Confronto tra cellule eucariotiche di piante animali e funghi da tavola. Confronto tra cellule vegetali e animali: principali somiglianze e differenze. III. Imparare nuovo materiale
2.4. La struttura delle cellule pro ed eucariotiche. La relazione tra la struttura e le funzioni delle parti e degli organelli di una cellula è alla base della sua integrità
Termini e concetti fondamentali testati nella prova d'esame: apparato
Golgi, vacuolo, membrana cellulare, teoria cellulare, leucoplasti, mitocondri, organelli cellulari, plastidi, procarioti, ribosomi, cloroplasti, cromoplasti, cromosomi, eucarioti, nucleo.
Ogni cellula è un sistema. Ciò significa che tutti i suoi componenti sono interconnessi, interdipendenti e interagiscono tra loro. Ciò significa anche che l’interruzione di uno degli elementi di un dato sistema porta a cambiamenti e interruzioni nel funzionamento dell’intero sistema. Un insieme di cellule forma i tessuti, vari tessuti formano organi e gli organi, interagendo e svolgendo una funzione comune, formano sistemi di organi. Questa catena può essere continuata ulteriormente e puoi farlo da solo. La cosa principale da capire è che qualsiasi sistema ha una certa struttura, livello di complessità e si basa sull'interazione degli elementi che lo compongono. Di seguito sono riportate le tabelle di riferimento che confrontano la struttura e le funzioni delle cellule procariotiche ed eucariotiche e ne comprendono anche la struttura e le funzioni. Analizza attentamente queste tabelle, perché le prove d'esame spesso pongono domande che richiedono la conoscenza di questo materiale.
2.4.1. Caratteristiche della struttura delle cellule eucariotiche e procariotiche. Dati comparativi
Caratteristiche comparative delle cellule eucariotiche e procariotiche.
La struttura delle cellule eucariotiche.
Funzioni delle cellule eucariotiche. Le cellule degli organismi unicellulari svolgono tutte le funzioni caratteristiche degli organismi viventi: metabolismo, crescita, sviluppo, riproduzione; capace di adattamento.
Le cellule degli organismi multicellulari si differenziano per struttura, a seconda delle funzioni che svolgono. I tessuti epiteliali, muscolari, nervosi e connettivi sono formati da cellule specializzate.
ESEMPI DI COMPITI Parte A
A1. Gli organismi procarioti includono 1) bacillo 2) idra 3) ameba 4) volvox
A2. La membrana cellulare svolge la funzione
1) sintesi proteica
2) trasmissione di informazioni ereditarie
3) fotosintesi
4) fagocitosi e pinocitosi
A3. Indicare il punto in cui la struttura della cella denominata coincide con la sua funzione
1) neurone - abbreviazione
2) leucociti – conduzione degli impulsi
3) eritrociti – trasporto di gas
4) osteociti - fagocitosi
A4. L'energia cellulare viene prodotta in
1) ribosomi 3) nucleo
2) mitocondri 4) Apparato del Golgi
A5. Eliminare un concetto non necessario dall'elenco proposto
1) lamblia 3) ciliati
2) plasmodio 4) chlamydomonas
A6. Eliminare un concetto non necessario dall'elenco proposto
1) ribosomi 3) cloroplasti
2) mitocondri 4) granuli di amido
A7. I cromosomi cellulari svolgono la funzione
1) biosintesi delle proteine
2) memorizzazione delle informazioni ereditarie
3) formazione di lisosomi
4) regolazione del metabolismo
IN 1. Selezionare le funzioni dei cloroplasti dall'elenco fornito
1) formazione di lisosomi 4) Sintesi di ATP
2) sintesi del glucosio 5) rilascio di ossigeno
3) Sintesi dell'RNA 6) respirazione cellulare
ALLE 2. Selezionare le caratteristiche strutturali dei mitocondri
1) circondato da una doppia membrana
2) contengono clorofilla
3) ci sono creste
4) membrana esterna ripiegata
5) circondato da un'unica membrana
6) la membrana interna è ricca di enzimi V3. Abbina l'organello alla sua funzione
ALLE 4. Compila la tabella, contrassegnando con i segni “+” o “-” la presenza delle strutture indicate nelle cellule pro- ed eucariotiche
C1. Dimostrare che la cellula è un sistema biologico integrale e aperto.
2.5. Metabolismo: metabolismo energetico e plastico, loro relazione. Gli enzimi, la loro natura chimica, ruolo nel metabolismo. Fasi del metabolismo energetico. Fermentazione e respirazione. La fotosintesi, il suo significato, ruolo cosmico. Fasi della fotosintesi. Reazioni luce e buio della fotosintesi, loro relazione. Chemiosintesi. Il ruolo dei batteri chemiosintetici sulla Terra
Termini testati nella prova d'esame: organismi autotrofi
anabolismo, glicolisi anaerobica, assimilazione, glicolisi aerobica, ossidazione biologica, fermentazione, dissimilazione, biosintesi, organismi eterotrofi, respirazione, catabolismo, stadio dell'ossigeno, metabolismo, metabolismo plastico, stadio preparatorio, fase luminosa della fotosintesi, fase oscura della fotosintesi, fotolisi dell'acqua , fotosintesi, metabolismo energetico.
2.5.1. Metabolismo energetico e plastico, loro relazione
Metabolismo (metabolismo)è un insieme di processi interconnessi di sintesi e scomposizione delle sostanze chimiche che si verificano nel corpo. I biologi lo dividono in metabolismo plastico (anabolismo) ed energetico (catabolismo), che sono interconnessi. Tutti i processi sintetici richiedono sostanze ed energia fornite dai processi di fissione. I processi di decomposizione sono catalizzati da enzimi sintetizzati durante il metabolismo plastico, utilizzando i prodotti e l'energia del metabolismo energetico.
Per i singoli processi che si verificano negli organismi, vengono utilizzati i seguenti termini:
L'anabolismo (assimilazione) è la sintesi di monomeri più complessi da quelli più semplici con l'assorbimento e l'accumulo di energia sotto forma di legami chimici nelle sostanze sintetizzate.
Il catabolismo (dissimilazione) è la scomposizione di monomeri più complessi in monomeri più semplici con il rilascio di energia e il suo accumulo sotto forma di legami ad alta energia di ATP.
Gli esseri viventi utilizzano la luce e l'energia chimica per la loro vita. Le piante verdi - autotrofi - sintetizzano i composti organici durante il processo di fotosintesi, utilizzando l'energia della luce solare. La loro fonte di carbonio è l’anidride carbonica. Molti procarioti autotrofi ottengono energia attraverso il processo di chemiosintesi, l'ossidazione dei composti inorganici. Per loro, la fonte di energia può essere costituita da composti di zolfo, azoto e carbonio, mentre gli eterotrofi utilizzano fonti organiche di carbonio, ad es. nutrirsi di materia organica già pronta. Tra le piante possono esserci quelle che si nutrono in modo misto (mixotrofica) - drosera, Venere acchiappamosche o anche eterotrofa - rafflesia. Tra i rappresentanti degli animali unicellulari, le euglena verdi sono considerate mixotrofi.
Gli enzimi, la loro natura chimica, ruolo nel metabolismo . Gli enzimi sono sempre proteine specifiche: catalizzatori. Il termine “specifico” significa che l'oggetto in relazione al quale viene utilizzato questo termine ha caratteristiche, proprietà e caratteristiche uniche. Ogni enzima ha tali caratteristiche perché, di regola, catalizza un certo tipo di reazione. Non si verifica una singola reazione biochimica nel corpo senza la partecipazione di enzimi. La specificità della molecola enzimatica è spiegata dalla sua struttura e proprietà. Una molecola di enzima ha un centro attivo, la cui configurazione spaziale corrisponde alla configurazione spaziale delle sostanze con cui interagisce l'enzima. Riconosciuto il suo substrato, l'enzima interagisce con esso e ne accelera la trasformazione.
Gli enzimi catalizzano tutte le reazioni biochimiche. Senza la loro partecipazione, la velocità di queste reazioni diminuirebbe di centinaia di migliaia di volte. Gli esempi includono reazioni come la partecipazione dell'RNA polimerasi nella sintesi dell'mRNA sul DNA, l'effetto dell'ureasi sull'urea, il ruolo dell'ATP sintetasi nella sintesi dell'ATP e altri. Tieni presente che molti enzimi hanno nomi che terminano con "aza".
L'attività degli enzimi dipende dalla temperatura, dall'acidità dell'ambiente e dalla quantità di substrato con cui interagisce. All’aumentare della temperatura aumenta l’attività enzimatica. Tuttavia, ciò accade fino a certi limiti, perché A temperature sufficientemente elevate, la proteina si denatura. L'ambiente in cui gli enzimi possono funzionare è diverso per ciascun gruppo. Esistono enzimi che sono attivi in un ambiente acido o leggermente acido o in un ambiente alcalino o leggermente alcalino. In un ambiente acido, gli enzimi del succo gastrico sono attivi nei mammiferi. In un ambiente leggermente alcalino gli enzimi del succo intestinale sono attivi. L'enzima digestivo pancreatico è attivo in un ambiente alcalino. La maggior parte degli enzimi sono attivi in un ambiente neutro.
2.5.2. Metabolismo energetico nella cellula (dissimilazione)
Scambio energeticoè un insieme di reazioni chimiche di graduale decomposizione di composti organici, accompagnate dal rilascio di energia, parte della quale viene spesa per la sintesi di ATP. I processi di degradazione dei composti organici negli organismi aerobici si verificano in tre fasi, ciascuna delle quali è accompagnata da
Negli organismi multicellulari è svolta dagli enzimi digestivi. Negli organismi unicellulari - dagli enzimi lisosomiali. Nella prima fase si verifica la disgregazione delle proteine
agli aminoacidi, i grassi al glicerolo e agli acidi grassi, i polisaccaridi ai monosaccaridi,
acidi nucleici ai nucleotidi. Questo processo è chiamato digestione.
La seconda fase è priva di ossigeno (glicolisi). Il suo significato biologico risiede nell'inizio della graduale degradazione e ossidazione del glucosio con accumulo di energia sotto forma di 2 molecole di ATP. La glicolisi avviene nel citoplasma delle cellule. Consiste in diverse reazioni sequenziali di conversione di una molecola di glucosio in due molecole di acido piruvico (piruvato) e due molecole di ATP, nella forma in cui viene immagazzinata parte dell'energia rilasciata durante la glicolisi: C6H12O6 + 2ADP + 2P → 2C3H4O3 + 2ATP . Il resto dell'energia viene dissipata sotto forma di calore.
Nel lievito e nelle cellule vegetali ( con mancanza di ossigeno) il piruvato si scompone in alcol etilico e anidride carbonica. Questo processo si chiama fermentazione alcolica.
L'energia accumulata durante la glicolisi è troppo poca per gli organismi che utilizzano l'ossigeno per la respirazione. Ecco perché nei muscoli degli animali, compreso l'uomo, sotto carichi pesanti e in mancanza di ossigeno, si forma acido lattico (C3H6O3), che si accumula sotto forma di lattato. Appare dolore muscolare. Ciò avviene più velocemente nelle persone non addestrate che in quelle addestrate.
Il terzo stadio è l'ossigeno, costituito da due processi sequenziali: il ciclo di Krebs, dal nome del premio Nobel Hans Krebs, e la fosforilazione ossidativa. Il suo significato è che durante la respirazione dell'ossigeno, il piruvato viene ossidato nei prodotti finali: anidride carbonica e acqua, e l'energia rilasciata durante l'ossidazione viene immagazzinata sotto forma di 36 molecole di ATP. (34 molecole nel ciclo di Krebs e 2 molecole durante la fosforilazione ossidativa). Questa energia di decomposizione dei composti organici fornisce le reazioni della loro sintesi nello scambio plastico. Lo stadio dell'ossigeno è sorto dopo l'accumulo di una quantità sufficiente di ossigeno molecolare nell'atmosfera e la comparsa di organismi aerobici.
La fosforilazione ossidativa o la respirazione cellulare si verifica quando
le membrane interne dei mitocondri, in cui sono costruite le molecole di trasporto degli elettroni. Durante questa fase viene rilasciata la maggior parte dell’energia metabolica. Le molecole portatrici trasportano gli elettroni all'ossigeno molecolare. Parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore e parte viene spesa per la formazione di ATP.
Reazione totale del metabolismo energetico:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.
ESEMPI DI COMPITI Parte A
A1. Si chiama il metodo di alimentazione degli animali carnivori
1) autotrofi 3) eterotrofi
2) mixotrofico 4) chemiotrofico
A2. L’insieme delle reazioni metaboliche è chiamato:
1) anabolismo 3) dissimilazione
2) assimilazione 4) metabolismo
A3. Nella fase preparatoria del metabolismo energetico, avviene la formazione:
1) 2 molecole di ATP e glucosio
2) 36 molecole di ATP e acido lattico
3) aminoacidi, glucosio, acidi grassi
4) acido acetico e alcool
A4. Le sostanze che catalizzano le reazioni biochimiche nel corpo sono:
1) proteine 3) lipidi
2) acidi nucleici 4) carboidrati
A5. Il processo di sintesi dell'ATP durante la fosforilazione ossidativa avviene in:
1) citoplasma 3) mitocondri
2) ribosomi 4) Apparato del Golgi
A6. L'energia ATP immagazzinata durante il metabolismo energetico viene parzialmente utilizzata per le reazioni:
1) fase preparatoria
2) glicolisi
3) stadio dell'ossigeno
4) sintesi di composti organici A7. I prodotti della glicolisi sono:
1) glucosio e ATP
2) anidride carbonica e acqua
3) acido piruvico e ATP
4) proteine grassi carboidrati
IN 1. Selezionare gli eventi che si verificano durante la fase preparatoria del metabolismo energetico nell'uomo
1) le proteine vengono scomposte in amminoacidi
2) il glucosio viene scomposto in anidride carbonica e acqua
3) Vengono sintetizzate 2 molecole di ATP
4) il glicogeno viene scomposto in glucosio
5) si forma acido lattico
6) i lipidi vengono scomposti in glicerolo e acidi grassi
ALLE 2. Correlare i processi che si verificano durante il metabolismo energetico con le fasi in cui si verificano
VZ. Determina la sequenza delle trasformazioni di un pezzo di patata cruda nel processo di metabolismo energetico nel corpo del maiale:
A) formazione di piruvato B) formazione di glucosio
C) assorbimento del glucosio nel sangue D) formazione di anidride carbonica e acqua
E) Fosforilazione ossidativa e formazione di H2O. E) Ciclo di Krebs e formazione di CO2
C1. Spiegare le ragioni dell'affaticamento degli atleti maratoneti sulle distanze e come viene superato?
2.5.3. Fotosintesi e chemiosintesi
Tutti gli esseri viventi hanno bisogno di cibo e sostanze nutritive. Durante l'alimentazione utilizzano l'energia immagazzinata principalmente nei composti organici: proteine, grassi, carboidrati. Gli organismi eterotrofi, come già accennato, utilizzano alimenti di origine vegetale e animale, già contenenti composti organici. Le piante creano materia organica attraverso il processo di fotosintesi. La ricerca sulla fotosintesi iniziò nel 1630 con gli esperimenti dell'olandese van Helmont. Ha dimostrato che le piante non ottengono la materia organica dal suolo, ma la creano da sole. Joseph Priestley nel 1771 dimostrò la “correzione” dell’aria con le piante. Posti sotto una copertura di vetro, assorbivano l'anidride carbonica rilasciata dalla scheggia fumante. La ricerca è continuata e ora è stato stabilito che la fotosintesi è il processo di formazione di composti organici da anidride carbonica (CO2) e acqua utilizzando l'energia luminosa e avviene nei cloroplasti delle piante verdi e nei pigmenti verdi di alcuni batteri fotosintetici.
I cloroplasti e le pieghe della membrana citoplasmatica dei procarioti contengono un pigmento verde: la clorofilla. La molecola di clorofilla è in grado di essere eccitata dalla luce solare e di donare i suoi elettroni e spostarli a livelli energetici più elevati. Questo processo può essere paragonato al lancio di una palla. Quando la palla si alza, immagazzina energia potenziale; cadendo, la perde. Gli elettroni non ricadono, ma vengono raccolti dai trasportatori di elettroni (NADP+ - nicotinammide difosfato). In questo caso, l'energia precedentemente accumulata viene parzialmente spesa per la formazione di ATP. Continuando il paragone con una palla lanciata, possiamo dire che la palla, cadendo, riscalda lo spazio circostante, e parte dell'energia degli elettroni in caduta viene immagazzinata sotto forma di ATP. Il processo di fotosintesi è suddiviso in reazioni causate dalla luce e reazioni associate alla fissazione del carbonio. Si chiamano luce
e fasi oscure.
Diversità delle cellule
Secondo la teoria cellulare, una cellula è la più piccola unità strutturale e funzionale degli organismi, che possiede tutte le proprietà di un essere vivente. In base al numero di cellule gli organismi si dividono in unicellulari e pluricellulari. Le cellule degli organismi unicellulari esistono come organismi indipendenti e svolgono tutte le funzioni degli esseri viventi. Tutti i procarioti e numerosi eucarioti (molti tipi di alghe, funghi e protozoi), che colpiscono per la loro straordinaria varietà di forme e dimensioni, sono unicellulari. Tuttavia, la maggior parte degli organismi sono ancora multicellulari. Le loro cellule sono specializzate nell'esecuzione di determinate funzioni e formano tessuti e organi, che non possono che influenzare le loro caratteristiche morfologiche. Ad esempio, il corpo umano è formato da circa 1014 cellule, rappresentate da circa 200 specie, aventi un'ampia varietà di forme e dimensioni.
La forma delle cellule può essere rotonda, cilindrica, cubica, prismatica, discoidale, fusiforme, stellata, ecc. (Fig. 2.1). Pertanto, le uova hanno una forma rotonda, le cellule epiteliali hanno una forma cilindrica, cubica e prismatica, i globuli rossi hanno una forma a disco biconcava, le cellule del tessuto muscolare sono a forma di fuso e le cellule del tessuto nervoso sono stellate. Molte cellule non hanno alcuna forma permanente. Questi includono, prima di tutto, i leucociti del sangue.
Anche le dimensioni delle cellule variano in modo significativo: la maggior parte delle cellule di un organismo multicellulare ha dimensioni comprese tra 10 e 100 micron e le più piccole - 2-4 micron. Il limite inferiore è dovuto al fatto che la cellula deve avere un insieme minimo di sostanze e strutture per garantire l'attività vitale, e una dimensione cellulare troppo grande interferirà con lo scambio di sostanze ed energia con l'ambiente e complicherà anche i processi del mantenimento dell’omeostasi. Tuttavia, alcune cellule possono essere viste ad occhio nudo. Prima di tutto, questi includono le cellule dell'anguria e dei frutti di mela, nonché le uova di pesci e uccelli. Anche se una delle dimensioni lineari della cella supera la media, tutte le altre corrispondono alla norma. Ad esempio, il processo di un neurone può superare 1 m di lunghezza, ma il suo diametro corrisponderà comunque al valore medio. Non esiste una relazione diretta tra la dimensione della cellula e la dimensione del corpo. Pertanto, le cellule muscolari di un elefante e di un topo hanno le stesse dimensioni. .
Cellule procariotiche ed eucariotiche
Come accennato in precedenza, le cellule hanno molte proprietà funzionali e caratteristiche morfologiche simili. Ognuno di essi è composto da citoplasma, immerso in esso informazioni ereditarie e separato dall'ambiente esterno membrana plasmatica, o plasmalemma, non interferisce con il processo del metabolismo e dell'energia. Al di fuori della membrana la cellula può avere anche una parete cellulare, costituita da varie sostanze, che serve a proteggere la cellula e costituisce una sorta di scheletro esterno.
Citoplasma rappresenta l'intero contenuto della cellula, riempiendo lo spazio tra la membrana plasmatica e la struttura contenente le informazioni ereditarie. Consiste
dalla sostanza principale - ialoplasma- e organelli e inclusioni immersi in esso. Organidi- questi sono componenti permanenti della cellula che svolgono determinate funzioni e inclusioni - componenti che compaiono e scompaiono durante la vita di una cellula, svolgendo principalmente funzioni di deposito o escrezione. Le inclusioni sono spesso divise in solide e liquide. Le inclusioni solide sono rappresentate principalmente da granuli e possono essere di diversa natura, mentre i vacuoli e le goccioline di grasso sono considerate inclusioni liquide (Fig. 2.2).
Attualmente esistono due tipi principali di organizzazione cellulare: procariotico E eucariotico.
Una cellula procariotica non ha un nucleo, le sue informazioni ereditarie non sono separate dal citoplasma tramite membrane.
Viene chiamata la regione del citoplasma in cui sono immagazzinate le informazioni ereditarie in una cellula procariotica nucleoide. Nel citoplasma delle cellule procariotiche esiste principalmente un tipo di organello: i ribosomi e gli organelli circondati da membrane sono completamente assenti. I batteri sono procarioti.
Una cellula eucariotica è una cellula in cui è presente almeno uno degli stadi di sviluppo nucleo- una struttura speciale in cui si trova il DNA.
Il citoplasma delle cellule eucariotiche si distingue per una significativa diversità di organelli. Gli organismi eucarioti comprendono piante, animali e funghi.
La dimensione delle cellule procariotiche è solitamente un ordine di grandezza inferiore alla dimensione delle cellule eucariotiche. La maggior parte dei procarioti sono organismi unicellulari, mentre gli eucarioti sono multicellulari.
Caratteristiche comparative della struttura delle cellule di piante, animali, batteri e funghi
Oltre alle caratteristiche caratteristiche dei procarioti e degli eucarioti, anche le cellule di piante, animali, funghi e batteri hanno una serie di caratteristiche. Pertanto, le cellule vegetali contengono organelli specifici: cloroplasti, che determinano la loro capacità di fotosintesi, mentre questi organelli non si trovano in altri organismi. Naturalmente, ciò non significa che altri organismi non siano capaci di fotosintesi, poiché, ad esempio, nei batteri essa avviene tramite invaginazioni della membrana plasmatica e singole vescicole di membrana nel citoplasma.
Le cellule vegetali, di regola, contengono grandi vacuoli pieni di linfa cellulare. Si trovano anche nelle cellule di animali, funghi e batteri, ma hanno un'origine completamente diversa e svolgono funzioni diverse. La principale sostanza di riserva che si trova sotto forma di inclusioni solide nelle piante è l'amido, negli animali e nei funghi è il glicogeno e nei batteri è la volutina.
Un'altra caratteristica distintiva di questi gruppi di organismi è l'organizzazione dell'apparato superficiale: le cellule degli organismi animali non hanno parete cellulare, la loro membrana plasmatica è ricoperta solo da un sottile glicocalice, mentre tutti gli altri ce l'hanno. Ciò è del tutto comprensibile, poiché il modo in cui gli animali si nutrono è associato alla cattura di particelle di cibo durante il processo di fagocitosi e la presenza di una parete cellulare li priverebbe di questa opportunità. La natura chimica della sostanza che costituisce la parete cellulare è diversa nei diversi gruppi di organismi viventi: se nelle piante è cellulosa, nei funghi è chitina e nei batteri è mureina (Tabella 2.1).
Tabella 2.1
Caratteristiche comparative della struttura delle cellule di piante, animali, funghi e batteri
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Cartello |
Batteri |
Animali |
Funghi |
Impianti |
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Metodo nutrizionale |
Eterotrofi o autotrofi |
Eterotrofo |
Eterotrofo |
Autotrofico |
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Organizzazione ereditario informazione |
Procarioti |
Eucarioti |
Eucarioti |
Eucarioti |
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Localizzazione del DNA |
Nucleoidi, plasmidi |
Nucleo, mitocondri |
Nucleo, mitocondri |
Nucleo, mitocondri, plastidi |
|
Membrana plasmatica | ||||
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Parete cellulare |
Mureinovaya |
Chitinoso |
Polpa |
|
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Citoplasma | ||||
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Organidi |
Ribosomi |
Membrana e non membrana, compreso il centro cellulare |
Membrana e non membrana |
Membrana e non membrana, compresi i plastidi |
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Organoidi del movimento |
Flagelli e villi |
Flagelli e ciglia |
Flagelli e ciglia |
Flagelli e ciglia |
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Contrattile, digestivo |
Vacuolo centrale con linfa cellulare |
|||
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Inclusioni |
Glicogeno |
Glicogeno |
Le differenze nella struttura delle cellule dei rappresentanti dei diversi regni della natura vivente sono mostrate in Fig. 2.3.
Riso. 2.3. La struttura delle cellule batteriche (A), animali (B), funghi (C) e piante (D)
2.3. Organizzazione chimica della cellula. Rapporto tra struttura e funzioni delle sostanze inorganiche e organiche (proteine, acidi nucleici, carboidrati, lipidi, ATP) che compongono la cellula. Giustificazione della relazione degli organismi basata sull'analisi della composizione chimica delle loro cellule.
Composizione chimica della cellula.
La maggior parte degli elementi chimici della tavola periodica degli elementi di D.I. Mendeleev scoperti fino ad oggi sono stati trovati negli organismi viventi. Da un lato non contengono un singolo elemento che non si troverebbe nella natura inanimata e, dall'altro, le loro concentrazioni nei corpi della natura inanimata e negli organismi viventi differiscono in modo significativo (Tabella 2.2).
Questi elementi chimici formano sostanze inorganiche e organiche. Nonostante il fatto che le sostanze inorganiche prevalgano negli organismi viventi (Fig. 2.4), sono le sostanze organiche che determinano l'unicità della loro composizione chimica e il fenomeno della vita nel suo insieme, poiché sono sintetizzate principalmente da organismi nel processo della vita e svolgono un ruolo fondamentale nelle reazioni.
La scienza studia la composizione chimica degli organismi e le reazioni chimiche che si verificano in essi. biochimica.
Va notato che il contenuto di sostanze chimiche in diverse cellule e tessuti può variare in modo significativo. Ad esempio, se nelle cellule animali tra i composti organici predominano le proteine, nelle cellule vegetali predominano i carboidrati.
Tabella 2.2
|
Elemento chimico |
la crosta terrestre |
Acqua di mare |
Organismi vivi |
Macro e microelementi
Negli organismi viventi si trovano circa 80 elementi chimici, ma solo 27 di questi elementi hanno le loro funzioni stabilite nella cellula e nell'organismo. I restanti elementi sono presenti in piccole quantità e, a quanto pare, entrano nel corpo con cibo, acqua e aria. Il contenuto di elementi chimici nel corpo varia in modo significativo (vedere Tabella 2.2). A seconda della loro concentrazione si dividono in macroelementi e microelementi.
La concentrazione di ciascuno macronutrienti nel corpo supera lo 0,01% e il loro contenuto totale è del 99%. I macroelementi includono ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto, fosforo, zolfo, potassio, calcio, sodio, cloro, magnesio e ferro. Vengono anche chiamati i primi quattro elementi elencati (ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto). organogeni, poiché fanno parte dei principali composti organici. Fosforo e zolfo sono anche componenti di numerose sostanze organiche, come proteine e acidi nucleici. Il fosforo è essenziale per la formazione delle ossa e dei denti.
Senza i restanti macroelementi, il normale funzionamento del corpo è impossibile. Pertanto, potassio, sodio e cloro sono coinvolti nei processi di eccitazione cellulare. Il potassio è anche necessario per il funzionamento di molti enzimi e per la ritenzione dell'acqua nella cellula. Il calcio si trova nelle pareti cellulari delle piante, delle ossa, dei denti e dei gusci dei molluschi ed è necessario per la contrazione delle cellule muscolari e il movimento intracellulare. Il magnesio è un componente della clorofilla, un pigmento che garantisce la fotosintesi. Partecipa anche alla biosintesi delle proteine. Il ferro, oltre a far parte dell'emoglobina, che trasporta l'ossigeno nel sangue, è necessario per i processi di respirazione e fotosintesi, nonché per il funzionamento di numerosi enzimi.
Microelementi sono contenuti nel corpo in concentrazioni inferiori allo 0,01% e la loro concentrazione totale nella cellula non raggiunge lo 0,1%. I microelementi includono zinco, rame, manganese, cobalto, iodio, fluoro, ecc. Lo zinco fa parte della molecola dell'ormone pancreatico - insulina, il rame è necessario per i processi di fotosintesi e respirazione. Il cobalto è un componente della vitamina B 12, la cui assenza porta all'anemia. Lo iodio è necessario per la sintesi degli ormoni tiroidei, che garantiscono il normale metabolismo, e il fluoro è associato alla formazione dello smalto dei denti.
Sia la carenza che l'eccesso o il disturbo del metabolismo dei macro e microelementi portano allo sviluppo di varie malattie. In particolare, la mancanza di calcio e fosforo provoca rachitismo, mancanza di azoto - grave carenza proteica, carenza di ferro - anemia e mancanza di iodio - una violazione della formazione degli ormoni tiroidei e una diminuzione del tasso metabolico. Una diminuzione dell'assunzione di fluoro dall'acqua e dal cibo determina in gran parte l'interruzione del rinnovamento dello smalto dei denti e, di conseguenza, la predisposizione alla carie. Il piombo è tossico per quasi tutti gli organismi. Il suo eccesso provoca danni irreversibili al cervello e al sistema nervoso centrale, che si manifestano con perdita della vista e dell'udito, insonnia, insufficienza renale, convulsioni e possono anche portare a paralisi e malattie come il cancro. L'avvelenamento acuto da piombo è accompagnato da allucinazioni improvvise e termina con il coma e la morte.
La carenza di macro e microelementi può essere compensata aumentandone il contenuto nel cibo e nell'acqua potabile, nonché assumendo farmaci. Pertanto, lo iodio si trova nei frutti di mare e nel sale iodato, il calcio si trova nei gusci d'uovo, ecc.
Sebbene gli elementi strutturali di base della maggior parte delle cellule siano simili, esistono alcune differenze nella struttura delle cellule dei rappresentanti dei diversi regni della natura vivente.
Cellule vegetali:
- contengono caratteristiche uniche per loro plastidi- cloroplasti, leucoplasti e cromoplasti;
- circondato da fitto parete cellularedalla cellulosa;
- Avere vacuoli con linfa cellulare.
Vacùolo
- singola membrana un organello che svolge diverse funzioni (secrezione, escrezione e stoccaggio di sostanze di riserva, autofagia, autolisi, ecc.).Il guscio di questo vacuolo è chiamato tonoplasto e il suo contenuto è linfa cellulare.
Plastidi- questi sono organelli di cellule vegetali che hanno doppia membrana struttura (come i mitocondri). Come i mitocondri, i plastidi contengono le proprie molecole di DNA. Pertanto, sono anche in grado di riprodursi in modo indipendente, indipendentemente dalla divisione cellulare.
A seconda del loro colore, i plastidi sono divisi in leucoplasti, cloroplasti E cromoplasti.
I leucoplasti sono incolori e si trovano solitamente nelle parti non illuminate delle piante (ad esempio nei tuberi di patata). L'amido si accumula in essi. Alla luce, nei leucoplasti si forma il pigmento verde clorofilla, motivo per cui i tuberi di patata diventano verdi.
Cloroplasti - plastidi verdi che si trovano nelle cellule degli eucarioti fotosintetici (piante). Tipicamente, una cellula di una foglia di pianta contiene da 20 a 100 cloroplasti. I cloroplasti contengono clorofilla e si trovano in essi processo di fotosintesi(cioè la conversione dell'energia della luce solare nell'energia dei legami macroergici dell'ATP e la sintesi dei carboidrati dall'anidride carbonica presente nell'aria utilizzando questa energia).
Sotto la membrana esterna liscia del cloroplasto c'è una membrana interna piegata. Tra le pieghe della membrana interna del cloroplasto ci sono pile ( cereali) sacche a membrana piatta ( tilacoidi). Le membrane dei tilacoidi contengono clorofilla, che ha una struttura chimica speciale che le consente di catturare i quanti di luce.
Fai attenzione!
La clorofilla è necessaria per convertire l'energia luminosa nell'energia chimica dell'ATP.
Nello spazio interno dei cloroplasti tra il grana avviene la sintesi dei carboidrati, che consuma energia ATP.
I cromoplasti contengono pigmenti di colore rosso, arancione, viola e giallo. Questi plastidi sono particolarmente numerosi nelle cellule dei petali dei fiori e dei gusci dei frutti.
La principale sostanza di stoccaggio delle cellule vegetali è amido.
U animalicellule assenza di pareti cellulari dense. Sono circondati da una membrana cellulare attraverso la quale avviene lo scambio di sostanze con l'ambiente. Situati al di fuori della loro membrana plasmatica glicocalice.
Glicocalice- complesso sopramembrana, caratteristico delle cellule animali, che partecipa alla formazione dei contatti tra le cellule.
Inoltre, nelle cellule animali non ci sono grandi vacuoli, ma in essi ci sono centrioli (al centro della cellula) E lisosomi.
Il centro della cellula partecipa alla divisione cellulare (i centrioli divergono ai poli della cellula in divisione e formano un fuso) e svolge un ruolo fondamentale nella formazione dello scheletro interno della cellula - citoscheletro.
Il centro cellulare si trova nel citoplasma di tutte le cellule vicine al nucleo. Numerosi microtubuli escono dall'area del centro della cellula, mantenendo la forma della cellula e svolgendo il ruolo di una sorta di rotaia per il movimento degli organelli attraverso il citoplasma.
Negli animali e nelle piante inferiori, il centro cellulare è formato da due centrioli (formati da microtubuli situati nel citoplasma ad angolo retto tra loro).
Fai attenzione!
Nelle piante superiori, il centro cellulare non ha centrioli.
Lisosomi- organelli di funghi e animali assenti nelle cellule vegetali.I lisosomi, avendo la capacità di digerire attivamente i nutrienti, partecipano alla rimozione di parti cellulari, cellule intere e organi che muoiono durante il processo vitale.
A volte i lisosomi distruggono la cellula stessa in cui si sono formati.
Esempio:
Ad esempio, i lisosomi digeriscono gradualmente tutte le cellule della coda di un girino mentre si trasforma in una rana. Pertanto, i nutrienti non vengono persi, ma vengono spesi per la formazione di nuovi organi nella rana.
Organelli del movimento. Molte cellule animali sono in grado di muoversi, ad esempio la scarpetta ciliata, l'euglena verde e lo sperma degli animali multicellulari. Alcuni di questi organismi si muovono utilizzando speciali organelli locomotori - ciglia E flagelli, che sono formati dagli stessi microtubuli dei centrioli del centro della cellula. Il movimento dei flagelli e delle ciglia è causato dallo scivolamento dei microtubuli l'uno sull'altro, facendo piegare questi organelli. Alla base di ciascun ciglio o flagello si trova un corpo basale, che li rafforza nel citoplasma della cellula. L'energia ATP viene consumata per il lavoro dei flagelli e delle ciglia.
Somiglianze e differenze nella struttura delle cellule di piante, animali e funghi
Somiglianze nella struttura delle cellule eucariotiche.
Ora è impossibile dire con assoluta certezza quando e come sia nata la vita sulla Terra. Inoltre non sappiamo esattamente come mangiassero i primi esseri viventi sulla Terra: autotrofi o eterotrofi. Ma attualmente sul nostro pianeta convivono pacificamente rappresentanti di diversi regni di esseri viventi. Nonostante la grande differenza nella struttura e nello stile di vita, è ovvio che ci sono più somiglianze tra loro che differenze, e probabilmente hanno tutti antenati comuni che vissero nella lontana era Archeana. La presenza di “nonni” e “nonne” comuni è evidenziata da una serie di caratteristiche comuni nelle cellule eucariotiche: protozoi, piante, funghi e animali. Questi segni includono:
Piano generale della struttura cellulare: presenza di una membrana cellulare, citoplasma, nucleo, organelli;
- somiglianza fondamentale dei processi metabolici ed energetici nella cellula;
- codificazione dell'ereditarietà informazione utilizzando acidi nucleici;
- unità della composizione chimica delle cellule;
- processi simili di divisione cellulare.
Differenze nella struttura delle cellule vegetali e animali.
Nel processo di evoluzione, a causa delle disuguali condizioni di esistenza delle cellule dei rappresentanti dei diversi regni degli esseri viventi, sono sorte molte differenze. Confrontiamo la struttura e l'attività vitale delle cellule vegetali e animali (Tabella 4).
La principale differenza tra le cellule di questi due regni è il modo in cui vengono nutrite. Le cellule vegetali contenenti cloroplasti sono autotrofi, cioè sintetizzano esse stesse le sostanze organiche necessarie per la vita utilizzando l'energia luminosa durante il processo di fotosintesi. Le cellule animali sono eterotrofi, cioè la fonte di carbonio per la sintesi delle proprie sostanze organiche sono le sostanze organiche fornite con il cibo. Questi stessi nutrienti, come i carboidrati, servono come fonte di energia per gli animali. Ci sono delle eccezioni, come i flagellati verdi, che sono capaci di fotosintesi alla luce e si nutrono di sostanze organiche già pronte al buio. Per garantire la fotosintesi, le cellule vegetali contengono plastidi che trasportano clorofilla e altri pigmenti.
Poiché una cellula vegetale ha una parete cellulare che protegge il suo contenuto e ne garantisce la forma costante, quando si divide tra le cellule figlie si forma una partizione e una cellula animale, che non ha tale parete, si divide per formare una costrizione.
Caratteristiche delle cellule fungine.
Pertanto, la separazione dei funghi in un regno indipendente, che conta più di 100mila specie, è assolutamente giustificata. I funghi provengono o da antiche alghe filamentose che hanno perso la clorofilla, cioè dalle piante, o da alcuni antichi eterotrofi a noi sconosciuti, cioè dagli animali.
1. In cosa differisce una cellula vegetale da una cellula animale?
2. Quali sono le differenze nella divisione delle cellule vegetali e animali?
3. Perché i funghi sono separati in un regno indipendente?
4. Cosa hanno in comune e quali differenze nella struttura e nella vita possono essere identificate confrontando i funghi con piante e animali?
5. Sulla base di quali caratteristiche possiamo supporre che tutti gli eucarioti avessero antenati comuni?
Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biologia 10a elementare
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Tutti gli organismi con struttura cellulare sono divisi in due gruppi: prenucleari (procarioti) e nucleari (eucarioti).
Le cellule dei procarioti, che includono i batteri, a differenza degli eucarioti, hanno una struttura relativamente semplice. Una cellula procariotica non ha un nucleo organizzato; contiene solo un cromosoma, che non è separato dal resto della cellula da una membrana, ma si trova direttamente nel citoplasma. Tuttavia, registra anche tutte le informazioni ereditarie della cellula batterica.
Il citoplasma dei procarioti, rispetto al citoplasma delle cellule eucariotiche, è molto più povero nella composizione strutturale. Esistono numerosi ribosomi più piccoli rispetto alle cellule eucariotiche. Il ruolo funzionale dei mitocondri e dei cloroplasti nelle cellule procariotiche è svolto da pieghe di membrana speciali, organizzate in modo piuttosto semplice.
Le cellule procariotiche, come le cellule eucariotiche, sono ricoperte da una membrana plasmatica, sopra la quale si trova una membrana cellulare o una capsula mucosa. Nonostante la loro relativa semplicità, i procarioti sono tipiche cellule indipendenti.
Caratteristiche comparative delle cellule eucariotiche. La struttura di varie cellule eucariotiche è simile. Ma insieme alle somiglianze tra le cellule degli organismi dei diversi regni della natura vivente, ci sono differenze evidenti. Si riferiscono a caratteristiche sia strutturali che biochimiche.
Una cellula vegetale è caratterizzata dalla presenza di vari plastidi, un grande vacuolo centrale, che talvolta spinge il nucleo verso la periferia, e una parete cellulare situata all'esterno della membrana plasmatica, costituita da cellulosa. Nelle cellule delle piante superiori, al centro della cellula manca un centriolo, che si trova solo nelle alghe. Il carboidrato nutriente di riserva nelle cellule vegetali è l'amido.
Nelle cellule dei rappresentanti del regno fungino, la parete cellulare è solitamente costituita da chitina, la sostanza da cui è costruito l'esoscheletro degli artropodi. C'è un vacuolo centrale, nessun plastide. Solo alcuni funghi hanno un centriolo al centro della cellula. Il carboidrato di stoccaggio nelle cellule fungine è il glicogeno.
Le cellule animali non hanno una parete cellulare densa e non hanno plastidi. Non c'è vacuolo centrale in una cellula animale. Il centriolo è caratteristico del centro cellulare delle cellule animali. Il glicogeno è anche un carboidrato di riserva nelle cellule animali.
Domanda n. 6. Cicli vitali e mitotici delle cellule
Una proprietà importante di una cellula come sistema vivente è la sua capacità di riprodursi, che è alla base dei processi di crescita, sviluppo e riproduzione degli organismi. Le cellule del corpo sono esposte a vari fattori dannosi, si consumano e invecchiano. Pertanto, ogni singola cellula alla fine deve morire. Perché il corpo continui a vivere, deve produrre nuove cellule alla stessa velocità con cui muoiono quelle vecchie. Pertanto, la divisione cellulare è una condizione di vita obbligatoria per tutti gli organismi viventi. Uno dei principali tipi di divisione cellulare è la mitosi. La mitosi è una divisione del nucleo cellulare che produce due cellule figlie con lo stesso corredo di cromosomi della cellula madre. Alla divisione del nucleo segue la divisione del citoplasma. La divisione mitotica porta ad un aumento del numero di cellule, che garantisce i processi di crescita, rigenerazione e sostituzione cellulare in tutti gli animali e le piante superiori. Negli organismi unicellulari, la mitosi è un meccanismo di riproduzione asessuata. I cromosomi svolgono un ruolo importante nel processo di divisione cellulare, poiché assicurano la trasmissione delle informazioni ereditarie e partecipano alla regolazione del metabolismo cellulare.
La sequenza di processi che si verificano tra la formazione di una cellula e la sua divisione in cellule figlie è chiamata ciclo cellulare. Durante l'interfase del ciclo, la quantità di DNA nei cromosomi raddoppia. La mitosi garantisce la stabilità genetica delle successive generazioni di cellule.
Vita e cicli cellulari delle cellule
Possibili direzioni
Periodizzazione
Nella vita di una cellula si distingue tra ciclo vitale e ciclo cellulare. Il ciclo di vita è molto più lungo: questo è il periodo che va dalla formazione di una cellula a seguito della divisione della cellula madre fino alla sezione successiva o alla morte della cellula. Nel corso della vita, le cellule crescono, si differenziano e svolgono funzioni specifiche. Il ciclo cellulare è molto più breve. Questo è l'effettivo processo di preparazione alla divisione (interfase) e alla divisione stessa (mitosi). Pertanto, questo ciclo è anche chiamato mitotico. Tale periodizzazione (sul ciclo vitale e sul ciclo mitotico) è del tutto convenzionale, poiché la vita di una cellula è un processo continuo e indivisibile. Pertanto, nel periodo embrionale, quando le cellule si dividono rapidamente, il ciclo vitale coincide con quello cellulare (mitotico). Dopo che le cellule si sono differenziate, quando ciascuna di esse svolge una funzione specifica, il ciclo vitale è lungo, da mitotico. Il ciclo cellulare è costituito da interfase, mitosi e citocinesi. La durata del ciclo cellulare varia tra gli organismi.
L'interfase è la preparazione della cellula alla divisione e rappresenta il 90% dell'intero ciclo cellulare. In questa fase si verificano i processi metallici più attivi. Il nucleo ha un aspetto omogeneo - è riempito con una maglia sottile, costituita da fili abbastanza lunghi e sottili interconnessi - chromonemata. Il nucleo ha una forma appropriata, circondato da una membrana nucleare due sferica con pori di circa 40 μm di diametro. Nel nucleo interfase avviene la preparazione alla divisione; l'interfase è divisa in determinati periodi: G1 - il periodo che precede la replicazione del DNA; Periodo S di replicazione del DNA; G2 è il periodo che va dalla fine della replicazione all'inizio della mitosi. La durata di ciascun periodo può essere determinata utilizzando il metodo dell'autoradiografia.
Il periodo presintetico (G1 - dall'inglese Gap - intervallo) inizia subito dopo la sezione. Qui si verificano i seguenti processi biochimici: la sintesi delle molecole macromolecolari necessarie per la costruzione dei cromosomi e dell'apparato acromatico (DNA, RNA, istoni e altre proteine), aumenta il numero di ribosomi e mitocondri, avviene l'accumulo di materiale energetico per la realizzazione di riarrangiamenti strutturali e movimenti complessi durante la divisione. La cellula cresce rapidamente e può svolgere la sua funzione. L'insieme del materiale genetico sarà 2p2s.
Nel periodo sintetico (S), il DNA raddoppia; ciascun cromosoma, a seguito della replicazione, crea per sé una struttura simile. Avviene la sintesi dell'RNA e delle proteine, l'apparato mitotico e l'esatto raddoppio dei centrioli. Divergono in direzioni diverse, formando due poli. L'insieme del materiale genetico è 2p4s. Poi arriva il periodo post-sintetico (G2): la cellula immagazzina energia. Le proteine del fuso dell'acromatina vengono sintetizzate e sono in corso i preparativi per la mitosi. Il materiale genetico è 2p4s. Dopo che la cellula raggiunge un certo stato: accumulo di proteine, raddoppio della quantità di DNA, ecc., è pronta per dividersi: mitosi
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