Войти
Закрыть

Клітинний цикл. Мітоз

9 Клас

Розмноження — невіддільна складова життя. Усі живі організми — це самовідтворювані системи, тобто такі, що здатні розмножуватися1. Розмноження властиве й найдрібнішій одиниці живої природи — клітині. Розмноження клітини потребує реплікації ДНК: клітини розмножуються шляхом поділу з утворенням двох ідентичних. Найпростішим є процес поділу бактеріальної клітини. Здебільшого в бактерій одна-єдина хромосома, подвоєння якої відбувається одночасно з діленням клітини. Плазміди бактерій зазвичай представлені великою кількістю копій (від 10 до 1000 копій на клітину). Вони випадковим чином розподіляються між двома нащадками, проте завдяки великій кількості копій до кожної клітини потрапляє щонайменше кілька з них, що забезпечує їх передавання та збереження. Приблизно в такий самий спосіб здійснюється розподіл мітохондрій і хлоропластів у більшості еукаріотів. Вони розмножуються незалежно від ядерного геному, а потім, у процесі поділу, розподіляються між нащадками2. Але з ядерним геномом усе набагато складніше. Річ у тім, що великі геноми еукаріотів організовані у вигляді кількох окремих хромосом, які наявні в ядрі у фіксованій кількості копій (однієї чи кількох). Для таких клітин виникає проблема розподілу хромосом між клітинами-нащадками. Ця проблема спричинила виникнення в еукаріотів складно організованого процесу поділу ядра зі збереженням кількості хромосом — мітозу. У ході мітозу відбувається розподіл хромосом материнської клітини між двома дочірніми, а потім — поділ цитоплазми між дочірніми клітинами. Важливою особливістю еукаріотів є обов’язкове розділення в часі процесів реплікації ДНК і клітинного поділу3. Клітина еукаріотів, чи то самостійний організм, чи то клітина ембріона тварини, послідовно проходить стадії реплікації геному та поділу. Таке чергування в життєвому циклі клітини стадій, що повторюються, називається клітинним циклом. Інтерфаза — період між поділами клітини Як ми вже з’ясували, клітинний поділ в еукаріотів розподілений у часі з реплікацією ДНК. Тому за проміжок часу між двома мітозами (клітинними поділами) має відбутися реплікація всього ядерного геному. Цей проміжок часу між двома мітозами називають інтерфазою. При цьому кількість ДНК у ядрі збільшується вдвічі. Якщо в клітинах організму є по одній копії кожної молекули ДНК, то в процесі реплікації їхня кількість подвоюється. У клітинах хлібопекарських дріжджів одразу після клітинного поділу в ядрі міститься 16 різних молекул ДНК (16...
0 Переглянути

Геноми

9 Клас

Нагадаємо, що інформація про будову, розвиток і функціонування організмів зберігається в молекулах ДНК. Часто вона також зберігається у вигляді цитоплазматичних молекул РНК та у вигляді модифікацій білків, пов’язаних із ДНК. Проте частка такої інформації надзвичайно мала. Більша частина ДНК у клітині спакована у вигляді комплексу з білками — хромосом. У бактерій зазвичай одна хромосома, в еукаріотів — багато. Також клітини містять позахромосомну ДНК. У бактерій це плазміди — невеликі молекули ДНК, що часто зумовлюють патогенність або стійкість до антибіотиків. Плазміди дуже різноманітні та, як правило, дають ту чи іншу перевагу в середовищі існування. Так, у присутності антибіотика бактерії, що мають плазміду, яка несе гени стійкості, отримують перевагу порівняно з бактеріями, позбавленими такого захисту. На щастя для бактерій (і на жаль для нас!), вони можуть обмінюватися своїми плазмідами, поширюючи гени стійкості. Однак якщо антибіотик вилучити із середовища, у якому ростуть бактерії (тобто стійкі бактерії більше не отримуватимуть переваги), то бактерії поступово почнуть втрачати ці плазміди. Плазміди також були виявлені в деяких одноклітинних еукаріотів: хлорели, хламідомонади та хлібопекарських дріжджів. Використовуючи методи генної інженерії, учені можуть уводити плазміди до еукаріотичних клітин спеціально, щоб примусити їх синтезувати той чи інший білок або РНК. Проте в еукаріотів у великій кількості наявні позахромосомні ДНК іншого типу — ДНК органел. Мітохондрії та хлоропласти також несуть молекули ДНК, що кодують частину білків і РНК цих органел (рис. 27.1). Із ДНК мітохондрій, хлоропластів і плазмід пов’язана так звана цитоплазматична спадковість, тобто така, яку забезпечують структури поза ядром. Сукупність усієї спадкової інформації у вигляді ДНК, що міститься в клітині організму, називають геномом1....
0 Переглянути

Гени

9 Клас

У попередніх параграфах ми розглянули, як інформація про будову ДНК послідовно реалізується в процесах транскрипції, а потім трансляції. Спочатку РНК-полімераза синтезує матричну РНК на молекулі ДНК, а потім рибосома синтезує білок, зчитуючи інформацію з матричної РНК. В еукаріотів одна матрична РНК зазвичай містить інформацію про будову цілого типу білкових молекул. Ця матрична РНК синтезується з особливої ділянки ДНК, що має назву ген. Отже, інформація про послідовність амінокислотних залишків у молекулі білка закодована в особливій ділянці молекули ДНК — гені. Проте гени кодують не тільки матричні РНК. Транспортні РНК, рибосомальні РНК та інші типи РНК також кодуються своїми генами, однак ці РНК ніколи не піддаються трансляції, залишаючись назавжди РНК. Таким чином, ми можемо сформулювати ширше визначення гена: ген — це ділянка ДНК, що кодує молекулу РНК1. Розглянемо будову звичайного гена, що кодує матричну РНК тваринної клітини (рис. 26.1). Ген, як ми знаємо, є ділянкою дволанцюгової ДНК і лише один із ланцюгів кодує мРНК. Цей ланцюг називають антизмістовним. Послідовність нуклеотидів у ньому комплементарна матричній РНК, саме із цим ланцюгом працюватиме РНК-полімераза. Інший ланцюг ДНК за послідовністю нуклеотидів збігається з матричною РНК, що кодується геном. Цей ланцюг називають змістовним. При цьому один ланцюг ДНК може бути антизмістовним для одних генів і змістовним — для інших....
0 Переглянути

Біосинтез білка

9 Клас

У попередньому параграфі ми зупинилися на тому, що клітина здатна зчитувати інформацію про будову білкової молекули, записану в послідовності нуклеотидів мРНК, та, відповідно до генетичного коду, синтезувати молекулу білка. Цей процес — трансляція — повністю здійснюється дуже давнім і консервативним молекулярним комплексом — рибосомою. Ми вже з’ясували будову рибосоми в § 23. Нагадаємо, що рибосома — молекулярна машина, властива всім живим організмам, від бактерій до вищих рослин і ссавців. Рибосома складається з двох субодиниць, побудованих із молекул особливих рибосомальних РНК та білків. Рибосоми в еукаріотів формуються в особливому відділі ядра — ядерці. Там відбувається синтез рибосомальних РНК, а також здійснюється й збирання субодиниць. Рибосоми прямують до цитоплазми крізь ядерні пори. У цитоплазмі відбувається трансляція — процес, який ми розглянемо в цьому параграфі. Рибосома створює умови для взаємодії мРНК і тРНК До трансляції в бактерій залучено багато молекул, але ще більше — в еукаріотів. Проте ми зупинимося на основних учасниках цієї драми в усіх організмах: матричній РНК, рибосомі, амінокислотах, ковалентно приєднаних до молекул транспортної РНК, а також ферментах, що каталізують процеси біосинтезу білка у клітині. Мономерами для синтезу білка слугують не вільні амінокислоти, а амінокислоти, з’єднані з транспортною РНК. Амінокислоти приєднуються до молекул тРНК особливими ферментами, кодазами, які ретельно стежать за дотриманням генетичного коду. На кожну амінокислоту припадає по одній кодазі. Фермент забезпечує відповідність амінокислот і тРНК. Для кожної амінокислоти є одна чи більше тРНК. Кодаза розпізнає потрібну амінокислоту та відповідні їй тРНК, що можуть взаємодіяти з триплетами нуклеотидів у мРНК, які кодують цю амінокислоту. Процес приєднання амінокислоти до тРНК потребує витрати енергії АТФ, а отриманий продукт (тРНК зв’язана зі «своєю» амінокислотою) має досить високу енергію для того, аби об’єднати дві амінокислоти між собою1....
0 Переглянути

Генетичний код

9 Клас

«Холмс уже кілька годин мовчки сидів, схилившись над хімічною пробіркою, де клекотіло якесь невимовно смердюче вариво. Голова його схилилася до грудей, і він нагадував мені чудернацького кістлявого птаха з тьмяно-сірими перами й чорним чубом». Так починається одне з оповідань Артура Конан Дойла — «Чоловічки в танці». У садибі Ридлінґ-Торп-Менор починають з’являтися дивні малюнки, на яких зображено вишикуваних у лінію чоловічків під час танцю. Ось приклад одного з таких малюнків. Господар садиби звертається по допомогу до геніального детектива Шерлока Холмса. Той легко доходить висновку, що малюнки — це закодовані послання. Холмс береться за їх розшифрування, і виявляється, що кожна фігурка відповідає літері англійського алфавіту. Шерлок Холмс складає таблицю коду — таблицю відповідності між позами чоловічків і літерами. Використавши цей код, можна розшифрувати, що в посланні написано: «приходь сюди терміново» (англ. «come here at once»)1. Цей код був розроблений ватажком чиказької мафії для того, щоб спілкуватися з підлеглими. Проте набагато цікавішу й складнішу роботу провели вчені для розгадування найважливішого коду в живій природі — генетичного коду. Але перш ніж перейти до розгляду цього феномену, дамо визначення поняття «код». Код — це правило відповідності одному конкретному об’єкту чітко визначеної комбінації символів. Інакше кажучи, код — це правило, згідно з яким символи однієї системи (скажімо, літери) однозначно співвідносяться із символами іншої системи (скажімо, зображеннями чоловічків)....
0 Переглянути

Типи РНК

9 Клас

Із двох типів нуклеїнових кислот, що є в клітині, роль носія спадкової інформації дісталася ДНК. Проте РНК, як ми вже неодноразово зазначали, має здатність набувати величезного різноманіття форм. Зазвичай вважається, що ДНК є дволанцюговою спіральною молекулою, натомість РНК має лише один ланцюг, а дволанцюгова структура для неї не характерна. Це не так. Справді, більшість функціональних молекул РНК має у своєму складі тільки один полінуклеотидний ланцюг. Але в межах цього ланцюга можна виявити велику кількість дволанцюгових ділянок (рис. 23.1). Полінуклеотидний ланцюг при цьому вигинається та формує дволанцюгову структуру сам із собою з дотриманням принципу комплементарності. Зазвичай в одній молекулі РНК є кілька дволанцюгових ділянок. Дволанцюгові ділянки дуже важливі, оскільки саме вони визначають форму молекули РНК, а отже, і її функцію. Така велика структурна різноманітність зумовлює різноманіття функцій РНК у клітині. Матричні РНК синтезуються в ядрі у вигляді попередників, а потім — після дозрівання — прямують до цитоплазми. У матричній РНК закодована амінокислотна послідовність білка. Рибосоми зчитують цю послідовність і синтезують амінокислотні ланцюги білків. Рибосомальна РНК є основою рибосом, які функціонують у цитоплазмі. Багато рибосом пов’язані з мембраною ендоплазматичного ретикулуму (утворюється шорсткий ендоплазматичний ретикулум). Синтез рибосомальної РНК, як і збирання рибосом, відбувається в ядерці. Транспортна РНК залучена до біосинтезу білка. Вона бере участь в активації амінокислотних залишків і доставленні їх до рибосоми, що працює. Транспортна РНК утворюється в ядрі, а потім прямує до цитоплазми. Деякі транспортні РНК мітохондрій кодуються ядерною ДНК, а після утворення переміщуються до мітохондрій крізь цитоплазму. Малі ядерні РНК утворюються та функціонують у ядрі. Вони беруть участь у процесі дозрівання матричної РНК. Малі ядерцеві РНК беруть участь у дозріванні рибосомальної РНК. У цитоплазмі міститься велика кількість коротких цитоплазматичних РНК, залучених до різних процесів, таких як перенесення білка крізь мембрану, захист клітини від вірусів, регуляція синтезу білка. У ядрі та цитоплазмі клітини наявні також «загадкові» довгі некодувальні РНК, що виконують регуляторні функції. Мітохондрії містять власний набір матричних, рибосомальних і транспортних РНК, що утворюються безпосередньо в мітохондріях. Рибосомальні РНК мітохондрій значно...
0 Переглянути

Транскрипція

9 Клас

Коли йшлося про нуклеїнові кислоти, ми згадували, що є два типи полінуклеотидів — дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) та рибонуклеїнова кислота (РНК). В обох випадках це лінійний полімер, що складається з нуклеотидних залишків. Хімічні відмінності між ДНК і РНК полягають у тому, що в нуклеотидах РНК є залишок вуглеводу рибози, а в нуклеотидах ДНК — дезоксирибози. Також відмінності стосуються набору нітрогеновмісних основ, із яких побудовані полімери: у РНК замість тиміну наявний урацил. Однак такі незначні відмінності позначаються на фізико-хімічних властивостях молекул. ДНК стабільніша, менше піддається спонтанним розривам ланцюга та модифікаціям хімічними агентами. Тобто ДНК ідеально підходить на роль надійного зберігача інформації. РНК менш стабільна, але, з другого боку, здатна набувати найрізноманітніших просторових форм, які зазвичай недоступні для ДНК. У ній утворюються петлі, вузли, шпильки, вона формує комплекси з йонами металів. РНК також є каталізатором деяких хімічних реакцій. Таким чином, якщо РНК і програє ДНК за надійністю зберігання інформації, то вона беззаперечно попереду за різноманіттям форм і функцій. Отож з’ясуємо, як молекули РНК утворюються в клітині. РНК може синтезуватися на матриці ДНК У попередньому параграфі ми розглянули, як відбувається синтез ДНК. Можна припустити, що синтез РНК відбувається подібним чином. Справді, РНК у клітині утворюється шляхом з’єднання рибонуклеотидів у полімерний ланцюг на матриці ДНК. Цей процес називають транскрипцією. Артур Корнберг народився 1918 року в Нью-Йорку в родині переселенце із Галичини. Навчався в Рочестерському університеті. Відомий у світі передусім як дослідник ферментів синтезу нуклеїнових кислот. Він відкрив фермент ДНК-полімеразу, також уперше здійснив синтез ДНК і РНК «у пробірці». Саме «за дослідження механізмів біосинтезу рибонуклеїнових та дезоксирибонуклеїнових кислот» у 1959 році був удостоєний Нобелівської премії з фізіології або медицини. Артур Корнберг мав трьох синів. Один із них — Роджер Корнберг — став колегою батька. Він народився 1947 року в Сент-Луїсі (штат Міссурі, США). Навчався в Гарвардському університеті. Цікаво, що Роджер продовжив батькові дослідження синтезу нуклеїнових кислот. Поштовхом до цього могло бути те, що він у 12-річному віці побував у Стокгольмі на церемонії вручення батькові Нобелівської премії. За свої праці Роджер також був нагороджений Нобелівською премією з хімії 2006 року «за дослідження...
0 Переглянути

Подвоєння ДНК

9 Клас

Як ви вже знаєте, носієм інформації про розвиток, будову, функціонування живого організму є молекула ДНК. Ця молекула є лінійним полімером — полінуклеотидом у вигляді ланцюга з нуклеотидних ланок. Загалом у цьому ланцюгу містяться нуклеотиди з нітрогеновмісними основами чотирьох типів: аденіном (А), гуаніном (Г), цитозином (Ц) та тиміном (Т)1. Ці нуклеотиди чергуються один з одним, і в послідовності їхнього з’єднання зашифровано текст — програму, за якою будується та працює живий організм. У цьому розділі ми будемо обговорювати, як цю програму, записану в послідовності нуклеотидів ДНК, виконує клітина. Та живим організмам недостатньо мати надійного зберігача інформації. Важливо, щоб цю інформацію можна було копіювати та передавати нащадкам. Подвійна спіраль — основа напівконсервативного принципу реплікації Багато людей, навіть далеких від біології, знають, який приблизно має вигляд молекула ДНК: це комплекс із двох переплетених ланцюгів — подвійна спіраль. Справді, майже увесь час молекула ДНК перебуває в такому комплексі2. При цьому полінуклеотидні ланцюги не ідентичні один одному. Навпроти залишку аденіну (А) одного ланцюга розташований залишок тиміну (Т) другого ланцюга, навпроти залишку гуаніну (Г) — залишок цитозину (Ц). Це і є розглянутий нами раніше принцип комплементарності. У будові ДНК криється ключ до механізму її копіювання. Цей процес називають реплікацією. Молекула ДНК спочатку розплітається: ланцюги відокремлюються один від одного, формуючи одноланцюгові ділянки. Потім завдяки роботі ферментативних систем клітини навпроти кожного з ланцюгів, що вийшли з вихідної — материнської — молекули ДНК, формуються дочірні ланцюги за принципом комплементарності. Так виникає дві ідентичні одна одній дволанцюгові спіральні молекули ДНК. У кожній із них один ланцюг нуклеотидів дістався від материнської молекули ДНК, а другий був синтезований наново. Такий механізм реплікації називають напівконсервативним: кожна молекула ДНК містить новий і старий (консервативний) ланцюги (рис. 21.1)....
0 Переглянути

Принципи синтетичних процесів

9 Клас

У першому розділі підручника ми розглянули різноманіття молекул, які є в живих організмах. Як ми з’ясували, найбільше розмаїття властиве великим полімерним молекулам, таким як білки, полісахариди та нуклеїнові кислоти. Кишкова паличка має приблизно 5 тисяч різних білків, людина — 60 тисяч. При цьому білки, що виконують однакову функцію, у різних організмах теж різняться. Так, послідовність амінокислотних залишків у гемоглобіні миші відрізняється від послідовності амінокислотних залишків у гемоглобіні людини. Отже, це різні молекули. Ба більше: спостерігається внутрішньовидове різноманіття білків. Так, у людей є два варіанти глікофорину А — основного білка, що вкриває поверхню еритроцитів — червоних кров’яних тілець. Амінокислотні ланцюги цих двох варіантів, які називають M і N, відрізняються один від одного лише за двома позиціями. Одні люди мають тільки M-форму глікофорину А, інші — тільки N-форму, а треті — обидві форми. Різні форми глікофорину А визначають різні групи крові1. Біополімери характеризуються великим різноманіттям у межах одного організму, а враховуючи внутрішньо- та міжвидові відмінності, їхнє сумарне різноманіття в біосфері просто безмежне. Полімери складаються з порівняно невеликої кількості мономерів Незважаючи на велику різноманітність біополімерів у живій природі, усі вони побудовані з доволі обмеженої кількості мономерних ланок. Так, усе різноманіття білків утворюється всього з трохи більше ніж 20 амінокислот (для людини — з 21 амінокислоти)2. Усі амінокислоти з цього набору є й у людини, і в карася, і в соняшника, і в мухомора. При цьому необов’язково, щоб ці амінокислоти синтезувалися в усіх організмах. Так, ані людина, ані миша не здатні синтезувати незамінну амінокислоту фенілаланін, але отримують її в достатній кількості з їжею. Звісно, із правила «універсальності мономерних ланок» є винятки. Так, деякі прокаріотичні організми, що населяють рубець жуйних тварин, мають додаткову амінокислоту, яку можуть використовувати для побудови своїх білків3. Водночас у них немає однієї з «еукаріотичних» амінокислот4. Виходить, що їхні білки теж будуються з 21-ї мономерної ланки, проте цей набір не збігається повністю з тим, який є в еукаріотів. 1 Насправді М- та N-форми глікофорину А різняться не тільки амінокислотними послідовностями, а й вуглеводами, що ковалентно прикріплені до білка. При цьому вуглеводний компонент становить 60 % від маси молекули. Із цим і пов’язана назва...
0 Переглянути

Хемосинтез

9 Клас

У попередньому параграфі ми розглянули, як зелені рослини використовують енергію сонячного світла для отримання водню з води. Потім цей водень використовується для відновлення вуглекислого газу та синтезу органічних сполук. Такий процес називають фотосинтезом. Проте в біосфері є ще й інший спосіб синтезу органічних сполук, що не залежить безпосередньо від енергії сонячного світла. Водень для відновлення вуглекислого газу можна отримувати й від різних неорганічних молекул, проте для цього потрібен досить потужний окисник. Таким окисником є кисень. Живі організми (хемоавтотрофи) здатні окиснювати неорганічні сполуки (наприклад амоніак, сірководень, сульфіди, сполуки двовалентного Феруму тощо) киснем і використовувати виділені в цих процесах електрони та водень для відновлення вуглекислого газу. Такий процес називають хемосинтезом. Так само, як і у випадку із зеленими рослинами, частина енергії від окиснення використовується для синтезу АТФ. Такий варіант отримання енергії властивий лише прокаріотам. Саме ж явище хемосинтезу в 1887 році відкрив Сергій Виноградський. Нітрифікувальні бактерії — звичайні хемотрофи Одними з найпоширеніших хемоавтотрофних мікроорганізмів є ґрунтові нітрифікувальні бактерії. Саме ці бактерії відкрив Виноградський, зазначивши, що вони здатні зростати в середовищі з солями амонію1 за повної відсутності органічних речовин, тобто є автотрофними організмами. До цього вважалося, що автотрофність властива лише фотосинтезувальним організмам, таким як рослини та водорості. Відкриття хемоавтотрофних нітрифікувальних бактерій змінило уявлення про живу природу....
0 Переглянути
Вперед
1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 17 ... 56
Назад

Навігація