Эукариотическая клетка. Ядро. Биология 9 класс Мамонтов
Вопрос 1. Опишите строение ядра эукариотической клетки.
Ядро окружено оболочкой, которая состоит из двух мембран. Ядерная мембрана со стороны, обращённой в цитоплазму, покрыта рибосомами, внутренняя мембрана ядра гладкая. Ядерная оболочка – часть мембранной системы клетки. Выросты внешней ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов. Между ядром и цитоплазмой осуществляется постоянный обмен веществами.
Несмотря на активный обмен между ядром и цитоплазмой, ядерная оболочка отграничивает ядерное содержимое от цитоплазмы, обеспечивая тем самым различия в их химическом составе. Это необходимо для нормального функционирования ядерных структур.
В гелеобразном ядерном соке располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек.
В живой клетке ядерный сок выглядит бесструктурной массой, заполняющей промежутки между структурами ядра. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе большинство ферментов ядра), свободные нуклеотиды, аминокислоты, а также рибонуклеиновые кислоты (РНК), транспортируемые затем из ядра в цитоплазму.
Вопрос 2. Что такое ядрышко? Как вы считаете, можно ли ядрышко выделить из ядра как самостоятельную единую структуру? Объясните свою точку зрения.
Ядрышко – структура, составленная из расположенных рядом участков нескольких различных хромосом. Эти участки представляют собой большие петли ДНК, содержащие гены рибосомальной РНК (рРНК). Такие петли называются ядрышковым организатором.
Ядрышко — не самостоятельная структура или органоид. Оно — производное
хромосомы, один из ее локусов, активно функционирующий в интерфазе.
Ядрышко является центром образования рибосом, т.
к. здесь осуществляется синтез рРНК и соединение этих молекул с белками, т.е. происходит формирование субъединиц рибосом, которые затем поступают в цитоплазму, где и завершается сборка рибосом.
Вопрос 3. Что такое хроматин? Опишите строение и состав хромосомы.
Хроматином (от греч. хрома – окраска, цвет) называют комплекс ДНК и белков, интенсивно окрашивающийся некоторыми красителями и отличающийся по форме от ядрышка. В делящихся клетках молекулы ДНК сильно спирализуются, укорачиваются и приобретают компактные размеры и форму. Такое компактное состояние ДНК называют хромосомами.
Хромосомы – органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов. Полный набор хромосом в клетке, характерный для данного организма, называется кариотипом. В любой клетке тела большинства животных и растений каждая хромосома представлена дважды: одна из них получена от отца, другая – от матери при слиянии ядер половых клеток в процессе оплодотворения.
Такие хромосомы называются гомологичными, набор гомологичных хромосом – диплоидным.
Форма хромосом зависит от положения так называемой первичной перетяжки, или центромеры, – области, к которой во время деления клетки (митоза) прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит хромосому на два плеча, которые могут быть одинаковой или разной длины.
Вопрос 4. Как соотносится число хромосом в соматических и половых клетках? Почему число хромосом в половых клетках должно быть вдвое меньше, чем в соматических?
Число хромосом в кариотипе большинства видов живых организмов чётное. Это объясняется тем, что в каждой соматической клетке находятся две одинаковые по форме и размеру хромосомы: одна – из отцовского организма, вторая – из материнского.
Хромосомы, одинаковые по форме и размеру и несущие одинаковые гены, называют гомологичными. Хромосомный набор соматической клетки, в котором каждая хромосома имеет себе пару, носит название двойного (или диплоидного) и обозначается 2n.
Из каждой пары гомологичных хромосом в половые клетки попадает только одна хромосома, поэтому хромосомный набор гамет называют одинарным (или гаплоидным) и обозначают 1n.
Вопрос 5. Какие хромосомы называют гомологичными?
Хромосомы, одинаковые по форме и размеру и несущие одинаковые гены, называют гомологичными.
Вопрос 6. Что такое кариотип?
Совокупность количественных (число и размеры) и качественных (форма) признаков хромосомного набора соматической клетки называют кариотипом.
Вопрос 7. Вспомните строение ДНК бактерий. Выберите критерии и сравните наследственный материал про- и эукариотических клеток.
Строение ДНК бактерий аналогично таковому клеток эукариотического типа (растений, животных, грибов). В отличие от бактерий у вирусов геном представлен одной нуклеиновой кислотой – ДНК или РНК. Бактериальные клетки, кроме ДНК, могут иметь генетически полноценные образования функционирующие автономно.
Необходимо подчеркнуть, что носителями наследственности бактерий кроме ДНК являются плазмиды и эписомы. В этой связи, любая структура бактериальной клетки, способна к саморепликации.
Бактериальная хромосома представлена одной двунитевой молекулой ДНК кольцевидной формы и называется нуклеотидом. Длина нуклеотида в растянутом виде составляет примерно 1 мм. Нуклеотид – эквивалент ядра. Расположен он в центре бактерии. В отличие от эукариот ядро бактерий не имеет ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов).
Геномы прокариот и эукариот, хотя и имеют определенное сходство, но все же существенно различаются по своей структуре. Геномы прокариот практически целиком состоят из генов и регуляторных последовательностей. В генах прокариот нет интронов. Часто функционально родственные гены прокариот находятся под единым транскрипционным контролем, то есть транскрибируются вместе, составляя оперон.
Геномы эукариот существенно больше геномов бактерий, у дрожжей примерно в 2 раза, а у человека – на три порядка, то есть в тысячу раз.
Однако прямой зависимости между количеством ДНК и эволюционной сложностью видов не наблюдается. Достаточно сказать, что геномы некоторых видов амфибий или растений в десять или даже в сто раз превосходят по размеру геном человека. В некоторых случаях близкие виды организмов могут существенно различаться по количеству ДНК. Важным обстоятельством является то, что при переходе от прокариот к эукариотам увеличение генома происходит, главным образом, за счет появления огромного количества некодирующих последовательностей. Действительно, в геноме человека кодирующие области, то есть экзоны, суммарно занимают не более 3%, а по некоторым оценкам около 1% от общей длины ДНК.
Вопрос 8. Используя рисунок 14, расскажите, как осуществляется обмен веществами между ядром и цитоплазмой.
Обмен веществ между ядром и цитоплазмой осуществляется двумя путями. Во-первых, ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, через которые происходит обмен молекулами между ядром и цитоплазмой.
Во-вторых, поступление веществ из ядра в цитоплазму и обратно может происходить в результате отделения выростов и впячиваний ядерной оболочки.
Пути обмена веществ между ядром и цитоплазмой.
1 — обмен веществ через ядерные поры,
2 — впячивание цитоплазмы внутрь ядра,
3 — впячивание ядерной оболочки,
4 — продвижение ядерной мембраны в эндоплазматическую сеть;
5 — выведение части каналов во внешнее межклеточное пространство.
Вопрос 9. Используя дополнительные источники информации, приведите примеры числа хромосом у разных видов живых организмов. Сделайте вывод, зависит ли степень сложности организации вида от числа хромосом.
Человек Homo sapiens 46
Гориллы Gorilla 48
Волк Canis lupus 78
Кошка Felis catus 38
Осёл Equus asinus 62
Ананас Ananas comosus 50
Картофель Solanum tuberosum 48
Комар Aedes aegypti 6
Наименьшее число хромосом: самки подвида муровьев Myrmecia pilosula имеют пару хромосом на клетку.
Самцы имеют только 1 хрососому в каждой клетке.
Наибольшее число: вид папоротников Ophioglossum reticulatum имеет около 630 пар хромосом, или 1260 хромосом на клетку
Верхний предел числа хромосом не зависит от количества ДНК которое в них входит: у американской амфибии Amphiuma ДНК в ~30 раз больше, чем у человека, которая помещается в 14 хромосомах.
Число хромосом не зависит от уровня организации и не всегда указывает на родство: одно и тоже число их может быть у очень далёких друг от друга систематических групп и может сильно отличаться у близких по происхождению видов.
Например величина генома у эукариот обычно гораздо больше, чем у прокариот. Отклонения в величине генома у эукариот гораздо больше, чем у бактерий: от 8.8*10 в 6 степени нуклеиновых пар до 6.9*10 в 11 степени нуклеиновых пар, т. е. приблизительно в 80 тысяч раз. Огромная межвидовая вариация в размере генома среди эукариот не имеет отношения ни к сложности организма, ни к вероятному числу генов, которые этот организм имеет.
Например, некоторые одноклеточные обладают гораздо большим количеством ДНК, чем млекопитающие. Отсутствие соответствия между величиной генома и предполагаемым количеством генетической информации, содержащейся внутри генома, известно как парадокс величины генома. Суть этого парадокса в следующем:
а) размеры генома большинства эукариот настолько велики, что их потенциальная информационная емкость намного превышает реальное число генов;
б) виды одного и того же рода могут существенно (в несколько раз) отличаться по величине генома;
в) так называемые «эволюционно примитивные» реликтовые формы («живые ископаемые») по содержанию ДНК на клетку зачастую превосходят представителей эволюционно преуспевающих таксономических групп: почти 35-кратное превышение генома двоякодышаших рыб над геномом человека.
Таким образом величина геномов у представителей разных таксонов вовсе не согласуется с нашими интуитивными представлениями о том, кто из них «выше», а кто «ниже» на эволюционной лестнице.
«Судить о степени эволюционной продвинутости по размерам генома столь же правомочно, как оценивать общественное положение человека по его весу». ))
Избыточность величины генома конкретно выражается в наличии многочисленных семейств повторяющейся ДНК. Разнообразие семейств повторяющейся ДНК с трудом поддается систематизации.
Вопрос 10. Согласны ли вы с утверждением, что ядро является важнейшей частью клетки? Ответ обоснуйте.
Ядро – основной компонент клетки, несущей генетическую информации Ядро – располагается в центре, оно является важнейшей частью клетки. Значение ядра: участвует в образовании белка, РНК, рибосом; регуляция формообразования процессов и функции клеток; хранение генетического кода и его точное воспроизведение в ряду клеточного поколения.
Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетического материала, но и место, где этот материал функционирует и воспроизводится.
Поэтому выпадение или нарушение любой из перечисленных выше функций губительно для клетки в целом. Так нарушение репарационных процессов будет приводить к изменению первичной структуры ДНК и автоматически к изменению структуры белков, что непременно скажется на их специфической активности, которая может просто исчезнуть или измениться так, что не будет обеспечивать клеточные функции, в результате чего клетка погибает. Нарушения редупликации ДНК приведут к остановке размножения клеток или к появлению клеток с неполноценным набором генетической информации, что также губительно для клеток. К такому же результату приведет нарушение процессов распределения генетического материала (молекул ДНК) при делении клеток. Выпадение в результате поражения ядра или в случае нарушений каких-либо регуляторных процессов синтеза любой формы РНК автоматически приведет к остановке синтеза белка в клетке или к грубым его нарушениям.
Эукариотическая клетка. Цитоплазма. Биология 9 класс Мамонтов
Вопрос 1.
Изобразите схематично строение эукариотической клетки. Обозначьте её основные части и органоиды.
Эукариотические клетки самых разнообразных организмов – от простейших (корненожки, жгутиковые, инфузории и др.) до грибов, высших растений и животных – отличаются формой, размерами и особенностями строения. Типичной клетки в природе не существует, но у тысяч различных типов клеток можно выделить общие черты строения.
В растительной клетке есть все органоиды, свойственные и животной клетке: ядро, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи. Вместе с тем она отличается от животной клетки существенными особенностями строения:
1) прочной клеточной стенкой;
2) особыми органоидами – пластидами, в которых происходит первичный синтез органических веществ за счёт энергии света;
3) развитой системой вакуолей, в значительной мере обусловливающих осмотические свойства клеток.
Каждая клетка состоит из двух важнейших, неразрывно связанных между собой частей – цитоплазмы и ядра, окружённых наружной мембраной.
Вопрос 2. Составьте и заполните таблицу «Органоиды эукариотической клетки и их функции».
Органоиды клетки — постоянные клеточные структуры, клеточные органы, обеспечивающие выполнение специфических функций в процессе жизнедеятельности клетки — хранение и передачу генетической информации, перенос веществ, синтез и превращения веществ и энергии, деление, движение и др.
Вопрос 3. Что такое включения? Чем включения отличаются от органоидов?
Включениями называют относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами (крахмал, гликоген), продуктами, подлежащими выделению из клетки (гранулы секрета), балластными веществами (некоторые пигменты). Органеллы — это постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке определенные функции.
Вопрос 4. Сравните принципиальное строение растительной и животной клеток.
В чём их сходство и отличия?
Сходство растительных и животных клеток обнаруживается на элементарном химическом уровне. Современными методами химического анализа в составе живых организмов обнаружено около 90 элементов периодической системы. На молекулярном уровне сходство проявляется в том, что во всех клетках найдены белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины и т. д.
Клетки и растений, и животных окружены тонкой цитоплазматической мембраной. Однако у растений имеется еще толстая целлюлозная клеточная стенка. Клетки, окруженные твердой оболочкой, могут воспринимать из окружающей среды необходимые им вещества только в растворенном состоянии. Поэтому растения питаются осмотически. Интенсивность же питания зависит от величины поверхности тела растения, соприкасающейся с окружающей средой. Вследствие этого у большинства растений наблюдается значительно более высокая степень расчлененности, чем у животных, за счет ветвления побегов и корней.
Растительные клетки отличаются от клеток животных особыми органоидами-пластидами, а также развитой сетью вакуолей, в значительной мере обусловливающих осмотические свойства клеток. Животные клетки изолированы друг от друга, а у клеток растений каналы эндоплазматической сети через поры в клеточной стенке сообщаются друг с другом. В качестве запасных питательных веществ в клетках животных накапливается гликоген, а в растительных — крахмал.
Вопрос 5. Выскажите предположение, какие органоиды эукариотической клетки называют полуавтономными. Почему они получили такое название?
К полуавтономным органоидам клетки относят хлоропласты и митохондрии, так как в них содержатся молекулы ДНК и они способны к размножению.
Вопрос 6. Приведите доказательства, что клетка представляет собой целостную систему, т. е. такую систему, в которой строение и функции каждой её части зависят от других частей.
Клетка представляет собой биологическую систему, так как состоит из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов — мембраны, ядра, цитоплазмы, различных органелл и других клеточных структур — ресничек, микротрубочек.
