فرآیندهای اصلی که در سلول اتفاق می افتد. تامین انرژی سلول ها فرآیندهایی که انرژی لازم را برای سلول فراهم می کند

رشد فراوان درختان چاق،
که ریشه روی شن های بی حاصل
تایید شده است، به وضوح بیان می کند که
ورقه های چربی چربی چربی از هوا
جذب...
M. V. Lomonosov

انرژی در سلول چگونه ذخیره می شود؟ متابولیسم چیست؟ جوهر فرآیندهای گلیکولیز، تخمیر و تنفس سلولی چیست؟ چه فرآیندهایی در مراحل روشن و تاریک فتوسنتز اتفاق می افتد؟ فرآیندهای انرژی و متابولیسم پلاستیک چگونه به هم مرتبط هستند؟ شیمی سنتز چیست؟

درس-سخنرانی

توانایی تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر (انرژی تابش به انرژی پیوندهای شیمیایی، انرژی شیمیایی به انرژی مکانیکی و غیره) یکی از ویژگی های اساسی موجودات زنده است. در اینجا نگاهی دقیق تر به چگونگی تحقق این فرآیندها در موجودات زنده خواهیم داشت.

ATP حامل اصلی انرژی در سلول است. برای انجام هرگونه تظاهرات فعالیت سلولی، انرژی مورد نیاز است. موجودات اتوتروف انرژی اولیه خود را در طی واکنش های فتوسنتز از خورشید دریافت می کنند، در حالی که موجودات هتروتروف از ترکیبات آلی عرضه شده با غذا به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند. انرژی توسط سلول ها در پیوندهای شیمیایی مولکول ها ذخیره می شود ATP (آدنوزین تری فسفات)که یک نوکلئوتید متشکل از سه گروه فسفات، یک باقیمانده قند (ریبوز) و یک باقیمانده باز نیتروژنی (آدنین) هستند (شکل 52).

برنج. 52. مولکول ATP

پیوند بین بقایای فسفات ماکروارژیک نامیده می شود، زیرا با شکستن آن مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. به طور معمول، سلول انرژی را از ATP با حذف تنها گروه فسفات انتهایی استخراج می کند. در این حالت، ADP (آدنوزین دی فسفات) و اسید فسفریک تشکیل شده و 40 کیلوژول بر مول آزاد می شود:

مولکول های ATP نقش تراشه چانه زنی انرژی جهانی را بازی می کنند. آنها به محل یک فرآیند پر انرژی تحویل داده می شوند، خواه سنتز آنزیمی ترکیبات آلی، کار پروتئین ها - موتورهای مولکولی یا پروتئین های حمل و نقل غشایی و غیره. سنتز معکوس مولکول های ATP با اتصال یک گروه فسفات انجام می شود. به ADP با جذب انرژی. سلول در طی واکنش ها انرژی را به شکل ATP ذخیره می کند متابولیسم انرژی. ارتباط نزدیکی با تعویض پلاستیککه طی آن سلول ترکیبات آلی لازم برای عملکرد خود را تولید می کند.

متابولیسم و ​​انرژی در سلول (متابولیسم). متابولیسم مجموعه ای از واکنش های متابولیسم پلاستیک و انرژی است که به هم پیوسته اند. سلول ها به طور مداوم کربوهیدرات ها، چربی ها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک را سنتز می کنند. سنتز ترکیبات همیشه با صرف انرژی، یعنی با مشارکت ضروری ATP اتفاق می افتد. منابع انرژی برای تشکیل ATP واکنش های آنزیمی اکسیداسیون پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها هستند که وارد سلول می شوند. در طی این فرآیند انرژی آزاد شده و در ATP ذخیره می شود. اکسیداسیون گلوکز نقش ویژه ای در متابولیسم انرژی سلولی دارد. مولکول های گلوکز تحت یک سری دگرگونی های متوالی قرار می گیرند.

مرحله اول به نام گلیکولیز، در سیتوپلاسم سلول ها جای می گیرد و نیازی به اکسیژن ندارد. در نتیجه واکنش های متوالی شامل آنزیم ها، گلوکز به دو مولکول پیروویک اسید تجزیه می شود. در این حالت دو مولکول ATP مصرف می شود و انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون برای تشکیل چهار مولکول ATP کافی است. در نتیجه، انرژی خروجی گلیکولیز کوچک است و به دو مولکول ATP می رسد:

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

در شرایط بی هوازی (در صورت عدم وجود اکسیژن)، دگرگونی های بیشتر می تواند با انواع مختلفی همراه باشد تخمیر.

همه میدانند تخمیر اسید لاکتیک(ترش کردن شیر) که در اثر فعالیت قارچ ها و باکتری های اسید لاکتیک ایجاد می شود. مکانیسم مشابه گلیکولیز است، فقط محصول نهایی در اینجا اسید لاکتیک است. این نوع اکسیداسیون گلوکز در سلول‌ها زمانی که کمبود اکسیژن وجود دارد، مانند عضلاتی که به شدت کار می‌کنند، رخ می‌دهد. از نظر شیمی نزدیک به تخمیر اسید لاکتیک، تخمیر الکلی است. تفاوت این است که محصولات تخمیر الکلی اتیل الکل و دی اکسید کربن هستند.

مرحله بعدی که طی آن اسید پیروویک به دی اکسید کربن و آب اکسید می شود، نامیده می شود تنفس سلولی. واکنش های مرتبط با تنفس در میتوکندری سلول های گیاهی و جانوری و تنها در حضور اکسیژن صورت می گیرد. این یک سری دگرگونی های شیمیایی قبل از تشکیل محصول نهایی - دی اکسید کربن است. در مراحل مختلف این فرآیند، محصولات میانی اکسیداسیون ماده اولیه با حذف اتم های هیدروژن تشکیل می شود. در این حالت انرژی آزاد می شود که در پیوندهای شیمیایی ATP "حفظ" می شود و مولکول های آب تشکیل می شود. مشخص می شود که دقیقاً به منظور اتصال اتم های هیدروژن جدا شده است که اکسیژن مورد نیاز است. این سری از دگرگونی های شیمیایی کاملاً پیچیده است و با مشارکت غشای داخلی میتوکندری ها، آنزیم ها و پروتئین های حامل رخ می دهد.

تنفس سلولی بسیار کارآمد است. 30 مولکول ATP سنتز می شوند، دو مولکول دیگر در طی گلیکولیز تشکیل می شوند و شش مولکول ATP در نتیجه تبدیل محصولات گلیکولیز بر روی غشاهای میتوکندری تشکیل می شوند. در مجموع، در نتیجه اکسیداسیون یک مولکول گلوکز، 38 مولکول ATP تشکیل می شود:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

مراحل نهایی اکسیداسیون نه تنها قندها، بلکه پروتئین ها و لیپیدها نیز در میتوکندری اتفاق می افتد. این مواد توسط سلول ها استفاده می شوند، عمدتاً زمانی که عرضه کربوهیدرات ها به پایان می رسد. ابتدا چربی مصرف می شود که اکسیداسیون آن انرژی بیشتری نسبت به حجم مساوی کربوهیدرات و پروتئین آزاد می کند. بنابراین، چربی در حیوانات نشان دهنده "ذخایر استراتژیک" اصلی منابع انرژی است. در گیاهان، نشاسته نقش ذخیره انرژی را ایفا می کند. هنگامی که ذخیره می شود، فضای بیشتری را نسبت به مقدار انرژی معادل چربی اشغال می کند. این مانعی برای گیاهان نیست، زیرا آنها بی حرکت هستند و مانند حیوانات وسایلی را روی خود حمل نمی کنند. شما می توانید انرژی را از کربوهیدرات ها خیلی سریعتر از چربی ها استخراج کنید. پروتئین ها بسیاری از وظایف مهم را در بدن انجام می دهند و بنابراین تنها زمانی در متابولیسم انرژی دخیل هستند که منابع قند و چربی، به عنوان مثال، در طول روزه داری طولانی مدت، تخلیه شوند.

فتوسنتز. فتوسنتزفرآیندی است که طی آن انرژی پرتوهای خورشیدی به انرژی پیوندهای شیمیایی ترکیبات آلی تبدیل می شود. در سلول های گیاهی، فرآیندهای مرتبط با فتوسنتز در کلروپلاست ها اتفاق می افتد. درون این اندامک سیستم های غشایی وجود دارد که در آن رنگدانه هایی تعبیه شده است که انرژی تابشی خورشید را جذب می کند. رنگدانه اصلی فتوسنتز کلروفیل است که عمدتاً آبی و بنفش و همچنین پرتوهای قرمز طیف را جذب می کند. نور سبز منعکس می شود، بنابراین خود کلروفیل و قسمت هایی از گیاهان که حاوی آن هستند سبز به نظر می رسند.

در فتوسنتز دو مرحله وجود دارد: سبکو تاریک(شکل 53). جذب و تبدیل واقعی انرژی تابشی در طول فاز نور اتفاق می افتد. هنگام جذب کوانتوم های نور، کلروفیل به حالت برانگیخته می رود و به یک الکترون دهنده تبدیل می شود. الکترون های آن از یک مجتمع پروتئینی به مجتمع دیگر در طول زنجیره انتقال الکترون منتقل می شوند. پروتئین های این زنجیره مانند رنگدانه ها بر روی غشای داخلی کلروپلاست ها متمرکز شده اند. هنگامی که یک الکترون در امتداد زنجیره ای از حامل ها حرکت می کند، انرژی را از دست می دهد که برای سنتز ATP استفاده می شود. برخی از الکترون های برانگیخته شده توسط نور برای کاهش NDP (نیکوتین آدنین دی نوکلئوتی فسفات) یا NADPH استفاده می شوند.

برنج. 53. محصولات واکنش فازهای روشن و تاریک فتوسنتز

تحت تأثیر نور خورشید، مولکول های آب نیز در کلروپلاست ها تجزیه می شوند - فتولیز; در این مورد، الکترون هایی ظاهر می شوند که تلفات خود را با کلروفیل جبران می کنند. این باعث تولید اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی می شود:

بنابراین، معنای کاربردی فاز نور، سنتز ATP و NADPH با تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی است.

برای انجام فاز تاریک فتوسنتز به نور نیازی نیست. ماهیت فرآیندهایی که در اینجا اتفاق می‌افتد این است که مولکول‌های ATP و NADPH تولید شده در فاز سبک در یک سری واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شوند که CO2 را به شکل کربوهیدرات «تثبیت» می‌کنند. تمام واکنش های فاز تاریک در داخل کلروپلاست ها انجام می شود و دی اکسید کربن ADP و NADP آزاد شده در طی "تثبیت" دوباره در واکنش های فاز روشن برای سنتز ATP و NADPH استفاده می شود.

معادله کلی فتوسنتز به شرح زیر است:

ارتباط و وحدت فرآیندهای تبادل پلاستیک و انرژی. فرآیندهای سنتز ATP در سیتوپلاسم (گلیکولیز)، در میتوکندری (تنفس سلولی) و در کلروپلاست (فتوسنتز) رخ می دهد. تمام واکنش هایی که در طول این فرآیندها رخ می دهند، واکنش های تبادل انرژی هستند. انرژی ذخیره شده به شکل ATP در واکنش های تبادل پلاستیک برای تولید پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک لازم برای زندگی سلول مصرف می شود. توجه داشته باشید که فاز تاریک فتوسنتز زنجیره ای از واکنش ها، تبادل پلاستیک و فاز نور تبادل انرژی است.

رابطه متقابل و وحدت فرآیندهای تبادل انرژی و پلاستیک با معادله زیر به خوبی نشان داده شده است:

هنگام خواندن این معادله از چپ به راست، فرآیند اکسیداسیون گلوکز به دی اکسید کربن و آب را در طی گلیکولیز و تنفس سلولی دریافت می کنیم که با سنتز ATP (متابولیسم انرژی) همراه است. اگر آن را از راست به چپ بخوانید، شرحی از واکنش های فاز تاریک فتوسنتز دریافت می کنید، زمانی که گلوکز از آب و دی اکسید کربن با مشارکت ATP (تبادل پلاستیک) سنتز می شود.

شیمی سنتز. علاوه بر فوتواتوتروف ها، برخی از باکتری ها (باکتری های هیدروژن، باکتری های نیتریفیک، باکتری های گوگرد و غیره) نیز قادر به سنتز مواد آلی از غیر آلی هستند. آنها این سنتز را به دلیل انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون مواد معدنی انجام می دهند. به آنها chemoautotrophs می گویند. این باکتری های شیمیایی نقش مهمی در بیوسفر دارند. به عنوان مثال، باکتری های نیتریفیک کننده نمک های آمونیومی را که برای جذب گیاهان در دسترس نیستند، به نمک های اسید نیتریک تبدیل می کنند که به خوبی توسط آنها جذب می شود.

متابولیسم سلولی از واکنش های انرژی و متابولیسم پلاستیک تشکیل شده است. در طول متابولیسم انرژی، ترکیبات آلی با پیوندهای شیمیایی پرانرژی - ATP - تشکیل می شود. انرژی مورد نیاز برای این امر از اکسیداسیون ترکیبات آلی در طی واکنش های بی هوازی (گلیکولیز، تخمیر) و هوازی (تنفس سلولی) حاصل می شود. از نور خورشید که انرژی آن در فاز نور جذب می شود (فتوسنتز). از اکسیداسیون ترکیبات معدنی (شیمیوسنتز). انرژی ATP برای سنتز ترکیبات آلی لازم برای سلول در طی واکنش‌های تبادل پلاستیک، که شامل واکنش‌های فاز تاریک فتوسنتز است، صرف می‌شود.

• تفاوت بین متابولیسم پلاستیک و انرژی چیست؟
• چگونه انرژی نور خورشید به فاز نور فتوسنتز تبدیل می شود؟ چه فرآیندهایی در مرحله تاریک فتوسنتز اتفاق می افتد؟
• چرا فتوسنتز را فرآیند بازتاب کنش متقابل سیاره و کیهان می نامند؟

پاراگراف راه حل تفصیلی خلاصه فصل 2 زیست شناسی برای دانش آموزان کلاس یازدهم، نویسندگان I.N. پونوماروا، او.ک. کورنیلووا، T.E. لوشچیلینا، پی.وی. سطح پایه ایژفسک 2012

• GD در زیست شناسی برای کلاس 11 را می توان یافت
• کتاب کار Gdz در زیست شناسی برای کلاس 11 را می توانید پیدا کنید

1. تعریفی از بیوسیستم "سلولی" را فرموله کنید..

سلول یک سیستم زنده ابتدایی است، واحد ساختاری اصلی موجودات زنده، قادر به خود نوسازی، خود تنظیمی و خود تولید مثل است.

2. چرا سلول را شکل اولیه حیات و واحد ابتدایی حیات می نامند؟

سلول شکل اولیه حیات و واحد ابتدایی حیات است، زیرا هر موجودی از سلول تشکیل شده است و کوچکترین موجود یک سلول (تک یاخته) است. اندامک های منفرد نمی توانند خارج از سلول زندگی کنند.

فرآیندهای زیر در سطح سلولی رخ می دهد: متابولیسم (متابولیسم). جذب و در نتیجه ترکیب عناصر شیمیایی مختلف زمین در محتویات موجودات زنده. انتقال اطلاعات ارثی از سلولی به سلول دیگر؛ تجمع تغییرات در دستگاه ژنتیکی در نتیجه تعامل با محیط. پاسخ به تحریکات هنگام تعامل با محیط خارجی. عناصر ساختاری سیستم سطح سلولی مجتمع های مختلفی از مولکول های ترکیبات شیمیایی و تمام بخش های ساختاری سلول - دستگاه سطح، هسته و سیتوپلاسم با اندامک های آنها هستند. تعامل بین آنها وحدت و یکپارچگی سلول را در تجلی ویژگی های آن به عنوان یک سیستم زنده در روابط با محیط خارجی تضمین می کند.

3. مکانیسم های پایداری سلول را به عنوان یک بیوسیستم توضیح دهید.

سلول یک سیستم بیولوژیکی ابتدایی است و هر سیستمی مجموعه ای از اجزای به هم پیوسته و متقابل است که یک کل واحد را تشکیل می دهند. در یک سلول، این اجزاء اندامک هستند. سلول قادر به متابولیسم، خود تنظیمی و خود نوسازی است که به همین دلیل پایداری آن حفظ می شود. کل برنامه ژنتیکی سلول در هسته قرار دارد و انحرافات مختلف از آن توسط سیستم آنزیمی سلول درک می شود.

4. سلول های یوکاریوتی و پروکاریوتی را با هم مقایسه کنید.

همه موجودات زنده روی زمین به دو گروه پروکاریوت ها و یوکاریوت ها تقسیم می شوند.

یوکاریوت ها گیاهان، حیوانات و قارچ ها هستند.

پروکاریوت ها باکتری ها هستند (از جمله سیانوباکتری ها (جلبک های سبز آبی).

تفاوت اصلی. پروکاریوت‌ها هسته ندارند (کروموزوم دایره‌ای) مستقیماً در سیتوپلاسم قرار دارد (این بخش از سیتوپلاسم را نوکلوئید می‌گویند). یوکاریوت ها دارای یک هسته تشکیل شده هستند (اطلاعات ارثی [DNA] توسط پوشش هسته ای از سیتوپلاسم جدا می شود).

تفاوت های دیگر

از آنجایی که پروکاریوت ها هسته ندارند، میتوز/میوز ندارند. باکتری ها با شکافت به دو صورت تکثیر می شوند و جوانه می زنند

یوکاریوت ها بسته به گونه، تعداد کروموزوم های متفاوتی دارند. پروکاریوت ها دارای یک کروموزوم منفرد (حلقه ای شکل) هستند.

یوکاریوت ها اندامک هایی دارند که توسط غشاء احاطه شده اند. پروکاریوت ها اندامک هایی ندارند که توسط غشاء احاطه شده اند، به عنوان مثال. هیچ شبکه آندوپلاسمی وجود ندارد (نقش آن توسط برجستگی های متعدد غشای سلولی ایفا می شود)، هیچ میتوکندری، هیچ پلاستید، هیچ مرکز سلولی وجود ندارد.

یک سلول پروکاریوتی بسیار کوچکتر از یک سلول یوکاریوتی است: 10 برابر قطر، 1000 برابر حجم.

شباهت. سلول های همه موجودات زنده (تمام پادشاهی های طبیعت زنده) حاوی غشای پلاسمایی، سیتوپلاسم و ریبوزوم هستند.

5. ساختار درون سلولی یوکاریوت ها را شرح دهید.

سلول هایی که بافت حیوانات و گیاهان را تشکیل می دهند از نظر شکل، اندازه و ساختار داخلی به طور قابل توجهی متفاوت هستند. با این حال، همه آنها شباهت هایی را در ویژگی های اصلی فرآیندهای زندگی، متابولیسم، تحریک پذیری، رشد، تکامل و توانایی تغییر نشان می دهند.

سلول ها از هر نوع حاوی دو جزء اصلی هستند که نزدیک به یکدیگر هستند - سیتوپلاسم و هسته. هسته توسط یک غشای متخلخل از سیتوپلاسم جدا شده و حاوی شیره هسته ای، کروماتین و هسته است. سیتوپلاسم نیمه مایع تمام سلول را پر می کند و توسط لوله های متعدد نفوذ می کند. در خارج با یک غشای سیتوپلاسمی پوشیده شده است. این شامل ساختارهای اندامک تخصصی است که به طور مداوم در سلول وجود دارد، و تشکیلات موقت - آخال. اندامک های غشایی: غشای سیتوپلاسمی (CM)، شبکه آندوپلاسمی (ER)، دستگاه گلژی، لیزوزوم ها، میتوکندری ها و پلاستیدها. ساختار تمام اندامک های غشایی بر اساس یک غشای بیولوژیکی است. همه غشاها دارای یک طرح ساختاری اساسا یکنواخت هستند و از یک لایه دوگانه فسفولیپید تشکیل شده اند که مولکول های پروتئین از طرف های مختلف تا اعماق مختلف در آن غوطه ور می شوند. غشاهای اندامک ها فقط در مجموعه پروتئین هایی که دارند با یکدیگر متفاوت هستند.

6. اصل "سلول - از سلول" چگونه اجرا می شود؟

تولید مثل سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی تنها از طریق تقسیم سلول اصلی انجام می شود که قبل از تولید مثل ماده ژنتیکی آن (تکثیر DNA) انجام می شود.

در سلول های یوکاریوتی، تنها روش کامل تقسیم میتوز (یا میوز در تشکیل سلول های زاینده) است. در این مورد، یک دستگاه تقسیم سلولی ویژه تشکیل می شود - دوک سلولی، که با کمک آن کروموزوم هایی که قبلاً دو برابر شده بودند، به طور مساوی و دقیق بین دو سلول دختر توزیع می شوند. این نوع تقسیم در تمام سلول های یوکاریوتی اعم از گیاهی و حیوانی مشاهده می شود.

سلول های پروکاریوتی که به اصطلاح به روش دوتایی تقسیم می شوند، از دستگاه تقسیم سلولی ویژه ای نیز استفاده می کنند که به طور قابل توجهی یادآور روش میتوزی تقسیم یوکاریوت ها است. همچنین سلول مادر را به دو قسمت تقسیم می کند.

7. مراحل و اهمیت میتوز را شرح دهید.

فرآیند میتوز معمولاً به چهار مرحله اصلی تقسیم می شود: پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز. از آنجایی که پیوسته است، تغییر فازها به آرامی انجام می شود - یکی به طور نامحسوس به دیگری منتقل می شود.

در پروفاز، حجم هسته افزایش می یابد و در اثر مارپیچی شدن کروماتین، کروموزوم ها تشکیل می شوند. در پایان پروفاز مشخص می شود که هر کروموزوم از دو کروماتید تشکیل شده است. هسته و غشای هسته به تدریج حل می شوند و کروموزوم ها به طور تصادفی در سیتوپلاسم سلول قرار می گیرند. سانتریول ها به سمت قطب های سلول واگرا می شوند. یک دوک شکافت آکروماتین تشکیل می شود که برخی از رشته های آن از قطبی به قطب دیگر می رود و برخی به سانترومرهای کروموزوم ها متصل می شود. محتوای مواد ژنتیکی در سلول بدون تغییر باقی می ماند (2n4c).

در متافاز، کروموزوم ها به حداکثر مارپیچی شدن می رسند و به طور منظم در استوای سلول قرار می گیرند، بنابراین در این دوره شمارش و مطالعه می شوند. محتوای مواد ژنتیکی تغییر نمی کند (2n4c).

در آنافاز، هر کروموزوم به دو کروماتید تقسیم می‌شود که به آنها کروموزوم دختر می‌گویند. رشته های دوک متصل به سانترومرها منقبض می شوند و کروماتیدها (کروموزوم های دختر) را به سمت قطب های مخالف سلول می کشند. محتوای مواد ژنتیکی در سلول در هر قطب با مجموعه ای دیپلوئیدی از کروموزوم ها نشان داده می شود، اما هر کروموزوم حاوی یک کروماتید (4n4c) است.

در تلوفاز، کروموزوم‌های واقع در قطب‌ها از حالت تنفس خارج می‌شوند و ضعیف دیده می‌شوند. در اطراف کروموزوم ها در هر قطب، یک غشای هسته ای از ساختارهای غشایی سیتوپلاسم تشکیل می شود و هسته ها در هسته ها تشکیل می شوند. دوک شکافت از بین می رود. در همان زمان، سیتوپلاسم در حال تقسیم است. سلول های دختر دارای مجموعه ای از کروموزوم های دیپلوئیدی هستند که هر کدام از یک کروماتید (2n2c) تشکیل شده است.

اهمیت بیولوژیکی میتوز این است که انتقال ارثی ویژگی ها و ویژگی ها را در یک سری از نسل های سلولی در طول توسعه یک ارگانیسم چند سلولی تضمین می کند. به دلیل توزیع دقیق و یکنواخت کروموزوم ها در طول میتوز، تمام سلول های یک ارگانیسم واحد از نظر ژنتیکی یکسان هستند.

تقسیم سلولی میتوزی زمینه ساز همه اشکال تولید مثل غیرجنسی در موجودات تک سلولی و چند سلولی است. میتوز مهمترین پدیده های زندگی را تعیین می کند: رشد، توسعه و ترمیم بافت ها و اندام ها و تولید مثل غیرجنسی موجودات.

8. چرخه سلولی چیست؟

چرخه سلولی (چرخه میتوتیک) کل دوره وجود سلول از لحظه ظهور سلول مادر در طول تقسیم تا تقسیم خود (از جمله خود تقسیم) یا مرگ است. از اینترفاز و تقسیم سلولی تشکیل شده است.

9. سلول چه نقشی در تکامل موجودات داشت؟

سلول باعث توسعه بیشتر دنیای آلی شد. در طول این تکامل، تنوع شگفت انگیزی از اشکال سلولی به دست آمد، چند سلولی به وجود آمد، تخصص سلولی پدید آمد و بافت های سلولی ظاهر شد.

10- فرآیندهای اصلی حیات سلولی را نام ببرید.

متابولیسم - مواد مغذی وارد سلول می شوند و مواد غیر ضروری حذف می شوند. حرکت سیتوپلاسم - مواد را در سلول منتقل می کند. تنفس - اکسیژن وارد سلول می شود و دی اکسید کربن خارج می شود. تغذیه - مواد مغذی وارد سلول می شوند. رشد - اندازه سلول افزایش می یابد. توسعه - ساختار سلول پیچیده تر می شود.

11. اهمیت میتوز و میوز را در تکامل سلولی نشان دهید.

به لطف تقسیم سلولی میتوزی، رشد فردی ارگانیسم رخ می دهد - رشد آن افزایش می یابد، بافت ها تجدید می شوند، سلول های پیر و مرده جایگزین می شوند و تولید مثل غیرجنسی موجودات رخ می دهد. پایداری کاریوتیپ های افراد گونه نیز تضمین می شود.

به لطف میوز، کراس اور (تبادل بخش هایی از کروموزوم های همولوگ) اتفاق می افتد. این امر باعث تقویت مجدد اطلاعات ژنتیکی می شود و سلول هایی با مجموعه ای کاملاً جدید از ژن ها تشکیل می شوند (تنوع موجودات).

12. مهمترین وقایع در تکامل ماده زنده که در سطح سلولی در طول فرآیند تکامل رخ داده است کدامند؟

آرومورفوزهای اصلی (میتوز، میوز، گامت، فرآیند جنسی، زیگوت، تولید مثل رویشی و جنسی).

ظهور هسته ها در سلول ها (یوکاریوت ها).

فرآیندهای همزیستی در موجودات تک سلولی - ظهور اندامک ها.

اتوتروفی و ​​هتروتروفی.

تحرک و بی حرکتی.

پیدایش موجودات چند سلولی.

تمایز عملکرد سلولی در موجودات چند سلولی

13. اهمیت کلی سطح سلولی ماده زنده را در طبیعت و برای انسان شرح دهید.

سلول، که زمانی به شکل یک بیوسیستم ابتدایی ظاهر شد، پایه ای برای همه توسعه بیشتر دنیای آلی شد. تکامل باکتری ها، سیانوباکتری ها، جلبک ها و تک یاخته های مختلف به طور کامل به دلیل تحولات ساختاری، عملکردی و بیوشیمیایی سلول زنده اولیه رخ داده است. در طی این تکامل، تنوع شگفت انگیزی از اشکال سلولی به دست آمد، اما طرح کلی ساختار سلولی دستخوش تغییرات اساسی نشد. در فرآیند تکامل، بر اساس اشکال حیات تک سلولی، چند سلولی به وجود آمد، تخصص سلولی به وجود آمد و بافت های سلولی ظاهر شد.

نظرت را بگو

1. چرا دقیقاً در سطح سلولی سازمان حیات، خصوصیاتی از موجودات زنده مانند اتوتروفی و ​​هتروتروفی، تحرک و بی حرکتی، چند سلولی بودن و تخصص در ساختار و عملکرد پدید آمد؟ چه چیزی به چنین رویدادهایی در زندگی سلول کمک کرد؟

سلول واحد اصلی ساختاری و عملکردی موجودات زنده است. این نوعی سیستم زنده است که با تنفس، تغذیه، متابولیسم، تحریک پذیری، گسستگی، باز بودن و وراثت مشخص می شود. در سطح سلولی بود که اولین موجودات زنده به وجود آمدند. در یک سلول، هر اندامک عملکرد خاصی را انجام می دهد و دارای ساختار خاصی است که با هم متحد شده اند و با هم کار می کنند، آنها یک بیوسیستم واحد را نشان می دهند که همه ویژگی های یک موجود زنده را دارد.

سلول، به عنوان یک موجود چند سلولی، نیز طی قرن‌های متمادی تکامل یافته است. شرایط مختلف محیطی، بلایای طبیعی و عوامل زیستی به پیچیدگی سازماندهی سلولی منجر شده است.

به همین دلیل است که اتوتروفی و ​​هتروتروفی، تحرک و بی حرکتی، چند سلولی بودن و تخصص در ساختار و عملکرد دقیقاً در سطح سلول به وجود آمد، جایی که همه اندامک ها و سلول به عنوان یک کل به طور هماهنگ و هدفمند وجود دارند.

2. بر چه اساسی تمام دانشمندان سیانوباکترها را به عنوان گیاهان، به ویژه جلبک، برای مدت بسیار طولانی و تنها در پایان قرن 20 طبقه بندی کرده اند. آیا آنها در پادشاهی باکتری ها قرار گرفتند؟

اندازه نسبتاً بزرگ سلول‌ها (مثلاً نوستوک کلونی‌های بسیار بزرگی را تشکیل می‌دهد که حتی می‌توان آنها را برداشت)، فتوسنتز را با آزاد شدن اکسیژن به روشی مشابه گیاهان عالی انجام می‌دهند و شباهت بیرونی آنها به جلبک‌ها دلیل آن بود. برای در نظر گرفتن قبلی آنها به عنوان بخشی از گیاهان ("جلبک سبز آبی").

و در پایان قرن بیستم ثابت شد که سلولها هسته سبز آبی ندارند و کلروفیل سلولهای آنها مانند گیاهان نیست، بلکه مشخصه باکتریها است. در حال حاضر سیانوباکترها جزو پیچیده ترین میکروارگانیسم های پروکاریوتی هستند که از نظر مورفولوژیکی متمایز شده اند.

3. لباس ها و کفش هایی که امروز در مدرسه می پوشید از چه بافت های سلولی گیاهی و حیوانی ساخته شده است؟

آنهایی را انتخاب کنید که مناسب شما هستند. می توانید مثال های زیادی بزنید. به عنوان مثال، از کتان (الیاف پایه - پارچه رسانا) برای ساخت پارچه هایی با ساختار بادوام (پیراهن مردانه، کت و شلوار زنانه، لباس زیر، جوراب، شلوار، سارافون) استفاده می شود. از پنبه برای ساخت لباس زیر، تی شرت، پیراهن، شلوار، سارافون استفاده می شود. کفش (کفش، صندل، چکمه) و کمربند از پوست حیوانات (بافت اپیتلیال) ساخته شده است. لباس گرم از پشم حیوانات خزدار تهیه می شود. ژاکت، جوراب، کلاه و دستکش از پشم ساخته می شود. ساخته شده از ابریشم (راز غدد کرم ابریشم بافت همبند است) - پیراهن، روسری، لباس زیر.

مشکل برای بحث

پدربزرگ چارلز داروین، اراسموس داروین، پزشک، طبیعت شناس و شاعر، در پایان قرن هجدهم نوشت. شعر "معبد طبیعت" که در سال 1803 پس از مرگ او منتشر شد. گزیده ای کوتاه از این شعر را بخوانید و به این فکر کنید که چه ایده هایی در مورد نقش سطح سلولی زندگی در این اثر می توان یافت (گزیده در کتاب آورده شده است).

پیدایش حیات زمینی از کوچکترین اشکال سلولی رخ داد. در سطح سلولی بود که اولین موجودات زنده به وجود آمدند. سلول به عنوان یک موجود زنده نیز رشد و تکامل یافت و بدین وسیله انگیزه ای برای تشکیل بسیاری از اشکال سلولی ایجاد کرد. آنها توانستند هم "سیلت" و هم "توده آب" را پر کنند. به احتمال زیاد، شرایط مختلف محیطی، بلایای طبیعی و عوامل زیستی منجر به سازماندهی پیچیده تری از سلول ها شد که منجر به "اکتساب اعضا" شد (که به معنای چند سلولی بودن است).

مفاهیم اساسی

پروکاریوت‌ها یا پیش‌هسته‌ای، موجوداتی هستند که سلول‌های آن‌ها هسته تشکیل‌شده‌ای ندارند که توسط یک غشاء محدود شده باشد.

یوکاریوت ها یا هسته های موجودات زنده ای هستند که سلول های آنها دارای یک هسته خوب تشکیل شده است که توسط یک پوشش هسته ای از سیتوپلاسم جدا شده است.

ارگانوئید یک ساختار سلولی است که عملکردهای خاصی را ارائه می دهد.

هسته مهم ترین بخش یک سلول یوکاریوتی است که تمام فعالیت های آن را تنظیم می کند. حامل اطلاعات ارثی در ماکرومولکول های DNA است.

کروموزوم یک ساختار نخ مانند حاوی DNA در هسته سلول است که حامل ژن ها، واحدهای وراثت، به ترتیب خطی است.

غشای بیولوژیکی یک ساختار مولکولی الاستیک است که از پروتئین ها و لیپیدها تشکیل شده است. محتویات هر سلول را از محیط خارجی جدا می کند و یکپارچگی آن را تضمین می کند.

میتوز (تقسیم غیرمستقیم سلولی) یک روش جهانی برای تقسیم سلول های یوکاریوتی است که در آن سلول های دختر ماده ژنتیکی مشابه سلول اصلی را دریافت می کنند.

میوز روشی برای تقسیم سلول های یوکاریوتی است که با نصف شدن (کاهش) تعداد کروموزوم ها همراه است. یک سلول دیپلوئید چهار سلول هاپلوئید ایجاد می کند.

چرخه سلولی چرخه تولید مثل یک سلول است که از چندین رویداد متوالی (مثلاً اینترفاز و میتوز در یوکاریوت ها) تشکیل شده است که در طی آن محتویات سلول دو برابر می شود و به دو سلول دختر تقسیم می شود.

سطح ساختاری سلولی سازماندهی ماده زنده یکی از سطوح ساختاری حیات است که واحد ساختاری و عملکردی آن ارگانیسم و ​​واحد آن سلول است. پدیده های زیر در سطح ارگانیسم رخ می دهد: تولید مثل، عملکرد ارگانیسم به عنوان یک کل، انتوژنز و غیره.

همه موجودات زنده به جز ویروس ها از سلول ساخته شده اند. آنها تمام فرآیندهای لازم برای زندگی یک گیاه یا حیوان را فراهم می کنند. یک سلول خود می تواند یک ارگانیسم جداگانه باشد. و چگونه چنین ساختار پیچیده ای می تواند بدون انرژی زندگی کند؟ البته که نه. بنابراین سلول ها چگونه انرژی می گیرند؟ این بر اساس فرآیندهایی است که در زیر بررسی خواهیم کرد.

تامین انرژی سلول ها: چگونه این اتفاق می افتد؟

تعداد کمی از سلول ها انرژی را از بیرون دریافت می کنند. "ایستگاه" منحصر به فرد دارند. و منبع انرژی در سلول، میتوکندری است، اندامکی که آن را تولید می کند. فرآیند تنفس سلولی در آن اتفاق می افتد. با توجه به آن، سلول ها با انرژی تامین می شوند. با این حال، آنها فقط در گیاهان، حیوانات و قارچ ها وجود دارند. سلول های باکتریایی میتوکندری ندارند. بنابراین، انرژی سلول های آنها عمدتاً از طریق فرآیندهای تخمیر به جای تنفس تأمین می شود.

ساختار میتوکندری

این یک اندامک دو غشایی است که در طی فرآیند تکامل در یک سلول یوکاریوتی در نتیجه جذب یک سلول کوچکتر ظاهر شد. پروتئین های لازم برای اندامک ها

غشای داخلی دارای برجستگی هایی به نام cristae یا برجستگی است. فرآیند تنفس سلولی روی کریستا اتفاق می افتد.

آنچه در داخل دو غشا قرار دارد ماتریس نامیده می شود. حاوی پروتئین ها، آنزیم های لازم برای تسریع واکنش های شیمیایی و همچنین RNA، DNA و ریبوزوم است.

تنفس سلولی اساس زندگی است

در سه مرحله صورت می گیرد. بیایید به هر یک از آنها با جزئیات بیشتری نگاه کنیم.

مرحله اول مقدماتی است

در این مرحله، ترکیبات آلی پیچیده به ترکیبات ساده‌تر تجزیه می‌شوند. بنابراین، پروتئین ها به اسیدهای آمینه، چربی ها به اسیدهای کربوکسیلیک و گلیسرول، اسیدهای نوکلئیک به نوکلئوتیدها و کربوهیدرات ها به گلوکز تجزیه می شوند.

گلیکولیز

این مرحله بدون اکسیژن است. در این واقعیت نهفته است که مواد به دست آمده در مرحله اول بیشتر تجزیه می شوند. منابع اصلی انرژی که سلول در این مرحله از آن استفاده می کند، مولکول های گلوکز هستند. هر یک از آنها در طی گلیکولیز به دو مولکول پیروات تجزیه می شود. این در طی ده واکنش شیمیایی متوالی رخ می دهد. در نتیجه پنج مورد اول، گلوکز فسفریله می شود و سپس به دو فسفوتریوز تقسیم می شود. پنج واکنش بعدی دو مولکول و دو مولکول PVA (پیروویک اسید) تولید می کنند. انرژی سلول به شکل ATP ذخیره می شود.

کل فرآیند گلیکولیز را می توان به شرح زیر ساده کرد:

2NAD+ 2ADP + 2H 3 PO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H 2 O + 2NAD. H 2 + 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP

بدین ترتیب سلول با استفاده از یک مولکول گلوکز، دو مولکول ADP و دو مولکول اسید فسفریک، دو مولکول ATP (انرژی) و دو مولکول اسید پیروویک دریافت می کند که در مرحله بعد از آنها استفاده خواهد کرد.

مرحله سوم اکسیداسیون است

این مرحله فقط در حضور اکسیژن رخ می دهد. واکنش های شیمیایی این مرحله در میتوکندری رخ می دهد. این قسمت اصلی است که در طی آن بیشترین انرژی آزاد می شود. در این مرحله، در واکنش با اکسیژن، به آب و دی اکسید کربن تجزیه می شود. علاوه بر این، 36 مولکول ATP تشکیل می شود. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که منابع اصلی انرژی در سلول، گلوکز و اسید پیروویک هستند.

با خلاصه کردن تمام واکنش های شیمیایی و حذف جزئیات، می توانیم کل فرآیند تنفس سلولی را با یک معادله ساده بیان کنیم:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 PO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.

بنابراین، در طول تنفس، سلول از یک مولکول گلوکز، شش مولکول اکسیژن، سی و هشت مولکول ADP و به همان میزان اسید فسفریک، 38 مولکول ATP دریافت می کند که در قالب آن انرژی ذخیره می شود.

تنوع آنزیم های میتوکندریایی

سلول انرژی را برای فعالیت حیاتی از طریق تنفس - اکسیداسیون گلوکز و سپس اسید پیروویک - دریافت می کند. تمام این واکنش های شیمیایی بدون آنزیم ها - کاتالیزورهای بیولوژیکی امکان پذیر نیست. بیایید به آنهایی که در میتوکندری، اندامک‌هایی که مسئول تنفس سلولی هستند، نگاه کنیم. همه آنها اکسیدوردوکتاز نامیده می شوند زیرا برای اطمینان از وقوع واکنش های ردوکس مورد نیاز هستند.

تمام اکسیدوردوکتازها را می توان به دو گروه تقسیم کرد:

• اکسیدازها؛
• دهیدروژناز؛

دهیدروژنازها به نوبه خود به هوازی و بی هوازی تقسیم می شوند. انواع هوازی حاوی کوآنزیم ریبوفلاوین است که بدن از ویتامین B2 دریافت می کند. دهیدروژنازهای هوازی حاوی مولکول های NAD و NADP به عنوان کوآنزیم هستند.

اکسیدازها تنوع بیشتری دارند. اول از همه، آنها به دو گروه تقسیم می شوند:

• آنهایی که حاوی مس هستند؛
• آنهایی که آهن دارند

اولی شامل پلی فنل اکسیدازها و آسکوربات اکسیداز، دومی شامل کاتالاز، پراکسیداز و سیتوکروم است. دومی به نوبه خود به چهار گروه تقسیم می شود:

• سیتوکروم a;
• سیتوکروم b;
• سیتوکروم c;
• سیتوکروم ها د.

سیتوکروم a حاوی آهن فرمیل پورفیرین، سیتوکروم b - پروتوپورفیرین آهن، c - مزوپورفیرین آهن جایگزین، d - دی هیدروپورفیرین آهن است.

آیا راه های دیگری برای به دست آوردن انرژی وجود دارد؟

اگرچه بیشتر سلول‌ها آن را از طریق تنفس سلولی به دست می‌آورند، اما باکتری‌های بی‌هوازی نیز وجود دارند که برای وجود به اکسیژن نیازی ندارند. آنها انرژی لازم را از طریق تخمیر تولید می کنند. این فرآیندی است که طی آن با کمک آنزیم ها کربوهیدرات ها بدون مشارکت اکسیژن تجزیه می شوند و در نتیجه سلول انرژی دریافت می کند. بسته به محصول نهایی واکنش های شیمیایی، انواع مختلفی از تخمیر وجود دارد. این می تواند اسید لاکتیک، الکلی، اسید بوتیریک، استون-بوتان، اسید سیتریک باشد.

برای مثال، در نظر بگیرید که می توان آن را با معادله زیر بیان کرد:

C 6 H 12 O 6 → C 2 H 5 OH + 2CO 2

یعنی باکتری یک مولکول گلوکز را به یک مولکول اتیل الکل و دو مولکول اکسید کربن (IV) تجزیه می کند.

1. انواع تغذیه موجودات زنده
2. فتوسنتز
3. تبادل انرژی

1. فعالیت زندگیهمه موجودات فقط در صورتی امکان پذیر است که انرژی داشته باشند. با توجه به روش به دست آوردن انرژی، تمام سلول ها و موجودات به دو گروه تقسیم می شوند: اتوتروف هاو هتروتروف ها

هتروتروف ها(هتروس یونانی - متفاوت، متفاوت و غنی - غذا، تغذیه) قادر به سنتز ترکیبات آلی از مواد معدنی نیستند، آنها باید آنها را از محیط دریافت کنند. مواد آلی نه تنها به عنوان غذا برای آنها، بلکه به عنوان منبع انرژی نیز عمل می کنند. هتروتروف ها شامل همه جانوران، قارچ ها، اکثر باکتری ها و همچنین گیاهان خشکی غیر کلروفیل و جلبک ها می شود.

با توجه به روش تهیه غذا، موجودات هتروتروف به دو دسته تقسیم می شوند هولوزوئن ها(حیوانات) گرفتن ذرات جامد، و اسموتروفیک(قارچ ها، باکتری ها) از مواد محلول تغذیه می کنند.

موجودات هتروتروف متنوع قادر به تجزیه جمعی همه موادی که توسط اتوتروف ها سنتز می شوند و همچنین مواد معدنی سنتز شده در نتیجه فعالیت های تولید انسان را دارند. موجودات هتروتروف، همراه با اتوتروف ها، یک سیستم بیولوژیکی واحد را بر روی زمین تشکیل می دهند که توسط روابط تغذیه ای متحد شده است.

اتوتروف ها- موجوداتی که از ترکیبات معدنی تغذیه می کنند (یعنی انرژی دریافت می کنند)، اینها برخی از باکتری ها و همه گیاهان سبز هستند. اتوتروف ها به دو دسته کموتروف و فوتوتروف تقسیم می شوند.

کموتروف ها- ارگانیسم هایی که از انرژی آزاد شده در طی واکنش های ردوکس استفاده می کنند. شیمی‌تروف‌ها شامل باکتری‌های نیتروژن‌کننده (تثبیت‌کننده نیتروژن)، گوگرد، هیدروژن (تشکیل دهنده متان)، منگنز، آهن‌ساز و باکتری‌های مصرف‌کننده مونوکسید کربن هستند.

فتوتروف ها- فقط گیاهان سبز منبع انرژی برای آنها نور است.

2. فتوسنتز(یونانی phos - gen. fall. عکس - نور و سنتز - اتصال) - تشکیل، با مشارکت انرژی نور، مواد آلی توسط سلول های گیاهان سبز و همچنین برخی از باکتری ها، فرآیند تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی. با کمک رنگدانه ها (کلروفیل و برخی دیگر) در تیلاکوئیدهای کلروپلاست ها و کروماتوفورهای سلولی ایجاد می شود. فتوسنتز بر اساس واکنش های ردوکس است که در آن الکترون ها از یک کاهنده دهنده (آب، هیدروژن و غیره) به گیرنده (پذیرنده لاتین - گیرنده) - دی اکسید کربن، استات با تشکیل ترکیبات کاهش یافته - کربوهیدرات ها و آزاد شدن اکسیژن، اگر آب اکسید شود.

باکتری های فتوسنتزی که از اهداکنندگانی غیر از آب استفاده می کنند، اکسیژن تولید نمی کنند.

واکنش های نوری فتوسنتز(ناشی از نور) در گرانای تیلاکوئیدهای کلروپلاستی کوانتوم های نور مرئی (فوتون ها) با مولکول های کلروفیل برهم کنش می کنند و آنها را به حالت برانگیخته منتقل می کنند. یک الکترون موجود در کلروفیل کوانتوم نوری با طول معین را جذب می کند و گویی به صورت پلکانی در امتداد زنجیره حامل های الکترون حرکت می کند و انرژی خود را از دست می دهد که برای فسفریله کردن ADP به ATP عمل می کند. این یک فرآیند بسیار کارآمد است: کلروپلاست ها 30 برابر بیشتر از میتوکندری همان گیاهان ATP تولید می کنند. این انرژی لازم برای موارد زیر را جمع می کند - واکنش های تاریک فتوسنتز. مواد زیر به عنوان حامل الکترون عمل می کنند: سیتوکروم ها، پلاستوکینون، فردوکسین، فلاووپروتئین، ردوکتاز و غیره. برخی از الکترون های برانگیخته برای کاهش NADP + به NADPH استفاده می شوند. هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می گیرد، آب در کلروپلاست ها تجزیه می شود - فتولیز،در این حالت ، الکترون هایی تشکیل می شوند که تلفات خود را با کلروفیل جبران می کنند. اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود و در جو سیاره ما آزاد می شود. این همان اکسیژنی است که ما تنفس می کنیم و برای همه موجودات هوازی ضروری است.

کلروپلاست گیاهان عالی، جلبک ها و سیانوباکتری ها حاوی دو سیستم فتوسیستم با ساختارها و ترکیبات مختلف است. هنگامی که کوانتوم های نور توسط رنگدانه ها (مرکز واکنش - مجموعه ای از کلروفیل با پروتئینی که نور با طول موج 680 نانومتر را جذب می کند - P680) از فتوسیستم II جذب می شوند، الکترون ها از آب به یک گیرنده میانی و از طریق زنجیره ای از حامل ها منتقل می شوند. به مرکز واکنش فتوسیستم I. و این فتوسیستم مرکز واکنش است، مولکول‌های کلروفیل قلمی را با یک پروتئین خاص-KOM که نور را با طول موج 700 نانومتر جذب می‌کند، آشکار می‌کند - P700. در مولکول های کلروفیل F1 "سوراخ" وجود دارد - مکان های پر نشده الکترون هایی که به PLDPH منتقل می شوند. این "حفره ها" با الکترون های تشکیل شده در طول عملکرد PI پر می شوند. یعنی فتوسیستم II الکترون هایی را به فتوسیستم I می دهد که در آن صرف کاهش NADP + و NADPH می شود. در طول مسیر حرکت الکترون های فتوسیستم II برانگیخته شده توسط نور به سمت گیرنده نهایی - کلروفیل فتوسیستم I، ADP به ATP غنی از انرژی فسفریله می شود. بنابراین، انرژی نوری در مولکول‌های ATP ذخیره می‌شود و بیشتر برای سنتز کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و سایر فرآیندهای حیاتی گیاهان و از طریق آنها فعالیت حیاتی همه موجوداتی که از گیاهان تغذیه می‌کنند استفاده می‌شود.

واکنش های تاریک یا واکنش های تثبیت کربن،با نور مرتبط نیستند، در استرومای کلروپلاست ها انجام می شوند. محل کلیدی در آنها توسط تثبیت دی اکسید کربن و تبدیل کربن به کربوهیدرات اشغال شده است. این واکنش‌ها ماهیت حلقوی دارند، زیرا برخی از کربوهیدرات‌های میانی تحت یک فرآیند تراکم و بازآرایی به ریبولوز دی فسفات، گیرنده اولیه CO 2، که عملکرد مداوم چرخه را تضمین می‌کند، می‌شوند. این فرآیند اولین بار توسط بیوشیمیدان آمریکایی ملوین کالوین توصیف شد

تبدیل ترکیب معدنی CO 2 به ترکیبات آلی - کربوهیدرات ها، که در پیوندهای شیمیایی آن انرژی خورشیدی ذخیره می شود، با کمک یک آنزیم پیچیده - ریبولوز-1،5-دی فسفات کربوکسیلاز رخ می دهد. افزودن یک مولکول CO 2 به ریبولوز-1،5-دی فسفات پنج کربنی را تضمین می کند که منجر به تشکیل یک ترکیب میانی با عمر کوتاه شش کربنی می شود. این ترکیب در اثر هیدرولیز به دو مولکول سه کربنه اسید فسفوگلیسریک تجزیه می شود که با استفاده از ATP و NADPH به قندهای سه کربنه (تریوز فسفات) کاهش می یابد. محصول نهایی فتوسنتز، گلوکز، از آنها تشکیل می شود.

برخی از تریوز فسفات ها که فرآیندهای تراکم و بازآرایی را طی کرده اند، ابتدا به ریبولوز مونوفسفات و سپس به ریبولوز دی فسفات تبدیل می شوند، دوباره در چرخه پیوسته ایجاد مولکول های گلوکز قرار می گیرند. گلوکز را می توان به صورت آنزیمی پلیمریزه کرد

نشاسته و سلولز پلی ساکاریدهای حمایت کننده گیاهان هستند.

یکی از ویژگی های فتوسنتز برخی از گیاهان (نیشکر، ذرت، آمارانت) تبدیل اولیه کربن از طریق ترکیبات چهار کربنه است. چنین گیاهانی شاخص C 4 - گیاهان را دریافت کردند و فتوسنتز در آنها متابولیسم کربن است. گیاهان C4 به دلیل بهره وری فتوسنتزی مورد توجه محققان قرار می گیرند.

راه های افزایش بهره وری گیاهان کشاورزی:

تغذیه مواد معدنی کافی، که می تواند بهترین سیر فرآیندهای متابولیک را تضمین کند.

روشنایی کامل تر، که با در نظر گرفتن مصرف نور گیاهان نور دوست و مقاوم در برابر سایه، می توان با استفاده از نرخ های خاص کاشت گیاه به دست آورد.

مقدار طبیعی دی اکسید کربن در هوا (با افزایش محتوای آن، روند تنفس گیاه که با فتوسنتز همراه است مختل می شود).

رطوبت خاک متناسب با نیازهای رطوبتی گیاهان بسته به شرایط اقلیمی و کشاورزی.

اهمیت فتوسنتز در طبیعت

در نتیجه فتوسنتز روی زمین، سالانه 150 میلیارد تن ماده آلی تشکیل می شود و تقریباً 200 میلیارد تن اکسیژن آزاد آزاد می شود. فتوسنتز نه تنها ترکیب فعلی جو زمین را که برای زندگی ساکنان آن ضروری است فراهم می کند و حفظ می کند، بلکه از افزایش غلظت CO 2 در جو نیز جلوگیری می کند و از گرم شدن بیش از حد سیاره ما (به دلیل به اصطلاح گلخانه ای) جلوگیری می کند. اثر). اکسیژن آزاد شده در طول فتوسنتز برای تنفس موجودات و محافظت از آنها در برابر امواج مضر فرابنفش موج کوتاه ضروری است.

شیمی سنتز(chemeta یونانی متاخر - شیمی و سنتز یونانی - اتصال) - فرآیند اتوتروف ایجاد مواد آلی توسط باکتری هایی که حاوی کلروفیل نیستند. شیموسنتز به دلیل اکسیداسیون ترکیبات معدنی انجام می شود: هیدروژن، سولفید هیدروژن، آمونیاک، اکسید آهن (II) و غیره. جذب CO 2 مانند فتوسنتز (چرخه کالوین)، به استثنای متان ساز و همنوع انجام می شود. -باکتری های استات انرژی حاصل از اکسیداسیون در باکتری ها به شکل ATP ذخیره می شود.

باکتری های شیمیایی نقش بسیار مهمی در چرخه های بیوژئوشیمیایی عناصر شیمیایی در بیوسفر دارند. فعالیت حیاتی باکتری های نیتریف کننده یکی از مهم ترین عوامل حاصلخیزی خاک است. باکتری های شیمیایی ترکیبات آهن، منگنز، گوگرد و غیره را اکسید می کنند.

شیموسنتز توسط میکروبیولوژیست روسی سرگئی نیکولاویچ وینوگرادسکی (1856-1953) در سال 1887 کشف شد.

3. متابولیسم انرژی

سه مرحله متابولیسم انرژی با مشارکت آنزیم های خاص در قسمت های مختلف سلول ها و موجودات انجام می شود.

مرحله اول مقدماتی است- تحت تأثیر آنزیم هایی که مولکول های دی و پلی ساکاریدها، چربی ها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک را به مولکول های کوچکتر تجزیه می کنند (در حیوانات در اندام های گوارشی) رخ می دهد: گلوکز، گلیسرول و اسیدهای چرب، اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها. این مقدار کمی انرژی آزاد می کند که به صورت گرما دفع می شود.

مرحله دوم بدون اکسیژن یا اکسیداسیون ناقص است.به آن تنفس بی هوازی (تخمیر) یا گلیکولیزآنزیم های گلیکولیز در قسمت مایع سیتوپلاسم - هیالوپلاسم قرار دارند. گلوکز تحت تجزیه قرار می گیرد، هر مولنی که در آن به تدریج شکافته و با مشارکت آنزیم ها به دو مولکول سه کربنه پیروویک اسید CH 3 - CO - COOH اکسید می شود، که در آن COOH یک گروه کربوکسیل مشخصه اسیدهای آلی است.

نه آنزیم به طور متوالی در این تبدیل گلوکز نقش دارند. در طی فرآیند گلیکولیز، مولکول های گلوکز اکسید می شوند، یعنی اتم های هیدروژن از بین می روند. گیرنده هیدروژن (و الکترون) در این واکنش ها مولکول های نیکوتین آمید نیندین نوکلئوتید (NAD+) هستند که از نظر ساختار شبیه به NADP+ هستند و تنها در غیاب باقی مانده اسید فسفریک در مولکول ریبوز تفاوت دارند. هنگامی که اسید پیروویک به دلیل کاهش NAD کاهش می یابد، محصول نهایی گلیکولیز ظاهر می شود - اسید لاکتیک. اسید فسفریک و ATP در تجزیه گلوکز نقش دارند.

به طور خلاصه، این روند به شکل زیر است:

C 6 H 12 O 6 + 2 H 3 P0 4 + 2 ADP = 2 C 3 H 6 0 3 + 2 ATP + 2 H 2 0.

در قارچ های مخمر، یک مولکول گلوکز بدون مشارکت اکسیژن به اتیل الکل و دی اکسید کربن (تخمیر الکلی) تبدیل می شود:

C 6 H 12 O 6 +2H 3 P0 4 +2ADP - 2C 2 H b 0H+2C0 2 +2ATP+2H 2 O.

در برخی از میکروارگانیسم ها، تجزیه گلوکز بدون اکسیژن می تواند منجر به تشکیل اسید استیک، استون و غیره شود. در همه موارد، تجزیه یک مولکول گلوکز با تشکیل دو مولکول ATP در پیوندهای پرانرژی همراه است. که 40 درصد انرژی ذخیره می شود، بقیه به صورت گرما دفع می شود.

مرحله سوم متابولیسم انرژی(مرحله تقسیم اکسیژن , یا مرحله تنفس هوازی) در میتوکندری رخ می دهد. این مرحله با ماتریکس میتوکندری و غشای داخلی همراه است. این شامل آنزیم هایی است که یک حلقه آنزیمی "نقاله" نامیده می شود چرخه کربس،به نام دانشمندی که آن را کشف کرده است. این راه پیچیده و طولانی کار بسیاری از آنزیم ها نیز نامیده می شود چرخه اسید تری کربوکسیلیک

هنگامی که در میتوکندری، اسید پیروویک (PVA) اکسید می شود و به یک ماده غنی از انرژی - استیل کوآنزیم A یا به اختصار استیل-CoA تبدیل می شود. در چرخه کربس، مولکول های استیل کوآ از منابع مختلف انرژی می آیند. در فرآیند اکسیداسیون PVK، گیرنده های الکترون NAD + به NADH و نوع دیگری از گیرنده کاهش می یابد - FAD به FADH 2 (FAD یک دی نوکلئوتید فلاوین آدنین است). انرژی ذخیره شده در این مولکول ها برای سنتز ATP - یک انباشته کننده انرژی بیولوژیکی جهانی - استفاده می شود. در طول مرحله تنفس هوازی، الکترون های NADH و FADH 2 در امتداد زنجیره چند مرحله ای انتقال خود به گیرنده الکترون نهایی - اکسیژن مولکولی حرکت می کنند. چندین حامل الکترون در انتقال نقش دارند: کوآنزیم Q، سیتوکروم ها و مهمتر از همه، اکسیژن. هنگامی که الکترون ها از مرحله ای به مرحله دیگر نوار نقاله تنفسی حرکت می کنند، انرژی آزاد می شود که صرف سنتز ATP می شود. در داخل میتوکندری، کاتیون های H + با آنیون های O 2 ~ ترکیب می شوند و آب را تشکیل می دهند. در چرخه کربس، CO 2 تشکیل می شود، و در زنجیره انتقال الکترون - آب. در این حالت، یک مولکول گلوکز که با دسترسی اکسیژن به C0 2 و H 2 0 به طور کامل اکسید شده است، به تشکیل 38 مولکول ATP کمک می کند. از مطالب فوق نتیجه می گیرد که نقش اصلی در تأمین انرژی سلول توسط تجزیه اکسیژن مواد آلی یا تنفس هوازی ایفا می شود. هنگامی که کمبود اکسیژن یا عدم وجود کامل آن وجود دارد، تجزیه بدون اکسیژن و بی هوازی مواد آلی رخ می دهد. انرژی چنین فرآیندی تنها برای ایجاد دو مولکول ATP کافی است. به لطف این، موجودات زنده می توانند برای مدت کوتاهی بدون اکسیژن زنده بمانند.

چرخه زندگی یک سلول به وضوح نشان می دهد که زندگی یک سلول به دوره ای بین حرکتی و میتوز تقسیم می شود. در طول دوره interkinesis، تمام فرآیندهای زندگی، به جز تقسیم، به طور فعال انجام می شود. بیایید ابتدا روی آنها تمرکز کنیم. فرآیند اصلی زندگی یک سلول متابولیسم است.

بر اساس آن، تشکیل مواد خاص، رشد، تمایز سلول ها و همچنین تحریک پذیری، حرکت و خود تولید مثل سلول ها رخ می دهد. در یک موجود چند سلولی، سلول بخشی از کل است. بنابراین، ویژگی های مورفولوژیکی و ماهیت تمام فرآیندهای زندگی سلول تحت تأثیر ارگانیسم و ​​محیط خارجی اطراف آن شکل می گیرد. بدن تأثیر خود را بر سلول ها عمدتاً از طریق سیستم عصبی و همچنین از طریق تأثیر هورمون های غدد درون ریز اعمال می کند.

متابولیسم نظم خاصی از تبدیل مواد است که منجر به حفظ و خود نوسازی سلول می شود. در فرآیند متابولیسم از یک طرف موادی وارد سلول می شوند که فرآوری شده و جزئی از بدن سلولی می شوند و از طرف دیگر موادی که فرآورده های پوسیدگی هستند از سلول خارج می شوند، یعنی سلول و مواد تبادل محیطی از نظر شیمیایی، متابولیسم در واکنش های شیمیایی به ترتیبی مشخص بیان می شود. نظم دقیق در تبدیل مواد توسط مواد پروتئینی - آنزیم ها که نقش کاتالیزور را بازی می کنند تضمین می شود. آنزیم ها خاص هستند، یعنی فقط روی مواد خاصی به روش خاصی عمل می کنند. تحت تأثیر آنزیم ها، از بین تمام دگرگونی های ممکن، این ماده تنها در یک جهت چندین برابر سریعتر تغییر می کند. مواد جدیدی که در نتیجه این فرآیند تشکیل می شوند، تحت تأثیر آنزیم های دیگر، به همان اندازه خاص و غیره، بیشتر تغییر می کنند.

اصل محرک متابولیسم قانون وحدت و مبارزه اضداد است. در واقع، متابولیسم توسط دو فرآیند متناقض و در عین حال یکپارچه تعیین می شود - جذب و غیر همسان سازی. مواد دریافتی از محیط خارجی توسط سلول پردازش شده و به مواد مشخصه سلول تبدیل می شوند (آسانی سازی). بنابراین، ترکیب سیتوپلاسم و اندامک های هسته ای آن تجدید می شود، آخال های تغذیه ای تشکیل می شود، ترشحات و هورمون ها تولید می شوند. فرآیندهای جذب مصنوعی زمانی اتفاق می‌افتند که انرژی جذب شود. منشأ این انرژی فرآیندهای تجزیه است. در نتیجه، مواد آلی تشکیل شده قبلی آنها از بین می رود، انرژی آزاد می شود و محصولاتی تشکیل می شوند که برخی از آنها به مواد سلولی جدید سنتز می شوند، در حالی که برخی دیگر از سلول دفع می شوند. انرژی آزاد شده در نتیجه غیر همسان سازی در حین جذب استفاده می شود. بنابراین، جذب و غیر همسان سازی دو جنبه، اگرچه متفاوت، اما نزدیک به یکدیگر از متابولیسم هستند.

ماهیت متابولیسم نه تنها در بین حیوانات مختلف، بلکه حتی در یک ارگانیسم در اندام ها و بافت های مختلف متفاوت است. این ویژگی در این واقعیت آشکار می شود که سلول های هر اندام فقط می توانند مواد خاصی را جذب کنند و از آنها مواد خاصی از بدن خود بسازند و مواد کاملاً خاصی را در محیط بیرونی آزاد کنند. همراه با متابولیسم، تبادل انرژی نیز اتفاق می افتد، یعنی سلول انرژی را از محیط بیرونی به صورت گرما، نور جذب می کند و به نوبه خود، تابش و انواع دیگر انرژی آزاد می کند.

متابولیسم شامل تعدادی فرآیند خصوصی است. اصلی ترین ها:

1) نفوذ مواد به سلول.

2) "فرآوری" آنها با استفاده از فرآیندهای تغذیه و تنفس (هوازی و بی هوازی).

3) استفاده از محصولات "فرآوری شده" برای فرآیندهای مصنوعی مختلف، که نمونه ای از آن ممکن است سنتز پروتئین و تشکیل ترشحات باشد.

4) حذف مواد زائد از سلول.

پلاسمالما نقش مهمی در نفوذ مواد و همچنین در حذف مواد از سلول دارد. هر دوی این فرآیندها را می توان از دیدگاه فیزیکوشیمیایی و مورفولوژیکی در نظر گرفت. نفوذپذیری از طریق حمل و نقل غیرفعال و فعال رخ می دهد. اولین مورد به دلیل پدیده انتشار و اسمز رخ می دهد. اما موادی می توانند برخلاف این قوانین وارد سلول شوند که نشان دهنده فعالیت خود سلول و انتخاب پذیری آن است. به عنوان مثال، مشخص است که یون های سدیم از سلول به بیرون پمپ می شوند، حتی اگر غلظت آنها در محیط خارجی بیشتر از سلول باشد، و یون های پتاسیم، برعکس، به داخل سلول پمپ می شوند. این پدیده به عنوان "پمپ سدیم پتاسیم" توصیف می شود و با مصرف انرژی همراه است. توانایی نفوذ به یک سلول با افزایش تعداد گروه های هیدروکسیل (OH) در مولکول کاهش می یابد که یک گروه آمینه (NH2) به مولکول وارد شود. اسیدهای آلی راحت تر از اسیدهای معدنی نفوذ می کنند. آمونیاک به ویژه از مواد قلیایی به سرعت نفوذ می کند. اندازه مولکول نیز برای نفوذپذیری مهم است. نفوذپذیری سلول بسته به واکنش، دما، روشنایی، سن و وضعیت فیزیولوژیکی خود سلول تغییر می کند و این دلایل می تواند نفوذپذیری برخی از مواد را افزایش داده و در عین حال نفوذپذیری برخی دیگر را تضعیف کند.

تصویر مورفولوژیکی نفوذپذیری مواد از محیط به خوبی ردیابی شده است و از طریق فاگوسیتوز (فاژین - بلعیدن) و پینوسیتوز (پینئین - نوشیدنی) انجام می شود. مکانیسم هر دو ظاهرا مشابه است و فقط از نظر کمی متفاوت است. با کمک فاگوسیتوز، ذرات بزرگتر و با کمک پینوسیتوز، ذرات کوچکتر و چگالی کمتر جذب می شوند. ابتدا مواد توسط سطح پلاسمالما پوشیده شده با موکوپلی ساکاریدها جذب می شوند، سپس همراه با آن عمیق تر می شوند و حباب تشکیل می شود که سپس از پلاسمالما جدا می شود (شکل 19). فرآوری مواد نفوذی طی فرآیندهایی انجام می شود که یادآور هضم است و با تشکیل مواد نسبتاً ساده به اوج خود می رسد. هضم درون سلولی با این واقعیت شروع می شود که وزیکول های فاگوسیتوتیک یا پینوسیتوتیک با لیزوزوم های اولیه که حاوی آنزیم های گوارشی هستند ادغام می شوند و یک لیزوزوم ثانویه یا واکوئل گوارشی تشکیل می شود. در آنها، با کمک آنزیم ها، مواد به مواد ساده تر تجزیه می شوند. نه تنها لیزوزوم ها، بلکه سایر اجزای سلولی نیز در این فرآیند شرکت می کنند. بنابراین، میتوکندری بخش انرژی فرآیند را فراهم می کند. از کانال های شبکه سیتوپلاسمی می توان برای انتقال مواد فرآوری شده استفاده کرد.

هضم درون سلولی از یک سو با تشکیل محصولات نسبتاً ساده ای خاتمه می یابد که از آن مواد پیچیده تازه سنتز شده (پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها) برای تجدید ساختارهای سلولی یا تشکیل ترشحات استفاده می شود و از سوی دیگر، محصولاتی که قرار است تولید شوند. از سلول به صورت مدفوع دفع می شود. نمونه هایی از استفاده از محصولات فرآوری شده عبارتند از سنتز پروتئین و تشکیل ترشحات.

برنج. 19. طرح پینوسیتوز:

L - تشکیل کانال پینوسیتوز (1) و وزیکول پینوسیتوز (2). فلش ها جهت هجوم پلاسمالما را نشان می دهند. B-G - مراحل متوالی پینوسیتوز. 3 - ذرات جذب شده 4 - ذرات جذب شده توسط رشد سلولی. 5 - سلول های غشای پلاسما; D، E، B - مراحل متوالی تشکیل یک واکوئل پینوسیتوتیک. F - ذرات غذا از پوسته واکوئل آزاد می شوند.

سنتز پروتئین روی ریبوزوم ها و به طور معمول در چهار مرحله انجام می شود.

مرحله اول شامل فعال شدن اسیدهای آمینه است. فعال شدن آنها در ماتریکس سیتوپلاسمی با مشارکت آنزیم ها (آمینواسیل - RNA سنتتازها) اتفاق می افتد. حدود 20 آنزیم شناخته شده است که هر یک فقط برای یک اسید آمینه خاص هستند. فعال شدن یک اسید آمینه زمانی اتفاق می افتد که با آنزیم و ATP ترکیب شود.

در نتیجه این تعامل، پیروفسفات از ATP جدا می شود و انرژی واقع در پیوند بین گروه اول و دوم فسفات به طور کامل به اسید آمینه منتقل می شود. اسید آمینه فعال شده از این طریق (آمینوآسیل آدنیلات) واکنش پذیر می شود و توانایی ترکیب با سایر اسیدهای آمینه را به دست می آورد.

مرحله دوم اتصال اسید آمینه فعال شده به انتقال RNA (tRNA) است. در این حالت، یک مولکول tRNA تنها یک مولکول اسید آمینه فعال شده را به هم متصل می کند. این واکنش ها شامل همان آنزیم مرحله اول است و واکنش با تشکیل یک کمپلکس t-RNA و یک اسید آمینه فعال به پایان می رسد. مولکول tRNA از یک مارپیچ کوتاه دوتایی تشکیل شده است که در یک انتها بسته شده است. انتهای بسته (سر) این مارپیچ توسط سه نوکلئوتید (آنتیکودون) نشان داده می شود که اتصال این t-RNA را به بخش خاصی (کدون) یک مولکول RNA پیام رسان بلند (i-RNA) تعیین می کند. یک اسید آمینه فعال شده به انتهای دیگر tRNA متصل است (شکل 20). به عنوان مثال، اگر یک مولکول tRNA دارای یک سه گانه UAA در انتهای سر باشد، آنگاه فقط اسید آمینه لیزین می تواند به انتهای مخالف خود بچسبد. بنابراین، هر اسید آمینه tRNA خاص خود را دارد. اگر سه نوکلئوتید انتهایی در tRNA های مختلف یکسان باشند، ویژگی آن توسط توالی نوکلئوتیدها در ناحیه دیگری از tRNA تعیین می شود. انرژی حاصل از اسید آمینه فعال شده جفت شده به tRNA برای تشکیل پیوندهای پپتیدی در مولکول پلی پپتیدی استفاده می شود. اسید آمینه فعال شده توسط tRNA از طریق هیالوپلاسم به ریبوزوم ها منتقل می شود.

مرحله سوم سنتز زنجیره های پلی پپتیدی است. RNA پیام رسان، با خروج از هسته، از طریق زیر واحدهای کوچک چندین ریبوزوم یک پلی ریبوزوم خاص کشیده می شود و در هر یک از آنها همان فرآیندهای سنتز تکرار می شود. در طول برچینگ، مولکولی

برنج. 20. طرح سنتز پلی پپتید بر روی ریبوزوم ها با استفاده از mRNA و t-RNA: /، 2-ribosome; 3 - tRNA حامل آنتی کدون در یک انتها: ACC، AUA. Ayv AGC و در انتهای دیگر به ترتیب اسیدهای آمینه: تریپتوفان، غلتک، لیزین، سرین (5); 4-nRNA که کدها در آن قرار دارند: UGG (تریپتوفان)” URU (والین). UAA (لیزین)، UCG (سرین)؛ 5 - پلی پپتید سنتز شده.

یک کد t-RNA که سه گانه آن با کلمه رمز i-RNA مطابقت دارد. سپس کلمه رمز به سمت چپ حرکت می کند و tRNA به آن متصل می شود. اسید آمینه ای که توسط آن آورده می شود توسط یک پیوند پپتیدی به آمینو اسید پلی پپتید سنتز کننده که قبلاً آورده شده است، متصل می شود. t-RNA از i-RNA جدا می شود، ترجمه (کپی) اطلاعات i-RNA رخ می دهد، یعنی سنتز پروتئین. بدیهی است که دو مولکول tRNA به طور همزمان به ریبوزوم ها متصل می شوند: یکی در محلی که حامل زنجیره پلی پپتیدی در حال سنتز است و دیگری در محلی که اسید آمینه بعدی قبل از اینکه جای خود را در زنجیره بگیرد به آن متصل شده است.

مرحله چهارم حذف زنجیره پلی پپتیدی از ریبوزوم و تشکیل یک پیکربندی فضایی مشخصه پروتئین سنتز شده است. در نهایت، مولکول پروتئینی که تشکیل خود را کامل کرده است مستقل می شود. t-RNA را می توان برای سنتز مکرر استفاده کرد و mRNA از بین می رود. مدت زمان تشکیل یک مولکول پروتئین به تعداد اسیدهای آمینه موجود در آن بستگی دارد. اعتقاد بر این است که افزودن یک اسید آمینه 0.5 ثانیه طول می کشد.

فرآیند سنتز به انرژی نیاز دارد که منبع آن ATP است که عمدتاً در میتوکندری و در مقادیر کم در هسته و با افزایش فعالیت سلولی نیز در هیالوپلاسم تشکیل می شود. در هسته هیالوپلاسم، ATP نه بر اساس فرآیند اکسیداتیو، مانند میتوکندری، بلکه بر اساس گلیکولیز، یعنی یک فرآیند بی هوازی تشکیل می شود. بنابراین، سنتز به لطف کار هماهنگ هسته، هیالوپلاسم، ریبوزوم، میتوکندری و شبکه سیتوپلاسمی دانه ای سلول انجام می شود.

فعالیت ترشحی یک سلول نیز نمونه ای از کار هماهنگ تعدادی از ساختارهای سلولی است. ترشح عبارت است از تولید یک سلول از محصولات خاص که در یک ارگانیسم چند سلولی بیشتر به نفع کل ارگانیسم استفاده می شود. بنابراین، بزاق، صفرا، شیره معده و سایر ترشحات برای پردازش غذا به کار می روند

برنج. 21. طرح یکی از راههای ممکن سنتز ترشح در سلول و حذف آن:

1 - در هسته ترشح می شود. 2 - خروج مخفیانه از هسته 3- تجمع پروسکریت در مخزن شبکه سیتوپلاسمی. 4 - جدا شدن مخزن ترشح از شبکه سیتوپلاسمی; 5 - کمپلکس لایه ای; 6 - یک قطره ترشح در ناحیه کمپلکس لایه ای. 7- گرانول ترشح بالغ; 8-9 - مراحل متوالی ترشح; 10 - ترشح خارج از سلول; 11 - پلاسمالمای سلول.

اندام های گوارشی. ترشحات می تواند فقط توسط پروتئین ها (تعدادی از هورمون ها، آنزیم ها) تشکیل شود یا از گلیکوپروتئین ها (مخاط)، لیگیو-پروتئین ها، گلیکولیپوپروتئین ها تشکیل شود، کمتر اوقات آنها توسط لیپیدها (چربی شیر و غدد سباسه) یا مواد معدنی (کلریدریک) نشان داده می شوند. اسید غدد فوندیک).

در سلول‌های ترشحی معمولاً می‌توان دو انتها را تشخیص داد: پایه (رو به فضای پریکاپیلاری) و آپیکال (رو به فضایی که ترشح ترشح می‌شود). پهنه بندی در آرایش اجزای سلول ترشحی مشاهده می شود و از پایه تا انتهای آپیکال (قطب ها) ردیف زیر را تشکیل می دهند: شبکه سیتوپلاسمی دانه ای، هسته، کمپلکس لایه ای، گرانول های ترشحی (شکل 21). پلاسمالمای قطب های پایه و آپیکال اغلب دارای میکروویلی است که در نتیجه سطح ورود مواد از خون و لنف از طریق قطب پایه و خروج ترشح کامل از طریق قطب آپیکال افزایش می یابد.

هنگامی که یک ترشح پروتئینی (پانکراس) تشکیل می شود، فرآیند با سنتز پروتئین های مخصوص ترشح آغاز می شود. بنابراین، هسته سلول های ترشحی غنی از کروماتین است و دارای یک هسته کاملاً مشخص است که به لطف آن هر سه نوع RNA تشکیل می شود و وارد سیتوپلاسم می شود و در سنتز پروتئین شرکت می کند. گاهی اوقات ظاهراً سنتز ترشح از هسته شروع می شود و به سیتوپلاسم ختم می شود، اما اغلب در هیالوپلاسم و در شبکه سیتوپلاسمی دانه ای ادامه می یابد. لوله های شبکه سیتوپلاسمی نقش مهمی در تجمع محصولات اولیه و انتقال آنها دارند. در این راستا، سلول های ترشحی دارای ریبوزوم های فراوان و شبکه سیتوپلاسمی به خوبی توسعه یافته هستند. بخش هایی از شبکه سیتوپلاسمی با ترشح اولیه پاره می شود و به مجموعه لایه ای هدایت می شود و به واکوئل های آن می گذرد. در اینجا تشکیل گرانول های ترشحی رخ می دهد.

در همان زمان، یک غشای لیپوپروتئین در اطراف ترشح تشکیل می شود و ترشح خود بالغ می شود (آب را از دست می دهد) و غلیظ تر می شود. ترشح تمام شده به شکل گرانول یا واکوئل از کمپلکس لایه ای خارج شده و از طریق قطب آپیکال سلول ها خارج می شود. میتوکندری برای کل این فرآیند انرژی می دهد. اسرار ماهیت غیر پروتئینی ظاهراً در شبکه سیتوپلاسمی و در برخی موارد حتی در میتوکندری ها (ترشحات چربی) سنتز می شوند. فرآیند ترشح توسط سیستم عصبی تنظیم می شود. علاوه بر پروتئین ها و ترشحات سازنده، در نتیجه متابولیسم در سلول، می توان موادی با طبیعت تغذیه ای (گلیکوژن، چربی، رنگدانه ها و ...) ایجاد کرد و انرژی (جریان های زیستی تابشی، حرارتی و الکتریکی) تولید کرد.

متابولیسم با انتشار تعدادی از مواد در محیط خارجی تکمیل می شود که معمولاً توسط سلول استفاده نمی شود و اغلب استفاده می شود.

حتی برای او مضر است. حذف مواد از سلول، مانند ورود، بر اساس فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی غیرفعال (نشر، اسمز) و از طریق انتقال فعال انجام می شود. تصویر مورفولوژیکی دفع اغلب دارای شخصیتی مخالف فاگوسیتوز است. مواد دفع شده توسط یک غشاء احاطه شده اند.

حباب حاصل به غشای سلولی نزدیک می شود، با آن تماس پیدا می کند، سپس می شکند و محتویات حباب در خارج از سلول ظاهر می شود.

همانطور که قبلاً گفتیم متابولیسم سایر تظاهرات حیاتی سلول مانند رشد و تمایز سلولی، تحریک پذیری و توانایی سلول ها برای تولید مثل خود را تعیین می کند.

رشد سلولی یک تظاهرات خارجی متابولیسم است که با افزایش اندازه سلول بیان می شود. رشد تنها در صورتی امکان پذیر است که در فرآیند متابولیسم، جذب بر غیر همسان سازی غالب شود و هر سلول فقط تا حد معینی رشد کند.

تمایز سلولی مجموعه ای از تغییرات کیفی است که به طور متفاوت در سلول های مختلف رخ می دهد و توسط محیط و فعالیت بخش های DNA به نام ژن تعیین می شود. در نتیجه سلول‌های با کیفیت متفاوت بافت‌های مختلف به وجود می‌آیند و متعاقباً سلول‌ها دستخوش تغییرات مرتبط با سن می‌شوند که کمی مطالعه شده‌اند. با این حال، مشخص است که سلول ها از آب خالی می شوند، ذرات پروتئین بزرگتر می شوند، که مستلزم کاهش سطح کل فاز پراکنده کلوئید و در نتیجه کاهش سرعت متابولیسم است. بنابراین، پتانسیل حیاتی سلول کاهش می یابد، واکنش های اکسیداتیو، کاهشی و سایر واکنش ها کند می شود، جهت برخی از فرآیندها تغییر می کند، به همین دلیل است که مواد مختلف در سلول انباشته می شوند.

تحریک پذیری سلول واکنش آن به تغییرات محیط خارجی است که به دلیل آن تضادهای موقتی که بین سلول و محیط ایجاد می شود از بین می رود و ساختار زنده با محیط خارجی که قبلاً تغییر یافته است سازگار می شود.

در پدیده تحریک پذیری می توان نکات زیر را متمایز کرد:

1) قرار گرفتن در معرض یک عامل محیطی (مثلاً مکانیکی، شیمیایی، تشعشع و غیره)

2) انتقال سلول به حالت فعال، یعنی تحریک پذیر، که در تغییرات در فرآیندهای بیوشیمیایی و بیوفیزیکی در داخل سلول ظاهر می شود، و نفوذپذیری سلول و جذب اکسیژن ممکن است افزایش یابد، وضعیت کلوئیدی سیتوپلاسم آن ممکن است تغییر کند. جریان الکتریکی عمل ممکن است ظاهر شود و غیره.

3) پاسخ سلول به تأثیر محیط، و در سلول های مختلف پاسخ به طور متفاوت خود را نشان می دهد. بنابراین، یک تغییر موضعی در متابولیسم در بافت همبند رخ می دهد، انقباض در بافت عضلانی رخ می دهد، ترشحات در بافت های غده ای (بزاق، صفرا و غیره) آزاد می شود، یک تکانه عصبی در سلول های عصبی و در اپیتلیوم غدد رخ می دهد. ، بافت های عضلانی و عصبی، تحریک در یک ناحیه ایجاد می شود، در سراسر بافت پخش می شود. در یک سلول عصبی، تحریک می تواند نه تنها به سایر عناصر همان بافت (در نتیجه تشکیل سیستم های پیچیده تحریک پذیر - قوس های رفلکس) گسترش یابد، بلکه می تواند به بافت های دیگر نیز منتقل شود. با تشکر از این، نقش تنظیم کننده سیستم عصبی انجام می شود. میزان پیچیدگی این واکنش ها به سطح سازماندهی حیوان بستگی دارد. اگر قدرت محرک از حد طبیعی ذاتی محیطی که سلول یا ارگانیسم در آن زندگی می کند فراتر نرود، فرآیندهای رخ داده در سلول در نهایت تضاد با محیط خارجی را از بین می برد و سلول به آن باز می گردد. یک حالت عادی در این حالت، هیچ اختلالی در ساختار سلولی قابل مشاهده در زیر میکروسکوپ رخ نمی دهد. اگر قدرت محرک زیاد باشد یا برای مدت طولانی روی سلول تأثیر بگذارد، تغییر در فرآیندهای درون سلولی منجر به اختلال قابل توجهی در عملکرد، ساختار و شیمی سلول می شود. آخال ها در آن ظاهر می شوند، ساختارهایی به شکل نخ ها، توده ها، مش ها و غیره تشکیل می شوند. واکنش سیتوپلاسم به سمت اسیدیته تغییر می کند، تغییر در ساختار و ویژگی های فیزیکوشیمیایی سلول، عملکرد طبیعی سلول را مختل می کند و باعث می شود آن را قرار دهد. در آستانه مرگ و زندگی ناسونوف و الکساندروف این وضعیت را پارانکروتیک نامیدند* برگشت پذیر است و می تواند منجر به ترمیم سلول شود، اما می تواند منجر به مرگ آن نیز شود. در نهایت، اگر عامل با نیروی بسیار زیاد عمل کند، فرآیندهای داخل سلول به قدری مختل می شود که ترمیم غیرممکن است و سلول می میرد. پس از این، یک سری تغییرات ساختاری رخ می دهد، یعنی سلول وارد حالت نکروز یا نکروز می شود.

جنبش. ماهیت حرکت ذاتی یک سلول بسیار متنوع است. اول از همه، سلول تحت حرکت مداوم سیتوپلاسم قرار می گیرد که آشکارا با اجرای فرآیندهای متابولیک مرتبط است. علاوه بر این، تشکیلات مختلف سیتوپلاسمی می توانند بسیار فعال در سلول حرکت کنند، به عنوان مثال، مژک ها در اپیتلیوم مژک دار، میتوکندری. حرکت و هسته را می سازد. در موارد دیگر، حرکت با تغییر در طول یا حجم سلول همراه با بازگشت بعدی آن به موقعیت اصلی خود بیان می شود. این حرکت در سلول های عضلانی، فیبرهای عضلانی و سلول های رنگدانه مشاهده می شود. حرکت در فضا نیز گسترده است. می توان آن را با کمک شبه پاها مانند آمیب انجام داد. به این ترتیب لکوسیت ها و برخی سلول های بافت همبند و سایر بافت ها حرکت می کنند. اسپرم ها شکل خاصی از حرکت در فضا دارند. حرکت رو به جلو آنها به دلیل ترکیبی از خم های مارپیچ دم و چرخش اسپرم حول محور طولی رخ می دهد. در موجودات نسبتاً سازمان یافته و در برخی سلول های جانوران چند سلولی بسیار سازمان یافته، حرکت در فضا توسط عوامل مختلف محیط بیرونی ایجاد و هدایت می شود و تاکسی نامیده می شود.

وجود دارد: کموتاکسی، تیگموتاکسی و رئوتاکسی. کموتاکسی حرکت به سمت یا دور شدن از مواد شیمیایی است. چنین تاکسی‌هایی توسط لکوسیت‌های خون شناسایی می‌شوند که به‌صورت آمیبی به سمت باکتری‌هایی که وارد بدن شده‌اند و مواد خاصی ترشح می‌کنند، حرکت به سمت یا دور از جسم جامد است. به عنوان مثال، لمس اندک ذرات غذا با آمیب باعث می شود که آمیب آنها را در بر بگیرد و سپس آنها را ببلعد. تحریک مکانیکی شدید می تواند باعث حرکت در جهت مخالف منشاء تحریک کننده شود. رئوتاکسی حرکتی بر خلاف جریان مایع است. اسپرمین که در رحم بر خلاف جریان مخاط به سمت سلول تخمک حرکت می کند، توانایی رئوتاکسی را دارد.

توانایی بازتولید خود مهمترین ویژگی ماده زنده است که بدون آن زندگی غیرممکن است. هر سیستم زنده ای با زنجیره ای از تغییرات برگشت ناپذیر مشخص می شود که به مرگ ختم می شود. اگر این سیستم‌ها باعث ایجاد سیستم‌های جدیدی نمی‌شدند که بتوانند چرخه را دوباره شروع کنند، زندگی متوقف می‌شد.

عملکرد خود تولید مثل سلول از طریق تقسیم انجام می شود که نتیجه رشد سلول است. در طول عمر خود، به دلیل غلبه جذب بر غیر همسان سازی، جرم سلول ها افزایش می یابد، اما حجم سلول سریعتر از سطح آن افزایش می یابد. در این شرایط، شدت متابولیسم کاهش می یابد، تغییرات فیزیکی-شیمیایی و مورفولوژیکی عمیق در سلول رخ می دهد و فرآیندهای جذب به تدریج مهار می شوند که با کمک اتم های نشاندار شده به طور قانع کننده ای ثابت شده است. در نتیجه رشد سلول ابتدا متوقف می شود و سپس وجود بیشتر آن غیرممکن می شود و تقسیم اتفاق می افتد.

گذار به تقسیم یک جهش کیفی یا پیامد تغییرات کمی در جذب و غیر همسان سازی است، مکانیزمی برای حل تضادهای بین این فرآیندها. پس از تقسیم، به نظر می رسد سلول ها جوان می شوند، پتانسیل حیاتی آنها افزایش می یابد، زیرا به دلیل کاهش اندازه، نسبت سطح فعال افزایش می یابد، متابولیسم به طور کلی و مرحله جذب آن به طور خاص تشدید می شود.

بنابراین، زندگی فردی یک سلول شامل یک دوره اینترفاز است که با افزایش متابولیسم و ​​یک دوره تقسیم مشخص می شود.

اینترفاز با درجه ای از قرارداد تقسیم می شود:

1) در طول دوره پیش سنتز (Gj)، زمانی که شدت فرآیندهای جذب به تدریج افزایش می یابد، اما تکثیر DNA هنوز آغاز نشده است.

2) مصنوعی (S)، که با ارتفاع سنتز مشخص می شود، که طی آن DNA دو برابر می شود، و

3) پس سنتز (G2)، هنگامی که فرآیندهای سنتز DNA متوقف می شود.

انواع اصلی تقسیم بندی زیر متمایز می شوند:

1) تقسیم غیر مستقیم (میتوز یا کاریوکینزیس)؛

2) میوز یا تقسیم کاهشی و

3) آمیتوز یا تقسیم مستقیم.