Войти
Закрыть

Обмін речовин та енергії

9 Клас

У живих організмах міститься величезна кількість різних хімічних речовин, що реагують одна з одною. Організми споживають одні речовини та виділяють інші. Ми з вами вдихаємо кисень, який використовуємо для окиснення органічних речовин, та видихаємо вуглекислий газ, що утворюється при цьому. Рослини здатні з вуглекислого газу та води утворювати органічні речовини, а побічним продуктом цього процесу є кисень, що виділяється в атмосферу. Також рослини здатні поглинати нітрати (солі нітратної кислоти), які потім відновлюються до аміногруп амінокислот, що ввійдуть до складу білків. В організмах тварин рослинні білки знову розщеплюються до амінокислот, а з цих амінокислот тварини «будують» власні білки. Сахароза, яку ми вживаємо разом із вранішнім чаєм, розщеплюється до фруктози та глюкози. Остання може бути безпосередньо спрямована до мозку для «спалювання» чи може потрапити до печінки, де ввійде до складу полімеру — глікогену, який буде запасений на майбутнє. Сукупність усіх цих та інших хімічних реакцій, що відбуваються в організмі, називають метаболізмом1. Метаболічні шляхи — розгалужена мережа реакцій Реакції, що відбуваються в організмі, доволі різноманітні. На рисунку 15.1 зображено схему метаболізму людини, докладніше дивіться за посиланням. Вивчивши схему всіх хімічних процесів, що відбуваються в організмі, можна помітити, що дуже часто реакції об’єднуються в послідовності двох типів: лінійні та циклічні (рис. 15.2). Такі послідовності хімічних реакцій називають метаболічними шляхами. У них субстрат (початковий компонент метаболічного шляху, S) перетворюється на продукт метаболічного шляху (P) через проміжні речовини (І). Зазвичай проміжні речовини не виконують жодних біологічних функцій і їхні концентрації в організмі зовсім незначні. Тут варто згадати важливу особливість метаболізму: перетворення субстрату на біологічно активний продукт майже ніколи не відбувається в один етап, а лише через ланцюжок проміжних речовин....
0 Переглянути

Методи дослідження клітини

9 Клас

Першою людиною, яка побачила клітини, був англійський природознавець Роберт Гук1. 1665 року він використав удосконалений мікроскоп для того, аби вивчити будову корка — зовнішнього шару кори коркового дуба (рис. 14.1). У ньому він побачив структури, що нагадували бджолині стільники, і назвав їх клітинами. На той час Гук припускав, що «живими» є клітинні стінки, а не вміст клітин. Через 10 років італійський лікар Марчелло Мальпігі запропонував теорію клітинної будови рослин. Основна ідея цієї теорії полягала в тому, що всі органи рослин побудовані з клітин. До того ж, дослідник припустив, що «життя» зосереджене не тільки в оболонці клітини, а й у рідині всередині. Приблизно в той самий час голландець Антоні ван Левенгук уперше побачив одноклітинні мікроорганізми, а також деякі клітини людини — еритроцити та сперматозоїди. Відомий французький зоолог Жан Батист Ламарк на початку ХІХ століття припустив, що всі живі організми мають клітинну будову. Надалі цю ідею підтвердили дослідження чеського фізіолога Яна Пуркінє та англійського ботаніка Роберта Броуна, які описали ядро. Німецькі вчені Теодор Шванн, Маттіас Шлейден і Рудольф Вірхов зробили з відомих фактів висновки й узагальнили їх у клітинній теорії будови всього живого. Органом тварин, клітинна будова якого була доведена найпізніше, виявився мозок. Перші мікроскопи були світловими Історично перші мікроскопи були світловими. Принцип їхньої роботи полягає в тому, що крізь прозорий об’єкт проходить промінь світла, який потім потрапляє до системи лінз, що в багато разів збільшує зображення об’єкта. Будову світлового мікроскопа представлено на рисунку 14.2, А. Світловий мікроскоп дає змогу вивчити дрібні об’єкти з досить високою точністю. За допомогою шкільного світлового мікроскопа можна збільшувати зображення об’єктів у 100-400 разів, а за допомогою лабораторних — у 1000 разів. Проте у світлового мікроскопа є межа роздільної здатності — мінімальна відстань між двома точками, коли їх ще видно як окремі об’єкти. Межі роздільної здатності визначаються фізичною природою світла й не можуть бути подолані використанням потужних лінз. Теоретична межа роздільної здатності світлового мікроскопа становить 0,2 мкм (для порівняння: довжина кишкової палички приблизно 1-2 мкм), а максимальне збільшення — приблизно у 2000 разів. Роздільна здатність, що менша за розмір клітини, дає змогу вивчати дрібних тварин та одноклітинні організми, будову тканин і клітин. Проте внутрішня...
0 Переглянути

Рослинна і тваринна клітини

9 Клас

У попередньому параграфі ми з’ясували, що, крім еукаріотичних клітин, є також прокаріотичні, позбавлені ядра та системи внутрішніх мембран. Еукаріотичну організацію мають клітини тварин, рослин, грибів і найпростіших (рис. 13.1). Однак представники цих груп дуже відрізняються одне від одного та ведуть різний спосіб життя. Їхні клітини, своєю чергою, теж мають характерні особливості. У попередніх параграфах ми розглянули будову тваринної клітини. Вона не вкрита клітинною стінкою, її форма може змінюватися, деякі клітини багатоклітинних тварин рухомі. Клітини тварин формують між собою різного роду контакти, що об’єднують їх у єдиний організм. Часто наявні органели руху, як-от джгутики чи війки. Клітини вищих рослин мають свої особливості, зумовлені способом життя рослин, а саме нерухомість і здатність до фотосинтезу. Клітина рослини вкрита жорсткою клітинною стінкою, побудованою з полісахариду целюлози. Клітина, оточена такою клітинною стінкою, нерухома та не може змінювати своєї форми1. Усередині рослинної клітини містяться органели особливого типу — хлоропласти, що беруть участь у процесі фотосинтезу. Не всі клітини дорослої рослини беруть участь у фотосинтезі. Так, клітини кореня перебувають здебільшого під землею й не здатні до фотосинтезу через недоступність сонячного світла. Такі клітини містять безбарвні відповідники хлоропластів — амілопласти, що часто використовуються для запасання крохмалю. Деякі клітини рослин містять хромопласти — пластиди, що накопичують додаткові пігменти та надають частинам рослини яскравого (червоного, жовтого, жовтогарячого) забарвлення. Усередині клітини рослини є також одна чи кілька вакуоль — великих мембранних органел, заповнених клітинним соком. У зрілій клітині вакуоля розташована в самому центрі й займає більшу частину об’єму клітини, відтісняючи цитоплазму та ядро до периферії. Більшість клітин вищих рослин (за винятком сперматозоїдів) не мають органел руху2. Клітини грибів мають багато спільного з тваринними клітинами, проте оточені клітинною стінкою. На відміну від рослин, основою клітинної стінки більшості грибів є хітин, а не целюлоза. Часто тіло гриба є мережею розгалужених ниток (гіф). Ці нитки можуть бути розділені на окремі клітини, як у білого гриба чи чорного трюфеля, або бути єдиною нитчастою багатоядерною структурою. Таке тіло, наприклад, у мукора — звичайної хлібної плісняви. А от дріжджі, що теж є грибами, існують у вигляді окремих клітин....
0 Переглянути

Типи клітин

9 Клас

Як ми вже розповіли в попередньому параграфі, усі клітини тварин, рослин, грибів і найпростіших, як-от амеби чи інфузорії-туфельки, містять клітинне ядро. Організми, клітини яких містять ядро, називають еукаріотами. Деякі клітини багатоклітинних організмів під час свого дозрівання втрачають ядро, а разом із ним більшу частину генетичного матеріалу, формуючи постклітинні структури. Такими є, наприклад, еритроцити ссавців і клітини ситоподібних трубок покритонасінних рослин. Такі структури не можуть називатися повноцінними клітинами, оскільки позбавлені свого генетичного матеріалу. Проте є дуже багато організмів, у яких генетичний матеріал не оточений ядерною оболонкою, а контактує із цитоплазмою. Такі організми, що позбавлені клітинного ядра, називають прокаріотами. Найрізноманітнішою та найбільшою групою прокаріотів є бактерії. Прокаріотичні й еукаріотичні клітини різняться не тільки наявністю ядра. Перше, що впадає в око при порівнянні про- та еукаріотичних клітин, — це відмінності в розмірі. У середньому еукаріотична клітина в 1000-10 000 разів більша від прокаріотичної за об’ємом (рис. 12.1). Еукаріотичні клітини, користуючись такою перевагою в розмірі, нерідко харчуються прокаріотичними, заковтуючи їх цілком (поспостерігати цей процес ви можете, переглянувши відео за посиланням). Однак із цього правила є доволі цікаві винятки. Так, клітини бактерії тіомаргарити й епулопісції можуть сягати розміру 0,7 мм, обходячи за цим показником не лише еукаріотичні клітини, а й деякі багатоклітинні організми. Секрет тіомаргарити криється в тому, що майже весь її об’єм припадає на вакуолю, а цитоплазма виявляється притиснутою до мембрани тонким шаром. Таким чином, наведене правило треба дещо змінити: об’єм активної цитоплазми еукаріотичних клітин перевищує об’єм активної цитоплазми прокаріотів. Згадана бактерія — фактично «повітряна кулька», усе життя в якій «розмазане по стінці»....
0 Переглянути

Ядро

9 Клас

Ми з вами побіжно розглянули різноманітні клітинні органели, які містяться в цитоплазмі. Настав час зазирнути у «святеє святих» клітини — клітинне ядро. Уперше ядра помітив Левенгук у клітинах крові лосося як великі «гранули» всередині клітин. Потім шотландський ботанік Роберт Броун (саме на його честь назвали невпорядкований рух частинок речовин — броунівський) виявив подібні структури в пилку орхідей. З’ясувалося, що наявність ядра — універсальна властивість тваринних і рослинних клітин, а також клітин грибів і найпростіших. Ядро є і в білих кров’яних тільцях людини, і в клітинах листя соняшника, у клітинах печериці, у клітині амеби протея та інфузорії-туфельки. У бактерій ядра немає, але про це ми поговоримо вже у наступному параграфі. Усі клітини тварин містять щонайменше одне ядро (рис. 11.1). Деякі «клітини» позбавлені ядер — як, наприклад, еритроцити (червоні кров’яні тільця) ссавців, нейрони найдрібніших комах, клітини рогових лусочок епідермісу. Проте в цих випадках коректніше називати їх не клітинами, а постклітинними структурами, що сформувалися зі звичайних клітин, які в той чи інший спосіб утратили ядро. Ядро виконує в живій клітині найважливішу роль: воно є сховищем генетичної інформації, записаної в молекулах ДНК1. Також ядро виконує функцію захисту клітинної ДНК від нуклеїнових кислот цитоплазми та більшості вірусів2. Саме в ядрі відбувається утворення молекул РНК та проходять початкові етапи синтезу білка. У ядрі відбувається збирання рибосом — молекулярних машин, відповідальних за пізні етапи синтезу білка. Важливо також згадати, що в ядрі молекули ДНК упаковані дуже компактно й акуратно. Так, якщо витягти всю ядерну ДНК людини лише з однієї клітини, то вийде нитка приблизно 204 см завдовжки. Але в клітині людини вона упакована в ядрі, діаметр якого становить приблизно 5 мкм. Компоненти будови ядра — оболонка, пори, хроматин, ядерце Ядро має складну будову. Ззовні воно вкрите ядерною оболонкою, яка відокремлює ядро від цитоплазми (рис. 11.2). Ядерна оболонка двошарова і є безпосереднім продовженням ендоплазматичної сітки. Вона пронизана ядерними порами — ділянками, де зовнішня та внутрішня мембрани ядра переходять одна в одну. Проте ядерні пори — це не просто отвори в ядерній оболонці. Вони містять багато білків, організованих у комплекси ядерних пор — брами, що контролюють те, які молекули можуть входити у ядро й виходити з нього, а які — не можуть. Так, звичайні цитоплазматичні...
0 Переглянути

Цитоплазма та органели

9 Клас

У попередньому параграфі ми докладно розглянули будову плазматичної мембрани. Тепер час зануритися всередину клітини та розглянути структури й процеси, що відбуваються під клітинною оболонкою. Безпосередньо під плазматичною мембраною розташований уміст клітини — цитоплазма. Історично склалося так, що під цитоплазмою розуміють увесь уміст клітини, крім ядра. У цитоплазмі можна виділити як рідку частину — цитозоль, так й оформлені органели. У цитозолі відбуваються різноманітні біохімічні процеси, з якими ви ознайомитеся докладно в § 15-16. Усередині клітини пронизані опорними філаментами1 — цитоскелетом. Саме цитоскелет забезпечує підтримання форми клітини, а також більшість її рухів. Джгутики та війки, що забезпечують переміщення одноклітинних організмів, сперматозоїдів, а також рух секретів слизовими оболонками, усередині містять стрижень із філаментів особливого роду — мікротрубочок, здатних переміщуватися одна відносно одної — саме це переміщення й забезпечує їхній рух (рис. 10.1). М’язи скорочуються завдяки тому, що нитки, побудовані з білка актину, переміщуються відносно ниток, побудованих з білка міозину. Поверхня епітеліальних клітин, що вистилають тонкий кишківник, у багато разів збільшена завдяки наявності мікроворсинок на їхній поверхні. Ці мікроворсинки підтримуються зсередини нитками з білка актину. Важлива особливість білків цитоскелету (актину й тубуліну) полягає в тому, що вони можуть міститися як у складі ниток (філаментів) цитоскелету (рис. 10.2, А), так і в розчинній формі....
0 Переглянути

Структура еукаріотичної клітини

9 Клас

Живі організми надзвичайно різноманітні. Вони відрізняються один від одного за будовою, способами отримання енергії та поживних речовин, типами розмноження. Проте всі живі організми мають універсальну властивість: кожен із них складається з клітин. Фактично клітина є генетичним матеріалом, що відокремлений від навколишнього середовища білково-ліпідною мембраною, а також має повноцінний апарат синтезу білка та метаболізм (рис. 9.1). Можна сказати, що клітина — це найменша універсальна одиниця живого — найдрібніша структура, що має властивості живої системи: саморегуляцію й самовідтворення. Деякі клітини багатоклітинних організмів, щоправда, утрачають частину цих властивостей. Але не існує такої структури, меншої за клітину, що здатна самопідтримуватися та самовідтворюватися поза іншими клітинами. Так, віруси виявляють низку властивостей живих організмів, але тільки перебуваючи всередині клітини-хазяїна. Поза клітиною вірус — усього-навсього макромолекулярний комплекс. Тваринна клітина має складну внутрішню будову Як приклад розглянемо будову тваринної клітини (рис. 9.2). Типова клітина багатоклітинної тварини має лінійні розміри 20-100 мкм. Вона оточена плазматичною мембраною й не має щільної полісахаридної клітинної стінки. Під плазматичною мембраною розташовані цитоплазма та ядро. Ядро відповідає за збереження генетичного матеріалу та початкові стадії синтезу білка. Цитоплазма оточує ядро з усіх боків. Її можна розділити на цитозоль — рідку фракцію, та органели — оформлені структури, спеціалізовані на виконанні тієї чи іншої функції. Найпомітнішими є органели, що оточені власною мембраною. До них належать ендоплазматичний ретикулум — безперервна сітка трубочок і цистерн, що пронизують цитоплазму та беруть участь в утворенні мембран (синтезі ліпідів і мембранних білків), секреції та дезактивації токсинів, апарат Гольджі — станція сортування й модифікації мембранних і секретованих білків клітини, лізосоми — травні органели, а також транспортні везикули (пухирці). Мітохондрії є енергетичними станціями клітини та оточені двома мембранами....
0 Переглянути

АТФ

9 Клас

Життя — це рух. Цей вислів повністю підтверджують повсякденні спостереження. Птахи летять, здійснюючи махові рухи крилами, відштовхуючись від повітряних мас. Муха створює рухами своїх крил завихрення повітря, формуючи над собою розріджений простір, куди її затягує. Ваше серце в стані спокою б’ється з частотою 60-80 ударів на хвилину, перекачуючи кров по організму. Рослини менш рухомі, проте й вони обертають листки та квітки залежно від положення Сонця. Усередині клітина сповнена руху. Щосекунди сотні крихітних пухирців переміщуються цитоплазмою, зливаються та розділяються, транспортуються на далекі відстані від місць утворення до місць роботи. Для здійснення всього цього різноманіття рухів необхідне джерело енергії, як паливо необхідне для руху автомобіля. Енергія потрібна також для здійснення хімічних реакцій. Якщо взяти воду, що містить крохмаль, і додати до цієї суміші фермент амілазу, то крохмаль почне розщеплюватися. Розповідаючи про ферменти, ми вже зазначали, що такі реакції, як розпад біополімеру, відбуваються мимовільно, оскільки продукти реакції мають меншу енергію, ніж субстрати. Проте живі організми здійснюють і зворотні реакції — синтез полімерів із мономерних ланок. Такі реакції для свого здійснення потребують додаткового надходження енергії. Джерела енергії для живих організмів можуть бути різними Живі організми можуть поглинати енергію з навколишнього середовища в різні способи. Тварини отримують енергію шляхом окиснення («спалювання») молекул речовин, що містяться в їжі. Так, окиснення глюкози до вуглекислого газу та води супроводжується виділенням енергії, яка може бути використана організмом. У випадку горіння ця енергія виділяється у вигляді тепла та світла, проте живі організми здатні «повільно спалювати» глюкозу, а енергію, що виділяється, використовувати на власні потреби (докладніше про те, як вони це роблять, ітиметься в § 17). Таким чином, тварини використовують хімічну енергію, накопичену в молекулах поживних речовин. Живі організми, що отримують енергію з молекул «їжі», називають хемотрофами (від грец. hemo — хімія та tropho — їжа). До них належать тварини, гриби, багато бактерій і найпростіших. Ще одним способом отримання енергії є уловлювання енергії сонячного світла. Живі організми, що отримують енергію у такий спосіб, називають фототрофами (від грец. photos — світло). Фототрофи мають спеціальні «молекулярні антени» для вловлювання енергії світла, яка потім буде перетворена...
0 Переглянути

Нуклеїнові кислоти

9 Клас

Властивість усіх живих організмів — відтворювана складність. Живі організми вирізняються не тільки складною мікро- та макроскопічною структурою, а й тим, що ця структура має подібності в різних організмів, а отже, є результатом не лише випадкових, а й закономірних процесів. Можна припустити, що організм тварини чи рослини розвивається за певною прописаною програмою. Отже, має існувати носій відповідної інформації. Зручно було б записати цю інформацію у вигляді якогось тексту. Цей текст містив би обмежений набір «літер», із них складалися б окремі «слова» та «речення». Понад те, цей «текст» зміг би зберігатися та передаватися нащадкам (саме в цьому й полягає принцип спадковості). І такий «текст» у живих організмах є. Його роль відіграє молекула ДНК — дезоксирибонуклеїнової кислоти. ДНК — довга лінійна молекула Молекула ДНК має надзвичайно характерну й упізнавану структуру1. Це довга лінійна молекула, що складається з двох переплетених ланцюгів (рис. 7.1). Зазвичай кожен із ланцюгів є окремою молекулою, яка не пов’язана ковалентними зв’язками з протилежною. Обидва ланцюги переплітаються один з одним, формуючи спіральну дволанцюгову структуру. Нуклеотиди — «літери» в молекулі ДНК ДНК є полімерною молекулою, побудованою з мономерних ланок — нуклеотидних залишків. На рисунку 7.2 зображено будову одного нуклеотиду. У будові нуклеотиду можна виокремити три структурні ланки. По-перше, це нітрогеновмісна основа, що є нітрогеновмісною циклічною структурою. Треба зазначити, що нітрогеновмісна основа плоска, а на своїй периферії містить групи, здатні утворювати водневі зв’язки. По-друге, це залишок вуглеводу, у випадку ДНК — дезоксирибози (саме дезоксирибоза дала назву ДНК — дезоксирибонуклеїновій кислоті)....
0 Переглянути

Ферменти

9 Клас

Як ми вже знаємо з попередніх параграфів, у клітинах живих організмів є надзвичайно багато різноманітних молекул. Ці молекули не тільки становлять основу клітин і тканин, із яких побудовані організми, а й вступають у хімічні реакції одна з одною. В організмі відбуваються найрізноманітніші процеси хімічних перетворень молекул: розщеплення полімерів їжі до мономерів, дихання, фотосинтез, синтез нових білків з амінокислот тощо. Багато із цих реакцій супроводжуються виділенням енергії, яку може використовувати організм, а інші, навпаки, вимагають додаткового джерела енергії. Розглянемо просту реакцію розкладання карбаміду (інша назва цієї речовини — сечовина) у воді: Така реакція не потребує додаткового джерела енергії, оскільки речовини, що реагують, мають більшу енергію, ніж продукти реакції. Ця реакція відбувається довільно. На рисунку 6.1 зображено зміну енергії реагентів у ході реакції. Такий графік має назву енергетичний профіль реакції. Помістимо невелику кількість карбаміду в пробірку з водою й спостерігатимемо за процесом виділення амоніаку та вуглекислого газу. Енергетичний розрахунок показує, що карбамід має повністю розкластися. Проте швидкість такої реакції дуже мала. Для того, щоб ця реакція відбулася повністю, нам доведеться чекати мільярд років! У чому ж причина такої малої швидкості? Якщо ми ще раз уважно розглянемо рисунок 6.1, то помітимо, що на енергетичному профілі між реагентами й продуктами є «пагорб» — стан із високою енергією, яка перевищує енергію реагуючих речовин на енергію активації. Якщо подолати цей «пагорб», реакція відбуватиметься дуже швидко, але «видертися» на нього та «переступити» його дуже непросто. Саме це й обмежує швидкість реакції. Але деякі речовини здатні знижувати висоту цього «пагорба», тобто знижувати енергію активації. Такі речовини називають каталізаторами. Ферменти — біологічні каталізатори Реакція розкладання карбаміду у воді відбувається дуже повільно. Проте якщо ви додасте до цього розчину перетерте насіння кавуна та піднесете вологий лакмусовий папірець, то відразу помітите, як він почне синішати: це амоніак, що виділяється, створює лужне середовище. Можна припустити, що в кавуновому насінні є каталізатор цієї реакції. Це справді так: цим каталізатором є білок уреаза. Уреаза — лише один із величезного різноманіття каталізаторів білкової природи, які називають ферментами. Ферменти становлять абсолютну більшість каталізаторів у живих організмах. Як і всі...
0 Переглянути
Вперед
1 ... 185 186 187 188 189 190 191 192 193 ... 343
Назад

Навігація