16-2, 18-2 Оголошення

ОГОЛОШЕННЯ ДЛЯ 16-2, 18-2
завтра 29.11 залікові таблиці з біології можна здати після уроків, або в час 11.45-12.00. 
Зранку на 8.00 не приходьте, я на олімпіаді до 3 уроку.

Домашнє завдання для 1 курсу по цитології

Домашнє завдання

І курс

Тема: Загальний план будови клітини.

1.     Вкажіть основні події з історії вивчення клітини.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.     Вкажіть основні методи досліджень в цитології.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.     Заповніть таблицю і зробіть підписи до малюнка-схеми.

1.     Розгляньте малюнки і зробіть відповідні підписи.

Функції компонентів плазматичної мембрани

Білки – забезпечують транспорт молекул всередину клітини, або з неї, здійснюють структурний зв'язок цитоскелета з клітинними мембранами, функціонують як рецептори для отримання і перетворення хімічних сигналів з навколишнього середовища.

 Глікопротеїни – беруть участь у розпізнаванні чинників зовнішнього середовища та в реакціях клітин на їх дію, беруть участь в імунологічній відповіді.

Подвійний шар ліпідів – головні структурні сполуки плазмалеми, об’єднують разом всі компоненти мембрани, розмежовують  цитоплазму і позаклітинне середовище.

Гідрофільні голівки ліпідів – утворюють гідрофільні пори, крізь які проходять водорозчинні сполуки.

Гідрофобні хвости – не дають розчинятись компонентам мембрани, виконують структурну функцію, забезпечують рідинно-мозаїчну структуру плазмалеми. 

Біологічні мембрани

Біологічні мембрани як основні структурні елементи клітини служать не просто фізичними межами, а є динамічними функціональними поверхнями. На мембранах органел здійснюються численні біохімічні процеси, такі як активне поглинання речовин, перетворення енергії, синтез АТФ і інше.

Будова біологічних мембран

Однією з основних особливостей усіх еукаріотичних клітин є різноманітність і складність будови внутрішніх мембран. Мембрани відмежовують цитоплазму від довкілля, а також формують оболонки ядер, мітохондрій і пластид. Вони утворюють лабіринт ендр-плазматичного ретикулума і сплощених бульбашок у вигляді стопки, що становлять комплекс Гольджи. 

Мембрани утворюють лізосоми, великі і дрібні вакуолі рослинних і грибних клітин, пульсуючі вакуолі простих. Усі ці структури складають з себе відсіки, призначені для тих або інших спеціалізованих процесів і циклів. Отже, без мембран існування клітини неможливе. 

Діти, подивіться на малюнок 1, щоб збагнути, де знаходиться мембрана.

 

Мал. 1 Клітинна мембрана 

Плазматична мембрана, або плазмалема, - найбільш постійна, основна, універсальна для усіх клітин мембрана. Вона є найтоншою (близько 10 нм) плівкою, що покриває усю клітину. Плазмалема складається з молекул білків і фосфоліпідів. Учні, подивіться уважно на малюнок 2. Так виглядає структура плазма леми.

Мал. 2 Структура плазматичної мембрани

Молекули фосфоліпідів розташовані в два ряди - гідрофобними кінцями всередину, гідрофільними голівками до внутрішнього і зовнішнього водного середовища. В окремих місцях біслой (подвійний шар) фосфоліпідів наскрізь пронизаний білковими молекулами (інтегральні білки). Усередині таких білкових молекул є канали - пори, через які проходять водорозчинні речовини. Друзі, подивімося на малюнок 3, щоб зрозуміти, як виглядають ліпіди.

Мал. 3 Мембранні ліпіди

Інші білкові молекули пронизують біслой ліпідів наполовину з однією або з іншого боку (напівінтегральні білки). На поверхні мембран еукаріотичних клітин є періферичні білки. 

Мал. 4 Мембранні білки

Молекули ліпідів і білків утримуються завдяки гідрофільно-гідрофобним взаємодіям. Діти, подивімося на малюнок 4, щоб зрозуміти, як виглядають білки.

До складу плазматичної мембрани еукаріотичних клітин входять також полісахариди. Їх короткі, сильно розгалужені молекули пов'язані з білками, утворюючи глікопротеїни, або з ліпідами (гліколіпіди). Зміст полісахаридів в мембранах складає 2-10% по масі. Полісахаридний шар завтовшки 10-20 нм, що покриває згори плазмалему тваринних клітин, дістав назву глікокаликс.

Давайте ми з вами подивимось наступне відео 1 «Клітинна мембрана»

Відео 1 «Клітинна мембрана»

Контролюючий блок№1

1)    Для чого необхідна мембрана в клітині?
2)    Яку найбільш універсальна мембрану ви знаєте?
3)  Коротко опишіть будову мембрани.

Властивості та функції мембран

Усі клітинні мембрани є рухливими текучими структурами, оскільки молекули ліпідів і білків не пов'язані між собою ковалентними зв'язками і здатні досить швидко переміщатися в площини мембрани. Завдяки цьому мембрани можуть змінювати свою конфігурацію, тобто мають плинність. Подивіться, діти, на малюнок 5. Що ви бачите?

 

Мал. 5 Клітинна мембрана 

Мембрани - структури дуже динамічні. Вони швидко відновлюються після ушкодження, а також розтягуються і стискуються при клітинних рухах. 

Мембрани різних типів клітин істотно розрізняються як по хімічному складу, так і за відносним змістом в них білків, глікопротеїнів, ліпідів, а отже, і по характеру наявних в них рецепторів. Кожен тип клітин тому характеризується індивідуальністю, яка визначається в основному глікопротеїнами. Розгалужені ланцюги глікопротеїнів, виступаючі з клітинної мембрани, беруть участь в розпізнанні чинників зовнішнього середовища, а також у взаємному пізнаванні споріднених клітин. 

 

Мал. 6 Проникнення речовин через мембрану.

З розпізнаванням пов'язана і регуляція транспорту молекул і іонів через мембрану, а також імунологічна відповідь, в якій глікопротеїни грають роль антигенів. У мембранах містяться також специфічні рецептори, переносники електронів, перетворювачі енергії, ферментні білки. Білки беруть участь взабезпеченні транспорту певних молекул всередину клітини або з неї, здійснюють структурний зв'язок цитоскелета з клітинними мембранами або ж служать в якості рецепторів для отримання і перетворення хімічних сигналів з оточуючої середи.

Найважливішою властивістю мембрани є також виборча проникність. Це означає, що молекули та іони проходять через неї з різною швидкістю, і чим більше розмір молекул, тим менше швидкість проходження їх через мембрану. Ця властивість визначає плазматичну мембрану як осмотичний бар'єр. Діти, подивіться на малюнок 6 та 7, щоб зрозуміти, процес проникнення (дифузії).

Мал. 7 Дифузія

Максимальну проникаючу здатність має вода і розчинені в ній гази; значно повільніше проходять крізь мембрану іони. Дифузія води через мембрану називається осмосом.  Давайте роздивимося цей процес на відео.

Відео 2 «Проникнення води через мембрану»

Існує декілька механізмів транспорту речовин через мембрану. 

Дифузія - проникнення речовин через мембрану по градієнту концентрації (з області, де їх концентрація вища, в область, де їх концентрація нижче). Дифузний транспорт речовин (води, іонів) здійснюється за участю білків мембрани, в яких є молекулярні пори, або за участю ліпідної фази (для жиророзчинних речовин).
При полегшеній дифузії спеціальні мембранні білки-переносники вибірково зв'язу

Активний транспорт зв'язаний з витратами енергії і служить для перенесення речовин проти їх градієнта концентрації. Він здійснюється спеціальними білками-переносниками, що утворюють так звані іонні насоси. Найбільш вивченим є Na-/ К- -насос в клітинах тварин, таких, що активно викачують іони Na назовні, поглинаючи при цьому іони К. Завдяки цьому в клітині підтримується велика концентрація К і менша Na в порівнянні з довкіллям. На цей процес витрачається енергія АТФ. Учні, давайте розглянемо малюнок 7.Який процес там зображений?

 

Мал. 8 Калій-натрієвий насос

В результаті активного транспорту за допомогою мембранного насоса в клітині відбувається також регуляція концентрації Mg2 -и Са2 . В процесі активного транспорту іонів в клітину через цитоплазматичну мембрану проникають різні цукри, нуклеотиди, амінокислоти.

Макромолекули білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпопротеїдні комплекси та ін. Діти, давайте подивимося наступне відео.

Відео 3 «Калій-натрієвий насос» Транспорт макромолекул, їх комплексів і часток всередину клітини відбувається абсолютно іншим шляхом - за допомогою ендоцитоза. При ендоцитозі певна ділянка плазмалеми захоплює і як би обволікає позаклітинний матеріал, укладаючи його в мембранну вакуоль, що виникла внаслідок вп`ячування мембрани. Надалі така вакуоль з'єднується з лізосомою, ферменти якої розщеплюють макромолекули до мономерів.

Процес, зворотний ендоцитозу, - екзоцитоз. Завдяки йому клітина виводить внутрішньоклітинні продукти або неперетравлені залишки, що знаходяться у вакуолі або бульбашки. Бульбашка підходить до цитоплазматичної мембрани, зливається з нею, а його вміст виділяється в довкілля. Так виводяться травні ферменти, гормони, гемицеллюлоза та ін.

Функції біологічних мембран наступні:

1. Відмежовують вміст клітини від зовнішнього середовища і вміст органел від цитоплазми.

2. Забезпечують транспорт речовин в клітину і з неї, з цитоплазми в органели і навпаки.

3. Виконують роль рецепторів (отримання і перетворення сигналів з довкілля, пізнавання речовин клітин і т. д.).

4. Є каталізаторами (забезпечення примембранних хімічних процесів).

5. Беруть участь в перетворенні енергії.

Давайте схематично розглянемо функції мембран на відео.

Відео 4  «Функції мембран»

Контролюючий блок№2

1)    Які основні властивості клітинних мембран ви знаєте?
2)    Що таке ендо- та екзоцитоз?
3)    Які функції мають мембрани в клітині?

Список використаної літератури

1) Урок на тему «Плазматична мембрана» Рогачов О.Д., вчителя біології, м. Симферопіль, сш №1.
2)  Урок на тему «Клітинні мембрани та їх властивості» Головаш В.О., вчителя біології,  м. Кривий Ріг, сш №2.
3) Урок на тему «Функції мембран»  Сивашко Р.І., вчителя біології,  м. Донецьк, сш №1.
4) Медников Б. М. Аксиомы биологии. Москва, 2008г.
5) Штрбанова К.Т. Книга о жизни, клетках и ученых. Москва, 2008.

Генетика людини

Генетика людини – це наука про спадковість і мінливість у людей.

Основне завдання – вивчити закономірності спадковості і мінливості людини з метою збереження здоров’я існуючого і майбутнього покоління.

         Пригадайте, які методи генетичних досліджень вам відомі?

Методи вивчення спадковості людини: генеалогічний, близнюковий, цитогенетичний, біохімічний, популяційно-статистичний, дерматогліфічний, молекулярно-генетичний.

Особливості генетики людини

Специфічність людини полягає в тому, що вона поєднує в собі закони органічної еволюції і закони соціального життя.

Гібридологічний метод неможливо застосовувати. Основні труднощі такі: повільна зміна поколінь, мала кількість дітей у сім’ї, складний каріотип (46 хромосом), значний генотиповий  і фенотиповий  поліморфізм. Проте, не зважаючи на всі ці труднощі, генетика людини успішно розвивається.

Нормальний каріотип людини включає 46 хромосом, із них 22 пари ауто-сом і 2 статеві хромосоми.

У 1960 р. була розроблена перша Міжнародна класифікація хромосом людини (Денверська). У основу її були покладені особливості розмірів хромосоми і розташування первинної перетяжки.

Основні наукові напрямки розвитку сучасної генетики людини:

1)    Цитогенетика – вивчає хромосоми людини, їх структурно-функціональну  організацію.

2)    Популяційна генетика – досліджує генетичну структуру людських популяцій, частоту алелей окремих генів у популяціях людей, прогнозує і оцінює генетичні наслідки забруднення довкілля.

3)    Біохімічна генетика – вивчає реалізацію генетичної інформації від гена до ознаки.

4)    Радіаційна генетика – розробляє захист генофонду людей від іонізуючої радіації.

5)    Імунологічна генетика – вивчає генетичну обумовленість імунологічних реакцій організму.

6)    Фармакологічна – вивчає реакцію людей на лікарські засоби та дію останніх на спадковий апарат.

Класифікація спадкових хвороб

Існує генетична і клінічна класифікація.

Генетична базується на етіологічному принципі, тобто за типом мутації  і характером взаємодії із середовищем.

Всю спадкову патологію можна розділити на 5 груп: генні, хромосомні, мультифакторіальні, генетичні хвороби соматичних клітин, хвороби генетичної несумісності матері і плода.

Генні – зумовлені генними мутаціями, тобто порушенням структури гена (ДНК).

Хромосомні – хромосомними і геном ними мутаціями.

Мультифакторіальні – комбінацією генетичних і негенетичних факторів.

Генетичні хвороби соматичних клітин пов’язані з виникненням при онкологічних новоутвореннях  у соматичних клітинах специфічних хромосомних аберацій, які викликають активацію онкогенів.

 Хвороби генетичної несумісності матері і плода розвиваються в результаті імунологічної реакції матері на антиген плода.

Аутосомно-домінантні хвороби обумовлені мутаціями домінантного гена в аутосомі. Патологічна ознака зустрічається в кожному поколінні. Фенотипові проявляється в гомо-  і гетерозиготному стані.

Хвороби: синдром Марфана (арахмодактилія), холдродистрофія, хвороба Штейнерта.

Синдром Марфана – хвороба сполучної тканини,  в результаті порушення синтезу білка, підвищується розтяжність сполучної тканини. Ген в хромосомі №15. Діагностичні ознаки: аномалії кістково-мязової системи (високий зріст, довгі павучі пальці, великий розмах рук, гіперрухомість суглобів, деформація грудини), аномалії розвитку очей (підвивих кришталика), серцево-судинної системи (аневризма аорти, вади серця), шкірні прояви (розтягнення, сухість, мармуровість).

Хвороба Штейнерта (Міотонічна дистрофія). Симптоми: міотонія (утруднення розслаблення м’язів після сильного їх скорочення), м’язова слабкість, катаракта, серцеві аритмії, облисіння з лоба, порушена толерантність до глюкози, розумова відсталість. Мутація гена в хромосомі №19.виражений генетичний імпринтинг – пацієнти, що отримали ген хвороби від матері переносять її тяжче ніж від батька.

Хондродистрофія – форма карликовості при якій голова і тіло досягають нормальних розмірів, а кінцівки вкорочені.

Аутосомно-рецесивні хвороби: фенілкетонурія, муковісцедоз.

Фенілкетонурія – це тяжка спадкова хвороба обумовлена порушенням ферментативних систем (амінокислота фенілаланін не перетворюється на тирозин). Діти народжуються здоровими, але коли фенілаланін разом з молоком матері накопичується в організмі викликає токсикацію. виникає розумова відсталість. Клінічні ознаки: світле волосся, блакитні очі, шкіра без пігменту, мишачий запах. Після 6 місяців розвивається сонливість, судоми, виникає розумова відсталість, втрата психомоторних функцій. Лікування здійснюється дієтотерапією: виключення з раціону продуктів, які містять фенілаланін (яйця, м'ясо, молоко).

         Муковісцедоз (кістозний фіброз) – хвороба пов’язана з порушенням проникнення йонів хлору  і натрію через клітинні мембрани, це веде до надлишкового виділення хлоридів, яке зумовлює гіперсекрецію густого слизу в клітинах ендокринної частини підшлункової залози, епітелію бронхів, слизової оболонки кишкового тракту. Мутація гену в хромосомі №7.

Х-зчеплені домінантні хвороби:

ВітамінД-резистентний рахіт, який не піддається лікуванню вітаміном Д. ознаки: низький зріст, обмеження рухомості у великих суглобах переважання повздовжнього діаметра голови над поперечним.

Х-зчеплені рецесивні хвороби: дальтонізм, гемофілія…

Ензимопатії – хвороби обміну речовин обумовлені дефектами ферментів.

Хромосомні хвороби – обумовлені геномyими (зміна числа хромосом) і хромосомними мутаціями. Як правило не передаються потомству. Виникають внаслідок мутації  в гаметах одного із здорових батьків або у зиготах на стадіях дроблення. На відміну від генних, хромосомні мутації охоплюють значно більший об’єм генетичного матеріалу і характеризуються множинним ураженням.

Хвороба Дауна – трисомія за 21-ю хромосомою. Ознаки: низький зріст, розумова відсталість, косий розріз очей.

Синдром Патау – (за 13+) щілини в верхній губі і піднебінні, зменшення об’єму черепа, низький лоб, малі очні яблука, хворі помирають в перші тижні або місяці.

Хвороба Шерешевського-Тернера – хромосомна хвороба зумовлена зміною числа статевих хромосом. Ознаки виявляються у жінок: низький зріст, коротка шия з надлишком шкіри, низька межа росту волосся на потилиці.

Синдром  Клайм-Фейнтера проявляється лише у осіб чоловічої статі при статевому дозріванні. Високий зріст, довгі кінцівки, євнухоїдизм, відсутність сперматогенезу, недорозвинені статеві залози.

Мультифакторіальні хвороби – захворювання із спадковою схильністю, обумовлені комбінацією генетичних і негенетичних факторів. Для реалізації хвороб необхідна не лише генетична конституція а й умови. Приклади: атеросклероз, подагра, ревматизм, ішемічна хвороба серця, епілепсія, виразкова хвороба шлунка і 2-палої кишки, цироз печінки, цукровий діабет, бронхіальна астма, шизофренія.

Будова клітини еукаріотів.

Будова клітини еукаріотів.

За основним положенням клітинної теорії, план будови клітин різних організмів подібний.

Як побудовані клітини? 

Будь-яка клітина складається з поверхневого апарату,цитоплазми та ядра. Лише клітини бактерій і ціанобактерій не мають ядра (мал. З0). А як же еритроцити ссавців чи ситоподібні трубки вищих рослин? Адже вони теж ядра не мають. Річ у тім, що в цих клітинах на початкових етапах розвитку ядро руйнується. А в бактерій і ціанобактерій ядра немає на будь-яких етапах розвитку клітин.

Мал. З0. Ціанобактерія

Внутрішній вміст клітини оточує поверхневий апарат. 

До його складу входять плазматична мембрана, надмембранні та підмембранні структури. Поверхневий апарат клітини захищає внутрішній вміст від несприятливих впливів довкілля, забезпечує обмін речовин між клітиною і навколишнім середовищем. Клітини різних груп організмів мають відміни у будові поверхневого апарату. Ви пригадуєте, що клітини бактерій, грибів і рослин оточує клітинна стінка, тоді як клітини тварин її не мають.

Цитоплазма (від грец. китос та плазма - виліплене) - це внутрішнє середовище клітини, розташоване між плазматичною мембраною і ядром. Вона становить собою колоїдний розчин органічних і мінеральних сполук, характеризується відносною сталістю будови, хімічного складу та фізичних властивостей. Основа цитоплазми (її матрикс) - це гіалоплазма (від грец. хіалос - скло) - безбарвна колоїдна система клітини. До її складу входять розчинні білки, РНК, полісахариди, ліпіди і певним чином розташовані клітинні структури: мембрани, органели, включення.

Клітинні мембрани обмежують різноманітні органели і ділять, таким чином, цитоплазму на окремі функціональні ділянки. Така система внутрішньоклітинних мембран забезпечує одночасний перебіг багатьох несумісних біохімічних процесів {мал. 31).

Мал. 31. Схема будови тваринної (А) і рослинної (Б) клітини

Система білкових утворів - мікротрубочок та мікро-ниток - утворює внутрішньоклітинний скелет, або цитоскелет, який виконує в клітині опорну функцію (мал. 32). Крім того, ці утвори беруть участь у зміні форми клітин та їхньому русі, забезпечують певне розташування ферментів, які зумовлюють перебіг біохімічних процесів.

Мал. 32. Цитоскелет

Органели (від грец. органон - орган, інструмент) - постійні клітинні структури (мал. 31). Кожна з органел виконує певні функції, забезпечуючи ті чи інші процеси життєдіяльності клітини (живлення, рух, зберігання й передачу спадкової інформації тощо). Одні з них обмежені однією (вакуолі, комплекс Гольджі, ендоплазматична сітка, лізосоми) чи двома (хлоропласти, мітохондрії, ядро) мембранами або ж взагалі не мають мембран (клітинний центр, рибосоми, мікро-трубочки, мікронитки). Особливості будови тієї чи іншої органели тісно пов'язані з виконуваними нею функціями.

На відміну від органел, включення — непостійні структури, тобто можуть з'являтись у процесі життєдіяльності клітини, зникати і знову утворюватись. Це здебільшого запасні сполуки чи кінцеві продукти обміну речовин у вигляді краплин (жири), зерен (крохмаль, глікоген), кристалів (солі) тощо (мал. 33).
Залежно від рівня організації клітин організми ділять на прокаріотів та еукаріотів.

Мал. 33. Включення кристалів щавлевокислого калію в клітинах бегонії

Що собою становлять клітини еукаріотів? 

Еукаріоти (від грец. еу - повністю, добре) - організми, клітини яких мають ядро, принаймні на певних етапах їхнього клітинного циклу. Цитоплазма еукаріотичних клітин поділена мембранами на окремі функціональні ділянки; вона містить різноманітні органели (пластиди, мітохондрії, комплекс Гольджі, ендоплазматичну сітку, лізосоми, клітинний центр, вакуолі та ін.). Процес поділу еукаріотичних клітин досить складний. Він супроводжується, зазвичай, утворенням особливого веретена поділу, що забезпечує розподіл спадкового матеріалу між дочірніми клітинами.

До надцарства Еукаріоти належать царства Рослини, Гриби, Тварини. Серед еукаріотів трапляються як одноклітинні чи колоніальні, так і багатоклітинні форми.

Контрольні запитання

1. Які структури входять до складу клітин?
2. Що таке цитоплазма, гіалоплазма і цитоскелет?
3. Хто такі прокаріоти і еукаріоти?
4. Які особливості будови клітин еукаріотів?
5. Чим клітини прокаріотів за будовою відрізняються від клітин еукаріотів?
6. Яке біологічне значення процесів спороутворення та інцистування у прокаріотів?
7. Як розмножуються прокаріоти?

Поміркуйте

Чим можна пояснити простішу будову клітин прокаріотів, порівняно з клітинами еукаріотів?

М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Первес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький, Загальна біологія, 10 клас

Будова клітин прокаріотів.

Будова клітин прокаріотів.

Які особливості будови клітин прокаріотів?

Дрокаріоти (від лат. про - перед, замість та грец. каріон - ядро) - надцарство організмів, до складу якого входять царстваБактерії та Ціанобактерії (колишня назва — «синьо-зелені водорості»).

Клітини прокаріотів характеризуються простою будовою: вони не мають ядра і багатьох органел (міто-хондрій, пластид, ендоплазматичної сітки, комплексу Гольджі, лізосом, клітинного центру) (мал 34).

Мал. 34. Схема будови клітини бактерії:
1 - цитоплазма;
2 - фотосинтетичні мембрани;
3 - капсула;
4 -джгутик;
5 - клітинна стінка;
6 - рибосоми;
7 - запасні поживні речовини;
8 - кільцева ДНК;
9 - плазматична мембрана;
10- складчасті впинання мембрани 

Ще однією характерною рисою клітин цих організмів є відсутність системи внутрішньоклітинних мембран. Лише у деяких бактерій — мешканців водойм або капілярів ґрунту, заповнених водою, є особливі газові вакуолі. Змінюючи об'єм газів у цих вакуолях, бактерії можуть пересуватись у водному середовищі з мінімальними витратами енергії.

Таким чином, клітинам прокаріотів притаманна простота будови.

У цитоплазмі прокаріотів містяться рибосоми та різноманітні включення. Але розміри рибосом дрібніші, ніж у еукаріотів.

До складу поверхневого апарату клітин прокаріотів входить плазматична мембрана, клітинна стінка, іноді слизова капсула. Плазматична мембрана може утворювати гладенькі або складчасті впинання в цитоплазму. На складчастих мембранних впинаннях можуть розташовуватись ферменти, рибосоми, а на гладеньких - фотосинтезуючі пігменти. В клітинах деяких бактерій (наприклад, пурпурних) фотосинтезуючі пігменти можуть міститись у кулястих замкнених структурах, утворених випинаннями плазматичної мембрани. їх називають хроматофорами (від грец. хрома - фарба та форос - той, що несе).

Замість ядра, в клітинах прокаріотів є одна чи кілька ядерних зон зі спадковим матеріалом. Але на відміну відядра еукаріотів, ядерні зони прокаріотів мембранами від цитоплазми не відокремлені. Спадковий матеріал прокаріотів представлений кільцевою молекулою ДНК, прикріпленою в певному місці до внутрішньої поверхні плазматичної мембрани (мал. 34). Отже, типові хромосоми, які в клітинах еукаріотів розташовані в ядрі, у прокаріотів відсутні.

Клітини деяких бактерій мають органели руху -один, декілька або багато джгутиків. Джгутики можуть бути довші за саму клітину, проте їхній діаметр незначний (10-25 нм), тому у світловий мікроскоп вони не помітні. Крім джгутиків, поверхня клітин бактерій має нитчасті та трубчасті утвори, які складаються з білків чи полісахаридів. Вони забезпечують прикріплення до субстрату або беруть участь у передаванні спадкової інформації під час статевого процесу.

Прокаріоти - мікроскопічні організми.

Розміри їхніх клітин не перевищують ЗО мкм, а в деяких видів діаметр клітин становить лише 0,2 мкм. Більшість прокаріотів - одноклітинні організми, серед них є і колоніальні форми. Скупчення клітин прокаріотів можуть мати вигляд ниток, грон тощо. Іноді вони оточені спільною слизовою оболонкою - капсулою. При цьому контакти між сусідніми клітинами, що мають вигляд мікроскопічних канальців, заповнених цитоплазмою, відомі лише для деяких колоніальних ціанобактерій.

Форма клітин прокаріотів різноманітна: куляста (коки), паличкоподібна (бацили), у вигляді вигнутої (вібріони) або спірально закрученої (спірили) палички тощо (мал. 35).

Мал. 35. Різні форми бактерій:
1 - коки;
2 - бацили;
3 - спірили;
4 - вібріони

Прокаріоти розмножуються нестатевим способом — поділом навпіл.

Перед поділом клітина збільшується в розмірах, її спадковий матеріал (молекула ДНК) подвоюється. Таким чином, кожна з дочірніх клітин, які утворилися внаслідок поділу материнської, отримує подібну спадковуінформацію (мал. 36).

Мал. 36. Поділ бактеріальної клітини

У прокаріотів спостерігається і статевий процес -кон'югація (від лат. конюгатіо - сполучення). Під час кон'югації дві клітини обмінюються спадковою інформацією (у вигляді фрагментів молекули ДНК) через цитоплазматичний місток, що на певний час утворився між ними.

За несприятливих умов у деяких прокаріотів утворюються спори. В одних видів спори утворюються всередині материнської клітини: цитоплазма майбутньої спори вкривається багатошаровою оболонкою. Такі спори дуже стійкі до дії високої температури (в деяких випадках вони можуть витримувати кип'ятіння протягом кількох годин), іонізуючого опромінення, хімічних сполук тощо. Потрапивши у сприятливі умови, спори проростають. У вигляді спор бактерії можуть тривалий час зберігати життєздатність у несприятливих умовах {мал. 37).

Мал. 37. Утворення спори і цисти

У ґрунті, що прилип до коренів засушених рослин з одного гербарію у Великобританії, було виявлено життєздатні спори, вік яких перевищував 300 років. Учені припускають, що життєздатність спор може зберігатися до 1000 років.

У деяких бактерій спори можуть утворюватись не всередині материнської клітини, а в результаті брунькування.

Деякі прокаріоти здатні до інцистування (від лат. ін - в, всередині та грец. кистіс - міхур). При цьому щільною оболонкою вкривається вся клітина. Цисти прокаріотів стійкі до дії радіації, висушування, але нездатні витримувати високі температури.

М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Первес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький, Загальна біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.

Клітинні мембрани, їх будова та функції.

Клітинні мембрани, їх будова та функції.

Пригадайте

Що таке дифузія, гідрофільність і гідрофобність?

Що таке денатурація?

Усі клітини еукаріотів сформовані системою мембран (від лат. мембрана - шкірка, плівка), які забезпечують їхнє нормальне функціонування.

Яка роль мембран у житті клітин?

Клітини обмежені плазматичною мембраною. Вона забезпечує обмін речовин із навколишнім середовищем і взаємодію клітин між собою.

Ви вже знаєте, що внутрішнє середовище клітин еукаріотів поділене на окремі функціональні ділянки. Вважають, що система додаткових мембран необхідна для розміщення певних структур (ферментів, рибосом, пігментів та ін.), а також для розділення просторово процесів обміну речовин і перетворення енергії, захисту певних ділянок клітини від дії гідролітичних ферментів.

У біологічних мембранах відбуваються процеси, пов'язані зі сприйняттям інформації, яка надходить із навколишнього середовища, формуванням і передачею збудження, перетворенням енергії, захистом від проникнення хвороботворних мікроорганізмів та іншими проявами життєдіяльності клітин, органів і організму в цілому.

Методами світлової та електронної мікроскопії в клітинах виявлено різноманітні мембранні структури. Вони мають загалом подібні хімічний склад і особливості організації. Але залежно від типу мембран та їхніх функцій співвідношення хімічних компонентів і деталі будови можуть відрізнятись у клітинах різних типів.

Який хімічний склад біологічних мембран?

Біологічні мембрани складаються з ліпідів, білків і вуглеводів. Ліпіди становлять приблизно 40% сухої маси мембран. Вони розташовані у два шари. Основним функціональним компонентом біологічних мембран є білки, здатні виявляти свою активність лише в комплексі з ліпідами.

Одні білки розташовані на зовнішній або на внутрішній поверхнях мембран. їх називають поверхневими. Вони можуть відносно легко від'єднуватись від мембран після руйнування клітин.

Білки, заглиблені у товщу мембрани на різну глибину (вони становлять майже 70% загальної кількості білків мембран), називають внутрішніми. Є білки, які перетинають мембрану наскрізь, зв'язуючи її зовнішню та внутрішню поверхні.

Вуглеводи входять до складу мембран у вигляді комплексів із білками або ліпідами.

Як організовані біологічні мембрани?

Нині загальноприйнятою вважають рідинно-мозаїчну модель будови біологічних мембран (мал. 38 ). Таку назву вона дістала тому, що близько 30% ліпідів мембран міцно пов'язані з внутрішніми білками, а інша їхня частина перебуває в рідкому стані. Тому комплекси білків і пов'язаних із ними ліпідів наче «плавають» у рідкій ліпідній масі. У молекул ліпідів, розташованих у вигляді подвійного шару, полярні гідрофільні «головки» обернені до зовнішнього та внутрішнього боку мембран, а гідрофобні неполярні «хвости» - всередину. Тому, якщо поглянути зверху на мембрану, вона нагадуватиме мозаїку, створену полярними «головками» ліпідів і молекулами білків, розташованими поверхнево або перетинаючи мембрану. Між молекулами білків або їхніми частинами часто є пори (канальці). Молекули, які входять до складу біологічних мембран, здатні пересуватись, завдяки чому за незначних пошкоджень мембрани швидко оновлюються.

Мал. 38. Схема будови клітинної мембрани:

1 - елементи цитоскелета;
2 - гідрофобні головки ліпідів;
3 - гідрофільні головки ліпідів;
4 - вуглеводи;
5 - поверхневі білки;
6 - білок, який перетинає мембрану

Товщина мембран, залежно від їхнього типу, варіює у досить широких межах (від кількох до 10 нм).

Серед біологічних мембран особливе місце належить плазматичній, яка оточує цитоплазму. Вона міцна та еластична, визначає розміри клітин.

Які функції плазматичної мембрани?

Плазматична мембрана насамперед захищає внутрішнє середовище клітини від несприятливих впливів і бере участь у процесах обміну речовин із навколишнім середовищем. Вона утворює вирости, мікроворсинки, які значно збільшують поверхню клітини. У плазматичній мембрані розташовані деякі ферменти, необхідні для обміну речовин.

Сполуки, потрібні для життєдіяльності клітин, а також продукти обміну речовин перетинають плазматичну мембрану за допомогою дифузії (мал. 39), пасивного чи активного транспорту. Нагадаймо, що дифузія (від лат. диффузіо - розлиття) - процес, за якого речовини проникають крізь певні ділянки і пори мембран унаслідок їхньої різної концентрації по обидва її боки. Цей процес відбувається без витрат енергії у результаті хаотичного теплового руху молекул.

Вибіркове проникнення речовин через мембрани забезпечує пасивний транспорт (мал. 40). Для нього, як і для дифузії, характерне переміщення речовин з боку, де концентрація вища. Пасивний транспорт забезпечується за участю рухомих мембранних білків-переносників; зміною просторової структури білкій, які перетинають мембрану; та через канали у мембрані.

Мал. 39. Схема транспорту речовин через плазматичну мембрану за допомогою дифузії

Активний транспорт речовин через біологічні мембрани пов'язаний із витратами енергії, оскільки не залежить від концентрації речовин, які мають потрапити в клітину або вийти з неї (мал. 40). На цей процес впливає різниця концентрацій іонів калію і натрію у зовнішньому середовищі та всередині клітини. Тому його назвали калій-натріевим насосом. Концентрація іонів калію всередині клітини вища, ніж ззовні, а іонів натрію - навпаки. Завдяки цьому іони натрію пересуваються в клітину, а калію - з неї. Але концентрація цих іонів у живій клітині і поза нею ніколи не вирівнюється, оскільки існує особливий механізм, який іони натрію «відкачує» з клітини, а калій - «закачує» в неї. Цей процес потребує витрат енергії.

Мал. 40. Схема пасивного (1) та активного (2) транспорту речовин через плазматичну мембрану

Завдяки механізму калій-натрієвого насосу енергетично сприятливе (тобто таке, що сприяє вирівнюванню концентрації) пересування іонів натрію в клітину, полегшує енергетично несприятливий (в бік вищої концентрації) транспорт низькомолекулярних сполук (глюкози, амінокислот тощо).

Процеси дифузії, пасивного і активного транспорту властиві всім типам біологічних мембрани.

Існує ще один механізм транспорту речовин через мембрани, який називають ендоцитозом. Розрізняють два основні види ендоцитозу: фаго- і піноцитоз.

Фагоцитоз (від грец. фагос - пожирати) - це активне захоплення твердих об'єктів мікроскопічних розмірів (частинок органічних сполук, дрібних клітин та ін.) (мал. 41). До фагоцитозу здатні лише певні типи клітин тварин. Адже на відміну від клітин прокаріотів, рослин і грибів, вони позбавлені щільної клітинної стінки. За допомогою фагоцитозу захоплюють їжу деякі одноклітинні (наприклад, амеби, форамініфери) та спеціалізовані клітини багатоклітинних (наприклад, травні клітини гідри) тварин.

Мал. 41. Процес фагоцитозу

Макрофаги за допомогою фагоцитозу здійснюють захисну функцію. Вони захоплюють і перетравлюють сторонні частки і мікроорганізми. Явище фагоцитозу в 1892 p. відкрив видатний український учений І.І. Мечников.

Процес фагоцитозу відбувається в кілька етапів.

Спочатку клітина зближується з об'єктом, який має захопити. Під час безпосереднього контакту плазматична мембрана клітини огортає об'єкт і проштовхує його в цитоплазму. Так утворюється пухирець, вкритий мембраною (наприклад, травна вакуоля). В цей пухирець надходять гідролітичні ферменти, які перетравлюють захоплений об'єкт, а неперетравлені рештки виводяться з клітини.

Піноцитоз (від грец. піно — п'ю) - процес поглинання клітиною рідини разом із розчиненими у ній сполуками (мал. 42). Він нагадує фагоцитоз, але відбувається здебільшого за рахунок впинання мембрани.

Мал. 42. Процес піноцитозу

Плазматичним мембранам властива і ферментативна активність: вони містять деякі ферменти, які беруть участь у регуляції обміну речовин і перетворенні енергії. Мембранні білки - антитіла — здійснюють захисну функцію. Вони здатні зв'язувати антигени (мікроорганізми і речовини, які клітина сприймає як чужорідні), запобігаючи їхньому проникненню в клітину. Отже, плазматична мембрана є однією з ланок захисних реакцій організму.

У плазматичну мембрану вбудовані також сигнальні білки, здатні у відповідь на дію різних факторів навколишнього середовища змінювати свою просторову структуру і таким чином передавати сигнали до клітини. Отже, плазматична мембрана забезпечує подразливість організмів (тобто, їхню здатність сприймати подразники і певним чином на них відповідати) і здійснює обмін інформацією між клітиною і навколишнім середовищем.

Важлива роль біологічних мембран і в процесах взаємоперетворення різних форм енергії: механічної (наприклад, рух джгутиків, війок), електричної (формування нервового імпульсу), хімічної (синтез сполук, багатих на енергію).
Плазматичні мембрани забезпечують міжклітинні контакти у багатоклітинних організмів. У місці сполучення двох клітин тварин, мембрана кожної з них здатна утворювати складки або вирости, які надають цьому сполученню особливої міцності. Клітини рослин сполучаються між собою завдяки утворенню мікроскопічних міжклітинних канальців, вистелених мембраною і заповнених цитоплазмою. Плазматичні мембрани також беруть участь у рості, поділі клітин тощо.

Контрольні запитання

1. Які речовини входять до складу біологічних мембран?
2. Що собою становить рідинно-мозаїчна модель будови біологічних мембран?
3. Які основні функції плазматичної мембрани?
4. Як транспортуються речовини через плазматичну мембрану?
5. Що таке фагоцитоз і піноцитоз? Що спільного та відмінного між цими процесами?
6. Завдяки чому біологічні мембрани здійснюють сигнальну та захисну функції?
7. Як контактують між собою клітини у багатоклітинних тварин і рослин?

Поміркуйте

Чому фагоцитоз притаманний лише клітинам тварин?
Яке значення має рухливість молекул білків у біологічних мембранах для здійснення їхніх функцій?

М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Первес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький, Загальна біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.