Kas ir eikarioti un prokarioti: dažādu valstu šūnu salīdzinošās īpašības. Šūnu struktūras īpatnības Eikariotu šūnas apvalks

Šūnas, kas veido dzīvnieku un augu audus, ievērojami atšķiras pēc formas, izmēra un iekšējās struktūras. Tomēr tie visi uzrāda līdzības galvenajās vitālās aktivitātes, vielmaiņas procesu pazīmēs, aizkaitināmībā, augšanā, attīstībā un spēju mainīties.

Visu veidu šūnas satur divas galvenās sastāvdaļas, kas ir cieši saistītas viena ar otru - citoplazmu un kodolu. Kodols ir atdalīts no citoplazmas ar porainu membrānu un satur kodola sulu, hromatīnu un kodolu. Pusšķidra citoplazma aizpilda visu šūnu, un to iekļūst daudzi kanāliņi. Ārpusē tas ir pārklāts ar citoplazmas membrānu. Tas ir specializējies organellu struktūras, pastāvīgi atrodas šūnā, un pagaidu veidojumi - ieslēgumi.Membrānas organoīdi : ārējā citoplazmas membrāna (OCM), endoplazmatiskais tīkls (ER), Golgi aparāts, lizosomas, mitohondriji un plastidi. Visu membrānu organellu struktūras pamatā ir bioloģiskā membrāna. Visām membrānām ir principiāli vienots strukturālais plāns un tās sastāv no dubultā fosfolipīdu slāņa, kurā proteīna molekulas ir iegremdētas no dažādām pusēm un dažādos dziļumos. Organellu membrānas atšķiras viena no otras tikai tajās iekļauto olbaltumvielu komplektos.

Eikariotu šūnas uzbūves diagramma. A - dzīvnieku izcelsmes šūna; B - augu šūna: 1 - kodols ar hromatīnu un kodolu, 2 - citoplazmas membrāna, 3 - šūnas siena, 4 - poras šūnu sieniņā, caur kurām sazinās blakus esošo šūnu citoplazma, 5 - raupjš endoplazmatiskais tīkls, b - gluds endoplazmatiskais tīkls , 7 - pinocītu vakuola, 8 - Golgi aparāts (komplekss), 9 - lizosoma, 10 - tauku ieslēgumi gludā endoplazmatiskā tīkla kanālos, 11 - šūnu centrs, 12 - mitohondriji, 13 - brīvās ribosomas un poliribosomas, 14 - vacuoles. , 15 - hloroplasts

citoplazmas membrāna. Visās augu šūnās, daudzšūnu dzīvniekos, vienšūņos un baktērijās šūnu membrāna ir trīsslāņu: ārējais un iekšējais slānis sastāv no olbaltumvielu molekulām, vidējais slānis sastāv no lipīdu molekulām. Tas ierobežo citoplazmu no ārējās vides, ieskauj visas šūnas organellus un ir universāla bioloģiskā struktūra. Dažās šūnās ārējo apvalku veido vairākas membrānas, kas ir cieši blakus viena otrai. Šādos gadījumos šūnas membrāna kļūst blīva un elastīga un ļauj saglabāt šūnas formu, kā, piemēram, euglena un kurpju ciliātiem. Lielākajai daļai augu šūnu, papildus membrānai, ārpusē ir arī bieza celulozes membrāna - šūnapvalki. Tas ir skaidri redzams parastajā gaismas mikroskopā un veic atbalsta funkciju, pateicoties stingrajam ārējam slānim, kas šūnām piešķir skaidru formu.

Uz šūnas virsmas membrāna veido iegarenus izaugumus - mikrovilliņus, krokas, izvirzījumus un izvirzījumus, kas ievērojami palielina sūkšanas jeb izvadīšanas virsmu. Ar membrānu izaugumu palīdzību daudzšūnu organismu audos un orgānos šūnas tiek savienotas viena ar otru, uz membrānu krokām atrodas dažādi vielmaiņā iesaistītie enzīmi. Norobežojot šūnu no apkārtējās vides, membrāna regulē vielu difūzijas virzienu un vienlaikus veic to aktīvo pārvietošanu šūnā (akumulācija) vai ārā (izdalīšanās). Pateicoties šīm membrānas īpašībām, kālija, kalcija, magnija un fosfora jonu koncentrācija citoplazmā ir augstāka, savukārt nātrija un hlora koncentrācija ir mazāka nekā vidē. Caur ārējās membrānas porām no ārējās vides šūnā iekļūst joni, ūdens un citu vielu mazas molekulas. Salīdzinoši lielu cieto daļiņu iekļūšanu šūnā veic ar fagocitoze(no grieķu "fago" - es aprīju, "dzert" - šūna). Šajā gadījumā ārējā membrāna saskares vietā ar daļiņu izliecas šūnas iekšpusē, velkot daļiņu dziļi citoplazmā, kur tā tiek šķelta fermentatīvā veidā. Šķidru vielu pilieni iekļūst šūnā līdzīgi; to uzsūkšanos sauc pinocitoze(no grieķu "pino" - es dzeru, "cytos" - šūna). Šūnu ārējā membrāna veic arī citas svarīgas bioloģiskas funkcijas.

Citoplazma 85% sastāv no ūdens, 10% no olbaltumvielām, pārējais ir lipīdi, ogļhidrāti, nukleīnskābes un minerālu savienojumi; visas šīs vielas veido koloidālu šķīdumu, kas pēc konsistences ir līdzīgs glicerīnam. Šūnas koloidālajai vielai atkarībā no tās fizioloģiskā stāvokļa un ārējās vides ietekmes rakstura piemīt gan šķidra, gan elastīga, blīvāka ķermeņa īpašības. Citoplazma ir caurstrāvota ar dažādu formu un izmēru kanāliem, kurus sauc Endoplazmatiskais tīkls. To sienas ir membrānas, kas ir ciešā saskarē ar visām šūnas organellām un kopā ar tām veido vienotu funkcionālu un strukturālu sistēmu vielu un enerģijas apmaiņai un vielu kustībai šūnas iekšienē.

Cauruļu sieniņās atrodas mazākie graudi-granulas, ko sauc ribosomas.Šādu cauruļu tīklu sauc par granulētu. Ribosomas var atrasties uz kanāliņu virsmas atsevišķi vai veidot piecu līdz septiņu vai vairāk ribosomu kompleksus, t.s. polisomas. Citās kanāliņos granulas nesatur, tās veido gludu endoplazmas tīklu. Fermenti, kas iesaistīti tauku un ogļhidrātu sintēzē, atrodas uz sienām.

Kanāliņu iekšējais dobums ir piepildīts ar šūnas atkritumiem. Intracelulārie kanāliņi, veidojot sarežģītu sazarojumu sistēmu, regulē vielu kustību un koncentrāciju, atdala dažādas organisko vielu molekulas un to sintēzes stadijas. Uz enzīmiem bagātu membrānu iekšējās un ārējās virsmas sintezējas olbaltumvielas, tauki un ogļhidrāti, kas vai nu tiek izmantoti vielmaiņā, vai uzkrājas citoplazmā kā ieslēgumi, vai arī tiek izvadīti.

Ribosomas atrodams visu veidu šūnās – no baktērijām līdz daudzšūnu organismu šūnām. Tie ir apaļi ķermeņi, kas sastāv no ribonukleīnskābes (RNS) un olbaltumvielām gandrīz vienādās proporcijās. To sastāvā noteikti ir magnijs, kura klātbūtne uztur ribosomu struktūru. Ribosomas var būt saistītas ar endoplazmatiskā retikuluma membrānām, ar ārējo šūnu membrānu vai brīvi atrasties citoplazmā. Viņi veic olbaltumvielu sintēzi. Ribosomas, papildus citoplazmai, ir atrodamas šūnas kodolā. Tie tiek ražoti kodolā un pēc tam nonāk citoplazmā.

Golgi komplekss augu šūnās tas izskatās kā atsevišķi ķermeņi, ko ieskauj membrānas. Dzīvnieku šūnās šo organoīdu attēlo cisternas, kanāliņi un pūslīši. Golgi kompleksa membrānas caurules no endoplazmatiskā tīkla kanāliņiem saņem šūnas sekrēcijas produktus, kur tie tiek ķīmiski pārkārtoti, sablīvēti un pēc tam pārnesti uz citoplazmu un vai nu tiek izmantoti pašai šūnai, vai izņemti no tās. Golgi kompleksa tvertnēs polisaharīdi tiek sintezēti un apvienoti ar olbaltumvielām, kā rezultātā veidojas glikoproteīni.

Mitohondriji- mazi stieņa formas korpusi, ko ierobežo divas membrānas. No mitohondriju iekšējās membrānas stiepjas daudzas krokas - cristae, uz to sieniņām atrodas dažādi enzīmi, ar kuru palīdzību tiek veikta augstas enerģijas vielas - adenozīntrifosforskābes (ATP) sintēze. Atkarībā no šūnas aktivitātes un ārējām ietekmēm mitohondriji var kustēties, mainīt izmēru un formu. Ribosomas, fosfolipīdi, RNS un DNS atrodas mitohondrijās. DNS klātbūtne mitohondrijās ir saistīta ar šo organellu spēju vairoties, veidojot sašaurināšanos vai veidojot pumpurus šūnu dalīšanās laikā, kā arī ar dažu mitohondriju proteīnu sintēzi.

Lizosomas- mazi ovāli veidojumi, ko ierobežo membrāna un izkaisīti pa visu citoplazmu. Atrodas visās dzīvnieku un augu šūnās. Tie rodas endoplazmatiskā retikuluma paplašinājumos un Golgi kompleksā, ir piepildīti ar hidrolītiskiem enzīmiem, pēc tam atdalās un nonāk citoplazmā. Normālos apstākļos lizosomas sagremo daļiņas, kas iekļūst šūnā ar fagocitozi un mirstošo šūnu organellām.Lizosomu produkti tiek izvadīti caur lizosomu membrānu citoplazmā, kur tie tiek iekļauti jaunās molekulās.Pārrāvoties lizosomas membrānai, fermenti nonāk citoplazmā. un sagremot tā saturu, izraisot šūnu nāvi.

plastidi ir atrodams tikai augu šūnās un ir atrodams lielākajā daļā zaļo augu. Organiskās vielas sintezējas un uzkrājas plastidos. Ir trīs veidu plastidi: hloroplasti, hromoplasti un leikoplasti.

Hloroplasti - zaļie plastidi, kas satur zaļo pigmentu hlorofilu. Tie ir atrodami lapās, jaunos kātos, negatavos augļos. Hloroplastus ieskauj dubultā membrāna. Augstākajos augos hloroplastu iekšējā daļa ir piepildīta ar pusšķidru vielu, kurā plāksnes ir novietotas paralēli viena otrai. Plākšņu pāru membrānas, saplūstot, veido hlorofilu saturošus krāvumus (6. att.). Katrā augstāko augu hloroplastu kaudzē mijas proteīna molekulu un lipīdu molekulu slāņi, un starp tiem atrodas hlorofila molekulas. Šī slāņveida struktūra nodrošina maksimāli brīvas virsmas un atvieglo enerģijas uztveršanu un pārnesi fotosintēzes laikā.

Hromoplasti - plastidi, kas satur augu pigmentus (sarkanu vai brūnu, dzeltenu, oranžu). Tie koncentrējas ziedu, stublāju, augļu, augu lapu šūnu citoplazmā un piešķir tiem atbilstošu krāsu. Hromoplasti veidojas no leikoplastiem vai hloroplastiem pigmentu uzkrāšanās rezultātā. karotinoīdi.

Leikoplasti - bezkrāsaini plastidi, kas atrodas augu nekrāsotajās daļās: kātos, saknēs, sīpolos u.c. Cietes graudi uzkrājas dažu šūnu leikoplastos, eļļas un olbaltumvielas uzkrājas citu šūnu leikoplastos.

Visi plastidi rodas no saviem priekšgājējiem - proplastīdiem. Viņi atklāja DNS, kas kontrolē šo organellu reprodukciju.

šūnu centrs, vai centrosoma, spēlē svarīgu lomu šūnu dalīšanā un sastāv no diviem centrioliem . Tas ir atrodams visās dzīvnieku un augu šūnās, izņemot ziedēšanas, apakšējās sēnes un dažus vienšūņus. Dalīšanās šūnās esošie centrioli piedalās dalīšanās vārpstas veidošanā un atrodas tās polios. Dalīšanās šūnā vispirms sadalās šūnas centrs, tajā pašā laikā veidojas ahromatīna vārpsta, kas orientē hromosomas, kad tās novirzās uz poliem. Viens centriols atstāj katru meitas šūnu.

Daudzām augu un dzīvnieku šūnām ir īpašam nolūkam izveidotas organellas: skropstas, veic kustību funkciju (ciliāti, šūnas elpceļi), flagellas(vienkāršākās vienšūnas, vīrišķās dzimumšūnas dzīvniekiem un augiem utt.). Ieslēgumi - pagaidu elementi, kas rodas šūnā noteiktā tās dzīves posmā sintētiskas funkcijas rezultātā. Tie tiek izmantoti vai izņemti no šūnas. Ieslēgumi ir arī rezerves barības vielas: augu šūnās - ciete, tauku pilieni, bloki, ēteriskās eļļas, daudzas organiskās skābes, organisko un neorganisko skābju sāļi; dzīvnieku šūnās - glikogēns (aknu šūnās un muskuļos), tauku pilieni (zemādas audos); Daži ieslēgumi šūnās uzkrājas kā atkritumi – kristālu, pigmentu u.c.

Vakuoli - tie ir dobumi, ko ierobežo membrāna; ir labi izteikti augu šūnās un atrodas vienšūņos. Rodas dažādās endoplazmatiskā retikuluma paplašinājumu daļās. Un pakāpeniski atdalieties no tā. Vakuoli uztur turgora spiedienu, tajos ir šūnu vai vakuola sula, kuras molekulas nosaka tās osmotisko koncentrāciju. Tiek uzskatīts, ka sākotnējie sintēzes produkti - šķīstošie ogļhidrāti, olbaltumvielas, pektīni utt. - uzkrājas endoplazmatiskā tīkla cisternās. Šie uzkrājumi ir nākotnes vakuolu sākumi.

citoskelets . Viens no specifiskas īpatnības eikariotu šūna ir skeleta veidojumu attīstība tās citoplazmā mikrotubulu un olbaltumvielu šķiedru kūļu veidā. Citoskeleta elementi ir cieši saistīti ar ārējo citoplazmas membrānu un kodolmembrānu, veidojot citoplazmā sarežģītas savijas. Citoplazmas atbalsta elementi nosaka šūnas formu, nodrošina intracelulāro struktūru kustību un visas šūnas kustību.

Kodolsšūnai ir liela nozīme tās dzīvē, līdz ar to izņemšanu šūna pārtrauc savas funkcijas un iet bojā. Lielākajai daļai dzīvnieku šūnu ir viens kodols, bet ir arī daudzkodolu šūnas (cilvēka aknas un muskuļi, sēnītes, ciliāti, zaļās aļģes). Zīdītāju eritrocīti attīstās no cilmes šūnām, kas satur kodolu, bet nobriedušie eritrocīti to zaudē un nedzīvo ilgi.

Kodolu ieskauj dubulta membrāna, caur kuru caurduras poras, caur kurām tas ir cieši saistīts ar endoplazmatiskā tīkla un citoplazmas kanāliem. Kodola iekšpusē ir hromatīns- spiralizētas hromosomu sekcijas. Šūnu dalīšanās laikā tās pārvēršas stieņveida struktūrās, kas ir skaidri redzamas gaismas mikroskopā. Hromosomas ir komplekss proteīnu un DNS kopums, ko sauc nukleoproteīns.

Kodola funkcijas sastāv no visu šūnas dzīvībai svarīgo funkciju regulēšanas, ko tā veic ar iedzimtas informācijas nesēju DNS un RNS materiālu palīdzību. Gatavojoties šūnu dalīšanai, DNS tiek dubultota, mitozes laikā hromosomas atdalās un tiek pārnestas uz meitas šūnām, nodrošinot iedzimtības informācijas nepārtrauktību katrā organisma tipā.

Karioplazma - kodola šķidrā fāze, kurā kodolstruktūru atkritumi atrodas izšķīdinātā veidā

kodols- izolēta, visblīvākā kodola daļa. Kodols sastāv no kompleksiem proteīniem un RNS, brīviem vai saistītiem kālija, magnija, kalcija, dzelzs, cinka un ribosomu fosfātiem. Kodols pazūd pirms šūnu dalīšanās sākuma un no jauna veidojas pēdējā dalīšanās fāzē.

Tādējādi šūnai ir smalka un ļoti sarežģīta organizācija. Plašs citoplazmas membrānu tīkls un organellu struktūras membrānas princips ļauj atšķirt daudzas ķīmiskas reakcijas, kas vienlaikus notiek šūnā. Katram no intracelulārajiem veidojumiem ir sava uzbūve un specifiska funkcija, bet tikai ar to mijiedarbību iespējama šūnas harmoniska dzīve.Pamatojoties uz šo mijiedarbību, šūnā nonāk vielas no apkārtējās vides, un atkritumi no tās tiek izvadīti ārpusē. vide – tā notiek vielmaiņa. Šūnas strukturālās organizācijas pilnība varēja rasties tikai ilgstošas ​​bioloģiskās evolūcijas rezultātā, kuras laikā tās veiktās funkcijas pakāpeniski kļuva sarežģītākas.

Vienkāršākās vienšūnu formas ir gan šūna, gan organisms ar visām tās dzīvībai svarīgām izpausmēm. Daudzšūnu organismos šūnas veido viendabīgas grupas – audus. Savukārt audi veido orgānus, sistēmas, un to funkcijas nosaka visa organisma kopējā vitālā darbība.

Šūna ir visu cilvēku struktūras un dzīves elementāra vienība dzīvs organismiem(izņemot vīrusi, ko mēdz dēvēt par ne-šūnu dzīvības formām), kam ir savs vielmaiņa, spēj patstāvīgi pastāvēt, pašatvairot un attīstīties. Visi dzīvie organismi vai nu kā daudzšūnu dzīvnieki, augi Un sēnes, sastāv no daudzām šūnām vai tikpat daudzām šūnām vienšūņi Un baktērijas, ir vienšūnu organismi. Tiek saukta bioloģijas nozare, kas nodarbojas ar šūnu uzbūvi un funkcijām citoloģija. Pēdējā laikā ir pieņemts runāt arī par šūnu bioloģiju jeb šūnu bioloģiju.

Augu atšķirīgās iezīmes un dzīvnieku šūna

Vispārīgās pazīmes 1. Strukturālo sistēmu vienotība - citoplazma un kodols. 2. Vielmaiņas un enerģijas procesu līdzība. 3. Mantojuma koda principa vienotība. 4. Universāla membrānas struktūra. 5. Ķīmiskā sastāva vienotība. 6. Šūnu dalīšanās procesa līdzība.

šūnu struktūra

Visas šūnu dzīvības formas uz Zemes var iedalīt divās valstībās, pamatojoties uz to veidojošo šūnu struktūru:

prokarioti (pirmskodoli) - vienkāršāki pēc struktūras un radušies agrāk evolūcijas procesā;

eikarioti (kodoli) - sarežģītāki, radās vēlāk. Šūnas, kas veido cilvēka ķermeni, ir eikariotiskas.

Neskatoties uz formu daudzveidību, visu dzīvo organismu šūnu organizācija ir pakļauta vienotiem struktūras principiem.

Šūnas saturu no apkārtējās vides atdala plazmas membrāna jeb plazmlemma. Šūnas iekšpuse ir piepildīta ar citoplazmu, kas satur dažādas organellas un šūnu ieslēgumus, kā arī ģenētisko materiālu DNS molekulas formā. Katra no šūnas organellām pilda savu īpašo funkciju, un tās visas kopā nosaka šūnas vitālo aktivitāti kopumā.

prokariotu šūna

Tipiskas prokariotu šūnas struktūra: kapsula, šūnapvalki, plazmalemma, citoplazma,ribosomas, plazmīda, dzēra, flagellum,nukleoīds.

prokarioti (no latu. pro- pirms, pirms un grieķu valoda κάρῠον - kodols, valrieksts) - organismi, kuriem atšķirībā no eikariotiem nav izveidots šūnas kodols un citas iekšējās membrānas organellas (izņemot plakanās tvertnes fotosintēzes sugās, piemēram, cianobaktērijas). Vienīgā lielā apļveida (dažām sugām - lineāra) divpavedienu molekula DNS, kas satur lielāko daļu šūnas ģenētiskā materiāla (tā sauktā nukleoīds) neveido kompleksu ar olbaltumvielām- histoni(tā sauktais hromatīns). Prokarioti ir baktērijas, ieskaitot cianobaktērijas(zilaļģes), un arheja. Prokariotu šūnu pēcteči ir organellas eikariotu šūnas - mitohondriji Un plastidi. Šūnas galvenais saturs, kas aizpilda visu tās tilpumu, ir viskoza granulēta citoplazma.

eikariotu šūna

Eikarioti ir organismi, kuriem atšķirībā no prokariotiem ir šūnu struktūra. kodols no citoplazmas atdalīts ar kodola apvalku. Ģenētiskais materiāls ir ietverts vairākās lineārās divpavedienu DNS molekulās (atkarībā no organismu veida to skaits vienā kodolā var svārstīties no diviem līdz vairākiem simtiem), kas no iekšpuses pievienotas šūnas kodola membrānai un veidojas plašajā. vairākums (izņemot dinoflagelāti) komplekss ar olbaltumvielām- histoni, zvanīja hromatīns. Eikariotu šūnām ir iekšējo membrānu sistēma, kas papildus kodolam veido vairākas citas organellas (Endoplazmatiskais tīkls, golgi aparāts un utt.). Turklāt lielākajai daļai ir pastāvīga intracelulāra simbionti- prokarioti - mitohondriji, un aļģēs un augos - arī plastidi.

Eikariotu šūnas uzbūve

Dzīvnieka šūnas shematisks attēlojums. (Noklikšķinot uz jebkura nosaukumiem sastāvdaļasšūnas, jūs tiksit novirzīts uz atbilstošo rakstu.)

Dzīvnieku šūnu virsmas komplekss

Sastāv no glikokaliksa, plazmlemmas un pamatā esošā garozas slāņa citoplazma. Plazmas membrānu sauc arī par plasmalemmu, ārējo šūnu membrānu. Šī ir bioloģiskā membrāna, kuras biezums ir aptuveni 10 nanometri. Nodrošina galvenokārt norobežojošu funkciju attiecībā pret vidi ārpus šūnas. Turklāt viņa uzstājas transporta funkcija. Šūna netērē enerģiju savas membrānas integritātes uzturēšanai: molekulas tiek turētas saskaņā ar to pašu principu, pēc kura tauku molekulas tiek turētas kopā - hidrofobs Termodinamiski izdevīgāk ir, ja molekulu daļas atrodas tuvu viena otrai. Glikokalikss ir plazmaslemmā noenkurots oligosaharīds, polisaharīds, glikoproteīns un glikolipīda molekula. Glikokalikss veic receptoru un marķieru funkcijas. plazmas membrāna dzīvniekišūnas galvenokārt sastāv no fosfolipīdiem un lipoproteīniem, kas mijas ar olbaltumvielu molekulām, jo ​​īpaši, virsmas antigēniem un receptoriem. Citoplazmas kortikālajā (blakus plazmas membrānai) slānī atrodas specifiski citoskeleta elementi - noteiktā veidā sakārtoti aktīna mikrofilamenti. Galvenā un svarīgākā kortikālā slāņa (garozas) funkcija ir pseidopodijas reakcijas: pseidopodijas izgrūšana, piestiprināšana un kontrakcija. Šajā gadījumā mikrošķiedras tiek pārkārtotas, pagarinātas vai saīsinātas. Šūnas forma ir atkarīga arī no kortikālā slāņa citoskeleta struktūras (piemēram, mikrovillu klātbūtnes).

Visus dzīvos organismus var iedalīt divās galvenajās grupās: prokariotos un eikariotos. Šie termini ir atvasināti no grieķu vārda karion, kas nozīmē kodols. Prokarioti ir pirmskodola organismi, kuriem nav izveidots kodols. Eikariotiem ir labi izveidots kodols. Pie prokariotiem pieder baktērijas, zilaļģes, miksomicīti, riketsijas un citi organismi; eikarioti ir sēnes, augi un dzīvnieki. Visu eikariotu šūnām ir līdzīga struktūra. Tie sastāv no citoplazma Un kodoli, kas kopā attēlo šūnas dzīvo saturu – protoplastu. Citoplazma ir daļēji šķidra zemes viela vai hialoplazma, kopā ar tajā iegremdētām intracelulārām struktūrām - organellām, kas veic dažādas funkcijas (sīkāka informācija tabulā). No ārpuses citoplazmu ieskauj plazmas membrāna. Arī augu un sēnīšu šūnām ir stingra šūnu siena. Augu un sēnīšu šūnu citoplazmā atrodas vakuoli - pūslīši, kas pildīti ar ūdeni un tajā izšķīdinātām dažādām vielām. Turklāt šūnā var būt ieslēgumi – rezerves barības vielas vai vielmaiņas galaprodukti.

Šūnu struktūra

šūnu struktūra

prokariotu šūna

prokarioti(no lat. pro

Hromosomu struktūra

Hromosomas struktūras diagramma vēlīnā profāzē - mitozes metafāzē. 1-hromatīds; 2-centromērs; 3-īss plecs; 4 gari pleci.

Hromosomas(sengrieķu χρῶμα - krāsa un σῶμα - ķermenis) - nukleoproteīnu struktūras eikariotu šūnas kodolā (šūnā, kas satur kodolu), kas noteiktās fāzēs kļūst viegli pamanāmas. šūnu cikls(mitozes vai meiozes laikā). Hromosomas ir augsta pakāpe hromatīna kondensācija, kas pastāvīgi atrodas šūnas kodolā. Sākotnēji šis termins tika ierosināts apzīmēt struktūras, kas atrodamas eikariotu šūnās, taču pēdējās desmitgadēs arvien vairāk tiek runāts par baktēriju hromosomām. Hromosomas satur lielāko daļu ģenētiskās informācijas.

Hromosomu morfoloģiju vislabāk var redzēt šūnā metafāzes stadijā. Hromosoma sastāv no diviem stieņveida ķermeņiem – hromatīdiem. Katras hromosomas abas hromatīdas gēnu sastāva ziņā ir identiskas viena otrai.

Hromosomas atšķiras pēc garuma. Hromosomām ir centromērs jeb primārais sašaurinājums, divi telomēri un divas rokas. Dažās hromosomās ir izolēti sekundārie sašaurinājumi un satelīti. Hromosomas kustība nosaka Centromēru, kam ir sarežģīta struktūra.

Centromēra DNS izceļas ar raksturīgu nukleotīdu secību un specifiskiem proteīniem. Atkarībā no centromēra atrašanās vietas izšķir akrocentriskās, submetacentriskās un metacentriskās hromosomas.

Kā minēts iepriekš, dažām hromosomām ir sekundāri sašaurinājumi. Tie, atšķirībā no primārā sašaurināšanās (centromēri), nekalpo kā vārpstas vītņu piestiprināšanas vieta un nespēlē nekādu lomu hromosomu kustībā. Daži sekundārie sašaurinājumi ir saistīti ar nukleolu veidošanos, un tādā gadījumā tos sauc par nukleolu organizatoriem. Nukleolu organizatori satur gēnus, kas ir atbildīgi par RNS sintēzi. Citu sekundāro sašaurinājumu funkcija vēl nav skaidra.

Dažām akrocentriskām hromosomām ir satelīti — reģioni, kas ar plānu hromatīna pavedienu savienoti ar pārējo hromosomu. Satelīta forma un izmēri ir nemainīgi konkrētai hromosomai. Cilvēkiem ir satelīti piecos hromosomu pāros.

Hromosomu galus, kas bagāti ar strukturālo heterohromatīnu, sauc par telomēriem. Telomēri neļauj hromosomu galiem salipt kopā pēc dublēšanās un tādējādi veicina to integritātes saglabāšanu. Tāpēc telomēri ir atbildīgi par hromosomu pastāvēšanu kā atsevišķu veidojumu.

Hromosomas, kurām ir vienāda gēnu secība, sauc par homologām. Tiem ir vienāda struktūra (garums, centromēra atrašanās vieta utt.). Nehomologām hromosomām ir atšķirīgs gēnu komplekts un atšķirīga struktūra.

Hromosomu smalkās struktūras izpēte parādīja, ka tās sastāv no DNS, olbaltumvielām un neliela daudzuma RNS. DNS molekula nes negatīvus lādiņus, kas sadalīti visā tās garumā, un tai piesaistītie proteīni – histoni – ir pozitīvi uzlādēti. Šo DNS un olbaltumvielu kompleksu sauc par hromatīnu. Hromatīnam var būt dažādas kondensācijas pakāpes. Kondensēto hromatīnu sauc par heterohromatīnu, dekondensēto hromatīnu sauc par eihromatīnu. Hromatīna dekondensācijas pakāpe atspoguļo tā funkcionālo stāvokli. Heterohromatiskie reģioni ir funkcionāli mazāk aktīvi nekā eihromatiskie reģioni, kuros atrodas lielākā daļa gēnu. Izšķir strukturālo heterohromatīnu, kura daudzums dažādās hromosomās ir atšķirīgs, bet tas pastāvīgi atrodas pericentromēriskajos reģionos. Papildus strukturālajam heterohromatīnam ir fakultatīvs heterohromatīns, kas parādās hromosomā eihromatisko reģionu superspirāles laikā. Šīs parādības esamību cilvēka hromosomās apstiprina vienas X hromosomas ģenētiskās inaktivācijas fakts sievietes somatiskajās šūnās. Tās būtība slēpjas apstāklī, ka pastāv evolucionāri izveidots X hromosomā lokalizēto gēnu otrās devas inaktivācijas mehānisms, kā rezultātā, neskatoties uz atšķirīgo X hromosomu skaitu vīrieša un sieviešu organismi, tajos funkcionējošo gēnu skaits ir izlīdzināts. Hromatīns maksimāli kondensējas mitotiskās šūnu dalīšanās laikā, tad to var noteikt blīvu hromosomu veidā

Hromosomu DNS molekulu izmēri ir milzīgi. Katru hromosomu attēlo viena DNS molekula. Tie var sasniegt simtiem mikrometru un pat centimetrus. No cilvēka hromosomām lielākā ir pirmā; tās DNS kopējais garums ir līdz 7 cm.. Vienas cilvēka šūnas visu hromosomu DNS molekulu kopējais garums ir 170 cm.

Neskatoties uz DNS molekulu milzīgo izmēru, tas ir diezgan blīvi iesaiņots hromosomās. Histona proteīni nodrošina šādu specifisku hromosomu DNS iesaiņojumu. Histoni ir izkārtoti visā DNS molekulas garumā bloku veidā. Vienā blokā ietilpst 8 histona molekulas, kas veido nukleozomu (veidojumu, kas sastāv no DNS virknes, kas aptīta ap histona oktameru). Nukleosomas izmērs ir aptuveni 10 nm. Nukleosomas izskatās kā krelles, kas savērtas uz auklas. Nukleosomas un tos savienojošie DNS segmenti ir blīvi iesaiņoti spirāles formā ar sešām nukleosomām katram šādas spirāles pagriezienam. Tādā veidā veidojas hromosomas struktūra.

Organisma iedzimtā informācija ir stingri sakārtota atbilstoši atsevišķām hromosomām. Katram organismam ir raksturīgs noteikts hromosomu kopums (skaits, izmērs un struktūra), ko sauc par kariotipu. Cilvēka kariotipu pārstāv divdesmit četras dažādas hromosomas (22 autosomu pāri, X un Y hromosomas). Kariotips ir sugas pase. Kariotipa analīze ļauj identificēt traucējumus, kas var izraisīt attīstības anomālijas, iedzimtas slimības vai augļu un embriju nāve agrīnās stadijas attīstību.

Ilgu laiku tika uzskatīts, ka cilvēka kariotips sastāv no 48 hromosomām. Taču 1956. gada sākumā tika publicēts vēstījums, saskaņā ar kuru cilvēka kariotipa hromosomu skaits ir 46.

Cilvēka hromosomas atšķiras pēc izmēra, centromēra atrašanās vietas un sekundārajiem sašaurinājumiem. Pirmā kariotipa sadalīšana grupās tika veikta 1960. gadā konferencē Denverā (ASV). Cilvēka kariotipa apraksts sākotnēji tika balstīts uz šādiem diviem principiem: hromosomu izvietojums visā to garumā; hromosomu grupēšana pēc centromēra atrašanās vietas (metacentrisks, submetacentrisks, akrocentrisks).

Precīza hromosomu skaita noturība, to individualitāte un struktūras sarežģītība norāda uz to veiktās funkcijas nozīmi. Hromosomas pilda šūnas galvenā ģenētiskā aparāta funkciju. Tie satur gēnus lineārā secībā, un katrs no tiem ieņem stingri noteiktu vietu (locus) hromosomā. Katrā hromosomā ir daudz gēnu, bet normālai organisma attīstībai ir nepieciešams pilnas hromosomu komplekta gēnu komplekts.

DNS struktūra un funkcijas

DNS- polimērs, kura monomēri ir dezoksiribonukleotīdi. DNS molekulas telpiskās struktūras modeli dubultspirāles formā 1953. gadā ierosināja J. Vatsons un F. Kriks (šī modeļa izveidei viņi izmantoja M. Vilkinsa, R. Franklina, E. Chargaff).

DNS molekula ko veido divas polinukleotīdu ķēdes, kas spirāli savītas viena ap otru un kopā ap iedomātu asi, t.i. ir dubultspirāle (izņēmums - dažiem DNS saturošiem vīrusiem ir vienpavediena DNS). DNS dubultspirāles diametrs ir 2 nm, attālums starp blakus esošajiem nukleotīdiem ir 0,34 nm, un vienā spirāles apgriezienā ir 10 nukleotīdu pāri. Molekulas garums var sasniegt vairākus centimetrus. Molekulmasa - desmitiem un simtiem miljonu. Kopējais DNS garums cilvēka šūnas kodolā ir aptuveni 2 m.Eukariotu šūnās DNS veido kompleksus ar olbaltumvielām un tai ir specifiska telpiskā konformācija.

DNS monomērs - nukleotīds (dezoksiribonukleotīds)- sastāv no trīs vielu atliekām: 1) slāpekļa bāzes, 2) piecu oglekļa monosaharīda (pentozes) un 3) fosforskābes. Nukleīnskābju slāpekļa bāzes pieder pie pirimidīnu un purīnu klasēm. DNS pirimidīna bāzes(molekulā ir viens gredzens) - timīns, citozīns. Purīna bāzes(ir divi gredzeni) - adenīns un guanīns.

DNS nukleotīda monosaharīdu attēlo dezoksiriboze.

Nukleotīda nosaukums ir atvasināts no atbilstošās bāzes nosaukuma. Nukleotīdi un slāpekļa bāzes ir apzīmētas ar lielajiem burtiem.

Nukleotīdu kondensācijas reakciju rezultātā veidojas polinukleotīdu ķēde. Šajā gadījumā starp viena nukleotīda dezoksiribozes atlikuma 3" oglekli un otra nukleotīda fosforskābes atlikumu, fosfoētera saite(pieder stipro kovalento saišu kategorijai). Viens polinukleotīdu ķēdes gals beidzas ar 5 "oglekļa galu (to sauc par 5" galu), otrs beidzas ar 3 "oglekļa (3" galu).

Pret vienu nukleotīdu ķēdi ir otrā ķēde. Nukleotīdu izvietojums šajās divās ķēdēs nav nejaušs, bet stingri noteikts: timīns vienmēr atrodas pret vienas ķēdes adenīnu otrā ķēdē, un citozīns vienmēr atrodas pret guanīnu, starp adenīnu un timīnu rodas divas ūdeņraža saites, trīs ūdeņraža saites. starp guanīnu un citozīnu. Tiek saukts modelis, saskaņā ar kuru dažādu DNS virkņu nukleotīdi ir stingri sakārtoti (adenīns - timīns, guanīns - citozīns) un selektīvi savienojas viens ar otru. komplementaritātes principu. Jāpiebilst, ka Dž.Vatsons un F.Kriks komplementaritātes principu saprata pēc E.Šargafa darbu izlasīšanas. E. Šargafs, izpētījis milzīgu skaitu dažādu organismu audu un orgānu paraugu, atklāja, ka jebkurā DNS fragmentā guanīna atlieku saturs vienmēr precīzi atbilst citozīna saturam, bet adenīna – timīna ( "Čargafa likums"), taču viņš nevarēja izskaidrot šo faktu.

No komplementaritātes principa izriet, ka vienas ķēdes nukleotīdu secība nosaka citas ķēdes nukleotīdu secību.

DNS pavedieni ir antiparalēli (pretēji), t.i. dažādu ķēžu nukleotīdi atrodas pretējos virzienos, un tāpēc pretī 3 "vienas ķēdes galam ir otras ķēdes 5" gals. DNS molekulu dažreiz salīdzina ar spirālveida kāpnēm. Šo kāpņu "margas" ir cukura-fosfāta mugurkauls (dezoksiribozes un fosforskābes pārmaiņus paliekas); "pakāpieni" ir komplementāras slāpekļa bāzes.

DNS funkcija- iedzimtas informācijas glabāšana un pārsūtīšana.

Remonts ("remonts")

kompensācijas ir DNS nukleotīdu secības bojājumu labošanas process. To veic īpašas šūnas enzīmu sistēmas ( remonta fermenti). DNS struktūras atjaunošanas procesā var izdalīt šādus soļus: 1) DNS labojošās nukleāzes atpazīst un noņem bojāto vietu, kā rezultātā DNS ķēdē rodas sprauga; 2) DNS polimerāze aizpilda šo robu, kopējot informāciju no otrās (“labās”) virknes; 3) DNS ligāze “šķērso” nukleotīdus, pabeidzot remontu.

Visvairāk pētīti trīs remonta mehānismi: 1) fotoreparācija, 2) akcīzes jeb pirmsreplikācijas remonts, 3) pēcreplikācijas remonts.

DNS struktūras izmaiņas šūnā notiek pastāvīgi reaktīvo metabolītu, ultravioletā starojuma, smago metālu un to sāļu uc ietekmē. Tāpēc remontsistēmu defekti paātrina mutāciju procesus un izraisa iedzimtas slimības (pigmentoza kseroderma, progērija). utt.).

RNS struktūra un funkcijas

RNS- polimērs, kura monomēri ir ribonukleotīdi. Atšķirībā no DNS, RNS veido nevis divas, bet viena polinukleotīdu ķēde (izņēmums - dažiem RNS saturošiem vīrusiem ir divpavedienu RNS). RNS nukleotīdi spēj viens ar otru veidot ūdeņraža saites. RNS ķēdes ir daudz īsākas nekā DNS ķēdes.

RNS monomērs - nukleotīds (ribonukleotīds)- sastāv no trīs vielu atliekām: 1) slāpekļa bāzes, 2) piecu oglekļa monosaharīda (pentozes) un 3) fosforskābes. RNS slāpekļa bāzes pieder arī pirimidīnu un purīnu klasēm.

RNS pirimidīna bāzes - uracils, citozīns, purīna bāzes - adenīns un guanīns. RNS nukleotīdu monosaharīdu attēlo riboze.

Piešķirt trīs veidu RNS: 1) informatīvs(matrica) RNS — mRNS (mRNS), 2) transports RNS — tRNS, 3) ribosomāls RNS - rRNS.

Visi RNS veidi ir nesazaroti polinukleotīdi, tiem ir specifiska telpiskā konformācija un tie piedalās proteīnu sintēzes procesos. Informācija par visu veidu RNS struktūru tiek glabāta DNS. RNS sintēzes procesu uz DNS veidnes sauc par transkripciju.

Pārnest RNS parasti satur 76 (no 75 līdz 95) nukleotīdus; molekulmasa - 25 000–30 000. tRNS veido apmēram 10% no kopējā RNS satura šūnā. tRNS funkcijas: 1) aminoskābju transportēšana uz proteīnu sintēzes vietu, uz ribosomām, 2) translācijas mediators. Šūnā atrodami aptuveni 40 tRNS veidi, katram no tiem ir tikai tai raksturīga nukleotīdu secība. Tomēr visām tRNS ir vairāki intramolekulāri komplementāri reģioni, kuru dēļ tRNS iegūst konformāciju, kas pēc formas atgādina āboliņa lapu. Jebkurai tRNS ir cilpa saskarei ar ribosomu (1), antikodona cilpa (2), cilpa kontaktam ar enzīmu (3), akceptora kāts (4) un antikodons (5). Aminoskābe ir pievienota akceptora kāta 3' galam. Antikodons- trīs nukleotīdi, kas "atpazīst" mRNS kodonu. Jāuzsver, ka konkrēta tRNS var transportēt stingri noteiktu aminoskābi, kas atbilst tās antikodonam. Aminoskābju un tRNS savienojuma specifika tiek panākta, pateicoties enzīma aminoacil-tRNS sintetāzes īpašībām.

Ribosomu RNS satur 3000–5000 nukleotīdu; molekulmasa - 1 000 000–1 500 000. rRNS veido 80–85% no kopējā RNS satura šūnā. Kompleksā ar ribosomu proteīniem rRNS veido ribosomas - organellus, kas veic olbaltumvielu sintēzi. Eikariotu šūnās rRNS sintēze notiek kodolā. rRNS funkcijas A: 1) Obligāti strukturālā sastāvdaļa ribosomas un tādējādi nodrošinot ribosomu funkcionēšanu; 2) ribosomas un tRNS mijiedarbības nodrošināšana; 3) sākotnējā ribosomas un mRNS iniciatora kodona saistīšanās un nolasīšanas rāmja noteikšana, 4) ribosomas aktīvā centra veidošanās.

Informācijas RNS mainījās pēc nukleotīdu satura un molekulmasas (no 50 000 līdz 4 000 000). MRNS daļa veido līdz 5% no kopējā RNS satura šūnā. MRNS funkcijas: 1) ģenētiskās informācijas pārnešana no DNS uz ribosomām, 2) matrica proteīna molekulas sintēzei, 3) proteīna molekulas primārās struktūras aminoskābju secības noteikšana.

ATP struktūra un funkcijas

Adenozīna trifosforskābe (ATP)- universāls enerģijas avots un galvenais akumulators dzīvās šūnās. ATP ir atrodams visās augu un dzīvnieku šūnās. ATP daudzums vidēji ir 0,04% (no šūnas neapstrādātās masas), lielākais ATP daudzums (0,2–0,5%) ir atrodams skeleta muskuļos.

ATP sastāv no atliekām: 1) slāpekļa bāzes (adenīna), 2) monosaharīda (ribozes), 3) trīs fosforskābēm. Tā kā ATP satur nevis vienu, bet trīs fosforskābes atlikumus, tas pieder pie ribonukleozīdu trifosfātiem.

Lielākajai daļai darba veidu, kas notiek šūnās, tiek izmantota ATP hidrolīzes enerģija. Tajā pašā laikā, kad tiek atdalīts fosforskābes gala atlikums, ATP pāriet ADP (adenozīndifosforskābe), kad tiek atdalīts otrais fosforskābes atlikums, AMP (adenozīnmonofosforskābe). Brīvās enerģijas iznākums gan gala, gan otrās fosforskābes atlikumu likvidēšanas laikā ir 30,6 kJ katrs. Trešās fosfātu grupas šķelšanos pavada tikai 13,8 kJ izdalīšanās. Saites starp terminālu un otro, otro un pirmo fosforskābes atlikumu sauc par makroergiskām (augstas enerģijas).

ATP rezerves tiek pastāvīgi papildinātas. Visu organismu šūnās ATP sintēze notiek fosforilēšanās procesā, t.i. fosforskābes pievienošana ADP. Fosforilācija notiek ar dažādu intensitāti elpošanas (mitohondriji), glikolīzes (citoplazmas), fotosintēzes (hloroplasti) laikā.

ATP ir galvenā saikne starp procesiem, ko pavada enerģijas izdalīšanās un uzkrāšanās, un procesiem, kuriem nepieciešama enerģija. Turklāt ATP kopā ar citiem ribonukleozīdu trifosfātiem (GTP, CTP, UTP) ir RNS sintēzes substrāts.

Gēnu īpašības

1. diskrētums - gēnu nesajaucamība;
2. stabilitāte - spēja uzturēt struktūru;
3. labilitāte - spēja atkārtoti mutēt;
4. daudzkārtējs alēlisms – populācijā pastāv daudzi gēni dažādās molekulārās formās;
5. alēlisms - diploīdu organismu genotipā tikai divas gēna formas;
6. specifika – katrs gēns kodē savu iezīmi;
7. pleiotropija - gēna daudzkārtēja iedarbība;
8. ekspresivitāte - gēna izpausmes pakāpe pazīmē;
9. penetrance - gēna izpausmes biežums fenotipā;
10. amplifikācija - gēna kopiju skaita palielināšanās.

Klasifikācija

1. Strukturālie gēni ir unikālas genoma sastāvdaļas, kas pārstāv vienu secību, kas kodē noteiktu proteīnu vai dažus RNS veidus. (Skatīt arī rakstu mājturības gēni).
2. Funkcionālie gēni – regulē strukturālo gēnu darbu.

Ģenētiskais kods- metode, kas raksturīga visiem dzīviem organismiem, lai kodētu proteīnu aminoskābju secību, izmantojot nukleotīdu secību.

DNS tiek izmantoti četri nukleotīdi - adenīns (A), guanīns (G), citozīns (C), timīns (T), kas krievu valodas literatūrā tiek apzīmēti ar burtiem A, G, C un T. Šie burti veido ģenētiskā koda alfabēts. RNS izmanto tos pašus nukleotīdus, izņemot timīnu, kas tiek aizstāts ar līdzīgu nukleotīdu - uracilu, ko apzīmē ar burtu U (krievu valodas literatūrā U). DNS un RNS molekulās nukleotīdi sarindojas ķēdēs un tādējādi tiek iegūtas ģenētisko burtu sekvences.

Ģenētiskais kods

Dabā proteīnu veidošanai tiek izmantotas 20 dažādas aminoskābes. Katrs proteīns ir ķēde vai vairākas aminoskābju ķēdes stingri noteiktā secībā. Šī secība nosaka proteīna struktūru un līdz ar to arī visas tā bioloģiskās īpašības. Arī aminoskābju komplekts ir universāls gandrīz visiem dzīviem organismiem.

Ģenētiskās informācijas ieviešana dzīvās šūnās (tas ir, gēna kodēta proteīna sintēze) tiek veikta, izmantojot divus matricas procesus: transkripciju (tas ir, mRNS sintēzi uz DNS veidnes) un ģenētiskā koda translāciju. aminoskābju secībā (polipeptīdu ķēdes sintēze uz mRNS). Pietiek ar trim secīgiem nukleotīdiem, lai kodētu 20 aminoskābes, kā arī apstāšanās signālu, kas nozīmē proteīna secības beigas. Trīs nukleotīdu kopu sauc par tripletu. Pieņemtie saīsinājumi, kas atbilst aminoskābēm un kodoniem, ir parādīti attēlā.

Īpašības

1. Trīskāršība- nozīmīga koda vienība ir trīs nukleotīdu kombinācija (triplets vai kodons).
2. Nepārtrauktība- starp trijniekiem nav pieturzīmju, tas ir, informācija tiek lasīta nepārtraukti.
3. nepārklājas- viens un tas pats nukleotīds nevar būt daļa no diviem vai vairākiem tripletiem vienlaikus (nav novērots dažiem pārklājošiem vīrusu, mitohondriju un baktēriju gēniem, kas kodē vairākus kadru nobīdes proteīnus).
4. Nepārprotamība (specifiskums)- noteikts kodons atbilst tikai vienai aminoskābei (tomēr UGA kodons Euplotes crassus kodē divas aminoskābes - cisteīnu un selenocisteīnu)
5. Deģenerācija (atlaišana) Vienai aminoskābei var atbilst vairāki kodoni.
6. Daudzpusība- ģenētiskais kods organismos darbojas tāpat dažādi līmeņi sarežģītība - no vīrusiem līdz cilvēkiem (uz to ir balstītas gēnu inženierijas metodes; ir vairāki izņēmumi, kas parādīti tabulā zemāk sadaļā "Standarta ģenētiskā koda variācijas").
7. Trokšņa imunitāte- tiek sauktas nukleotīdu aizvietojumu mutācijas, kas neizraisa izmaiņas kodētās aminoskābes klasē konservatīvs; tiek sauktas nukleotīdu aizvietošanas mutācijas, kas izraisa izmaiņas kodētās aminoskābes klasē radikāls.

Olbaltumvielu biosintēze un tās soļi

Olbaltumvielu biosintēze- sarežģīts daudzpakāpju polipeptīdu ķēdes sintēzes process no aminoskābju atlikumiem, kas notiek dzīvo organismu šūnu ribosomās, piedaloties mRNS un tRNS molekulām.

Olbaltumvielu biosintēzi var iedalīt transkripcijas, apstrādes un tulkošanas posmos. Transkripcijas laikā tiek nolasīta DNS molekulās kodētā ģenētiskā informācija un šī informācija tiek ierakstīta mRNS molekulās. Vairāku secīgu apstrādes posmu laikā no mRNS tiek noņemti daži fragmenti, kas turpmākajos posmos ir nevajadzīgi, un tiek rediģētas nukleotīdu sekvences. Pēc tam, kad kods tiek transportēts no kodola uz ribosomām, proteīna molekulu faktiskā sintēze notiek, pievienojot atsevišķas aminoskābju atliekas augošajai polipeptīdu ķēdei.

Starp transkripciju un translāciju mRNS molekulā notiek virkne secīgu izmaiņu, kas nodrošina funkcionējoša veidnes nobriešanu polipeptīdu ķēdes sintēzei. 5' galam ir piestiprināts vāciņš, bet 3' galam ir pievienota poli-A aste, kas palielina mRNS kalpošanas laiku. Līdz ar apstrādes parādīšanos eikariotu šūnā kļuva iespējams apvienot gēnu eksonus, lai iegūtu lielāku proteīnu daudzveidību, ko kodē viena DNS nukleotīdu secība - alternatīva splicēšana.

Tulkošana sastāv no polipeptīdu ķēdes sintēzes saskaņā ar informāciju, kas tiek kodēta messenger RNS. Aminoskābju secība ir sakārtota, izmantojot transports RNS (tRNS), kas veido kompleksus ar aminoskābēm – aminoacil-tRNS. Katrai aminoskābei ir sava tRNS, kurai ir atbilstošs antikodons, kas “sakrīt” ar mRNS kodonu. Tulkošanas laikā ribosoma pārvietojas gar mRNS, jo veidojas polipeptīdu ķēde. Enerģiju olbaltumvielu sintēzei nodrošina ATP.

Pēc tam gatavā proteīna molekula tiek atdalīta no ribosomas un tiek transportēta uz pareizo vietu šūnā. Dažām olbaltumvielām ir nepieciešama papildu pēctranslācijas modifikācija, lai sasniegtu to aktīvo stāvokli.

Mutāciju cēloņi

Mutācijas iedala spontāni Un izraisīts. Spontānas mutācijas notiek spontāni visā organisma dzīves laikā normālos vides apstākļos ar biežumu aptuveni 10 - 9 - 10 - 12 uz vienu nukleotīdu vienā šūnu paaudzē.

Inducētās mutācijas sauc par iedzimtām izmaiņām genomā, kas izriet no noteiktas mutagēnas iedarbības mākslīgos (eksperimentālos) apstākļos vai nelabvēlīgas vides ietekmes rezultātā.

Mutācijas pastāvīgi parādās dzīvā šūnā notiekošo procesu gaitā. Galvenie procesi, kas izraisa mutāciju rašanos, ir DNS replikācija, traucēta DNS labošana un ģenētiskā rekombinācija.

Mutāciju loma evolūcijā

Būtiski mainoties eksistences apstākļiem, tās mutācijas, kas iepriekš bija kaitīgas, var izrādīties labvēlīgas. Tādējādi mutācijas ir dabiskās atlases materiāls. Tādējādi melānistiskos mutantus (tumšās krāsas indivīdus) bērzu kožu populācijās Anglijā zinātnieki pirmo reizi atklāja starp tipiskiem gaišiem indivīdiem 19. gadsimta vidū. Tumša krāsa rodas viena gēna mutācijas rezultātā. Tauriņi dienu pavada uz koku stumbriem un zariem, parasti klāti ar ķērpjiem, pret kuriem maskējas gaišā krāsa. Industriālās revolūcijas rezultātā, ko pavadīja atmosfēras piesārņojums, ķērpji gāja bojā, bērzu gaišie stumbri pārklājās ar sodrējiem. Rezultātā līdz 20. gadsimta vidum (50-100 paaudzēs) industriālajos rajonos tumšais morfs gandrīz pilnībā nomainīja gaišo. Ir pierādīts, ka galvenais melnās formas izdzīvošanas iemesls ir putnu plēsonība, kas selektīvi ēda gaišos tauriņus piesārņotajās vietās.

Ja mutācija ietekmē “klusās” DNS sadaļas vai noved pie viena ģenētiskā koda elementa aizstāšanas ar sinonīmu, tad tā parasti fenotipā nekādā veidā neizpaužas (šāda sinonīma aizstāšanas izpausme var būt kas saistīti ar dažādām kodonu lietošanas frekvencēm). Tomēr šādas mutācijas var noteikt ar gēnu analīzes metodēm. Tā kā mutācijas visbiežāk rodas dabisku cēloņu rezultātā, tad, pieņemot, ka ārējās vides pamatīpašības nemainījās, izrādās, ka mutāciju biežumam jābūt aptuveni nemainīgam. Šo faktu var izmantot, pētot filoģenēzi – dažādu taksonu, arī cilvēku, izcelsmes un attiecību izpēti. Tādējādi mutācijas klusajos gēnos pētniekiem kalpo kā sava veida “molekulārais pulkstenis”. "Molekulārā pulksteņa" teorija izriet arī no fakta, ka lielākā daļa mutāciju ir neitrālas, un to uzkrāšanās ātrums noteiktā gēnā nav atkarīgs vai ir vāji atkarīgs no dabiskās atlases darbības un tāpēc ilgu laiku paliek nemainīgs. Tomēr dažādiem gēniem šis rādītājs būs atšķirīgs.

Mitohondriju DNS (mantotas pa mātes līniju) un Y-hromosomu (mantotas caur tēva līniju) mutāciju izpēte tiek plaši izmantota evolūcijas bioloģijā, lai pētītu rasu un tautību izcelsmi, rekonstruētu cilvēces bioloģisko attīstību.

Šūnu struktūra

šūnu struktūra

Visas šūnu dzīvības formas uz Zemes var iedalīt divās valstībās, pamatojoties uz to veidojošo šūnu struktūru - prokariotiem (pirmskodola) un eikariotiem (kodols). Prokariotu šūnas ir vienkāršākas pēc struktūras, acīmredzot, tās radās agrāk evolūcijas procesā. Eikariotu šūnas - sarežģītākas, radās vēlāk. Šūnas, kas veido cilvēka ķermeni, ir eikariotiskas.

Neskatoties uz formu daudzveidību, visu dzīvo organismu šūnu organizācija ir pakļauta vienotiem struktūras principiem.

Šūnas dzīvo saturu – protoplastu – no apkārtējās vides atdala plazmas membrāna jeb plazmlemma. Šūnas iekšpuse ir piepildīta ar citoplazmu, kas satur dažādas organellas un šūnu ieslēgumus, kā arī ģenētisko materiālu DNS molekulas formā. Katra no šūnas organellām pilda savu īpašo funkciju, un tās visas kopā nosaka šūnas vitālo aktivitāti kopumā.

prokariotu šūna

Tipiskas prokariotu šūnas uzbūve: kapsula, šūnas siena, plazmlemma, citoplazma, ribosomas, plazmīda, pili, flagellum, nukleoīds.

prokarioti(no lat. pro- pirms, pirms un grieķu. κάρῠον - kodols, rieksts) - organismi, kuriem atšķirībā no eikariotiem nav izveidots šūnas kodols un citas iekšējās membrānas organoīdi (izņemot plakanas cisternas fotosintēzes sugās, piemēram, zilaļģēs). Vienīgā lielā apļveida (dažām sugām - lineārā) divpavedienu DNS molekula, kurā ir galvenā šūnas ģenētiskā materiāla daļa (tā sauktais nukleoīds), neveido kompleksu ar histona proteīniem (tā saukto hromatīnu). ). Prokariotos ietilpst baktērijas, tostarp zilaļģes (zilaļģes) un arhejas. Prokariotu šūnu pēcnācēji ir eikariotu šūnu organellas - mitohondriji un plastidi.

eikariotu šūna(eikarioti) (no grieķu ευ - labs, pilnīgi un κάρῠον - kodols, rieksts) - organismi, kuriem atšķirībā no prokariotiem ir labi veidots šūnas kodols, ko no citoplazmas norobežo kodola membrāna. Ģenētiskais materiāls ir ietverts vairākās lineārās divpavedienu DNS molekulās (atkarībā no organismu veida to skaits vienā kodolā var svārstīties no diviem līdz vairākiem simtiem), kas no iekšpuses pievienotas šūnas kodola membrānai un veidojas plašajā. lielākā daļa (izņemot dinoflagelātus) ir komplekss ar histona proteīniem, ko sauc par hromatīnu. Eikariotu šūnām ir iekšējo membrānu sistēma, kas papildus kodolam veido virkni citu organellu (endoplazmatiskais tīkls, Golgi aparāts utt.). Turklāt lielākajai daļai ir pastāvīgi intracelulāri simbionti-prokarioti - mitohondriji, un aļģēm un augiem ir arī plastidi.

Eikariotu šūnas uzbūve

Dzīvnieka šūnas shematisks attēlojums. (Noklikšķinot uz kāda no šūnas komponentu nosaukumiem, tiksiet novirzīts uz atbilstošo rakstu.)

Vairumā gadījumu eikariotu šūnas ir daļa no daudzšūnu organismiem. Tomēr dabā ir ievērojams skaits vienšūnu eikariotu, kas pēc struktūras ir šūna, bet fizioloģiski - vesels organisms. Savukārt eikariotu šūnas, kas ir daļa no daudzšūnu organisma, nav spējīgas patstāvīgi pastāvēt. Tos parasti iedala augu, dzīvnieku un sēņu šūnās. Katrai no tām ir savas īpašības, un tai ir savi šūnu apakštipi, kas veido dažādus audus.

Neskatoties uz daudzveidību, visiem eikariotiem ir kopīgs priekštecis, kas, iespējams, parādījās procesā.

Vienšūnu eikariotu (protozoju) šūnās ir strukturāli veidojumi, kas veic orgānu funkcijas šūnu līmenī. Tātad ciliātiem ir šūnu mute un rīkle, pulveris, gremošanas un kontrakcijas vakuoli.

Visas eikariotu šūnas ir izolētas, norobežotas no ārējās vides. Citoplazmā atrodas dažādas šūnu organellas, kuras no tās jau norobežo to membrānas. Kodols satur kodolu, hromatīnu un kodola sulu. Citoplazmā atrodas daudzi (lielāki nekā prokariotos) dažādi ieslēgumi.

Eikariotu šūnām ir raksturīga augsta iekšējā satura sakārtotība. Tādas nodalījums panāk, sadalot šūnu daļās ar membrānām. Tādējādi šūnā tiek panākta bioķīmisko procesu atdalīšana. Membrānu molekulārais sastāvs, vielu un jonu kopums uz to virsmas ir atšķirīgs, kas nosaka to funkcionālo specializāciju.

Citoplazmā ir olbaltumvielas-glikolīzes enzīmi, cukura metabolisms, slāpekļa bāzes, aminoskābes un lipīdi. Mikrotubulas tiek samontētas no noteiktiem proteīniem. Citoplazma veic vienojošas un karkasa funkcijas.

Ieslēgumi ir salīdzinoši nestabilas citoplazmas sastāvdaļas, kas ir barības vielu rezerves, sekrēta granulas (produkti izņemšanai no šūnas), balasts (vairāki pigmenti).

Organellas ir pastāvīgas un veic dzīvībai svarīgas funkcijas. Tajos ietilpst organellas vispārīga nozīme(, ribosomas, polisomas, mikrofibrillas un, centriolas un citas) un īpašas specializētās šūnās (mikrovili, cilias, sinaptiskās pūslīši utt.).

Dzīvnieku eikariotu šūnas uzbūve

Eikariotu šūnas spēj veikt endocitozi (barības vielu uzņemšanu citoplazmas membrānā).

Eikariotiem (ja tādi ir) ir atšķirīgs ķīmiskais raksturs nekā prokariotiem. Pēdējā tā pamatā ir mureīns. Augos tas galvenokārt ir celuloze, bet sēnēs - hitīns.

Eikariotu ģenētiskais materiāls atrodas kodolā un ir iepakots hromosomās, kas ir DNS un olbaltumvielu (galvenokārt histonu) komplekss.