• Клітина як інтегрована біологічна система. Ви вже ознайомилися з особливостями будови та процесів життєдіяльності клітини - основної структурно-функціональної одиниці всіх організмів. Тепер підведемо підсумки.

Клітини є тими універсальними будівельними блоками (одиницями живої матерії), з яких побудовані всі різноманітні живі організми, що населяють нашу планету. Усі клітини складаються з таких основних компонентів: плазматична мембрана, цитоплазма та ядро (у прокаріотів його функцію виконує ядерна зона - нуклеоїд). Клітина - це досконала біоенергетична система: вона здатна перетворювати одні форми енергії в інші (хімічну - в механічну, хімічну - в електричну тощо) (мал. 29.1).

Мал. 29.1. Схема, що ілюструє взаємопереходи різних форм енергії в клітині

Клітина становить собою інформаційну систему: у ній зберігається закодована спадкова інформація щодо особливостей будови та процесів життєдіяльності як самої себе, так і всього багатоклітинного організму. Вражає компактністьзберіганняінформації,недоступнанавітьнайсучаснішим комп’ютерам. Уявіть собі: 6 • 10-12 г ДНК яйцеклітини людини кодують будову та властивості всіх білків організму! У клітині існують особливі структури для забезпечення реалізації спадкової інформації шляхом біосинтезу білків. Таким чином, кожна клітина слугує біохімічною фабрикою, адже щосекунди в ній відбувається безліч узгоджених біохімічних процесів.

Клітинам властива саморегуляція: вони здатні підтримувати відносну сталість свого хімічного складу і властивостей (гомеостаз), незважаючи на зміни в навколишньому середовищі. Клітини здатні до самовідтворення шляхом розмноження поділом чи брунькуванням.

Клітинам притаманна подразливість: вони здатні сприймати різні впливи і певним чином на них відповідати. Як ви пам’ятаєте, цю функцію забезпечують сигнальні білки клітинної мембрани. Клітинам як біологічним системам притаманна цілісність, що забезпечується взаємодією внутрішньоклітинних структур унаслідок саморегуляції.

В еукаріотичних клітинах є система внутрішньоклітинних мембран, які поділяють внутрішнє середовище на окремі функціональні ділянки. Наявність таких ділянок забезпечує одночасний перебіг багатьох, часто несумісних, біохімічних процесів.

Між окремими функціональними ділянками можуть існувати функціональні й просторові зв’язки. Ви пам’ятаєте, що безпосередньо пов’язані між собою зерниста й незерниста ендоплазматична сітка. Крім того, мембрани зернистої ендоплазматичної сітки контактують із зовнішньою мембраною ядра.

Ендоплазматична сітка бере участь в утворенні вакуоль рослинних клітин, а комплекс Гольджі - в утворенні скоротливих вакуоль і лізосом. Лізосоми, зливаючись із піноцитозними чи фагоцитозними пухирцями, забезпечують формування травних вакуоль (їх ще називають вторинними лізосомами). Мембрани піно- та фагоцитозних пухирців утворено за рахунок певних ділянок плазматичної мембрани.

Лише двомембранні мітохондрії і пластиди просторово безпосередньо не зв’язані з іншими структурами. Ви вже знаєте, що їм притаманний певний ступінь автономії в клітині, зокрема наявність власної ДНК та розмноження поділом.

Узагальнення даних, отриманих під час тривалого вивчення клітини, було сформульоване як клітинна теорія.

• Положення клітинної теорії на сучасному етапі розвитку біології. Як ми згадували, уперше клітинну теорію сформулював німецький зоолог Т. Шванн (1838), який спирався на праці німецького ботаніка М. Шлейдена. Свій внесок у її розвиток зробили й інші дослідники, зокрема російський - К. Бер та німецький - Р. Вірхов. К. Бер показав, що багатоклітинні організми здатні розвиватися з однієї клітини. Р. Вірхов з’ясував, що нові клітини не виникають з міжклітинної речовини (як вважали до нього), а з’являються внаслідок розмноження материнської. Було доведено, що міжклітинна речовина виникає внаслідок діяльності клітин.

На сучасному етапі клітинна теорія включає такі положення:

• усі організми складаються з однієї або багатьох клітин. Отже, клітина - елементарна одиниця будови живих істот;
• клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні за походженням, будовою, хімічним складом, основними процесами життєдіяльності;
• кожна нова клітина утворюється виключно в результаті розмноження материнської, тобто клітина - елементарна одиниця розмноження;
• багатоклітинні організми розвиваються з однієї клітини, тобто клітина - елементарна одиниця розвитку;
• клітини містять спадкову інформацію, необхідну для здійснення життєвих циклів і забезпечення зміни поколінь певного виду організмів;
• клітинам притаманна подразливість: вони здатні сприймати різні впливи і певним чином на них відповідати;
• у більшості багатоклітинних різні типи клітин формуються внаслідок спеціалізації протягом індивідуального розвитку особини;
• у більшості багатоклітинних тварин і вищих рослин з клітин, подібних за будовою та функціями, формуються тканини;
• з тканин формуються органи, які тісно пов’язані між собою в системи органів та функціональні системи і підпорядковані нервовій та гуморальній регуляції.

Створення клітинної теорії значно вплинуло на подальший розвиток усієї біології. Стало зрозуміло, що існування організмів та зміна їхніх поколінь забезпечуються послідовністю живих клітин. Таким чином, в основі безперервності життя на нашій планеті лежить саме клітина.

• Сучасні напрями досліджень у цитології. Сучасні дослідження у галузі цитології насамперед спрямовані на вивчення найдрібніших органел і структур клітини. Якщо сучасні світлові мікроскопи не можуть забезпечити збільшення об’єктів дослідження більш ніж у 3000 разів, то електронні мікроскопи відкривають нові перспективи перед дослідниками внаслідок досягнення збільшень у сотні тисяч разів. З іншого боку, все більше розвиваються дослідження в галузі клітинної інженерії, так звані цитотехнології.

Цитотехнологія - відносно нова галузь біологічних досліджень. Вона використовує різні методи. Насамперед - методи виділення клітин з організму і перенесення їх на поживні середовища. Там клітини продовжують жити і розмножуватися. Культури таких клітин можна застосовувати не тільки для наукових експериментів, але й у виробництві. Зокрема, це значно знижує собівартість лікарських препаратів та зберігає природні ресурси (наприклад, рідкісного «кореня життя» - женьшеню).

Учені здійснюють гібридизацію соматичних клітин організмів, які належать до різних видів, родів, родин тощо. При цьому за допомогою різних мікроскопічних технологій ядро однієї клітини переносять до іншої; в клітини одного виду переміщують хромосоми або їхні ділянки з клітин іншого та ін. Так штучно «схрещують» клітини організмів, генетичний матеріал яких неможливо об’єднати в інший спосіб (наприклад, людини і миші, людини і моркви, курки і дріжджів тощо). Гібридизація нестатевих клітин дає змогу створювати препарати, які підвищують стійкість проти різних інфекцій, а також знищують деякі злоякісні пухлини (ракові захворювання). Наприклад, за допомогою гібридизації нормальних клітин з раковими отримано культури гібридних клітин, здатні виробляти протипухлинні антитіла.

Раніше ми вже згадували про методику клонування організмів. Клоном (від грец. клон - гілка, нащадок) називають сукупність генетично ідентичних клітин або особин, отриманих від спільного предка нестатевим шляхом. Оскільки кожна нестатева клітина зазвичай містить спадкову інформацію, притаманну всьому багатоклітинному організму, то стає можливим отримання з однієї клітини значної кількості організмів з однаковими спадковими якостями (мал. 29.2).

Клонування тварин розпочато лише в останні десятиріччя. Методика такого клонування полягає в тому, що з незаплідненої яйцеклітини видаляють ядро і пересаджують в неї диплоїдне ядро соматичної клітини тієї самої особини. Таку штучну «зиготу» поміщають у матку самки даного виду, де розвивається зародок. Це дає змогу отримувати від цінних за своїми властивостями плідників необмежену кількість нащадків, які є їх точною генетичною копією. Наразі вчені клонували представників окремих видів (наприклад, відому вівцю Доллі) (мал. 29.3).

Мал. 29.2. Розвиток рослини моркви на штучному поживному середовищі з кількох клітин коренеплоду

Мал. 29.3. Методика клонування: 1 - донор цитоплазми; 2 - донор ядра соматичної клітини; 3 - видалення ядра; 4 - клітина молочної залози; 5 - вплив електричного струму; 6 - яйцеклітина, що починає поділятись; 7 - сурогатна (не рідна) мати; 8 - результат клонування - вівця Доллі

Ключові терміни та поняття. Клітинна теорія, цитотехнологїі, клон, клонування.

Коротко про головне

• Клітини:

- основні структурно-функціональні одиниці організмів;

- біоенергетичні системи, здатні перетворювати одні форми енергії в інші;

- інформаційні системи, в яких зберігається спадкова інформація;

- метаболічні системи, в яких водночас відбувається багато узгоджених біохімічних процесів.

• Клітинам властиві:

- саморегуляція; вони здатні підтримувати відносну сталість свого внутрішнього середовища і фізико-хімічних властивостей (гомеостаз), незважаючи на зміни у довкіллі;

- самовідтворення та передача спадкової інформації нащадкам, завдяки чому життя тривалий час існує на нашій планеті;

- подразливість: вони здатні сприймати різні впливи і певним чином на них відповідати.

• Клітині як інтегрованій біологічній системі притаманна тісна взаємодія різних структур. В еукаріотичних клітинах є система внутрішньоклітинних мембран, які поділяють внутрішнє середовище на окремі функціональні ділянки, що забезпечує одночасний перебіг багатьох, часто несумісних, біохімічних процесів.
• Узагальнення даних, отриманих унаслідок тривалого періоду вивчення клітини, знайшло своє відображення у клітинній теорії.

Запитання для самоконтролю

1. Які властивості притаманні клітинам як самостійним інтегрованим біологічним системам? 2. У чому полягає просторовий і функціональний зв’язок між основними складовими клітини? 3. Як пояснити вираз «єдина мембранна система клітини»? У чому полягає біологічне значення цього явища? 4. Хто вперше сформулював клітинну теорію? 5. Які основні положення клітинної теорії на сучасному етапі розвитку біології?

Поміркуйте

Як і чому клітинна теорія вплинула на подальший розвиток біології?

Завдання для роботи в групі

Використовуючи різноманітні джерела інформації, підготуйте спільний дайджест про можливості найновіших досягнень у галузі цитотехнології.

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9

БУДОВА ХРОМОСОМ

(цю роботу доцільніше виконувати після вивчення теми «Загальний план будови клітини. Поверхневий апарат. Ядро»)

Мета: навчитися розпізнавати на схемах, постійних мікропрепаратах, мікрофотографіях хромосоми.

Обладнання і матеріали: мікроскопи, предметні і накривні скельця, постійний мікропрепарат слинних залоз «мотиля» (личинок некровосисних комарів - хірономід), препарувальні голки, пінцети, мікрофотографії хромосом клітин слинних залоз мотиля.

Хід роботи

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

2. При малому збільшенні на постійному мікропрепараті знайдіть клітини слинних залоз мотиля. За відсутності постійного мікропрепарату, виготовте тимчасовий: личинку комара покладіть на предметне скло, відокремте за допомогою пінцета перші два сегменти. Слинні залози (овальні дрібні тільця білого кольору в червонуватій рідині - гемолімфі) видаліть із тіла личинки, вичавлюючи його вміст через отвір на місці видалених передніх сегментів, та накрийте накривним склом.

3. При великому збільшенні розгляньте велетенські хромосоми з клітин слинних залоз мотиля, схожі на посмуговані лінії зі «здуттями». У мотиля вісім хромосом, але в клітинах слинних залоз вони мають вигляд чотирьох, оскільки гомологічні хромосоми з’єднані попарно.

4. Порівняйте побачене з мікрофотографіями хромосом клітин слинних залоз мотиля.

5. Зробіть висновки.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10

МІТОТИЧНИЙ ПОДІЛ КЛІТИН

Мета: навчитися спостерігати за процесами життєдіяльності клітин та розпізнавати на схемах, постійних мікропрепаратах, мікрофотографіях фази мітотичного поділу.

Обладнання і матеріали: мікроскопи, постійні мікропрепарати клітин корінців цибулі або інших рослин на різних стадіях мітотичного циклу, мікрофотографії різних стадій мітотичного поділу.

Хід роботи

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

2. При малому збільшенні мікроскопа знайдіть на мікропрепараті корінця кореневий чохлик, зони поділу і розтягнення.

3. При великому збільшенні мікроскопа знайдіть у зоні поділу клітини на стадіях інтерфази (прямокутні, оточені товстою клітинною стінкою), профази (у центральній частині помітні хромосоми), метафази (помітне веретено поділу, хромосоми у центральній частині клітини складаються з двох хроматид кожна), анафази (хромосоми розташовані на полюсах клітини), телофази (хромосоми розкручуються, з’являється ядерна оболонка і перегородка між дочірніми клітинами).

4. Порівняйте побачене з мікрофотографіями різних стадій мітотичного поділу.

5. Зробіть висновки.

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 5

ПОРІВНЯННЯ МІТОЗУ І МЕЙОЗУ

(виконують учні академічного рівня навчання)

Мета: закріпити матеріал, засвоєний під час проходження теоретичного курсу. Уміти на схемах і мікропрепаратах визначати ті чи інші фази мітотичного або мейотичних поділів.

Обладнання і матеріали: схеми та мікрофотографії із зображенням усіх фаз мітозу і мейозу, мікропрепарати мітозу і мейозу.

Хід роботи

1. Уважно вивчіть запропоновані схеми та мікрофотографії.

2. Розкладіть у правильній послідовності схеми та мікрофотографії, на яких зображено відповідні фази мітозу, й пригадайте, які події відбуваються на тій чи іншій фазі.

3. Те саме зробіть зі схемами та мікрофотографіями, на яких зображено відповідні фази першого та другого поділів мейозу.

4. Послідовно порівняйте події, які відбуваються під час певних фаз мітозу та першого поділу мейозу.

5. Виконайте те саме для певних фаз мітозу та другого поділу мейозу.

6. Зробіть висновки у вигляді таблиці за зразком:

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 6

РОЗВ’ЯЗАННЯ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЗАДАЧ ІЗ ТРАНСЛЯЦІЇ

(виконують учні академічного рівня навчання)

Мета: навчитися розв’язувати елементарні задачі з молекулярної біології.

Задача 1. Один з ланцюгів молекули ДНК складається з наступних залишків нуклеотидів:

ТАЦ ГАА ЦГЦ АТГ ЦГА ТЦЦ

Визначте, в якій послідовності до функціонального центру рибосоми будуть надходити молекули тРНК з такими антикодонами:

ЦГА УЦЦ ГАА АТГ УАЦ ЦГЦ

Приклад розв’язку.

За принципом комплементарності встановлюємо послідовність молекули іРНК, яка була синтезована на даній ділянці ланцюга ДНК:

АУГ ЦУУ ГЦГ УАЦ ГЦУ АГГ

Таким чином, послідовність молекул тРНК, які надходитимуть до функціонального центру рибосоми, буде наступною:

тРНК з антикодоном УАЦ, тРНК з антикодоном ГАА, тРНК з антикодоном ЦГЦ, тРНК з антикодоном АТГ, тРНК з антикодоном ЦГА, тРНК з антикодоном УЦЦ.

Задача 2. Ділянка молекули ДНК має наступний вигляд:

АТА ГТЦ ЦГА ГТА ТЦЦ

ТАТ ЦАГ ГТЦ ЦАТ АГГ

Визначте, який з двох ланцюгів цієї молекули ДНК кодує поліпептид, що складається з таких амінокислотних залишків: ізолейцин - валін - аргінін - валін - серин

Приклад розв’язку.

Використовуючи таблицю «Генетичний код», встановлюємо послідовність залишків нуклеотидів молекули іРНК, яка слугувала матрицею для синтезу даного поліпептиду:

АУА - ГУЦ - ЦГА - ГУА - УЦЦ

Далі визначаємо, який саме ланцюг молекули ДНК слугував матрицею для синтезу молекули іРНК: ТАТ ЦАГ ГТЦ ЦАТ АГГ.

Задача 3. Ланцюг молекули ДНК до мутації складався з наступної послідовності залишків нуклеотидів:

AAA ААТ ТГГ ЦАГ ТТГ

Після мутації він набув наступного вигляду:

ААА ААТ ТГГ ЦАТ ТТГ

1. Порівнявши структуру молекули ДНК до та після мутації, знайдіть триплет, який зазнав змін.

2. Визначте будову поліпептидів, які кодував ланцюг ДНК до та після мутації.

3. Зробіть висновки.

Задача 4. Послідовність залишків нуклеотидів одного з ланцюгів молекули ДНК така:

ТАЦ ГАЦ АЦГ ГЦГ АТТ ТАЦ АГГ ЦГГ ТЦГ АЦТ

Визначте, яку кількість молекул поліпептидів вона кодує.

Задача 5. Послідовність амінокислотних залишків молекули поліпептиду така:

аспарагін - ізолейцин - пролін - треонін - валін - цистеїн.

Враховуючи, що більшість основних амінокислот кодуються кількома триплетами, визначте можливі варіанти послідовності залишків нуклеотидів, які можуть кодувати цей поліпептид.

Задача 6. Яка послідовність амінокислот кодується такою послідовністю нуклеотидів іРНК: ГЦУГЦАУАААЦЦУГАЦАГЦУА? Якою стане послідовність амінокислот, якщо внаслідок мутації із цієї молекули випаде другий нуклеотид?

Задача 7. Молекула ДНК становить собою таку послідовність нуклеотидів: ТЦГ ГАА АЦГ ТАА ЦАГ ГТА ЦАТ ТАТ. У якій послідовності будуть підходити молекули тРНК, що транспортують амінокислоти, до рибосоми, яка бере участь у синтезі білкової молекули?

ТЕСТ НА ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ

І. ВИБЕРІТЬ ІЗ ЗАПРОПОНОВАНИХ ВІДПОВІДЕЙ ПРАВИЛЬНУ

1. Укажіть процес, під час якого відбувається кон’югація хромосом: а) мітоз; б) перший мейотичний поділ; в) другий мейотичний поділ; г) брунькування клітини.

2. Визначте кількість молекул АТФ, що синтезується під час безкисневого етапу енергетичного обміну: а) 1 молекула; б) 2 молекули; в) 4 молекули; г) 36 молекул; д) молекули АТФ не синтезуються.

3. Визначте кількість молекул АТФ, що синтезується під час кисневого етапу енергетичного обміну: а) 1 молекула; б) 2 молекули; в) 4 молекули; г) 36 молекул; д) молекули АТФ не синтезуються.

4. Укажіть, коли саме в процесі фотосинтезу синтезуються молекули АТФ: а) під час темнової фази; б) під час світлової фази; в) молекули АТФ не синтезуються.

5. Виберіть правильне визначення терміна «транскрипція»: а) переписування інформації з молекули ДНК на молекулу іРНК; б) транспорт амінокислотних залишків до місця синтезу білкової молекули; в) сполучення амінокислотних залишків у поліпептидний ланцюг; г) набуття молекулою білка активного стану.

6. Зазначте, на мембранах яких органел відбувається синтез білка: а) комплексу Гольджі; б) лізосом; в) травних вакуоль; г) зернистої ендоплазматичної сітки; д) незернистої ендоплазматичної сітки.

7. Укажіть, де відбувається кисневий етап енергетичного обміну: а) у мітохондріях; б) у хлоропластах; в) у комплексі Гольджі; г) у лізосомах; д) у зернистій ендоплазматичній сітці.

II. ВИБЕРІТЬ ІЗ ЗАПРОПОНОВАНИХ ВІДПОВІДЕЙ ДВІ ПРАВИЛЬНІ

1. Назвіть процеси, під час яких синтезуються молекули АТФ: а) світлової фази фотосинтезу; б) темнової фази фотосинтезу; в) трансляції; г) підготовчого етапу енергетичного обміну; д) безкисневого етапу енергетичного обміну

2. Укажіть біохімічні процеси, які належать до пластичного обміну: а) самоподвоєння ДНК; б) окиснення органічних сполук; в) окиснення неорганічних сполук; г) біосинтез ліпідів.

3. Укажіть біохімічні процеси, які належать до енергетичного обміну: а) фотосинтез; б) окиснення органічних сполук; в) хемосинтез; г) розщеплення органічних сполук без доступу кисню.

4. Укажіть, за рахунок яких електронів відновлюється фотосистема І: а) які походять із фотосистеми II; б) власних, які повертаються на свій енергетичний рівень; в) які виникають при розщепленні молекули води; г) які виникають при розщепленні атомів Гідрогену.

5. Укажіть, під час яких процесів виділяється вуглекислий газ: а) кисневого етапу енергетичного обміну; б) світлової фази фотосинтезу; в) темнової фази фотосинтезу; г) аеробного дихання.

6. Зазначте, під час яких процесів відбувається подвоєння кількості молекул ДНК в клітині: а) профази мітозу; б) метафази першого мейотичного поділу; в) інтерфази між двома мітотичними поділами; г) злиття гамет.

III. ЗАВДАННЯ НА ВСТАНОВЛЕННЯ ВІДПОВІДНОСТІ

Установіть відповідність між етапами енергетичного обміну та кількістю молекул АТФ, які під час цих етапів синтезуються:

Установіть відповідність між біохімічними процесами та місцями їхнього перебігу:

Установіть відповідність між процесами, що відбуваються в організмі, та їхніми визначеннями:

4. Установіть відповідність між етапами біосинтезу білкової молекули та подіями, які відбуваються на тому чи іншому етапі:

5. Установіть відповідність між фазами мітозу та подіями, які під час них відбуваються:

6. Установіть відповідність між фазами мейозу та подіями, які під час них відбуваються:

скачать dle 11.0фильмы бесплатно