>

Mitohondriji so značilni za. Zgradba in funkcije mitohondrijev. Podobnosti in razlike s kloroplastom

Značilen za veliko večino celic. Glavna funkcija je oksidacija organskih spojin in proizvodnja molekul ATP iz sproščene energije. Mali mitohondrij je glavna energetska postaja celotnega telesa.

Izvor mitohondrijev

Danes je med znanstveniki zelo priljubljeno mnenje, da se mitohondriji med evolucijo v celici niso pojavili samostojno. Najverjetneje se je to zgodilo zaradi zajetja primitivne celice, ki takrat ni bila sposobna samostojno uporabljati kisika, bakterije, ki bi to lahko storila in je bila zato odličen vir energije. Takšna simbioza se je izkazala za uspešno in se je uveljavila v naslednjih generacijah. To teorijo podpira prisotnost lastne DNK v mitohondrijih.

Kako so zgrajeni mitohondriji?

Mitohondriji imajo dve membrani: zunanjo in notranjo. Glavna funkcija zunanje membrane je ločevanje organele od celične citoplazme. Sestavljen je iz bilipidne plasti in beljakovin, ki prodirajo vanjo, skozi katere se izvaja transport molekul in ionov, potrebnih za delo. Medtem ko je gladek, notranji tvori številne gube - kriste, ki znatno povečajo njegovo površino. Notranja membrana je v veliki meri sestavljena iz beljakovin, vključno z encimi dihalne verige, transportnimi beljakovinami in velikimi kompleksi ATP sintetaze. Na tem mestu pride do sinteze ATP. Med zunanjo in notranjo membrano je medmembranski prostor z lastnimi encimi.

Notranji prostor mitohondrijev se imenuje matriks. Tu se nahajajo encimski sistemi za oksidacijo maščobnih kislin in piruvata, encimi Krebsovega cikla, pa tudi dedni material mitohondrijev - DNK, RNK in aparat za sintezo beljakovin.

Za kaj so potrebni mitohondriji?

Glavna funkcija mitohondrijev je sinteza univerzalne oblike kemične energije - ATP. Sodelujejo tudi v ciklu trikarboksilnih kislin, pri čemer pretvorijo piruvat in maščobne kisline v acetil-CoA in ga nato oksidirajo. V tem organelu je shranjena in podedovana mitohondrijska DNA, ki kodira reprodukcijo tRNA, rRNA in nekaterih proteinov, potrebnih za normalno delovanje mitohondrijev.

Za evkariontske celice je značilen organel z dvojno membrano, mitohondrij. Delovanje telesa kot celote je odvisno od delovanja mitohondrijev.

Struktura

Mitohondriji so sestavljeni iz treh med seboj povezanih komponent:

  • zunanja membrana;
  • notranja membrana;
  • matrica.

Zunanja gladka membrana je sestavljena iz lipidov, med katerimi so hidrofilne beljakovine, ki tvorijo tubule. Skozi te tubule prehajajo molekule med transportom snovi.

Zunanja in notranja membrana se nahajata na razdalji 10-20 nm. Medmembranski prostor je napolnjen z encimi. Za razliko od lizosomskih encimov, ki sodelujejo pri razgradnji snovi, encimi v medmembranskem prostoru prenašajo ostanke fosforne kisline v substrat s porabo ATP (proces fosforilacije).

Notranja membrana je zapakirana pod zunanjo membrano v obliki številnih gub - krist.
Izobraženi so:

  • lipidi, prepustni le za kisik, ogljikov dioksid, vodo;
  • encimske, transportne beljakovine, ki sodelujejo pri oksidativnih procesih in transportu snovi.

Tu zaradi dihalne verige pride do druge stopnje celičnega dihanja in nastanka 36 molekul ATP.

TOP 4 člankiki berejo skupaj s tem

Med gubami je poltekoča snov - matrica.
Matrica vključuje:

  • encimi (na stotine različnih vrst);
  • maščobne kisline;
  • beljakovine (67% mitohondrijskih beljakovin);
  • mitohondrijska krožna DNA;
  • mitohondrijski ribosomi.

Prisotnost ribosomov in DNK kaže na določeno avtonomijo organele.

riž. 1. Zgradba mitohondrijev.

Proteini encimskega matriksa sodelujejo pri oksidaciji piruvata - piruvične kisline med celičnim dihanjem.

Pomen

Glavna naloga mitohondrijev v celici je sinteza ATP, tj. pridobivanje energije. Kot posledica celičnega dihanja (oksidacije) nastane 38 molekul ATP. Sinteza ATP poteka na podlagi oksidacije organskih spojin (substrat) in fosforilacije ADP. Substrat za mitohondrije so maščobne kisline in piruvat.

riž. 2. Tvorba piruvata kot posledica glikolize.

Splošni opis procesa dihanja je predstavljen v tabeli.

Kje se zgodi?

Snovi

Procesi

citoplazma

Zaradi glikolize se razgradi na dve molekuli piruvične kisline, ki vstopita v matriks.

Odcepi se acetilna skupina, ki se veže na koencim A (CoA), pri čemer nastane acetil-koencim-A (acetil-CoA) in sprosti se molekula ogljikovega dioksida. Acetil-CoA lahko nastane tudi iz maščobnih kislin v odsotnosti sinteze ogljikovih hidratov

Acetil-CoA

Vstopi v Krebsov cikel ali cikel citronske kisline (cikel trikarboksilne kisline). Cikel se začne s tvorbo citronske kisline. Nato kot rezultat sedmih reakcij nastaneta dve molekuli ogljikovega dioksida, NADH in FADH2.

NADH in FADH2

Pri oksidaciji NADH razpade na NAD +, dva visokoenergijska elektrona (e –) in dva protona H +. Elektroni se prenesejo v dihalno verigo, ki vsebuje tri encimske komplekse, na notranji membrani. Prehod elektrona skozi komplekse spremlja sproščanje energije. Ob tem se protoni sproščajo v medmembranski prostor. Prosti protoni se vrnejo v matriko, kar ustvari električni potencial. Ko se napetost poveča, H+ hiti navznoter skozi ATP sintazo, posebno beljakovino. Protonska energija se uporablja za fosforilacijo ADP in sintezo ATP. H+ se poveže s kisikom in tvori vodo.

riž. 3. Proces celičnega dihanja.

Mitohondriji so organeli, od katerih je odvisno delovanje celotnega organizma. Znaki disfunkcije mitohondrijev so zmanjšanje hitrosti porabe kisika, povečanje prepustnosti notranje membrane in otekanje mitohondrijev. Te spremembe se pojavijo zaradi strupene zastrupitve, nalezljive bolezni, hipoksije.

Kaj smo se naučili?

Pri pouku biologije smo spoznali strukturne značilnosti mitohondrijev in na kratko pregledali delovanje in proces celičnega dihanja. Zahvaljujoč delu mitohondrijev se piruvična kislina, ki nastane med glikolizo, in maščobne kisline oksidirajo v ogljikov dioksid in vodo. Zaradi celičnega dihanja se sprošča energija, ki se porabi za vitalne funkcije telesa.

Test na temo

Ocena poročila

Povprečna ocena: 4.4. Skupaj prejetih ocen: 67.

O KOMPLEKSU V PREPROSTEM JEZIKU.

Ta tema je zapletena in kompleksna, takoj vpliva ogromno biokemičnih procesov, ki se dogajajo v našem telesu. A vseeno poskusimo ugotoviti, kaj so mitohondriji in kako delujejo.

In tako so mitohondriji ena najpomembnejših sestavin žive celice. Preprosto povedano, lahko rečemo, da je to energijska postaja celice. Njihovo delovanje temelji na oksidaciji organskih spojin in ustvarjanju električnega potenciala (energija, ki se sprosti med razpadom molekule ATP) za izvajanje krčenje mišic.

Vsi vemo, da delo našega telesa poteka v strogem skladu s prvim zakonom termodinamike. Energija se v našem telesu ne ustvarja, ampak le transformira. Telo samo izbere obliko transformacije energije, ne da bi jo proizvedlo, od kemične do mehanske in toplotne. Glavni vir vse energije na planetu Zemlja je Sonce. Energijo, ki pride do nas v obliki svetlobe, absorbira klorofil rastlin, kjer vzbudi elektron vodikovega atoma in tako daje energijo živi snovi.

Svoje življenje dolgujemo energiji majhnega elektrona.

Delo mitohondrija je sestavljeno iz postopnega prenosa energije vodikovega elektrona med kovinskimi atomi, ki so prisotni v skupinah proteinskih kompleksov dihalne verige (elektronska transportna veriga proteinov), kjer ima vsak naslednji kompleks večjo afiniteto do elektrona in ga pritegne kot prejšnjega, dokler se elektron ne poveže z molekularnim kisikom, ki ima največjo elektronsko afiniteto.

Vsakič, ko se elektron prenese po vezju, se sprosti energija, ki se akumulira v obliki elektrokemičnega gradienta in se nato realizira v obliki mišične kontrakcije in sproščanja toplote.

Vrsta oksidativnih procesov v mitohondrijih, ki omogočajo prenos energijskega potenciala elektrona, se imenuje "znotrajcelično dihanje" ali pogosto "dihalna veriga", saj se elektron po verigi prenaša od atoma do atoma, dokler ne doseže svojega končnega cilja, atoma kisika.

Mitohondriji potrebujejo kisik za prenos energije skozi proces oksidacije.

Mitohondriji porabijo do 80 % kisika, ki ga vdihnemo.

Mitohondrij je stalna celična struktura, ki se nahaja v njeni citoplazmi. Velikost mitohondrija je običajno med 0,5 in 1 µm v premeru. Ima zrnato strukturo in lahko zavzame do 20% volumna celice. Ta stalna organska struktura celice se imenuje organela. Organele vključujejo tudi miofibrile – kontraktilne enote mišične celice; in celično jedro je tudi organel. Na splošno je vsaka stalna celična struktura organel.

Mitohondrije je odkril in prvi opisal nemški anatom in histolog Richard Altmann leta 1894, ime tega organela pa je leta 1897 dal drug nemški histolog K. Bend. Toda šele leta 1920 je nemški biokemik Otto Wagburg spet dokazal, da so procesi celičnega dihanja povezani z mitohondriji.

Obstaja teorija, po kateri so se mitohondriji pojavili kot posledica zajetja protogenotnih bakterij, ki so to lahko storile, s strani primitivnih celic, celic, ki same niso mogle uporabljati kisika za ustvarjanje energije. Prav zato, ker je bil mitohondrij prej ločen živ organizem, ima še vedno svojo DNK.

Mitohondriji so prej predstavljali samostojen živ organizem.

Med evolucijo so progenoti zaradi povečane energijske učinkovitosti prenesli veliko svojih genov v oblikovano jedro in prenehali biti samostojni organizmi. Mitohondriji so prisotni v vseh celicah. Tudi sperma ima mitohondrije. Zahvaljujoč njim se začne rep sperme, ki izvaja njegovo gibanje. Toda mitohondrijev je še posebej veliko na tistih mestih, kjer je energija potrebna za vse življenjske procese. In to so seveda predvsem mišične celice.

V mišičnih celicah se mitohondrije lahko združijo v skupine velikanskih razvejanih mitohondrijev, ki so med seboj povezani preko intermitohondrijskih stikov, v katerih ustvariti skladen sistem delovnega sodelovanja. Prostor v takem območju ima povečano elektronsko gostoto. Novi mitohondriji nastanejo s preprosto delitvijo prejšnjih organelov. Najpogosteje se imenuje najbolj "preprost" mehanizem oskrbe z energijo, ki je na voljo vsem celicam splošni koncept glikoliza

To je proces zaporedne razgradnje glukoze v piruvično kislino. Če pride do tega procesa brez sodelovanja molekularnega kisika ali z nezadostno prisotnostjo, potem se imenuje anaerobna glikoliza. V tem primeru se glukoza ne razgradi na končne produkte, temveč na mlečno in piruvično kislino, ki se nato med fermentacijo še dodatno transformira. Zato je sproščena energija manjša, vendar je stopnja proizvodnje energije hitrejša. Kot rezultat anaerobne glikolize prejme celica iz ene molekule glukoze 2 molekuli ATP in 2 molekuli mlečne kisline. Ta »osnovni« energijski proces se lahko zgodi znotraj katere koli celice. brez sodelovanja mitohondrijev.

IN prisotnost molekularnega kisika izvaja znotraj mitohondrijev aerobna glikoliza znotraj dihalne verige. Pirovinska kislina je v aerobnih pogojih vključena v cikel trikarboksilne kisline ali Krebsov cikel. Kot rezultat tega večstopenjskega procesa nastane 36 molekul ATP iz ene molekule glukoze. Primerjava energijske bilance celice z razvitimi mitohondriji in celic, kjer niso razviti, kaže(z zadostno količino kisika) razlika v popolni porabi energije glukoze znotraj celice je skoraj 20-kratna!

Pri ljudeh vlaknine skeletne mišice Lahko pogojno razdeljen na tri vrste glede na mehanske in presnovne lastnosti: - počasni oksidativni; - hitri glikolitik; - hitro oksidativno-glikolitično.


Hitra mišična vlakna Zasnovan za hitro in trdo delo. Za njihovo zmanjšanje uporabljajo predvsem hitre vire energije, in sicer kriatin fosfat in anaerobno glikolizo. Vsebnost mitohondrijev v teh vrstah vlaken je bistveno manjša kot v počasnih mišičnih vlaknih.

Počasna mišična vlakna izvajajo počasne kontrakcije, vendar so sposobni delati dolgo časa. Kot energijo uporabljajo aerobno glikolizo in sintezo energije iz maščob. To zagotavlja veliko več energije kot anaerobna glikoliza, vendar zahteva več časa v zameno, saj je veriga razgradnje glukoze kompleksnejša in zahteva prisotnost kisika, katerega transport do mesta pretvorbe energije prav tako zahteva čas. Počasna mišična vlakna imenujemo rdeča zaradi mioglobina, beljakovine, ki je odgovorna za dovajanje kisika v vlakno. Počasna mišična vlakna vsebujejo precejšnje število mitohondrijev.

Postavlja se vprašanje, kako in s pomočjo kakšnih vaj v mišičnih celicah razviti razvejano mrežo mitohondrijev? Obstajajo različne teorije in metode usposabljanja in o njih v gradivu na.

V življenju vsake celice imajo pomembno vlogo posebne strukture - mitohondriji. Struktura mitohondrijev omogoča organelu, da deluje v polavtonomnem načinu.

Splošne značilnosti

Mitohondrije so odkrili leta 1850. Vendar pa je bilo mogoče razumeti strukturo in funkcionalni namen mitohondrijev šele leta 1948.

Zaradi svoje precej velike velikosti so organele jasno vidne v svetlobnem mikroskopu. Največja dolžina je 10 mikronov, premer ne presega 1 mikrona.

Mitohondriji so prisotni v vseh evkariontskih celicah. To so organeli z dvojno membrano, običajno v obliki fižola. Mitohondrije najdemo tudi v sferičnih, nitastih in spiralnih oblikah.

Število mitohondrijev se lahko zelo razlikuje. V jetrnih celicah jih je na primer približno tisoč, v jajčnih celicah pa 300 tisoč. Rastlinske celice vsebujejo manj mitohondrijev kot živalske celice.

TOP 4 člankiki berejo skupaj s tem

riž. 1. Lokacija mitohondrijev v celici.

Mitohondriji so plastični. Spremenijo obliko in se premaknejo v aktivna središča celice. Običajno je več mitohondrijev v tistih celicah in delih citoplazme, kjer je potreba po ATP večja.

Struktura

Vsak mitohondrij je od citoplazme ločen z dvema membranama. Zunanja membrana je gladka. Zgradba notranje membrane je bolj zapletena. Tvori številne gube – kriste, ki povečujejo funkcionalno površino. Med obema membranama je prostor 10-20 nm, napolnjen z encimi. Znotraj organele je matriks - gelu podobna snov.

riž. 2. Notranja struktura mitohondrije.

Tabela "Zgradba in funkcije mitohondrijev" podrobno opisuje sestavne dele organele.

Spojina

Opis

Funkcije

Zunanja membrana

Sestoji iz lipidov. Vsebuje veliko število protein porin, ki tvori hidrofilne tubule. Celotna zunanja membrana je prežeta s porami, skozi katere molekule snovi vstopajo v mitohondrije. Vsebuje tudi encime, ki sodelujejo pri sintezi lipidov

Ščiti organele, pospešuje transport snovi

Nahajajo se pravokotno na mitohondrijsko os. Lahko izgledajo kot plošče ali cevi. Število krist se razlikuje glede na vrsto celice. V celicah srca jih je trikrat več kot v celicah jeter. Vsebuje fosfolipide in beljakovine treh vrst:

Katalizator - sodeluje v oksidativnih procesih;

Encimski - sodelujejo pri tvorbi ATP;

Transport - transport molekul iz matriksa ven in nazaj

Izvaja drugo stopnjo dihanja z uporabo dihalne verige. Pride do oksidacije vodika, pri čemer nastane 36 molekul ATP in vode

Sestavljen je iz mešanice encimov, maščobnih kislin, beljakovin, RNK, mitohondrijskih ribosomov. Tu se nahaja lastna DNK mitohondrijev.

Izvaja prvo stopnjo dihanja - Krebsov cikel, zaradi katerega nastaneta 2 molekuli ATP

Glavna funkcija mitohondrijev je generiranje celične energije v obliki molekul ATP zaradi reakcije oksidativne fosforilacije - celičnega dihanja.

Rastlinske celice vsebujejo poleg mitohondrijev še dodatne polavtonomne organele – plastide.
Glede na funkcionalni namen ločimo tri vrste plastid:

  • kromoplasti - kopičijo in shranjujejo pigmente (karotene) različnih odtenkov, ki dajejo barvo rastlinskim cvetjem;
  • levkoplasti - zaloge hranila, na primer škrob, v obliki zrnc in granul;
  • kloroplasti - najpomembnejši organeli, ki vsebujejo zeleni pigment (klorofil), ki daje rastlinam barvo, in izvajajo fotosintezo.

riž. 3. Plastidi.

Kaj smo se naučili?

Preučili smo strukturne značilnosti mitohondrijev – organelov z dvojno membrano, ki izvajajo celično dihanje. Zunanja membrana je sestavljena iz beljakovin in lipidov ter prenaša snovi. Notranja membrana tvori gube - kriste, na katerih pride do oksidacije vodika. Kriste obdaja matriks – gelasta snov, v kateri potekajo nekatere reakcije celičnega dihanja. Matrica vsebuje mitohondrijsko DNA in RNA.

Test na temo

Ocena poročila

Povprečna ocena: 4.4. Skupaj prejetih ocen: 82.

Mitohondrije

V živalskih celicah so mitohondrije odkrili leta 1882, v rastlinah pa šele leta 1904 (v prašnikih lokvanja). Biološke funkcije so bile ugotovljene po izolaciji in čiščenju frakcije s frakcijskim centrifugiranjem. Vsebujejo 70% beljakovin in približno 30% lipidov, majhno količino RNK in DNK, vitamine A, B6, B12, K, E, folno in pantotensko kislino, riboflavin in različne encime. Mitohondriji imajo dvojno membrano, zunanja izolira organele od citoplazme, notranja pa tvori kriste. Celoten prostor med membranama je zapolnjen z matriksom (slika 13).

Glavna naloga mitohondrijev je sodelovanje pri celičnem dihanju. Vloga mitohondrijev pri dihanju je bila ugotovljena v letih 1950-1951. Kompleksni encimski sistem Krebsovega cikla je skoncentriran na zunanjih membranah. Ko se substrati dihanja oksidirajo, se sprosti energija, ki se takoj kopiči v nastalih molekulah ADP in predvsem ATP med procesom oksidativne fosforilacije, ki poteka v kristah. Energija, shranjena v visokoenergijskih spojinah, se nato porabi za zadovoljevanje vseh potreb celice.

Tvorba mitohondrijev v celici poteka neprekinjeno iz mikroteles, njihov nastanek je najpogosteje povezan z diferenciacijo membranskih struktur celice. V celici jih lahko obnovimo z delitvijo in brstenjem. Mitohondriji niso dolgoživi, ​​njihova življenjska doba je 5-10 dni.

Mitohondriji so "napajalne" postaje celice. Koncentrirajo energijo, ki je shranjena v energetskih "akumulatorjih" - molekulah ATP in se ne razprši v celici. Kršitev mitohondrijske strukture vodi do motenj v procesu dihanja in na koncu do patologije telesa.

Golgijev aparat.Golgijev aparat(sinonim - diktiosomi) so skladi 3-12 sploščenih, zaprtih diskov, obdanih z dvojno membrano, imenovano cisterne, iz katerih robov so številni vezikli (300-500). Širina rezervoarjev je 6-90 A, debelina membran je 60-70 A.

Golgijev aparat je središče za sintezo, kopičenje in sproščanje polisaharidov, zlasti celuloze, in sodeluje pri distribuciji in znotrajceličnem transportu beljakovin ter pri tvorbi vakuol in lizosomov. V rastlinskih celicah je bilo mogoče zaslediti sodelovanje Golgijevega aparata pri nastanku srednje plošče in rasti celične pektocelulozne membrane.

Golgijev aparat je v tem obdobju najbolj razvit aktivno življenje celice. Ko se stara, postopoma atrofira in nato izgine.

Lizosomi.Lizosomi- precej majhna (približno 0,5 mikrona v premeru) zaobljena telesa. Pokriti so z beljakovinsko-lipoidno membrano. Lizosomi vsebujejo številne hidrolitične encime, ki opravljajo funkcijo znotrajcelične prebave (lize) beljakovinskih makromolekul, nukleinskih kislin in polisaharidov. Njihova glavna naloga je prebava posameznih delov celičnega protoplasta (avtofagija – samopožiranje). Ta proces poteka s fagocitozo ali pinocitozo. Biološka vloga tega procesa je dvojna. Prvič, je zaščitna, saj ob začasnem pomanjkanju rezervnih produktov celica ohranja življenje zaradi konstitucijskih beljakovin in drugih snovi, in drugič, prihaja do sproščanja odvečnih ali obrabljenih organelov (plastidov, mitohondrijev itd.) lizosomska membrana preprečuje sproščanje encimov v citoplazmo, sicer bi ti encimi vse prebavili.

V odmrli celici se lizosomi uničijo, encimi končajo v celici in vsa njena vsebina se prebavi. Ostane le pektocelulozna lupina.

Lizosomi so produkti delovanja Golgijevega aparata, od njega ločeni vezikli, v katerih je ta organela kopičila prebavne encime.

Sferosomi- okrogla beljakovinsko-lipoidna telesa 0,3-0,4 mikronov. Po vsej verjetnosti so derivati ​​Golgijevega aparata ali endoplazmatskega retikuluma. Po obliki in velikosti so podobni lizosomom. Ker sferosomi vsebujejo kislo fosfatazo, so verjetno povezani z lizosomi. Nekateri avtorji menijo, da so sferosomi in lizosomi enakovredni drug drugemu, vendar najverjetneje le po izvoru in obliki. Obstaja domneva o njihovi udeležbi pri sintezi maščob (A. Frey-Wissling).

Ribosomi- zelo majhne organele, njihov premer je približno 250A, so skoraj sferične oblike. Nekateri od njih so pritrjeni na zunanje membrane endoplazmatskega retikuluma, nekateri so v prostem stanju v citoplazmi. Celica lahko vsebuje do 5 milijonov ribosomov. Ribosome najdemo v kloroplastih in mitohondrijih, kjer sintetizirajo del beljakovin, iz katerih so ti organeli zgrajeni, in encime, ki v njih delujejo.

Glavna funkcija je sinteza specifičnih beljakovin glede na informacije, ki prihajajo iz jedra. Njihova sestava: beljakovine in ribosomska ribonukleinska kislina (RNK) v enakem razmerju. Njihova struktura je majhna in velika podenota, ki nastane iz ribonukleotida.

Mikrotubule.Mikrotubule- posebni derivati ​​endoplazmatskega retikuluma. Najdemo ga v številnih celicah. Že samo ime pove o njihovi obliki - ena ali dve vzporedni cevi z votlino v notranjosti. Zunanji premer znotraj 250A. Stene mikrotubulov so zgrajene iz beljakovinskih molekul. Mikrotubuli med celično delitvijo tvorijo vretenaste filamente.

Jedro

Jedro je leta 1831 v rastlinski celici odkril R. Brown. Nahaja se v središču celice ali v bližini celične membrane, vendar je z vseh strani obdana s citoplazmo. V večini primerov obstaja eno jedro na celico; v celicah nekaterih alg in gliv je več jeder. Zelene alge z necelično strukturo imajo na stotine jeder. Večjedrne celice neartikuliranih laticiferjev. V celicah bakterij in modrozelenih alg ni jeder.

Oblika jedra je najpogosteje blizu obliki krogle ali elipse. Odvisno od oblike, starosti in funkcije celice. V meristematski celici je jedro veliko, okrogle oblike in zavzema 3/4 volumna celice. V parenhimskih celicah povrhnjice, ki imajo veliko osrednjo vakuolo, ima jedro lečasto obliko in se skupaj s citoplazmo premakne na obrobje celice. To je znak specializirane, a že starajoče se celice. Celica brez jedra lahko samo živi kratek čas. Celice sitaste cevi brez jedra so žive celice, vendar ne živijo dolgo. V vseh drugih primerih so brezjedrne celice mrtve.

Jedro ima dvojno lupino, skozi pore v kateri je vsebina
jedra (nukleoplazma) lahko komunicirajo z vsebino citoplazme. Membrane jedrske membrane so opremljene z ribosomi in komunicirajo z membranami endoplazmatskega retikuluma celice. Nukleoplazma vsebuje eno ali dve nukleoli in kromosome. Nukleoplazma je koloidni solni sistem, ki po konsistenci spominja na zgoščeno želatino. Jedro, po mnenju domačih biokemikov (Zbarsky I.B. et al.), vsebuje štiri frakcije beljakovin: preproste beljakovine - globulini 20%, deoksiribonukleoproteini - 70%, kisli proteini - 6% in ostanki beljakovin 4%. Lokalizirani so v naslednjih jedrskih strukturah: proteini DNA (alkalni proteini) - v kromosomih, proteini RNA (kisli proteini) - v nukleolih, delno v kromosomih (med sintezo messenger RNA) in v jedrski membrani. Globulini tvorijo osnovo nukleoplazme. Preostali proteini (narava ni navedena) tvorijo jedrno membrano.



Večji del jedrnih proteinov so kompleksni alkalni deoksiribonukleoproteini, ki temeljijo na DNK.

molekula DNK.molekula DNK– polinukleotid in je sestavljen iz nukleotidov. Nukleotid je sestavljen iz treh komponent: molekule sladkorja (deoksiriboze), molekule dušikove baze in molekule fosforne kisline. Dezoksiriboza je na dušikovo bazo povezana z glikozidno vezjo, na fosforno kislino pa z estrsko vezjo. DNK vsebuje razne kombinacije Obstajajo le 4 vrste nukleotidov, ki se med seboj razlikujejo po dušikovih bazah. Dva izmed njih (adenin in gvanin) spadata med purinske dušikove spojine, citozin in timin pa med pirimidinske spojine. Molekule DNA se ne nahajajo v eni ravnini, ampak so sestavljene iz dveh vijačnih verig, tj. dve vzporedni verigi, zviti druga okoli druge, tvorita eno molekulo DNA. Držijo jih vodikove vezi med dušikovimi bazami, pri čemer purinske baze ene verige vežejo pirimidinske baze druge (slika 14). Strukturo in kemijo molekule DNK so odkrili angleški (Crick) in ameriški (Watson) znanstveniki ter javno objavili leta 1953. Ta trenutek velja za začetek razvoja molekularne genetike. Molekulska masa DNK je 4-8 milijonov nukleotidov. različne možnosti) do 100 tisoč. Molekula DNK je zelo stabilna, njena stabilnost je zagotovljena z dejstvom, da ima v celoti enako debelino - 20A (8A - širina pirimidinske baze + 12A - širina purinske baze). Če v telo vnesemo radioaktivni fosfor, bo oznaka zaznana v vseh spojinah, ki vsebujejo fosfor, razen v DNK (Levi, Sikewitz).

Molekule DNK prenašalci dednosti, saj njihova struktura kodira informacije o sintezi specifičnih beljakovin, ki določajo lastnosti organizma. Spremembe se lahko pojavijo pod vplivom mutagenih dejavnikov (radioaktivno sevanje, močni kemični dejavniki - alkaloidi, alkoholi itd.).

molekula RNA.Molekule ribonukleinske kisline (RNA). bistveno manj molekul DNK. To so enojne verige nukleotidov. Obstajajo tri vrste RNA: ribosomska, najdaljša, ki tvori številne zanke, informacijska (šablona) in transportna, najkrajša. Ribosomska RNA je lokalizirana v ribosomih endoplazmatskega retikuluma in predstavlja 85% celotne RNA celice.

Messenger RNA po svoji strukturi spominja na list detelje. Njegova količina je 5% celotne RNA v celici. Sintetizira se v nukleolih. Njegova sestava poteka v kromosomih med interfazo. Njegova glavna funkcija je prenos informacij iz DNK v ribosome, kjer pride do sinteze beljakovin.

Prenosna RNA, kot je bilo zdaj ugotovljeno, je cela družina spojin, povezanih v strukturi in biološki funkciji. Vsak živa celica po grobi oceni vsebuje 40-50 posameznih prenosnih RNA in njihovih skupno število v naravi, če upoštevamo vrstne razlike, je ogromna. (Akademik V. Engelhardt). Imenujejo se transportni, ker njihove molekule sodelujejo pri transportnih storitvah za znotrajcelični proces sinteze beljakovin. S kombinacijo s prostimi aminokislinami jih dostavijo ribosomom v beljakovinsko verigo v izgradnji. To so najmanjše molekule RNK, sestavljene iz povprečno 80 nukleotidov. Lokaliziran v citoplazmatskem matriksu in predstavlja približno 10% celične RNA

RNK vsebuje štiri dušikove baze, vendar za razliko od DNK vsebuje molekula RNK uracil namesto timina.

Zgradba kromosomov. Kromosome sta konec 19. stoletja prvič odkrila klasika citologije Fleming in Strasburger (1882, 1884) ter ruski raziskovalec celic I.D. Čistjakov jih je odkril leta 1874.

Osnovno strukturni element kromoza – jedro. Imajo drugačna oblika. To so ravne ali ukrivljene palice, ovalna telesa, kroglice, katerih velikosti so različne.

Glede na lokacijo centromere ločimo ravne, enakokrake in neenakokrake kromosome. Notranja struktura kromosomov je prikazana na sl. 15, 16. Treba je opozoriti, da je deoksiribonukleoprotein monomer kromosoma.

Kromosom vsebuje 90-92% deoksiribonukleoproteinov, od tega je 45% DNA in 55% beljakovin (histoni). Kromosom vsebuje tudi majhne količine RNK (messenger).

Kromosomi imajo tudi jasno izraženo prečno strukturo - prisotnost odebeljenih področij - diskov, ki so že leta 1909. imenovali geni. Ta izraz je predlagal danski znanstvenik Johansen. Ameriški znanstvenik Morgan je leta 1911 dokazal, da so geni glavne dedne enote in so v kromosomih razporejeni v linearnem vrstnem redu, zato ima kromosom kvalitativno različne odseke. Leta 1934 je ameriški znanstvenik Paynter dokazal diskontinuiteto morfološke zgradbe kromosomov in prisotnost diskov v kromosomih, diski pa so mesta, kjer se kopiči DNK. To je služilo kot začetek ustvarjanja kromosomskih zemljevidov, ki so nakazovali lokacijo (lokus) gena, ki določa določeno lastnost organizma. Gen je del dvojne vijačnice DNA, ki vsebuje informacije o strukturi posameznega proteina. To je del molekule DNA, ki določa sintezo ene proteinske molekule. DNK ni neposredno vključena v sintezo beljakovin. Vsebuje in shranjuje le informacije o strukturi beljakovine.

Struktura DNK, sestavljena iz več tisoč zaporedoma 4 nukleotidov, je koda dednosti.

Šifra dednosti. Sinteza beljakovin. Prvo sporočilo o kodi DNK je podal ameriški biokemik Nirenberg leta 1961 v Moskvi na mednarodnem biokemijskem kongresu. Bistvo kode DNK je naslednje. Vsaka aminokislina ustreza odseku verige DNK, ki je sestavljen iz treh sosednjih nukleotidov (triplet). Tako na primer odsek, ki ga sestavljajo T-T-T (trojček 3 nukleotidov, ki vsebujejo timin), ustreza aminokislini lizin, trojček A (adenin) - C (citozin) - A (adenin) - cistein itd. Predpostavimo, da je gen predstavljen z verigo nukleotidov, razporejenih v naslednjem vrstnem redu: A-C-A-T-T-T-A-A-C-C-A-A-G-G-G. Če to serijo razdelimo na triplete, lahko takoj dešifriramo, katere aminokisline in v kakšnem vrstnem redu se bodo nahajale v sintetiziranem proteinu.

Število možnih kombinacij 4 razpoložljivih nukleotidov v treh je 4×64. Na podlagi teh odnosov je število različnih trojčkov več kot dovolj za podatek o sintezi številnih proteinov, ki določajo tako strukturo kot funkcije telesa. Za sintezo beljakovin se natančna kopija te informacije pošlje ribosomom v obliki messenger RNA. Poleg mRNA sodeluje pri dekodiranju in sintezi veliko število molekule različnih transportnih ribonukleinskih kislin (tRNA), ribosomov in številnih encimov. Vsaka od 20 aminokislin se veže na T-RNA – molekula na molekulo. Vsaka od 20 aminokislin ima svojo tRNA. tRNA ima kemične skupine, ki lahko "prepoznajo" svojo aminokislino in jo izberejo izmed razpoložljivih aminokislin. To se zgodi s pomočjo posebnih encimov. Ko prepozna svojo aminokislino, t-RNA vstopi v povezavo z njo. Ribosom je pritrjen na začetek verige (molekule) i-RNA, ki se med seboj gibljejo po i-RNA povežejo v polipeptidno verigo natanko tiste aminokisline, katerih vrstni red je šifriran z nukleotidnim zaporedjem te I-RNA. Posledično nastane proteinska molekula, katere sestava je kodirana v enem od genov.

Jedrca- sestavni konstrukcijski del jedra. To so kroglasta telesa. So zelo spremenljive, spreminjajo svojo obliko in strukturo, se pojavljajo in izginjajo. Eden ali dva sta. Za vsako rastlino določeno število. Jedrca izginejo, ko se celica pripravlja na delitev in se nato znova pojavijo; zdi se, da sodelujejo pri sintezi ribonukleinskih kislin. Če je nukleolus uničen s fokusiranim žarkom rentgenskih ali ultravijoličnih žarkov, je delitev celic zatrta.

Vloga jedra v življenju celice. Jedro služi kot nadzorni center celice, usmerja celično aktivnost in vsebuje nosilce dednosti (gene), ki določajo značilnosti določenega organizma. Vlogo jedra lahko razkrijemo, če ga z mikrokirurškimi tehnikami odstranimo iz celice in opazujemo posledice tega. Gemmerling je na enocelični zeleni algi Acetobularia izvedel vrsto poskusov, ki dokazujejo njeno pomembno vlogo pri uravnavanju rasti celic. Ta morska alga doseže višino 5 cm, izgleda kot goba in ima nekaj podobnega "koreninam" in "nogam". Na vrhu se konča z velikim "klobukom" v obliki diska. Celica te alge ima eno jedro, ki se nahaja v bazalnem delu celice.

Hammerling je ugotovil, da če pecelj odrežemo, spodnji del še naprej živi, ​​pokrovček pa se po operaciji popolnoma obnovi. Zgornji del, prikrajšan za jedro, nekaj časa preživi, ​​vendar sčasoma umre, ne da bi lahko obnovil spodnji del. Zato je jedro acetobularije bistvenega pomena za presnovne reakcije, na katerih temelji rast.

Jedro prispeva k nastanku celične membrane. To lahko ponazorimo s poskusi z algami Voucheria in Spyrogyra. S spuščanjem vsebine celic iz prerezanih niti v vodo lahko dobimo kepe citoplazme z enim, več jedri ali brez jeder. V prvih dveh primerih je celična membrana nastala normalno. V odsotnosti jedra se lupina ni oblikovala.

V poskusih I.I. Gerasimova (1890) s spirogiro je bilo ugotovljeno, da celice z dvojnim jedrom podvojijo dolžino in debelino kloroplasta. V celicah brez jedra se proces fotosinteze nadaljuje, nastaja asimilacijski škrob, hkrati pa je proces njegove hidrolize zadušen, kar je razloženo z odsotnostjo hidrolitskih encimov, ki se lahko sintetizirajo v ribosomih le po informacije iz DNK jedra. Življenje protoplasta brez jedra je nepopolno in kratkotrajno. V poskusih I.I. Gerasimov, brezjedrske celice Spirogyre živele 42 dni in umrle. Ena najpomembnejših funkcij jedra je oskrba citoplazme z ribonukleinsko kislino, potrebno za sintezo beljakovin v celici. Odstranitev jedra iz celice povzroči postopno zmanjšanje vsebnosti RNA v citoplazmi in upočasnitev sinteze beljakovin v njej.

Najpomembnejša vloga jedra je prenašanje lastnosti od celice do celice, od organizma do organizma, in to v procesu delitve jedra in celice kot celote.

Celična delitev. Celice se razmnožujejo z delitvijo. V tem primeru iz ene celice nastaneta dve hčerinski celici z enakim nizom dednega materiala v kromosomih kot matična celica. V somatskih celicah kromosome predstavljata dva, tako imenovana homologna kromosoma, ki vsebujeta alelne gene (nosilce nasprotnih lastnosti, npr. bele in rdeče barve cvetnih listov graha itd.), Značilnosti dveh starševskih parov. V zvezi s tem je v somatskih celicah rastlinskega telesa vedno dvojni niz kromosomov, označen z 2p. Kromosomi imajo izrazito individualnost. Količina in kakovost kromosomov je značilna lastnost vsake vrste. Tako je v celicah jagode diploidni nabor kromosomov 14, (2n), v jabolku - 34, v topinamburju - 102 itd.

Mitoza (kariokineza)– delitev somatskih celic sta prva opisala E. Russov (1872) in I.D. Chistyakov (1874). Njegovo bistvo je v tem, da iz matične celice z delitvijo nastaneta dve hčerinski celici z enakim naborom kromosomov. Celični cikel je sestavljen iz interfaze in same mitoze. Z metodo mikroavtoradiografije je bilo ugotovljeno, da je najdaljša in najbolj zapletena interfaza - obdobje "mirujočega" jedra, ker V tem obdobju se jedrski material podvoji. Interfaza je razdeljena na tri faze:

Q1 - presintetični (trajanje je 4-6 ur);

S - sintetika (10-20 ur);

Q2 - postsintetični (2-5 ur).

Med fazo Q1 potekajo priprave na reduplikacijo DNK. In v fazi S pride do reduplikacije DNK; celica podvoji zalogo DNK. V fazi Q2 nastanejo encimi in strukture, potrebne za sprožitev mitoze. Tako se v interfazi molekule DNA v kromosomih razcepijo na dve enaki verigi in na njihovi matriki se sestavijo sporočilne RNA. Slednji v citoplazmo prenaša informacije o strukturi specifičnih proteinov, v jedru pa vsaka od verig DNK dopolni manjkajočo polovico svoje molekule. V tem procesu se pojavi podvajanje (reduplikacija). edinstvena lastnost DNK, ki je sestavljena iz sposobnosti DNK, da se natančno razmnožuje. Nastale hčerinske molekule DNK se samodejno pridobijo kot natančne kopije matične molekule, ker pri reduplikaciji se vsaki polovici dodajajo komplementarne (A-T; G-C; itd.) baze iz okolja.

Med profazo mitotične delitve postanejo podvojeni kromosomi opazni. V metafazi se vsi nahajajo v ekvatorialnem območju, razporejeni v eni vrsti. Nastanejo vretenasti filamenti (iz mikrotubulov, ki se povezujejo med seboj). Jedrska membrana in nukleol izginejo. Zadebeljeni kromosomi se po dolžini razcepijo na dva hčerinska kromosoma. To je bistvo mitoze. Zagotavlja natančno porazdelitev podvojenih molekul DNK med hčerinskimi celicami. Tako zagotavlja prenos dednih informacij, šifriranih v DNK.

V anafazi se hčerinski kromosomi začnejo premikati na nasprotna pola. V središču se pojavijo prvi delci celične membrane (fragmoblast).

Med telofazo se v hčerinskih celicah tvorijo jedra. Vsebina matične celice (organele) se porazdeli med nastale hčerinske celice. Celična membrana je popolnoma oblikovana. S tem se konča citokineza (slika 17).

Mejoza - redukcijska delitev je v 90-ih letih prejšnjega stoletja odkril in opisal V.I. Bistvo delitve je v tem, da iz somatske celice, ki vsebuje 2n (dvojni, diploidni) nabor kromosomov, nastanejo štiri haploidne celice z "n" polovično naborom kromosomov. Ta vrsta delitve je zapletena in je sestavljena iz dveh stopenj. Prva je redukcija s kromozo. Podvojeni kromosomi se nahajajo v ekvatorialnem območju v parih (dva vzporedna homologna kromosoma). V tem trenutku lahko pride do konjugacije (spajanja) s kromozo, crossing over (crossover) in posledično lahko pride do izmenjave odsekov kromoze. Zaradi tega nekateri geni očetovih kromosomov preidejo v sestavo materinih kromosomov in obratno. Videz obeh kromosomov se zaradi tega ne spremeni, spremeni pa se njuna kvalitativna sestava. Očetova in materina dednost sta prerazporejeni in mešani.

V anafazi mejoze se homologni kromosomi s pomočjo vretenskih niti razpršijo na poli, kjer se po krajšem počitku (niti izginejo, vendar se pregrada med novimi jedri ne oblikuje) začne proces mitoze. - metafaza, v kateri se vsi kromosomi nahajajo v isti ravnini in pride do njihove vzdolžne delitve na hčerinske kromosome. Med anafazo mitoze se s pomočjo vretena razpršijo na poli, kjer nastanejo štiri jedra in posledično štiri haploidne celice. V celicah nekaterih tkiv med njihovim razvojem pod vplivom določenih dejavnikov pride do nepopolne mitoze in število kromosomov v jedrih se podvoji zaradi dejstva, da se ne razhajajo na poli. Zaradi takšnih motenj naravne ali umetne narave nastanejo tetraploidni in poliploidni organizmi. S pomočjo mejoze nastanejo spolne celice - gamete, pa tudi spore, elementi spolnega in nespolnega razmnoževanja rastlin (slika 18).

Amitoza je neposredna delitev jedra. Pri amitozi se ne oblikuje vreteno in jedrska membrana ne razpade, kot pri mitozi. Prej je amitoza veljala za primitivno obliko delitve. Zdaj je bilo ugotovljeno, da je povezana s propadanjem telesa. Gre za poenostavljeno različico bolj zapletene jedrske cepitve. Amitoza se pojavi v celicah in tkivih nucelusa, endosperma, parenhima gomolja, listnih pecljev itd.