Τα μιτοχόνδρια είναι χαρακτηριστικά του. Δομή και λειτουργίες των μιτοχονδρίων. Ομοιότητες και διαφορές με χλωροπλάστες

26.09.2019

Χαρακτηριστικό της συντριπτικής πλειοψηφίας των κυττάρων. Η κύρια λειτουργία είναι η οξείδωση των οργανικών ενώσεων και η παραγωγή μορίων ΑΤΡ από την εκλυόμενη ενέργεια. Τα μικρά μιτοχόνδρια είναι ο κύριος ενεργειακός σταθμός ολόκληρου του σώματος.

Προέλευση μιτοχονδρίων

Σήμερα, υπάρχει μια πολύ δημοφιλής άποψη μεταξύ των επιστημόνων ότι τα μιτοχόνδρια δεν εμφανίστηκαν στο κύτταρο ανεξάρτητα κατά τη διάρκεια της εξέλιξης. Πιθανότατα, αυτό συνέβη λόγω της σύλληψης από ένα πρωτόγονο κύτταρο, το οποίο εκείνη την εποχή δεν ήταν ικανό να χρησιμοποιεί ανεξάρτητα οξυγόνο, ενός βακτηρίου που μπορούσε να το κάνει αυτό και, κατά συνέπεια, ήταν μια εξαιρετική πηγή ενέργειας. Μια τέτοια συμβίωση αποδείχθηκε επιτυχής και επικράτησε στις επόμενες γενιές. Αυτή η θεωρία υποστηρίζεται από την παρουσία του δικού του DNA στα μιτοχόνδρια.

Πώς είναι δομημένα τα μιτοχόνδρια;

Τα μιτοχόνδρια έχουν δύο μεμβράνες: την εξωτερική και την εσωτερική. Η κύρια λειτουργία της εξωτερικής μεμβράνης είναι να διαχωρίζει το οργανίδιο από το κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Αποτελείται από ένα διλιπιδικό στρώμα και πρωτεΐνες που το διαπερνούν, μέσω των οποίων πραγματοποιείται η μεταφορά μορίων και ιόντων που είναι απαραίτητα για την εργασία. Ενώ λεία, η εσωτερική σχηματίζει πολλές πτυχές - cristae, που αυξάνουν σημαντικά την έκτασή της. Η εσωτερική μεμβράνη αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων της αναπνευστικής αλυσίδας, των πρωτεϊνών μεταφοράς και των μεγάλων συμπλεγμάτων συνθετάσης ATP. Σε αυτό το μέρος συμβαίνει η σύνθεση ATP. Μεταξύ της εξωτερικής και της εσωτερικής μεμβράνης υπάρχει ένας ενδιάμεσος χώρος με τα εγγενή του ένζυμα.

Ο εσωτερικός χώρος των μιτοχονδρίων ονομάζεται μήτρα. Εδώ βρίσκονται τα ενζυμικά συστήματα για την οξείδωση των λιπαρών οξέων και του πυροσταφυλικού, τα ένζυμα του κύκλου του Krebs, καθώς και το κληρονομικό υλικό των μιτοχονδρίων - DNA, RNA και η συσκευή σύνθεσης πρωτεϊνών.

Σε τι χρειάζονται τα μιτοχόνδρια;

Η κύρια λειτουργία των μιτοχονδρίων είναι η σύνθεση μιας καθολικής μορφής χημικής ενέργειας - ATP. Συμμετέχουν επίσης στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος, μετατρέποντας το πυροσταφυλικό και τα λιπαρά οξέα σε ακετυλο-CoA και στη συνέχεια οξειδώνοντάς το. Σε αυτό το οργανίδιο, το μιτοχονδριακό DNA αποθηκεύεται και κληρονομείται, που κωδικοποιεί την αναπαραγωγή του tRNA, του rRNA και ορισμένων πρωτεϊνών που είναι απαραίτητες για τη φυσιολογική λειτουργία των μιτοχονδρίων.

Ένα οργανίδιο διπλής μεμβράνης, το μιτοχόνδριο, είναι χαρακτηριστικό των ευκαρυωτικών κυττάρων. Η λειτουργία του σώματος στο σύνολό του εξαρτάται από τις λειτουργίες των μιτοχονδρίων.

Δομή

Τα μιτοχόνδρια αποτελούνται από τρία αλληλένδετα συστατικά:

εξωτερική μεμβράνη;
εσωτερική μεμβράνη?
μήτρα.

Η εξωτερική λεία μεμβράνη αποτελείται από λιπίδια, μεταξύ των οποίων υπάρχουν υδρόφιλες πρωτεΐνες που σχηματίζουν σωληνάρια. Τα μόρια περνούν μέσα από αυτά τα σωληνάρια κατά τη μεταφορά ουσιών.

Η εξωτερική και η εσωτερική μεμβράνη βρίσκονται σε απόσταση 10-20 nm. Ο διαμεμβρανικός χώρος είναι γεμάτος με ένζυμα. Σε αντίθεση με τα ένζυμα των λυσοσωμάτων που εμπλέκονται στη διάσπαση των ουσιών, τα ένζυμα στον διαμεμβρανικό χώρο μεταφέρουν υπολείμματα φωσφορικού οξέος στο υπόστρωμα με την κατανάλωση ATP (διαδικασία φωσφορυλίωσης).

Η εσωτερική μεμβράνη είναι γεμάτη κάτω από την εξωτερική μεμβράνη με τη μορφή πολυάριθμων πτυχών - cristae.
Εκπαιδεύονται:

λιπίδια που είναι διαπερατά μόνο στο οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό.
ενζυματικές, μεταφορικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται σε οξειδωτικές διεργασίες και μεταφορά ουσιών.

Εδώ, λόγω της αναπνευστικής αλυσίδας, συμβαίνει το δεύτερο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής και ο σχηματισμός 36 μορίων ATP.

TOP 4 άρθραπου διαβάζουν μαζί με αυτό

Μεταξύ των πτυχών υπάρχει μια ημι-υγρή ουσία - η μήτρα.
Ο πίνακας περιλαμβάνει:

ένζυμα (εκατοντάδες διαφορετικών τύπων).
λιπαρό οξύ;
πρωτεΐνες (67% μιτοχονδριακές πρωτεΐνες);
μιτοχονδριακό κυκλικό DNA;
μιτοχονδριακά ριβοσώματα.

Η παρουσία ριβοσωμάτων και DNA υποδηλώνει κάποια αυτονομία του οργανιδίου.

Ρύζι. 1. Η δομή των μιτοχονδρίων.

Οι πρωτεΐνες ενζυμικής μήτρας εμπλέκονται στην οξείδωση του πυροσταφυλικού - πυροσταφυλικού οξέος κατά την κυτταρική αναπνοή.

Εννοια

Η κύρια λειτουργία των μιτοχονδρίων σε ένα κύτταρο είναι η σύνθεση του ΑΤΡ, δηλ. παραγωγή ενέργειας. Ως αποτέλεσμα της κυτταρικής αναπνοής (οξείδωση), σχηματίζονται 38 μόρια ATP. Η σύνθεση ATP γίνεται με βάση την οξείδωση οργανικών ενώσεων (υπόστρωμα) και τη φωσφορυλίωση της ADP. Το υπόστρωμα για τα μιτοχόνδρια είναι τα λιπαρά οξέα και το πυροσταφυλικό.

Ρύζι. 2. Σχηματισμός πυροσταφυλικού ως αποτέλεσμα γλυκόλυσης.

Μια γενική περιγραφή της διαδικασίας αναπνοής παρουσιάζεται στον πίνακα.

*Πού συμβαίνει;*	*Ουσίες*	*Διαδικασίες*
Κυτόπλασμα		Ως αποτέλεσμα της γλυκόλυσης, αποσυντίθεται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος, τα οποία εισέρχονται στη μήτρα
		Διασπάται μια ακετυλομάδα, η οποία προσκολλάται στο συνένζυμο Α (CoA), σχηματίζοντας το ακετυλο-συνένζυμο-Α (ακετυλο-CoA) και απελευθερώνεται ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα. Το ακετυλο-CoA μπορεί επίσης να σχηματιστεί από λιπαρά οξέα απουσία σύνθεσης υδατανθράκων
	Ακετυλο-CoA	Εισέρχεται στον κύκλο του Krebs ή στον κύκλο του κιτρικού οξέος (κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος). Ο κύκλος ξεκινά με το σχηματισμό κιτρικού οξέος. Στη συνέχεια, ως αποτέλεσμα επτά αντιδράσεων, σχηματίζονται δύο μόρια διοξειδίου του άνθρακα, το NADH και το FADH2
	NADH και FADH2	Όταν οξειδώνεται, το NADH αποσυντίθεται σε NAD +, δύο ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας (e –) και δύο πρωτόνια H +. Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται στην αναπνευστική αλυσίδα, που περιέχει τρία σύμπλοκα ενζύμων, στην εσωτερική μεμβράνη. Η διέλευση ενός ηλεκτρονίου από τα σύμπλοκα συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας. Ταυτόχρονα, πρωτόνια απελευθερώνονται στον διαμεμβρανικό χώρο. Τα ελεύθερα πρωτόνια τείνουν να επιστρέφουν στη μήτρα, γεγονός που δημιουργεί ένα ηλεκτρικό δυναμικό. Καθώς η τάση αυξάνεται, το H+ εισέρχεται προς τα μέσα μέσω της συνθάσης ATP, μιας ειδικής πρωτεΐνης. Η ενέργεια πρωτονίων χρησιμοποιείται για τη φωσφορυλίωση του ADP και τη σύνθεση του ATP. Το H+ συνδυάζεται με οξυγόνο για να σχηματίσει νερό.

Ρύζι. 3. Η διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής.

Τα μιτοχόνδρια είναι οργανίδια από τα οποία εξαρτάται η λειτουργία ολόκληρου του οργανισμού. Σημάδια δυσλειτουργίας των μιτοχονδρίων είναι η μείωση του ρυθμού κατανάλωσης οξυγόνου, η αύξηση της διαπερατότητας της εσωτερικής μεμβράνης και η διόγκωση των μιτοχονδρίων. Αυτές οι αλλαγές συμβαίνουν λόγω τοξικής δηλητηρίασης, λοιμώδους νόσου, υποξίας.

Τι μάθαμε;

Από το μάθημα της βιολογίας μάθαμε για τα δομικά χαρακτηριστικά των μιτοχονδρίων και εξετάσαμε εν συντομία τις λειτουργίες και τη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής. Χάρη στο έργο των μιτοχονδρίων, το πυροσταφυλικό οξύ, που σχηματίζεται κατά τη γλυκόλυση, και τα λιπαρά οξέα οξειδώνονται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ως αποτέλεσμα της κυτταρικής αναπνοής, απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία δαπανάται για τις ζωτικές λειτουργίες του σώματος.

Δοκιμή για το θέμα

Αξιολόγηση της έκθεσης

Μέση βαθμολογία: 4.4. Συνολικές βαθμολογίες που ελήφθησαν: 67.

ΠΕΡΙ ΤΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ ΣΕ ΑΠΛΗ ΓΛΩΣΣΑ.

Αυτό το θέμα είναι πολύπλοκο και σύνθετο, επηρεάζει άμεσα μεγάλο ποσόβιοχημικές διεργασίες που συμβαίνουν στο σώμα μας. Αλλά ας προσπαθήσουμε ακόμα να καταλάβουμε τι είναι τα μιτοχόνδρια και πώς λειτουργούν.

Και έτσι, τα μιτοχόνδρια είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά ενός ζωντανού κυττάρου. Με απλά λόγια, μπορούμε να πούμε ότι αυτό είναι ενεργειακός σταθμός του κυττάρου. Η δραστηριότητά τους βασίζεται στην οξείδωση των οργανικών ενώσεων και στη δημιουργία ηλεκτρικού δυναμικού (ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση του μορίου ATP) για μυική σύσπαση.

Όλοι γνωρίζουμε ότι το έργο του σώματός μας συμβαίνει σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής. Η ενέργεια δεν δημιουργείται στο σώμα μας, αλλά μόνο μετασχηματίζεται. Το σώμα επιλέγει μόνο τη μορφή μετασχηματισμού ενέργειας, χωρίς να την παράγει, από χημική σε μηχανική και θερμική. Η κύρια πηγή όλης της ενέργειας στον πλανήτη Γη είναι ο Ήλιος. Ερχόμενοι σε εμάς με τη μορφή φωτός, η ενέργεια απορροφάται από τη χλωροφύλλη των φυτών, όπου διεγείρει το ηλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου και έτσι δίνει ενέργεια στη ζωντανή ύλη.

Οφείλουμε τη ζωή μας στην ενέργεια ενός μικρού ηλεκτρονίου.

Το έργο του μιτοχονδρίου αποτελείται από μια σταδιακή μεταφορά ενέργειας ηλεκτρονίων υδρογόνου μεταξύ ατόμων μετάλλου που υπάρχουν σε ομάδες πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων της αναπνευστικής αλυσίδας (αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων πρωτεϊνών), όπου κάθε επόμενο σύμπλοκο έχει μεγαλύτερη συγγένεια για το ηλεκτρόνιο, προσελκύοντάς το από το προηγούμενο, μέχρι το ηλεκτρόνιο να μην συνδυαστεί με το μοριακό οξυγόνο, το οποίο έχει την υψηλότερη συγγένεια ηλεκτρονίων.

Κάθε φορά που ένα ηλεκτρόνιο μεταφέρεται κατά μήκος ενός κυκλώματος, απελευθερώνεται ενέργεια η οποία συσσωρεύεται με τη μορφή ηλεκτροχημικής βαθμίδας και στη συνέχεια πραγματοποιείται με τη μορφή μυϊκής συστολής και παραγωγής θερμότητας.

Μια σειρά οξειδωτικών διεργασιών στα μιτοχόνδρια που επιτρέπουν τη μεταφορά του ενεργειακού δυναμικού ενός ηλεκτρονίου ονομάζεται "ενδοκυτταρική αναπνοή"ή συχνά "αλυσίδα αναπνοής", αφού το ηλεκτρόνιο μεταφέρεται κατά μήκος της αλυσίδας από άτομο σε άτομο μέχρι να φτάσει στον τελικό προορισμό του, το άτομο οξυγόνου.

Τα μιτοχόνδρια χρειάζονται οξυγόνο για να μεταφέρουν ενέργεια μέσω της διαδικασίας της οξείδωσης.

Τα μιτοχόνδρια καταναλώνουν έως και το 80% του οξυγόνου που εισπνέουμε.

Τα μιτοχόνδρια είναι μια μόνιμη κυτταρική δομή που βρίσκεται στο κυτταρόπλασμά τους. Το μέγεθος ενός μιτοχονδρίου είναι συνήθως μεταξύ 0,5 και 1 μm σε διάμετρο. Έχει κοκκώδη δομή σε σχήμα και μπορεί να καταλάβει έως και το 20% του όγκου των κυττάρων. Αυτή η μόνιμη οργανική δομή ενός κυττάρου ονομάζεται οργανίδιο. Τα οργανίδια περιλαμβάνουν επίσης μυοϊνίδια - τις συσταλτικές μονάδες του μυϊκού κυττάρου. και ο πυρήνας του κυττάρου είναι επίσης ένα οργανίδιο. Γενικά, οποιαδήποτε μόνιμη κυτταρική δομή είναι ένα οργανίδιο.

Τα μιτοχόνδρια ανακαλύφθηκαν και περιγράφηκαν για πρώτη φορά από τον Γερμανό ανατόμο και ιστολόγο Richard Altmann το 1894, και το όνομα αυτού του οργανιδίου δόθηκε από έναν άλλο Γερμανό ιστολόγο K. Bend το 1897. Αλλά μόνο το 1920, πάλι, ο Γερμανός βιοχημικός Otto Wagburg, απέδειξε ότι οι διαδικασίες της κυτταρικής αναπνοής συνδέονται με τα μιτοχόνδρια.

Υπάρχει μια θεωρία σύμφωνα με την οποία τα μιτοχόνδρια εμφανίστηκαν ως αποτέλεσμα της σύλληψης από πρωτόγονα κύτταρα, κύτταρα που τα ίδια δεν μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν οξυγόνο για να παράγουν ενέργεια, βακτηρίων πρωτογενών που μπορούσαν να το κάνουν αυτό. Ακριβώς επειδή το μιτοχόνδριο ήταν προηγουμένως ένας ξεχωριστός ζωντανός οργανισμός, έχει ακόμα το δικό του DNA.

Τα μιτοχόνδρια αντιπροσώπευαν προηγουμένως έναν ανεξάρτητο ζωντανό οργανισμό.

Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, οι προγενώτες μετέφεραν πολλά από τα γονίδιά τους στον σχηματισμένο πυρήνα, χάρη στην αυξημένη ενεργειακή απόδοση, και έπαψαν να είναι ανεξάρτητοι οργανισμοί. Τα μιτοχόνδρια υπάρχουν σε όλα τα κύτταρα. Ακόμη και το σπέρμα έχει μιτοχόνδρια. Χάρη σε αυτά τίθεται σε κίνηση η ουρά του σπέρματος, η οποία εκτελεί την κίνησή του. Αλλά υπάρχουν ιδιαίτερα πολλά μιτοχόνδρια σε εκείνα τα μέρη όπου απαιτείται ενέργεια για οποιεσδήποτε διαδικασίες ζωής. Και αυτά είναι, φυσικά, πρωτίστως μυϊκά κύτταρα.

Στα μυϊκά κύτταρα, τα μιτοχόνδρια μπορούν να συνδυαστούν σε ομάδες γιγάντιων διακλαδισμένων μιτοχονδρίων που συνδέονται μεταξύ τους μέσω διαμιτοχονδριακών επαφών, στις οποίες να δημιουργήσουν ένα συνεκτικό λειτουργικό συνεταιριστικό σύστημα. Ο χώρος σε μια τέτοια ζώνη έχει αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων. Νέα μιτοχόνδρια σχηματίζονται με απλή διαίρεση προηγούμενων οργανιδίων. Ο πιο «απλός» μηχανισμός παροχής ενέργειας που είναι διαθέσιμος σε όλα τα κύτταρα ονομάζεται πιο συχνά γενική έννοιαγλυκόλυση

Αυτή είναι η διαδικασία της διαδοχικής αποσύνθεσης της γλυκόζης σε πυροσταφυλικό οξύ. Εάν συμβεί αυτή η διαδικασία χωρίς τη συμμετοχή μοριακού οξυγόνουή με ανεπαρκή παρουσία, τότε καλείται αναερόβια γλυκόλυση. Σε αυτή την περίπτωση, η γλυκόζη δεν διασπάται σε τελικά προϊόντα, αλλά σε γαλακτικό και πυροσταφυλικό οξύ, το οποίο στη συνέχεια υφίσταται περαιτέρω μετασχηματισμούς κατά τη ζύμωση. Επομένως, η εκλυόμενη ενέργεια είναι μικρότερη, αλλά ο ρυθμός παραγωγής ενέργειας είναι ταχύτερος. Ως αποτέλεσμα της αναερόβιας γλυκόλυσης, από ένα μόριο γλυκόζης το κύτταρο λαμβάνει 2 μόρια ATP και 2 μόρια γαλακτικού οξέος. Αυτή η «βασική» ενεργειακή διαδικασία μπορεί να συμβεί μέσα σε οποιοδήποτε κύτταρο. χωρίς τη συμμετοχή μιτοχονδρίων.

ΣΕ παρουσία μοριακού οξυγόνουπραγματοποιείται εντός των μιτοχονδρίων αερόβια γλυκόλυσηεντός της αναπνευστικής αλυσίδας. Το πυροσταφυλικό οξύ υπό αερόβιες συνθήκες εμπλέκεται στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος ή στον κύκλο του Krebs. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας πολλαπλών σταδίων, σχηματίζονται 36 μόρια ATP από ένα μόριο γλυκόζης. Η σύγκριση του ενεργειακού ισοζυγίου ενός κυττάρου με ανεπτυγμένα μιτοχόνδρια και κύτταρα όπου δεν έχουν αναπτυχθεί δείχνει(με αρκετό οξυγόνο) η διαφορά στην πλήρη χρήση της ενέργειας της γλυκόζης μέσα στο κύτταρο είναι σχεδόν 20 φορές!

Στον άνθρωπο, ίνες σκελετικοί μύεςΜπορώ υπό όρουςχωρίζεται σε τρεις τύπους με βάση τις μηχανικές και μεταβολικές ιδιότητες: - αργό οξειδωτικό. - γρήγορο γλυκολυτικό - γρήγορο οξειδωτικό-γλυκολυτικό.

Γρήγορες μυϊκές ίνεςΣχεδιασμένο για γρήγορη και σκληρή δουλειά. Για τη μείωσή τους χρησιμοποιούν κυρίως γρήγορες πηγές ενέργειας, δηλαδή φωσφορική κριτίνη και αναερόβια γλυκόλυση. Η περιεκτικότητα σε μιτοχόνδρια σε αυτούς τους τύπους ινών είναι σημαντικά μικρότερη από ό,τι στις μυϊκές ίνες βραδείας συστολής.

Αργή μυϊκές ίνεςεκτελούν αργές συσπάσεις, αλλά είναι σε θέση να εργαστούν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Χρησιμοποιούν την αερόβια γλυκόλυση και την ενεργειακή σύνθεση από λίπη ως ενέργεια. Αυτό παρέχει πολύ περισσότερη ενέργεια από την αναερόβια γλυκόλυση, αλλά απαιτεί περισσότερο χρόνο σε αντάλλαγμα, καθώς η αλυσίδα της αποικοδόμησης της γλυκόζης είναι πιο περίπλοκη και απαιτεί την παρουσία οξυγόνου, η μεταφορά του οποίου στη θέση μετατροπής ενέργειας απαιτεί επίσης χρόνο. Οι αργές μυϊκές ίνες ονομάζονται κόκκινες λόγω της μυοσφαιρίνης, μιας πρωτεΐνης που είναι υπεύθυνη για την παροχή οξυγόνου στις ίνες. Οι μυϊκές ίνες βραδείας συστολής περιέχουν σημαντικό αριθμό μιτοχονδρίων.

Τίθεται το ερώτημα: πώς και με τη βοήθεια ποιων ασκήσεων μπορεί να αναπτυχθεί ένα διακλαδισμένο δίκτυο μιτοχονδρίων στα μυϊκά κύτταρα; Υπάρχουν διάφορες θεωρίες και μέθοδοι εκπαίδευσης και σχετικά με αυτές στο υλικό για.

Ειδικές δομές - τα μιτοχόνδρια - παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή κάθε κυττάρου. Η δομή των μιτοχονδρίων επιτρέπει στο οργανίδιο να λειτουργεί σε ημιαυτόνομο τρόπο.

γενικά χαρακτηριστικά

Τα μιτοχόνδρια ανακαλύφθηκαν το 1850. Ωστόσο, κατέστη δυνατή η κατανόηση της δομής και του λειτουργικού σκοπού των μιτοχονδρίων μόνο το 1948.

Λόγω του μάλλον μεγάλου μεγέθους τους, τα οργανίδια είναι καθαρά ορατά σε ένα μικροσκόπιο φωτός. Το μέγιστο μήκος είναι 10 μικρά, η διάμετρος δεν υπερβαίνει το 1 μικρό.

Τα μιτοχόνδρια υπάρχουν σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Πρόκειται για οργανίδια διπλής μεμβράνης, συνήθως σε σχήμα φασολιού. Τα μιτοχόνδρια βρίσκονται επίσης σε σφαιρικά, νηματώδη και σπειροειδή σχήματα.

Ο αριθμός των μιτοχονδρίων μπορεί να ποικίλλει σημαντικά. Για παράδειγμα, υπάρχουν περίπου χίλια από αυτά στα ηπατικά κύτταρα και 300 χιλιάδες στα ωάρια. Τα φυτικά κύτταρα περιέχουν λιγότερα μιτοχόνδρια από τα ζωικά κύτταρα.

TOP 4 άρθραπου διαβάζουν μαζί με αυτό

Ρύζι. 1. Η θέση των μιτοχονδρίων στο κύτταρο.

Τα μιτοχόνδρια είναι πλαστικά. Αλλάζουν σχήμα και μετακινούνται στα ενεργά κέντρα του κυττάρου. Τυπικά, υπάρχουν περισσότερα μιτοχόνδρια σε εκείνα τα κύτταρα και τα μέρη του κυτταροπλάσματος όπου η ανάγκη για ATP είναι μεγαλύτερη.

Δομή

Κάθε μιτοχόνδριο διαχωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με δύο μεμβράνες. Η εξωτερική μεμβράνη είναι λεία. Η δομή της εσωτερικής μεμβράνης είναι πιο περίπλοκη. Σχηματίζει πολυάριθμες πτυχώσεις - cristae, που αυξάνουν τη λειτουργική επιφάνεια. Ανάμεσα στις δύο μεμβράνες υπάρχει ένας χώρος 10-20 nm γεμάτος με ένζυμα. Μέσα στο οργανίδιο υπάρχει μια μήτρα - μια ουσία που μοιάζει με γέλη.

Ρύζι. 2. Εσωτερική δομήμιτοχόνδρια.

Ο πίνακας «Δομή και λειτουργίες των μιτοχονδρίων» περιγράφει λεπτομερώς τα συστατικά του οργανιδίου.

*Χημική ένωση*	*Περιγραφή*	*Λειτουργίες*
Εξωτερική μεμβράνη	Αποτελείται από λιπίδια. Περιέχει ένας μεγάλος αριθμός απόπρωτεΐνη πορίνης, η οποία σχηματίζει υδρόφιλα σωληνάρια. Ολόκληρη η εξωτερική μεμβράνη είναι διαποτισμένη από πόρους μέσω των οποίων μόρια ουσιών εισέρχονται στα μιτοχόνδρια. Περιέχει επίσης ένζυμα που εμπλέκονται στη σύνθεση των λιπιδίων	Προστατεύει το οργανίδιο, προάγει τη μεταφορά ουσιών
	Βρίσκονται κάθετα στον μιτοχονδριακό άξονα. Μπορεί να μοιάζουν με πλάκες ή σωλήνες. Ο αριθμός των κριστών ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου. Υπάρχουν τρεις φορές περισσότερες από αυτές στα κύτταρα της καρδιάς από ότι στα κύτταρα του ήπατος. Περιέχει φωσφολιπίδια και πρωτεΐνες τριών τύπων: Καταλυτική - συμμετοχή σε οξειδωτικές διεργασίες. Ενζυματικό - συμμετέχουν στο σχηματισμό του ATP. Μεταφορά - μεταφορά μορίων από τη μήτρα προς τα έξω και πίσω	Πραγματοποιεί το δεύτερο στάδιο της αναπνοής χρησιμοποιώντας την αναπνευστική αλυσίδα. Συμβαίνει οξείδωση του υδρογόνου, παράγοντας 36 μόρια ATP και νερό
	Αποτελείται από ένα μείγμα ενζύμων, λιπαρών οξέων, πρωτεϊνών, RNA, μιτοχονδριακών ριβοσωμάτων. Εδώ βρίσκεται το DNA των μιτοχονδρίων.	Εκτελεί το πρώτο στάδιο της αναπνοής - τον κύκλο του Krebs, ως αποτέλεσμα του οποίου σχηματίζονται 2 μόρια ATP

Η κύρια λειτουργία των μιτοχονδρίων είναι η παραγωγή κυτταρικής ενέργειας με τη μορφή μορίων ATP λόγω της αντίδρασης οξειδωτικής φωσφορυλίωσης - κυτταρική αναπνοή.

Εκτός από τα μιτοχόνδρια, τα φυτικά κύτταρα περιέχουν επιπλέον ημιαυτόνομα οργανίδια - πλαστίδια.
Ανάλογα με τον λειτουργικό σκοπό, διακρίνονται τρεις τύποι πλαστιδίων:

χρωμοπλάστες - συσσωρεύουν και αποθηκεύουν χρωστικές ουσίες (καροτίνες) διαφορετικών αποχρώσεων που δίνουν χρώμα στα λουλούδια των φυτών.
λευκοπλάστες - αποθηκεύω ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιεςάμυλο, για παράδειγμα, σε μορφή κόκκων και κόκκων.
χλωροπλάστες - τα πιο σημαντικά οργανίδια που περιέχουν την πράσινη χρωστική ουσία (χλωροφύλλη), που δίνει χρώμα στα φυτά, και πραγματοποιούν φωτοσύνθεση.

Ρύζι. 3. Πλασίδια.

Τι μάθαμε;

Εξετάσαμε τα δομικά χαρακτηριστικά των μιτοχονδρίων - οργανιδίων διπλής μεμβράνης που εκτελούν την κυτταρική αναπνοή. Η εξωτερική μεμβράνη αποτελείται από πρωτεΐνες και λιπίδια και μεταφέρει ουσίες. Η εσωτερική μεμβράνη σχηματίζει πτυχές - cristae, στις οποίες συμβαίνει οξείδωση υδρογόνου. Τα cristae περιβάλλονται από μια μήτρα - μια ουσία που μοιάζει με γέλη στην οποία λαμβάνουν χώρα ορισμένες από τις αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής. Η μήτρα περιέχει μιτοχονδριακό DNA και RNA.

Δοκιμή για το θέμα

Αξιολόγηση της έκθεσης

Μέση βαθμολογία: 4.4. Συνολικές βαθμολογίες που ελήφθησαν: 82.

Μιτοχόνδρια

Τα μιτοχόνδρια ανακαλύφθηκαν σε ζωικά κύτταρα το 1882 και σε φυτά μόλις το 1904 (στους ανθήρες των νούφαρων). Οι βιολογικές λειτουργίες καθορίστηκαν μετά από απομόνωση και καθαρισμό του κλάσματος με κλασματική φυγοκέντρηση. Περιέχουν 70% πρωτεΐνη και περίπου 30% λιπίδια, μικρή ποσότητα RNA και DNA, βιταμίνες A, B6, B12, K, E, φολικό και παντοθενικό οξύ, ριβοφλαβίνη και διάφορα ένζυμα. Τα μιτοχόνδρια έχουν διπλή μεμβράνη, η εξωτερική απομονώνει το οργανίδιο από το κυτταρόπλασμα και η εσωτερική σχηματίζει cristae. Ολόκληρος ο χώρος μεταξύ των μεμβρανών είναι γεμάτος με μήτρα (Εικ. 13).

Η κύρια λειτουργία των μιτοχονδρίων είναι η συμμετοχή στην κυτταρική αναπνοή. Ο ρόλος των μιτοχονδρίων στην αναπνοή καθιερώθηκε το 1950-1951. Το σύνθετο σύστημα ενζύμων του κύκλου Krebs συγκεντρώνεται στις εξωτερικές μεμβράνες. Όταν οξειδωθούν τα υποστρώματα της αναπνοής, απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία συσσωρεύεται αμέσως στα προκύπτοντα μόρια του ADP και κυρίως του ATP κατά τη διαδικασία της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης που συμβαίνει στους κρύστες. Η ενέργεια που αποθηκεύεται σε ενώσεις υψηλής ενέργειας χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να ικανοποιήσει όλες τις ανάγκες του κυττάρου.

Ο σχηματισμός μιτοχονδρίων σε ένα κύτταρο συμβαίνει συνεχώς από μικροσώματα η εμφάνισή τους συνδέεται συχνότερα με τη διαφοροποίηση των μεμβρανικών δομών του κυττάρου. Μπορούν να αποκατασταθούν στο κελί με διαίρεση και εκβλάστηση. Τα μιτοχόνδρια δεν έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής.

Τα μιτοχόνδρια είναι οι σταθμοί «δύναμης» του κυττάρου. Συγκεντρώνουν ενέργεια, η οποία αποθηκεύεται σε ενεργειακούς «συσσωρευτές» - μόρια ATP, και δεν διαχέεται στο κύτταρο. Η παραβίαση της μιτοχονδριακής δομής οδηγεί σε διαταραχή της αναπνευστικής διαδικασίας και, τελικά, σε παθολογία του σώματος.

Συσκευή Golgi.Συσκευή Golgi(συνώνυμο - δικτυοσώματα) είναι στοίβες από 3-12 πεπλατυσμένους, κλειστούς δίσκους που περιβάλλονται από μια διπλή μεμβράνη, που ονομάζεται cisternae, από τις άκρες της οποίας είναι δεμένα πολυάριθμα κυστίδια (300-500). Το πλάτος των δεξαμενών είναι 6-90 A, το πάχος των μεμβρανών είναι 60-70 A.

Η συσκευή Golgi είναι το κέντρο για τη σύνθεση, τη συσσώρευση και την απελευθέρωση πολυσακχαριτών, ιδιαίτερα της κυτταρίνης, και εμπλέκεται στη διανομή και την ενδοκυτταρική μεταφορά πρωτεϊνών, καθώς και στο σχηματισμό κενοτοπίων και λυσοσωμάτων. Στα φυτικά κύτταρα, ήταν δυνατό να εντοπιστεί η συμμετοχή της συσκευής Golgi στην ανάδυση της μεσαίας πλάκας και στην ανάπτυξη της κυτταρικής μεμβράνης πηκτοκυτταρίνης.

Η συσκευή Golgi αναπτύχθηκε περισσότερο κατά τη διάρκεια της περιόδου ενεργό ζωήκύτταρα. Καθώς γερνάει, σταδιακά ατροφεί και στη συνέχεια εξαφανίζεται.

Λυσοσώματα.Λυσοσώματα- μάλλον μικρά (διαμέτρου περίπου 0,5 microns) στρογγυλεμένα σώματα. Καλύπτονται με μια πρωτεϊνο-λιποειδή μεμβράνη. Τα λυσοσώματα περιέχουν πολυάριθμα υδρολυτικά ένζυμα που εκτελούν τη λειτουργία της ενδοκυτταρικής πέψης (λύσης) πρωτεϊνικών μακρομορίων, νουκλεϊκών οξέων και πολυσακχαριτών. Η κύρια λειτουργία τους είναι η πέψη μεμονωμένων τμημάτων του πρωτοπλάστη του κυττάρου (αυτοφαγία - αυτοκαταβροχθισμός). Αυτή η διαδικασία συμβαίνει μέσω φαγοκυττάρωσης ή πινοκυττάρωσης. Ο βιολογικός ρόλος αυτής της διαδικασίας είναι διπλός. Πρώτον, είναι προστατευτικό, καθώς κατά τη διάρκεια μιας προσωρινής έλλειψης εφεδρικών προϊόντων, το κύτταρο διατηρεί τη ζωή λόγω πρωτεϊνών και άλλων ουσιών, και δεύτερον, υπάρχει απελευθέρωση από περίσσεια ή φθαρμένα οργανίδια (πλαστίδια, μιτοχόνδρια κ.λπ.). Η μεμβράνη του λυσοσώματος εμποδίζει την απελευθέρωση ενζύμων στο κυτταρόπλασμα, διαφορετικά θα πέπτονταν όλα από αυτά τα ένζυμα.

Σε ένα νεκρό κύτταρο, τα λυσοσώματα καταστρέφονται, τα ένζυμα καταλήγουν στο κύτταρο και όλο το περιεχόμενό του αφομοιώνεται. Το μόνο που μένει είναι το κέλυφος πηκτοκυτταρίνης.

Τα λυσοσώματα είναι προϊόντα της δραστηριότητας της συσκευής Golgi, κυστίδια που αποσπώνται από αυτήν, στα οποία αυτό το οργανίδιο συσσώρευσε πεπτικά ένζυμα.

Σφαιροσώματα- στρογγυλά πρωτεϊνικά-λιποειδή σώματα 0,3-0,4 microns. Κατά πάσα πιθανότητα, είναι παράγωγα της συσκευής Golgi ή του ενδοπλασματικού δικτύου. Μοιάζουν με λυσοσώματα σε σχήμα και μέγεθος. Δεδομένου ότι τα σφαιροσώματα περιέχουν όξινη φωσφατάση, πιθανότατα σχετίζονται με τα λυσοσώματα. Ορισμένοι συγγραφείς πιστεύουν ότι τα σφαιροσώματα και τα λυσοσώματα είναι ισοδύναμα μεταξύ τους, αλλά πιθανότατα μόνο ως προς την προέλευση και τη μορφή. Υπάρχει μια υπόθεση για τη συμμετοχή τους στη σύνθεση των λιπών (A. Frey-Wissling).

Ριβοσώματα- πολύ μικρά οργανίδια, η διάμετρός τους είναι περίπου 250Α, έχουν σχεδόν σφαιρικό σχήμα. Μερικά από αυτά συνδέονται με τις εξωτερικές μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου, μερικά από αυτά βρίσκονται σε ελεύθερη κατάσταση στο κυτταρόπλασμα. Ένα κύτταρο μπορεί να περιέχει έως και 5 εκατομμύρια ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα βρίσκονται σε χλωροπλάστες και μιτοχόνδρια, όπου συνθέτουν μέρος των πρωτεϊνών από τις οποίες είναι χτισμένα αυτά τα οργανίδια και τα ένζυμα που λειτουργούν σε αυτά.

Η κύρια λειτουργία είναι η σύνθεση συγκεκριμένων πρωτεϊνών σύμφωνα με πληροφορίες που προέρχονται από τον πυρήνα. Η σύνθεσή τους: πρωτεΐνη και ριβοσωμικό ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) σε ίσες αναλογίες. Η δομή τους είναι μικρές και μεγάλες υπομονάδες που σχηματίζονται από ριβονουκλεοτίδιο.

Μικροσωληνίσκοι.Μικροσωληνίσκοι- ιδιόμορφα παράγωγα του ενδοπλασματικού δικτύου. Βρίσκεται σε πολλά κύτταρα. Το ίδιο το όνομά τους μιλάει για το σχήμα τους - ένας ή δύο παράλληλοι σωλήνες με μια κοιλότητα μέσα. Εξωτερική διάμετρος εντός 250Α. Τα τοιχώματα των μικροσωληνίσκων αποτελούνται από μόρια πρωτεΐνης. Οι μικροσωληνίσκοι σχηματίζουν νημάτια ατράκτου κατά την κυτταρική διαίρεση.

Πυρήνας

Ο πυρήνας ανακαλύφθηκε σε φυτικό κύτταρο από τον R. Brown το 1831. Βρίσκεται στο κέντρο του κυττάρου ή κοντά στην κυτταρική μεμβράνη, αλλά περιβάλλεται από όλες τις πλευρές από το κυτταρόπλασμα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, υπάρχει ένας πυρήνας ανά κύτταρο, αρκετοί πυρήνες βρίσκονται στα κύτταρα ορισμένων φυκών και μυκήτων. Τα πράσινα φύκια με μη κυτταρική δομή έχουν εκατοντάδες πυρήνες. Πολυπύρηνα κύτταρα μη αρθρωτών πλατιωτών. Δεν υπάρχουν πυρήνες στα κύτταρα των βακτηρίων και των γαλαζοπράσινων φυκών.

Το σχήμα του πυρήνα είναι τις περισσότερες φορές κοντά στο σχήμα μιας σφαίρας ή μιας έλλειψης. Εξαρτάται από το σχήμα, την ηλικία και τη λειτουργία του κυττάρου. Σε ένα μερισματικό κύτταρο, ο πυρήνας είναι μεγάλος, στρογγυλό σχήμα και καταλαμβάνει τα 3/4 του όγκου του κυττάρου. Στα παρεγχυματικά κύτταρα της επιδερμίδας, που έχουν μεγάλο κεντρικό κενοτόπιο, ο πυρήνας έχει φακοειδές σχήμα και μετακινείται μαζί με το κυτταρόπλασμα στην περιφέρεια του κυττάρου. Αυτό είναι σημάδι ενός εξειδικευμένου, αλλά ήδη γερασμένου κυττάρου. Ένα κύτταρο χωρίς πυρήνα μπορεί μόνο να ζήσει για λίγο. Τα κύτταρα σωληναρίου κόσκινου χωρίς πυρήνα είναι ζωντανά κύτταρα, αλλά δεν ζουν πολύ. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, τα πυρηνικά κύτταρα είναι νεκρά.

Ο πυρήνας έχει ένα διπλό κέλυφος, μέσα από τους πόρους στους οποίους το περιεχόμενο
οι πυρήνες (νουκλεόπλασμα) μπορούν να επικοινωνούν με το περιεχόμενο του κυτταροπλάσματος. Οι μεμβράνες της πυρηνικής μεμβράνης είναι εξοπλισμένες με ριβοσώματα και επικοινωνούν με τις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου του κυττάρου. Το νουκλεόπλασμα περιέχει έναν ή δύο πυρήνες και χρωμοσώματα. Το Nucleoplasm είναι ένα κολλοειδές σύστημα κολλοειδούς διαλύματος, που θυμίζει πυκνωμένη ζελατίνη σε συνοχή. Ο πυρήνας, σύμφωνα με εγχώριους βιοχημικούς (Zbarsky I.B. et al.), περιέχει τέσσερα κλάσματα πρωτεϊνών: απλές πρωτεΐνες - σφαιρίνες 20%, δεοξυριβονουκλεοπρωτεΐνες - 70%, όξινες πρωτεΐνες - 6% και υπολειμματικές πρωτεΐνες 4%. Εντοπίζονται στις ακόλουθες πυρηνικές δομές: πρωτεΐνες DNA (αλκαλικές πρωτεΐνες) - σε χρωμοσώματα, πρωτεΐνες RNA (όξινες πρωτεΐνες) - σε πυρήνες, εν μέρει σε χρωμοσώματα (κατά τη σύνθεση του αγγελιαφόρου RNA) και στην πυρηνική μεμβράνη. Οι σφαιρίνες αποτελούν τη βάση του πυρηνοπλάσματος. Οι υπολειμματικές πρωτεΐνες (η φύση δεν καθορίζεται) σχηματίζουν την πυρηνική μεμβράνη.

Ο κύριος όγκος των πυρηνικών πρωτεϊνών είναι σύνθετες αλκαλικές δεοξυριβονουκλεοπρωτεΐνες, οι οποίες βασίζονται στο DNA.

μόριο DNA.μόριο DNA– πολυνουκλεοτίδιο και αποτελείται από νουκλεοτίδια. Ένα νουκλεοτίδιο αποτελείται από τρία συστατικά: ένα μόριο σακχάρου (δεοξυριβόζη), ένα μόριο αζωτούχου βάσης και μόρια φωσφορικού οξέος. Η δεοξυριβόζη συνδέεται με μια αζωτούχα βάση με έναν γλυκοσιδικό δεσμό και με το φωσφορικό οξύ με έναν εστερικό δεσμό. Το DNA περιέχει διάφορους συνδυασμούςΥπάρχουν μόνο 4 τύποι νουκλεοτιδίων, που διαφέρουν μεταξύ τους σε αζωτούχες βάσεις. Δύο από αυτά (αδενίνη και γουανίνη) ανήκουν σε αζωτούχες ενώσεις πουρίνης και η κυτοσίνη και η θυμίνη ανήκουν σε ενώσεις πυριμιδίνης. Τα μόρια DNA δεν βρίσκονται σε ένα επίπεδο, αλλά αποτελούνται από δύο ελικοειδείς κλώνους, δηλ. δύο παράλληλες αλυσίδες στριμμένες η μία γύρω από την άλλη σχηματίζουν ένα μόριο DNA. Συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ αζωτούχων βάσεων, με τις πουρινικές βάσεις της μιας αλυσίδας να συνδέονται με τις βάσεις πυριμιδίνης της άλλης (Εικ. 14). Η δομή και η χημεία του μορίου του DNA ανακαλύφθηκε από Άγγλους (Crick) και Αμερικανούς (Watson) επιστήμονες και δημοσιοποιήθηκαν το 1953. Αυτή η στιγμή θεωρείται ότι είναι η αρχή της ανάπτυξης της μοριακής γενετικής. Το μοριακό βάρος του DNA είναι 4-8 εκατομμύρια Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων (. διάφορες επιλογές) έως 100 χιλιάδες. Το μόριο DNA είναι πολύ σταθερό, η σταθερότητά του εξασφαλίζεται από το γεγονός ότι σε όλο το μήκος έχει το ίδιο πάχος - 20Α (8Α - το πλάτος της βάσης πυριμιδίνης + 12Α - το πλάτος της βάσης πουρίνης). Εάν εισαχθεί ραδιενεργός φώσφορος στο σώμα, η ετικέτα θα ανιχνευθεί σε όλες τις ενώσεις που περιέχουν φώσφορο εκτός από το DNA (Levi, Sikewitz).

Τα μόρια του DNA είναι φορείς κληρονομικότητας, γιατί Η δομή τους κωδικοποιεί πληροφορίες για τη σύνθεση συγκεκριμένων πρωτεϊνών που καθορίζουν τις ιδιότητες του οργανισμού. Αλλαγές μπορεί να συμβούν υπό την επίδραση μεταλλαξογόνων παραγόντων (ραδιενεργή ακτινοβολία, ισχυροί χημικοί παράγοντες - αλκαλοειδή, αλκοόλες κ.λπ.).

μόριο RNA.Μόρια ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA).σημαντικά λιγότερα μόρια DNA. Αυτές είναι απλές αλυσίδες νουκλεοτιδίων. Υπάρχουν τρεις τύποι RNA: ριβοσωμικό, το μεγαλύτερο, που σχηματίζει πολυάριθμους βρόχους, πληροφορίες (πρότυπο) και μεταφορά, το συντομότερο. Το ριβοσωμικό RNA εντοπίζεται στα ριβοσώματα του ενδοπλασματικού δικτύου και αποτελεί το 85% του συνολικού RNA του κυττάρου.

Το αγγελιοφόρο RNA στη δομή του μοιάζει με φύλλο τριφυλλιού. Η ποσότητα του είναι 5% του συνολικού RNA του κυττάρου. Συντίθεται στους πυρήνες. Η συναρμολόγησή του συμβαίνει στα χρωμοσώματα κατά τη διάρκεια της μεσόφασης. Η κύρια λειτουργία του είναι η μεταφορά πληροφοριών από το DNA στα ριβοσώματα, όπου λαμβάνει χώρα η πρωτεϊνοσύνθεση.

Το RNA μεταφοράς, όπως έχει πλέον καθιερωθεί, είναι μια ολόκληρη οικογένεια ενώσεων που σχετίζονται με τη δομή και τη βιολογική τους λειτουργία. Καθε ζωντανό κύτταροσύμφωνα με μια πρόχειρη εκτίμηση, περιέχει 40-50 μεμονωμένα RNA μεταφοράς και τους συνολικός αριθμόςστη φύση, αν λάβουμε υπόψη τις διαφορές των ειδών, είναι τεράστιο. (Ακαδημαϊκός V. Engelhardt). Ονομάζονται μεταφορά επειδή τα μόριά τους εμπλέκονται σε υπηρεσίες μεταφοράς για την ενδοκυτταρική διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης. Συνδυάζοντας με ελεύθερα αμινοξέα, τα παραδίδουν στα ριβοσώματα της αλυσίδας πρωτεΐνης που χτίζεται. Αυτά είναι τα μικρότερα μόρια RNA, που αποτελούνται κατά μέσο όρο από 80 νουκλεοτίδια. Εντοπίζεται στην κυτταροπλασματική μήτρα και αποτελεί περίπου το 10% του κυτταρικού RNA

Το RNA περιέχει τέσσερις αζωτούχες βάσεις, αλλά σε αντίθεση με το DNA, το μόριο RNA περιέχει ουρακίλη αντί για θυμίνη.

Δομή των χρωμοσωμάτων.Τα χρωμοσώματα ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στα τέλη του 19ου αιώνα από τους κλασικούς της κυτταρολογίας Fleming και Strasburger (1882, 1884) και ο Ρώσος ερευνητής κυττάρων I.D. Ο Chistyakov τα ανακάλυψε το 1874.

Βασικός δομικό στοιχείοχρωματισμός - πυρήνας. Εχουν διαφορετικό σχήμα. Αυτά είναι είτε ίσιες είτε καμπύλες ράβδοι, οβάλ σώματα, μπάλες, τα μεγέθη των οποίων ποικίλλουν.

Ανάλογα με τη θέση του κεντρομερούς, διακρίνονται τα ευθύγραμμα, ίσα και άνισα χρωμοσώματα. Η εσωτερική δομή των χρωμοσωμάτων φαίνεται στο Σχ. 15, 16. Πρέπει να σημειωθεί ότι η δεοξυριβονουκλεοπρωτεΐνη είναι μονομερές του χρωμοσώματος.

Το χρωμόσωμα περιέχει 90-92% δεοξυριβονουκλεοπρωτεΐνες, εκ των οποίων το 45% είναι DNA και το 55% πρωτεΐνη (ιστόνη). Το χρωμόσωμα περιέχει επίσης μικρές ποσότητες RNA (αγγελιοφόρος).

Τα χρωμοσώματα έχουν επίσης μια σαφώς καθορισμένη εγκάρσια δομή - την παρουσία παχύρρευστων περιοχών - δίσκους, που το 1909. ονομάζονταν γονίδια. Αυτός ο όρος προτάθηκε από τον Δανό επιστήμονα Johansen. Το 1911, ο Αμερικανός επιστήμονας Morgan απέδειξε ότι τα γονίδια είναι οι κύριες κληρονομικές μονάδες και κατανέμονται στα χρωμοσώματα με γραμμική σειρά και, επομένως, το χρωμόσωμα έχει ποιοτικά διαφορετικά τμήματα. Το 1934, ο Αμερικανός επιστήμονας Paynter απέδειξε την ασυνέχεια της μορφολογικής δομής των χρωμοσωμάτων και την παρουσία δίσκων στα χρωμοσώματα και οι δίσκοι είναι μέρη όπου συσσωρεύεται DNA. Αυτό χρησίμευσε ως η αρχή της δημιουργίας χρωμοσωμικών χαρτών, οι οποίοι έδειχναν τη θέση (τόπο) του γονιδίου που καθορίζει ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό του οργανισμού. Ένα γονίδιο είναι ένα τμήμα μιας διπλής έλικας DNA που περιέχει πληροφορίες για τη δομή μιας μοναδικής πρωτεΐνης. Αυτό είναι ένα τμήμα του μορίου του DNA που καθορίζει τη σύνθεση ενός μορίου πρωτεΐνης. Το DNA δεν εμπλέκεται άμεσα στη σύνθεση πρωτεϊνών. Περιέχει και αποθηκεύει μόνο πληροφορίες σχετικά με τη δομή της πρωτεΐνης.

Η δομή του DNA, που αποτελείται από πολλές χιλιάδες διαδοχικά τοποθετημένα 4 νουκλεοτίδια, είναι ο κώδικας της κληρονομικότητας.

Κωδικός κληρονομικότητας. Πρωτεϊνοσύνθεση.Το πρώτο μήνυμα για τον κώδικα του DNA έγινε από τον Αμερικανό βιοχημικό Nirenberg το 1961 στη Μόσχα στο διεθνές βιοχημικό συνέδριο. Η ουσία του κώδικα DNA είναι η εξής. Κάθε αμινοξύ αντιστοιχεί σε ένα τμήμα μιας αλυσίδας DNA που αποτελείται από τρία γειτονικά νουκλεοτίδια (τριπλές). Έτσι, για παράδειγμα, ένα τμήμα που αποτελείται από Τ-Τ-Τ (μια τριάδα από 3 νουκλεοτίδια που περιέχουν θυμίνη) αντιστοιχεί στο αμινοξύ λυσίνη, μια τριάδα Α (αδενίνη) - Γ (κυτοσίνη) - Α (αδενίνη) - κυστεΐνη κ.λπ. Ας υποθέσουμε ότι ένα γονίδιο αντιπροσωπεύεται από μια αλυσίδα νουκλεοτιδίων διατεταγμένων με την ακόλουθη σειρά: A-C-A-T-T-T-A-A-C-C-A-A-G-G-G. Σπάζοντας αυτή τη σειρά σε τρίδυμα, μπορούμε αμέσως να αποκρυπτογραφήσουμε ποια αμινοξέα και με ποια σειρά θα βρίσκονται στη συντιθέμενη πρωτεΐνη.

Ο αριθμός των πιθανών συνδυασμών 4 διαθέσιμων νουκλεοτιδίων ανά τρία είναι 4×64. Με βάση αυτές τις σχέσεις, ο αριθμός των διαφορετικών τριδύμων είναι υπεραρκετός για να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση πολυάριθμων πρωτεϊνών που καθορίζουν τόσο τη δομή όσο και τις λειτουργίες του σώματος. Για τη σύνθεση πρωτεϊνών, ένα ακριβές αντίγραφο αυτής της πληροφορίας αποστέλλεται στα ριβοσώματα με τη μορφή αγγελιοφόρου RNA. Εκτός από το mRNA, εμπλέκεται στην αποκωδικοποίηση και τη σύνθεση μεγάλος αριθμόςμόρια διαφόρων ριβονουκλεϊκών οξέων μεταφοράς (tRNA), ριβοσωμάτων και ενός αριθμού ενζύμων. Καθένα από τα 20 αμινοξέα συνδέεται με το T-RNA - μόριο σε μόριο. Κάθε ένα από τα 20 αμινοξέα έχει το δικό του tRNA. Το tRNA έχει χημικές ομάδες που μπορούν να «αναγνωρίσουν» το αμινοξύ τους, επιλέγοντάς το από τα διαθέσιμα αμινοξέα. Αυτό συμβαίνει με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων. Έχοντας αναγνωρίσει το αμινοξύ του, το t-RNA συνδέεται με αυτό. Ένα ριβόσωμα είναι συνδεδεμένο στην αρχή της αλυσίδας (μορίου) του i-RNA, το οποίο, κινούμενο κατά μήκος του i-RNA, συνδέει μεταξύ τους σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα ακριβώς εκείνα τα αμινοξέα, η σειρά των οποίων είναι κρυπτογραφημένη από την αλληλουχία νουκλεοτιδίων αυτού του I-RNA. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα μόριο πρωτεΐνης, η σύνθεση του οποίου κωδικοποιείται σε ένα από τα γονίδια.

Πυρήνες- αναπόσπαστο δομικό μέρος του πυρήνα. Αυτά είναι σφαιρικά σώματα. Είναι πολύ μεταβλητά, αλλάζουν σχήμα και δομή, εμφανίζονται και εξαφανίζονται. Υπάρχουν ένα ή δύο από αυτά. Για κάθε φυτό συγκεκριμένο αριθμό. Οι πυρήνες εξαφανίζονται καθώς το κύτταρο προετοιμάζεται να διαιρεθεί και μετά να επανεμφανιστεί. φαίνεται να συμμετέχουν στη σύνθεση ριβονουκλεϊκών οξέων. Εάν ο πυρήνας καταστραφεί από μια εστιασμένη δέσμη ακτίνων Χ ή υπεριωδών ακτίνων, η κυτταρική διαίρεση καταστέλλεται.

Ο ρόλος του πυρήνα στη ζωή ενός κυττάρου.Ο πυρήνας χρησιμεύει ως το κέντρο ελέγχου του κυττάρου, κατευθύνει την κυτταρική δραστηριότητα και περιέχει φορείς κληρονομικότητας (γονίδια) που καθορίζουν τα χαρακτηριστικά ενός δεδομένου οργανισμού. Ο ρόλος του πυρήνα μπορεί να αποκαλυφθεί εάν, χρησιμοποιώντας μικροχειρουργικές τεχνικές, αφαιρεθεί από το κύτταρο και παρατηρηθούν οι συνέπειες αυτού. Μια σειρά πειραμάτων που αποδεικνύουν τον σημαντικό ρόλο του στη ρύθμιση της κυτταρικής ανάπτυξης διεξήχθη από τον Gemmerling στο μονοκύτταρο πράσινο φύκι Acetobularia. Αυτό το φύκι φτάνει σε ύψος τα 5 εκατοστά, μοιάζει με μανιτάρι και έχει κάτι σαν «ρίζες» και «πόδια». Τελειώνει στην κορυφή με ένα μεγάλο «καπέλο» σε σχήμα δίσκου. Το κύτταρο αυτού του φυκιού έχει έναν πυρήνα, που βρίσκεται στο βασικό τμήμα του κυττάρου.

Ο Hammerling διαπίστωσε ότι αν κοπεί το στέλεχος, το κάτω μέρος συνεχίζει να ζει και το καπάκι αναγεννάται πλήρως μετά την επέμβαση. Το πάνω μέρος, που στερείται τον πυρήνα, επιβιώνει για κάποιο χρονικό διάστημα, αλλά τελικά πεθαίνει χωρίς να μπορεί να αποκαταστήσει το κάτω μέρος. Ως εκ τούτου, ο πυρήνας της ακετοβουλάριας είναι απαραίτητος για τις μεταβολικές αντιδράσεις που υποκρύπτουν την ανάπτυξη.

Ο πυρήνας συμβάλλει στο σχηματισμό της κυτταρικής μεμβράνης. Αυτό μπορεί να καταδειχθεί από πειράματα με τα φύκια Voucheria και Spyrogyra. Απελευθερώνοντας το περιεχόμενο των κυττάρων από τα κομμένα νήματα στο νερό, μπορούμε να λάβουμε σβώλους κυτταροπλάσματος με έναν, πολλούς πυρήνες ή χωρίς πυρήνες. Στις δύο πρώτες περιπτώσεις, η κυτταρική μεμβράνη σχηματίστηκε κανονικά. Ελλείψει πυρήνα, το κέλυφος δεν σχηματίστηκε.

Σε πειράματα του I.I Gerasimov (1890) με σπειρόγυρα, βρέθηκε ότι τα κύτταρα με διπλό πυρήνα διπλασιάζουν το μήκος και το πάχος του χλωροπλάστη. Στα ελεύθερα πυρηνικά κύτταρα, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης συνεχίζεται, σχηματίζεται άμυλο αφομοίωσης, αλλά ταυτόχρονα μειώνεται η διαδικασία της υδρόλυσής του, γεγονός που εξηγείται από την απουσία υδρολυτικών ενζύμων, τα οποία μπορούν να συντεθούν σε ριβοσώματα μόνο σύμφωνα με πληροφορίες από το DNA του πυρήνα. Η ζωή ενός πρωτοπλάστη χωρίς πυρήνα είναι ατελής και βραχύβια. Στα πειράματα του Ι.Ι. Gerasimov, τα πυρηνικά κύτταρα του Spirogyra έζησαν 42 ημέρες και πέθανε. Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες του πυρήνα είναι να παρέχει στο κυτταρόπλασμα ριβονουκλεϊκό οξύ που είναι απαραίτητο για την πρωτεϊνική σύνθεση στο κύτταρο. Η απομάκρυνση του πυρήνα από το κύτταρο οδηγεί σε σταδιακή μείωση της περιεκτικότητας σε RNA στο κυτταρόπλασμα και σε επιβράδυνση της πρωτεϊνοσύνθεσης σε αυτό.

Ο πιο σημαντικός ρόλος του πυρήνα είναι στη μετάδοση χαρακτηριστικών από κύτταρο σε κύτταρο, από οργανισμό σε οργανισμό, και το κάνει αυτό κατά τη διαδικασία διαίρεσης του πυρήνα και του κυττάρου στο σύνολό του.

Κυτταρική διαίρεση.Τα κύτταρα αναπαράγονται με διαίρεση. Σε αυτή την περίπτωση, από ένα κύτταρο σχηματίζονται δύο θυγατρικά κύτταρα με το ίδιο σύνολο κληρονομικού υλικού που περιέχεται στα χρωμοσώματα με το μητρικό κύτταρο. Στα σωματικά κύτταρα, τα χρωμοσώματα αντιπροσωπεύονται από δύο, τα λεγόμενα ομόλογα χρωμοσώματα, τα οποία περιέχουν αλληλικά γονίδια (φορείς αντίθετων χαρακτηριστικών, για παράδειγμα, λευκό και κόκκινο χρώμα πετάλων μπιζελιού κ.λπ.), χαρακτηριστικά δύο γονικών ζευγών. Από αυτή την άποψη, στα σωματικά κύτταρα του φυτικού σώματος υπάρχει πάντα ένα διπλό σύνολο χρωμοσωμάτων, που ορίζεται ως 2p. Τα χρωμοσώματα έχουν ξεχωριστή ατομικότητα. Η ποσότητα και η ποιότητα των χρωμοσωμάτων είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα κάθε είδους. Έτσι, στα κύτταρα φράουλας το διπλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων είναι 14, (2n), στο μήλο - 34, στην αγκινάρα Ιερουσαλήμ - 102, κ.λπ.

Μίτωση (καρυοκίνηση)– η διαίρεση των σωματικών κυττάρων περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον E. Russov (1872) και τον I.D Chistyakov (1874). Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι από το μητρικό κύτταρο, με διαίρεση, σχηματίζονται δύο θυγατρικά κύτταρα με το ίδιο σύνολο χρωμοσωμάτων. Ο κυτταρικός κύκλος αποτελείται από τη μεσόφαση και τη μίτωση. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της μικροαυτοακτινογραφίας, διαπιστώθηκε ότι η μεγαλύτερη και πιο περίπλοκη είναι η μεσόφαση - η περίοδος του πυρήνα «ηρεμίας», επειδή Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το πυρηνικό υλικό διπλασιάζεται. Η ενδιάμεση φάση χωρίζεται σε τρεις φάσεις:

Q1 - προσυνθετικό (η διάρκειά του είναι 4-6 ώρες).

S - συνθετικό (10-20 ώρες).

Q2 - μετασυνθετικό (2-5 ώρες).

Κατά τη φάση Q1, γίνονται προετοιμασίες για αναδιπλασιασμό του DNA. Και στη φάση S, λαμβάνει χώρα αναδιπλασιασμός του DNA, το κύτταρο διπλασιάζει την παροχή DNA του. Στη φάση Q2, σχηματίζονται ένζυμα και δομές που είναι απαραίτητες για την έναρξη της μίτωσης. Έτσι, στη μεσοφάση, τα μόρια DNA στα χρωμοσώματα χωρίζονται σε δύο πανομοιότυπες έλικες και τα αγγελιαφόρα RNA συναρμολογούνται στη μήτρα τους. Το τελευταίο μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με τη δομή συγκεκριμένων πρωτεϊνών στο κυτταρόπλασμα, και στον πυρήνα, καθένας από τους κλώνους DNA συμπληρώνει το μισό που λείπει από το μόριο του. Σε αυτή τη διαδικασία εμφανίζεται ο διπλασιασμός (reduplication). ΜΟΝΑΔΙΚΟ χαρακτηριστικο DNA, το οποίο αποτελείται από την ικανότητα του DNA να αναπαράγεται με ακρίβεια. Τα προκύπτοντα θυγατρικά μόρια DNA λαμβάνονται αυτόματα ως ακριβή αντίγραφα του γονικού μορίου, επειδή κατά τη διάρκεια του αναδιπλασιασμού, σε κάθε μισό προστίθενται συμπληρωματικές (A-T, G-C; κ.λπ.) βάσεις από το περιβάλλον.

Κατά τη φάση της μιτωτικής διαίρεσης, τα διπλά χρωμοσώματα γίνονται αισθητά. Στη μετάφαση, βρίσκονται όλα στην ισημερινή ζώνη, διατεταγμένα σε μία σειρά. Σχηματίζονται νημάτια ατράκτου (από μικροσωληνίσκους που συνδέονται μεταξύ τους). Η πυρηνική μεμβράνη και ο πυρήνας εξαφανίζονται. Τα παχύρρευστα χρωμοσώματα χωρίζονται κατά μήκος σε δύο θυγατρικά χρωμοσώματα. Αυτή είναι η ουσία της μίτωσης. Εξασφαλίζει ακριβή κατανομή των διπλών μορίων DNA μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων. Έτσι, διασφαλίζει τη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών κρυπτογραφημένων στο DNA.

Σε ανάφαση, τα θυγατρικά χρωμοσώματα αρχίζουν να κινούνται σε αντίθετους πόλους. Τα πρώτα θραύσματα της κυτταρικής μεμβράνης (φραγμοβλάστης) εμφανίζονται στο κέντρο.

Κατά τη διάρκεια της τελοφάσης, εμφανίζεται ο σχηματισμός πυρήνων στα θυγατρικά κύτταρα. Τα περιεχόμενα του μητρικού κυττάρου (οργανίδιο) κατανέμονται μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων που προκύπτουν. Η κυτταρική μεμβράνη έχει σχηματιστεί πλήρως. Αυτό τερματίζει την κυτταροκίνηση (Εικ. 17).

Μείωση - διαίρεση μείωσηςανακαλύφθηκε και περιγράφηκε τη δεκαετία του '90 του περασμένου αιώνα από τον V.I. Η ουσία της διαίρεσης είναι ότι από ένα σωματικό κύτταρο που περιέχει ένα 2n (διπλό, διπλοειδές) σύνολο χρωμοσωμάτων, σχηματίζονται τέσσερα απλοειδή κύτταρα, με το "n", ένα μισό σύνολο χρωμοσωμάτων. Αυτός ο τύπος διαίρεσης είναι πολύπλοκος και αποτελείται από δύο στάδια. Το πρώτο είναι η μείωση με χρώμωση. Τα διπλά χρωμοσώματα βρίσκονται στην ισημερινή ζώνη σε ζεύγη (δύο παράλληλα ομόλογα χρωμοσώματα). Αυτή τη στιγμή, μπορεί να συμβεί σύζευξη (σύζευξη) με χρώμωση, διασταύρωση (διασταύρωση) και, ως αποτέλεσμα, μπορεί να συμβεί ανταλλαγή τμημάτων χρωματισμού. Ως αποτέλεσμα αυτού, μερικά από τα γονίδια των πατρικών χρωμοσωμάτων περνούν στη σύνθεση των μητρικών χρωμοσωμάτων και αντίστροφα. Η εμφάνιση και των δύο χρωμοσωμάτων δεν αλλάζει ως αποτέλεσμα αυτού, αλλά η ποιοτική τους σύνθεση γίνεται διαφορετική. Η πατρική και η μητρική κληρονομικότητα αναδιανέμονται και αναμειγνύονται.

Στην ανάφαση της μείωσης, ομόλογα χρωμοσώματα, με τη βοήθεια νημάτων ατράκτου, διασκορπίζονται στους πόλους, στους οποίους, μετά από μια σύντομη περίοδο ανάπαυσης (τα νήματα εξαφανίζονται, αλλά δεν σχηματίζεται το χώρισμα μεταξύ νέων πυρήνων), αρχίζει η διαδικασία της μίτωσης. - μετάφαση, στην οποία όλα τα χρωμοσώματα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και η διαμήκης διάσπασή τους συμβαίνει στα θυγατρικά χρωμοσώματα. Κατά την ανάφαση της μίτωσης, με τη βοήθεια μιας ατράκτου, διασκορπίζονται στους πόλους, όπου σχηματίζονται τέσσερις πυρήνες και, ως αποτέλεσμα, τέσσερα απλοειδή κύτταρα. Στα κύτταρα ορισμένων ιστών, κατά την ανάπτυξή τους, υπό την επίδραση ορισμένων παραγόντων, εμφανίζεται ατελής μίτωση και ο αριθμός των χρωμοσωμάτων στους πυρήνες διπλασιάζεται λόγω του γεγονότος ότι δεν αποκλίνουν στους πόλους. Ως αποτέλεσμα τέτοιων διαταραχών φυσικής ή τεχνητής φύσης, προκύπτουν τετραπλοειδή και πολυπλοειδείς οργανισμοί. Με τη βοήθεια της μείωσης σχηματίζονται σεξουαλικά κύτταρα - γαμέτες, καθώς και σπόρια, στοιχεία σεξουαλικής και άφυλης αναπαραγωγής φυτών (Εικ. 18).

Η αμίτωση είναι η άμεση διαίρεση του πυρήνα.Κατά τη διάρκεια της αμίτωσης, η άτρακτος δεν σχηματίζεται και η πυρηνική μεμβράνη δεν αποσυντίθεται, όπως κατά τη μίτωση. Προηγουμένως, η αμίτωση θεωρούνταν μια πρωτόγονη μορφή διαίρεσης. Έχει πλέον διαπιστωθεί ότι σχετίζεται με την υποβάθμιση του σώματος. Είναι μια απλοποιημένη εκδοχή μιας πιο περίπλοκης πυρηνικής σχάσης. Η αμίτωση εμφανίζεται στα κύτταρα και τους ιστούς του πυρήνα, του ενδοσπερμίου, του παρεγχύματος των κονδύλων, των μίσχων των φύλλων κ.λπ.