Урок биологии в 8 классе

Тема: Клеточное строение организма.

Задачи:

    сформировать знания о строении животной клетки, структуре и функциях частей и органоидов клетки (ядро, цитоплазма, клеточная и ядерная мембраны, ЭПС и ее виды, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, хромосомы, ДНК);

    сформировать представление о том, что клетка – главный структурный и функциональный элемент организма;

    продолжить формировать умения распознавать структурные компоненты животной клетки на микропрепаратах, таблицах и т.д.;

    развивать навыки работы со световым микроскопом, готовыми микропрепаратами; развивать умение выделять главное;

    совершенствовать логическое мышление.

Ход урока:

    Орг. момент.

    Сообщение темы и цели урока.

    Изучение новой темы.

Все живые существа состоят из клеток. Давайте вспомним, что такое клетка.

Клетка – наименьшая единица строения и жизнедеятельности живых организмов . (Запись в словарь).

Как и все живые организмы, части и органы тела человека построены из клеток.

Свойства клеток :: они растут, размножаются, участвуют в обмене веществ, активно реагируют на раздражение, обладают способностью к регенерации и передаче наследственной информации.

Все клетки разнообразны по форме и размеру. Форма и размеры клеток зависят от их функции. Так, например, существуют клетки, имеющие форму двояковогнутого диска (эритроцит), или длинного волокна (нервная клетка).

По форме выделяют клетки:

С отростками

Веретенообразные

Круглые

Плоские.

Размеры клеток тела человека варьируются от 2–7 мкм (у тромбоцитов) до гигантских размеров (до 140 мкм у яйцеклетки).

Несмотря на такое разнообразие все клетки тела человека имеют единый план строения. Основные части клетки: ядро, цитоплазма и клеточная мембрана.

Отграничивает клетку от окружающей среды клеточная мембрана . Мембрана служит защитной оболочкой клетки и активно участвует в регуляции обмена веществ между клеткой и окружающей средой, а также осуществляет связь с другими клетками.

Ядро – важная часть клетки, оно содержит наследственную информацию клетки.

Цитоплазма заполняет большую часть клетки. Цитоплазма состоит из двух частей: жидкой части – гиалоплазмы и органоидов.

Органоиды – постоянные структуры клетки, выполняющие определенные функции. (запись в словарь).

Давайте более подробно рассмотрим органоиды клетки человека.

Презентация: органоиды клетки.

Заполнение таблицы «Органоиды клетки» (работа с учебником)

Эндоплазматическая сеть

А)гранулярная (шероховатая)

Б) агранулярная (гладкая)

Система трубочек

На поверхности – рибосомы

Гладкая поверхность

Синтез белка

Синтез гликогена и жиров

Рибосомы

Самые маленькие органоиды округлой формы

Образование белка

Аппарат Гольджи

Трубочки и цистерны

Накопление и транспортировка веществ

Митохондрии

Состоит из двух мембран, внутренняя образует складки

Образование энергии (АТФ)

Лизосомы

Округлые тельца

Расщепление веществ

    Выполнение лабораторной работы «Строеиие клетки» ( в раб. тетр. зад.20 на стр. 18)

Работа в парах, учащиеся рассматривают микропрепараты клеток эпителиальной ткани, соединительной ткани (клеток крови), нервной клетки, мышечной ткани.

    Закрепление.

    1. Выполнение интерактивного задания с

      Определите органоиды клетки (рисунок).

    Подведение итога урока.

    Сообщение домашнего задания.

Цель : сформировать убеждение о том, что клетка - главный структурный и функциональный элемент организма;

Задачи :

Обучающая : Обеспечить в ходе урока усвоение и повторение знаний о строении животной клетки, структуре и функциях частей и органоидов клетки (ядро, цитоплазма, клеточная и ядерная мембраны, ЭПС и ее виды, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, хромосомы, ДНК);
Развивающая : Развить у учащихся умение сравнивать и обобщать клетку человека и растительную клетку;
Воспитательная : Содействовать в ходе урока формированию основных мировоззрений и убеждений о клеточности строения всего живого на нашей планете;

Тип урока: комбинированный урок.

Оборудование : Плакаты растительной и животной клетки, компьютер и мультимедийная доска, карточки

Ход урока:

I. Обобщение знаний по разделу: «Человек - как биологический вид» (блиц-опрос)

  1. Какой вклад в развитие науки о человеке внесли Гиппократ и Аристотель?
  2. Что изучает анатомия, физиология и гигиена?
  3. Что включает в себя понятие - здоровый образ жизни?
  4. Каково положение человека в системе животного мира?
  5. Что свидетельствует о близком родстве человека и человекообразных обезьян?
  6. Чем человек умелый отличается от австралопитека?
  7. Какие орудия могли изготавливать неандертальцы?
  8. Как называют первых ископаемых людей современного типа?
  9. Какие три большие расы людей выделяют сегодня?
  10. Назовите признаки указывающие на принадлежность людей к одному виду?

II. Изучение нового материала

Все живые существа состоят из клеток. Давайте вспомним, что такое клетка?

Клетка - наименьшая единица строения и жизнедеятельности живых организмов.

Все части и органы тела человека построены из клеток. Клетки обладают следующими свойствами: они растут, размножаются, участвуют в обмене веществ, активно реагируют на раздражение, обладают способностью к регенерации и передаче наследственной информации.

Все клетки разнообразны по форме и размеру. Форма и размеры клеток зависят от их функции (электронный адрес.4 рисунок 1).

Так, например, существуют клетки, имеющие форму двояковогнутого диска (эритроцит), или длинного волокна (нервная клетка).

По форме выделяют клетки: (с отростками, веретенообразные, круглые, плоские).

Размеры клеток тела человека варьируются от 2–7 мкм (у тромбоцитов) до гигантских размеров (до 140 мкм у яйцеклетки).

Несмотря на такое разнообразие все клетки тела человека имеют единый план строения. Основные части клетки: ядро, цитоплазма и клеточная мембрана (электронный адрес.5 рисунок 2).

Отграничивает клетку от окружающей среды клеточная мембрана. Мембрана служит защитной оболочкой клетки и активно участвует в регуляции обмена веществ между клеткой и окружающей средой, а также осуществляет связь с другими клетками.

Ядро - важная часть клетки, оно содержит наследственную информацию клетки.(рис. 3, 4 стр. 16, 17)

Цитоплазма заполняет большую часть клетки. Цитоплазма состоит из двух частей: жидкой части - гиалоплазмы и органоидов.

Органоиды - постоянные структуры клетки, выполняющие определенные функции. Давайте более подробно рассмотрим органоиды клетки человека. (рис. 2) стр. 16

Заполнение таблицы «Органоиды клетки» (работа с учебником)

Органоид

Особенности строения

Функции

Эндоплазматическая сеть

А) гранулярная (шероховатая)

Б) агранулярная (гладкая)

Система трубочек

На поверхности – рибосомы

Гладкая поверхность

Синтез белка

Синтез гликогена и жиров

Рибосомы

Самые маленькие органоиды округлой формы

Образование белка

Аппарат Гольджи

Трубочки и цистерны

Накопление и транспортировка веществ

Митохондрии

Состоит из двух мембран, внутренняя образует складки

Образование энергии (АТФ)

Лизосомы

Округлые тельца

Расщепление веществ

Многие ученые, исследовавшие клетки, пришли к выводу, что клетки животных, растений и микроорганизмов сходны по химическому составу и строению, это одно из основных положений клеточной теории.

Как вы думаете, о чем свидетельствует данный вывод?

(Родство и единство происхождения всего живого. Эволюция живой природы началась с эволюции клетки. Исходный уровень организации живой материи - клеточный.)

Тем не менее клетки животных несколько отличаются от клеток растений, и следует знать эти отличия. (В клетках животных и человека отсутствуют пластиды, центральная вакуоль и целлюлозная клеточная стенка.)

Рассказ учителя о свойствах клетки. (Учащиеся заносят в тетрадь основные жизненные свойства клеток).

1.Обмен веществ - совокупность реакций, включающих поступление в клетку питательных веществ и выделение продуктов обмена; реакции биосинтеза сложных соединений и реакции распада веществ.

2. Биосинтез - способность живых клеток синтезировать определенные вещества из поступающих в нее компонентов. Большинство реакций ферментативные.

3. Дыхание - окисление и распад питательных веществ с выделением заключенной в них энергии, которая запасается в форме молекул АТФ и расходуется на внутриклеточные нужды при необходимости.

4. Рост - увеличение размеров клетки, количества цитоплазмы и органоидов в процессе активного биосинтеза веществ.

5. Раздражимость - способность клеток реагировать на изменение факторов окружающей среды изменением своей жизнедеятельности.

6. Деление - воспроизведение дочерних клеток из материнской. Лежит в основе регенерации тканей и органов, а также размножения и развития организмов.

III.Закрепление. (Кто быстрей)

1. Какая наука изучает клетки? Когда и кем впервые была открыта клетка?
(Цитология. В 1665 г. Роберт Гук впервые открыл существование клетки при изучении среза коры пробкового дерева.)

2. Почему клеточные структуры называют «органоидами», а не «органами»?
(Орган - многоклеточная структура, а органоид - часть клетки, выполняющая функции, свойственные органам в многоклеточных организмах.)

3. Какая часть клетки выполняет защитную функцию?
(Клеточная мембрана защищает клетку от окружающей среды и обеспечивает избирательную проницаемость веществ в клетку.)

4. Чем представлена транспортная система клетки?
(Эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи участвуют в транспорте веществ в пределах клетки, а клеточная мембрана осуществляет перенос веществ внутрь и наружу.)

5. Какова структура и функции ядра клетки?
(Ядро содержит наследственную информацию о признаках данной клетки и целого организма, которая реализуется в синтезе определенных белков. Снаружи - ядерная мембрана, внутри - хроматин с уплотнениями - ядрышками.)

6. Что вы знаете о структуре и функциях хромосом?
(Хромосомы представляют собой комплекс ДНК и белков. ДНК имеет вид двойной спирали и состоит из отдельных участков - генов, каждый из которых отвечает за синтез одного белка клетки и, следовательно, за развитие определенного признака. В соматических клетках 46 хромосом, в гаметах (половых клетках) - 23 хромосомы.)

7. Какие органоиды и каким образом обеспечивают клетку энергией для осуществления ее жизненных функций?
(Митохондрии за счет окисления органических веществ синтезируют молекулы АТФ, в которых накапливается необходимая клетке энергия.)

8. В каких органоидах происходит непрерывный синтез различных органических соединений? (Рибосомы на поверхности гранулярной ЭПС синтезируют белок, комплекс Гольджи - сложные углеводы, каналы гладкой ЭПС - углеводы и жиры, митохондрии - АТФ, ядро - ДНК (перед делением клетки.)

9. В чем состоит функция лизосом?
(Растворение отработанных веществ и частей клетки. У животных с метаморфозом лизосомы участвуют в редукции отдельных органов, например хвоста у головастиков. В случае длительного голодания разрушают все органоиды, кроме ядра, для поддержания жизни организма.)

10. Как осуществляется взаимодействие клеток друг с другом и органоидов внутри клетки?
(Через клеточные мембраны соседних клеток, цитоплазматические мостики и межклеточное вещество. Через гиалоплазму.)

IV. Подведение итогов урока

V. Дом.задание:

§ 4–5; Заполнить таблицу в тетради «Строение клетки» стр. 17 учебника.

Используемые источник и:

1. Учебник. Биология. Человек. Авторы: Е. А. Очкур, Л. Е. Аманжолова, Р. Е. Джумабаева Алматы «Мектеп» 2008 г.
2. Биология человека в таблицах, рисунках и схемах. Резанова Е.А, Антонова И.П, Резанов А.А. М., Издат-Школа
3. http://nsportal.ru/

КЛЕТКА – ЭЛЕМЕНТАРНАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. СТРУКТУРНО – ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПРО- И ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК.

Клетка – основная структурно – функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни, способные осуществлять свой жизненный цикл только внутри клеток хозяина. Представление о клетке как элементарной структуре живых организмов, известное как клеточная теория, сложилось постепенно в XIX в. в результате микроскопических исследований.

^ Клеточная теория.


Клеточная теория – это обобщенные представления о строении клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов.

Появлению и формулированию отдельных положений клеточной теории предшествовал длительный (более трехсот лет) период накопления наблюдений над строением различных одноклеточных и многоклеточных организмов растений и животных. Этот период связан с развитием и усовершенствованием различных оптических методов исследования.

Клеточная теория была сформулирована ботаником М. Шлейденом и зоологом Т. Шванном в 1838-1839 г.г. В 1858 г. Р. Вирхов обосновал принцип преемственности клеток путем деления («каждая клетка из клетки»). Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы.

Клеточная теория постулирует:


    Клетка – элементарная единица живого;


    Клетки разных организмов гомологичны по своему строению;


    Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки;


    Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.


С современных позиций можно добавить еще одно положение:

    ^ Клетка – элементарная единица живого.


Живому свойственен ряд совокупных признаков, таких, как способность к воспроизведению (репродукции), росту, использование и трансформация энергии, метаболизм (ассимиляция и диссимиляция), возбудимость, раздражимость, изменчивость и др. Такую совокупность признаков можно обнаружить на клеточном уровне. Нет меньшей единицы живого, чем клетка. Можно выделить из клетки отдельные ее компоненты или молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями, но только клетка в целом является наименьшей единицей, обладающей всеми свойствами живого.

    ^ Клетки разных организмов гомологичны по своему строению .


Термин «гомологичность» обозначает сходство по коренным свойствам и отличие по второстепенным. Гомологичность строения клеток наблюдается внутри каждого из типов клеток: прокариотическом и эукариотическом. Хорошо известно разнообразие клеток как бактериальных, так и высших организмов. Такое одновременное сходство строения и разнообразие форм определяется тем, что клеточные функции можно подразделить на две группы: обязательные и факультативные. Обязательные функции, направленные на поддержание жизнеспособности самих клеток, осуществляются специальными внутриклеточными структурами, сходными у разных типов клеток.

Различие клеток связано со специализацией их функций, с развитием особых клеточных аппаратов (например, фибриллярные компоненты в мышечных клетках, тигроид и отростки со специальными структурами передачи нервного импульса (синапс)).

    ^ Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки.


Формулировка этого положения связана с именем Р. Вирхова. Размножение клеток прокариотических и эукариотических организмов происходит только путем деления исходной клетки, которому предшествует воспроизведение ее генетического материала (редупликация ДНК).

    Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальыми и нервными формами регуляции


Действительно, клетка – это единица функционирования в многоклеточном организме. Но клетки объединены в функциональные системы, в ткани и органы, которые находятся во взаимной связи друг с другом. Специализация частей многоклеточного организма, расчлененность его функций, дают ему большие возможности приспособления для размножения отдельных индивидуумов, для сохранения вида.

    ^ В клетке содержится вся генетическая информация о строении и функциях организма.


Этот постулат появился после изучения строения и функций ДНК, которая является носителем генетической информациии клетки.

^ Ш. Химический состав клетки.


    Клетки живых организмов сходны не только по своему строению, но и по химическому составу. Сходство в строении и химическом составе клеток свидетельствует о единстве их происхождения.


По составу входящие в клетку вещества делятся на органические и неорганические.

^ II. 1. Неорганические вещества.

На первом месте по массе в клетке стоит вода (примерно 2/3 массы клетки). Вода имеет огромное значение в жизнедеятельности клетки. Многие элементы в клетках содержатся в виде ионов. Чаще всего встречаются катионы: K+, Na+, Ca2+ Mg2+, и анионы: H2PO4-, Cl-, HCO3-. Содержание катионов и анионов в клетках обычно значительно отличается от содержания их во внеклеточной среде.

Минеральные соли (например фосфат кальция) могут входить в состав межклеточного вещества, раковин моллюсков и обеспечивать прочность этих образований.

^ III.2. Органические вещества.

Характерны только для живого. Органические соединения представлены в клетке простыми малыми молекулами (аминокислоты, моно- и олигосахариды, жирные кислоты, азотистые основания), и макромолекулами биополимеров (белки, липиды, полисахариды, нуклеиновые кислоты). Молекулы биополимеров состоят из повторяющихся низкомолекулярных соединений (мономеров), ковалентно связанных между собой.

1. Белки
Белки имеют другое название - протеины («протос» - первый, главный, греч.) что подчеркивает их первостепенное значение для жизни.
В отличие от обычно встречающихся веществ белки обладают рядом существенных особенностей. Прежде всего, у них огромная молекулярная масса. Молекулярная масса такого органического вещества, как этиловый спирт, равна 46, уксусной кислоты - 60, бензола - 78 и т. д. Молекулярная масса одного из белков яйца равна 36 000; а одного из белков мышц достигает 1500 000. Ясно, что по сравнению с молекулами спирта или бензола и многих других органических соединений молекула белка - великан. В ее построении участвуют тысячи атомов. Для того, чтобы подчеркнуть гигантские размеры такой молекулы, ее обычно называют макромолекулой («макрос» - большой, греч.).
Среди органических соединений белки самые сложные. Они относятся к группе соединений, называемых полимерами. Молекула любого полимера представляет собой длинную цепь, в которой многократно повторяется одна и та же сравнительно простая структура, называемая мономером. Если обозначить мономер буквой А, то структура полимера может быть записана так: А-А-А-А-А-А-А. В природе, кроме белков, существует много других полимеров, например: целлюлоза, крахмал, каучук, нуклеиновые кислоты и др. В последние годы химики создали множество искусственных полимеров: полиэтилен, капрон, лавсан и пр. Большинство природных полимеров и все искусственные построены из одинаковых мономеров, и их структура именно такая, как на приведенной выше схеме. Белки же, в отличие от обычных полимеров, построены хотя и из сходных по структуре, но не вполне одинаковых мономеров.
Мономерами белка являются аминокислоты. В составе белковых полимеров обнаружено 20 различных аминокислот. Каждая аминокислота имеет особое строение, свойства и название. Для того чтобы понять, в чем состоит сходство между аминокислотами и чем они отличаются друг от друга, ниже даны формулы двух из них: H 3 C NH 2 CH CH NH 2 CH – CH 2 – C – COOH C – OH C – CH 2 – C - COOH
CH 3 H HC HC H
Лейцин Тирозин
Как видно из формул, в каждой аминокислоте содержится одна и та же группировка:

H – C – NH

2 COOH
В нее входит аминогруппа (NH 2 ) и карбоксильная группа (СООН). Наличие обеих этих групп в аминокислотах придает им амфотерные свойства, так как аминогруппе присущи основные (щелочные) свойства, а карбоксилу - кислотные. Содержанием аминогруппы и карбоксильной сходство между аминокислотами и ограничивается. Остальная часть молекулы у них разная и называется радикалом.
Радикалы у разных аминокислот различные; у одних - углеводородные цепи, у других - бензольные кольца и т. д.
Сцепление аминокислот при образовании белкового полимера происходит через общую для всех них группировку. Из аминогруппы одной аминокислоты и карбоксила другой выделяется молекула воды, и за счет освободившихся валентностей остатки аминокислот соединяются.
Между соединившимися аминокислотами возникает связь NH-СО, называемая пептидной связью, а образовавшееся соединение называется пептидом. Из двух аминокислот образуется дипептид (димер), из трех аминокислот таким же образом возникает трипептид (тример), из многих - полипептид (полимер). Природный белок и представляет собой полипептид, т. е. цепь из нескольких десятков или сотен аминокислотных звеньев. Белки различаются между собой и по составу аминокислот, и по числу аминокислотных звеньев, и по порядку следования их в цепи. Если обозначить каждую аминокислоту буквой, получится алфавит из 20 букв. Попробуйте теперь составить из этих букв фразы из 100, 200, 300 букв. Каждая такая фраза и будет соответствовать какому-нибудь одному белку. Достаточно переставить одну букву - и смысл фразы исказится, получится новая фраза и соответственно новый изомер белка. Легко себе представить, какое гигантское число вариантов можно при этом получить. Действительно, число различных белков, содержащихся в клетках животных и растений, исключительно велико.
Строение молекулы белка . Если учесть, что размер каждого аминокислотного звена составляет около 3 А, то очевидно, что макромолекула белка, которая состоит из нескольких сот аминокислотных звеньев, должна была бы представлять собой длинную цепь. В действительности же макромолекулы белка имеют вид шариков (глобул). Следовательно, в нативном белке («нативус» - природный, лат.) полипептидная цепь каким-то образом закручена, как-то уложена. Исследования показывают, что в укладке полипептидной цепи нет ничего случайного или хаотического, каждому белку присущ определенный, всегда постоянный характер укладки. В сложной структуре белковой макромолекулы различают несколько уровней организации. Первым, наиболее простым из них является сама полипептидная цепь, т. е. цепь аминокислотных звеньев, связанных между собой пептидными связями. Эта структура называется первичной структурой белка; в ней все связи ковалентные, т. е. самые прочные химические связи. Следующим, более высоким уровнем организации является вторичная структура, где белковая нить закручивается в виде спирали. Витки спирали располагаются тесно, и между атомами и аминокислотными радикалами, находящимися на соседних витках, возникает притяжение. В частности, между пептидными связями, расположенными на соседних витках, образуются водородные связи (между NH- и СО- группами). Водородные связи значительно слабее ковалентных, но, повторенные многократно, они дают прочное сцепление. Полипептидная спираль, «прошитая» многочисленными водородными связями, представляет достаточно устойчивую структуру. Вторичная структура белка подвергается дальнейшей укладке. Она сворачивается причудливо, но вполне определенно и у каждого белка строго специфично. В результате возникает уникальная конфигурация, называемая третичной структурой белка. Связи, поддерживающие третичную структуру, еще слабее водородных. Они называются гидрофобными. Это - силы сцепления между неполярными молекулами или неполярными радикалами. Такие радикалы встречаются у ряда аминокислот. По той же причине, по какой распыленные в воде частицы масла или какого-нибудь, другого гидрофобного вещества слипаются в капельки, происходит слипание гидрофобных радикалов полипептидной цепи. Хотя гидрофобные силы сцепления относятся к слабейшим связям, но благодаря их многочисленности они в сумме дают значительную энергию взаимодействия. Участие «слабых» связей в поддержании уникальной структуры белковой макромолекулы обеспечивает достаточную ее устойчивость и вместе с тем высокую подвижность. У некоторых белков в поддержании белковой макромолекулы существенную роль играют так называемые S-S (эс-эс связи) - прочные ковалентные связи, возникающие между отдаленными участками полипептидной цепи.
Выяснение всех деталей строения белковой макромолекулы, т. е. полная характеристика ее первичной, вторичной и третичной структуры, - очень сложная и длительная работа. Однако для ряда белков эти данные уже получены. На рисунке 66 изображена структура белка рибонуклеазы. Рибонуклеаза - один из первых белков, структура которого расшифрована полностью. Как видно из рисунка 66, первичная структура рибонуклеазы образована 124 аминокислотными остатками. Счет аминокислотных остатков в полипептидной цепи принято вести от аминокислоты, сохранившей NH 2 -группу (N - конец цепи), последней аминокислотой считается аминокислота, сохранившая карбоксильную группу (С - конец цепи). Таким образом, первая по счету аминокислота рибонуклеазы - лизин, вторая - глютаминовая кислота и т. д. Достаточно исключить или переставить одну аминокислоту в цепи - и вместо рибонуклеазы возникнет другой белок с другими свойствами.
Для упрощения на рисунке не показано, как закручивается в спираль полипептидная цепь, а третичная структура изображена в плоскости бумаги. Обратите внимание на «сшивки» между 26-й и 87-й аминокислотами, между 66-й и 73-й, между 56-й и 111-й, между 40-й и 97-й. В этих местах между радиолами аминокислоты цистеина, находящимися на удаленных участках полипептидной цепи, образуются -S-S-связи.
Денатурация белка . Чем выше уровень организации белка, тем слабее поддерживающие его связи. Под влиянием различных физических и химических факторов - высокой температуры, действия химических веществ, лучистой энергии и др.- «слабые» связи рвутся, структуры белка - третичная, вторичная - деформируются, разрушаются и свойства его изменяются. Нарушение нативной уникальной структуры белка называется денатурацией. Степень денатурации белка зависит от интенсивности воздействия на него различных факторов: чем интенсивнее воздействие, тем глубже денатурация.
При слабом воздействии изменение белка может ограничиться частичным развертыванием третичной структуры. При более сильном воздействии макромолекула может развернуться полностью и остаться в форме своей первичной структуры (рис. 67).
Разные белки сильно отличаются друг от друга по легкости, с какой они денатурируются. Денатурация яичного белка происходит, например, при 60-70°С, а сократительный белок мышц денатурируется около 45°С. Многие белки денатурируются от действия ничтожных концентраций химических веществ, а некоторые даже от незначительного механического воздействия.
Как показывают исследования, процесс денатурации обратим, т. е. денатурированный белок может перейти обратно в нативный. Даже полностью развернутая макромолекула белка способна самопроизвольно восстановить свою структуру. Отсюда следует, что все особенности строения макромолекулы нативного белка определяются его первичной структурой, т. е. составом аминокислот и порядком их следования в цепи.
Роль белков в клетке. Значение белков для жизни велико и многообразно. На первом месте стоит их каталитическая функция. Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и от их концентрации. Химическая активность клеточных веществ, как правило, невелика. Концентрации их в клетке большей частью незначительны. Таким образом, реакции \ в клетке должны были бы протекать бесконечно медленно. Между тем известно, что химические реакции в клетке идут со значительной скоростью. Это достигается благодаря наличию в клетке катализаторов. Все клеточные катализаторы - белки. Они называются биокатализаторами, а чаще их называют ферментами. Каталитическая активность ферментов необычайно велика. Так, например, фермент каталаза, катализирующий реакцию распада перекиси водорода, ускоряет эту реакцию в 10 11 раз. По химической структуре ферменты ничем не отличаются от белков, не обладающих ферментативными функциями: те и другие построены из обычных аминокислот, те и другие обладают вторичной, третичной и т. д. структурами. В большинстве случаев ферменты катализируют превращение веществ, размеры молекул которых по сравнению с макромолекулами ферментов очень малы. Например, фермент каталаза имеет молекулярную массу около 100 000, а перекись водорода, распад которой катализирует каталаза, всего 34. Такое соотношение между размерами фермента и его субстрата (вещества, на которое действует фермент) наводит на мысль, что каталитическая активность ферментов определяется не всей его молекулой, а каким-то небольшим ее участком. Этот участок называется активным центром фермента. По-видимому, активный центр представляет собой какое-то сочетание групп, лежащих на расположенных рядом полипептидных цепях в третичной структуре фермента. Такое представление хорошо объясняет тот факт, что при денатурации фермента он лишается своей каталитической активности. Очевидно, при нарушении третичной структуры взаимное расположение полипептидных цепей изменяется, структура активного центра искажается, и фермент лишается активности. Почти каждая химическая реакция в клетке катализируется своим особым ферментом. Структура активного центра и структура субстрата точно соответствуют друг другу. Они подходят друг к другу, как ключ к замку. Благодаря наличию пространственного соответствия между структурой активного центра фермента и структурой субстрата они могут тесно сблизиться между собой, что и обеспечивает возможность реакции между ними.
Кроме каталитической функции, очень важна двигательная функция белков. Все виды движений, к которым способны клетки и организмы, - сокращение мышц у высших животных, мерцание ресничек у простейших, двигательные реакции растений и др. - выполняются особыми сократительными белками.
Еще одна функция белков - транспортная. Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его по всему телу.
При введении чужеродных веществ или клеток в организм в нем происходит выработка особых белков, называемых антителами, которые связывают и обезвреживают чужеродные вещества. В этом случае белки выполняют защитную функцию.
Существенно значение белков и как источника энергии. Белки распадаются в клетке до аминокислот. Часть аминокислот употребляется для синтеза белков, часть же подвергается глубокому расщеплению, в ходе которого освобождается энергия. При расщеплении 1 г белка освобождается 17,6 кдж (4,2 ккал).
Белки - это материал, из которого состоит клетка. Белки участвуют в построении внешней оболочки клетки, внутриклеточных мембран. У высших организмов из белков образованы кровеносные сосуды, роговица глаза, сухожилия, хрящ, волосы.
Таким образом, кроме каталитической, двигательной, транспортной, защитной и энергетической функций, белкам принадлежит еще и структурная функция.
2. Углеводы
В животной клетке углеводы содержатся в небольшом количестве- около 1% (от массы сухого вещества). В клетках печени и мышцах содержание их более высокое - до 5%. Наиболее богаты углеводами растительные клетки. В листьях, семенах, клубнях картофеля и т. д. углеводы составляют почти 90%.
Углеводы представляют собой органические соединения, в состав которых входят углерод, водород и кислород.
Углеводы разделяются на простые и сложные. Простые углеводы называются иначе моносахаридами, сложные - полисахаридами. Полисахариды представляют полимеры, в которых роль мономеров играют моносахариды.
Моносахариды. Для того чтобы иметь представление о химическом строении моносахаридов, приводим структурную формулу одного из них:
O H OH OH OH OH
C – C – C – C – C – CH 2 OH
H H H H
Названия моносахаридов имеют окончания «оза». Корнем слова служит число С-атомов в молекуле или какое-нибудь свойство моносахарида. Таким образом, названия «триоза», «тетроза», «пентоза», «гексоза» и т. д. указывают на число атомов углерода в молекуле моносахарида, а название «глюкоза» - на сладкий вкус этого моносахарида («гликос» - сладкий, греч:), «фруктоза» - на содержание этого моносахарида в фруктах («фруктус» - плоды, лат.).
Все моносахариды - бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде, почти все они обладают приятным сладким вкусом.
Самые распространенные моносахариды - гексозы, пентозы и триозы. Из гексоз особенно важны глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза и фруктоза содержатся во многих продуктах в свободном состоянии. Сладкий вкус многих фруктов и ягод, а также меда зависит от присутствия в них глюкозы и фруктозы. Глюкоза содержится также в крови (0,1%). Глюкоза, фруктоза и галактоза входят в состав многих ди- и полисахаридов. Из пентоз важны рибоза и дезоксирибоза. Обе в свободном состоянии не встречаются. Они входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ.
Полисахариды. Из двух моносахаридов образуется дисахарид, из трех - трисахарид, из многих - полисахарид. Ди- и трисахариды, подобно моносахаридам, хорошо растворимы в воде, обладают сладким вкусом. С увеличением числа мономерных звеньев растворимость полисахаридов уменьшается, сладкий вкус исчезает.
Из дисахаридов всем известен пищевой сахар, называемый часто также тростниковым сахаром, свекловичным сахаром или сахарозой. Сахароза образована из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Широко распространен молочный сахар, содержащийся в молоке всех млекопитающих. Молочный сахар образован из молекулы глюкозы и молекулы галактозы. Из полисахаридов Мономер крахмала - глюкоза. В отличие от обычных полимеров, в которых мономерные звенья следуют друг за другом и образуют вытянутую цепь, крахмал представляет собой ветвистый полимер. Со структурой крахмала сходна структура гликогена, содержащегося в печени и мышцах животных. Мономером гликогена, как и крахмала, служит глюкоза.
Самый распространенный в природе углевод - клетчатка (целлюлоза). Древесина - почти чистая целлюлоза. По своей структуре целлюлоза - это обычный вытянутый в длинную цепь полимер. Мономер целлюлозы - глюкоза: каждая молекула целлюлозы состоит примерно из 150-200 молекул глюкозы.
Биологическая роль углеводов. Углеводы играют роль источника энергии, необходимой для осуществления клеткой различных форм активности. Любая деятельность - движение, секреция, биосинтез, свечение и т. д. - нуждается в затрате энергии. Углеводы подвергаются в клетке глубокому расщеплению и окислению и превращаются в простейшие продукты: СО 2 и Н 2 О. В ходе этого процесса освобождается энергия. При полном расщеплении и окислении 1 г углеводов освобождается 17,6 кдж (4,2 ккал).
Кроме энергетической роли, углеводы выполняют и строительную функцию: из углевода клетчатки состоят стенки растительных клеток.
3. Жиры и липоиды
Содержание жира в клетках обычно невелико и составляет 5-15% от массы сухого вещества. Существуют, однако, клетки, жира в которых почти 90%. Эти клетки содержатся в жировой ткани. У животных жировая ткань находится под кожей и в сальнике. Жир содержится в молоке всех млекопитающих животных, причем у некоторых из них содержание жира в молоке достигает 40% (у самки дельфина). У ряда растений большое количество жира сосредоточено в семенах и плодах, например у подсолнечника, грецкого ореха.
Наиболее примечательным свойством жира является его резко выраженный гидрофобный характер, т. е. неспособность растворяться в воде. Для растворения жира применяются неводные растворители: бензин, эфир, ацетон.
С химической стороны жиры представляют собой соединения глицерина (трехатомного спирта) с высокомолекулярными органическими кислотами. Остаток глицерина, содержащийся в жире, обладает гидрофильными свойствами, остатки же высокомолекулярных жирных кислот - 3 длинные углеводородные цепи - резко гидрофобны. Если на поверхность воды нанести каплю жира, она растекается по ней, образуя тончайший слой. Установлено, что в таком слое жира к поверхности воды обращены гидрофильные остатки глицерина, а из воды частоколом торчат вверх углеводородные цепи. Таким образом, расположение молекул жира в водной среде самопроизвольно упорядочивается и определяется молекулярной структурой жира.
Кроме жира, в клетке обычно присутствует довольно большое число веществ, обладающих, как и жиры, сильно гидрофобными свойствами. Эти вещества называются липоидами («липос» - жир, «эйдос» - вид, греч.).
По химической структуре некоторые липоиды сходны с жиром. К таким липоидам относятся, например, фосфатиды. Фосфатиды обнаружены во всех клетках. Особенно много их содержится в желтке яйца, в клетках мозговой ткани.
Биологическая роль жира многообразна. Прежде всего, должно быть отмечено его значение как источника энергии. Жиры, как и углеводы, способны расщепляться в клетке до простых продуктов (СО 2 и Н 2 О), и в ходе этого процесса освобождается большое количество энергии 38,9 кдж (9,3 ккал) на 1 г жира. Единственной пищей новорожденных у млекопитающих является молоко. Энергоемкость молока определяется главным образом содержанием в нем жира. Животные и растения откладывают жир в запас и расходуют его в случае необходимости. Это имеет значение для животных, приспособившихся к длительному лишению пищи, например для впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, лишенную" источников питания (верблюды в пустыне). Высокое содержание жира в семенах необходимо для обеспечения энергией развивающегося растения, пока в нем не укрепится и не начнет функционировать корневая система.
Кроме энергетической функции, жиры и липоиды выполняют структурные и защитные функции. Жиры и липоиды нерастворимы в воде. Тончайший их слой входит в состав клеточных мембран. Это создает препятствие для смешивания содержимого клетки с окружающей средой, а также содержимого отдельных частей клетки между собой.
Жир плохо проводит тепло. Он откладывается под кожей, образуя у некоторых животных (например, тюленей, китов) значительные скопления (толщиной до 1 л).

Клеточная теория - обобщенные представления о строении, размножении клеток и их роли в формировании многоклеточного организма.

1665 год Роберт Гук - наблюдение клетки
1838 Теодор Шванн - обобщение наблюдений

Определение клетки

Клетка - это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы.

Клетка - самоподдерживающаяся и самовоспроизводящаяся система биополимеров

Основные положения клеточной теории:

    Клетка - элементарная единица живого.

    Клетка - единая система, включающая множество закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц - органелл или органоидов (компартментов).

    Гомологичность. Клетки сходны (гомологичны) по основным свойствам и строению.

    Деление клеток (клетка от клетки). Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала.

    Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция). Клетка в многоклеточном организме - единица функционирования и развития.

    Тотипотентность. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны - равнозначны по генетической информации, но отличаются экспрессией генов. Это приводит к дифференцировке клеток (морфологическое и функциональное разнообразие)

Прокариотическая клетка

Прокариотические клетки - клетки бактерий и сине-зеленых водорослей

Основные структуры прокариотической клетки:

    (как правило) Клеточная стенка/оболочка

    Плазматическая мембрана - белково-липидная структура, отделяющая содержимое клетки от внешней среды.

    Цитоплазма - внутренняя среда клетки.

    Нуклеоид - структура неправильной формы с генетическим материалом.

    Внутриклеточные мембранные системы - развиваются за счет плазматической мембраны.

Эукариотическая клетка

Эукариотическая клетка - клетка, содержащая морфологически выраженное ядро.

Основные структуры эукариотической клетки:

Плазматическая мембрана - барьерно-рецепторно-транспорт­ная система клетки.

Клеточное ядро - система хранения, воспроизведения и реализа­ции генетической информации

Цитоплазма - внутреннее содержимое клетки. Компоненты цитоплазмы - гиалоплазма и органеллы.

Гиалоплазма - растворимый компонент цитоплазмы, система основного промежуточного обмена.

Органеллы:

Мембранные органеллы (компартменты):

Одномембранные :

    вакуолярная система - система синтеза и внутриклеточного транспорта белковых биополимеров и генезиса многих клеточных мембран (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли)

Двумембранные :

    митохондрии - органеллы энергообеспечения клетки за счет синтеза АТФ

    пластиды растительных клеток - система синтеза АТФ и

Немембранные органеллы:

    цитоскелет - опорно-двигательная система клетки (микротрубочки, микрофилламенты)

Общность и различие прокариотической и эукариотической клетки

Отличия клетки эукариот от прокариотической клетки:

    Наличие ядра

    Развитая система связанных друг с другом мембранных органоидов

    Большой размер

Общие признаки:

    Плазматическая мембрана с функцией переноса веществ из клетки в клетку.

    Схожесть основных биохимических процессов ( , РНК, репликация ДНК и др.)