Все живые организмы осуществляют обмен веществ с внешней средой. В клетках постоянно осуществляются процессы биосинтеза. Благодаря ферментам, из простых веществ образуются сложные соединения: из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов – сложные углеводы, из азотистых оснований – нуклеиновые кислоты. Различные жиры и масла образуются посредством химических превращений относительно простых веществ. Хитин- это наружный покров членистоногих, образующее хитина -сложный полисахарид (стр.7), у птиц, млекопитающих, наружным покровом является роговое вещество, основой которого является белок кератин. В конечном счете, состав синтезируемых крупных органических молекул обусловливается генотипом. Синтезированные вещества применяются в ходе роста с целью возведения клеток и их органоидов и ради замены израсходованных либо разрушенных молекул. Все без исключения взаимодействия биосинтеза проходят с поглощением энергии.

Пластический обмен

Пластический обмен, иначе называют биосинтез или анаболизм, происходит этот обмен только в клетке. Пластический обмен имеет три типа: фотосинтез, хемосинтез и биосинтез белков. Фотосинтез используется растениями и лишь некоторыми бактериями (цианобактериями). Такие организмы именуются автотрофами. Хемосинтез применяется определенными бактериями, в их число входят и анаэробные. Такие организмы именуются хемотрофами. Животные и грибы относят к гетеротрофным созданиям.

Фотосинтез

Процесс фотосинтеза происходит благодаря реакции, которая предполагает образование глюкозы и кислорода из углекислого газа и воды. У фотосинтеза две фазы, световая и темновая. Во время световой фазы, процесс фотосинтеза происходит в гранах хлоропласта, а в темновой, в стромах хлоропласта (см. Приложение 7) . Без солнечной энергии, фотосинтез бы не имел своего значения, поэтому это является важным фактором. Во время этого процесса из шести молекул углекислого газа и воды образуется шесть молекул кислорода и одна молекула глюкозы. Процесс фотосинтеза происходит в хлоропластах, в органеллах находится хлорофилл, благодаря ему и происходит синтез.

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

Хемосинтез

Хемосинтез свойственен таким бактериям, как серным, нитрифицирующим и железобактериям. Бактерии используют энергию, приобретённую благодаря процессу окисления веществ, для восстановления углекислого газа до органических соединений.(см. Приложение 8) Серобактерии окисляют такое вещество, как сероводород, нитрифицирующие окисляют аммиак, а железобактерии окисляют закись железа.

Биосинтез белков

Пластический обмен - это синтез белков клеткой. Обмен имеет два главных процесса: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция- это процесс синтеза информационной РНК с помощью ДНК по принципу комплементарности. (см. Приложение 9)

Транскрипция представляет три этапа:

Образование первичного транскрипта

Процессинг

Сплайсинг

Трансляция- перенос информации о структуре белка с информационной РНК на синтезирующийся полипептид. (см. Приложение 10) Этот процесс осуществляется в цитоплазме на рибосоме. Трансляция происходит в четыре этапа. На первой стадии аминокислоты активируются специальным ферментом - аминоацилом Т-РНК-синтетазой. Для этого процесса используется энергия в виде АТФ. Затем образуется миноациладенилат. После этого следует процесс примыкания активированной аминокислоты к транспортной РНК, при этом выделяется АМФ. Далее во время третьего этапа, образованный комплекс связывается с рибосомой. Затем включаются аминокислоты в структуру белка в определенной последовательности, после чего транспортная РНК высвобождается.

Энергетический обмен

Энергетический обмен, так же называют катаболизмом. Пластический и энергетический обмен очень связанны, ведь для осуществления пластического обмена (анаболизма), необходима энергия, которая получается клеткой за счет катаболизма. С помощью этого процесса клетка синтезирует нужные нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и т.п. Энергетический обмен- это процесс, в течении которого вещества, обладающие сложную структуру, расщепляются в наиболее простые или окисляются, из-за чего же организм приобретает энергию, требуемую для существования. Всего существуют три этапа энергетического обмена:

Подготовительный этап

Анаэробный этап- гликолиз (без участия кислорода)

Аэробный этап- клеточное дыхание (с участием кислорода)

Подготовительный этап

Во время этого этапа полимеры преобразуются в мономеры, то есть такие соединения, как белки, углеводы и липоиды, расщепляются на более простые. Этот процесс происходит вне клетки, в органах пищеварительной системы. Кислород на этом этапе энергетического обмена не требуется. В итоге реакций, белок распадается на аминокислоты, сложные углеводы - в простые моносахариды и липиды - на глицерин и высшие кислоты. Так же этот этап протекает и в лизосомах клетки.

Анаэробный этап

Этот этап иначе называют брожением или гликолизом. Образовавшиеся в подготовительном этапе вещества - глюкоза, аминокислоты и др. - подвергаются последующему ферментативному распаду без участия кислорода. В основном углеводы подвергаются брожению. В ходе химических реакций, применяемых на данной стадии катаболизма, образуются спирты, углекислый газ, ацетон, органические кислоты, в отдельных случаях водород и прочие вещества. Гликолиз - процесс расщепления глюкозы в анаэробных условиях до пировиноградной кислоты (ПВК), далее до молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, протекающий в цитоплазме клетки. В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть запасается в молекулах АТФ. В клетках животных и грибов распространена реакция, в результате которой выделяется пировиноградная кислота.

Основная химическая реакция, на данном этапе выглядит так:

С6Н12О6 = 2С3Н4О3 + (4Н) + 2АТФ

В результате этого процесса образуется две молекулы АТФ.

Аэробный этап

Этот этап осуществляется в митохондриях.(см. Приложение 11) В данной стадии осуществляется окисление веществ, за счет чего освобождается определенный объем энергии. В этом же процессе кислород принимает участие. Кислород перемещается с помощью эритроцитов, содержащих гемоглобин. Полученные в предыдущих этапах вещества расщепляются клеткой до самых простых, то есть до углекислого газа и воды. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, окисляют органические соединения в клетке. АДФ - аденозиндифосфат- вещество, которое также необходимо для получения энергии, вследствие клеточного дыхания. Основная химическая реакция, на данном этапе выглядит так:

2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ = 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ

В результате этого процесса образуются 36 молекул АТФ.

Можно заметить из данного уравнения, что энергии на этом этапе выделается немалое количество. Кроме того на данной стадии может осуществляться реакция полного окисления пировиноградной кислоты, вследствие которого также выделяется энергия, однако в меньшем количестве.

Следовательно, при полном расщеплении одной молекулы глюкозы клетка может синтезировать 38 молекул АТФ (2 молекулы в процессе гликолиза и 36 молекул в ходе аэробного этапа). (см. Приложение 12)

Общее уравнение аэробного дыхания можно записать следующим способом:

С6Н1206 + 602 + 38АДФ + 38Н3Р04 > 6С02 + 6Н20 + 38АТФ.

Заключение

Клетка- это высокоорганизованная единица жизни. Через клетки совершается поглощение, преобразование, запасание и применение веществ и энергии. Именно в клетке совершаются такие процессы, как дыхание, ферментация, фотосинтез, дупликация генетического материала. И такие процессы происходят, как в простых по структуре организмах (одноклеточные), так и в сложных по структуре организмах (многоклеточные). Жизнь всех организмов зависит от их клеток.

Приложение

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Приложение 9

Обмен веществ и энергии (метаболизм) осуществляется на всех уровнях организма: клеточном, тканевом и организменном. Он обеспечивает постоянство внутренней среды организма - гомеостаз - в непрерывно меняющихся условиях существования. В клетке протекают одновременно два процесса - это пластический обмен (анаболизм или ассимиляция) и энергетический обмен (фатаболизм или диссимиляция).

Пластические обмен- это совокупность всех процессов синтеза, когда из простых веществ образуется сложные при этом затрачивается энергия.

Энергетический обмен- это совокупность всех процессов расщепления, когда из сложных веществ образуется простые и при этом выделяется энергия.

Гомеостаз- поддерживается балансом между пластическим и энергетическим обменом. Если этот баланс нарушается, то в организме или его части возникают патологии(болезни).

Метаболизм- происходит при нормальной температуре, давлении и определенной РН среде

11.Энергетический обмен в клетке.

Энергетический обмен - это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Синтезированная АТФ становится универсальным источником энергии для жизнедеятельности организмов.

Этапы энергетического обмена:

1. Подготовительный- на нем сложные вещества расщепляются до простых, например полисахариды до моносахарид. Этот этап происходит в цитоплазме, при нем выделяется энергия, но очень мало поэтому энергия рассеивается в виде тепла.

2. Безкислородный- в лизосомах, на этом этапе продолжается расщепление веществ до более простых без участия кислорода с выделением двух молекул АТФ

3. Кислородный- на нем продолжается расщепление веществ с участием кислорода до конечных продуктов (углекислый газ и вода) с выделением 36 АТФ. Этот процесс происходит в митохондриях.

Питание клетки. Хемосинтез

Питание клетки происходит в результате ряда сложных химических реакций, в ходе которых вещества, поступившие в клетку из внешней среды (углекислый газ, минеральные соли, вода), входят в состав тела самой клетки в виде белков, сахаров, жиров, масел, азотных и фосфорных соединений.

Все живые организмы можно разделить на 2 группы:

1. Автотрофный тип питания- к ним относятся организмы, которые сами себе синтезируют органические соединения из неорганических.

2 вида автотрофов:

Фотосинтетики- это автотрофы которые используют энергию солнечного света (растения, цианобактерии, простейшие)

Хемосинтетики - это организмы, которые используют энергию химических связей. К этому типу относятся практически все бактерии (азотофиксаторы, серобактерии, железобактерии)

Хемосинтез был открыт Виноградовым.

Хемосинтез - способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями.

2.Гетеротрофный тип питания - характерен для организмов которые питаются готовыми органическими соединениями.

Сопрофиты -это гетеротрофы которые питаются мертвыми тканями или организмами(вороны, стервятники, гиены..)

Растительно ядные- гетеротрофы которые писаются растительными организмами (травоядные)

Плотоядные (хищники)- гетеротрофы, которые отлавливают и поедают другие организмы(насекомоядные)

Всеядные- употребляют растительную и животную пищу

3.Миксотрофный тип питания- объединяет автотрофный и гетеротрофный тип питания (росянка, евглена зеленая)

Фотосинтез

Фотосинтез-это сложный процесс образования их неорганических веществ засчет энергии солнечного света. Главным органом фотосинтеза является лист т. к. в нем больше всего хлоропластов и его форма подходит больше всего для восприятия солнечного света.

Фазы фотосинтеза:

1.Световая фаза-включает в себя 2 основных процесса фотолиз воды и нециклическое фосфорилирование.

Тилакоиды- это уплощенные мембранные мешочки на которых располагаются пигменты хлорофилы и особый переносчик электронов который называется цитохром.

На тилакоидах распологаются 2 фото системы:

Фотосистема 1 содержит хлорофилл а1 который воспринимает квант света длиной 700 нанометров

Фотосистема 2 содержит хлорофилл а2 который воспринимает квант света длиной 680 нанометров

Когда квант света попадает на фотосистему 1, электроны хлорофилла а1 возбуждаются и передаются на такой процесс как фатолиз воды т. е. Вода расщепляется до водорода и гидроксогруппы. Водород идет на восстановление вещества. Образовавщаяся гидроксогруппа накапливается и преобразуется в воду и кислород который покидает клетку.

Когда квант света попадает на фотосистему 2 электроны хлорофилла под воздействием света возбуждаются и к молекуле АДФ засчет энергии присоединяется остаток фосфорной кислоты в итоге получается молекула АТФ.

Световая фаза происходит на тилакодах, где образуется энергия необходимая для образования органических веществ.

Темновая фаза - протекает в строме независимого от солнечного света. Здесь в ходе сложных реакций засчет образовавшейся энергии углекислый га преобразуется в глюкозу. Эти реакции называются цикл Кальвина.

Генетический код

Это свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов

В состав ДНК могут входить 4 азотистых основания:

Аденин, Гуанин, Тимин, Цитозин

ДНК может кодировать 64 аминокислоты

Свойства:

1. Вырожденность- повышает надежность хранения и передачи генетической информации при делении клеток

2. Специфичность - 1 триплет всегда кодирует только 1 аминокислоту

Генетический ко универсален для всех живых организмов от бактерии до человека

15. Транскрипция и трансляция

Синтез белка включает в себя 2 этапа:

1. Транскрипция- это перепись информации с молекулы ДНК на информационную РНК

Этот процесс протекает в ядре с участием фермента РНК полимеразы. Данный фермент определяет начало и конец синтеза. Началом является специфическая последовательность нуклеотидов которая называется промотором. Конец также является последовательностью нуклеотидов которая называется терминатор.

Транскрипция начинается с определения участка молекулы ДНК, откуда будет списываться информация

Затем этот участок раскручивается по принципу комплементарности к одной цепочке ДНК строится информационное РНК. После завершения синтеза ДНК снова закручивается.

2. Трансляция- это перевод последовательности туклеотидов информационной РНК в последовательность аминокислот

Транспортное РНК переносит информационную РНК к рибосоме. Здесь информационное РНК встраивается в малую субъединицу рибосомы, но в нее помещается только 2 триплета поэтому в ходе синтеза информационное РНК передвигается в большую субъединицу, транспортное РНК переносит аминокислоты, если аминокислота подходит, то она отделяется от транспортной РНК и присоединяется к другим аминокислотам по принципу пептидных связей.

Транспортное РНК покидает рибосому, а в большую субъединицу входят новые транспортные РНК

Если же аминокислота не подходит по принципу комплементарности к информации в малой субъединице,то это транспортное РНК с аминокислотой покидает рибосому

Начало синтеза белка обозначается аденин, урацил, гуанин, а заканчиваются стоп кадоном

Когда синтез белка заканчивается, первичная структура белка отделяется от рибосомы и белок принимает нужную структуру

Жизненный цикл клетки

Клеточный цикл - это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели.

Интерфаза - фаза в жизненном цикле между двумя делениями клетки. Она характеризуется активными процессами обмена веществ, синтезом белка, РНК, накоплением питательных веществ клеткой, ростом и увеличением объема. В середине интерфазы происходит удвоение ДНК (репликация). В результате каждая хромосома содержит 2 молекулы ДНК и состоит из двух сестринских хроматид, которые сцеплены центромерой и образуют одну хромосому. Клетка подготавливается к делению, удваиваются все ее органоиды. Продолжительность интерфазы зависит от типа клеток и в среднем составляет 4/5 от общего времени жизненного цикла клетки. Деление клетки. Рост организма осуществляется за счет деления его клеток. Способность к делению - важнейшее свойство клеточной жизнедеятельности. Делясь, клетка удваивает все свои структурные компоненты, и в результате возникают две новые клетки. Наиболее распространенным способом деления клетки является митоз - непрямое деление клетки. Митоз - процесс образования двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке. Он обеспечивает возобновление клеток в процессе их старения. Митоз состоит из четырех последовательных фаз:

1.Профаза- образование хромосом с двумя хроматидами, разрушение ядерной оболочки.

2.Метофаза-образование веретена деления, укорочение хромосом, формирование экватериальной клетки

3.Анафаза- разделение хроматид, расхождение их к полюсам вдоль волокон веретена деления

4.Телофаза- Исчезновение веретена деления, образование ядерных мембран, диспирализация хромосом.

Митоз. Амитоз

Митоз - это процесс непрямого деления соматических клеток эукариот, в результате которого наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками. Он является основным способом деления клеток эукариот. Продолжительность митоза у животных клеток составляет 30-60 мин, а у растительных - 2-3 ч. Состоит из 4 основных фаз:

1. Профаза- начинается со сперализации цепочек ДНК до хромосом, разрушается ядрышки и ядерная оболочка, хромосомы начинают свободно плавать в цитоплазме.В конце профазы начинает формироваться веретено деления

2. Метофаза- хромосомы выстраиваются строго на экваторе в виде метофазной пластинки. Нити веретена деления, которое уже полностью сформировалось, проходят через цинтромеры хромосом деля хромосому на 2 хроматиды

3. Анафаза- Здесь нити веретена деления разделяют и расстягивают к различным полюсам хроматиды. Веретено деления начинают разрушаться.

4. Телофаза Здесь на полюсах клетки хроматиды диспералицируются, покрываются ядерной оболочкой и начинается деление цитоплазмы и самой клетки.

В итоге митоза образуется 2 одинаковые диплоидные клетки.

Кариокенез- это деление ядра

Цитокенез- это деление цитоплазмы и самой клетки

Амитоз- это прямое деление ядра в реультате которого образуется клетка с двумя ядрами, такой тип характерен для клеток мышц и соединительных тканей

Это необходимо для полноценной организации работы клетки

Если вдруг такая клетка разделится, то новые клетки будут содержать неполный генетический набор, что приведет к их гибели или сделает патогеном.

Мейоз

Это непрямое деление половых клеток в результате которого образуется 4 гаплоидных дочерних клетки с различными генетическими материалами. Это основной этап образования половых клеток.

Биологическое значение мейоза:

1. Благодаря мейозу образуется генетически разные гаметы

2. Поддерживается постоянство диплоидного набора хромосом в соматических клетках

3. Благодаря мейозу из 1 клетки получается 4 новых клетки

Мейоз включает в себя 2 деления:

Редукционное- во время этого деления уменьшается количество хромосом

Эквационное- протекает также как митоз

Интерфаза проходит также как и у митоза т е удваивается ДНК в ядре делящейся клетки.

1 деление мейоза

Профаза -самая сложная и долгая фаза мейоза т к здесь появляется 2 дополнительных процесса.

1- Коньюгация -это тесное сближение гомологичных хромосом в результате чего образуется 4 хроматиды объедененных 1 центрамерой и такая структура будет называться бивалентом. Затем между хромосомами которые объеденены в бивалент идет кроссинговер.

2- Кроссинговер- обмен участками хромосом. В результате этих процессов идет 1 рекомбинация генов

Метофаза - здесь на экваторе клетки биваленты образуют метофазную пластинку, через центромеры которых также проходят нити веретена деления

Анафаза- в отличии от митоза здесь к полюсам клетки расходятся целые хромосомы. Здесь проходят 2 рекомбинации генов

Телофаза -у животных и некоторых растений начинает раскручиваться хромосомы, на полюсах покрываться ядерной оболочкой и расщепляться на 2 клетки(только у животных)

У растений после анафазы сразу идет профаза 2

Интерфаза - характерна только для животных, в отличии от интерфазы митоза здесь не идет увеличение наследственной информации

2 деление мейоза включает в себя профазу, метофазу, телофазу, анафазу, которые протекают точно также как в митозе но с меньшим количеством хромосом.

Бесполое размножение.

Это тип размножения, который характеризуется:

2. участвует 1 особь

3. происходит при благоприятных условиях

4. все организмы получаются одинаковыми

5. сохраняет свойства и признаки стабильно не изменяющихся условий

Биологическое значение:

1. необходимо для возникновения организмов с идентичными анатомическими свойствами

2. в эволюционном плане бесполое размножение не выгодно, но благодаря этому размножению в короткие сроки увеличивается количество особей внутри популяции

Типы бесполого размножения:

Митотическое деление- происходит благодаря митозу (амеба,водоросли,бактерии..)

Спорообразование- осуществляется посредством спор- специализированные клетки грибов и растений. Если у споры есть жгутик, то ее называют зооспорой и она характерна для водной среды (споровики, грибы, лишайники..)

Кочкование- на материнской особи происходит образование выроста- почки (содержит дочернее ядро) из которого развивается новая особь.Почка растет и достигает размеров материнской особи, только затем отделяется от нее(Гидра, дрожжевые грибы, сосущая инфузория)

Вегетативное -характерно для многих групп растений, новая особь развивается либо из особых структур либо из части материнской особи.

У некоторых многоклеточных животных также есть вегетативное размножение (губки, морские звезды, плоские черви)

Половое размножение

Характеристика:

1.участвует 2 организации

2.участвуют половые клетки

3. дети получаются разнообразными

4. в эволюционном плане появилось позже бесполого

5. происходит при неблагоприятных условиях

Биологическое значение:

1. потомство лучше приспасабливается к изменяющимся условиям окружающей среды и более жизнеспособное

2. возникают новые организмы

Патеногенез(девственное размножение)

Дочерние организмы развиваются из не оплодотворенных яйцеклеток.

Значение патеногенеза:

1. Размножение возможно при редких контактах разнополых организмов

2. Необходимо для максимального увеличения численности в популяциях с высокой смертностью

3. Для сезонного увеличения численности в некоторых популяциях

1. Облигатный(обязательный)- встречается в популяциях, где исключительно женские особи.(кавказская скалистая ящерица)

2. Циклический(сезонный)- характерен для тли, планктона, дафний, Встречается в популяциях которые истерически вымирают в определенный сезон.

3. Фокультативный(не обязательный) - встречается у общественных насекомых. Из неоплодотворенных яйцеклеток появляются самци т е рабочие насекомые из оплодотворенных появляются самки.

Развитие половых клеток

Гаметогенез

Гаметы- это половые клетки при слиянии которых образуется зигота из которой развивается новый организм.

Отличие соматических клеток от половых:

1 гаметы несут гаплоидный набор хромосом, а соматические диплоидный

2.гаметы не делятся, а соматические делятся

3. гаметы, особенно яйцеклетки более крупные чем соматические клетки

Гаметогенез- это образование половых клеток, которые протекают в половых железах-генадах(яичники, семянники)

Оогенез- гаметогенез, который происходит в женском организме и приводит к образованию женских половых клеток(яйцеклетки)

Сперматогенез- гаметогенез, который происходит в мужском организме и приводит к образованию мужских половых клеток (сперматозоиды)

Гаметогенез состоит из нескольких стадий:

1. Размножение- Здесь из первичных половых клеток, которые называются сперматогонии и овогонии, путем митоза увеличивается кол-во будущих гамет. Сперматогонии размножаются в течении всего репродуктивного периода в мужском организме.

В женском организме 1 стадия протекает между 2 и 5 месяцами внутриутробного развития.

2. Рост- первичные половые клетки увеличиваются в размерах и превращаются в овоциты 1 порядка и сперматоциты. Эти клетки образуются в интерфазе. На этой стадии начинается мейоз.

3. Созревание - происходят в два последавательных деления- редукционное и эквационное. В результате 1 деления мейоза образуется овоциты второго порядка и сперватоциты, после 2 деления мейоза из сперматоцитов образуется 4 спермотиды.

Из овоцитов второго порядка образуется 1 крупная яйцеклетка и 3 редукционных тельца. Это связано с тем, что вся энергия и питательные вещества идут на формирование 1 крупной гаметы и на оставшиеся 3 клетки не хватает сил для образования.

Поэтому 3 редукционных тельца в коде размножения расщепляются

4. Формирование - на этой стадии сперматиды т е сформировавшиеся до конца половые клетки растут, развиваются, преобретают жгутик и форму взрослой половой клетки. Из сперматид получаются сперматозоиды.

Сперматозоиды образованы головкой, шейкой и хвостиком.

Яйцеклетка похожа на соматическую клетку, только имеет более крупные размеры и дополнительные оболочки.

Оплодотворение

Это процесс слияния половых клеток в результате которого образуется зигота- это первая клетка нового организма

1. Наружное- при этом типе оплодотворения самка откладывает игру, а самец поливает ее семенной жидкость. Этот тип происходит только в водной среде. Не требуется специальных половых структур, вырабатывается большое кол-во наследственного материала и выживаемость потомства минимальна.

2.Внутреннее- при этом типе мужские половые клетки помещаются в половые пути самки. Для этого типа необходимы специальные половые структуры. Вырабатывается меньше наследственного материала. Выживаемость потомства повышается. Как только мужские половые клетки попадают в половые пути самки, они целенаправлено движутся к яйцеклетке, когда 1 из сперматозоидов проникает в яйцеклетку, оболочки ее уплотняются и она становится не досигаемой для других сперматозоидов. Это необходимо для поддержания диплоидности организмов.

Двойное оплодотворение

Характерно только для покрыто семянных растений. В тычинках первичные мужские половые клетки делятся путем мейоза, образуя 4 мкироспоры, каждая микроспора еще раз делится на 2 клетки(вегетативную и генеративную)

Эти клетки покрываются двойной оболочкой, образуя пыльцевое зерно

В пестике из первичной женской клетки путем мейоза формируется 1 мегаспора и 3 клетки отмирают. Получившаяся мегаспора еще делится на 2 клетки, 1 занимает центральное место в завизи, а 2 опускается вниз

Пыльцевое зерно попадает на рыльцо пестика, вегетативная клетка прорастает, образуя пыльцевую трубку до завизи. По этой трубке спускается генеративная клетка, причем она делится на 2 спермия. 1 спермий оплодотворяет центральную клетку из которой формируется эндосперм.

2 спермий оплодотворяет вторую клетку из которой развивается зародыш.

Онтогенез

Это индивидуальное развитие зиготы(организма) до его смерти. Термин был установлен в 1866 г Эрнестом Геккелем

У млекопитающих отногенез регулируется нервной и эндокринной системой

1. Личиночное- при этом типе выходя из яйцевых оболочек организм какой-то период находится на стадии личинки, затем подвергается метаморфозу(превращение во взрослую особь)

2. Яйцекладный- при этом типе развития организм долгое время находится в яйцевых оболочках и здесь отсутствует личиночная стадия

3. Внутриутробное- здесь развитие организма протекает внутри материнского организма

Периоды онтогенеза:

1. Эмбриональный(внутриутробный) от зачатия до рождения

2. Постэмбриональный- от рождения о смерти

Эмбриональный период

3 стадии развития

1. Дробление

Начинается спустя несколько часов после оплодотворения. Здесь зигота начинает делиться митотически на 2 клетки(бластомеры) Эти клетки не расходятся и не растут. Затем эти клетки снова делятся и образуют 4 клетки так продолжается до тех пор пока не образуется 32 клетки, пока не сформируется морула- это зародыш, состоящий из 32х мелких клеток напоминающий ягоду малину и размером такая как зигота.

Эта морула спускается по яйцеводу в полость матки и инплонтируется в ее стенку. Это происходит спустя 6 часов после оплодотворения.

Затем клетки морулы продолжают делиться и образуется бластула- это зародыш, состоящий из нескольких сотен клеток, расположенных в 1 слой, Бластула имеет полость и размер ее такой же как у зиготы

2. Гаструляция

Содержит бластулу и гаструлу

Бластула продолжает делиться и на одном конце деление клеток идет более интенсивно. Это приводит к впячиванию этих клеток во внутрь бластулы т е образуется гаструла

Гаструла- это двуслойный зародыш имеющий первичный рот который у млекопитающих и высших организмов в ходе развития превращается в анальное отверстие. А истинный рот формируется с другого конца. Полость гаструлы является первичной клеткой.

Наружний слой клеток-это эКтодерма(1 зародышевый лист)

Внутренний слой клеток это эНтодерма(2 зар лист)

Затем между эКтодермой и эНтодермой симметрично с двух концов от первичного рта формируется 3 зародышевый лист(мезодерма)

3.Органогенез

На этой стадии формируется нейрула, на спинной части зародыша наружний слой клеток формирует желобок, который смыкается и формирует нервную трубку. Параллельно с этим процессом из эНтодермы образуется кишечная трубка. А из мезодермы формируется хорда. Из эКтодермы формируется нервная система и органы чувств, также похробный эпителий и его производные (волосы, ногти)

эНтодерма -образует пищеварительную систему и пищеварительные железы, дыхательную систему, щитовидную железу.

4. Мезодерма

Образуется опорно двигательный аппарат, кровеносная, выделительная,половая системы.

Постэмбриональный период

Постэмбриональное развитие может идти двумя путями:

Прямым и непрямым: с полным и неполным превращением

Прямое развитие- характерно для птиц, рыб, млекопитающих, человека. Новая особь рождаясь выходя из яйцевых оболочек похожа на взрослую особь, но небольших размеров, с другими пропорциями, с недоразвитой нервной и половой системой, а также могут отличаться покровы.

Во время постэмбрионального развития доразвиваются нервная и половая системы. Изменяется покров и организм подвергается обучению и воспитанию.

Непрямое развитие- при этом типе в постэмбриональном развитии присутсвует стадия личинки. Личинка мало похожа или вовсе не похожа на взрослую особь. Она интенсивно растет, развивается и употребляет много пищи.

При этом типе непрямого развития организм выходя из яйца проходит стадию личинки, которая превратится в куколку и личинка полностью разрушится до органических соединений из которых будет строиться новый организм.Из куколки выходит взрослая особь(имаго)

яйцо-личинка-куколка-имаго

С неполным превращением развитие идет амфибий и некторых насекомых

Здесь отсутствует куколка и метаморфоз происходит в течении стадии личинки.

Яйцо-личинка-взрослая особь

26.Положение человека с системе животного мира .

Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень Сивоглазов Владислав Иванович

16. Обмен веществ и превращение энергии. Энергетический обмен

Вспомните!

Что такое метаболизм?

Из каких двух взаимосвязанных процессов он состоит?

Где в организме человека происходит расщепление большей части органических веществ, поступающих с пищей?

Обмен веществ и энергии. Главным условием жизни любого организма является обмен веществ и энергии с окружающей средой. В каждой клетке непрерывно происходят сложнейшие процессы, которые направлены на поддержание и обеспечение нормальной жизнедеятельности самой клетки и организма в целом. Синтезируются сложные высокомолекулярные соединения: из аминокислот образуются белки, из простых сахаров – полисахариды, из нуклеотидов – нуклеиновые кислоты. Клетки делятся и образуют новые органоиды, из клетки и в клетку активно транспортируются различные вещества. По нервным волокнам передаются электрические импульсы, сокращаются мышцы, поддерживается постоянная температура тела – на всё это, а также на многие другие процессы, протекающие в организме, требуется энергия. Эта энергия образуется при расщеплении органических веществ. Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии , называют энергетическим обменом или диссимиляцией . В основном энергия запасается в виде универсального энергоёмкого соединения – АТФ.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – нуклеотид, состоящий из азотистого основания (аденина), сахара рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты (рис. 53). АТФ является главной энергетической молекулой клетки, своего рода аккумулятором энергии. Все процессы в живых организмах, требующие затрат энергии, сопровождаются превращением молекулы АТФ в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). При отщеплении остатка фосфорной кислоты высвобождается большое количество энергии – 40 кДж/моль. Таких высокоэнергетических (так называемых макроэргических) связей в молекуле АТФ две. Восстановление структуры АТФ из АДФ и фосфорной кислоты происходит в митохондриях и сопровождается поглощением энергии.

Запас органических веществ, которые организм расходует для получения энергии, должен постоянно пополняться или за счёт пищи, как это происходит у животных, или путём синтеза из неорганических веществ (растения). Совокупность всех процессов биосинтеза, протекающих в живых организмах, называют пластическим обменом или ассимиляцией . Пластический обмен всегда сопровождается поглощением энергии. Основными процессами пластического обмена являются биосинтез белка (§ 13) и фотосинтез (§ 17).

Рис. 53. Строение молекулы АТФ (знаком «~» обозначена макроэргическая связь)

Итак, в процессе энергетического обмена расщепляются органические соединения и запасается энергия, а во время пластического обмена расходуется энергия и синтезируются органические вещества. Реакции энергетического и пластического обмена находятся в неразрывной связи, образуя в совокупности единый процесс – обмен веществ и энергии , или метаболизм . Метаболизм непрерывно осуществляется во всех клетках, тканях и органах, поддерживая постоянство внутренней среды организма – гомеостаз .

Энергетический обмен. Большинству организмов на нашей планете для жизнедеятельности необходим кислород. Такие организмы называют аэробными . Энергетический обмен у аэробов происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. При наличии кислорода органические вещества в процессе дыхания полностью окисляются до углекислого газа и воды, в результате чего запасается большое количество энергии.

Анаэробные организмы способны обходиться без кислорода. Для некоторых из них кислород вообще губителен, поэтому они живут там, где кислорода нет совсем, как, например, возбудитель столбняка. Другие, так называемые факультативные анаэробы, могут существовать как без кислорода, так и в его присутствии. Энергетический обмен у анаэробных организмов происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный, поэтому органические вещества окисляются не полностью и энергии запасается гораздо меньше.

Рассмотрим три этапа энергетического обмена (рис. 54).

Подготовительный этап. Этот этап осуществляется в желудочно-кишечном тракте и в лизосомах клеток. Здесь высокомолекулярные соединения под действием пищеварительных ферментов распадаются до более простых, низкомолекулярных: белки – до аминокислот, полисахариды – до моносахаридов, жиры – до глицерина и жирных кислот. Энергия, которая выделяется при этих реакциях, не запасается, а рассеивается в виде тепла. Низкомолекулярные вещества, образующиеся на подготовительном этапе, могут использоваться организмом для синтеза своих собственных органических соединений, т. е. вступать в пластический обмен или расщепляться дальше с целью запасания энергии.

Рис. 54. Этапы энергетического обмена

Бескислородный этап. Второй этап протекает в цитоплазме клеток, где происходит дальнейшее расщепление простых органических веществ. Аминокислоты, образованные на первом этапе, организм не использует на следующих этапах диссимиляции, потому что они необходимы ему в качестве материала для синтеза собственных белковых молекул. Поэтому для получения энергии белки расходуются очень редко, обычно только в том случае, когда остальные резервы (углеводы и жиры) уже исчерпаны. Обычно самым доступным источником энергии в клетке является глюкоза.

Сложный многоступенчатый процесс бескислородного расщепления глюкозы на втором этапе энергетического обмена называют гликолизом (от греч. glycos – сладкий и lysis – расщепление).

В результате гликолиза глюкоза расщепляется до более простых органических соединений (глюкоза С 6 Н 12 О 6 ? пировиноградная кислота С 3 Н 4 О 3). При этом выделяется энергия, 60 % которой рассеивается в виде тепла, а 40 % используется для синтеза АТФ. При расщеплении одной молекулы глюкозы образуется две молекулы АТФ и две молекулы пировиноградной кислоты. Таким образом, на втором этапе диссимиляции организм начинает запасать энергию.

Дальнейшая судьба пировиноградной кислоты зависит от присутствия кислорода в клетке. Если кислород есть, то пировиноградная кислота поступает в митохондрии, где происходит её полное окисление до СО 2 и Н 2 О и осуществляется третий, кислородный этап энергетического обмена (см. ниже).

При отсутствии кислорода происходит так называемое анаэробное дыхание, которое часто называют брожением. В клетках дрожжей в процессе спиртового брожения пировиноградная кислота (ПВК) превращается в этиловый спирт (ПВК? Этиловый спирт + СО 2).

При молочнокислом брожении из ПВК образуется молочная кислота. Этот процесс может происходить не только у молочнокислых бактерий. При напряжённой физической работе в клетках мышечной ткани человека возникает нехватка кислорода, в результате чего образуется молочная кислота, накопление которой вызывает чувство усталости, боль и иногда даже судороги.

Кислородный этап. На третьем этапе продукты, образовавшиеся при бескислородном расщеплении глюкозы, окисляются до углекислого газа и воды. При этом освобождается большое количество энергии, значительная часть которой используется для синтеза АТФ. Этот процесс протекает в митохондриях и называется клеточным дыханием. В ходе клеточного дыхания при окислении двух молекул ПВК выделяется энергия, запасаемая организмом в виде 36 молекул АТФ.

Итак, в процессе энергетического обмена при полном окислении одной молекулы глюкозы до углекислого газа и воды образуется 38 молекул АТФ (2 молекулы – в процессе гликолиза и 36 – в процессе клеточного дыхания в митохондриях):

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ + 38Ф 6СО 2 ? 6Н 2 О + 38АТФ.

В анаэробных условиях эффективность энергетического обмена значительно ниже – всего 2 молекулы АТФ. Продукты брожения (этиловый спирт, молочная кислота, масляная кислота) в своих химических связях сохраняют ещё много энергии, т. е. более выгодным в энергетическом отношении является кислородный путь диссимиляции. Но исторически брожение – более древний процесс. Он мог осуществляться ещё тогда, когда в атмосфере древней Земли отсутствовал свободный кислород.

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое диссимиляция? Перечислите её этапы.

2. В чём заключается роль АТФ в обмене веществ в клетке?

3. Какие структуры клетки осуществляют синтез АТФ?

4. Расскажите об энергетическом обмене в клетке на примере расщепления глюкозы.

5. Изобразите схематично процесс диссимиляции, сведя на одной схеме все возможные его варианты, упомянутые в тексте параграфа (в том числе брожение).

6. Синонимами слов «диссимиляция» и «ассимиляция» являются термины «катаболизм» и «анаболизм». Объясните происхождение этих терминов.

Подумайте! Выполните!

1. Объясните, почему потребление избыточного количества пищи приводит к ожирению.

2. Почему энергетический обмен не может существовать без пластического обмена?

3. Как вы считаете, почему после тяжёлой физической работы, для того чтобы быстрее снять боли в мышцах, рекомендуют принять тёплую ванну?

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.