Строение и функции клетки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Часть А

Все эти элементы играют решающую роль в жизни клетки. На схеме строения клетки, представленной выше, четко видно, что плазматическая мембрана выполняет защитную функцию и являет собой внешнюю оболочку тела клетки. Кроме того, плазматическая мембрана может выполнять также транспортную и рецепторную функции. Цитоплазма - это внутреннее содержимое клетки, а также вся ее система органоидов. Вакуоли необходимы для протекания различных специфических процессов, которые зависят от типа клетки (животная, бактериальная или растительная). Центриоли, расположенные возле клеточного ядра, играют важнейшую роль в процессе клеточного деления, а само ядро является главным, центральным органоидом клетки, в котором сохраняется вся генетическая информация. Митохондрии в составе эукариотической клетки обычно находятся в большом количестве. Они необходимы для выполнения процесса синтеза АТФ - основного источника энергии не только клетки, но и всего организма. На рибосомах происходит стремительный синтез белковых компонентов, а лизосомы имеют в своем составе специальные ферменты, благодаря которым клетка способна быстрее усваивать питательные вещества.

Комплекс Гольджи является одним из главных органов клетки. Он состоит из мембран, которые связаны с эндоплазматической сетью. Все белки, жиры и углеводы, которые синтезируются на мембранах, переходят в комплекс Гольджи, который в свою очередь «упаковывает» их в своем составе. Благодаря этому клетка может в дальнейшем использовать эти вещества для своих целей. Эндоплазматическая сеть, как можно увидеть на схеме строения клетки эукариот, являет собой целую сеть различных каналов в цитоплазме. Она состоит из мембран. По каналам эндоплазматической сети происходит транспортировка питательных веществ по всему клеточному телу и вывод их за его границы, благодаря чему жиры, углеводы и белки могут беспрепятственно покидать тело клетки и возвращаться в него.

Строение ДНК

По своему химическому строению ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является биополимером, мономерами которого являются нуклеотиды. То есть ДНК -- это полинуклеотид. Причем молекула ДНК обычно состоит из двух цепей, закрученных друг относительно друга по винтовой линии (часто говорят «спирально закрученных») и соединенных между собой водородными связями.

В состав ДНК входят следующие азотистые основания: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Аденин и гуанин относятся к пуринам, а тимин и цитозин -- к пиримидинам. Иногда в состав ДНК входит урацил, который обычно характерен для РНК, где замещает тимин.

Репликация ДНК

Репликация - процесс самоудвоения ДНК, или биосинтез дочерней молекулы ДНК, полностью идентичной исходной молекуле (матрице). Локализация процесса - клеточное ядро.

Условия, необходимые для репликации ДНК:

Мутации

Под мутацией понимают изменение количества и структуры ДНК в клетке или у организма. Другими словами, мутация -- это изменение генотипа.

Особенностью изменения генотипа является то, что это изменение в результате митоза или мейоза может быть передано следующим поколениям клеток.

Чаще всего под мутациями понимают небольшое изменение в последовательности нуклеотидов ДНК (изменения в одном гене). Это так называемые генные мутации. Однако кроме них существуют хромосомные и геномные, когда изменения затрагивают крупные участки ДНК, или меняется количество хромосом.

В результате мутации у организма внезапно может появиться новый признак.

Мысль, что именно мутация является причиной появления новых передающихся через поколения признаков, была впервые высказана Гуго де Фризом в 1901 году. Позже мутации у дрозофилы были изучены Т. Морганом и сотрудниками его школы.

В природе мутации возникают случайно и спонтанно. То есть любой ген в любой момент времени может мутировать. Однако частота мутаций у разных организмов и клеток различна. Например, она связана с продолжительностью жизненного цикла: чем он короче, тем мутации возникают чаще. Так у бактерий мутации возникают намного чаще, чем у организмов-эукариот.

Фотосинтез

Фотосинтез -- это преобразование энергии света в энергию химических связей органических соединений.

Фотосинтез характерен для растений, в том числе всех водорослей, ряда п Фотосинтез состоит из множества реакций, в которых участвуют различные пигменты, ферменты, коферменты и др. Основными пигментами являются хлорофиллы, кроме них -- каротиноиды и фикобилины.

В природе распространены два пути фотосинтеза растений: C₃ и С₄. У других организмов есть своя специфика реакций. Все, что объединяет эти разные процессы под термином «фотосинтез», - во всех них в общей сложности происходит преобразование энергии фотонов в химическую связь. Для сравнения: при хемосинтезе происходит преобразование энергии химической связи одних соединений (неорганических) в другие -- органические.

Выделяют две фазы фотосинтеза -- световую и темновую. Первая зависит от светового излучения, которое необходимо для протекания реакций. Темновая фаза является светонезависимой.

рокариот, в том числе цианобактерий, некоторых одноклеточных эукариот.

Клеточное дыхание

Клеточное дыхание -- это окисление органических веществ в клетке, в результате которого синтезируются молекулы АТФ. Исходным сырьем (субстратом) обычно служат углеводы, реже жиры и еще реже белки.

Углеводы, или полисахариды, перед использованием в качестве субстрата клеточного дыхания распадаются до моносахаридов. Так у растений крахмал, а у животных гликоген гидролизуются до глюкозы.

Глюкоза является основным источником энергии почти для всех клеток живых организмов.

Первый этап окисления глюкозы -- гликолиз. Он не требует кислорода и характерен как при анаэробном, так и аэробном дыхании.

Клеточное дыхание включает в себя множество окислительно-восстановительных реакций, в которых происходит перемещение водорода и электронов от одних соединений (или атомов) к другим. При потери электрона каким-либо атомом происходит его окисление; при присоединении электрона -- восстановление. Окисляемое вещество -- это донор, а восстанавливаемое -- акцептор водорода и электронов. Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в живых организмах носят название биологического окисления, или клеточного дыхания.

Различные этапы клеточного дыхания у аэробных эукариот происходят

в цитоплазме - гликолиз,

в матриксе митохондрий - цикл Кребса, или цикл трикарбоновых кислот,

на внутренней мембране митохондрий - окислительное фосфорилирование, или дыхательная цепь.

На каждом из этих этапов из АДФ синтезируется АТФ, больше всего на последнем. Кислород в качестве окислителя используется только на этапе окислительного фосфорилирования.

Деление клеток - митоз и мейоз (со схемами)

Мейоз -- это деление в зоне созревания половых клеток, сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое. Он состоит из двух последовательно идущих делений, имеющих те же фазы, что и митоз.

Митоз, или непрямое деление, наиболее широко распространен в природе. Митоз лежит в основе деления всех неполовых клеток (эпителиальных, мышечных, нервных, костных и др.). Митоз состоит из четырех последовательных фаз.

Критерии популяции

Вид - совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биологических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособившихся к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал.

Морфологический критерий - главный критерий, основанный на внешних различиях между видами животных или растений. Этот критерий служит для разделения организмов, которые четко отличаются по внешним или внутренним морфологическим признакам. Но следует отметить, что очень часто между видами существуют очень тонкие отличия, которые можно выявить лишь при длительном изучении данных организмов.

Географический критерий - основан на том, что каждый вид обитает в пределах определенного пространства (ареала).

Экологический критерий - предполагает, что каждый вид характеризуется определенным типом питания, местом обитания, сроками размножения, т.е. занимает определенную экологическую нишу.

Популяция - совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию и обменивающихся генетическим материалом.

мутация фотосинтез дезоксирибонуклеиновая кислота

Трофические связи в биогеоценозе

Трофические связи возникают, когда один вид питается другим - либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо продуктами жизнедеятельности. И стрекозы, ловящие на лету других насекомых, и жукинавозники, питающиеся пометом крупных копытных, и пчелы, собирающие нектар растений, вступают в прямую трофическую связь с видами, предоставляющими им пищу. В случае конкуренции двух видов изза объектов питания между ними возникает косвенная трофическая связь, так как деятельность одного отражается на снабжении кормом другого. Любое воздействие одного вида на поедаемость другого или доступность для него пищи следует расценивать как косвенную трофическую связь между ними. Например, гусеницы бабочекмонашенок, объедая хвою сосен, облегчают короедам доступ к ослабленным деревьям.

Трофические связи являются главными в сообществах. Именно они объединяют живущие вместе виды, поскольку каждый из них может обитать лишь там, где имеются необходимые ему пищевые ресурсы. Любой вид не только приспособлен к определенным источникам питания, но и сам служит пищевым ресурсом для других. Пищевые взаимосвязи создают в природе трофическую сеть, распространяющуюся в конечном счете на все виды в биосфере. Образ этой трофической сети можно воссоздать, поставив в центр любой вид и соединив его стрелками со всеми другими, которые находятся с ним в прямых или косвенных пищевых отношениях (рис. 88), и затем продолжать эту процедуру для каждого вовлеченного в схему вида. В результате будет охвачена вся живая природа, от китов до бактерий. Как показали исследования академика А. М. Уголева, существует «чрезвычайное единообразие свойств ассимиляционных систем на молекулярном и надмолекулярном уровне у всех организмов биосферы», позволяющее им получать энергетические ресурсы друг от друга. Он утверждает, что за бесконечным разнообразием типов питания стоят общие фундаментальные процессы образующих единую систему трофических взаимодействий планетарного масштаба.

Часть Б

Клеточная теория строения организма

Клеточная теория -- одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений и мира животных, в котором клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента растительных и животных организмов. Маттиас Шлейден, Теодор Шванн и Рудольф Вирхов сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке.

Клеточная теория -- основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838--1839 г.). Рудольф Вирхов позднее (1855 г.) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка происходит от другой клетки).

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна

Основы клеточной теории, окончательно заложенные Теодором Шванном, можно сформулировать следующим образом:

Клетка есть биологическая элементарная единица строения организма и может быть рассмотрена как биологическая индивидуальность низшего порядка (отдельный организм, например, простейшие).

Клеткообразование есть универсальный принцип размножения.

Жизнь организма может и должна быть сведена к сумме жизней составляющих его клеток.

В 1858 г. Рудольф Вирхов применил клеточную теорию в медицине, дополнив её следующими важными положениями:

Всякая клетка происходит из другой клетки.

Всякое болезненное изменение связано с каким-то патологическим процессом в клетках, составляющих организм.

Соединительная ткань

Соединимтельная ткань -- это ткань живого организма, не отвечающая непосредственно за работу какого-либо органа или системы органов, но играющая вспомогательную роль во всех органах, составляя 60--90 % от их массы. Выполняет опорную, защитную и трофическую функции. Соединительная ткань образует опорный каркас (строму) и наружные покровы (дерму) всех органов. Общими свойствами всех соединительных тканей является происхождение из мезенхимы, а также выполнение опорных функций и структурное сходство.

Соединительные ткани выполняют четыре основные функции:

опорно-механическая - образует строму органов (скелет органов);

трофическая - питает органы, в частности кровь;

защитная функция - образуют антитела;

репаративная функция - восстанавливает повреждённые ткани (рубцы).

Половое размножение

Половое размножение -- процесс у большинства эукариот, связанный с развитием новых организмов из половых клеток (у одноклеточных эукариот при конъюгации функции половых клеток выполняют половые ядра).

Половой процесс. Половое размножение характеризуется наличием полового процесса, в ходе которого происходит сближение половых клеток (гамет) и последующее их слияние (оплодотворение). Гаметы у большинства организмов образуются с перекомбинированными родительскими хромосомами (вспомните, как осуществляется мейоз). При слиянии гамет образуется диплоидная зигота, из которой развивается организм, унаследовавший уникальную комбинацию генов и признаков обоих родителей. Таким образом, половое размножение (в отличие от бесполого) приводит к появлению разнообразного потомства. Это повышает возможность организмов приспосабливаться к меняющимся условиям среды, что имеет первостепенное значение в эволюции живой природы.

Различают два типа полового процесса -- конъюгацию и копуляцию. При конъюгации происходит слияние содержимого двух неспециализированных клеток (у некоторых водорослей и грибов) или обмен генетическим материалом между особями (у некоторых бактерий и инфузорий). Причем во втором случае не происходит увеличения количества особей. Однако за счет обмена и перекомбинации генетического материала обеспечивается повышение наследственной изменчивости организмов.

Биотические факторы

Биотические факторы (от греч. Biotikos -- жизненный) -- формы воздействия организмов друг на друга, как внутри вида, так и между различными видами.

Беклемишев В. Н. разделил биотические факторы на 4 группы (виды взаимодействия):

топические -- по изменению среды (разрывание почвы)

трофические -- пищевые отношения (продуценты, консументы, редуценты)

фабрические -- по жилищу (паразитические черви используют организм как среду обитания)

форические -- по переносу (рак отшельник переносит актинию)

Действие биотических факторов выражается в форме взаимовлияний одних организмов на жизнедеятельность других организмов и всех вместе на среду обитания. Различают прямые и косвенные взаимоотношения между организмами.

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Возможные типы комбинации отражают различные типы взаимоотношений:

нейтрализм (0;0) -- взаимоотношения между организмами не приносят друг другу ни вреда, ни пользы

комменсализм (0;+) -- совместное сожительство организмов разных видов, при котором один организм использует другой как жилище и источник питания, но не причиняет вреда партнеру. Например, некоторые морские полипы, поселяясь на крупных рыбах, в качестве пищи используют их испражнения. В желудочно-кишечном тракте человека находится большое количество бактерий и простейших, питающихся остатками пищи и не причиняющих вреда хозяину.

синойкия (квартирантство) -- сожительство, при котором особь одного вида использует особь другого вида только как жилище, не принося своему «живому дому» ни пользы, ни вреда. Например, пресноводная рыбка горчак откладывает икринки в мантийную полость двухстворчатых моллюсков. Развивающиеся икринки надежно защищены раковиной моллюска, но они безразличны для хозяина и не питаются за его счет.

аменсализм (0;-) -- это взаимоотношения между организмами, при которых один несет ущерб, а другому они безразличны. Например, гриб пеницилл выделяет антибиотик, убивающий бактерий, но вторые на гриб никак не влияют.

мутуализм (взаимовыгодный симбиоз +;+) -- совместное сожительство организмов разных видов, приносящее взаимную пользу. Например, лишайники являются симбиотическими организмами, тело которых построено из водорослей и грибов. Нити гриба снабжают клетки водоросли водой и минеральными веществами, а клетки водорослей осуществляют фотосинтез и, следовательно, снабжают гифы грибов органическими веществами.

протокооперация (кооперация) -- это полезные взаимоотношения организмов, когда они могут существовать друг без друга, но вместе им лучше. Например, рак-отшельник и актиния, акулы и рыбы-прилипалы.

ресурс- эксплуататор (+;-).

паразитизм -- это форма антагонистического сожительства организмов, относящихся к разным видам, при котором один организм (паразит), поселяясь на теле или в теле другого организма (хозяина), питается за его счет и причиняет вред. Болезнетворное действие паразитов слагается из механического повреждения тканей хозяина, отравления его продуктами обмена, питания за его счет. Паразитами являются все вирусы, многие бактерии, грибы, простейшие, некоторые черви и членистоногие. В отличие от хищника паразит использует свою жертву длительно и далеко не всегда приводит её к смерти. Нередко вместе со смертью хозяина погибает и паразит. Связь паразита с внешней средой осуществляется опосредованно через организм хозяина.

хищничество -- антагонистические взаимоотношения паразитов и хищников со своими жертвами поддерживают численность популяции одних и других на определенном относительно постоянном уровне, что имеет большое значение в выживании видов.

Антибиоз (-;-). Например, конкуренция -- антагонистические отношения между организмами (видами), связанные борьбой за пищу, самку, место обитания и другие ресурсы.

Строение биосферы. Гидросфера, границы жизни

Биосфера (от др.-греч. вйпт -- жизнь и уцб?сб -- сфера, шар) -- оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера -- оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Верхняя граница в атмосфере: 15--20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5--7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10--11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Гидросфера -- водная оболочка Земли. Её принято делить на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и подземные воды.

Большая часть воды сосредоточена в океане, намного меньше -- в ледниках, континентальных водоёмах и подземных водах. Солёные океанические воды составляют 96,4 % объёма гидросферы, воды ледников -- 1,86 %, подземные воды -- 1,68 %, а поверхностные воды суши -- немногим более 0,02 %.

Океаны покрывают около 71 % земной поверхности. Средняя их глубина составляет 3800 м, а максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) -- 10 994 метра. Океаническую кору слагают осадочный и базальтовый слои. В водах Мирового океана растворены соли (в среднем 3,5 %) и ряд газов. В частности, верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа и 8 трлн тонн кислорода.

Поверхностные континентальные воды занимают лишь малую долю в общей массе гидросферы, но, тем не менее, играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.

Воду, которая находится в твёрдом состоянии (в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте), объединяют под названием криосферы.

Основы эволюционного учения Чарлза Дарвина

Эволюционная теория Дарвина представляет собой целостное учение об историческом развитии органического мира. Она охватывает широкий круг проблем, важнейшими из которых являются доказательства эволюции, выявление движущих сил эволюции, определение путей и закономерностей эволюционного процесса и др.

Сущность эволюционного учения заключается в следующих основных положениях:

Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда не были кем-то созданы.

Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями.

В основе преобразования видов в природе лежат такие свойства организмов, как наследственность и изменчивость, а также постоянно происходящий в природе естественный отбор. Естественный отбор осуществляется через сложное взаимодействие организмов друг с другом и с факторами неживой природы; эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование.

Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе.

Заповедники

Заповедник -- участок территории (акватории), на котором сохраняется в естественном состоянии весь его природный комплекс, а охота запрещена. Кроме того, на территории заповедника запрещена любая хозяйственная деятельность человека, а земли навечно изъяты из любых форм пользования. Как правило, заповедники (в отличие от заказников) закрыты для посещения туристами, но в некоторых из них всё же действует пропускной режим.

Список использованной литературы

Основная:

1. Богородский Ю.В. Биология с основами экологии. Учебное пособие. Иркутск: ИрГСХА, 2001. - 149с.

Дополнительная:

2. Богородский Ю.В. Основы сельскохозяйственной экологии. Иркутск: ИСХИ, 1995. - 221с.

3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М.: Мир, 1990. 1 - 3тт.

4. Литвинов Н.И. Краткий экологический словарь. Иркутск: ИСХИ,1993 -

54с.

5. Пехов А.П. Биология с основами экологии. Серия «Учебники для вузов. Специальная литература» -- СПб.: Издательство «Лань», 2000. -- 672 с.

6. Ярыгин В.Н. (ред.) Биология. М.: Высш. школа, 2001. 1 - 2тт.

Размещено на Allbest.ru