Химический состав клетки – свойства и роль кратко в таблице

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 4046.

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 4046.

Все организмы на нашей планете состоят из клеток, которые схожи между собой химическим составом. В данной статье мы кратко расскажем о химическом составе клетки, роль различных веществ в жизнедеятельности всего организма, узнаем, какая наука изучает данный вопрос.

Материал подготовлен совместно с учителем высшей категории Макшаковой Натальей Алексеевной.

Опыт работы учителем биологии — 23 лет.

Группы элементов химического состава клетки

Наука, которая изучает строение живой клетки, называется цитологией. Химический состав клеток и превращения веществ в организме рассматривает наука биохимия.

Все элементы, входящие в химическую структуру организма, можно условно поделить на три группы:

  • макроэлементы;
  • микроэлементы;
  • ультрамикроэлементы.

К макроэлементам относятся водород, углерод, кислород и азот. На их долю приходится почти 98% массы всех составных элементов. Эти макроэлементы называются органогенными, так как они образуют молекулы органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов).

К макроэлементам также относятся калий, натрий, кальция, магний, железо, хлор, сера, фосфор.

Микроэлементы имеются в количестве от стотысячных до тысячных долей процента. Например, хром, медь, цинк и другие. И совсем малое содержание в клетке ультрамикроэлементов – миллионные доли процента.

В переводе с греческого «макрос» – большой, а «микро» – маленький.

Рис. 1 Содержание химических элементов в клетке

Учёные установили, что каких-либо особенных элементов, которые присущи только лишь живым организмам, нет. Поэтому и живая, и неживая природа состоит из одних и тех же элементов. Этим доказывается их общность и взаимосвязь.

Несмотря на количественное содержание, входящие в состав живого элементы играют важную роль. Поддержание постоянного химического состава в организме является важным условием жизни. Ведь у каждого из химических элементов есть своё значение.

Роль некоторых химических элементов клетки

Макроэлементы углерод, водород, кислород и азот являются основой биополимеров, а именно белков и нуклеиновых кислот, первые три из них входят в состав углеводов и липидов. В состав органических веществ входят также фосфор и сера.

Многие элементы входят в состав жизненно важных веществ, участвуют в обменных процессах. Они являются составными компонентами минеральных солей, которые находятся в виде катионов и анионов, их соотношение определяет кислотность среды. Чаще всего она слабощелочная. Ионы натрия и калия участвуют в проведение нервных импульсов.

Гемоглобин содержит железо, хлорофилл – магний, твердость костям и зубам придают нерастворимые соли кальция.

Рис. 2. Состав клетки

Некоторые химические элементы являются компонентами неорганических веществ, например, воды.

Она играет большую роль в жизнедеятельности как растительной, так и животной клетки. Вода является хорошим растворителем, из-за этого все вещества внутри организма делятся на:

  • Гидрофильные – растворяются в воде;
  • Гидрофобные – не растворяются в воде.

Благодаря наличию воды клетка становится упругой, она способствует перемещению органических веществ в цитоплазме, является участником различных реакция (например, фотосинтеза), участвует в регуляции температурного режима.

Рис. 3. Вещества клетки.

Таблица “Свойства химического состава клетки”

Чтобы наглядно понять, какую роль играют химические элементы, входящие в состав клетки, мы внесли их в следующую таблицу:

Элементы

%

Значение

Кислород, углерод, водород, азот.

До 98

Содержатся в органических веществах и воде.

Кальций

2 – 3

Составной компонент оболочки у растений, в животном организме находится в составе костей и зубов, принимает активное участие в свёртываемости крови.

Фосфор

1

Содержится в нуклеиновых кислотах, ферментах, клеточных мембранах в составе фосфолипидов, костной ткани и зубной эмали в соединении с кальцием.

Сера

0,2 – 0,3

Является основой белков, ферментов и витаминов.

Калий

0,2 – 0,3

Обеспечивает передачу нервных импульсов, активирует синтез белка, процессы фотосинтеза и роста.

Хлор

0,2

Один из компонентов желудочного сока, провокатор ферментов.

Йод

0,1

Принимает активное участие в обменных процессах, компонент гормона щитовидной железы.

Натрий

0,1

Обеспечивает передачу импульсов в нервной системе, поддерживает постоянное давление внутри клетки, провоцирует синтез гормонов.

Магний

0,07

Составной элемент хлорофилла, костной ткани и зубов, провоцирует синтез ДНК и процессы теплоотдачи.

Железо

0,01

Составная часть гемоглобина, хрусталика, роговицы, участвует в синтезе хлорофилла, транспорте кислорода по организму.

Медь

< 0,01

Составная часть процессов кровообразования, фотосинтеза, ускоряет внутриклеточные процессы окисления.

Марганец

< 0,01

Активизирует фотосинтез, участвует в кровообразовании, обеспечивает высокую урожайность.

Фтор

< 0,01

Составная часть зубной эмали.

Бор

< 0,01

Регулирует рост растений.

Что мы узнали?

Каждая клетка живой природы имеет схожий набор химических элементов. Все химические элементы, входящие в состав живого, присутствуют в неживой природе. Это указывает на общность происхождения и взаимосвязь. В зависимости от содержания в организме выделяют макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы, у каждого из которых есть своя роль.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

  • Анна Смирнова

    8/10

  • Дима Сучков

    10/10

  • Макс Белый

    8/10

  • Вера Феофилова

    8/10

  • Дарина Михайлова

    10/10

  • Максим Сазин

    10/10

  • Никита Гайтаев

    7/10

  • Ирина Садовая

    10/10

  • Вика Гурина

    10/10

  • Наталия Скоряк

    7/10

Оценка доклада

4. 5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 4046.

А какая ваша оценка?

Технологическая карта урока биологии в 5 классе по теме: Химический состав клетки

Нефедова Елена Владимировна

учитель биологии

МОУ «Гимназия № 58»

город Саратов

Технологическая карта урока биологии в 5 классе по теме: «Химический состав клетки»

Технологическая карта урока биологии в 5 классе по теме: «Химический состав клетки»

№ п/п

Этап урока

Деятельность учителя

Деятельность обучающего

Формируемые УУД

1

Организационный момент

Приветствует учащихся, отмечает отсутствующих.

Демонстрируют готовность к уроку.

Регулятивные :

настраиваются на работу

2

Актуализация знаний

I.Для создания рабочего настроя урок начинается с фронтального опроса:

1. Что является единицей строения живых существ?

2.Какие особенности клеток говорят о том , что они живые?

3.Назовите главные части живой клетки.

II.Тесты

(Презентация www.drofa.ru

«Живые клетки» слайд № 4 )

Отвечают на вопросы,

выполняют тесты

Личностные:

понимают значение знаний для человека и принимают его.

Коммуникативные:

высказывают свою точку зрения, вступают в диалог, обмениваются мнениями.

Регулятивные:

Осознают правило контроля и успешно используют его в решении учебной задачи.

3

Совместное открытие знаний

Тема урока:«Химический состав клетки».

-Что такое «химический состав» клетки?

(набор химических элементов)

-Какие вы знаете химические элементы?

(кислород, азот, водород, углерод)

Большинство элементов находится в клетке в виде химических соединений — веществ.

-Какие вы знаете химические вещества?

(органические и неорганические)

Презентация www.drofa.ru

Лабораторная работа (слайд № 5)

Отвечают на вопросы.

Слушают,

Принимают участие в диалоге,

находят необходимую информацию,

заполняют схему

«Вещества клетки»

( рабочий лист, задание

№ 1)

Выполняют задания

(рабочий лист, задания 2-3)

Заполняют таблицу

«Органические вещества клетки» ( рабочий лист, задание № 4)

Личностные:

имеют мотивацию учебной деятельности.

Познавательные:

умеют извлечь информацию из разных источников,

систематизируют собственные знания.

Коммуникативные:

умеют задавать вопросы с целью получения необходимой для решения проблемы информации, уважают мнение других участников образовательного процесса.

Регулятивные:

осознают недостаточность своих знаний.

4

Применение знаний

Задание №1. Работа с текстом.

Задание№2.Составьте план ответа по теме «Химический состав клетки»

Домашнее задание: стр. 33-38 учебника (Сонин Н.И . Биология . Введение в биологию. 5 класс)

Отвечают на вопросы,

выполняют задания (рабочий лист)

Личностные:

Способны адекватно рассуждать о причинах своего успеха или неуспеха в учении, связывая успехи с усилиями, трудолюбием.

Коммуникативные:

Обмениваются мнениями, умеют слушать друг друга.

Регулятивные:

Контролируют учебные действия, замечают допущенные ошибки, осознают правило контроля и успешно используют его в решении учебной задачи.

5

Рефлексия

Какие трудности возникли при изучении материала?

Как вы с ними справились?

Отвечают на вопросы, обосновывают свое мнение.

Познавательные:

ориентируются в своей системе знаний – отличают новое от уже известного.

Личностные

стремятся к приобретению новых знаний.

Регулятивные:

оценивают собственную деятельность на уроке.

Рабочий лист____________________________________________

Задание № 1.Заполните схему «Вещества клетки».

Вещества клетки

________________________ __________________________

Примеры:Примеры:

1.______________________ 1._______________________

2.______________________2._______________________

3.______________________

4.______________________

Задание № 2.Лабораторная работа.

Итоги: Выберите органические и неорганические вещества, входящие в состав семян (соедините стрелками)

спирт неорганические вещества

минеральные соли

вода

йод

белокорганические вещества

крахмал

хлорофилл

жир

Задание № 3.Отметьте, какой продукт является лишним в каждом ряду.

Продукты, богатые белками: мясо, сыр, сало, творог ,грибы, рыба.

Продукты, богатые жирами: сметана, масло, мороженое, фрукты, сало.

Продукты, богатые углеводами: каша, мясо, яблоки, картофель, шоколад.

Задание № 4. Заполните таблицу «Органические вещества клетки»

Вещества

Функции

Задание № 5. Работа с текстом. Вставьте пропущенные слова:

Все живые организмы сходны по строению: они состоят из _____________.Но, оказывается, сходен и их химический______________.

Большинство элементов находится в клетке в виде химических соединений — ______________________. Самое распространенное неорганическое вещество в живом организме — ______________. Белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты — ___________________________ вещества клетки.

Задание № 6. Составьте план ответа по теме: Химический состав клетки.

Оценка за урок_________________________________

Адрес публикации: https://www. prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/110461-tehnologicheskaja-karta-uroka-biologii-v-5-kl

Энергия клетки, Функции клетки | Изучайте науку в Scitable

Конкретный энергетический путь, который использует клетка, во многом зависит от того, является ли эта клетка эукариотной или прокариотической. Эукариотические клетки используют три основных процесса для преобразования энергии, содержащейся в химических связях пищевых молекул, в более удобные для использования формы — часто богатые энергией молекулы-носители. Аденозин 5′-трифосфат, или АТФ, является наиболее распространенной молекулой переносчика энергии в клетках. Эта молекула состоит из азотистое основание (аденин), сахар рибозы и три фосфатные группы. Слово аденозин относится к аденину плюс сахару рибозе. Связь между вторым и третий фосфат представляет собой высокоэнергетическую связь (рис. 5).

Первым процессом эукариотического энергетического пути является гликолиз , что буквально означает «расщепление сахара». Во время гликолиза отдельные молекулы глюкозы расщепляются и в конечном итоге превращаются в две молекулы вещества, называемого

пируватом ; поскольку каждая глюкоза содержит шесть атомов углерода, каждый образующийся пируват содержит всего три атома углерода. Гликолиз на самом деле представляет собой серию из десяти химических реакций, которые требуют ввода двух молекул АТФ. Этот вход используется для создания четырех новых молекул АТФ, что означает, что гликолиз приводит к чистому приросту двух АТФ. Также образуются две молекулы НАДН; эти молекулы служат переносчиками электронов для других биохимических реакций в клетке.

Гликолиз — это древний основной путь образования АТФ, который встречается почти во всех клетках, как у эукариот, так и у прокариот. Этот процесс, также известный как ферментация

, происходит в цитоплазме и не требует кислорода. Однако судьба пирувата, образующегося во время гликолиза, зависит от того, присутствует ли кислород. В отсутствие кислорода пируват не может полностью окислиться до углекислого газа, поэтому образуются различные промежуточные продукты. Например, когда уровень кислорода низкий, клетки скелетных мышц полагаются на гликолиз для удовлетворения своих интенсивных энергетических потребностей. Эта зависимость от гликолиза приводит к накоплению промежуточного продукта, известного как молочная кислота, из-за которого мышцы человека могут чувствовать себя «в огне». Точно так же дрожжи, одноклеточные эукариоты, производят спирт (вместо углекислого газа) в условиях дефицита кислорода.

Напротив, при наличии кислорода пируваты, образующиеся в результате гликолиза, становятся исходными веществами для следующей части энергетического пути эукариот. На этом этапе каждая молекула пирувата в цитоплазме попадает в митохондрию, где превращается в ацетил-КоА , двухуглеродный энергоноситель, а его третий углерод соединяется с кислородом и высвобождается в виде углекислого газа. В то же время также образуется переносчик NADH. Затем ацетил-КоА поступает в путь, называемый 9-й.0005 цикл лимонной кислоты , который является вторым основным энергетическим процессом, используемым клетками. Восьмистадийный цикл лимонной кислоты генерирует еще три молекулы НАДН и две другие молекулы-носители: ФАДН 2 и ГТФ (рис. 6, в середине).

Третий основной процесс эукариотического энергетического пути включает электрон-транспортную цепь , катализируемую несколькими белковыми комплексами, расположенными во внутренней мембране митохондрий. Этот процесс, называемый окислительным фосфорилированием, переносит электроны от NADH и FADH 2 через мембранные белковые комплексы и, в конечном счете, к кислороду, где они соединяются с образованием воды. Когда электроны проходят через белковые комплексы в цепи, через митохондриальную мембрану формируется градиент ионов водорода или протонов. Клетки используют энергию этого протонного градиента для создания трех дополнительных молекул АТФ на каждый электрон, перемещающийся по цепи. В целом, комбинация цикла лимонной кислоты и окислительного фосфорилирования дает гораздо больше энергии, чем ферментация — в 15 раз больше энергии на молекулу глюкозы! Вместе эти процессы, протекающие внутри митохондиона, цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование, обозначаются как дыхание , термин, используемый для обозначения процессов, связанных с поглощением кислорода и образованием углекислого газа (рис. 6).

Цепь переноса электронов в митохондриальной мембране не единственная, которая генерирует энергию в живых клетках. В растительных и других фотосинтезирующих клетках хлоропласты также имеют цепь переноса электронов, которая собирает солнечную энергию. Несмотря на то, что они не содержат митохондрии или хлоропласты, прокариоты имеют другие виды электрон-транспортных цепей в своих плазматических мембранах, которые также генерируют энергию.

9.2: Структура растительной клетки — LibreTexts по биологии

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    27731
    • Мелисса Ха, Мария Морроу и Камми Алжир
    • Колледж Юба, Колледж Редвудс и Колледж Вентура через Инициативу открытых образовательных ресурсов ASCCC

    Цели обучения

    • Описать общие структуры всех клеток.
    • Укажите роль плазматической мембраны.
    • Опишите строение эукариотических клеток.
    • Кратко опишите функции основных клеточных органелл.

    Компоненты всех ячеек

    Все ячейки содержат те же четыре компонента: 1. плазма ( клетка ) мембрана , двойной слой фосфолипидов с мозаикой белков, который функционирует как барьер между клеткой и окружающей средой. 2. цитоплазма , область между участком ДНК и плазматической мембраной, и цитозоль , жидкая желеобразная область внутри клетки, где происходят химические реакции. 3. ДНК , информация о наследственности клеток, которую можно найти в ядре эукариотической клетки и нуклеоидной области прокариотической клетки. 4. рибосомы , или белоксинтезирующие структуры, состоящие из рибосом и белков. Эти структуры можно найти на изображении растительной клетки (рисунок \(\PageIndex{1}\)).

    Рисунок \(\PageIndex{1}\)): На этом рисунке показаны основные органеллы и другие клеточные компоненты типичной эукариотической растительной клетки. Растительная клетка имеет клеточную стенку, хлоропласты, пластиды и центральную вакуоль — структуры, которых нет в клетках животных. Большинство клеток не имеют ни лизосом, ни центросом.

    Плазменная мембрана

    И прокариотические, и эукариотические клетки имеют плазматическую мембрану (рис. \(\PageIndex{2}\)), бислой фосфолипидов со встроенными белками, который отделяет внутреннее содержимое клетки от окружающей среды. Фосфолипид представляет собой молекулу липида с двумя цепями жирных кислот и фосфатсодержащей группой. Плазматическая мембрана контролирует прохождение органических молекул, ионов, воды и кислорода в клетку и из нее. Отходы (такие как углекислый газ и аммиак) также покидают клетку, проходя через плазматическую мембрану. Плазматическая мембрана полупроницаема и позволяет проходить небольшим и/или неполярным молекулам. Вода, будучи небольшой, может проходить через мембрану и перемещаться из области с низкой концентрацией растворенного вещества в область с высокой концентрацией растворенного вещества в процессе осмос .

    (Рисунок \(\PageIndex{2}\)): Эукариотическая плазматическая мембрана представляет собой двойной слой фосфолипидов с внедренными в него белками и холестерином.

    Цитоплазма

    Цитоплазма представляет собой всю область клетки между плазматической мембраной и ядерной оболочкой (структура, которую мы вскоре обсудим). Он состоит из органелл, взвешенных в гелеобразном цитозоле, цитоскелета и различных химических веществ (рис. \(\PageIndex{1}\)). Несмотря на то, что цитоплазма состоит на 70–80 % из воды, она имеет полутвердую консистенцию за счет содержащихся в ней белков. Однако белки не являются единственными органическими молекулами в цитоплазме. Также присутствуют глюкоза и другие простые сахара, полисахариды, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, жирные кислоты и производные глицерина. В цитоплазме также растворяются ионы натрия, калия, кальция и многих других элементов. Многие метаболические реакции, в том числе синтез белка, происходят в цитоплазме.

    ДНК

    В эукариотических клетках ДНК обычно находится в ядре (множественное число = ядра), наиболее заметной органелле клетки (рис. \(\PageIndex{1}\). Эта органелла управляет синтезом рибосомы и белки. Рассмотрим его подробнее (рис. \(\PageIndex{3}\)).

    (Рисунок \(\PageIndex{3}\)): В ядре хранится хроматин (ДНК плюс белки) в гелеобразном веществе, называемом нуклеоплазмой. Ядрышко представляет собой участок конденсированного хроматина, в котором происходит синтез рибосом. Мы называем границу ядра ядерной оболочкой. Он состоит из двух фосфолипидных бислоев: внешней и внутренней мембраны. Ядерная мембрана переходит в эндоплазматический ретикулум. Ядерные поры позволяют веществам входить и выходить из ядра.

    Ядерная оболочка

    Ядерная оболочка представляет собой двойную мембранную структуру, которая составляет самую внешнюю часть ядра (Рисунок \(\PageIndex{3}\). И внутренняя, и внешняя мембраны ядерной оболочки представляют собой фосфолипидные бислои.

    Ядерная оболочка усеяна порами, которые контролируют прохождение ионов, молекул и РНК между нуклеоплазмой и цитоплазмой.Нуклеоплазма представляет собой полутвердую жидкость внутри ядра, где мы находим хроматин и ядрышко.

    Хроматин и хромосомы

    Чтобы понять хроматин, полезно сначала изучить хромосомы , структуры внутри ядра, состоящие из ДНК, наследственного материала. Возможно, вы помните, что у прокариот ДНК организована в виде одной кольцевой хромосомы. У эукариот хромосомы представляют собой линейные структуры. Каждый вид эукариот имеет определенное число хромосом в ядре каждой клетки. Например, у человека число хромосом равно 46, а у дрозофилы — восемь. Хромосомы видны и отличимы друг от друга только тогда, когда клетка готовится к делению. Когда клетка находится в фазах роста и поддержания своего жизненного цикла, белки прикрепляются к хромосомам, и они напоминают размотанный, перепутанный пучок нитей. Мы называем эти развернутые белок-хромосомные комплексы хроматин (Рисунок \(\PageIndex{4}\). Хроматин описывает материал, из которого состоят хромосомы как при конденсации, так и при деконденсации.

    Рисунок \(\PageIndex{4}\): (a) На этом изображении показано различные уровни организации хроматина, ДНК плотно свернута в два толстых цилиндра, а ДНК свернута вокруг белков, называемых гистонами. (b) Парные хромосомы, окрашенные в виде пар. Обратите внимание, что особи каждой пары имеют одинаковый размер по отношению друг к другу (кредит b: модификация работа NIH; данные масштабной линейки от Matt Russell)
    Ядрышко

    Мы уже знаем, что ядро ​​управляет синтезом рибосом, но как оно это делает? Некоторые хромосомы имеют участки ДНК, кодирующие рибосомную РНК. Темно окрашенная область внутри ядра, называемая ядрышком (множественное число = ядрышки), объединяет рибосомную РНК со связанными белками для сборки рибосомных субъединиц, которые затем транспортируются через поры в ядерной оболочке в цитоплазму.

    Рибосомы

    Рибосомы представляют собой клеточные структуры, ответственные за синтез белка. Это не органеллы. Они могут быть небольшими точечными структурами, которые свободно плавают в цитоплазме (известные как свободные рибосомы), или они могут быть прикреплены к цитоплазматической стороне плазматической мембраны или к цитоплазматической стороне эндоплазматического ретикулума и внешней мембране ядерной оболочки и называются прикрепленными рибосомами (рис. \(\PageIndex{1}\)). Рибосомы представляют собой большие комплексы белков и РНК, состоящие из двух субъединиц, большой и малой (рис. \(\PageIndex{5}\). Рибосомы получают свои «заказы» на синтез белка из ядра, где ДНК транскрибируется в информационную РНК (мРНК). ). мРНК перемещается к рибосомам, которые переводят код, представленный последовательностью азотистых оснований в мРНК, в определенный порядок аминокислот в белке. Аминокислоты являются строительными блоками белков.

    Рисунок \(\PageIndex{5}\): большая субъединица (вверху) и малая субъединица (внизу) составляют рибосомы. Обратите внимание, что большая субъединица находится поверх малой субъединицы. Во время синтеза белка рибосомы собирают аминокислоты в белки, используя информацию из цепи мРНК. ТРНК переносит аминокислоты к рибосоме, где происходит их расположение.

    Поскольку синтез белка является важной функцией всех клеток (включая ферменты, гормоны, антитела, пигменты, структурные компоненты и поверхностные рецепторы), рибосомы есть практически в каждой клетке. Рибосомы особенно многочисленны в клетках, синтезирующих большое количество белка. Например, поджелудочная железа отвечает за создание нескольких пищеварительных ферментов, а клетки, производящие эти ферменты, содержат много рибосом. Таким образом, мы видим еще один пример формы, следующей за функцией.

    Компоненты, уникальные для эукариотических клеток

    Все клетки содержат ДНК, как описано выше. Однако растительные клетки, которые являются эукариотическими, содержат органеллы и ядро, в то время как прокариотические клетки не имеют органелл или связанного с мембраной ядра. Мы начнем с рассмотрения структур, которые уникальны для всех эукариот. Далее мы рассмотрим структуры, уникальные для растительных клеток.

    Эндомембранная система

    Эндомембранная система (эндо = «внутри») представляет собой группу мембран и органелл (Рисунок \(\PageIndex{6}\)) в эукариотических клетках, которые совместно модифицируют, упаковывают и транспортируют липиды и белки. Он включает ядерную оболочку, лизосомы и везикулы, тонопласт (см. ниже), эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи. Хотя технически нет внутри клетки плазматическая мембрана включена в эндомембранную систему, поскольку, как вы увидите, она взаимодействует с другими эндомембранными органеллами. В эндомембранную систему не входят ни митохондриальные, ни хлоропластные мембраны.

    Система визуального контроля

    Рисунок \(\PageIndex{6}\) Мембранные и секреторные белки синтезируются в шероховатой эндоплазматической сети (RER). RER также иногда модифицирует белки. На этой иллюстрации присоединение (фиолетового) углевода модифицирует (зеленый) интегральный мембранный белок в ER. Везикулы с интегральным белком отпочковываются от ЭР и сливаются с цис-гранью аппарата Гольджи. По мере того, как белок проходит по цистернам Гольджи, добавление большего количества углеводов еще больше модифицирует его. После того, как его синтез завершен, он выходит в виде интегрального мембранного белка везикулы, которая отпочковывается от комплекса Гольджи 9.0084 транс лицо. Когда везикула сливается с клеточной мембраной, белок становится неотъемлемой частью этой клеточной мембраны. (кредит: модификация работы Магнуса Манске)

    Если бы белок периферической мембраны был синтезирован в просвете (внутри) ER, он оказался бы внутри или снаружи плазматической мембраны?

    Эндоплазматический ретикулум

    Эндоплазматический ретикулум (ER) (Рисунок \(\PageIndex{6}\)) представляет собой серию взаимосвязанных мембранных мешочков и канальцев, которые совместно модифицируют белки и синтезируют липиды. Они образуются как продолжение ядерной оболочки и разворачиваются в сторону цитоплазмы. Две функции ER выполняются в отдельных областях: шероховатый ER и гладкий ER соответственно.

    Можно обнаружить, что шероховатый эндоплазматический ретикулум (RER) имеет рибосомы вдоль своей поверхности, и белки, которые они создают, либо секретируются, либо включаются в мембраны клетки. Гладкий эндоплазматический ретикулум (SER) является продолжением RER, но имеет мало рибосом или вообще не имеет их на своей цитоплазматической поверхности (рис. \(\PageIndex{6}\)). Функции SER включают синтез углеводов, липидов и стероидных гормонов; дезинтоксикация от лекарств и ядов; и хранения ионов кальция.

    Везикулы

    Транспортные везикулы, состоящие из материала эндомембранной системы, отпочковываются от RER и переносят материал в аппарат Гольджи, следующий компонент эндомембранной системы.

    Аппарат Гольджи

    Липиды или белки в транспортных везикулах все еще нуждаются в сортировке, упаковке и маркировке, чтобы они оказались в нужном месте. Сортировка, маркировка, упаковка и распределение липидов и белков происходят в аппарате Гольджи (также называемом тельцем Гольджи), наборе уплощенных мембран (рис. \(\PageIndex{6}\)).

    Сторону аппарата Гольджи, расположенную ближе к ЭР, мы называем цис лицом. Противоположная сторона. ближе к плазматической мембране находится грань транс . Транспортные везикулы, образовавшиеся из ЭПР, направляются к цис поверхности Гольджи, сливаются с ней и опорожняют свое содержимое в просвет аппарата Гольджи. Когда белки и липиды проходят через аппарат Гольджи, они претерпевают дальнейшие модификации, которые позволяют их сортировать. Наиболее частой модификацией является добавление коротких цепочек молекул сахара. Эти недавно модифицированные белки и липиды затем помечаются фосфатными группами или другими небольшими молекулами, чтобы отправиться в нужное место назначения.

    Наконец, модифицированные и помеченные белки упаковываются в секреторные везикулы, которые отпочковываются от лица Гольджи транс . В то время как некоторые из этих везикул откладывают свое содержимое в другие части клетки, где они будут использоваться, другие секреторные везикулы сливаются с плазматической мембраной и высвобождают свое содержимое за пределы клетки.

    В растительных клетках аппарат Гольджи играет дополнительную роль в синтезе полисахаридов, некоторые из которых включены в клеточную стенку, а некоторые используются другими частями клетки.

    Цитоскелет

    Клеточный скелет представляет собой совокупность белковых нитей внутри цитоплазмы. Микротрубочки являются ключевыми органеллами клеточного деления, они составляют основу ресничек и жгутиков. Растительные клетки не имеют ресничек, которые являются короткими отростками клетки, функционирующими в движении, но сперматозоиды ранних дивергирующих растений, таких как мохообразные и бессемянные сосудистые растения, имеют жгутика . Это длинные выступы, функционирующие в движении. Микротрубочки также являются направляющими для построения клеточной стенки, а целлюлозные волокна располагаются параллельно за счет микротрубочек. Движение в микротрубочках основано на тубулин-кинезиновых взаимодействиях. Напротив, движение микрофиламентов основан на актин-миозиновых взаимодействиях. Микрофиламенты направляют движение органелл внутри клетки.

    Митохондрии

    Митохондрии (единственное число = митохондрия) часто называют «электростанциями» или «энергетическими фабриками» клетки, потому что они ответственны за производство нуклеиновой кислоты, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ), основной молекулой, несущей энергию в клетке. АТФ представляет собой краткосрочную запасенную энергию клетки. Клеточное дыхание — это процесс производства АТФ с использованием химической энергии, содержащейся в глюкозе и других питательных веществах. В митохондриях этот процесс использует кислород и производит углекислый газ в качестве побочного продукта. На самом деле углекислый газ, который вы выдыхаете при каждом вдохе, образуется в результате клеточных реакций, в результате которых в качестве побочного продукта образуется углекислый газ.

    Продолжая нашу тему о том, что форма следует за функцией, важно отметить, что мышечные клетки имеют очень высокую концентрацию митохондрий, производящих АТФ. Ваши мышечные клетки нуждаются в большом количестве энергии, чтобы ваше тело двигалось. Когда ваши клетки не получают достаточного количества кислорода, они не производят много АТФ. Вместо этого небольшое количество АТФ, которое они производят в отсутствие кислорода, сопровождается производством молочной кислоты.

    Митохондрии представляют собой двухмембранные органеллы овальной формы (Рисунок \(\PageIndex{7}\)), которые имеют собственные рибосомы и ДНК. Каждая мембрана представляет собой бислой фосфолипидов, окруженный белками. Внутренний слой имеет складки, называемые кристами. Область, окруженная складками, называется митохондриальным матриксом. Кристы и матрикс играют разные роли в клеточном дыхании.

    Рисунок \(\PageIndex{7}\): На этой электронной микрофотографии показана митохондрия, видимая с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Эта органелла имеет наружную мембрану и внутреннюю мембрану. Внутренняя мембрана содержит складки, называемые кристами, которые увеличивают площадь ее поверхности. Пространство между двумя мембранами называется межмембранным пространством, а пространство внутри внутренней мембраны называется митохондриальным матриксом. Синтез АТФ происходит на внутренней мембране. (кредит: модификация работы Мэтью Бриттона; данные масштабной линейки от Мэтта Рассела)

    Пероксисомы

    Эукариотические клетки часто имеют более мелкие везикулы, включая пероксисомы , которые, помимо других функций, участвуют в фотосинтезе в растительных клетках. Кроме того, многие растительные клетки накапливают липиды в виде капель масла, находящихся непосредственно в цитоплазме. Пероксисомы представляют собой небольшие круглые органеллы, окруженные одиночными мембранами. Они осуществляют реакции окисления, расщепляющие жирные кислоты и аминокислоты. Они также обезвреживают многие яды, которые могут попасть в организм. (Многие из этих реакций окисления выделяют перекись водорода, H 2 O 2 , которые могут повредить клетки; однако, когда эти реакции ограничены пероксисомами, ферменты безопасно расщепляют H 2 O 2 на кислород и воду.) Например, алкоголь детоксицируется пероксисомами в клетках печени. Глиоксисомы, которые являются специализированными пероксисомами растений, отвечают за преобразование накопленных жиров в сахара.

    Компоненты, уникальные для клеток растений

    Следующие структуры встречаются исключительно в клетках растений и отсутствуют в клетках животных.

    Клеточная стенка

    Хотя клеточная стенка обычно встречается у прокариот и грибов, а также у растений, их разнообразие обусловлено конвергентной эволюцией, а не общим происхождением, когда речь идет об этих трех группах организмов. Стенки растительных клеток состоят из целлюлозы — выделения, находящегося за пределами плазматической мембраны. Они служат покрытием, обеспечивающим структурную поддержку и придающим форму клетке.

    Центральная вакуоль

    Центральная вакуоль представляет собой большую мембраносвязанную структуру, которая заполняет большую часть растительной клетки. Мембрана, окружающая центральную вакуоль, называется тонопластом . Центральная вакуоль играет ключевую роль в регуляции концентрации воды в клетке при изменении условий внешней среды. Вы когда-нибудь замечали, что если вы забудете полить растение на несколько дней, оно завянет? Это связано с тем, что по мере того, как концентрация воды в почве становится ниже, чем концентрация воды в растении, вода уходит из центральных вакуолей и цитоплазмы (рис. \(\PageIndex{8}\)). Когда центральная вакуоль сжимается, она оставляет клеточную стенку без опоры. Эта потеря поддержки клеточных стенок растения приводит к увядшему виду. Центральная вакуоль также поддерживает расширение клетки. Когда центральная вакуоль удерживает больше воды, клетка становится больше, не затрачивая значительной энергии на синтез новой цитоплазмы. Наконец, центральные вакуоли хранят питательные вещества, накапливают ионы или становятся местом хранения отходов.

    Рисунок \(\PageIndex{8}\) Осмос (слева направо) в гипертонической среде (с высоким содержанием соли), изотонической среде и гипотонической среде (с низким содержанием соли). Синий цвет соответствует вакуоли. Красные стрелки на правом изображении показывают тургор — комбинированное давление вакуоли и клеточной стенки.

    Пластиды

    Пластиды представляют собой группу запасающих органелл, обнаруженных в растениях и водорослях. Хлоропласты представляют собой тип пластид, которые хранят хлорофилл и другие пигменты для фотосинтеза. Хромопласты — это пластиды, в которых хранятся оранжевые или желтые пигменты, содержащиеся в растениях и фруктах, таких как сладкий перец. Они богаты каротинами и ксантофилами. Амилопласты хранят крахмал и могут быть обнаружены в таких растениях, как клубни картофеля, корни моркови, корни сладкого картофеля и семена трав.

    Хлоропласты хранят свои пигменты во взаимосвязанных мешочках, называемых тилакоидами (Рисунок \(\PageIndex{9}\)). Эти мешочки часто встречаются в стопках, называемых grana (единственное число granum 9).0085). Жидкая часть хлоропласта с двойной мембраной называется стромой . Поскольку тилакоид хранит хлорофилл a, b и вспомогательные пигменты, он является основной областью первой реакции фотосинтеза, где солнечный свет используется для создания молекулярной энергии. В строме продукты первой реакции используются для производства органических молекул, таких как глюкоза. Сочетание этих реакций позволяет этим автотрофным организмам производить собственную органическую пищу.

    Хлоропласт, как и митохондрии, содержит собственную ДНК, рибосомы и имеет двойную мембрану.

    Рисунок \(\PageIndex{9}\): Хлоропласт имеет внешнюю мембрану, внутреннюю мембрану и мембранные структуры, называемые тилакоидами, которые уложены в граны. Пространство внутри тилакоидных мембран называется тилакоидным пространством. Реакции сбора света происходят в мембранах тилакоидов, а синтез сахара происходит в жидкости внутри внутренней мембраны, называемой стромой. Хлоропласты также имеют свой собственный геном, который содержится в одной кольцевой хромосоме.

    Эволюция Связь- Эндосимбиоз

    Мы упоминали, что и митохондрии, и хлоропласты содержат ДНК и рибосомы. Задумывались ли вы, почему у органеллы должна быть собственная ДНК и рибосома?

    Теория эндосимбиоза объясняет:

    Симбиоз — это отношения, при которых организмы двух разных видов зависят друг от друга в своем выживании. Эндосимбиоз (эндо- = «внутри») — это взаимовыгодные отношения, при которых один организм живет внутри другого. В природе изобилуют эндосимбиотические отношения. Например, в кишечнике человека живут микробы, вырабатывающие витамин К. Эта связь полезна для нас, потому что мы не можем синтезировать витамин К. Она выгодна и для микробов, потому что они защищены от других организмов и от высыхания, и получают обильное питание из среды толстого кишечника.