden energiereiche ATP-Moleküle synthetisiert.

15. Dreiheit - Eine sinnvolle Codeeinheit ist eine Kombination aus drei Nukleotiden (Triplett oder Codon).

Kontinuität - Es gibt keine Satzzeichen zwischen Triolen, d. h. die Informationen werden kontinuierlich gelesen.

Nicht überlappend - Das gleiche Nukleotid kann nicht gleichzeitig Teil von zwei oder mehr Tripletts sein (wird bei einigen Viren, Mitochondrien und Bakterien mit überlappenden Genen, die mehrere Frameshift-Proteine ​​kodieren, nicht beobachtet).

Einzigartigkeit (Spezifität)- Ein bestimmtes Codon entspricht nur einer Aminosäure (das UGA-Codon in Euplotes crassus codiert jedoch zwei Aminosäuren – Cystein und Selenocystein).

Entartung (Redundanz)- Mehrere Codons können derselben Aminosäure entsprechen.

Vielseitigkeit- Der genetische Code funktioniert in Organismen gleich verschiedene Level Komplexität - von Viren bis zum Menschen (gentechnische Methoden basieren darauf; es gibt eine Reihe von Ausnahmen, die in der Tabelle im Abschnitt „Abweichungen des Standards“ aufgeführt sind genetischer Code" unten).

Geräuschunempfindlichkeit- Mutationen von Nukleotidsubstitutionen, die nicht zu einer Änderung der Klasse der kodierten Aminosäure führen, werden als konservativ bezeichnet; Nukleotidsubstitutionsmutationen, die zu einer Änderung der Klasse der kodierten Aminosäure führen, werden als radikal bezeichnet. Der genetische Code ist eine Methode zur Kodierung der Aminosäuresequenz von Proteinen mithilfe einer Nukleotidsequenz, die für alle lebenden Organismen charakteristisch ist.

DNA verwendet vier stickstoffhaltige Basen – Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin (T), die in der russischen Literatur mit den Buchstaben A, G, C und T bezeichnet werden. Diese Buchstaben bilden das Alphabet von der genetische Code. RNA verwendet die gleichen Nukleotide, mit Ausnahme von Thymin, das durch ein ähnliches Nukleotid ersetzt wird – Uracil, das mit dem Buchstaben U (U in der russischen Literatur) bezeichnet wird. In DNA- und RNA-Molekülen sind Nukleotide in Ketten angeordnet und so entstehen Sequenzen genetischer Buchstaben.

Genetischer Code

Die Proteine ​​fast aller lebenden Organismen bestehen aus nur 20 Arten von Aminosäuren. Diese Aminosäuren werden als kanonisch bezeichnet. Jedes Protein ist eine Kette oder mehrere Ketten von Aminosäuren, die in einer genau definierten Reihenfolge verbunden sind. Diese Sequenz bestimmt die Struktur des Proteins und damit alle seine biologischen Eigenschaften.

Die Umsetzung genetischer Informationen in lebende Zellen (also die Synthese eines von einem Gen kodierten Proteins) erfolgt über zwei Matrixprozesse: Transkription (also die Synthese von mRNA auf einer DNA-Matrix) und Übersetzung des genetischen Codes in eine Aminosäuresequenz (Synthese einer Polypeptidkette auf mRNA). Drei aufeinanderfolgende Nukleotide reichen aus, um 20 Aminosäuren zu kodieren, außerdem gibt das Stoppsignal das Ende der Proteinsequenz an. Ein Satz von drei Nukleotiden wird als Triplett bezeichnet. Akzeptierte Abkürzungen für Aminosäuren und Codons sind in der Abbildung dargestellt.

Eigenschaften von DNA-Molekülen

Die genetische Information in allen Zellen ist als Nukleotidsequenz in der Desoxyribonukleinsäure kodiert. Der erste Schritt bei der Umsetzung dieser Informationen ist die Bildung eines DNA-verwandten Moleküls – der Ribonukleinsäure, die wiederum an der Synthese spezifischer Proteine ​​beteiligt ist. Die phänotypischen Eigenschaften eines jeden Organismus manifestieren sich letztendlich in der Vielfalt und Anzahl der von der DNA kodierten Proteine. Informationsverbindung zwischen den Molekülen des genetischen Apparats – DNA, RNA und Proteine.

Damit genetische Informationen von einer Zellgeneration zur nächsten weitergegeben werden können, muss eine DNA-Replikation stattfinden, ein Prozess, bei dem die DNA-Moleküle der Eltern dupliziert und dann an die Nachkommen verteilt werden. Dieser Prozess muss mit großer Präzision durchgeführt werden und Schäden oder zufällige Fehler, die während oder zwischen Replikationszyklen in der DNA auftreten, müssen korrigiert werden, bevor sie im Genom der Nachkommen landen. Darüber hinaus müssen genetische Informationen ausgedrückt werden, um einen Phänotyp zu bilden. In allen zellulären Organismen umfasst die Genexpression das Kopieren von DNA zur Bildung von RNA und die anschließende Übersetzung der RNA in Proteine. Durch die Transkription entstehen verschiedene Arten von RNA. Einige von ihnen, Boten-RNAs, kodieren für Proteine, andere sind an verschiedenen Prozessen beteiligt, die für den Aufbau eines vollständigen Proteins notwendig sind. DNA kodiert nicht nur den enzymatischen Apparat der Zelle; Es ist an Reparaturprozessen beteiligt und unter bestimmten Bedingungen kann es in ihm zu Umordnungen kommen. DNA-Replikation, -Reparatur und -Umordnung sind Schlüsselprozesse, durch die Organismen ihren charakteristischen Phänotyp aufrechterhalten und verändern.

Viele Viren verfügen auch über genetische Informationen, die in ihrer DNA kodiert sind. Die Mechanismen der Replikation, Reparatur, Umlagerung und Expression viraler DNA ähneln den Mechanismen, die von Zellen anderer Organismen verwendet werden. Das Genom einiger Viren besteht nicht aus DNA, sondern aus RNA. Die genomische RNA solcher Viren wird entweder direkt in Proteine ​​übersetzt oder verfügt über die genetische Information, die für die Synthese von RNA-Molekülen erforderlich ist, die wiederum in Proteine ​​übersetzt werden. Jene Viren, deren Genom durchgängig durch RNA repräsentiert wird Lebenszyklus, müssen selbst die Eltern-RNA replizieren, um Nachkommen-Viruspartikel zu produzieren. Es gibt eine Klasse von Retroviren, deren Fortpflanzungszyklus damit beginnt, dass ihre genetischen Informationen durch die sogenannte Reverse Transkription in die DNA-Sprache übersetzt werden. Die resultierenden DNA-Kopien oder Proviren sind erst nach Integration in die chromosomale DNA der Zelle zur Replikation und Expression fähig. In dieser integrierten Form replizieren sich virale Genome zusammen mit der DNA der Wirtszelle und nutzen die Transkriptionsmaschinerie der Zelle, um eine neue Generation viraler Genome und die für die Synthese viraler Proteine ​​erforderliche mRNA zu produzieren.

Der entscheidende Punkt Bei der Übertragung genetischer Informationen zwischen Nukleinsäuren, sei es durch Replikation, Transkription oder reverse Transkription, wird das Nukleinsäuremolekül als Matrize beim gezielten Aufbau identischer oder verwandter Strukturen verwendet. Soweit bekannt, werden die in Proteinen gespeicherten Informationen nicht dazu genutzt, die entsprechenden Nukleinsäuren zusammenzusetzen, d. h. keine Rückübersetzung erkannt. Allerdings spielen Proteine ​​eine Schlüsselrolle bei den Prozessen der Informationsübertragung sowohl zwischen Nukleinsäuren als auch von Nukleinsäuren zu Proteinen.

Struktur und Verhalten der DNA. Bestandteile des DNA-Moleküls und ihre Verbindung chemische Bindungen Mit Hilfe chemischer und physikalische Methoden Es wurde festgestellt, dass DNA ein Polymer ist, das aus vier verschiedenen, aber verwandten Monomeren besteht. Jedes Monomer – Nukleotid – enthält eine von vier heterozyklischen Stickstoffbasen: Adenin, Guanin, Cytosin oder Thymin, verbunden mit Desoxyribosephosphat. Lange Polynukleotidketten entstehen durch die Verbindung von Desoxyriboseresten benachbarter Nukleotide über Phosphodiesterbindungen. Jedes Phosphat verbindet eine Hydroxylgruppe am 3-Kohlenstoff-Desoxyriboseatom eines Nukleotids mit einer OH-Gruppe am 5-Kohlenstoff-Desoxyriboseatom eines benachbarten Nukleotids.

Die Häufigkeit des Vorkommens zweier beliebiger Basen in der DNA von Bakterien, Bakteriophagen und Hefen in einer bestimmten Nachbarschaft hängt vom quantitativen Gehalt dieser Basen in der DNA ab. Die Häufigkeit des Vorkommens von 5"-CG-3" und 5"-GC-3" in prokaryotischer DNA ist nahezu gleich und nahezu zufällig; Das Gleiche gilt für die Dinukleotide 5"-GA-3" und 5"-AG-3". In der DNA von Tieren, Tier- und Pflanzenviren beträgt die Häufigkeit des Vorkommens von 5"-CG-3 jedoch 1/2 bis 1/5 der Häufigkeit von 5"-GC-3". Daher kommt die 5"-CG-3"-Sequenz in der DNA höherer Eukaryoten recht selten vor; Dies liegt an der Fähigkeit dieses Dinukleotids, als Ziel für die Methylierung zu dienen, und an seiner Rolle bei der Regulierung der Genexpression.

Nach dem Ende des DNA-Synthesezyklus können einige Purin- und Pyrimidinbasen einer chemischen Veränderung unterliegen. Infolgedessen enthält einige DNA 5-Methylcytosin, 5-Hydroxymethylcytosin, 5-Hydroxymethyluracil und N-Methyladenin. In der DNA einiger Bakteriophagen sind Mono- oder Disaccharide über eine glykosidische Bindung an die Hydroxymethylgruppe von Hydroxymethylcytosin gebunden. Die DNA der meisten niederen Eukaryoten und Wirbellosen enthält relativ wenig 5-Methylcytosin und N''-Methyladenin. Bei Wirbeltieren kommt es jedoch häufig zu einer Basenmethylierung, wobei 5-Methylcytosin am häufigsten vorkommt. Es wurde gezeigt, dass mehr als 95 % der Methylgruppen in der DNA von Wirbeltieren werden selten in Cytosinresten von CG-Dinukleotiden gefunden, und mehr als 50 % dieser Dinukleotide sind methyliert. Es gibt klare Hinweise auf den Methylierungsgrad einiger CG-haltiger Sequenzen. Wichtiger Faktor Regulierung der Expression bestimmter Gene. In Pflanzen kommt 5-Methylcytosin in CG-Dinukleotiden und CNG-Trinukleotiden vor.

„Körperzelle“ – Die durchschnittliche Größe prokaryontischer Zellen beträgt 5 Mikrometer. Ähnliche Einstülpungen (Mesosomen) in farblosen Zellen erfüllen die Funktionen von Mitochondrien. 2 Auswahl genetischer Informationen, die das Überleben und die Fortpflanzung ihrer Träger fördern. Biologiearbeit in der 9. Klasse „B“. Arbeitsgruppe: Kobets V., Dedova A., Fokina A., Nechaev S., Tsvetkov V., Datskevich Yu.

„Zelle im Körper“ – Prokaryotische Zelle (Prokaryoten) eukaryotische Zelle (Eukaryoten). In den ersten Mikroskopen war es möglich zu sehen äußere Struktur Zellen. Wie heißt die Wissenschaft, die die Zelle untersucht? Aus welchen Bestandteilen besteht eine Zelle? Kontrollfragen. Körpergewebe. Einzeller. Pflanzenzelle.

„Zellen“ – Chromoplasten – gelbe, rote, braune Plastiden. Struktur der Schale: Funktionen – verleiht der Zelle Farbe, Photosynthese. Funktion - Proteinbiosynthese. Zelle. Mitochondrien. Plastiden. Die Zelle ist die strukturelle und funktionelle Einheit aller Lebewesen. Festigung des Wissens. Die Hauptteile der Zelle sind. Formgrößen-Farbfunktionen.

„Organische Stoffe der Zellen“ – Festigen des erworbenen Wissens. Listen Sie die Funktionen von Proteinen auf. Kohlenhydrate bestehen aus Kohlenstoffatomen und Wassermolekülen. Konsolidierung. Organische Verbindungen der Zelle: Proteine, Fette, Kohlenhydrate. Welche Funktionen haben Kohlenhydrate und Lipide? Schlussfolgerungen ziehen. RNA: i-RNA, t-RNA, r-RNA. Organische Substanzen, aus denen eine Zelle besteht.

„Meiose“ – Die ursprüngliche Zelle, aus der später eine reife Eizelle gebildet wird, wird als Eizelle erster Ordnung bezeichnet. Die zweite Teilung der Meiose führt zur Bildung haploider Spermatozyten zweiter Ordnung. Als Ergebnis der Meiose von einem diploide Zelle vier werden gebildet haploide Zellen. Zweiter Abschnitt der Meiose.

„Zellteilungsmeiose“ – Die erste Teilung der Meiose (I) wird Reduktion genannt. Die Präsentation wurde vom außerordentlichen Professor der IMOYAC TPU, Doktor der medizinischen Wissenschaften, vorbereitet. Provalova N.V. Interphase. Unter Konjugation versteht man die Verbindung homologer Chromosomen. Tochterzellen haben einen haploiden Chromosomensatz. Prophase II. Meiose. Es kommt zu Konjugation und Crossover. Die Zytoplasmamembran wird gebildet.

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