1. Мітохондрії. Двухмембранной органели еукаріотичної клітини, що забезпечують організм енергією. Довжина мітохондрій 1,5-10 мкм, діаметр - 0,25 1,00 мкм. Кількість мітохондрій в клітині коливається в широких межах, від 1 до 100 тис. І залежить від її метаболічної активності. Число мітохондрій може збільшуватися шляхом ділення, так як ці органели мають власну ДНК.
Зовнішня мембрана мітохондрій гладка, внутрішня мембрана утворює численні впячивания або трубчасті вирости - Крісті. Число крист може коливатися від декількох десятків до декількох сотень і навіть тисяч, в залежності від функцій клітини. Вони збільшують поверхню внутрішньої мембрани, на якій розміщуються Мультиферментний системи, що беруть участь в синтезі молекул АТФ.
Внутрішній простір мітохондрій заповнене матриксом. У матриксі містяться кільцева молекула мітохондріальної ДНК, специфічні іРНК, тРНК і рибосоми (прокариотического типу), які здійснюють автономний біосинтез частини білків, що входять до складу внутрішньої мембрани. Але більша частина генів мітохондрії перейшла в ядро, і синтез багатьох мітохондріальних білків відбувається в цитоплазмі. Крім того, містяться ферменти, що утворюють молекули АТФ. Мітохондрії здатні розмножуватися шляхом поділу.
Функції мітохондрій - кисневе розщеплення вуглеводів, амінокислот, гліцерину і жирних кислот з утворенням АТФ і синтез мітохондріальних білків.
2. Пластида. Розрізняють три основних типи пластид. лейкопласт - безбарвні пластиди в клітинах нефарбованих частин рослин, хромопласти - пофарбовані пластиди зазвичай жовтого, червоного і оранжевого кольору, хлоропласти - зелені пластиди.
Оскільки пластиди мають спільне походження, між ними можливі взаємоперетворення. Найбільш часто відбувається перетворення лейкопластов в хлоропласти (позеленіння бульб картоплі на світлі), зворотний процес відбувається в темряві. При пожелтении листя і почервонінні плодів хлоропласти перетворюються в хромопласти. Вважають неможливим тільки перетворення хромопластов в лейкопласт або хлоропласти.
Хлоропласти.Основная функція - фотосинтез, т. Е. В хлоропластах на світлі здійснюється синтез органічних речовин з неорганічних за рахунок перетворення сонячної енергії в енергію молекул АТФ. Хлоропласти вищих рослин мають розміри 5-10 мкм і за формою нагадують двоопуклоюлінзу. Зовнішня мембрана гладка, а внутрішня має складчасту структуру. В результаті утворення випинань внутрішньої мембрани виникає система ламелл і тилакоидов. Внутрішнє середовище хлоропластів - строма - містить ДНК і рибосоми прокаріотів типу. Пластида здатні до автономного поділу, як і мітохондрії.
Будова і функції ядра клітини. Більшість клітин має одне ядро, але зустрічаються і багатоядерні клітини (у ряду найпростіших). Число ядер може досягати декількох десятків. Деякі високоспеціалізовані клітини втрачають ядро (еритроцити ссавців і клітини сітовідних трубок у покритонасінних рослин).
Форма і розмір ядер клітин різноманітні. Зазвичай ядро має діаметр від 3 до 10 мкм. Головними функціями ядра є: зберігання генетичної інформації і передача її дочірнім клітинам в процесі ділення, а також контроль життєдіяльності клітини шляхом регуляції синтезу різних білків.
До складу ядра входять: ядерна оболонка, каріоплазма (нуклеоплазма, ядерний сік), хроматин, ядерця. Ядро відмежоване від решти цитоплазми ядерною оболонкою, що складається з двох мембран типової будови. Між мембранами є вузька щілина, заповнена полужидким речовиною. У деяких місцях обидві мембрани зливаються один з одним, утворюючи ядерні пори, через які відбувається обмін речовин між ядром і цитоплазмою. Зовнішня ядерна мембрана з боку, зверненої в цитоплазму, покрита рибосомами, що додають їй шорсткість, внутрішня мембрана гладка. Ядерна оболонка - частина мембранної системи клітини. Вирости зовнішньої ядерної мембрани з'єднуються з каналами ендоплазматичної мережі, утворюючи єдину систему сполучених каналів.
Каріоплазма - внутрішній вміст ядра, в якому розташовуються хроматин і одне або кілька ядерець. До складу ядерного соку входять різні білки (в тому числі ферменти ядра), вільні нуклеотиди.
Ядро являє собою округле щільне тільце, занурена в ядерний сік. Кількість ядерець залежить від функціонального стану ядра і може коливатися від 1 до 5-7 і більше (навіть в одній і тій же клітині). Ядерця виявляються тільки в неделящихся ядрах, під час мітозу вони зникають, а після завершення поділу виникають знову. Ядро не є самостійною структурою ядра. Воно утворюється в результаті концентрації в певній ділянці каріоплазми ділянок хромосом, що несуть інформацію про структуру рРНК. Вони містять численні копії генів, що кодують рРНК. Оскільки в полісом інтенсивно йде процес синтезу рРНК і формування субодиниць рибосом, можна говорити, що ядерце - це скупчення рРНК і рибосомних субодиниць на різних етапах формування.
Хроматином називають грудочки, гранули і сетевідние структури ядра, інтенсивно забарвлюються деякими барвниками і відрізняються за формою від ядерця. Хроматин являє собою молекули ДНК, пов'язані з білками - гистонами. Залежно від ступеня спирализации розрізняють: еухроматин - деспіралізованние (розкручені) ділянки хроматину, що мають вигляд тонких, нерозпізнаних при світловій мікроскопії ниток, слабо забарвлюються і генетично активних; гетерохроматин - спіраль і ущільнені ділянки хроматину, що мають вигляд грудочок або гранул, інтенсивно забарвлюються і генетично активних.
Хроматин являє собою форму існування генетичного матеріалу в неделящихся клітинах і забезпечує можливість подвоєння і реалізації укладеної в ньому інформації.
Прокаріоти і еукаріоти. Перші організми, що з'явилися 3,0-3,5 млрд. Років тому, жили в безкисневих умовах, були анаеробними гетеротрофами. Вони використовували органічні речовини абіогенного походження в якості поживних речовин, енергію отримували за рахунок безкисневого окислення і бродіння.
Чудовою подією стала поява процесу фотосинтезу, коли для синтезу органічних речовин стала використовуватися енергія сонячного світла. Бактеріальний фотосинтез на перших етапах не супроводжувався виділенням кисню (перші фотоавтотрофи, використовують вуглекислий газ як джерело вуглецю і H2S як джерело водню).
Пізніше, у синьо-зелених, з'являється фотосистема, здатна розщеплювати воду і використовувати її молекули в якості донорів водню. Починається фотоліз води, при якому відбувається виділення кисню. Фотосинтез синьо-зелених супроводжується накопиченням кисню в атмосфері і освітою озонового екрану. Кисень в атмосфері зупинив процес абіогенного синтезу органічних сполук, але привів до появи енергетично більш вигідного процесу - дихання. З'являються аеробні бактерії, у яких продукти гліколізу піддаються подальшому окисленню за допомогою кисню до вуглекислого газу і води.
Симбіоз великий анаеробної клітини (ймовірно, що відноситься до архебактериям і зберегла ферменти гликолитического окислення) з аеробними бактеріями виявився взаємовигідним, причому аеробні бактерії з часом втратили самостійність і перетворилися в мітохондрії.
Втрата самостійності пов'язана з втратою частини генів, які перейшли в хромосомний апарат клітини-хазяїна. Але все ж мітохондрії зберегли власний белоксинтезирующий апарат і здатність до розмноження.
Важливим етапом в еволюції клітини стала поява еукаріот, при якому відбулося відокремлення ядра, відділення генетичного апарату клітини від реакцій обміну речовин.
Різні способи гетеротрофного харчування привели до формування царства Грибов і царства Тварин. У грибів в клітинній стінці присутня хітин, запасні поживні речовини відкладаються в формі глікогену, продуктом метаболізму білків є сечовина
Симбіоз з ціанобактеріями привів до появи хлоропластів. Хлоропласти також втратили частину генів і є напівавтономними органоидами, здатними до самовідтворення. Їх поява призвела до розвитку по шляху з автотрофним типом обміну речовин і відокремлення частини організмів в царство Рослин. Для рослин характерним речовиною клітинної стінки є клітковина, запасне речовина відкладається у формі крохмалю, характерна наявність великих вакуолей, і у вищих рослин в клітинному центрі відсутні центріолі.
На користь симбіотичного походження мітохондрій і хлоропластів говорять багато фактів. По-перше, їх генетичний матеріал представлений однією кільцевою молекулою ДНК (як і у прокаріотів), по-друге, їх рибосоми по масі, за будовою рРНК і рибосомних білків близькі до таких у аеробних бактерій і синьо-зелених. По-третє, вони розмножуються, як прокаріоти, і, нарешті, механізми білкового синтезу в мітохондріях і бактеріях чутливі до одних антибіотиків (стрептоміцину), а циклогексимид блокує синтез білка в цитоплазмі. Крім того, відомий один вид амеб, які не мають мітохондрій і живуть в симбіозі з аеробними бактеріями, а в клітинах деяких рослин виявлені ціанобактерії (синьо-зелені), подібні за будовою з хлоропластами.
Подальша еволюція привела до відокремлення і збереженню двох імперій - доклеточного і Клітинні. Доклеточного об'єднані в царство Віруси, Клітинні в два надцарства: Прокаріоти (доядерние) і Еукаріоти (ядерні). Прокаріоти входять в царство дробянок і розділені на три подцарства: найдавніші відносяться до підцарства архей, інша група бактерій відноситься до підцарства еубактеріямі, і в підцарство Синьо-зелених об'єднуються прокаріоти, здатні при фотосинтезі виділяти кисень.
Гнильні бактерії очищають землю від загиблих рослин і тварин
Участь в геохімічних процесах освіти сірки, фосфору, нафти, кам'яного вугілля
Роль в кругообігу азоту; нитрифицирующие і азотфиксирующие підвищують родючість
Значення бактерій у природі та житті людини
Паразитичні бактерії викликають захворювання у людини: чума, холера, туберкульоз, дизентерія та інші; у домашніх тварин - бруцельоз; у культурних рослин - бактеріози.
Бактерії гниття і бродіння призводять до псування продуктів харчування.
Життєдіяльність бактерій викликає біологічні руйнування або корозію багатьох промислових матеріалів, металів, дерева, паперу та інших.
Служать для приготування сироваток і вакцин, є основою отримання антибіотиків (стрептоміцину, еритроміцину та ін.).
Бактерії молочно - кислого бродіння використовуються для виготовлення молочно - кислих продуктів і квашення капусти і огірків, в сільському господарстві для силосування кормів.
Бактерії уксуснокислого бродіння використовуються для отримання винного оцту, який застосовується для маринування овочів і плодів.
Порівняльна характеристика прокаріотів і еукаріотів
Віруси були відкриті в 1892 р російським ученим-ботаніком Д. І. Івановського при вивченні мозаїчної хвороби тютюну (плямистість листя). Віруси є неклітинні форми життя. Вони займають проміжне положення між живою та неживою матерією, так як поєднують в собі ознаки живих організмів і тел неживої природи.
Віруси проявляють ознаки життя тільки в клітці. Це внутрішньоклітинні паразити. Причому на відміну від інших паразитів вони є ультрапаразітамі, так як паразитують на генетичному рівні. Найбільш ймовірно, що віруси виникли в результаті деградації клітинних організмів. Ймовірно, віруси можна розглядати як групу генів, які вийшли з-під контролю геному клітини.
Віруси є нуклеопротеїнами, т. Е. Складаються з нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК) і білків, що утворюють оболонку навколо нуклеїнової кислоти. У деяких вірусів можна виявити ліпіди і вуглеводи.
Розміри вірусів коливаються від 10 до 300 нм. Форма вірусів різноманітна: куляста, паличкоподібна, ниткоподібна, циліндрична та ін. Віруси можуть існувати в двох формах: у формі нуклеїнової кислоти, коли знаходяться в клітці-хазяїні, у вільній формі, коли виходять за межі клітини-господаря. Цю форму існування називають вирионом.
Віруси містять завжди один тип нуклеїнової кислоти - або ДНК, або РНК, причому обидві нуклеїнові кислоти можуть бути як одноланцюжковий, так і двухцепочечную, як лінійними, так і кільцевими.
Капсид є оболонкою вірусу, утворену білковими субодиницями, укладеними строго певним чином. Капсид виконує насамперед захисну функцію. Він захищає нуклеїнових кислот вірусу від різних впливів, в першу чергу від дії численних нуклеаз. Крім того, капсид забезпечує осадження вірусу на поверхні клітинних мембран, так як містить рецептори, комплементарні рецепторів мембран клітин. Рецепторний механізм проникнення вірусу в клітину забезпечує специфічність вірусів: вони вражають строго певне коло господарів.
Суперкапсид характерний для сложноорганізованних вірусів (віруси ВІЛ, грипу, герпесу). Виникає під час виходу вірусу з клітини-хазяїна. Він являє собою модифікований ділянку ядерної або зовнішньої цитоплазматичної мембрани клітини-хазяїна.
Тільки проникаючи в клітину-господаря, вірус може відтворювати собі подібних, він пригнічує процеси транскрипції і трансляції речовин, необхідних самій клітині, і «змушує» її ферментні системи здійснювати реплікацію своєї нуклеїнової кислоти і біосинтез білків вірусних оболонок. Після складання вірусних частинок клітина або гине, або продовжує існувати і виробляти нові покоління вірусних частинок.
Цикл репродукції вірусу складається з декількох стадій. Осадження вірусу на поверхню мембрани клітини. Можливо в тому випадку, якщо рецептори клітинних мембран і капсида вірусу комплементарні. Проникнення вірусу в клітину. Багато віруси проникають в клітку шляхом ендоцитозу. Утворюється впячивание зовнішньої цитоплазматичної мембрани, і вірус виявляється в цитоплазмі клітини. Ферменти лізосом руйнують капсид вірусу, і його нуклеїнова кислота звільняється. Деякі віруси проникають в клітку шляхом злиття мембран клітин і вірусів. Проникнення фагів відбувається за рахунок часткового руйнування оболонки клітини фагів лизоцимом ДНК вірусу проникає в клітину після скорочувальної реакції відростка фага.
Синтез компонентів вірусу здійснюється в кілька етапів. Підготовчий. На цьому етапі відбувається придушення функціонування генетичного апарату клітини, припиняється синтез білків і нуклеїнових кислот клітини, белоксинтезирующий апарат клітини переводиться під контроль генома вірусу.
Реплікація нуклеїнової кислоти вірусу. Оскільки генетичний апарат вірусів різноманітний, механізми реплікації різні. У дволанцюжкових ДНК-геномних вірусів реплікація відбувається так само, як у всіх живих організмів. У одноланцюгових ДНК-геномних вірусів спочатку синтезується друга комплементарна ланцюг ДНК, а потім реплікація йде, як у дволанцюжкових ДНК-геномних вірусів.
У одноланцюгових РНК-геномних вірусів виявлений фермент РНК-залежна-ДНК-полімераза, за допомогою якої здійснюється зворотна транскрипція, тобто на матриці РНК синтезується молекула ДНК. Потім відбувається реплікація синтезованої одноцепочечной ДНК (утворюється дволанцюжкова ДНК), і на матриці цієї ДНК-копії реплицируются молекули РНК вірусу. У дволанцюжкових РНК-геномних вірусів після утворення РНК полімерази реплікація двухцепочечной РНК відбувається звичайним способом.
Синтез білків капсида. Біосинтез білків капсида вірусу починається пізніше реплікації, причому використовується белоксинтезирующий апарат клітини-хазяїна. Потім відбувається самосборка вірусних частинок і вихід вірусів з клітки Найчастіше відбувається в результаті руйнування клітини вірусним лизоцимом. Сложноорганізованние віруси виходять з клітини шляхом брунькування, при цьому вони набувають суперкапсид.
Деякі віруси (бактеріофаги; є паразитами бактерій. Вони здатні проникати в бактеріальну клітину і руйнувати її. Бактериофаг складається з головки, хвостика і хвостових відростків, за допомогою яких він осідає на оболонці бактерій. У голівці міститься ДНК. Фаг частково розчиняє клітинну стінку і мембрану бактерії і за рахунок скорочувальної реакції квості ка впорскує свою ДНК в її клітку.
Віруси здатні вражати більшість існуючих живих організмів, викликаючи різні захворювання. До числа вірусних захворювань людини відносяться, наприклад, СНІД, віспа, сказ Вірус імунодефіциту людини впроваджується в чутливі клітини. Основні клітини-мішені - СD4-лімфоцити (хелпери), гак як на їх поверхні є рецептори, здатні зв'язуватися з поверхневим білком ВІЛ. Крім того, ВІЛ проникає в ЦНС, вражаючи нервові клітини і клітини нейроглії, в клітини кишечника. Імунна система організму людини втрачає свої захисні властивості і виявляється не в змозі протистояти збудникам різних інфекцій. Середня тривалість життя інфікованої людини становить 7-10 років.