Główne procesy zachodzące w komórce. Zaopatrywanie komórek w energię Procesy zapewniające komórce niezbędną energię

Obfity wzrost drzew tłustych,
które zakorzeniają się na jałowym piasku
zatwierdzony, wyraźnie to stwierdza
arkusze tłuszczu, tłuszcz z powietrza
absorbować...
M. V. Łomonosow

W jaki sposób energia jest magazynowana w komórce? Co to jest metabolizm? Na czym polegają procesy glikolizy, fermentacji i oddychania komórkowego? Jakie procesy zachodzą podczas jasnej i ciemnej fazy fotosyntezy? Jak powiązane są procesy metabolizmu energetycznego i plastycznego? Co to jest chemosynteza?

Lekcja-wykład

Zdolność do zamiany jednego rodzaju energii na inny (energię promieniowania na energię wiązań chemicznych, energię chemiczną na energię mechaniczną itp.) jest jedną z podstawowych właściwości istot żywych. Tutaj przyjrzymy się bliżej, jak te procesy są realizowane w organizmach żywych.

ATP JEST GŁÓWNYM NOŚNIKEM ENERGII W KOMÓRCE. Aby przeprowadzić jakiekolwiek przejawy aktywności komórkowej, wymagana jest energia. Organizmy autotroficzne otrzymują początkową energię ze Słońca podczas reakcji fotosyntezy, natomiast organizmy heterotroficzne wykorzystują jako źródło energii związki organiczne dostarczane z pożywieniem. Energia jest magazynowana przez komórki w wiązaniach chemicznych cząsteczek ATP (trifosforan adenozyny), które są nukleotydem składającym się z trzech grup fosforanowych, reszty cukrowej (rybozy) i reszty zasady azotowej (adeniny) (ryc. 52).

Ryż. 52. Cząsteczka ATP

Wiązanie pomiędzy resztami fosforanowymi nazywa się makroergicznym, gdyż przy jego rozerwaniu uwalniana jest duża ilość energii. Zazwyczaj komórka pobiera energię z ATP poprzez usunięcie tylko końcowej grupy fosforanowej. W tym przypadku tworzy się ADP (difosforan adenozyny), kwas fosforowy i uwalnia się 40 kJ/mol:

Cząsteczki ATP pełnią w komórce rolę uniwersalnej karty przetargowej dotyczącej energii. Dostarczane są na miejsce energochłonnego procesu, czy to enzymatycznej syntezy związków organicznych, pracy białek - silników molekularnych czy białek transportujących błonę itp. Odwrotna synteza cząsteczek ATP odbywa się poprzez przyłączenie grupy fosforanowej do ADP z absorpcją energii. Podczas reakcji komórka magazynuje energię w postaci ATP metabolizm energetyczny. Jest to ściśle powiązane z wymiana plastiku, podczas którego komórka wytwarza związki organiczne niezbędne do jej funkcjonowania.

METABOLIZM I ENERGIA W KOMÓRCE (METABOLIZM). Metabolizm to ogół wszystkich powiązanych ze sobą reakcji metabolizmu plastycznego i energetycznego. Komórki stale syntetyzują węglowodany, tłuszcze, białka i kwasy nukleinowe. Synteza związków zawsze zachodzi przy wydatku energii, czyli przy niezbędnym udziale ATP. Źródłami energii do tworzenia ATP są reakcje enzymatyczne utleniania białek, tłuszczów i węglowodanów wchodzących do komórki. Podczas tego procesu uwalniana jest energia, która jest magazynowana w ATP. Utlenianie glukozy odgrywa szczególną rolę w komórkowym metabolizmie energetycznym. Cząsteczki glukozy ulegają szeregowi kolejnych przemian.

Pierwszy etap, tzw glikoliza, zachodzi w cytoplazmie komórek i nie wymaga tlenu. W wyniku kolejnych reakcji z udziałem enzymów glukoza rozkłada się na dwie cząsteczki kwasu pirogronowego. W tym przypadku zużywane są dwie cząsteczki ATP, a energia uwolniona podczas utleniania wystarcza do utworzenia czterech cząsteczek ATP. W rezultacie produkcja energii glikolizy jest niewielka i wynosi dwie cząsteczki ATP:

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

W warunkach beztlenowych (przy braku tlenu) dalsze przemiany można wiązać z różnymi typami fermentacja.

Każdy wie fermentacja kwasu mlekowego(kwaszenie mleka), które następuje na skutek działania grzybów i bakterii kwasu mlekowego. Mechanizm jest podobny do glikolizy, tyle że produktem końcowym jest tutaj kwas mlekowy. Ten rodzaj utleniania glukozy zachodzi w komórkach, gdy brakuje tlenu, np. w intensywnie pracujących mięśniach. Pod względem chemicznym zbliżonym do fermentacji mlekowej jest fermentacja alkoholowa. Różnica polega na tym, że produktami fermentacji alkoholowej są alkohol etylowy i dwutlenek węgla.

Kolejny etap, podczas którego kwas pirogronowy utlenia się do dwutlenku węgla i wody, to tzw oddychania komórkowego. Reakcje związane z oddychaniem zachodzą w mitochondriach komórek roślinnych i zwierzęcych i tylko w obecności tlenu. Jest to szereg przemian chemicznych poprzedzających powstanie produktu końcowego – dwutlenku węgla. Na różnych etapach tego procesu tworzą się pośrednie produkty utleniania substancji wyjściowej z eliminacją atomów wodoru. W tym przypadku uwalniana jest energia, która jest „konserwowana” w wiązaniach chemicznych ATP i powstają cząsteczki wody. Staje się jasne, że właśnie do związania oddzielonych atomów wodoru potrzebny jest tlen. Ten ciąg przemian chemicznych jest dość złożony i zachodzi przy udziale wewnętrznych błon mitochondriów, enzymów i białek nośnikowych.

Oddychanie komórkowe jest bardzo wydajne. Syntetyzowanych jest 30 cząsteczek ATP, podczas glikolizy powstają dwie kolejne cząsteczki, a w wyniku przemian produktów glikolizy na błonach mitochondrialnych powstaje sześć cząsteczek ATP. Łącznie w wyniku utlenienia jednej cząsteczki glukozy powstaje 38 cząsteczek ATP:

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

Końcowe etapy utleniania nie tylko cukrów, ale także białek i lipidów zachodzą w mitochondriach. Substancje te są wykorzystywane przez komórki, głównie wtedy, gdy kończy się podaż węglowodanów. Najpierw spożywany jest tłuszcz, którego utlenienie uwalnia znacznie więcej energii niż z równej objętości węglowodanów i białek. Dlatego tłuszcz zwierzęcy stanowi główną „strategiczną rezerwę” zasobów energetycznych. W roślinach skrobia pełni rolę rezerwy energetycznej. Podczas przechowywania zajmuje znacznie więcej miejsca niż równoważna energetycznie ilość tłuszczu. Nie stanowi to przeszkody dla roślin, ponieważ są nieruchome i nie niosą ze sobą zapasów, jak zwierzęta. Energię można pozyskać z węglowodanów znacznie szybciej niż z tłuszczów. Białka pełnią w organizmie wiele ważnych funkcji, dlatego biorą udział w metabolizmie energetycznym dopiero wtedy, gdy wyczerpią się zasoby cukrów i tłuszczów, np. podczas długotrwałego postu.

FOTOSYNTEZA. Fotosynteza to proces, podczas którego energia promieni słonecznych zamieniana jest na energię wiązań chemicznych związków organicznych. W komórkach roślinnych procesy związane z fotosyntezą zachodzą w chloroplastach. Wewnątrz tej organelli znajdują się systemy membran, w których osadzone są pigmenty wychwytujące energię promieniowania słonecznego. Głównym pigmentem fotosyntezy jest chlorofil, który pochłania głównie promienie niebieskie i fioletowe, a także czerwone widmo. Zielone światło jest odbijane, więc sam chlorofil i zawierające go części roślin wydają się zielone.

W procesie fotosyntezy wyróżnia się dwie fazy: światło I ciemny(ryc. 53). Rzeczywiste wychwytywanie i konwersja energii promieniowania następuje w fazie świetlnej. Pochłaniając kwanty światła, chlorofil przechodzi w stan wzbudzony i staje się donorem elektronów. Jego elektrony są przenoszone z jednego kompleksu białkowego do drugiego wzdłuż łańcucha transportu elektronów. Białka tego łańcucha, podobnie jak pigmenty, skupiają się na wewnętrznej błonie chloroplastów. Kiedy elektron porusza się wzdłuż łańcucha nośników, traci energię, która jest wykorzystywana do syntezy ATP. Część elektronów wzbudzonych światłem jest wykorzystywana do redukcji NDP (dinukleotyfosforanu nikotynoamidoadeninowego) lub NADPH.

Ryż. 53. Produkty reakcji jasnej i ciemnej fazy fotosyntezy

Pod wpływem światła słonecznego cząsteczki wody ulegają również rozkładowi w chloroplastach - fotoliza; w tym przypadku pojawiają się elektrony, które kompensują swoje straty chlorofilem; Powoduje to wytwarzanie tlenu jako produktu ubocznego:

Zatem funkcjonalnym znaczeniem fazy lekkiej jest synteza ATP i NADPH poprzez konwersję energii świetlnej na energię chemiczną.

Światło nie jest potrzebne do przeprowadzenia ciemnej fazy fotosyntezy. Istota zachodzących tu procesów polega na tym, że powstałe w fazie lekkiej cząsteczki ATP i NADPH zostają wykorzystane w szeregu reakcji chemicznych, które „wiążą” CO2 w postaci węglowodanów. Wszystkie reakcje fazy ciemnej zachodzą wewnątrz chloroplastów, a dwutlenek węgla ADP i NADP uwolniony podczas „utrwalania” jest ponownie wykorzystywany w reakcjach fazy jasnej do syntezy ATP i NADPH.

Ogólne równanie fotosyntezy jest następujące:

POWIĄZANIE I JEDNOŚĆ PROCESÓW WYMIANY TWORZYW SZTUCZNYCH I ENERGII. Procesy syntezy ATP zachodzą w cytoplazmie (glikoliza), mitochondriach (oddychanie komórkowe) i chloroplastach (fotosynteza). Wszystkie reakcje zachodzące podczas tych procesów są reakcjami wymiany energii. Energia zmagazynowana w postaci ATP jest zużywana w reakcjach wymiany plastycznej do produkcji białek, tłuszczów, węglowodanów i kwasów nukleinowych niezbędnych do życia komórki. Należy pamiętać, że ciemna faza fotosyntezy to łańcuch reakcji, wymiana plastyczna, a faza jasna to wymiana energii.

Wzajemne powiązanie i jedność procesów wymiany energii i tworzyw sztucznych dobrze ilustruje następujące równanie:

Czytając to równanie od lewej do prawej, otrzymujemy proces utleniania glukozy do dwutlenku węgla i wody podczas glikolizy i oddychania komórkowego, związany z syntezą ATP (metabolizm energetyczny). Czytając od prawej do lewej otrzymamy opis reakcji ciemnej fazy fotosyntezy, kiedy glukoza syntetyzowana jest z wody i dwutlenku węgla przy udziale ATP (wymiana plastyczna).

CHEMOSYNTEZA. Oprócz fotoautotrofów niektóre bakterie (bakterie wodorowe, bakterie nitryfikacyjne, bakterie siarkowe itp.) są również zdolne do syntezy substancji organicznych z nieorganicznych. Dokonują tej syntezy dzięki energii uwalnianej podczas utleniania substancji nieorganicznych. Nazywa się je chemoautotrofami. Te chemosyntetyczne bakterie odgrywają ważną rolę w biosferze. Na przykład bakterie nitryfikacyjne przekształcają sole amonowe niedostępne dla roślin w sole kwasu azotowego, które są przez nie dobrze wchłaniane.

Metabolizm komórkowy składa się z reakcji metabolizmu energetycznego i plastycznego. Podczas metabolizmu energetycznego powstają związki organiczne z wysokoenergetycznymi wiązaniami chemicznymi – ATP. Potrzebna do tego energia pochodzi z utleniania związków organicznych podczas reakcji beztlenowych (glikoliza, fermentacja) i tlenowych (oddychanie komórkowe); ze światła słonecznego, którego energia jest pochłaniana w fazie świetlnej (fotosynteza); z utleniania związków nieorganicznych (chemosynteza). Energia ATP jest zużywana na syntezę związków organicznych niezbędnych komórce podczas reakcji wymiany plastycznej, do których zaliczają się reakcje ciemnej fazy fotosyntezy.

• Jakie są różnice między metabolizmem plastycznym a energetycznym?
• W jaki sposób energia światła słonecznego przekształca się w fazę świetlną fotosyntezy? Jakie procesy zachodzą w ciemnej fazie fotosyntezy?
• Dlaczego fotosyntezę nazywa się procesem odzwierciedlania interakcji planetarno-kosmicznej?

Akapit szczegółowego rozwiązania Podsumuj rozdział 2 z biologii dla uczniów 11 klasy, autorzy I.N. Ponomareva, O.K. Kornilova, T.E. Loschilina, P.V. Iżewsk Poziom podstawowy 2012

• Można znaleźć GD z biologii dla klasy 11
• Można znaleźć zeszyt ćwiczeń Gdz z biologii dla klasy 11

1. Sformułuj definicję biosystemu „komórkowego”..

Komórka to elementarny układ żywy, podstawowa jednostka strukturalna organizmów żywych, zdolna do samoodnowy, samoregulacji i samoreprodukcji.

2. Dlaczego komórkę nazywa się podstawową formą życia i elementarną jednostką życia?

Komórka jest podstawową formą życia i podstawową jednostką życia, ponieważ każdy organizm składa się z komórek, a najmniejszym organizmem jest komórka (pierwotniak). Poszczególne organelle nie mogą żyć poza komórką.

Na poziomie komórkowym zachodzą następujące procesy: metabolizm (metabolizm); wchłanianie, a co za tym idzie, włączanie różnych pierwiastków chemicznych Ziemi do zawartości istot żywych; przenoszenie informacji dziedzicznych z komórki do komórki; kumulacja zmian w aparacie genetycznym w wyniku interakcji ze środowiskiem; reakcja na podrażnienia podczas interakcji ze środowiskiem zewnętrznym. Elementy strukturalne układu poziomu komórkowego to różne kompleksy cząsteczek związków chemicznych i wszystkie części strukturalne komórki - aparat powierzchniowy, jądro i cytoplazma z ich organellami. Interakcja między nimi zapewnia jedność i integralność komórki w manifestowaniu jej właściwości jako żywego układu w relacjach ze środowiskiem zewnętrznym.

3. Wyjaśniać mechanizmy stabilności komórki jako biosystemu.

Komórka to elementarny system biologiczny, a każdy system to zespół wzajemnie powiązanych i oddziałujących na siebie elementów, które tworzą jedną całość. W komórce składnikami tymi są organelle. Komórka jest zdolna do metabolizmu, samoregulacji i samoodnawiania, dzięki czemu zachowana jest jej stabilność. Cały program genetyczny komórki zlokalizowany jest w jądrze, a różne odchylenia od niego są wykrywane przez układ enzymatyczny komórki.

4. Porównaj komórki eukariotyczne i prokariotyczne.

Wszystkie żywe organizmy na Ziemi dzielą się na dwie grupy: prokarioty i eukarionty.

Eukarionty to rośliny, zwierzęta i grzyby.

Prokarioty to bakterie (w tym sinice (niebieskie algi).

Podstawowa różnica. Prokarioty nie mają jądra; kolisty DNA (kolisty chromosom) znajduje się bezpośrednio w cytoplazmie (ta część cytoplazmy nazywa się nukleoidem). Eukarionty mają uformowane jądro (informacja dziedziczna [DNA] jest oddzielona od cytoplazmy otoczką jądrową).

Inne różnice.

Ponieważ prokarioty nie mają jądra, nie zachodzą w nich mitoza/mejoza. Bakterie rozmnażają się przez podział na dwie części, pączkując

Eukarionty mają różną liczbę chromosomów, w zależności od gatunku. Prokarioty mają pojedynczy chromosom (w kształcie pierścienia).

Eukarionty mają organelle otoczone błonami. Prokarioty nie mają organelli otoczonych błonami, tj. nie ma retikulum endoplazmatycznego (jego rolę pełnią liczne wypustki błony komórkowej), nie ma mitochondriów, nie ma plastydów, nie ma centrum komórkowego.

Komórka prokariotyczna jest znacznie mniejsza niż komórka eukariotyczna: 10 razy większa średnica i 1000 razy większa objętość.

Podobieństwo. Komórki wszystkich żywych organizmów (wszystkich królestw żywej natury) zawierają błonę plazmatyczną, cytoplazmę i rybosomy.

5. Opisać budowę wewnątrzkomórkową eukariontów.

Komórki tworzące tkanki zwierząt i roślin różnią się znacznie kształtem, rozmiarem i strukturą wewnętrzną. Wszystkie jednak wykazują podobieństwa w głównych cechach procesów życiowych, metabolizmie, drażliwości, wzroście, rozwoju i zdolności do zmian.

Komórki wszystkich typów zawierają dwa główne składniki, ściśle ze sobą powiązane - cytoplazmę i jądro. Jądro jest oddzielone od cytoplazmy porowatą błoną i zawiera sok jądrowy, chromatynę i jąderko. Półpłynna cytoplazma wypełnia całą komórkę i jest penetrowana przez liczne kanaliki. Z zewnątrz pokryta jest błoną cytoplazmatyczną. Zawiera wyspecjalizowane struktury organelli, które są stale obecne w komórce, oraz formacje tymczasowe - inkluzje. Organelle błonowe: błona cytoplazmatyczna (CM), siateczka śródplazmatyczna (ER), aparat Golgiego, lizosomy, mitochondria i plastydy. Struktura wszystkich organelli błonowych opiera się na błonie biologicznej. Wszystkie membrany mają zasadniczo jednolity plan strukturalny i składają się z podwójnej warstwy fosfolipidów, w której cząsteczki białka są zanurzone z różnych stron na różne głębokości. Błony organelli różnią się od siebie jedynie zestawem białek, które zawierają.

6. Jak realizowana jest zasada „komórka – z komórki”?

Rozmnażanie się komórek prokariotycznych i eukariotycznych następuje jedynie poprzez podział komórki pierwotnej, który poprzedzony jest reprodukcją jej materiału genetycznego (reduplikacja DNA).

W komórkach eukariotycznych jedyną kompletną metodą podziału jest mitoza (lub mejoza podczas tworzenia komórek rozrodczych). W tym przypadku powstaje specjalny aparat podziału komórkowego - wrzeciono komórkowe, za pomocą którego chromosomy, których wcześniej podwoiła się liczba, są równomiernie i dokładnie rozmieszczone pomiędzy dwiema komórkami potomnymi. Ten typ podziału obserwuje się we wszystkich komórkach eukariotycznych, zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych.

Komórki prokariotyczne, które dzielą się w sposób tzw. binarny, także korzystają ze specjalnego aparatu podziału komórkowego, który w dużym stopniu przypomina mitotyczną metodę podziału eukariontów. Dzieląc także komórkę macierzystą na dwie części.

7. Opisz fazy i znaczenie mitozy.

Proces mitozy dzieli się zwykle na cztery główne fazy: profazę, metafazę, anafazę i telofazę. Ponieważ jest ciągły, zmiana faz odbywa się płynnie - jedna niezauważalnie przechodzi w drugą.

W profazie zwiększa się objętość jądra, a w wyniku spiralizacji chromatyny powstają chromosomy. Pod koniec profazy staje się jasne, że każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd. Jąderka i błona jądrowa stopniowo się rozpuszczają, a chromosomy pojawiają się losowo rozmieszczone w cytoplazmie komórki. Centriole rozchodzą się w kierunku biegunów komórki. Tworzy się wrzeciono rozszczepienia achromatyny, którego część nici przechodzi od bieguna do bieguna, a część jest przyczepiona do centromerów chromosomów. Zawartość materiału genetycznego w komórce pozostaje niezmieniona (2n4c).

W metafazie chromosomy osiągają maksymalną spiralizację i są uporządkowane na równiku komórki, dlatego w tym okresie są liczone i badane. Zawartość materiału genetycznego nie ulega zmianie (2n4c).

W anafazie każdy chromosom „rozdziela się” na dwie chromatydy, które następnie nazywane są chromosomami potomnymi. Nici wrzeciona przyczepione do centromerów kurczą się i przyciągają chromatydy (chromosomy potomne) w kierunku przeciwnych biegunów komórki. Zawartość materiału genetycznego w komórce na każdym biegunie jest reprezentowana przez diploidalny zestaw chromosomów, ale każdy chromosom zawiera jedną chromatydę (4n4c).

W telofazie chromosomy znajdujące się na biegunach ulegają spirali i stają się słabo widoczne. Wokół chromosomów na każdym biegunie powstaje błona jądrowa ze struktur błonowych cytoplazmy, a w jądrach tworzą się jąderka. Wrzeciono rozszczepienia zostaje zniszczone. W tym samym czasie cytoplazma dzieli się. Komórki potomne mają diploidalny zestaw chromosomów, z których każdy składa się z jednej chromatydy (2n2c).

Biologiczne znaczenie mitozy polega na tym, że zapewnia ona dziedziczne przekazywanie cech i właściwości w szeregu pokoleń komórek podczas rozwoju organizmu wielokomórkowego. Dzięki precyzyjnemu i równomiernemu rozmieszczeniu chromosomów podczas mitozy wszystkie komórki jednego organizmu są genetycznie identyczne.

Mitotyczny podział komórek leży u podstaw wszystkich form rozmnażania bezpłciowego, zarówno u organizmów jednokomórkowych, jak i wielokomórkowych. Mitoza warunkuje najważniejsze zjawiska życiowe: wzrost, rozwój i odnowę tkanek i narządów oraz bezpłciowe rozmnażanie organizmów.

8. Co to jest cykl komórkowy?

Cykl komórkowy (cykl mitotyczny) to cały okres istnienia komórki od momentu pojawienia się komórki macierzystej podczas podziału aż do jej własnego podziału (łącznie z samym podziałem) lub śmierci. Składa się z interfazy i podziału komórkowego.

9. Jaką rolę odegrała komórka w ewolucji organizmów?

Komórka dała początek dalszemu rozwojowi świata organicznego. Podczas tej ewolucji osiągnięto niesamowitą różnorodność form komórkowych, pojawiła się wielokomórkowość, pojawiła się specjalizacja komórek i pojawiły się tkanki komórkowe.

10. Wymień główne procesy życia komórki.

Metabolizm – składniki odżywcze dostają się do komórki, a niepotrzebne są usuwane. Ruch cytoplazmy – transportuje substancje w komórce. Oddychanie - tlen dostaje się do komórki, a dwutlenek węgla jest usuwany. Odżywianie - składniki odżywcze dostają się do komórki. Wzrost – komórka zwiększa swój rozmiar. Rozwój - struktura komórki staje się bardziej złożona.

11. Wskaż znaczenie mitozy i mejozy w ewolucji komórek.

Dzięki mitotycznemu podziałowi komórek następuje indywidualny rozwój organizmu - wzrasta jego wzrost, odnawiają się tkanki, następuje wymiana starych i martwych komórek, następuje bezpłciowe rozmnażanie organizmów. Zapewniona jest również stałość kariotypów osobników gatunku.

Dzięki mejozie następuje crossover (wymiana odcinków homologicznych chromosomów). Sprzyja to rekombinacji informacji genetycznej i powstają komórki z zupełnie nowym zestawem genów (różnorodność organizmów).

12. Jakie są najważniejsze wydarzenia w rozwoju materii żywej, które miały miejsce na poziomie komórkowym w procesie ewolucji?

Główne aromatozy (mitoza, mejoza, gamety, proces płciowy, zygota, rozmnażanie wegetatywne i płciowe).

Pojawienie się jąder w komórkach (eukariotach).

Procesy symbiotyczne w organizmach jednokomórkowych - powstawanie organelli.

Autotrofia i heterotrofia.

Mobilność i bezruch.

Pojawienie się organizmów wielokomórkowych.

Różnicowanie funkcji komórkowych w organizmach wielokomórkowych.

13. Opisz ogólne znaczenie poziomu komórkowego materii żywej w przyrodzie i dla człowieka.

Komórka, wyłoniwszy się kiedyś w postaci elementarnego biosystemu, stała się podstawą całego dalszego rozwoju świata organicznego. Ewolucja bakterii, cyjanobakterii, różnych glonów i pierwotniaków nastąpiła całkowicie w wyniku przemian strukturalnych, funkcjonalnych i biochemicznych pierwotnej żywej komórki. Podczas tej ewolucji osiągnięto niesamowitą różnorodność form komórkowych, ale ogólny plan struktury komórkowej nie uległ zasadniczym zmianom. W procesie ewolucji, opartej na jednokomórkowych formach życia, powstała wielokomórkowość, powstała specjalizacja komórek i pojawiły się tkanki komórkowe.

Wypowiedz się

1. Dlaczego właśnie na komórkowym poziomie organizacji życia powstały takie właściwości istot żywych, jak autotrofia i heterotrofia, mobilność i bezruch, wielokomórkowość oraz specjalizacja w strukturze i funkcji? Co przyczyniło się do takich wydarzeń w życiu komórki?

Komórka jest podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalną organizmów żywych. Jest to rodzaj żywego układu, który charakteryzuje się oddychaniem, odżywianiem, metabolizmem, drażliwością, dyskrecją, otwartością i dziedzicznością. To właśnie na poziomie komórkowym powstały pierwsze żywe organizmy. W komórce każde organelle pełni określoną funkcję i ma specyficzną strukturę; zjednoczone i funkcjonujące razem reprezentują jeden biosystem, który ma wszystkie cechy istoty żywej.

Komórka, jako organizm wielokomórkowy, również ewoluowała przez wiele stuleci. Różne warunki środowiskowe, klęski żywiołowe i czynniki biotyczne doprowadziły do ​​​​złożoności organizacji komórek.

Dlatego autotrofia i heterotrofia, mobilność i bezruch, wielokomórkowość oraz specjalizacja w strukturze i funkcji powstały właśnie na poziomie komórki, gdzie wszystkie organelle i komórka jako całość istnieją harmonijnie i celowo.

2. Na jakiej podstawie wszyscy naukowcy klasyfikowali sinice jako rośliny, a zwłaszcza glony, już od bardzo dawna, a dopiero pod koniec XX wieku. czy zostali umieszczeni w królestwie bakterii?

Stosunkowo duży rozmiar komórek (np. nostok tworzy dość duże kolonie, które można nawet zebrać), przeprowadza fotosyntezę z wydzieleniem tlenu w sposób podobny do roślin wyższych, a także zewnętrzne podobieństwo do glonów było powód, dla którego wcześniej rozważano je jako część roślin („niebieskie algi”).

A pod koniec XX wieku udowodniono, że komórki nie mają niebiesko-zielonych jąder, a chlorofil w ich komórkach nie jest taki sam jak w roślinach, ale jest charakterystyczny dla bakterii. Obecnie sinice należą do najbardziej złożonych i morfologicznie zróżnicowanych mikroorganizmów prokariotycznych.

3. Z jakich tkanek komórkowych roślin i zwierząt wykonane są ubrania i buty, które nosiłeś dzisiaj w szkole?

Wybierz te, które Ci odpowiadają. Można podać wiele przykładów. Na przykład len (włókna łykowe - tkanina przewodząca) służy do produkcji tkanin o trwałej strukturze (koszula męska, garnitury damskie, bielizna, skarpetki, spodnie, sukienki). Z bawełny produkuje się bieliznę, T-shirty, koszule, spodnie, sukienki). Buty (buty, sandały, botki) i paski wykonane są ze skóry zwierzęcej (tkanki nabłonkowej). Ciepła odzież wykonana jest z wełny zwierząt futerkowych. Swetry, skarpetki, czapki i rękawiczki wykonane są z wełny. Wykonane z jedwabiu (sekretem gruczołów jedwabnika jest tkanka łączna) - koszule, szaliki, bielizna.

Problem do omówienia

Pod koniec XVIII wieku pisał dziadek Karola Darwina, Erazm Darwin, lekarz, przyrodnik i poeta. wiersz „Świątynia natury”, opublikowany w 1803 r., już po jego śmierci. Przeczytaj krótki fragment tego wiersza i zastanów się, jakie idee na temat roli komórkowego poziomu życia można znaleźć w tym dziele (fragment znajduje się w książce).

Pojawienie się życia ziemskiego nastąpiło z najmniejszych form komórkowych. To właśnie na poziomie komórkowym powstały pierwsze żywe organizmy. Komórka jako organizm również rosła i ewoluowała, dając w ten sposób impuls do powstawania wielu form komórkowych. Udało im się zasiedlić zarówno „muł”, jak i „masę wody”. Najprawdopodobniej różne warunki środowiskowe, klęski żywiołowe i czynniki biotyczne doprowadziły do ​​​​bardziej złożonej organizacji komórek, co doprowadziło do „pozyskania członków” (co implikuje wielokomórkowość).

Podstawowe koncepcje

Prokarioty, czyli przedjądrowe, to organizmy, których komórki nie mają utworzonego jądra otoczonego błoną.

Eukarionty, czyli jądrowe, to organizmy, których komórki mają dobrze uformowane jądro, oddzielone otoczką jądrową od cytoplazmy.

Organoid to struktura komórkowa zapewniająca określone funkcje.

Jądro jest najważniejszą częścią komórki eukariotycznej, regulującą wszystkie jej działania; przenosi informację dziedziczną w makrocząsteczkach DNA.

Chromosom to nitkowata struktura zawierająca DNA w jądrze komórkowym, która przenosi geny, jednostki dziedziczności, ułożone w porządku liniowym.

Błona biologiczna jest elastyczną strukturą molekularną składającą się z białek i lipidów. Oddziela zawartość dowolnej komórki od środowiska zewnętrznego, zapewniając jej integralność.

Mitoza (pośredni podział komórkowy) to uniwersalna metoda podziału komórek eukariotycznych, w ramach której komórki potomne otrzymują materiał genetyczny identyczny z komórką wyjściową.

Mejoza to metoda podziału komórek eukariotycznych, której towarzyszy zmniejszenie o połowę (redukcja) liczby chromosomów; Z jednej komórki diploidalnej powstają cztery komórki haploidalne.

Cykl komórkowy to cykl reprodukcyjny komórki, składający się z kilku następujących po sobie zdarzeń (na przykład interfazy i mitozy u eukariontów), podczas których zawartość komórki podwaja się i dzieli ona na dwie komórki potomne.

Komórkowy poziom strukturalny organizacji żywej materii jest jednym ze strukturalnych poziomów życia, którego jednostką strukturalną i funkcjonalną jest organizm, a jednostką jest komórka. Na poziomie organizmu zachodzą następujące zjawiska: rozmnażanie, funkcjonowanie organizmu jako całości, ontogeneza itp.

Wszystkie żywe organizmy, z wyjątkiem wirusów, zbudowane są z komórek. Zapewniają wszystkie procesy niezbędne do życia rośliny lub zwierzęcia. Sama komórka może być odrębnym organizmem. I jak tak złożona struktura może żyć bez energii? Oczywiście nie. Jak więc komórki pozyskują energię? Opiera się na procesach, które rozważymy poniżej.

Dostarczanie komórkom energii: jak to się dzieje?

Niewiele komórek otrzymuje energię z zewnątrz; same ją wytwarzają. mają unikalne „stacje”. Źródłem energii w komórce jest mitochondrium, organella, która ją wytwarza. Zachodzi w nim proces oddychania komórkowego. Dzięki niemu komórki otrzymują energię. Występują jednak jedynie w roślinach, zwierzętach i grzybach. Komórki bakteryjne nie mają mitochondriów. Dlatego ich komórki zaopatrywane są w energię głównie poprzez procesy fermentacji, a nie oddychanie.

Struktura mitochondriów

Jest to organella z podwójną błoną, która pojawiła się w komórce eukariotycznej w procesie ewolucji w wyniku wchłonięcia przez nią mniejszej. Może to wyjaśniać fakt, że mitochondria zawierają własne DNA i RNA, a także mitochondrialne rybosomy, które je wytwarzają białka niezbędne dla organelli.

Wewnętrzna membrana ma występy zwane cristae lub grzbietami. Proces oddychania komórkowego zachodzi na cristae.

To, co znajduje się wewnątrz obu membran, nazywa się matrycą. Zawiera białka, enzymy niezbędne do przyspieszenia reakcji chemicznych, a także RNA, DNA i rybosomy.

Oddychanie komórkowe jest podstawą życia

Odbywa się w trzech etapach. Przyjrzyjmy się każdemu z nich bardziej szczegółowo.

Pierwszy etap ma charakter przygotowawczy

Na tym etapie złożone związki organiczne rozkładają się na prostsze. W ten sposób białka rozkładają się na aminokwasy, tłuszcze na kwasy karboksylowe i glicerol, kwasy nukleinowe na nukleotydy, a węglowodany na glukozę.

Glikoliza

To jest etap beztlenowy. Polega to na tym, że substancje otrzymane w pierwszym etapie ulegają dalszemu rozkładowi. Głównymi źródłami energii, którą komórka wykorzystuje na tym etapie, są cząsteczki glukozy. Każdy z nich podczas glikolizy rozkłada się na dwie cząsteczki pirogronianu. Dzieje się tak podczas dziesięciu kolejnych reakcji chemicznych. W wyniku pierwszych pięciu glukoza ulega fosforylacji, a następnie rozpadowi na dwie fosfotriozy. W wyniku następnych pięciu reakcji powstają dwie cząsteczki i dwie cząsteczki PVA (kwasu pirogronowego). Energia komórki magazynowana jest w postaci ATP.

Cały proces glikolizy można uprościć w następujący sposób:

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

Zatem wykorzystując jedną cząsteczkę glukozy, dwie cząsteczki ADP i dwie cząsteczki kwasu fosforowego, komórka otrzymuje dwie cząsteczki ATP (energię) i dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, które wykorzysta w kolejnym kroku.

Trzeci etap to utlenianie

Ten etap zachodzi tylko w obecności tlenu. Reakcje chemiczne tego etapu zachodzą w mitochondriach. Jest to główna część, podczas której uwalniane jest najwięcej energii. Na tym etapie reagując z tlenem rozkłada się na wodę i dwutlenek węgla. Ponadto powstaje 36 cząsteczek ATP. Możemy zatem stwierdzić, że głównymi źródłami energii w komórce są glukoza i kwas pirogronowy.

Podsumowując wszystkie reakcje chemiczne i pomijając szczegóły, cały proces oddychania komórkowego możemy wyrazić jednym uproszczonym równaniem:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 PO 4 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.

Zatem podczas oddychania z jednej cząsteczki glukozy, sześciu cząsteczek tlenu, trzydziestu ośmiu cząsteczek ADP i tej samej ilości kwasu fosforowego komórka otrzymuje 38 cząsteczek ATP, w postaci którego magazynowana jest energia.

Różnorodność enzymów mitochondrialnych

Komórka otrzymuje energię do czynności życiowych poprzez oddychanie – utlenianie glukozy, a następnie kwasu pirogronowego. Wszystkie te reakcje chemiczne nie mogłyby zachodzić bez enzymów – katalizatorów biologicznych. Przyjrzyjmy się tym, które znajdują się w mitochondriach, organellach odpowiedzialnych za oddychanie komórkowe. Wszystkie nazywane są oksydoreduktazami, ponieważ są niezbędne do zapewnienia wystąpienia reakcji redoks.

Wszystkie oksydoreduktazy można podzielić na dwie grupy:

• oksydazy;
• dehydrogenaza;

Dehydrogenazy z kolei dzielą się na tlenowe i beztlenowe. Aerobowe zawierają koenzym ryboflawinę, którą organizm otrzymuje z witaminy B2. Dehydrogenazy tlenowe zawierają cząsteczki NAD i NADP jako koenzymy.

Oksydazy są bardziej zróżnicowane. Przede wszystkim dzieli się je na dwie grupy:

• zawierające miedź;
• te zawierające żelazo.

Do pierwszych należą polifenolooksydazy i oksydaza askorbinianowa, do drugich zalicza się katalaza, peroksydaza i cytochromy. Te ostatnie z kolei dzielą się na cztery grupy:

• cytochromy a;
• cytochromy b;
• cytochromy c;
• cytochromy d.

Cytochromy a zawierają formyloporfirynę żelaza, cytochromy b - protoporfirynę żelaza, c - podstawiona mezoporfirynę żelaza, d - dihydroporfirynę żelaza.

Czy istnieją inne sposoby pozyskiwania energii?

Chociaż większość komórek uzyskuje ją poprzez oddychanie komórkowe, istnieją również bakterie beztlenowe, które nie wymagają tlenu do istnienia. Wytwarzają niezbędną energię poprzez fermentację. Jest to proces, podczas którego za pomocą enzymów, bez udziału tlenu, rozkładane są węglowodany, w wyniku czego komórka otrzymuje energię. Istnieje kilka rodzajów fermentacji w zależności od końcowego produktu reakcji chemicznych. Może to być kwas mlekowy, alkohol, kwas masłowy, aceton-butan, kwas cytrynowy.

Rozważmy na przykład, że można to wyrazić za pomocą następującego równania:

C 6 H 12 O 6 → C2H5OH + 2CO2

Oznacza to, że bakteria rozkłada jedną cząsteczkę glukozy na jedną cząsteczkę alkoholu etylowego i dwie cząsteczki tlenku węgla (IV).

1. Rodzaje odżywiania organizmów żywych
2. Fotosynteza
3. Metabolizm energetyczny

1. Aktywność życiowa wszystkich organizmów jest możliwe tylko wtedy, gdy posiadają one energię. Zgodnie ze sposobem pozyskiwania energii wszystkie komórki i organizmy dzielą się na dwie grupy: autotrofy I heterotrofy.

Heterotrofy(greckie heteros - inny, inny i trofeum - pożywienie, odżywianie) nie są w stanie samodzielnie syntetyzować związków organicznych z nieorganicznych, muszą je otrzymać ze środowiska; Substancje organiczne służą im nie tylko jako pożywienie, ale także źródło energii. Do heterotrofów zaliczają się wszystkie zwierzęta, grzyby, większość bakterii, a także rośliny lądowe i glony niebędące chlorofilem.

Zgodnie ze sposobem pozyskiwania pożywienia organizmy heterotroficzne dzielą się na holozoany(zwierzęta) wychwytujące cząstki stałe oraz osmotroficzny(grzyby, bakterie) żerujące na substancjach rozpuszczonych.

Różnorodne organizmy heterotroficzne są w stanie wspólnie rozkładać wszystkie substancje syntetyzowane przez autotrofy, a także substancje mineralne syntetyzowane w wyniku działalności produkcyjnej człowieka. Organizmy heterotroficzne wraz z autotrofami stanowią na Ziemi jeden system biologiczny, połączony związkami troficznymi.

Autotrofy- organizmy, które żywią się (tj. otrzymują energię) ze związków nieorganicznych, są to niektóre bakterie i wszystkie rośliny zielone. Autotrofy dzielą się na chemotrofy i fototrofy.

Chemotrofy- organizmy wykorzystujące energię uwalnianą w reakcjach redoks. Chemotrofy obejmują bakterie nitryfikacyjne (wiążące azot), bakterie siarkowe, wodorowe (tworzące metan), manganowe, żelazotwórcze i wykorzystujące tlenek węgla.

Fototrofy- tylko rośliny zielone. Źródłem energii dla nich jest światło.

2. Fotosynteza(gr. fos - gen. upadek. zdjęcia - światło i synteza - połączenie) - powstawanie przy udziale energii świetlnej substancji organicznych przez komórki roślin zielonych, a także niektóre bakterie, proces przekształcania energii świetlnej w energia chemiczna. Występuje za pomocą pigmentów (chlorofilu i niektórych innych) w tylakoidach chloroplastów i chromatoforach komórek. Fotosynteza opiera się na reakcjach redoks, w których elektrony są przenoszone od donora-reduktora (woda, wodór itp.) do akceptora (łac. akceptor - odbiornik) - dwutlenku węgla, octanu z utworzeniem związków zredukowanych - węglowodanów i uwolnieniem tlen, jeśli woda ulega utlenieniu.

Bakterie fotosyntetyzujące wykorzystujące dawców innych niż woda nie wytwarzają tlenu.

Lekkie reakcje fotosyntezy(wywołane przez światło) zachodzą w granach tylakoidów chloroplastowych. Kwanty światła widzialnego (fotony) oddziałują z cząsteczkami chlorofilu, wprowadzając je w stan wzbudzony. Elektron w chlorofilu absorbuje kwant światła o określonej długości i jakby krokami porusza się wzdłuż łańcucha nośników elektronów, tracąc energię, która służy fosforylacji ADP do ATP. Jest to bardzo wydajny proces: chloroplasty wytwarzają 30 razy więcej ATP niż mitochondria tych samych roślin. Gromadzi to energię niezbędną do następujących - ciemnych reakcji fotosyntezy. Jako nośniki elektronów pełnią następujące substancje: cytochromy, plastochinon, ferredoksyna, flawoproteina, reduktaza itp. Część wzbudzonych elektronów wykorzystywana jest do redukcji NADP+ do NADPH. Pod wpływem światła słonecznego woda rozkłada się na chloroplasty - fotoliza, w tym przypadku powstają elektrony, które kompensują swoje straty chlorofilem; Tlen powstaje jako produkt uboczny i jest uwalniany do atmosfery naszej planety. Jest to tlen, którym oddychamy i który jest niezbędny wszystkim organizmom tlenowym.

Chloroplasty roślin wyższych, glonów i cyjanobakterii zawierają dwa fotosystemy o różnej budowie i składzie. Kiedy kwanty światła zostaną zaabsorbowane przez pigmenty (centrum reakcji - kompleks chlorofilu z białkiem pochłaniającym światło o długości fali 680 nm - P680) fotosystemu II, elektrony przenoszone są z wody do pośredniego akceptora i poprzez łańcuch nośników do centrum reakcji fotosystemu I. I właśnie w tym fotosystemie centrum reakcji ujawnią się cząsteczki chlorofilu w kompleksie ze specjalnym białkiem-KOM, które pochłania światło o długości fali 700 nm - P700. W cząsteczkach chlorofilu F1 znajdują się „dziury” – niewypełnione miejsca elektronów przeniesionych do PLDPH. Te „dziury” są wypełnione elektronami powstałymi podczas funkcjonowania PI. Oznacza to, że fotosystem II dostarcza elektrony do fotosystemu I, które są w nim wydawane na redukcję NADP+ i NADPH. Na drodze ruchu elektronów fotosystemu II wzbudzonych światłem do końcowego akceptora – chlorofilu fotosystemu I, ADP ulega fosforylacji do bogatego w energię ATP. W ten sposób energia świetlna jest magazynowana w cząsteczkach ATP i jest dalej wykorzystywana do syntezy węglowodanów, białek, kwasów nukleinowych i innych procesów życiowych roślin, a za ich pośrednictwem życiowej aktywności wszystkich organizmów żywiących się roślinami.

Reakcje ciemne lub reakcje wiązania węgla, niezwiązane ze światłem, zachodzą w zrębie chloroplastów. Kluczowe miejsce w nich zajmuje wiązanie dwutlenku węgla i przemiana węgla w węglowodany. Reakcje te mają charakter cykliczny, gdyż część węglowodanów pośrednich ulega procesowi kondensacji i przegrupowań do difosforanu rybulozy, głównego akceptora CO 2, co zapewnia ciągłość przebiegu cyklu. Proces ten po raz pierwszy opisał amerykański biochemik Melvin Calvin

Przekształcenie związku nieorganicznego CO 2 w związki organiczne - węglowodany, w których wiązaniach chemicznych magazynowana jest energia słoneczna, następuje za pomocą złożonego enzymu - karboksylazy rybulozo-1,5-difosforanu. Zapewnia dodanie jednej cząsteczki CO 2 do pięciowęglowego rybulozo-1,5-difosforanu, w wyniku czego powstaje sześciowęglowy, krótkotrwały związek pośredni. Związek ten w wyniku hydrolizy rozpada się na dwie trójwęglowe cząsteczki kwasu fosfoglicerynowego, który przy pomocy ATP i NADPH ulega redukcji do cukrów trójwęglowych (fosforanów triozy). Powstaje z nich końcowy produkt fotosyntezy – glukoza.

Część fosforanów triozy, po przejściu procesów kondensacji i przegrupowania, przekształcając się najpierw w monofosforan rybulozy, a następnie w difosforan rybulozy, ponownie włącza się w ciągły cykl tworzenia cząsteczek glukozy. Glukozę można polimeryzować enzymatycznie

skrobia i celuloza są nośnikowymi polisacharydami roślin.

Cechą fotosyntezy niektórych roślin (trzcina cukrowa, kukurydza, amarantus) jest początkowa konwersja węgla przez związki czterowęglowe. Takie rośliny otrzymały indeks C 4 -rośliny, a fotosynteza w nich to metabolizm węgla. Rośliny C4 przyciągają uwagę badaczy ze względu na ich produktywność fotosyntezy.

Sposoby zwiększenia produktywności roślin rolniczych:

Wystarczające odżywianie mineralne, które może zapewnić najlepszy przebieg procesów metabolicznych;

Pełniejsze oświetlenie, które można uzyskać, stosując określone dawki siewu roślin, biorąc pod uwagę zużycie światła przez rośliny światłolubne i tolerujące cień;

Normalna ilość dwutlenku węgla w powietrzu (wraz ze wzrostem jego zawartości proces oddychania roślin związany z fotosyntezą zostaje zakłócony);

Wilgotność gleby odpowiadająca potrzebom wilgociowym roślin w zależności od warunków klimatycznych i agrotechnicznych.

Znaczenie fotosyntezy w przyrodzie.

W wyniku fotosyntezy na Ziemi powstaje rocznie 150 miliardów ton materii organicznej i uwalnia się około 200 miliardów ton wolnego tlenu. Fotosynteza nie tylko zapewnia i utrzymuje aktualny skład atmosfery ziemskiej, niezbędny do życia jej mieszkańców, ale także zapobiega wzrostowi stężenia CO 2 w atmosferze, zapobiegając przegrzaniu naszej planety (na skutek tzw. efekt). Tlen uwalniany podczas fotosyntezy jest niezbędny do oddychania organizmów i ochrony ich przed szkodliwym krótkofalowym promieniowaniem ultrafioletowym.

Chemosynteza(Chemeta późnogrecka - chemia i synteza grecka - połączenie) - autotroficzny proces tworzenia materii organicznej przez bakterie niezawierające chlorofilu. Chemosynteza odbywa się w wyniku utleniania związków nieorganicznych: wodoru, siarkowodoru, amoniaku, tlenku żelaza (II) itp. Asymilacja CO 2 przebiega podobnie jak podczas fotosyntezy (cykl Calvina), z wyjątkiem metanu, homo -bakterie octanowe. Energia uzyskana w wyniku utleniania magazynowana jest w bakteriach w postaci ATP.

Bakterie chemosyntetyczne odgrywają niezwykle ważną rolę w cyklach biogeochemicznych pierwiastków chemicznych w biosferze. Aktywność życiowa bakterii nitryfikacyjnych jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na żyzność gleby. Bakterie chemosyntetyczne utleniają związki żelaza, manganu, siarki itp.

Chemosyntezę odkrył rosyjski mikrobiolog Siergiej Nikołajewicz Winogradski (1856–1953) w 1887 r.

3. Metabolizm energetyczny

Przy udziale specjalnych enzymów w różnych częściach komórek i organizmów zachodzą trzy etapy metabolizmu energetycznego.

Pierwszy etap ma charakter przygotowawczy- zachodzi (u zwierząt w narządach trawiennych) pod wpływem enzymów rozkładających cząsteczki di- i polisacharydów, tłuszczów, białek, kwasów nukleinowych na mniejsze cząsteczki: glukozę, glicerol i kwasy tłuszczowe, aminokwasy, nukleotydy. Uwalnia to niewielką ilość energii, która jest rozpraszana w postaci ciepła.

Drugi etap to utlenianie beztlenowe, czyli niepełne. Nazywa się to również oddychaniem beztlenowym (fermentacją) lub glikoliza. Enzymy glikolityczne zlokalizowane są w płynnej części cytoplazmy – hialoplazmie. Glukoza ulega rozkładowi, każdy molen jest stopniowo rozszczepiany i utleniany przy udziale enzymów do dwóch trójwęglowych cząsteczek kwasu pirogronowego CH 3 - CO - COOH, gdzie COOH jest grupą karboksylową charakterystyczną dla kwasów organicznych.

W tej konwersji glukozy bierze udział kolejno dziewięć enzymów. W procesie glikolizy cząsteczki glukozy ulegają utlenieniu, czyli utracie atomów wodoru. Akceptorem wodoru (i elektronem) w tych reakcjach są cząsteczki nindinukleotydu nikotynoamidowego (NAD+), które mają budowę podobną do NADP+ i różnią się jedynie brakiem reszty kwasu fosforowego w cząsteczce rybozy. Gdy kwas pirogronowy ulega redukcji w wyniku redukcji NAD, pojawia się końcowy produkt glikolizy – kwas mlekowy. Kwas fosforowy i ATP biorą udział w rozkładzie glukozy.

Podsumowując, proces ten wygląda następująco:

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.

U grzybów drożdżowych cząsteczka glukozy bez udziału tlenu przekształca się w alkohol etylowy i dwutlenek węgla (fermentacja alkoholowa):

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

U niektórych mikroorganizmów rozkład glukozy bez tlenu może skutkować utworzeniem kwasu octowego, acetonu itp. We wszystkich przypadkach rozkładowi jednej cząsteczki glukozy towarzyszy utworzenie dwóch cząsteczek ATP w wysokoenergetycznych wiązaniach w którym 40% energii jest magazynowane, reszta jest rozpraszana w postaci ciepła.

Trzeci etap metabolizmu energetycznego(etap rozszczepienia tlenu , lub etap oddychania tlenowego) zachodzi w mitochondriach. Ten etap jest związany z macierzą mitochondrialną i błoną wewnętrzną; obejmuje enzymy stanowiące enzymatyczny „przenośnik” pierścieniowy, zwany Cykl Krebsa, nazwany na cześć naukowca, który go odkrył. Ten złożony i długi sposób działania wielu enzymów nazywany jest również Cykl kwasów trikarboksylowych.

Po dostaniu się do mitochondriów kwas pirogronowy (PVA) ulega utlenieniu i przekształceniu w substancję bogatą w energię - acetylokoenzym A, w skrócie acetylo-CoA. W cyklu Krebsa cząsteczki acetylo-CoA pochodzą z różnych źródeł energii. W procesie utleniania PVK akceptory elektronów NAD+ ulegają redukcji do NADH oraz inny rodzaj akceptora – FAD do FADH 2 (FAD jest dinukleotydem flawinoadeninowym). Energia zgromadzona w tych cząsteczkach wykorzystywana jest do syntezy ATP – uniwersalnego biologicznego akumulatora energii. W fazie oddychania tlenowego elektrony z NADH i FADH 2 przemieszczają się wieloetapowym łańcuchem ich przeniesienia do końcowego akceptora elektronów – tlenu cząsteczkowego. W transferze bierze udział kilka nośników elektronów: koenzym Q, cytochromy i, co najważniejsze, tlen. Kiedy elektrony przemieszczają się z etapu na etap przenośnika oddechowego, uwalniana jest energia, która jest wydawana na syntezę ATP. Wewnątrz mitochondriów kationy H + łączą się z anionami O 2 ~, tworząc wodę. W cyklu Krebsa powstaje CO 2, a w łańcuchu przenoszenia elektronów - woda. W tym przypadku jedna cząsteczka glukozy, całkowicie utleniająca się przy dostępie tlenu do C0 2 i H 2 0, przyczynia się do powstania 38 cząsteczek ATP. Z powyższego wynika, że ​​główną rolę w zaopatrzeniu komórki w energię odgrywa rozkład tlenowy substancji organicznych, czyli oddychanie tlenowe. W przypadku niedoboru tlenu lub jego całkowitego braku dochodzi do beztlenowego, beztlenowego rozkładu substancji organicznych; Energia takiego procesu wystarczy jedynie do wytworzenia dwóch cząsteczek ATP. Dzięki temu istoty żywe mogą przez krótki czas przeżyć bez tlenu.

Cykl życia komórki wyraźnie pokazuje, że życie komórki dzieli się na okres interkinezy i mitozy. W okresie interkinezy wszystkie procesy życiowe, z wyjątkiem podziału, są aktywnie przeprowadzane. Skupmy się najpierw na nich. Głównym procesem życiowym komórki jest metabolizm.

Na tej podstawie następuje powstawanie określonych substancji, wzrost, różnicowanie komórek, a także drażliwość, ruch i samoreprodukcja komórek. W organizmie wielokomórkowym komórka jest częścią całości. Dlatego cechy morfologiczne i charakter wszystkich procesów życiowych komórki kształtują się pod wpływem organizmu i otaczającego go środowiska zewnętrznego. Organizm oddziałuje na komórki głównie poprzez układ nerwowy, a także poprzez wpływ hormonów wydzielanych przez gruczoły wydzielania wewnętrznego.

Metabolizm to pewien porządek przemian substancji, prowadzący do zachowania i samoodnowy komórki. W procesie metabolizmu z jednej strony do komórki dostają się substancje, które ulegają przetworzeniu i stają się częścią ciała komórki, z drugiej zaś strony z komórki usuwane są substancje będące produktami rozpadu, czyli komórka i środowisko wymienia substancje. Z chemicznego punktu widzenia metabolizm wyraża się w reakcjach chemicznych następujących po sobie w określonej kolejności. Ścisły porządek w przemianach substancji zapewniają substancje białkowe - enzymy, które pełnią rolę katalizatorów. Enzymy są specyficzne, to znaczy działają w określony sposób tylko na określone substancje. Pod wpływem enzymów, ze wszystkich możliwych przemian, substancja ta zmienia się wielokrotnie szybciej tylko w jednym kierunku. Powstałe w wyniku tego procesu nowe substancje ulegają dalszym zmianom pod wpływem innych, równie specyficznych enzymów itp.

Zasadą napędową metabolizmu jest prawo jedności i walki przeciwieństw. Rzeczywiście o metabolizmie decydują dwa sprzeczne i jednocześnie ujednolicone procesy - asymilacja i dysymilacja. Substancje otrzymane ze środowiska zewnętrznego są przez komórkę przetwarzane i przekształcane w substancje charakterystyczne dla komórki (asymilacja). W ten sposób odnawia się skład cytoplazmy i organelli jądrowych, powstają wtrącenia troficzne, powstają wydzieliny i hormony. Procesy asymilacji są syntetyczne; zachodzą w wyniku absorpcji energii. Źródłem tej energii są procesy dysymilacji. W rezultacie ich wcześniej powstałe substancje organiczne ulegają zniszczeniu, uwalniana jest energia i powstają produkty, z których część syntetyzowana jest w nowe substancje komórkowe, a część wydalana z komórki. Energia uwolniona w wyniku dysymilacji jest wykorzystywana podczas asymilacji. Zatem asymilacja i dysymilacja to dwa, choć różne, ale ściśle powiązane ze sobą aspekty metabolizmu.

Charakter metabolizmu jest różny nie tylko u różnych zwierząt, ale nawet w obrębie tego samego organizmu w różnych narządach i tkankach. Ta specyfika objawia się tym, że komórki każdego narządu są w stanie przyswoić tylko określone substancje, zbudować z nich określone substancje swojego organizmu i uwolnić do środowiska zewnętrznego dość specyficzne substancje. Wraz z metabolizmem zachodzi również wymiana energii, czyli komórka pobiera energię ze środowiska zewnętrznego w postaci ciepła, światła i z kolei uwalnia energię promienistą i inne.

Metabolizm składa się z szeregu prywatnych procesów. Główne:

1) przenikanie substancji do komórki;

2) ich „przetwarzanie” z wykorzystaniem procesów odżywiania i oddychania (tlenowego i beztlenowego);

3) wykorzystanie produktów „przetworzonych” do różnych procesów syntetycznych, czego przykładem może być synteza białek i tworzenie wydzielin;

4) usuwanie produktów przemiany materii z komórki.

Plazlemma odgrywa ważną rolę w przenikaniu substancji, a także w usuwaniu substancji z komórki. Obydwa te procesy można rozpatrywać z fizykochemicznego i morfologicznego punktu widzenia. Przepuszczalność zachodzi poprzez transport pasywny i aktywny. Pierwszy zachodzi na skutek zjawisk dyfuzji i osmozy. Substancje mogą jednak przedostać się do komórki wbrew tym prawom, co świadczy o aktywności samej komórki i jej selektywności. Wiadomo np., że jony sodu są wypompowywane z komórki, nawet jeśli ich stężenie w środowisku zewnętrznym jest wyższe niż w komórce, a jony potasu wręcz przeciwnie, są pompowane do komórki. Zjawisko to określane jest mianem „pompy sodowo-potasowej” i towarzyszy mu wydatek energetyczny. Zdolność penetracji komórki zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby grup hydroksylowych (OH) w cząsteczce po wprowadzeniu do cząsteczki grupy aminowej (NH2). Kwasy organiczne penetrują łatwiej niż kwasy nieorganiczne. Amoniak przenika szczególnie szybko z zasad. Rozmiar cząsteczki ma również znaczenie dla przepuszczalności. Przepuszczalność komórki zmienia się w zależności od reakcji, temperatury, oświetlenia, wieku i stanu fizjologicznego samej komórki, a te przyczyny mogą zwiększać przepuszczalność niektórych substancji i jednocześnie osłabiać przepuszczalność innych.

Morfologiczny obraz przepuszczalności substancji ze środowiska jest dobrze prześledzony i odbywa się poprzez fagocytozę (fagocytozę - pożeranie) i pinocytozę (pyneina - napój). Mechanizmy obu są pozornie podobne, a różnią się jedynie ilościowo. Za pomocą fagocytozy wychwytywane są większe cząstki, a za pomocą pinocytozy wychwytywane są mniejsze i mniej gęste cząstki. Najpierw substancje są adsorbowane przez powierzchnię plazmalemy pokrytą mukopolisacharydami, następnie wraz z nią opadają głębiej i tworzy się pęcherzyk, który następnie oddziela się od plazmalemy (ryc. 19). Przeróbka infiltrowanych substancji odbywa się w procesach przypominających trawienie, których kulminacją jest powstanie stosunkowo prostych substancji. Trawienie wewnątrzkomórkowe rozpoczyna się od tego, że pęcherzyki fagocytotyczne lub pinocytotyczne łączą się z pierwotnymi lizosomami, które zawierają enzymy trawienne, i powstaje wtórny lizosom, czyli wakuola trawienna. W nich za pomocą enzymów substancje rozkładają się na prostsze. W procesie tym biorą udział nie tylko lizosomy, ale także inne składniki komórki. Zatem mitochondria zapewniają energię w procesie; Do transportu przetworzonych substancji można wykorzystać kanały siateczki cytoplazmatycznej.

Trawienie wewnątrzkomórkowe kończy się powstaniem z jednej strony stosunkowo prostych produktów, z których nowo zsyntetyzowane substancje złożone (białka, tłuszcze, węglowodany) wykorzystywane są do odnowy struktur komórkowych lub tworzenia wydzielin, a z drugiej strony produktów, które mają zostać wydalane z komórki w postaci wydalin. Przykładami zastosowania produktów przetworzonych jest synteza białek i tworzenie wydzielin.

Ryż. 19. Schemat pinocytozy:

L - tworzenie kanału pinocytozy (1) i pęcherzyków pinocytozy (2). Strzałki wskazują kierunek inwazji plazmalemy. B-G - kolejne etapy pinocytozy; 3 - zaadsorbowane cząstki; 4 - cząstki wychwycone przez przerosty komórkowe; 5 - komórki błony komórkowej; D, E, B - kolejne etapy tworzenia wakuoli pinocytotycznej; F - cząsteczki jedzenia są uwalniane z powłoki wakuoli.

Synteza białek zachodzi na rybosomach i tradycyjnie przebiega w czterech etapach.

Pierwszy etap polega na aktywacji aminokwasów. Ich aktywacja zachodzi w macierzy cytoplazmatycznej przy udziale enzymów (syntetaz aminoacylo-RNA). Znanych jest około 20 enzymów, z których każdy jest specyficzny tylko dla jednego aminokwasu. Aktywacja aminokwasu następuje, gdy łączy się on z enzymem i ATP.

W wyniku oddziaływania pirofosforan zostaje oddzielony od ATP, a energia zlokalizowana w wiązaniu pomiędzy pierwszą i drugą grupą fosforanową zostaje w całości przeniesiona na aminokwas. Aktywowany w ten sposób aminokwas (adenylan aminoacylu) staje się reaktywny i nabywa zdolność łączenia się z innymi aminokwasami.

Drugi etap to wiązanie aktywowanego aminokwasu z transferującym RNA (tRNA). W tym przypadku jedna cząsteczka tRNA przyłącza tylko jedną cząsteczkę aktywowanego aminokwasu. W reakcjach tych bierze udział ten sam enzym, co w pierwszym etapie, a reakcja kończy się utworzeniem kompleksu t-RNA i aktywowanego aminokwasu. Cząsteczka tRNA składa się z podwójnej krótkiej helisy zamkniętej na jednym końcu. Zamknięty koniec (głowa) tej helisy jest reprezentowany przez trzy nukleotydy (antykodon), które określają przyłączenie tego t-RNA do określonej sekcji (kodonu) cząsteczki długiego informacyjnego RNA (i-RNA). Aktywowany aminokwas jest przyłączony do drugiego końca tRNA (ryc. 20). Na przykład, jeśli cząsteczka tRNA ma triplet UAA na końcu czołowym, wówczas tylko aminokwas lizyna może przyłączyć się do jej przeciwnego końca. Zatem każdy aminokwas ma swój własny, specyficzny tRNA. Jeżeli trzy końcowe nukleotydy w różnych tRNA są takie same, wówczas o jego specyficzności decyduje sekwencja nukleotydów w innym regionie tRNA. Energia z aktywowanego aminokwasu sprzężonego z tRNA jest wykorzystywana do tworzenia wiązań peptydowych w cząsteczce polipeptydu. Aktywowany aminokwas jest transportowany przez tRNA przez hialoplazmę do rybosomów.

Trzeci etap to synteza łańcuchów polipeptydowych. Informacyjny RNA opuszczający jądro jest przeciągany przez małe podjednostki kilku rybosomów danego polirybosomu i w każdym z nich powtarzają się te same procesy syntezy. Podczas przeciągania molekularnego

Ryż. 20. Schemat syntezy polipeptydów na rybosomach z wykorzystaniem mRNA i t-RNA: /, 2-rybosom; 3 - tRNA niosący na jednym końcu antykodony: ACC, AUA. Ayv AGC, a na drugim końcu odpowiednio aminokwasy: tryptofan, roller, lizyna, seryna (5); 4-nRNA, w którym mieszczą się kody: UGG (tryptofan)” URU (walina). UAA (lizyna), UCG (seryna); 5 - zsyntetyzowany polipeptyd.

Kod t-RNA, którego trójka odpowiada słowu kodowemu i-RNA. Słowo kodowe następnie przesuwa się w lewo, a wraz z nim przyłączony do niego tRNA. Przyniesiony przez niego aminokwas jest połączony wiązaniem peptydowym z wcześniej wprowadzonym aminokwasem syntetyzującego polipeptydu; t-RNA oddziela się od i-RNA, następuje translacja (kopiowanie) informacji i-RNA, czyli synteza białka. Oczywiście do rybosomów przyłączają się jednocześnie dwie cząsteczki tRNA: jedna w miejscu niosącym syntetyzowany łańcuch polipeptydowy, a druga w miejscu, do którego przyłącza się kolejny aminokwas, zanim zajmie on swoje miejsce w łańcuchu.

Czwartym etapem jest usunięcie łańcucha polipeptydowego z rybosomu i utworzenie konfiguracji przestrzennej charakterystycznej dla syntetyzowanego białka. Wreszcie cząsteczka białka, która zakończyła swoje tworzenie, staje się niezależna. t-RNA można wykorzystać do powtarzalnej syntezy, a mRNA ulega zniszczeniu. Czas tworzenia cząsteczki białka zależy od liczby zawartych w niej aminokwasów. Uważa się, że dodanie jednego aminokwasu trwa 0,5 sekundy.

Do procesu syntezy potrzebna jest energia, której źródłem jest ATP, który powstaje głównie w mitochondriach oraz w niewielkich ilościach w jądrze, a przy zwiększonej aktywności komórki także w hialoplazmie. W jądrze hialoplazmy ATP powstaje nie w procesie utleniania, jak w mitochondriach, ale w procesie glikolizy, czyli procesu beztlenowego. Zatem synteza odbywa się dzięki skoordynowanej pracy jądra, hialoplazmy, rybosomów, mitochondriów i ziarnistej siateczki cytoplazmatycznej komórki.

Aktywność wydzielnicza komórki jest także przykładem skoordynowanej pracy szeregu struktur komórkowych. Wydzielanie to wytwarzanie przez komórkę specjalnych produktów, które w organizmie wielokomórkowym najczęściej wykorzystywane są w interesie całego organizmu. Zatem ślina, żółć, sok żołądkowy i inne wydzieliny służą do przetwarzania pożywienia

Ryż. 21. Schemat jednego z możliwych sposobów syntezy wydzieliny w komórce i jej usuwania:

1 - wydzielany w rdzeniu; 2 - pro-tajne wyjście z jądra; 3 - nagromadzenie prosekretu w zbiorniku siateczki cytoplazmatycznej; 4 - oddzielenie zbiornika wydzielniczego od siateczki cytoplazmatycznej; 5 - kompleks blaszkowy; 6 - kropla wydzieliny w obszarze kompleksu blaszkowego; 7- dojrzała granulka wydzieliny; 8-9 - kolejne etapy wydzielania; 10 - wydzielanie na zewnątrz komórki; 11 - plazmalemma komórki.

Narządy trawienne. Wydzieliny mogą być tworzone tylko przez białka (wiele hormonów, enzymów) lub składać się z glikoprotein (śluzu), białek ligyu, glikolipoprotein, rzadziej są reprezentowane przez lipidy (tłuszcz mleczny i gruczoły łojowe) lub substancje nieorganiczne (chlorowodorek kwas dna gruczołów).

W komórkach wydzielniczych zwykle można wyróżnić dwa końce: podstawny (zwrócony w stronę przestrzeni okołokapilarnej) i wierzchołkowy (zwrócony w stronę przestrzeni, w której uwalniana jest wydzielina). Podział na strefy obserwuje się w rozmieszczeniu składników komórki wydzielniczej i od podstawy do wierzchołkowych końców (biegunów) tworzą one następujący rząd: ziarnista siateczka cytoplazmatyczna, jądro, kompleks blaszkowy, granulki wydzielnicze (ryc. 21). Plazlemoma biegunów podstawnych i wierzchołkowych często zawiera mikrokosmki, w wyniku czego zwiększa się powierzchnia wnikania substancji z krwi i limfy przez biegun podstawny i wydalania gotowej wydzieliny przez biegun wierzchołkowy.

Kiedy tworzy się wydzielina o charakterze białkowym (trzustka), proces rozpoczyna się od syntezy białek specyficznych dla wydzieliny. Dlatego jądro komórek wydzielniczych jest bogate w chromatynę i ma dobrze określone jąderko, dzięki czemu powstają wszystkie trzy typy RNA, wchodzące do cytoplazmy i uczestniczące w syntezie białek. Czasami najwyraźniej synteza wydzieliny rozpoczyna się w jądrze i kończy w cytoplazmie, ale najczęściej w hialoplazmie i trwa w ziarnistej siateczce cytoplazmatycznej. Kanaliki siateczki cytoplazmatycznej odgrywają ważną rolę w akumulacji produktów pierwotnych i ich transporcie. Pod tym względem komórki wydzielnicze mają wiele rybosomów i dobrze rozwiniętą siateczkę cytoplazmatyczną. Odcinki siateczki cytoplazmatycznej z wydzieliną pierwotną są odrywane i kierowane do kompleksu blaszkowego, przechodząc do jego wakuoli. Tutaj następuje tworzenie granulek wydzielniczych.

Jednocześnie wokół wydzieliny tworzy się błona lipoproteinowa, a sama wydzielina dojrzewa (traci wodę) i staje się bardziej skoncentrowana. Gotowa wydzielina w postaci granulek lub wakuoli opuszcza kompleks blaszkowy i jest uwalniana przez wierzchołkowy biegun komórek. Mitochondria dostarczają energii na cały ten proces. Sekrety o charakterze niebiałkowym są najwyraźniej syntetyzowane w siateczce cytoplazmatycznej, a w niektórych przypadkach nawet w mitochondriach (wydzieliny lipidowe). Proces wydzielania jest regulowany przez układ nerwowy. Oprócz białek konstrukcyjnych i wydzielin, w wyniku metabolizmu w komórce mogą powstawać substancje o charakterze troficznym (glikogen, tłuszcz, pigmenty itp.) Oraz wytwarzać energię (bioprądy radiacyjne, termiczne i elektryczne).

Metabolizm kończy się uwolnieniem do środowiska zewnętrznego szeregu substancji, które z reguły nie są wykorzystywane przez komórkę i często są

Nawet dla niej szkodliwe. Usuwanie substancji z komórki odbywa się, podobnie jak wejście, na podstawie pasywnych procesów fizykochemicznych (dyfuzja, osmoza) oraz poprzez transfer aktywny. Morfologiczny obraz wydalania często ma charakter przeciwny do fagocytozy. Wydalane substancje są otoczone błoną.

Powstały pęcherzyk zbliża się do błony komórkowej, styka się z nią, po czym przebija się, a zawartość pęcherzyka pojawia się na zewnątrz komórki.

Metabolizm, jak już powiedzieliśmy, determinuje inne istotne objawy komórki, takie jak wzrost i różnicowanie komórek, drażliwość i zdolność komórek do reprodukcji.

Wzrost komórek jest zewnętrzną manifestacją metabolizmu, wyrażającą się wzrostem wielkości komórek. Wzrost jest możliwy tylko wtedy, gdy w procesie metabolizmu przeważa asymilacja nad dysymilacją, a każda komórka rośnie tylko do pewnego limitu.

Różnicowanie komórek to szereg zmian jakościowych, które zachodzą w różny sposób w różnych komórkach i są determinowane przez środowisko oraz aktywność odcinków DNA zwanych genami. W rezultacie powstają później komórki o różnej jakości z różnych tkanek, komórki ulegają zmianom związanym z wiekiem, które są mało badane. Wiadomo jednak, że komórkom brakuje wody, cząsteczki białka stają się większe, co pociąga za sobą zmniejszenie całkowitej powierzchni fazy rozproszonej koloidu i w konsekwencji zmniejszenie tempa metabolizmu. W związku z tym zmniejsza się potencjał życiowy komórki, spowalniają reakcje oksydacyjne, redukcyjne i inne, zmienia się kierunek niektórych procesów, dlatego w komórce gromadzą się różne substancje.

Drażliwość komórki to jej reakcja na zmiany w środowisku zewnętrznym, dzięki której eliminowane są przejściowe sprzeczności powstałe między komórką a otoczeniem, a struktura żywa dostosowuje się do już zmienionego środowiska zewnętrznego.

W zjawisku drażliwości można wyróżnić następujące punkty:

1) narażenie na czynnik środowiskowy (na przykład mechaniczny, chemiczny, promieniowanie itp.)

2) przejście komórki do stanu aktywnego, czyli pobudliwego, co objawia się zmianami w procesach biochemicznych i biofizycznych zachodzących wewnątrz komórki, może wzrosnąć przepuszczalność komórki i wchłanianie tlenu, może zmienić się stan koloidalny jej cytoplazmy, mogą pojawić się prądy działania itp.;

3) reakcja komórki na wpływ środowiska, przy czym w różnych komórkach odpowiedź objawia się inaczej. Zatem lokalna zmiana metabolizmu zachodzi w tkance łącznej, następuje skurcz w tkance mięśniowej, uwalnianie wydzielin w tkankach gruczołowych (ślina, żółć itp.), Impuls nerwowy pojawia się w komórkach nerwowych i nabłonku gruczołowym , tkanki mięśniowe i nerwowe, pobudzenie powstaje w jednym obszarze i rozprzestrzenia się po całej tkance. W komórce nerwowej pobudzenie może rozprzestrzeniać się nie tylko na inne elementy tej samej tkanki (w wyniku czego powstają złożone układy pobudliwe – łuki odruchowe), ale także przenosić się na inne tkanki. Dzięki temu realizowana jest regulacyjna rola układu nerwowego. Stopień złożoności tych reakcji zależy od poziomu organizacji zwierzęcia. W zależności od siły i charakteru czynnika drażniącego wyróżnia się trzy rodzaje drażliwości: normalną, stan paranekrozy i martwicę. Jeżeli siła bodźca nie przekracza normalnych granic właściwych środowisku, w którym żyje komórka lub organizm jako całość, wówczas procesy zachodzące w komórce ostatecznie eliminują sprzeczność ze środowiskiem zewnętrznym, a komórka powraca do normalny stan. W tym przypadku nie dochodzi do widocznego pod mikroskopem naruszenia struktury komórki. Jeśli siła bodźca jest duża lub oddziałuje na komórkę przez długi czas, wówczas zmiana procesów wewnątrzkomórkowych prowadzi do znacznego zakłócenia funkcji, struktury i chemii komórki. Pojawiają się w nim wtręty, tworzą się struktury w postaci nitek, grudek, oczek itp. Reakcja cytoplazmy przesuwa się w stronę kwasowości, zmiana struktury i właściwości fizykochemicznych komórki zakłóca normalne funkcjonowanie komórki, stawiając ją na krawędzi życia i śmierci. Nasonow i Aleksandrow nazwali ten stan paranekrotycznym*. Jest on odwracalny i może skutkować odbudową komórki, ale może też prowadzić do jej śmierci. Wreszcie, jeśli środek działa z bardzo dużą siłą, procesy zachodzące w komórce zostają tak poważnie zakłócone, że odbudowa staje się niemożliwa, a komórka umiera. Następnie następuje szereg zmian strukturalnych, to znaczy komórka wchodzi w stan martwicy lub martwicy.

Ruch. Charakter ruchu nieodłącznie związany z komórką jest bardzo zróżnicowany. Przede wszystkim komórka podlega ciągłemu ruchowi cytoplazmy, co oczywiście wiąże się z realizacją procesów metabolicznych. Ponadto różne formacje cytoplazmatyczne mogą poruszać się bardzo aktywnie w komórce, na przykład rzęski w nabłonku rzęskowym, mitochondria; tworzy ruch i rdzeń. W innych przypadkach ruch wyraża się zmianą długości lub objętości komórki, a następnie jej powrotem do pierwotnego położenia. Ruch ten obserwuje się w komórkach mięśniowych, włóknach mięśniowych i komórkach barwnikowych. Ruch w przestrzeni jest również powszechny. Można to przeprowadzić za pomocą pseudopodów, jak u ameby. W ten sposób poruszają się leukocyty oraz niektóre komórki tkanki łącznej i innych. Sperma ma specjalną formę poruszania się w przestrzeni. Ich ruch do przodu następuje w wyniku połączenia serpentynowych zakrętów ogona i obrotu plemników wokół osi podłużnej. U stosunkowo prosto zorganizowanych stworzeń i w niektórych komórkach wysoce zorganizowanych zwierząt wielokomórkowych ruch w przestrzeni jest powodowany i kierowany przez różne czynniki środowiska zewnętrznego i nazywany jest taksówkami.

Wyróżnia się: chemotaksję, tigmotaksję i reotaksję. Chemotaksja to ruch w kierunku lub od substancji chemicznych. Takie taksówki wykrywane są przez leukocyty krwi, które poruszają się amebowo w kierunku bakterii, które dostały się do organizmu i wydzielają określone substancje. Tigmotaksja to ruch w kierunku lub od dotkniętego ciała stałego. Na przykład lekkie dotknięcie cząstek jedzenia ameby powoduje, że otacza je, a następnie połyka. Silne podrażnienie mechaniczne może spowodować ruch w kierunku przeciwnym do pochodzenia drażniącego. Reotaksja to ruch przeciw przepływowi płynu. Sperma, która porusza się w macicy wbrew przepływowi śluzu w kierunku komórki jajowej, ma zdolność do reotasji.

Zdolność do samoreprodukcji jest najważniejszą właściwością materii żywej, bez której życie nie jest możliwe. Każdy żywy system charakteryzuje się łańcuchem nieodwracalnych zmian, których kulminacją jest śmierć. Gdyby te systemy nie dały początek nowym systemom zdolnym do rozpoczęcia cyklu od nowa, życie by ustało.

Funkcja samoreprodukcji komórki odbywa się poprzez podział będący konsekwencją rozwoju komórki. W trakcie swojego życia, ze względu na przewagę asymilacji nad dysymilacją, masa komórek wzrasta, ale objętość komórki rośnie szybciej niż jej powierzchnia. W tych warunkach zmniejsza się intensywność metabolizmu, w komórce zachodzą głębokie zmiany fizykochemiczne i morfologiczne, a procesy asymilacji ulegają stopniowemu zahamowaniu, co przekonująco udowodniono za pomocą znakowanych atomów. W rezultacie wzrost komórki najpierw zatrzymuje się, a następnie jej dalsze istnienie staje się niemożliwe i następuje podział.

Przejście do podziału jest skokiem jakościowym, czyli konsekwencją ilościowych zmian w asymilacji i dysymilacji, mechanizmem rozwiązywania sprzeczności między tymi procesami. Po podziale komórki wydają się odmładzać, zwiększa się ich potencjał życiowy, ponieważ w wyniku zmniejszenia rozmiaru zwiększa się udział powierzchni czynnej, intensyfikuje się metabolizm w ogóle, a zwłaszcza faza asymilacji.

Zatem indywidualne życie komórki składa się z okresu interfazy, charakteryzującego się wzmożonym metabolizmem, oraz okresu podziału.

Interfaza jest podzielona w pewnym stopniu konwencją:

1) w okresie presyntetycznym (Gj), kiedy intensywność procesów asymilacyjnych stopniowo wzrasta, ale reduplikacja DNA jeszcze się nie rozpoczęła;

2) syntetyczny (S), charakteryzujący się wysokością syntezy, podczas której następuje podwojenie DNA, oraz

3) postsyntetyczny (G2), kiedy zatrzymują się procesy syntezy DNA.

Wyróżnia się następujące główne typy podziału:

1) podział pośredni (mitoza lub kariokineza);

2) mejoza, czyli podział redukcyjny, oraz

3) amitoza, czyli bezpośredni podział.