Войти
Закрыть

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

Фотосинтез

9 Клас

Живі організми, які населяють нашу планету, безперервно її змінюють. Одні організми руйнують мінеральні породи, щоб дістатися до мікроелементів, із відмерлих залишків інших формуються крейда, глобігериновий мул1, діатоміт. Проте важко уявити собі біологічний процес, що змінив нашу планету більше, ніж фотосинтез, який здійснюють зелені рослини. Завдяки йому в атмосфері міститься велика кількість кисню — 21 %. Фотосинтез розфарбував нашу Землю в зелено-блакитні кольори: зелений хлорофіл підтверджує перемогу рослин на суші, а блакитні небо й океан свідчать про чисту атмосферу та гідросферу, що були очищені киснем від забарвлених неорганічних домішок. Озоновий шар, що сформувався в атмосфері з кисню, захищає все живе від згубного ультрафіолетового випромінювання, а також запобігає розпаду молекул води. Яким би повільним не було розщеплення молекул води під дією ультрафіолету, за два мільярди років існування оксигенного фотосинтезу (фотосинтезу, в ході якого утворюється кисень) цей процес міг би знищити запаси води у Світовому океані, як це, можливо, сталося на Марсі. Кисень, що наситив понад мільярд років тому Світовий океан, окиснив розчинний двовалентний Ферум до нерозчинних сполук тривалентного, які випали в осад з утворенням залізної руди, що її активно використовує людство. Так само кисень очистив океан від домішок Сульфуру, а атмосферу — від метану. Фотосинтезувальні організми почали поглинати та виводити Карбон із колообігу речовин у природі, накопичуючи його сполуки в собі. Так утворилися нафта, природний газ і кам’яне вугілля. Кисень змінив і живу природу. Оскільки він найпотужніший (після фтору) окисник, то його почали використовувати живі організми для дихання. Окиснення водню киснем дає значно більше енергії, ніж окиснення залізом (залізне дихання), сульфатною (сульфатне дихання) чи нітратною (нітратне дихання) кислотами. А продуктом окиснення є вода. Такий зручний й ефективний спосіб дихання, який ми описали в попередньому параграфі, дав змогу організмам стати більшими і, урешті-решт, багатоклітинними. Отже, можна впевнено заявляти, що без кисню на планеті не було б живих організмів, складніших за бактерії. Фотосинтез — це два різні, але тісно пов’язані процеси Ми розглянемо фотосинтез, що його здійснюють зелені рослини, — так званий оксигенний фотосинтез, побічним продуктом якого є кисень. Треба зазначити, що такий тип фотосинтезу — найскладніший з усіх, що є2. Фактично фотосинтез становить два...
0 Переглянути

Біохімічні механізми дихання

9 Клас

Як ми вже з’ясували раніше, повне окиснення глюкози тваринами неможливе без участі кисню. Але для цього кисень має бути доставлений до клітин організму. У багатьох невеликих організмів кисень потрапляє з довкілля до клітин шляхом простої дифузії. Проте зі збільшенням розміру організму дифузія припиняє бути ефективним способом постачання кисню. Великі організми містять спеціальні переносники кисню — білки, у яких є небілковий (тобто такий, що не складається із залишків амінокислот) компонент, що формує комплекс із молекулою кисню. Прикладом таких білків є гемоглобін1 — мультимерний (тобто такий, що складається з кількох амінокислотних ланцюгів) білок, який містить небілкову групу — гем (рис. 17.1). Гемоглобін хребетних тварин складається з чотирьох амінокислотних ланцюгів і міститься в еритроцитах. У безхребетних гемоглобіни можуть складатися з більшої кількості амінокислотних ланцюгів і міститися переважно в плазмі крові. Гемоглобіни здатні поглинати кисень у легенях, вологій шкірі або зябрах, якщо його вміст там високий, а потім віддавати в тканинах. Таким чином, кисень, захоплений із довкілля, виявляється зв’язаним із білком-переносником і може бути з потоком крові чи іншої рідини доставлений клітинам організму. Окремого розгляду заслуговує дихальна система комах. Як правило, клітини дорослих комах не мають дихальних пігментів і транспортують кисень до тканин шляхом дифузії мережею найтонших трубочок — трахей. Трахеї підходять безпосередньо до клітин організму і доставляють їм кисень. Проте така будова дихальної системи обмежує розміри комах2. Відщеплення водню від молекул поживних речовин — спосіб отримання аеробного палива У попередньому параграфі ми зупинилися на тому, що молекула глюкози в цитоплазмі клітини окиснюється до двох молекул піровиноградної кислоти, при цьому синтезується дві молекули АТФ і відщеплюється чотири атоми Гідрогену, тобто дві молекули водню. Водень — це дуже добре паливо з погляду енергетики....
0 Переглянути

Розщеплення речовин

9 Клас

Як ми вже з’ясували в попередньому параграфі, тварини не здатні самостійно синтезувати органічні речовини з вуглекислого газу та води, тому змушені отримувати їх із їжею. У цьому параграфі ми розглянемо, що відбувається з молекулами їжі, поглинутої людиною. Спочатку треба зазначити, що їжа містить у собі велику кількість полімерів (білків і полісахаридів), які клітини тонкого кишківника не можуть безпосередньо всмоктати. Тому ці речовини повинні бути розщеплені до мономерів (амінокислот і моносахаридів відповідно). Жири також не можуть бути поглинуті без розщеплення, тому вони розщеплюються з вивільненням жирних кислот. Саме ці процеси ми й опишемо зараз. Розщеплення білків починається в шлунку Білкова їжа є основою раціону людини, хоча вміст білків у їжі значно варіюється в різних національних культурах: на них дуже багата кухня Середньої Азії, натомість бідна — у полінезійців і африканських аборигенів. У шлунково-кишковому тракті білки розщеплюються в кілька етапів. Початкові етапи розщеплення білків відбуваються в шлунку. Тут, у кислому середовищі, у білків руйнується їхня тривимірна структура й вони піддаються початковому розщепленню ферментом пепсином. При цьому молекула білка розщеплюється на більш короткі амінокислотні ланцюжки, але не до вільних амінокислот. Після цього утворені амінокислотні ланцюжки потрапляють до тонкого кишківника. Там, у слабколужному середовищі, вони піддаються дії ферментів трипсину та хімотрипсину, що їх виділяє підшлункова залоза. Робота цих ферментів призводить до формування ще коротших амінокислотних ланцюжків (2 - 20 амінокислот). А остаточне розщеплення до амінокислот цих укорочених ланцюжків здійснюють інші травні ферменти тонкого кишківника. Лише вільні амінокислоти можуть бути поглинуті клітинами тонкого кишківника та потрапити в кров1. Розщеплення вуглеводів відбувається в декілька етапів У їжі є різноманітні вуглеводи: полісахариди (такі як крохмаль і целюлоза), дисахариди (такі як сахароза й лактоза), а також моносахариди, найважливішим із-поміж яких є глюкоза. Відносний уміст вільної глюкози в їжі зазвичай невеликий, а більшість вуглеводів представлена ди- та полісахаридами. Як і у випадку з амінокислотами, клітини епітелію тонкого кишківника здатні поглинути лише моносахариди, тому ди- й полісахариди треба розщепити в шлунково-кишковому тракті. Дисахариди розщеплюються в тонкому кишківнику: сахарозу розщеплює фермент сахараза, а лактозу — лактаза. Варто...
0 Переглянути

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
Вперед
1 ... 187 188 189 190 191 192 193 194 195 ... 343
Назад

Навігація