Вода
Вода, Н2O — прозора рідина без запаху, смаку і кольору; оксид водню. Молекула води складається з одного атома оксигену і двох атомів гідрогену. Атоми гідрогену розташовані в молекулі так, що напрямки до них утворюють кут 104,45o із вершиною в центрі атома оксигену. Таке розташування зумовлює молекулі води дипольний момент у 1,844 Дебая. При заміні атомів гідрогену (протонів) на атоми дейтерію утворюється модифікація, яка називається важкою водою.
Фізичні властивості
Чиста вода - безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. За нормального атмосферного тиску при 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С - кипить, перетворюючись у пару. У газоподібному стані вода існує і за нижчої температури, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються.
У рідкому стані вода практично не стискається, при замерзанні розширюється на 1/11 від свого об'єму.
Найбільшу густину вода має при +4°С. Масу 1 см3 чистої води при цій температурі прийняли за одиницю і назвали грамом (сучасне визначення грама основане на точнішому еталоні). На відміну від інших рідин, вода при охолодженні від + 4 до 0°С розширюється. Тому лід легший від води (на 8%) і не тоне у ній. Завдяки цьому, а також малій теплопровідності шар льоду захищає глибокі водойми від промерзання до дна, і цим забезпечується у них життя
. До складу води входить гідроген і оксиген. Хімічна формула води Н2О. Молекули води дуже полярні. Тому вони можуть притягатися одна до одної своїми протилежними полюсами і з'єднуватись у агрегати (Н2О)n. Внаслідок цього вода складається не тільки з простих молекул Н2О, а й агрегатів молекул (Н2О)2, (Н2О)3 і т. д.
У хімічному відношенні вода досить активна. З багатьма речовинами вона вступає в хімічні реакції вже при звичайній температурі. З оксидами лужних і лужноземельних металів вона утворює основи:
СаО + Н2О = Са(ОН)2
З багатьма оксидами неметалів (ангідридами) вода утворює кисневмісні кислоти:
Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4
З найактивнішими металами вона утворює основи з виділенням водню:
2Na + 2Н2О = 2NaOH + Н2 ↑
З деякими солями вода утворює так звані кристалогідрати, які характеризуються строго визначеною кількістю молекул води, що припадають на одну молекулу солі. Наприклад, з сульфатом міді вода утворює мідний купорос:
CuSO4 + 5Н2О = CuSO4 • 5Н2О
в якому на одну молекулу сульфату міді припадає п'ять молекул води. Воду, що входить до складу кристалів, називають кристалізаційною.
3. Стан в клітині солей
Гіалоплазма або основна речовниа цитоплазми приблизно на 90% складається із води, в якій в розчиненому вигляді знаходяться всі основні біомолекули: солі, цукри, амінокислоти, нуклеотиди, вітаміни та гази утворюють істинний розчин, тоді як великі молекули, зокрема білки, перебувають у колоїдному розчині. У гіалоплазмі відбувається велика кількість метаболічних процесів, зокрема гліколіз. Вона може змінювати свої властивості, переходячи із стану золю в стан більш густого гелю. Спостерігаючи за живою цитоплазмою клітини, зазвичай, можна помітити, що вона рухається, найкраще видно переміщення мітохондрій і пластид, це явище називаєть циклозом.
4. Вуглеводи — органічні сполуки з емпіричною формулою Cm(H2O)n, до складу яких входять тільки Вуглець, Кисень та Водень. Вуглеводи є складовою частиною клітин усіх живих організмів.
Вуглеводи є найпоширенішими органічними сполуками, що підтверджується тим фактом, що більше половини органічного вуглецю на Землі існує у формі вуглеводів.
Здебільшого вуглеводи є сполуками рослинного походження — це продукти фотосинтезу і таким чином вони є базовою ланкою у трансформації сонячної енергії у хімічну для забезпечення життя на Землі.
Поряд з білками і жирами, вуглеводи — важлива складова частина харчування людини і тварин, багато з них використовується як технічна продукція.
З хімічної точки зору це є полігідроксикарбонільні сполуки та їхні похідні із загальною формулою СnH2nOn.
Низькомолекулярні вуглеводи відомі також як цукри.
Найвідомішими представниками вуглеводів є целюлоза, крохмаль,
глюкоза, фруктоза,
цукроза (звичайний цукор).
Вуглеводи поділяють на моносахариди, дисахариди, олігосахариди і полісахариди.
Поширена в природі група багатоатомних спиртів (цукрів, целюлози, крохмалю тощо). У вищих рослинах вуглеводів міститься більше, ніж інших речовин. Деревина, наприклад, містить понад 50% найскладніших вуглеводів, до яких належить целюлоза, причому її супроводжують менш складні прості вуглеводи, пектинові речовини й геміцелюлози.
Прості вуглеводи. До цієї групи вуглеводів належать розчинні в холодній воді найпростіші моносахариди — гексози С6Н12О6 і пентози С5Н10О6. Пентози поширені в рослинах, входять до складу речовини клітин.
Харчова енергетична цінність вуглеводів складає приблизно 4 ККал/грам Особлива група органічних сполук-це біологічно-активні речовини. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в живих організмах.
Залежно від числа кисневих атомів у молекулі розрізняють біози, тріози, тетрози, пентози, гексози, гептози і т. д.
Вуглеводи у великій кількості містяться в рослинних і тваринних організмах. У природі переважно поширені пентози і гексози.
5. Основна роль вуглеводів пов'язана з їх енергетичною функцією. При їх ферментативном розщеплюванні і окисленні виділяється енергія, яка використовується кліткою. Полісахаріди грають головним чином роль запасних продуктів і легко мобилизуемых джерел енергії (наприклад, крохмаль і глікоген), а також використовуються як будівельний матеріал (целюлоза, хітин). Полісахаріди зручні як запасні речовини по ряду причин: будучи нерастворимы у воді, вони не надають на клітку ні осмотичного, ні хімічного впливу, що вельми важливо при тривалому зберіганні їх в живій клітці: твердий, обезводнений стан полисахаридов збільшує корисну масу продуктів запасу за рахунок економії їх об'єму. При цьому істотно зменшується вірогідність споживання цих продуктів хвороботворними бактеріями і іншими мікроорганізмами, які, як відомо, не можуть заковтувати їжу, а всмоктують речовини всією поверхнею тіла. І нарешті, при необхідності запасні полисахариды легко можуть бути перетворений на прості цукру шляхом гідролізу.
6. Ліпіди
Всі живі клітини оточені плазматичними мембранами, основним структурним елементом яких є подвійний шар ліпідів (ліпідний бішар). В 1 мкм2 біологічної мембрани міститься близько мільйона молекул ліпідів.[6] Всі ліпіди, що входять до складу мембран, мають амфіфільні властивості: вони складають із гірофільної та гірофобної частин. У водному середовищі такі молекули спонтанно утворюють міцели та бішари внаслідок гідрофобних взаємодій, в таких структурах полярні голови молекул повернуті назовні до водної фази, а неполярні хвости — всередину, таке ж розміщення ліпідів характерне для природних мембран. Наявність гідрофобного шару дуже важлива для виконання мембранами їхніх функцій, оскільки він непроникний для іонів та полярних сполук.
Ліпідний бішар біологічних мембран — це двовимірна рідина, тобто окремі молекули можуть вільно пересуватись одна відносно одної. Текучість мембран залежить від їх хімічного складу: наприклад, із збільшенням вмісту ліпідів, до складу яких входять поліненесичені жирні кислоти вона збільшується.
Основними структурними ліпідами, що входять до складу мембран тваринних клітин, є гліцерофосфоліпіди, в основному фосфатидилхолін та фосфатидилетаноламін, а також холестерол, що збільшує їх непроникність. Окремі тканини можуть бути вибірково збагачені іншими класами мембранних ліпідів, наприклад нервова тканина містить велику кількість сфінгофосфоліпідів, зокрема сфінгомієліну, а також сфінгогліколіпідів. У мембранах рослинних клітин холестерол відсутній, проте зустрічається інший стероїд — ергостерол. Мембрани тилакоїдів містять велику кількість галактоліпідів, а також сульфоліпіди.
Ліпі́ди — це група органічних речовин, що входять до складу живих організмів і характеризуються нерозчинністю у воді та розчинністю в неполярних розчинниках, таких як ефір, хлороформ та бензол.[1] Це визначення об'єднує велику кількість сполук різних за хімічною природою, зокрема таких як жирні кислоти, воски, фосфоліпіди, стероїди та багато інших. Також різноманітними є і функції ліпідів у живих організмах: жири є формою запасання енергії, фосфоліпіди та стероїди входять до складу біологічних мембран, інші ліпіди, що містяться в клітинах в менших кількостях можуть бути коферментами, світлопоглинаючими пігментами, переносниками електронів, гормонами, вторинними посередниками під час внутрішньоклітинної передачі сигналу, гідрофобними «якорями», що утримують білки біля мембран, шаперонами, що сприяють фолдингу білків, емульгаторами у шлунково-кишковому тракті.
7. Функції ліпідів
Частина вітамінів, тобто речовин, що необхідні для життєдіяльності організму у невеликих кількостях, належать до ліпідів. Їх об'єднують під назвою жиророзчинні вітаміни і розділяють на чотири групи: вітамін A, D, E і K. За хімічною природою всі ці речовини є ізопреноїдами. До ізопреноїдів також належать і переносники електронів убіхінон та пластохінон, що є частиною електронтранспортних ланцюгів мітохондрій та пластид відповідно.
Більшість ізопреноїдів містять кон'юговані подвійні зв'язки, через що в їх молекулах можлива делокалізація електронів. Такі сполуки легко збуджуються світлом, внаслідок чого вони мають колір видимий для людського ока. Багато організмів використовують ізопреноїди як пігменти для поглинання світла (наприклад каротиноїди входять до світлозбиральних комплексів хлоропластів), а також і для спілкування з особинами свого або інших видів (наприкалд ізопреноїд зеаксантин надає пір'ю деяких птахів жовтого кольору).
8. Будова білків
Молекули білків є лінійними полімерами, що складаються з α-L-амінокислот (які є мономерами цих полімерів) і, в деяких випадках, з модифікованих основних амінокислот (щоправда модифікації відбуваються вже після синтезу білка на рибосомі). Для позначення амінокислот в науковій літературі використовуються одно- або трьохбуквені скорочення. Хоча на перший погляд може здатися, що використання «всього» 20 основних типів амінокислот обмежує різноманітність білкових структур, насправді кількість варіантів важко переоцінити: для ланцюжка всього з 5 амінокислот воно складає вже більше 3 мільйонів, а ланцюжок з 100 амінокислот (невеликий білок) може бути представлений більш ніж у 10130 варіантах (для порівняння — кількість атомів у Всесвіті оцінюється приблизно у 1080). Поліпептидні ланжюжки завдовжки від двох до кількох десятків амінокислотних залишків зазвичай називають пептидами, при більшому ступені полімеризації — власне білками або протеїнами, хоча цей поділ вельми умовний.
При утворенні білка в результаті взаємодії α-аміногрупи (-NH2) однієї амінокислоти з α-карбоксильною групою (-СООН) іншої амінокислоти утворюються пептидні зв'язки. Кінці білка називають С- і N- кінцями (залежно від того, яка з груп кінцевої амінокислоти вільна: -COOH чи -NH2, відповідно). При природному синтезі білка на рибосомі, нові амінокислоти приєднуються до C-кінця, тому назва пептиду або білка дається шляхом перерахування амінокислотних залишків починаючи з N-кінця.
9. Властивості білків
Властивості. Фізично-хімічні властивості білків визначаються їх високомолекулярної природою, компактність укладання поліпептидних ланцюгів і взаємним розташуванням залишків амінокислот. Молекулярна маса варіюється від 5 до 1 млн., а константи седиментації - від 1 до 20 (і вище). Середній питомий об'єм білкових молекул -0,70-0,75 см 3 / г, а константи дифузії - 10 6 -10 8 см 2 / с. Максимум поглинання білків, в УФ-області спектра, зумовлений наявністю ароматичних амінокислот, знаходиться поблизу 280 нм. Порушення електронів атома азоту пептидної групи викликає різке збільшення поглинання при 185-240 нм. В ІЧ-області спектра білки поглинають за рахунок СО-і NH-груп при 1600 і 3100-3300 см -1.
У розчинах білки амфотерности. Ізоелектрична точки білка можуть мати значення від <1,0 (у пепсину) до 10,6 (у цитохрому с) і вище. Бічні групи амінокислотних залишків здатні вступати в багато реакції. Білки дають ряд кольорових реакцій, обумовлених наявністю певних амінокислотних залишків або хімічних угруповань. До найважливіших з них відносяться: біуретова реакція (пептидні зв'язку), Ксантопротеїнова реакція (ароматичні ядра залишків тирозину, триптофану, фенілаланіну), Адамкевич реакція (індольних кільце триптофану), Міллона реакція (фенольний радикал тирозину), Паулі реакція (імідазольного кільця гістидину), Сакагучі реакція (гуаніновий група аргініну) і Нінгідринова реакція (амінограппа).
10,28. Функції білків
Класифікація білків за функцією може бути як біохімічною, тобто за типом безпосередньої біохімічної функції, яку білок виконує в оргінізмі, так і заснованою на головних клітинних процесах, один з кроків яких виконує даний білок. В останньму випадку класифікація включає такі категорії[27]:
Обробка та збереження інформації (процеси реплікації, експресії генів та підтримки геному)
Клітинні процеси та сигнали (контроль клітинного циклу, підтримка структури клітини та органів, транспорт, модифікації макромолекул, сигнальні системи)
Метаболізм (отримання та перетворення енергії, синтез та транспорт ліпідів, амінокислот, цукрів, неорганічних молекул, вторинних метаболітів)
Ферменти
Ферме́нти або ензи́ми — органічні каталізатори білкової або РНК природи. Ферменти каталізують більшість хімічних реакцій, які відбуваються у живих організмах. Вони можуть мати від одного до кількох поліпептидних ланцюгів — субодиниць. Кожен із ферментів має один або більше активних центрів, які визначають специфічність хімічної реакції, що каталізується даним ферментом. Крім активного центру деякі ферменти мають алостеричний центр, який регулює роботу активного центру. Ферментативна реакція також може регулюватися іншими молекулами, як білкової природи, так й іншими — активаторами та інгібіторами.Ферменти є біологічними каталізаторами, вони присутні у всіх живих клітинах і сприяють перетворенню одних речовин (субстратів) на інші (продукти). Ферменти виступають в ролі каталізаторів практично у всіх біохімічних реакціях, що відбуваються в живих організмах — ними каталізується біля 4000 хімічно окремих біореакцій[3]. Ферменти грають найважливішу роль у всіх процесах життєдіяльності, скеровуючи та регулюючи обмін речовин організму.
Подібно до всіх каталізаторів, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію, знижуючи енергію активації процесу. Хімічна рівновага при цьому не зміщується ні в прямий, ні у зворотний бік. Відмінність ферментів від небілкових каталізаторів полягає у їхній високій специфічності — константа дисоціації деяких субстратів з білком-ферментом може досягати менш ніж 10−10 моль/л.Ферменти широко використовуються і в народному господарстві — харчовій, текстильній промисловості, у фармакології.
12. Вітаміни
Вітамі́ни (лат. vitae — життя і "амін" - азотиста речовина, що містить NH2) — органічні сполуки різної хімічної природи, необхідні в невеликих кількостях для нормального обміну речовин і життєдіяльності живих організмів. Багато вітамінів є попередниками коферментів, які беруть участь у ферментативних реакціях. Людина і тварини не синтезують вітаміни, або синтезують у недостатній кількості, тому повинні одержувати їх з їжею. Нестача вітамінів приводить до порушення обміну речовин. Джерелом вітамінів найчастіше є рослини. Звичайно вітаміни поділяються на
розчинні у воді: В1 (тіамін), B2 (рибофлавін), В3 (нікотинамід, нікотинова кислота), B5 (пантотенова кислота), B6 (піридоксин, піридоксаль, піридоксамін), H (B7) (біотин), B9 (фолієва кислота), B12 (кобаламін), B4 (аденін), B8 (інозитол), B10 (параамінобензойна кислота), B11 (BC) (холін), С (аскорбінова кислота),;
нерозчинні у воді: А (ретинол), D2 (кальциферол), D3 (холекальциферол), Е (токоферол), К1 (філохінон).
Роль вітамінів полягає у прискоренні протікання процесів обміну, це своєрідні каталізатори, маючі енергетичну чи пластичну дію. Стимуляція обміну вітамінами за класифікацією по функціональній дії відбувається двома шляхами: коферментним та мембранним.
Вітаміни - низькомолекулярні органічні сполуки різноманітної хімічної природи, які не синтезуються (або синтезуються в недостатній кількості) в організмі людей і більшості тварин. Вони надходять з їжею і необхідні для каталітичної активності ферментів, які визначають перебіг біохімічних і фізіологічних процесів у живому організмі. Вітаміни належать до незамінних мікрокомпонентів їжі на відміну від макрокомпонентів - білків, ліпідів і вуглеводів. Вітаміни поділяють на водо- і жиророзчинні. До водорозчинних належать вітаміни С, групи В, Р і РР, до жиророзчинних - вітаміни A, D, Е і К. Виокремлюють також групу вітаміноподібних речовин, до яких належать холін, інозит, вітамін U, карнітин, оротова, пангамова (вітамін B12) і параамінобензойна кислоти, вітамін F. Потреба людини у вітамінах залежить від її віку, стану здоров'я, характеру діяльності, пори року, вмісту в їжі основних макрокомпонентів харчування. Розрізняють три ступені забезпечення організму вітамінами: авітаміноз - вітаміни відсутні повністю; гіповітаміноз - недостатність вітамінів, іноді відсутність якого-небудь одного чи кількох вітамінів; гіпервітаміноз - надлишкове їхнє надходження.
Гормони
Гормон (Гормони) (грец. Ορμόνη) - це біологічно-активні хімічні речовини, що виділяються ендокринними залозами безпосередньо в кров і впливають на організм в цілому або на певні органи і тканини-мішені. Гормони служать гуморальними (ті, що переносяться з кров'ю) регуляторами певних процесів у певних органах і системах. За хімічними властивостями гормони розподіляють так: 1) стероїди
(альдостерон, кортизол, прогестерон, естрадіол, тестостерон); 2)
деривати амінокислот (тироксин, адреналін, мелатонін); 3) пептиди
(окситоцин, вазопресин, активуючі рилізинг-гормони травного каналу); 4)
поліпептиди (інсулін, глюкагон, паратгормон, пролактин); 5)
глікопротеїди (фо-лікулостимулювальний гормон — фолітропін,
лютеїнізу-вальний — лютропін, лактотропний гормон — пролактин); 6)
похідні жирних кислот (простагландини).
14. Фітогормони,алкалоїди.
Фітогормони — гормони рослин, низькомолекулярні органічні речовини, що виробляються рослинами і виконують регуляторні функції. Зазвичай діють досить низькі концентрації фітогормонів (до 10-11 М), при цьому вони викликають різні фізіологічні і морфологічні зміни в чутливих до їх дії частинах рослин.
Головними класами фітогормонів є абсцизини, ауксини, цитокініни, етилен і гібереліни, що визначені за ефектом на рослину, тоді як структура представників одного класу може сильно розрізнятися. Часто до цього списку додають брасиностероїди, саліцилову кислоту, жасмонати, сигнальні пептиди рослин (наприклад системін), поліаміни, оксид азоту, стриголактони. Як і інші фітогормони, абсцизова кислота володіє комплексною фізіологічною дією, впливаючи на ріст і розвиток рослин. Участь абсцизової кислоти в процесах росту і морфогенезу Добре відомою дією АБК є гальмування росту у рослин. Саме за цю здатність АБК відносять до інгібіторів росту. Взаємозв’язки АБК з ауксинами, гіберелінами і цитокінінами в регуляції росту ще не з'ясовані до кінця. У багатьох випадках АБК виступає антагоністом всіх трьох груп фітогормонів: у колеоптилів вівса АБК швидко (протягом 5 хвилин) гальмує дію ІОК на посилення росту розтягуванням, пригнічує здатність гібереліна індукувати синтез α-амілази в алейронових шарах зернівок ячменю і усуває затримуючий вплив цитокініна на старіння листя. Ці ефекти АБК ослабляються додатковою обробкою ІОК, сумісним застосуванням гібереліна і цитокініна і цитокініном відповідно. У ряді випадків АБК нейтралізує токсичну дію надоптимальних концентрацій ріст-активуючих речовин. Особливості дії фітогормонів на ріст тканин і органів, формування насіння і плодів
Фітогормони поліфункціональні, регулюють багато фізіологічні процеси, фізіологічна дія їх на рослину залежить від наступних факторів:
специфіки фітогормону - спектру фізіологічних дій на рослинний організм даного фітогормону;
специфіки об'єкта - видових, органних, тканинних, вікових та інших особливостей рослинного об'єкта, що визначають його сприйнятливість до фітогормони;
концентрації фітогормону - певних меж концентрацій, в яких фітогормони активує або пригнічує цей фізіологічний процес;
співвідношення даного фітогормону з іншими-від функціонування багатокомпонентної гормональної системи, що складає гормональне полі рослини;
забезпеченості рослинного об'єкта необхідними чинниками мінерального і вуглецевого живлення;
ендогенного змісту фітогормону - відповідної реакції рослинного об'єкта на екзогенний гормон, що залежить від його концентрації всередині рослини;
Напруженості факторів зовнішнього середовища (світло, температура, вода та ін), що створюють необхідні умови для дії фітогормону.
Алкало́їди — складні органічні азотовмісні сполуки лужної реакції переважно рослинного походження, також є продуктом життєдіяльності грибів та деяких нижчих тварин (молюски, жаби). Назву — перекладається як «подібні до лугів» — отримали через лужну реакцію водних розчинів перших ізольованих передставників. Майже всі алкалоїди мають високу біологічну активність, що обумовлено їх захисною функцією в рослинах. Це нелеткі, гіркі на смак, фізіологічно і фармакологічно дуже активні, часом отруйні або діють як наркотики. До них відносять ще схожі за будовою сполуки, що не мають лужних властивостей, наприклад, кофеїн (кава, чай), теобромін (чай), ефедрин. При реакції з кислотами утворюють солі. Більшість алкалоїдів у чистому вигляді — кристали, а деякі — рідини. Алкалоїди — це складні гетероциклічні сполуки, за допомогою яких відбувається перетворення і збереження азоту в рослинах (їх називають також азотовмісними сполуками). Вміст їх в рослинах невеликий (від 1-2% до тисячної долі відсотка). Кількість алкалоїдів та їхній склад неоднакові не тільки в різних видах рослин, а й у різних частинах тих самих рослин. Найбільше їх у плодах, листі та корінні рослин — від слідів до 2—3, дуже рідко (лише у корі хінного дерева) вміст алкалоїдів може досягати 10-15%. В одній і тій самій рослині, як правило, міститься кілька різних алкалоїдів. Крім того, вміст алкалоїдів залежить від пори року та природних умов місцевості (складу ґрунту, вологості, клімату і т. ін.). Як правило, в рослині міститься не один, а декілька подібних за хімічною будовою алкалоїдів. Іноді це число можен досягати понад 20. У рослинах алкалоїди перебувають у сполуках солей числених органічних (винної, лимонної, яблучної, мурашиної, цитринової, щавлевої, малонової, янтарної, молочної, оцтової та ін.), іноді неорганічних кислот (сірчаної, фосфорної). Солі алкалоїдів добре розчиняються у воді (у вільному стані алкалоїди, як правило, не розчинні у воді).
Найбільше алкалоїдів у рослинах таких родин: макових, пасльонових, жовтецевих, метеликових, пасльонових.
Найвідоміші алкалоїди, що знаходять застосування в медицині, містяться в таких рослинах: у головках маку снотворного - морфін, у беладонні лікарській - атропін, у тютюнових листках - нікотин, у листках чаю китайського і зернах кави - кофеїн.
Ліки, виготовлені з алкалоїдних рослин, справляють складну і багатогранну дію на живий організм. Вони активізують поділ клітин, підвищують артеріальний тиск, посилюють загальний обмін речовин, поліпшують секрецію травних залоз.
У медицині знайшли застосування такі алкалоїдні рослини, як чай, барбарис звичайний, чистотіл звичайний, головатень, маткові ріжки та ін.
Наприклад, алкалоїд хелідонін, який міститься в чистотілі звичайному, розслаблює гладенькі м'язи кровоносних судин, знижуючи артеріальний тиск. Інші алкалоїди чистотілу — гемохелідонін і метоксихелідонін — впливають на обмін речовин та поділ клітин, завдяки чому перешкоджають росту й розвитку пухлин, тобто є антимітозними засобами.
Алкалоїд тирамін, виділений з омели білої і грициків, навпаки, викликає звуження судин і підвищення артеріального тиску.
Атропін, екстрагований з дурману звичайного, блекоти чи беладонни, вибірково блокує М-холінорецептори. Після вживання атропіновміспих рослин зменшується секреція залоз травного апарату, розширюються зіниці очей, пульс прискорюється, знижується тонус гладеньких м'язів. Перебільшення допустимої дози атропіну може спричинити гостре отруєння: різке рухове збудження («лізе на стіни, мов блекоти об'ївся»), надмірне розширення зіниць, тахікардія, сухість шкіри і слизових оболонок.
15. Нуклеїнові кислоти
Нуклеїнові кислоти — складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Природні нуклеїнові кислоти — ДНК і РНК — виконують у всіх живих організмах роль передачі і експресії генетичної інформації. Даний термін був введений Рихардом Альтманом. Вперше їх виявлено в ядрі клітини, звідки й походить назва цих сполук (від лат. нуклеус — ядро). Молекула нуклеотиду складається із залишків нітратної основи, п'ятивуглецевого моносахариду (пентози) і фосфатної кислоти. Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, їх поділяють на дезоксирибонуклеїнову (ДНК) та рибонуклеїнову (РНК). ДНК — дезоксирибонуклеїнова кислота. Цукор — дезоксирибоза, азотисті основи: пуринові — гуанін (G), аденін (A), піримідинові — тимін (T) і цитозин (C). ДНК часто складається з двох полінуклеотідних ланцюжків, направлених антипаралельно.
РНК — рибонуклеїнова кислота. Цукор — рибоза, азотисті основи: пуринові — гуанін (G), аденін (A), піримідинові урацил (U) і цитозин (C). Структура полінуклеотидного ланцюжка аналогічна такій в ДНК, дволанцюжкові РНК зустрічаються тільки у вірусів. Через особливість рибози, молекули РНК часто мають різні вторинні і третинні структури, утворюючи комплементарні ділянки між різними ланцюжками.
Структура ДНК.
Дезоксирибонуклеї́нова кислота́ (ДНК) — один із двох типів природних нуклеїнових кислот, який забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку й функціонування живих організмів. Основна роль ДНК в клітинах — довготривале зберігання інформації про структуру РНК і білків.
Дезоксирибонуклеїнова кислота є біополімером (поліаніоном), мономерами якого є нуклеотиди[8][9]. Кожен нуклеотид складається із залишку фосфорної кислоти, приєднаного за 5'-положенням до цукру дезоксирибози, до якого також через глікозидний зв'язок (C—N) за 1'-положенням приєднана одна з чотирьох азотистих основ. Саме наявність характерного цукру і складає одну з головних відмінностей між ДНК і РНК, зафіксовану в назвах цих нуклеїнових кислот (до складу РНК входить цукор рибоза)[10]. Приклад нуклеотиду — аденозинмонофосфат — де основа, приєднана до фосфату і рибози, це аденін, показаний на малюнку. Полімер ДНК має досить складну структуру. Нуклеотиди ковалентно сполучені між собою в довгі полінуклеотидні ланцюжки. Ці ланцюжки в переважній більшості випадків (окрім деяких вірусів, що мають одноланцюжковий ДНК-геном), у свою чергу, попарно об'єднуються за допомогою водневих зв'язків у структуру, що отримала назву подвійної спіралі[3][10]. Фосфатні групи формують фосфодіестерні зв'язки між третім і п'ятим атомами вуглецю сусідніх молекул дезоксирибози, в результаті взаємодії між 3-гідроксильною (3 —ОН) групою однієї молекули дезоксирибози і 5-фосфатною групою (5 —РО3) іншої. Асиметричні кінці ланцюжка ДНК називаються 3' (три-прайм) і 5' (п'ять-прайм). Полярність ланцюжка грає важливу роль при синтезі ДНК (подовження ланцюжка можливе тільки шляхом приєднання нових нуклеотидів до вільного 3' кінцю). Інтерфаза-І
Клітина збільшується в розмірах, активно синтезує білки та акумулює енергію в молекулах АТФ, відбувається реплікація (самоподвоєння) ДНК («копії» називаються хроматидами і тримаються разом на кшталт літери Х в зоні центромери — первинної перетяжки).
17. Функції ДНК
1) зберігання спадкової інформації відбувається за допомогою гистонов. Молекула ДНК згортається, утворюючи спочатку нуклеосому, а після гетерохроматін, з якого складаються хромосоми; 2) передача спадкового матеріалу; відбувається шляхом реплікації ДНК; 3) реалізація спадкової інформації в процесі синтезу білка.
18 .РНК.
РНК (рибонуклеїнова кислота) — клас нуклеїнових кислот, лінійних полімерів нуклеотидів, до складу яких входять залишок фосфорної кислоти, рибоза (на відміну від ДНК, що містить дезоксирибозу) і азотисті основи — аденін, цитозин, гуанін і урацил (на відміну від ДНК, що містить замість урацила містить тимін). РНК містяться головним чином в цитоплазмі клітин. Ці молекули синтезуються в клітинах всіх клітинних живих організмів, а також містяться в віроїдах та деяких вірусах. Основні функції РНК в клітинних організмах — шаблон для трансляції генетичної інформації в білки та поставка відповідних амінокислот до рибосом. В вірусах є носієм генетичної інформації (кодує білки оболонки та ферменти вірусів). Віроїди складаються з кільцевої молекули РНК та не містять в собі інших молекул. Існує гіпотеза світу РНК, згідно з якою, РНК виникли до білків й були першими формами життя.
Клітинні РНК утворюються в ході процесу, що зветься транскрипцією, тобто синтезу РНК на матриці ДНК, що здійснюється спеціальними ферментами - РНК-полімерази. Потім матричні РНК (мРНК) беруть участь у процесі, що називається трансляцією. Трансляція - це синтез білка на матриці мРНК за участю рибосом. Інші РНК після транскрипції піддаються хімічним модифікаціям, і після утворення вторинної та третинної структур виконують функції, що залежать від типу РНК.
Для одноланцюжкових РНК характерні різноманітні просторові структури, в яких частина нуклеотидів одного і того ж ланцюга спарені між собою. Деякі високо структуровані РНК беруть участь у синтезі білка клітини, наприклад, транспортні РНК служать для впізнавання кодонів та доставки відповідних амінокислот до місця синтезу білка, а матричні РНК служать структурною і каталітичною основою рибосом.
Однак функції РНК в сучасних клітинах не обмежуються їх роллю в трансляції. Так малі ядерні РНК беруть участь у сплайсингу еукаріотичних матричних РНК та інших процесах.
Крім того, що молекули РНК входять до складу деяких ферментів (наприклад, теломерази) у окремих РНК виявлена власна ензиматична активність, здатність вносити розриви в інші молекули РНК або, навпаки, «склеювати» два РНК-фрагмента. Такі РНК називаються рибозимами.
Геноми ряду вірусів складаються з РНК, тобто у них вона відіграє роль, яку у вищих організмів виконує ДНК. На підставі різноманітності функцій РНК в клітині була висунута гіпотеза, згідно з якою РНК - перша молекула, здатна до самовідтворення в добіологічних системах.
Типи РНК.
Матрична РНК (мРНК) — шаблон для синтезу білків в рибосомах.
Некодуюча РНК або «РНК-ген» — великий клас генів, що кодують РНК, на яких не може бути побудовано білок. Найвідоміші представники цього класу — транспортна РНК (тРНК) і рибосомна РНК (рРНК), що самі беруть участь в процесі синтезу білка. Проте, починаючи з пізніх 90-х років 20 століття було виявлено багато інших РНК-генів. Це дало можливість припустити, що РНК-гени відіграють значнішу роль в клітці, ніж вважалось раніше.
Транспортна РНК (тРНК), що переносить амінокислоти до білкового ланцюжка, що росте на рибосомі, під час процесу трансляції.
Рибосомна РНК (рРНК), що входить до складу рибосоми;
МікроРНК, що регулює активність генів;
Каталітична РНК, що має властивості ферментів.
20. Порівняння ДНК і РНК.
Між ДНК і РНК є три основні відмінності: ДНК містить цукор дезоксирибозу, РНК - рибозу, у якої є додаткова, порівняно з дезоксирибозою, гідроксильна група. Ця група збільшує ймовірність гідролізу молекули, тобто зменшує стабільність молекули РНК. Нуклеотид, комплементарний аденін, в РНК не тимін, як в ДНК, а урацил - неметилована форма тиміну. ДНК існує у формі подвійної спіралі, що складається з двох окремих молекул. Молекули РНК, в середньому, набагато коротше і переважно одноланцюжкові.
Структурний аналіз біологічно активних молекул РНК, включаючи тРНК, рРНК, мяРНК та інші молекули, які не кодують білків, показав, що вони складаються не з однієї довгої спіралі, а з численних коротких спіралей, розташованих близько один до одного і утворюють щось, схоже на третинну структуру білка. У результаті цього РНК може каталізувати хімічні реакції, наприклад, пептид-трансферазний центр рибосоми, що бере участь в утворенні пептидного зв'язку білків, повністю складається з РНК.
21. інформаційна РНК
Ма́трична рибонуклеї́нова кислота́ (мРНК, синонім — інформаційна РНК або іРНК) — РНК, що відповідає за перенесення інформації про первинну структуру білків від ДНК до місць синтезу білків. мРНК синтезується на матриці ДНК в ході процесу транскрипції, після чого, у свою чергу, використовується в ході трансляціїї як матриця для синтезу білків. Тим самим мРНК грає важливу роль в експресії («прояві») генів. Довжина типової зрілої мРНК складає від кількох сотень до кількох тисяч нуклеотидів. Щонайдовші мРНК відмічені у (+)оц РНК-містячих вірусів, наприклад пікорнавірусів, проте слід пам'ятати, що у цих вірусів мРНК утворює вісь їхній геном. ДНК нерідко порівнють з кресленнями для виготовлення білків. Розвиваючи цю інженерно-виробничу аналогію, можна сказати, що, якщо ДНК — це повний набір креслень для виготовлення білків, що знаходиться на зберіганні в сейфі директора заводу, то мРНК;— тимчасова робоча копія креслення, що видається в складальний цех.
Транспортна РНК
Транспортна РНК (тРНК) — маленький ланцюжок РНК (73-93 нуклеотидів), що служить для постачання специфічних амінокислот, необхідних для синтезу нового поліпептидного ланцюжка, до місця трансляції.
Транспортна РНК має 3 термінальні сайти для прикріплення амінокислоти. Ковалентний зв'язок між амінокислотою та РНК каталізує фермент аміноацил-тРНК-синтетаза. Також тРНК у містить ділянку з трьох нуклеотидних основ, відому як антикодон, що може прикріплятися до трьох комплементарних основ (кодон) у послідовності мРНК. Кожен вид молекули тРНК може прикріплятися тільки до одного виду амінокислоти, але через те, що генетичний код містить кілька кодонів, що кодують ту ж саму амінокислоту, молекули тРНК, що несуть різні антикодони, можуть нести ту ж саму амінокислоту.
Рибосомна РНК
Рибосомна РНК (рРНК) — вид РНК, що є центральним компонентом рибосоми, комплексу, що збирає білки у клітині. рРНК синтезується в ядерці. рРНК разом з 70-80 рибосомними білками потім збираються в дві складні субодиниці (велика і маленька субодиниці).
Функція рРНК — забезпечити механізм для розшифровки мРНК в амінокислоти (у центрі маленької рибосомної субодиниці) і взаємодіяти з тРНК протягом трансляції, забезпечуючи діяльність пептидил-трансферази (великої субодиниці). Точність трансляції забезпечують обидві субодиниці.
Знання характеристик рРНК важливі для медицини і вивчення еволюції.
рРНК — ціль деякої кількості клінічний антибіотиків: хлорамфенікол, еритроміцин, казуагаміцин, місрококін, пароміцин, ріцин, сарцин, спектроміцин, стрептоміцин і тіострептон.
рРНК — найменш піддаваний до змін ген у всіх клітинах. Тому гени, які кодують рРНК (рДНК) — секвентують для таксономічної ідентифікації груп організмів і оцінки норм розбіжності видів. Див. 16S рРНК.
У бактерій, архей, мітохондрій і хлоропластів маленька рибосомна субодиниця містить 16S рРНК, де S в 16S означає одиниці Сведберга; велика рибосомна субодиниця містить два види рРНК (5S і 23S рРНК). Бактеріальні гени 16S, 23S і 5S рРНК зазвичай організовані разом у одниму опероні. У геномі може бути більше одної копії оперону, наприклад, Escherichia coli має сім. Археї можуть містити як містять або єдиний оперон рРНК, так і багато його копій.
На відміну від них, еукаріоти звичайно мають багато копій генів рРНК організуваних в тандемних повтореннях; у людини приблизно 300—400 повторень рДНК, присутні в п'яти кластерах (на хромосомах 13, 14, 15, 21 і 22). У маленькій субодиниці еукаріот міститься 18S рРНК, а у великій — три види рРНК (5S, 5.8S і 25S/28S рРНК).
У деяких організмах, особливо рослинах, коли два ядра комбінуються в єдиномій клітині протягом гібридизації, новий організм може вибрати один набір генів рРНК для транскрипції. Гени рРНК іншого батька подавляються і звичайно не трансрибіруються, хоча бувають виключення. Ця добірна перевага транскрипції генів рРНК відома як ядерцева домінантність.
24. рівні організації живої матерії.
Рі́вні організа́ції живо́ї мате́рії — ієрархічно супідрядні рівні організації біосистем, що відображають рівні їх ускладнення. Найчастіше виділяють шість основних структурних рівнів життя: молекулярний, клітинний, організменний, популяційно-видовий, биогеоценотичний та біосферний. У типовому випадку кожен з цих рівнів є системою з підсистем нижчого рівня і підсистемою системи вищого рівня.
Слід підкреслити, що побудова універсального списку рівнів біосистем неможлива. Виділяти окремий рівень організації доцільно в тому випадку, якщо на ньому виникають нові властивості, відсутні у систем нижчого рівня. Наприклад, феномен життя виникає на клітинному рівні, а потенційне безсмертя — на популяційному[1]. При дослідженні різних об'єктів або різних аспектів їх функціонування можуть виділятися різні набори рівнів організації. Наприклад, у одноклітинних організмів клітинний і організменний рівень збігаються. При вивченні проліферації (розмноження) клітин багатоклітинного рівня може бути необхідне виділення окремих тканинного і органного рівнів, так як для тканини і для органу можуть бути характерні специфічні механізми регуляції досліджуваного процесу.
Одним із висновків, що випливають із загальної теорії систем є те, що біосистеми різних рівнів можуть бути подібні у своїх істотних властивостях, наприклад, принципах регуляції важливих для їхнього існування параметрів.
25. Методи біологічних досліджень.
Цитологія
Цитоло́гія (грец. κύτος — «вмістилище», тут: «клітка» і грец. λόγος — «вчення», «наука») — розділ біології, що вивчає живі клітини, їх органоїди, їх будова, функціонування, процеси клітинного розмноження, старіння і смерті.
ГенетикаГене́тика (грец. Γενητως — що походить від когось) — наука про закони і механізми спадковості та мінливості. Залежно від об'єкта дослідження класифікують генетику
рослин;
тварин;
мікроорганізмів;
людини та інші.
Залежно від використовуваних методів — наука про генетику, екологічну генетику та інші. Ідеї та методи генетики грають важливу роль в медицині, сільському господарстві, мікробіологічної промисловості і, а також в генетичній інженерії.
Генетика як наука з'явилася не дуже давно. У 1865 році Грегор Мендель опублікував доповідь «Досліди над рослинними гібридами», з цього і прийнято вважати початок науки генетики, а Грегора Менделя за це прозвали «Батьком генетики».
Екологія
Еколо́гія (грец. Οικος — будинок, житло, господарство, місцепроживання, батьківщина і грец. λόγος — поняття, вчення, наука) — наука про відносини живих організмів і їх спільнот між собою і з навколишнім середовищем. Термін вперше запропонував німецький біолог Ернст Геккель у 1866 році в книзі «Загальна морфологія організмів».
Взаємний симбіоз риби з роду Amphiprion, що живуть серед щупалець тропічних актиній. Територіальна риба захищає її від анемони, що харчуються актинією, і в свою чергу, уїдливі щупальця анемони захищають рибу-клоуна від хижаків.
Екологія як наука стала дуже популярна в наш час, у зв'язку з погіршенням навколишнього середовища.
Об'єкти дослідження екології — в основному, системи вище рівня окремих організмів: популяції, біоценози, екосистеми, а також вся біосфера. Предмет вивчення — організація і функціонування таких систем.
Головне завдання прикладної екології — розробка принципів раціонального використання природних ресурсів на основі сформульованих загальних закономірностей організації життя.
Методи досліджень в екології підрозділяються на
польові;
історичні;
експериментальні;
метод порівняння;
метод моделювання.
Польові методи представляють собою спостереження за функціонуванням організмів у їх природному середовищі існування.
Історичний метод допомагає на основі даних про сучасний органічний світ та його минуле, пізнати процеси розвитку живої природи.
Експериментальні методи включають в себе варіювання різних факторів, що впливають на організми, по виробленій програмі в стаціонарних лабораторних умовах.
Метод порівняння дає змогу виявити загальні закономірності в будові і життєдіяльності різних організмів.
Методи моделювання дозволяють прогнозувати розвиток різних процесів взаємодії живих систем між собою і з навколишнім їх середовищем.
Біологічна класифікація
Біологі́чна класифіка́ція — наукова дисципліна, в завдання якої входить розробка принципів класифікації живих організмів і практичне застосування цих принципів до побудови системи. Під класифікацією тут розуміється опис і розміщення в системі всіх існуючих і вимерлих організмів.
26. Наукові поняття.
Біоло́гія (грец. βίοσ (bios) - життя, λόγος (logos) - слово; наука) — сукупність наук про живу природу, про живих істот, що населяють Землю чи вже вимерли, їхні функції, розвиток особин і родів, спадковість, мінливість, взаємні стосунки, систематику, поширення на Землі; про зв'язки між живими істотами і живих істот з неживою природою. Біологія встановлює загальні закономірності, властиві життю у всіх його проявах. Анатомія — збірна група розділів біології, які вивчають структуру організмів або їх частин на рівні вище клітинного.
Альгологія — наука про водорості, розділ ботаніки.
Антропологія — біологічна наука, що вивчає тілесну природу людини, її походження і подальший розвиток.
Бактеріологія — розділ мікробіології, що вивчає будову, життя і властивості бактерій.
Біогеографія — наука, що вивчає закономірності географічного поширення тварин і рослин та їхніх угруповувань, а також характер фауни і флори окремих територій.
Біогеоценологія — наукова дисципліна, яка досліджуються будову та функціонування комплексів живої і неживої природи в біогеоценозів.
Біоінженерія — галузь біології та медицини, що займається свідомим внесенням змін до живі організми для управління їх властивостями.
Біоінформатика — область обчислювальної біології, що застосовує машинні алгоритми і статистичні методи для аналізу великих наборів біологічних даних
Біологія океану — наука, розділ біології і океанології, що вивчає життя морських організмів (біоти) і їх екологічні взаємодії.
Біологія розвитку — розділ біології, що вивчає причинні механізми і рушійні сили індивідуального розвитку (онтогенезу) організмів тварин і рослин.
Біометрія — сукупність методів математичного опрацювання даних, одержаних при вимірюванні тіла або окремих органів організмів.
Біоніка — використання біологічних методів та структур для розробки інженерних рішень та технологічних методів.
Біосеміотика — наука, що досліджує властивості знаків та знакових систем (знакові процеси) в живих системах.
Біоспелеологія — розділ біології, що займається вивченням організмів, що мешкають у печерах.
Біофізика — галузь науки, яка вивчає фізичні та фізико-хімічні явища зародження, формування, життедіяльність, відтворення життя на всіх рівнях, починаючи з молекул, клітин, органів органів та тканин, закінчуючи організмами та біосфери в цілому.
Біохімія — наука про хімічний склад організмів та їхніх складових частин та про хімічні процеси, що протікають в організмах.
Біомеханіка — наука, котра вивчає на основі ідей та методів механіки властивості біологічних об'єктів
Біоценологія — розділ екології, що вивчає біоценози, їх виникнення, походження й розвиток, будову й розподіл в просторі й часі, взаємовідношення з навколишнім середовищем та між собою як самих біоценозів, так і окремих їх компонентів.
Ботаніка — розділ біології, що вивчає рослини, гриби і водорості.
Ботанічна географія — наука про закономірності географічного розповсюдження рослинного покрову в зв'язку з рельєфом, кліматом, ґрунтами та іншими складовими ландшафту.
Бріологія — наука, що вивчає мохоподібні (мохи та печіночники)
Валеологія(valeo-здоров'я, logos-наука)науково-навчальна дисципліна, що займається вивченням формування та збереження здоров'я.
Вірусологія — галузь науки, яка вивчає властивості вірусів людини, тварин, рослин, бактерій, грибів
Генетика — це наука про гени, спадковість та варіативність організмів.
Гідробіологія — комплексна біологічна наука, яка вивчає населення гідросфери.
Гістологія — розділ біології, що вивчає будову тканин живих організмів.
Дендрологія — розділ ботаніки, що вивчає деревні рослини (дерева, чагарники і чагарники).
Еволюційна біологія — галузь біології, що вивчає походження видів, їх зміни, розділення і виникнення біорізноманіття.
Екологія — один з розділів біології, який досліджує взаємовідносини між біотичними та соціальними цілісностями та їхнім середовищем.
Ембріологія — розділ біології розвитку (онтогенезу), що вивчає ембріональний період онтогенезу, тобто ембріони різних видів тварин, їх анатомію й фізіологію, закономірності їх росту, розвитку і дозрівання, патології та аномалії ембріонів.
Ендокринологія — наука про будову та функції залоз внутрішньої секреції (ендокринних залоз); про речовини, що ними виробляються (гормони) та їх дію на організм людини (або тварини)
Ентомологія — наукова дисципліна, що вивчає комах. Інколи це означення набуває більш широкого змісту і включає в себе також вивчення інших наземних членистоногих, таких як павуки, скорпіони та кліщі.
Етологія — польова дисципліна зоології, що вивчає поведінку тварин.
Зоологія — це біологічна дисципліна, що вивчає тварин та їх взаємозв'язки з навколишнім середовищем.
Імунологія — галузь біомедичних наук, що покриває вивчення всіх аспектів імунної системи всіх організмів
Іхтіологія — наука про риб.
Клітинна біологія — розділ біології, що вивчає структурно-функціональну організацію прокаріотичних та еукаріотичних клітин.
Космічна біологія — біологічна наука, або розділ біології, що вивчає можливість існування живих організмів у космосі та на інших планетах крім Землі.
Ксенобіологія — наука про форми життя позаземного походження.
Мікологія — наука, яка досліджує гриби як особливу групу організмів, що становлять самостійне царство живої природи.
Мікробіологія — розділ біології, що займається вивченням мікроорганізмів, головним чином вірусів, бактерій, грибків, одноклітинних водоростей і найпростіших.
Молекулярна біологія — галузь науки, яка вивчає біологічні процеси на рівні біополімерів — нуклеїнових кислот і білків та їх надмолекулярних структур.
Морфологія — форма та структура організму.
Нейробіологія — наука, що вивчає пристрій, функціонування, розвиток, генетику, біохімію, фізіологію, і патологію нервової системи.
Орнітологія — наука про птахів, один з розділів зоології.
Палеонтологія — наука, яка вивчає вимерлі організми, намагається реконструювати по знайдених останках їх зовнішній вигляд.
Систематика — наука про різноманіття живих організмів, завданням якої є опис і упорядковування різноманітних існуючих і вимерлих видів, їх розподіл.
Системна біологія — Є міждисциплінарною наукою про життя.
Синтетична біологія — наука, метою якої є створення та вивчення біологічних систем, що не існували раніше.
Теріологія — наука про ссавців, один з розділів зоології
Математична та теоретична біологія — наука, що вивчає закономірності функціонування живого, намагається формально їх описати.
Токсикологія — наука, що вивчає отруйні, токсичні та шкідливі речовини, потенційну небезпеку для їхнього впливу на організми та екосистеми.
Фізіологія рослин — наука, що вивчає всі процеси діяльності та функції рослинного організму, їх взаємозв'язки та зв'язки з навколишнім оточенням.
Фізіологія тварин і людини — галузь науки, яка вивчає механізми і закономірності всіх проявів життєдіяльності організму, його органів, тканин, клітин та сублітинних утворень, використовуючи для вивчення й пояснення цих проявів методи й поняття фізики, хімії, математики й кібернетики.
Фізіологія грибів — наука, що вивчає процеси життєдіяльності грибів.
27. Амінокислоти.
Замінні амінокислоти — частина амінокислот, яка може синтезуватися в організмі людини з продуктів обміну речовин. До замінних амінокислот належать, наприклад, аланін, цистеїн, тирозин.
Незамі́нні амінокисло́ти — частина амінокислот, яка, на відміну від замінних, не може синтезуватися в організмі, повинна обов'язково надходити з їжею. Їх синтезують рослини, гриби, бактерії.
Амінокислота з’єднується з антикодоном тРНК за рахунок енергії АТФ; утворюється комплекс аміноацил-тРНК, що зумовлюється ферментом аміноацил-РНК-синтетазою, що каталізує приєднання амінокислоти до тРНК) та їх перенесення на рибосому;
29. Псевдоподії.
Псевдопо́дія (від псевдо… та грец. πούς, родовий відмінок ποδός − нога), нібиніжка псевдоніжка − тимчасові цитоплазматичні вирости у одноклітинних організмів (корененіжок, деяких джгутикових, споровиків, слизовиків), а також у деяких клітин багатоклітинних організмів (лейкоцитів, макрофагів, яєць губок, кишковопорожнинних, деяких війчастих червів). Слугують для так званого амебоїдного руху та захоплення їжі або сторонніх часточок. У псевдоподіях особливо багато мікротрубочок.
Псевдоподії виникають і втягуються у різноманітних місцях клітини, тому її форма при амебоїдному русі постійно змінюється. Формування псевдоподій пов'язане з локальними змінами поверхневого натягу клітини. При формуванні псевдоподії у амеби спочатку з'являється невеликий виступ ектоплазми (зовнішній прозорий щільний шар цитоплазми). Потім він збільшується та у нього наче вливається частина рідкої ендоплазми (зернистий напіврідкий внутрішній шар цитоплазми). Таким чином утворення псевдоподій − це процес перетворення ектоплазми у ендоплазму.
У амеб псевдоподії лопатеподібні або ниткоподібні; у форамініфер і радіолярій − розгалужені, тонкі, довгі, які зливаються між собою; у променяків псевдоподії містять щільну, пружну осьову нитку (аксоподію), внаслідок чого вони володіють пружністю та сталістю форми. У амебоїдних повзаючих клітин багатоклітинних організмів псевдоподії зазвичай пальцеподібні або лопатеподібні.
Розрізняють декілька видів псевдоподій:
лобоподія
філоподія
ретикулоподія
аксоподія
30. Мітоз.
Мітоз (рідше: каріокінез або непрямий поділ) — поділ ядра еукаріотичної клітини із збереженням числа хромосом. На відміну від мейозу, мітотичний поділ протікає без ускладнень в клітинах будь-якої плоїдності, оскільки не включає як необхідний етап кон’югацію гомологічних хромосом протягом профази.
Мітоз — лише одна з частин клітинного циклу, але він достатньо складний, щоб в його складі, у свою чергу, було виділено чотири фази: профаза, метафаза, анафаза і телофаза. Подвоєння хромосом відбувається ще в ході інтерфази. В результаті цього, в мітоз хромосоми вступають вже подвоєними, такими, що нагадують букву X (ідентичні копії материнської хромосоми сполучені один з одним в області центромери).
У профазі відбувається конденсація хромосом, клітинний центр ділиться і продукти його поділу розходяться до полюсів ядра, руйнується ядерна оболонка, утворюється веретено поділу.
У метафазі хромосоми розташовуються на «екваторі» (на рівній відстані від «полюсів» ядра) в одній площині, утворюючи так звану метафазну пластинку. Важливо відзначити, що вони залишаються в такому положенні протягом досить тривалого часу. Зазвичай у зв'язку з цим метафаза — найбільш слушний час для підрахунку хромосомних чисел.
У анафазі, яка є найкоротшою фазою мітозу, хромосоми діляться (з'єднання в районі центромери руйнується) і розходяться до різних полюсів клітини.
У телофазі відбувається руйнування веретена поділу і утворення ядерної оболонки навколо дочірніх ядер.
31. Клітина – найменша структурна одиниця всього живого. Яка лежить в основі будови і розвитку рослинних і тваринних організмів. У ній відбуваються всі життєві процеси організму.
Розрізняють одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні організми. Одноклітинний організм є водночас і самостійним цілісним організмом. Колоніальні організми складаються з багатьох клітин одного чи кількох типів. Кожна з цих клітин здебільшого функціонує незалежно від інших.
У багатоклітинних організмах клітини тісно взаємодіють між собою: вони відрізняються за будовою та функціями й утворюють тканини, органи чи системи органів.
32. Методи досліджень з використанням оптичного мікроскопу називають світловою мікроскопією.
Деякі органели малих розмірів, а також детальну будову плазматичних мембран відкрито і вивчено лише за допомогою електронного мікроскопу.
Методом растрової електронної мікроскопії можливе вивчення структури поверхні клітин, окремих органел тощо.
Живі клітини досліджують методом прижиттєвого вивчення.
Щоб з’ясувати місця та перебіг тих чи інших біохімічних процесів у клітині, застосовують метод мічених атомів.
Для вивчення окремих клітинних структур застосовують метод центрифугування.
33, 34, 37. Прокаріоти – окреме надцарство організмів, до якого належать різні групи бактерій та ціанобактерій.
Еукаріоти – це рослини, гриби, тварини.
| Ознаки | Прокаріоти | Еукаріоти | |
| Рослини | Тварини | ||
| Розмір клітини | Діаметр у середньому складає 0,5-5 мкм | Діаметр зазвичай складає до 40 мкм; об'єм клітини у 1000-10.000 більше, ніж у прокаріот | |
| Форма | Одноклітинні | Одноклітинні і багатоклітинні | |
| Генетичний матеріал | Кільцева ДНК знаходиться в цитоплазмі і нічим не захищена. Ядра немає, хромосом і ядерця також | Є оформлене ядро, в якому лінійні молекули ДНК зв'язані з білками і РНК і утворюють хромосоми. Всередині ядра знаходиться ядерце | |
| Де відбувається синтез білка | В 70S-рибосомах. Ендоплазматичної сітки немає. (Синтез білка характеризується чутливістю до антибіотиків; наприклад, розвиток прокаріот гальмується стрептоміцином.) | У 80S-рибосомах (більш великих, порівняно з прокаріот, рибосомами). Рибосоми можуть бути прикріплені до ендоплазматичної сітки | |
| Клітинні стінки | Жорсткі (містять полісахариди і амінокислоти). Основний компонент - муреїн. Деякі над клітинною стінкою мають слизову капсулу | Основний структурний полісахарид - целюлоза | Як такої клітинної стінки немає, але є поверхневий шар над плазматичною мембраною, який складається з білків, зв'язаних з вуглеводами і, частково, зі сполук ліпідів з вуглеводами і називається глікокалікс |
| Джгутики | Прості (мікротрубочки відсутні). Діаметр? 20 нм | Складні з розташуванням мікротрубочок. Діаметр?200 нм | |
| Органели | Мало. Жодна з них не має оболонки (подвійної мембрани). Внутрішні мембрани зустрічаються рідко, але якщо вони є, то на них проходять процеси дихання і фотосинтезу | Органел багато. Деякі оточені подвійною мембраною (ядро, мітохондрії, хлоропласти у рослинних клітинах). Велика кількість органел оточена однією мембраною (апарат Гольджі, лізосоми, ендоплазматична сітка...) | |
| Ендоплазматична сітка | Відсутня | Є | Є |
| Клітинний центр | Немає | Є (у більшості) | Є |
| Мітохондрії | Відсутні | Є | Є |
| Комплекс Гольджі | Немає | Є | Є |
| Лізосоми | Немає | Є | Є |
| Пластиди | Відсутні | Є | Немає |
| Вакуолі | Немає (за винятком газових вакуолей у мешканців водойм або капілярів грунту) | Є | Немає |
| Поділ клітин | Амітоз (прямий поділ) | Мітоз (непрямий) | Мітоз (непрямий) |
| Дихання | Якщо є аеробне дихання, то цей процес відбувається в дихальних (цитоплазматичних) мембранах, а спеціальної органели для даного процесу немає | Аеробне дихання відбувається в мітохондріях | |
| Фотосинтез | Хлоропласти відсутні. А якщо даний процес є, то він відбувається на фосинтетичних мембранах | Процес фотосинтезу відбувається в хлоропластах, які містять спеціальні мембрани, які зазвичай укладені в ламели або грани | - |
| Фіксація азоту | Деякі прокаріоти здатні до фіксації азоту | Не здатні до фіксації азоту |
35. Мембрани складаються з ліпідів, білків та вуглеводів. Ліпіди становлять у середньому 40% сухої маси мембран. Серед них переважають фосфоліпіди.
Основним функціональним компонентом біологічних мембран є білки.
Поверхневі білки розміщені на зовнішній та внутрішній поверхнях мембран і зв’язані з останніми електричними силами безпосередньо чи через двовалентні катіони. Вони легко відокремлюються від мембран після руйнування клітин.
Внутрішні білки занурені у подвійний шар ліпідів на різну глибину, а в деяких випадках перетинають мембрану наскрізь. Такі білки зв’язують обидві поверхні мембрани.
Вуглеводи входять до складу мембран не самостійно, а утворюють комплекси з білками чи ліпідами.
36. Цитоплазматична мембрана є вибірково проникним ліпідним бішаром, що охоплює цитоплазму клітини. Цитоплазматична мембрана працює між внутрішньоклітинними структурами та рідиною, що оточує клітину (для деяких типів клітин — між цитоплазмою та клітинною стінкою або периплазмою). Цитоплазматична мембрана дозволяє потрапляти до клітини певним молекулам та іонам, наприклад, глюкозі, амінокислотам і ліпідам. Це напіврідкий шар молекул, зокрема протеїнів і фосфоліпідів, деякі з яких постійно рухаються, надаючи мембрані рухливості. Серед мембранних білків багато трансмембранних рецепторів та структур, що відповідають за прикріплення клітини до поверхонь, процесі, який у свою чергу грає важливу роль у поведінці клітини та організації клітин у тканині або біоплівки.
41. Цитоплазма — це основна за об'ємом частина клітини, її внутрішній вміст. За фізичними властивостями це напіврідка маса колоїдної структури — цитозоль, в якій знаходяться всі клітинні органелли, крім ядра. Цитозоль у свою чергу складається з води, солей, органічних молекул і багатьох ферментів, що каталізують хімічні реакції у клітині. Цитоплазма грає важливу роль в клітині, служачи середовищем, в якому розташовані органели і яке забезпечує протікання багатьох хімічних реакцій та постачанні необхідних речовин до різних частин клітини. Цитоплазма оточена клітинною мембраною (або цитоплазматичною мембраною для більшості прокаріотів) і оточує ядро та мембрани органел.
42. Гіалоплазма - основна речовина, частина цитоплазми тваринних і рослинних клітин, що не містить структур, помітних в світловому мікроскопі. За допомогою електронного мікроскопа в гіалоплазми розрізняють ультраструктури - мембрани, рибосоми, між якими знаходиться гомогенна цитоплазма, звана матриксом, а іноді також гіалоплазми.
43. Гіалоплазма перебуває в рідкому(золь) або драглистому(гель) станах, причому окремі його ділянки водночас можуть бути у різних станах.
44, 45 -
46. Комплекс Гольджі
Будова
Ця мембранна органела представлена трьома видами утворів: дископодібними мембранними мішечками (цистернами), розміщеними пучками щільно на відстані 14–25 нм з внутрішнім простором 5–20 нм (частіше по 5–6 мішечків у комплексі); системою трубочок діаметром 20–50 нм; і міхурців різних розмірів. Мішечки сполучаються між собою і мають трубочкове з’єднання з іншими такими ж апаратами. У рослинних клітинах виявляється ряд окремих стопок, який називають диктіосомою. Диктіосоми можуть бути відділені одна від одної прошарками цитоплазми або з’єднаними у комплекс. В тваринних клітинах часто міститься одна велика або кілька з'єднаних трубками стопок.
Функції
Транспорт речовин з ендоплазматичної сітки
Модифікація білків в апараті Гольджі
Утворення лізосом
Транспорт білків на зовнішню мембрану
Секреція
47. Лізосома (від грецького 'lizis' - розчинення) -одномембранна органела сферичної форми, яка являє собою невелику мембранну везикулу, наповнену гідролітичними ферментами, необхідних для контролювання внутрішньоклітинного розщеплення. Основна її функція - перетравлення відмерлих решток клітини. Була відкрита бельгійським цитологом Крістіаном де Дювом в 1949 році.
Функції
Лізосоми призначені для перетравлення відмерлих решток клітини, зокрема мітохондрії, макромери різних органічних сполук та інші. Іншою функцією є знищення чужорідних бактерій, які можуть вторгатися у клітину. А також виправлення пошкоджень клітини, які можуть бути завдані їй.
48. –
49. Мітохондрія (від грец. μιτος або mitos — «нитка» та κουδριον або khondrion — «гранула») — мембранна органела, присутня у більшості клітин еукаріот
Будова мітохондрії
Зовнішня мембрана
Міжмембранний простір
Внутрішня мембрана
Мітохондріальний матрикс
Мають дуже маленькі розміри
50. Функції мітохондрій
§ Апоптоз — запрограмована смерть клітини,
§ Екзітотоксичне пошкодження нейронів за допомогою глютамату
§ Клітинний ріст
§ Регулювання клітинної окислювально-відновлювального стану
§ Синтез гему
§ Синтез стероїдів
Пластиди рослин
§ Лейкопласти
§ Хлоропласти
§ Пропластиди
§ Етіопласти
52. Хлоропласти — плоскі диски зазвичай 2-10 мікрометра в діаметрі і 1 мікрометр завтовшки. Хлоропласт має дві мембранні оболонки — внутр
