9) биосферный (глобальный) уровень. ЭЕ – биосфера, т. е. единый планетарный комплекс биогеоценозов, различных по видовому составу и характеристике абиотической (неживой) части;
10) носферный уровень. Это составная часть биосферы, которая изменена благодаря деятельности человека.
Все живые системы содержат в различных соотношениях химические элементы как органические, так и неорганические.
По количественному содержанию в клетке всехими-ческие элементы делят на 3 группы: макро-, микро-и ультрамикроэлементы.
1. Макроэлементы составляют до 99 % массы клетки, из которых до 98 % приходится на 4 элемента: кислород, азот, водород и углерод.
2. Микроэлементы – преимущественно ионы металлов (кобальта, меди, цинка и др.) и галогенов (йода, брома и др.). Они содержатся в количествах от 0,001%до 0,000001 %.
3. Ультрамикроэлементы. Их концентрация ниже 0,000001 %. К ним относят золото, ртуть, селен и др.
Химическое соединение – это вещество, в котором атомы одного или нескольких химических элементов соединены друг с другом посредством химических связей. Химические соединения бывают неорганическими и органическими. К неорганическим относят воду и минеральные соли. Органические соединения – это соединения углерода с другими элементам и.
Основными органическими соединениями клетки являются белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.
Белки – это полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В основном они состоят из углерода, водорода, кислорода и азота.
Функции белков:
1) защитная;
2) структурная;
3) двигательная;
4) запасная;
5) транспортная;
6) рецепторная;
7) регуляторная;
8) белки-гормоны участвуют в гуморальной регуляции;
9) белки-ферменты катализируют все химические реакции в организме;
10) энергетическая.
Углеводы – это моно– и полимеры, в состав которых входит углерод, водород и кислород в соотношении 1: 2:1.
Функции углеводов:
1) энергетическая;
2) структурная;
3) запасающая.
Жиры (липиды) могут быть простыми и сложными. Молекулы простых липидов состоят из трехатомного спирта глицерина и трех остатков жирных кислот. Сложные липиды являются соединениями простых липидов с белками и углеводами.
Функции липидов:
1) энергетическая;
2) структурная;
3) запасающая;
4) защитная;
5) регуляторная;
6) теплоизолирующая.
Молекула АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) образуется в митохондриях, является основным источником энергии.
5. Биосинтез белка. Генетический код
Нуклеиновые кислоты – это фосфорсодержащие биополимеры.
Существует 2 вида нуклеиновых кислот – дезокси-рибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).
ДНК представляет собой спираль, состоящую из двух комплиментарных полинуклеотидных цепей, закрученных вправо. Две цепи нуклеотидов соединяются между собой через азотистые основания по принципу компле-ментарности: между аденином итимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином – три.
Функции ДНК:
1) обеспечивает сохранение и передачу генетической информации от клетки к клетке и от организма к организму (репликация);
2) регулирует все процессы в клетке, обеспечивая способность к транскрипции с последующей трансляцией.
Репликация происходит в синтетический период интерфазы митоза. Фермент репликаза движется между двумя цепями спирали ДНК и разрывает водородные связи между азотистыми основаниями. Затем к каждой из цепочек с помощью фермента ДНК-полимеразы по принципу комплементарности достраиваются нуклео-тиды дочерних цепочек. В результате репликации образуются две идентичные молекулы ДНК. Количество ДНК в клетке удваивается. Такой способ удвоения ДНК называется полуконсервативным, так как каждая новая молекула ДНК содержит одну «старую» и одну вновь синтезированную полинуклеотидную цепь.
РНК – одноцепочечный полимер. Различают 3 вида РНК.
1. Информационная РНК (и-РНК) располагается в ядре и цитоплазме клетки, выполняет функцию переноса наследственной информации из ядра в цитоплазму клетки.
2. Транспортная РНК (т-РНК) также содержится в ядре и цитоплазме клетки, доставляет аминокислоты к рибосомам в процессе трансляции – биосинтеза белка.
3. Рибосомальная РНК (р-РНК) содержится в ядрышке и рибосомах клетки.
Биосинтез белка происходит в несколько этапов.
1. Транскрипция – это процесс синтеза и-РНК на матрице ДНК. Образуется незрелая про-и-РНК, содержащая как кодирующие, так и некодирующие нуклеотид-ные последовательности.
2. Затем происходит процессинг – созревание молекулы РНК.
Транскрипция и процессинг происходят в ядре клетки. Затем зрелая и-РНК через поры в мембране ядра выходит в цитоплазму, и начинается трансляция.
3. Трансляция – это процесс синтеза белка на матрице и РНК.
Трансляция прекращается на кодонах-терминаторах. Генетический код
Это система кодирования последовательности аминокислот белка в виде определенной последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК.
Единица генетического кода (кодон) – это триплет нук-леотидов в ДНК или РНК, кодирующий одну аминокислоту.
Всего генетический код включает 64 кодона, из них 61 кодирующий и 3 некодирующих (кодоны-терминаторы).
Кодоны-терминаторы в и-РНК: УАА, УАГ, УГА, в ДНК: АТТ, АТЦ, АЦТ.
Генетический код обладает характерными свойствами.
1. Универсальность – код одинаков для всех организмов.
2. Специфичность – каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.
3. Вырожденность – большинство аминокислот могут кодироваться несколькими кодонами.
6. Общие сведения о прокариотической и эукариотической клетках
Прокариоты имеют типичное клеточное стноение.
Доядерные прокариоты, не имеют типичного ядра. К ним относят бактерии и сине-зеленые водоросли.
Прокариоты возникли в архейскую эру. Это очень маленькие клетки размером от 0,1 до 10 мкм.
Типичная бактериальная клетка снаружи окружена клеточной стенкой, основой которой является вещество муреин и определяет форму бактериальной клетки. Поверх клеточной стенки имеется слизистая капсула, которая выполняет защитную функцию.
Под клеточной стенкой располагается плазматическая мембрана. Вся клетка внутри заполнена цитоплазмой, которая состоит из жидкой части (гиало-плазмы, или матрикса), органелл и включений.
Наследственный аппарат: одна крупная «голая», лишенная защитных белков, молекула ДНК, замкнутая в кольцо, – нуклеоид. В гиалоплазме некоторых бактерий есть также короткие кольцевые молекулы ДНК, не ассоциированные с хромосомой или нуклеоидом, – плазмиды.
Мембранных органелл в прокариотических клетках мало. Есть мезосомы – внутренние выросты плазматической мембраны, которые считаются функциональными эквивалентами митохондрий эукариот. В автотрофных прокариотах обнаруживают ламелы и ламелосомы – фотосинтетические мембраны. На них находятся пигменты хлорофилл и фикоцианин.
Некоторые бактерии имеют органеллы движения – жгутики. Бактерии имеют органеллы узнавания – пили (фимбрии).
В гиалоплазме также имеются непостоянные включения: гранулы белка, капли жиров, молекулы полисахаридов, соли.
Каждая эукариотическая клетка имеет обособленное ядро. Генетический материал сосредоточен преимущественно в виде хромосом, и состоящих из нитей ДНК и белковых молекул. Деление клеток происходит посредством митоза (а для половых клеток – мейоза). Среди эукариотов есть как одноклеточные, так и многоклеточные организмы.
Строение эукариотических клеток животных и растительных организмов во многом схоже. Каждая клетка снаружи ограничена клеточной оболочкой, или плазмалеммой. Она состоит из цитоплазматической мембраны и слоя гликокаликса.
В клетке выделяют ядро и цитоплазму. Клеточное ядро состоит из мембраны, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Ядерная оболочка состоит из двух мембран, разделенных пери-нуклеарным пространством, и пронизана порами. Основу ядерного сока (матрикса) составляют белки. Ядрышко – это структура, где происходит образование и созревание рибосомальных РНК (р-РНК).
Хроматин в виде глыбок рассеян в нуклеоплазме и является интерфазной формой существования хромосом.
В цитоплазме выделяют основное вещество (мат-рикс, гиалоплазму), органеллы и включения.
Органеллы могут быть общего значения и специальные.
Органеллы общего значения – эндоплазматиче-ская сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, рибосомы и полисомы, лизосомы, пероксисомы, микрофибриллы и микротрубочки, центриоли клеточного центра.
В растительных клетках есть еще и хлоропласты, в которых протекает фотосинтез.
7. Функции и строение цитоплазматической мембраныи клеточного ядра
Элементарная мембрана состоит из бислоя липи-дов в комплексе с белками. Каждая молекула жира имеет полярную гидрофильную головку и неполярный гидрофобный хвост. При этом молекулы ориентированы так, что головки обращены кнаружи и внутрь клетки, а неполярные хвосты – внутрь самой мембраны. Этим достигается избирательная проницаемость для веществ, поступающих в клетку.
