Kto sú eukaryoty a prokaryoty: porovnávacie charakteristiky buniek z rôznych kráľovstiev. Štrukturálne znaky buniek Obal eukaryotickej bunky

Bunky, ktoré tvoria tkanivá zvierat a rastlín, sa značne líšia tvarom, veľkosťou a vnútornou štruktúrou. Všetky však vykazujú podobnosti v hlavných črtách procesov vitálnej aktivity, metabolizmu, podráždenosti, rastu, vývoja a schopnosti meniť sa.

Bunky všetkých typov obsahujú dve hlavné zložky, ktoré spolu úzko súvisia – cytoplazmu a jadro. Jadro je oddelené od cytoplazmy poréznou membránou a obsahuje jadrovú šťavu, chromatín a jadierko. Polotekutá cytoplazma vypĺňa celú bunku a je preniknutá početnými tubulmi. Vonku je pokrytá cytoplazmatickou membránou. Špecializovala sa organelové štruktúry, trvalo prítomný v bunke a dočasné formácie - inklúzie.Membránové organely : vonkajšia cytoplazmatická membrána (OCM), endoplazmatické retikulum (ER), Golgiho aparát, lyzozómy, mitochondrie a plastidy. Základom štruktúry všetkých membránových organel je biologická membrána. Všetky membrány majú zásadne jednotný štrukturálny plán a pozostávajú z dvojitej vrstvy fosfolipidov, v ktorých sú molekuly proteínov ponorené z rôznych strán a v rôznych hĺbkach. Membrány organel sa navzájom líšia iba súbormi proteínov, ktoré sú v nich zahrnuté.

Schéma štruktúry eukaryotickej bunky. A - bunka živočíšneho pôvodu; B - rastlinná bunka: 1 - jadro s chromatínom a jadierkom, 2 - cytoplazmatická membrána, 3 - bunková stena, 4 - póry v bunkovej stene, cez ktoré komunikuje cytoplazma susedných buniek, 5 - drsné endoplazmatické retikulum, b - hladké endoplazmatické retikulum , 7 - pinocytická vakuola, 8 - Golgiho aparát (komplex), 9 - lyzozóm, 10 - tukové inklúzie v kanáloch hladkého endoplazmatického retikula, 11 - bunkové centrum, 12 - mitochondrie, 13 - voľné ribozómy a polyribozómy, 14 - vakuola , 15 - chloroplast

cytoplazmatická membrána. Vo všetkých rastlinných bunkách, mnohobunkových živočíchoch, prvokoch a baktériách je bunková membrána trojvrstvová: vonkajšia a vnútorná vrstva pozostáva z proteínových molekúl, stredná vrstva pozostáva z lipidových molekúl. Obmedzuje cytoplazmu z vonkajšieho prostredia, obklopuje všetky organely bunky a je univerzálnou biologickou štruktúrou. V niektorých bunkách je vonkajší obal tvorený niekoľkými membránami, ktoré k sebe tesne priliehajú. V takýchto prípadoch sa bunková membrána stáva hustou a elastickou a umožňuje vám zachovať tvar bunky, ako napríklad u euglena a topánok. Väčšina rastlinných buniek má okrem membrány na vonkajšej strane aj hrubú celulózovú membránu - bunková stena. Je jasne viditeľný v bežnom svetelnom mikroskope a plní podpornú funkciu vďaka pevnej vonkajšej vrstve, ktorá bunkám dodáva jasný tvar.

Na bunkovom povrchu membrána vytvára predĺžené výrastky – mikroklky, záhyby, výbežky a výbežky, čím sa značne zväčšuje sacia alebo vylučovacia plocha. Pomocou membránových výrastkov sú bunky navzájom spojené v tkanivách a orgánoch mnohobunkových organizmov, na záhyboch membrán sú umiestnené rôzne enzýmy zapojené do metabolizmu. Membrána ohraničuje bunku od okolia, reguluje smer difúzie látok a súčasne uskutočňuje ich aktívny prenos do bunky (akumulácia) alebo von (uvoľňovanie). Vďaka týmto vlastnostiam membrány je koncentrácia iónov draslíka, vápnika, horčíka, fosforu v cytoplazme vyššia a koncentrácia sodíka a chlóru je nižšia ako v prostredí. Cez póry vonkajšej membrány z vonkajšieho prostredia prenikajú do bunky ióny, voda a malé molekuly iných látok. Prenikanie relatívne veľkých pevných častíc do bunky sa uskutočňuje o fagocytóza(z gréckeho „fago“ – požieram, „piť“ – cela). V tomto prípade sa vonkajšia membrána v mieste kontaktu s časticou ohne vo vnútri bunky a vtiahne časticu hlboko do cytoplazmy, kde podstúpi enzymatické štiepenie. Kvapky kvapalných látok vstupujú do bunky podobným spôsobom; ich absorpcia sa nazýva pinocytóza(z gréckeho „pino“ – pijem, „cytos“ – bunka). Vonkajšia bunková membrána plní aj ďalšie dôležité biologické funkcie.

Cytoplazma 85 % tvorí voda, 10 % bielkoviny, zvyšok tvoria lipidy, sacharidy, nukleové kyseliny a minerálne zlúčeniny; všetky tieto látky tvoria koloidný roztok podobný konzistenciou ako glycerín. Koloidná látka bunky v závislosti od jej fyziologického stavu a charakteru vplyvu vonkajšieho prostredia má vlastnosti tekutého aj elastického, hustejšieho telesa. Cytoplazma je preniknutá kanálikmi rôznych tvarov a veľkostí, ktoré sú tzv endoplazmatického retikula. Ich steny sú membrány, ktoré sú v tesnom kontakte so všetkými organelami bunky a spolu s nimi tvoria jeden funkčný a štrukturálny systém na výmenu látok a energie a pohyb látok vo vnútri bunky.

V stenách tubulov sú najmenšie zrná-granule, tzv ribozómy. Takáto sieť tubulov sa nazýva granulovaná. Ribozómy sa môžu nachádzať na povrchu tubulov oddelene alebo tvoria komplexy piatich až siedmich alebo viacerých ribozómov, tzv. polyzómy. Ostatné tubuly granule neobsahujú, tvoria hladké endoplazmatické retikulum. Na stenách sa nachádzajú enzýmy, ktoré sa podieľajú na syntéze tukov a uhľohydrátov.

Vnútorná dutina tubulov je vyplnená odpadovými produktmi bunky. Intracelulárne tubuly, ktoré tvoria komplexný systém vetvenia, regulujú pohyb a koncentráciu látok, oddeľujú rôzne molekuly organických látok a ich štádiá syntézy. Na vnútornom a vonkajšom povrchu membrán bohatých na enzýmy sa syntetizujú bielkoviny, tuky a sacharidy, ktoré sa buď využívajú v metabolizme, alebo sa hromadia v cytoplazme ako inklúzie, prípadne sa vylučujú.

Ribozómy nachádza sa vo všetkých typoch buniek – od baktérií až po bunky mnohobunkových organizmov. Sú to guľaté telá, ktoré pozostávajú z ribonukleovej kyseliny (RNA) a proteínov v takmer rovnakých pomeroch. Ich zloženie určite zahŕňa horčík, ktorého prítomnosť udržuje štruktúru ribozómov. Ribozómy môžu byť spojené s membránami endoplazmatického retikula, s vonkajšou bunkovou membránou alebo môžu voľne ležať v cytoplazme. Vykonávajú syntézu bielkovín. Ribozómy sa okrem cytoplazmy nachádzajú v jadre bunky. Vyrábajú sa v jadierku a potom vstupujú do cytoplazmy.

Golgiho komplex v rastlinných bunkách to vyzerá ako jednotlivé telá obklopené membránami. V živočíšnych bunkách je tento organoid reprezentovaný cisternami, tubulmi a vezikulami. Membránové trubice Golgiho komplexu z tubulov endoplazmatického retikula prijímajú sekrečné produkty bunky, kde sa chemicky preusporiadajú, zhutnia a potom prenesú do cytoplazmy a buď ich použije samotná bunka, alebo sa z nej odstránia. V nádržiach Golgiho komplexu sa syntetizujú polysacharidy a kombinujú sa s proteínmi, čo vedie k tvorbe glykoproteínov.

Mitochondrie- malé tyčinkovité telieska, ohraničené dvoma membránami. Z vnútornej membrány mitochondrií sa rozprestierajú početné záhyby - cristae, na ich stenách sú umiestnené rôzne enzýmy, pomocou ktorých sa uskutočňuje syntéza vysokoenergetickej látky - kyseliny adenozíntrifosforečnej (ATP). V závislosti od aktivity bunky a vonkajších vplyvov sa mitochondrie môžu pohybovať, meniť svoju veľkosť a tvar. Ribozómy, fosfolipidy, RNA a DNA sa nachádzajú v mitochondriách. Prítomnosť DNA v mitochondriách je spojená so schopnosťou týchto organel reprodukovať sa tvorbou konstrikcie alebo pučaním počas bunkového delenia, ako aj syntézou niektorých mitochondriálnych proteínov.

lyzozómy- malé oválne útvary ohraničené membránou a roztrúsené po celej cytoplazme. Nachádza sa vo všetkých bunkách zvierat a rastlín. Vznikajú v rozšíreniach endoplazmatického retikula a v Golgiho komplexe, sú naplnené hydrolytickými enzýmami a potom sa oddeľujú a vstupujú do cytoplazmy. Za normálnych podmienok lyzozómy trávia častice, ktoré sa dostávajú do bunky fagocytózou a organelami odumierajúcich buniek Produkty lyzozómov sa vylučujú cez membránu lyzozómu do cytoplazmy, kde sa zabudujú do nových molekúl Pri pretrhnutí membrány lyzozómu sa do cytoplazmy dostanú enzýmy a stráviť jeho obsah, čo spôsobí smrť buniek.

plastidy sa nachádza iba v rastlinných bunkách a nachádza sa vo väčšine zelených rastlín. Organické látky sa syntetizujú a akumulujú v plastidoch. Existujú tri typy plastidov: chloroplasty, chromoplasty a leukoplasty.

chloroplasty - zelené plastidy obsahujúce zelený pigment chlorofyl. Nachádzajú sa v listoch, mladých stonkách, nezrelých plodoch. Chloroplasty sú obklopené dvojitou membránou. Vo vyšších rastlinách je vnútorná časť chloroplastov vyplnená polotekutou látkou, v ktorej sú dosky uložené paralelne k sebe. Párové membrány dosiek, ktoré sa spájajú, vytvárajú stohy obsahujúce chlorofyl (obr. 6). V každej vrstve chloroplastov vyšších rastlín sa striedajú vrstvy molekúl bielkovín a molekúl lipidov a medzi nimi sa nachádzajú molekuly chlorofylu. Táto vrstvená štruktúra poskytuje maximálne voľné povrchy a uľahčuje zachytávanie a prenos energie počas fotosyntézy.

Chromoplasty - plastidy, ktoré obsahujú rastlinné pigmenty (červené alebo hnedé, žlté, oranžové). Sústreďujú sa v cytoplazme buniek kvetov, stoniek, plodov, listov rastlín a dodávajú im vhodnú farbu. Chromoplasty vznikajú z leukoplastov alebo chloroplastov v dôsledku nahromadenia pigmentov. karotenoidy.

Leukoplasty - bezfarebné plastidy nachádzajúce sa v nenatretých častiach rastlín: v stonkách, koreňoch, cibuľkách atď. Škrobové zrná sa hromadia v leukoplastoch niektorých buniek, oleje a proteíny sa hromadia v leukoplastoch iných buniek.

Všetky plastidy pochádzajú zo svojich predchodcov – proplastidov. Odhalili DNA, ktorá riadi rozmnožovanie týchto organel.

bunkové centrum, alebo centrozóm, hrá dôležitú úlohu pri delení buniek a skladá sa z dvoch centriolov . Nachádza sa vo všetkých bunkách živočíchov a rastlín, okrem kvitnutia, nižších húb a niektorých prvokov. Centrioly v deliacich sa bunkách sa podieľajú na tvorbe deliaceho vretienka a nachádzajú sa na jeho póloch. V deliacej sa bunke sa najprv delí bunkové centrum, zároveň vzniká achromatínové vretienko, ktoré orientuje chromozómy pri divergencii k pólom. Z každej dcérskej bunky odchádza jeden centriol.

Mnohé rastlinné a živočíšne bunky majú organely špeciálneho určenia: riasinky, vykonávajúci funkciu pohybu (ciliáty, bunky dýchacieho traktu), bičíky(najjednoduchšie jednobunkové, samčie zárodočné bunky u zvierat a rastlín atď.). Vrátane - dočasné prvky, ktoré vznikajú v bunke v určitom štádiu jej života v dôsledku syntetickej funkcie. Buď sú použité alebo odstránené z bunky. Inklúzie sú tiež rezervné živiny: v rastlinných bunkách - škrob, tukové kvapôčky, bloky, esenciálne oleje, mnohé organické kyseliny, soli organických a anorganických kyselín; v živočíšnych bunkách - glykogén (v pečeňových bunkách a svaloch), tukové kvapky (v podkoží); Niektoré inklúzie sa hromadia v bunkách ako odpad – vo forme kryštálov, pigmentov atď.

Vacuoly - sú to dutiny ohraničené membránou; sú dobre exprimované v rastlinných bunkách a sú prítomné v prvokoch. Vznikajú v rôznych častiach rozšírení endoplazmatického retikula. A postupne sa od nej oddeľovať. Vakuoly udržujú tlak turgoru, obsahujú bunkovú alebo vakuolárnu šťavu, ktorej molekuly určujú jej osmotickú koncentráciu. Predpokladá sa, že počiatočné produkty syntézy - rozpustné sacharidy, bielkoviny, pektíny atď. - sa akumulujú v cisternách endoplazmatického retikula. Tieto akumulácie predstavujú začiatky budúcich vakuol.

cytoskelet . Jeden z charakteristické rysy eukaryotická bunka je vývoj v jej cytoplazme kostrových útvarov vo forme mikrotubulov a zväzkov proteínových vlákien. Prvky cytoskeletu sú úzko spojené s vonkajšou cytoplazmatickou membránou a jadrovou membránou a tvoria komplexné prepojenia v cytoplazme. Nosné prvky cytoplazmy určujú tvar bunky, zabezpečujú pohyb vnútrobunkových štruktúr a pohyb celej bunky.

Jadro bunka hrá hlavnú úlohu v jej živote, jej odstránením bunka prestáva fungovať a odumiera. Väčšina živočíšnych buniek má jedno jadro, ale existujú aj viacjadrové bunky (ľudská pečeň a svaly, huby, nálevníky, zelené riasy). Cicavčie erytrocyty sa vyvíjajú z progenitorových buniek obsahujúcich jadro, ale zrelé erytrocyty ho strácajú a nežijú dlho.

Jadro je obklopené dvojitou membránou preniknutou pórmi, cez ktorú je úzko spojené s kanálmi endoplazmatického retikula a cytoplazmy. Vo vnútri jadra je chromatín- špirálovité úseky chromozómov. Počas delenia buniek sa menia na tyčinkovité útvary, ktoré sú dobre viditeľné pod svetelným mikroskopom. Chromozómy sú komplexný súbor proteínov a DNA tzv nukleoproteínu.

Funkcie jadra spočívajú v regulácii všetkých životných funkcií bunky, ktorú vykonáva pomocou DNA a RNA-materiálových nosičov dedičnej informácie. Pri príprave na bunkové delenie sa DNA zdvojnásobí, pri mitóze sa chromozómy oddelia a prenesú sa do dcérskych buniek, čím sa zabezpečí kontinuita dedičnej informácie v každom type organizmu.

karyoplazma - kvapalná fáza jadra, v ktorej sú odpadové produkty jadrových štruktúr v rozpustenej forme

jadierko- izolovaná, najhustejšia časť jadra. Jadierko pozostáva z komplexných proteínov a RNA, voľných alebo viazaných fosfátov draslíka, horčíka, vápnika, železa, zinku a ribozómov. Jadierko zmizne pred začiatkom delenia buniek a znovu sa vytvorí v poslednej fáze delenia.

Bunka má teda jemnú a veľmi zložitú organizáciu. Rozsiahla sieť cytoplazmatických membrán a membránový princíp štruktúry organel umožňuje rozlíšiť medzi mnohými chemickými reakciami súčasne prebiehajúcimi v bunke. Každý z vnútrobunkových útvarov má svoju štruktúru a špecifickú funkciu, ale len ich spolupôsobením je možný harmonický život bunky.Na základe tejto interakcie sa do bunky dostávajú látky z prostredia, z ktorých sa odpadové látky odvádzajú do vonkajšieho prostredie – tak prebieha metabolizmus. Dokonalosť štrukturálnej organizácie bunky mohla vzniknúť až v dôsledku dlhej biologickej evolúcie, počas ktorej sa funkcie, ktoré vykonáva, postupne skomplikovali.

Najjednoduchšie jednobunkové formy sú bunka aj organizmus so všetkými jeho životne dôležitými prejavmi. V mnohobunkových organizmoch tvoria bunky homogénne skupiny - tkanivá. Tkanivá zase tvoria orgány, systémy a ich funkcie sú určené celkovou životnou aktivitou celého organizmu.

Bunka je základnou jednotkou štruktúry a života všetkých nažive organizmov(okrem vírusy, ktoré sa často označujú ako nebunkové formy života), ktorý má vlastný metabolizmus, je schopný samostatnej existencie, sebareprodukcie a vývoja. Všetky živé organizmy buď ako mnohobunkové zvierat, rastliny A huby, pozostávajú z mnohých buniek alebo toľko prvoky A baktérie, sú jednobunkové organizmy. Odvetvie biológie, ktoré sa zaoberá štruktúrou a funkciou buniek, je tzv cytológie. V poslednej dobe sa tiež stalo zvykom hovoriť o bunkovej biológii alebo bunkovej biológii.

Charakteristické znaky rastlín a živočíšna bunka

Všeobecné znaky 1. Jednota štruktúrnych systémov - cytoplazma a jadro. 2. Podobnosť procesov metabolizmu a energie. 3. Jednota princípu dedičského zákonníka. 4. Univerzálna membránová štruktúra. 5. Jednota chemického zloženia. 6. Podobnosť procesu delenia buniek.

bunkovej štruktúry

Všetky bunkové formy života na Zemi možno rozdeliť do dvoch kráľovstiev na základe štruktúry ich buniek:

prokaryoty (predjadrové) - jednoduchšie v štruktúre a vznikli skôr v procese evolúcie;

eukaryoty (jadrové) – zložitejšie, vznikli neskôr. Bunky, ktoré tvoria ľudské telo, sú eukaryotické.

Napriek rôznorodosti foriem podlieha organizácia buniek všetkých živých organizmov jednotným štruktúrnym princípom.

Obsah bunky je oddelený od okolia plazmatickou membránou alebo plazmalemou. Vnútri bunky je vyplnená cytoplazma, ktorá obsahuje rôzne organely a bunkové inklúzie, ako aj genetický materiál vo forme molekuly DNA. Každá z organel bunky vykonáva svoju vlastnú špeciálnu funkciu a všetky spolu určujú životnú aktivitu bunky ako celku.

prokaryotická bunka

Štruktúra typickej prokaryotickej bunky: kapsule, bunková stena, plazmalema, cytoplazme,ribozómy, plazmid, vypil, bičík,nukleoid.

prokaryoty (od lat. pro- pred, pred a grécky κάρῠον - jadro, orech) - organizmy, ktoré na rozdiel od eukaryotov nemajú vytvorené bunkové jadro a iné vnútorné membránové organely (s výnimkou plochých nádrží u fotosyntetických druhov napr. cyanobaktérie). Jediná veľká kruhová (u niektorých druhov - lineárna) dvojvláknová molekula DNA, ktorá obsahuje väčšinu genetického materiálu bunky (tzv nukleoid) netvorí komplex s bielkovinami- históny(takzvaný chromatín). Prokaryoty sú baktérie, počítajúc do toho cyanobaktérie(modro-zelené riasy), a archaea. Potomkami prokaryotických buniek sú organely eukaryotické bunky - mitochondrie A plastidy. Hlavným obsahom bunky, ktorá vypĺňa celý jej objem, je viskózna granulárna cytoplazma.

eukaryotická bunka

Eukaryoty sú organizmy, ktoré majú na rozdiel od prokaryotov bunkovú štruktúru. jadro oddelené od cytoplazmy jadrovým obalom. Genetický materiál je uzavretý v niekoľkých lineárnych dvojvláknových molekulách DNA (v závislosti od typu organizmov sa ich počet na jadro môže pohybovať od dvoch do niekoľkých stoviek), pripojených zvnútra k membráne bunkového jadra a tvoriacich sa v obrovskom väčšina (okrem dinoflageláty) komplex s bielkovinami- históny, volal chromatín. Eukaryotické bunky majú systém vnútorných membrán, ktoré tvoria okrem jadra množstvo ďalších organely (endoplazmatického retikula, Golgiho aparát atď.). Navyše drvivá väčšina má trvalé vnútrobunkové symbiontov- prokaryoty - mitochondrie, a v riasach a rastlinách - tiež plastidy.

Štruktúra eukaryotickej bunky

Schematické znázornenie živočíšnej bunky. (Kliknutím na niektorý z titulov základné časti bunky, prejdete na príslušný článok.)

Povrchový komplex živočíšnych buniek

Pozostáva z glykokalyxy, plazmalemy a spodnej kortikálnej vrstvy cytoplazme. Plazmatická membrána sa tiež nazýva plazmalema, vonkajšia bunková membrána. Ide o biologickú membránu s hrúbkou asi 10 nanometrov. Poskytuje predovšetkým vymedzovaciu funkciu vo vzťahu k vonkajšiemu prostrediu bunky. Okrem toho vystupuje dopravná funkcia. Bunka neplytvá energiou na udržiavanie integrity svojej membrány: molekuly sú držané podľa rovnakého princípu, akým sú držané molekuly tuku - hydrofóbne Termodynamicky je výhodnejšie, ak sú časti molekúl umiestnené vo vzájomnej tesnej blízkosti. Glykokalyx je oligosacharid, polysacharid, glykoproteín a glykolipidová molekula ukotvená v plazmaleme. Glykokalyx vykonáva receptorové a markerové funkcie. plazmatická membrána zvierat Bunky pozostávajú hlavne z fosfolipidov a lipoproteínov rozptýlených s proteínovými molekulami, najmä povrchovými antigénmi a receptormi. V kortikálnej (susednej s plazmatickou membránou) vrstve cytoplazmy sú špecifické prvky cytoskeletu - aktínové mikrofilamenty usporiadané určitým spôsobom. Hlavnou a najdôležitejšou funkciou kortikálnej vrstvy (kôry) sú pseudopodiálne reakcie: vysunutie, pripojenie a kontrakcia pseudopodií. V tomto prípade sa mikrofilamenty preskupujú, predlžujú alebo skracujú. Tvar bunky závisí aj od štruktúry cytoskeletu kortikálnej vrstvy (napríklad prítomnosť mikroklkov).

Všetky živé organizmy možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín: prokaryoty a eukaryoty. Tieto výrazy sú odvodené z gréckeho slova karion, čo znamená jadro. Prokaryoty sú predjadrové organizmy, ktoré nemajú vytvorené jadro. Eukaryoty obsahujú dobre vytvorené jadro. Prokaryoty zahŕňajú baktérie, cyanobaktérie, myxomycéty, rickettsie a iné organizmy; eukaryoty sú huby, rastliny a živočíchy. Bunky všetkých eukaryotov majú podobnú štruktúru. Pozostávajú z cytoplazme A jadrá, ktoré spolu predstavujú živý obsah bunky – protoplast. Cytoplazma je polotekutá mletá látka alebo hyaloplazma, spolu s vnútrobunkovými štruktúrami, ktoré sú v ňom ponorené - organely, ktoré vykonávajú rôzne funkcie (podrobnejšie v tabuľke nižšie). Z vonkajšej strany je cytoplazma obklopená plazmatickou membránou. Bunky rastlín a húb majú tiež pevnú bunkovú stenu. V cytoplazme buniek rastlín a húb sú vakuoly - bubliny naplnené vodou a rôznymi látkami rozpustenými v nej. Okrem toho môže bunka obsahovať inklúzie - rezervné živiny alebo konečné produkty metabolizmu.

Bunková štruktúra

bunkovej štruktúry

prokaryotická bunka

prokaryoty(z lat. pro

Štruktúra chromozómov

Schéma štruktúry chromozómu v neskorej profáze - metafáze mitózy. 1-chromatid; 2-centroméra; 3-krátke rameno; 4-dlhé rameno.

Chromozómy(staroveká gréčtina χρῶμα - farba a σῶμα - telo) - nukleoproteínové štruktúry v jadre eukaryotickej bunky (bunka obsahujúca jadro), ktoré sa v určitých fázach stávajú ľahko viditeľnými bunkový cyklus(počas mitózy alebo meiózy). Chromozómy sú vysoký stupeň kondenzácia chromatínu, neustále prítomného v bunkovom jadre. Tento termín bol pôvodne navrhnutý tak, aby označoval štruktúry nachádzajúce sa v eukaryotických bunkách, no v posledných desaťročiach sa čoraz viac hovorí o bakteriálnych chromozómoch. Chromozómy obsahujú väčšinu genetickej informácie.

Chromozómová morfológia je najlepšie viditeľná v bunke v štádiu metafázy. Chromozóm tvoria dve tyčinkovité telieska – chromatidy. Obidve chromatidy každého chromozómu sú z hľadiska zloženia génov navzájom identické.

Chromozómy sa líšia dĺžkou. Chromozómy majú centroméru alebo primárnu konstrikciu, dve teloméry a dve ramená. Na niektorých chromozómoch sú izolované sekundárne zúženia a satelity. Pohyb chromozómu určuje Centroméru, ktorá má zložitú štruktúru.

Centromérna DNA sa vyznačuje charakteristickou nukleotidovou sekvenciou a špecifickými proteínmi. V závislosti od umiestnenia centroméry sa rozlišujú akrocentrické, submetacentrické a metacentrické chromozómy.

Ako je uvedené vyššie, niektoré chromozómy majú sekundárne zúženia. Na rozdiel od primárnej konstrikcie (centroméry) neslúžia ako miesto uchytenia závitov vretena a nezohrávajú žiadnu úlohu pri pohybe chromozómov. Niektoré sekundárne zúženia sú spojené s tvorbou jadierok, v tomto prípade sa nazývajú nukleárne organizátory. Nukleárne organizátory obsahujú gény zodpovedné za syntézu RNA. Funkcia ostatných sekundárnych zúžení zatiaľ nie je jasná.

Niektoré akrocentrické chromozómy majú satelity - oblasti spojené so zvyškom chromozómu tenkým vláknom chromatínu. Tvar a rozmery satelitu sú pre daný chromozóm konštantné. Ľudia majú satelity na piatich pároch chromozómov.

Konce chromozómov bohatých na štruktúrny heterochromatín sa nazývajú teloméry. Teloméry zabraňujú zlepeniu koncov chromozómov po reduplikácii a prispievajú tak k zachovaniu ich celistvosti. Preto sú teloméry zodpovedné za existenciu chromozómov ako jednotlivých útvarov.

Chromozómy, ktoré majú rovnaké poradie génov, sa nazývajú homológne. Majú rovnakú štruktúru (dĺžka, umiestnenie centroméry atď.). Nehomologické chromozómy majú inú sadu génov a inú štruktúru.

Štúdium jemnej štruktúry chromozómov ukázalo, že sú zložené z DNA, bielkovín a malého množstva RNA. Molekula DNA nesie negatívne náboje rozložené po celej dĺžke a na ňu naviazané proteíny – históny – sú nabité kladne. Tento komplex DNA a proteínu sa nazýva chromatín. Chromatín môže mať rôzne stupne kondenzácie. Kondenzovaný chromatín sa nazýva heterochromatín, dekondenzovaný chromatín sa nazýva euchromatín. Stupeň dekondenzácie chromatínu odráža jeho funkčný stav. Heterochromatické oblasti sú funkčne menej aktívne ako euchromatické oblasti, v ktorých je lokalizovaná väčšina génov. Rozlišuje sa štruktúrny heterochromatín, ktorého množstvo sa v rôznych chromozómoch líši, ale neustále sa nachádza v pericentromérnych oblastiach. Okrem štruktúrneho heterochromatínu existuje fakultatívny heterochromatín, ktorý sa objavuje v chromozóme pri supercoilingu euchromatických oblastí. Existenciu tohto javu v ľudských chromozómoch potvrdzuje fakt genetickej inaktivácie jedného X chromozómu v somatických bunkách ženy. Jej podstata spočíva v tom, že existuje evolučne sformovaný mechanizmus inaktivácie druhej dávky génov lokalizovaných v chromozóme X, v dôsledku čoho napriek rozdielnemu počtu chromozómov X u mužského, resp. ženské organizmy, počet v nich fungujúcich génov sa vyrovná. Chromatín je maximálne kondenzovaný počas delenia mitotických buniek, potom ho možno detegovať vo forme hustých chromozómov

Rozmery molekúl DNA chromozómov sú obrovské. Každý chromozóm je reprezentovaný jednou molekulou DNA. Môžu dosiahnuť stovky mikrometrov a dokonca aj centimetrov. Z ľudských chromozómov je najväčší prvý; jeho DNA má celkovú dĺžku až 7 cm Celková dĺžka molekúl DNA všetkých chromozómov jednej ľudskej bunky je 170 cm.

Napriek gigantickej veľkosti molekúl DNA je pomerne husto nahustená v chromozómoch. Histónové proteíny poskytujú takéto špecifické balenie chromozomálnej DNA. Históny sú usporiadané po dĺžke molekuly DNA vo forme blokov. Jeden blok obsahuje 8 molekúl histónu, ktoré tvoria nukleozóm (tvorba pozostávajúca z vlákna DNA navinutého okolo histónového oktaméru). Veľkosť nukleozómu je asi 10 nm. Nukleozómy vyzerajú ako korálky navlečené na šnúrke. Nukleozómy a segmenty DNA, ktoré ich spájajú, sú husto zbalené vo forme špirály so šiestimi nukleozómami na každé otočenie takejto špirály. Takto vzniká štruktúra chromozómu.

Dedičná informácia organizmu je striktne usporiadaná podľa jednotlivých chromozómov. Každý organizmus je charakterizovaný určitým súborom chromozómov (počet, veľkosť a štruktúra), ktorý sa nazýva karyotyp. Ľudský karyotyp predstavuje dvadsaťštyri rôznych chromozómov (22 párov autozómov, chromozómy X a Y). Karyotyp je druhový pas. Analýza karyotypu umožňuje identifikovať poruchy, ktoré môžu viesť k vývojovým abnormalitám, dedičné choroby alebo smrť plodov a embryí skoré štádia rozvoj.

Dlho sa verilo, že ľudský karyotyp pozostáva zo 48 chromozómov. Začiatkom roku 1956 však bola zverejnená správa, podľa ktorej je počet chromozómov v ľudskom karyotype 46.

Ľudské chromozómy sa líšia veľkosťou, umiestnením centroméry a sekundárnymi zúženiami. Prvé rozdelenie karyotypu do skupín sa uskutočnilo v roku 1960 na konferencii v Denveri (USA). Opis ľudského karyotypu bol pôvodne založený na nasledujúcich dvoch princípoch: usporiadanie chromozómov pozdĺž ich dĺžky; zoskupenie chromozómov podľa umiestnenia centroméry (metacentrické, submetacentrické, akrocentrické).

Presná stálosť počtu chromozómov, ich individualita a zložitosť štruktúry naznačujú dôležitosť funkcie, ktorú vykonávajú. Chromozómy plnia funkciu hlavného genetického aparátu bunky. Obsahujú gény v lineárnom poradí, z ktorých každý zaberá presne definované miesto (lokus) v chromozóme. V každom chromozóme je veľa génov, ale pre normálny vývoj organizmu je potrebný súbor génov kompletnej sady chromozómov.

Štruktúra a funkcie DNA

DNA- polymér, ktorého monoméry sú deoxyribonukleotidy. Model priestorovej štruktúry molekuly DNA vo forme dvojitej špirály navrhli v roku 1953 J. Watson a F. Crick (na zostavenie tohto modelu použili prácu M. Wilkinsa, R. Franklina, E. Chargaff).

molekula DNA tvorené dvoma polynukleotidovými reťazcami, špirálovito stočenými okolo seba a spolu okolo pomyselnej osi, t.j. je dvojitá špirála (výnimka – niektoré vírusy obsahujúce DNA majú jednovláknovú DNA). Priemer dvojitej špirály DNA je 2 nm, vzdialenosť medzi susednými nukleotidmi je 0,34 nm a na jednu otáčku špirály pripadá 10 párov nukleotidov. Dĺžka molekuly môže dosiahnuť niekoľko centimetrov. Molekulová hmotnosť - desiatky a stovky miliónov. Celková dĺžka DNA v ľudskom bunkovom jadre je asi 2 m.V eukaryotických bunkách tvorí DNA komplexy s proteínmi a má špecifickú priestorovú konformáciu.

DNA monomér - nukleotid (deoxyribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. Dusíkaté zásady nukleových kyselín patria do tried pyrimidínov a purínov. Pyrimidínové bázy DNA(majú jeden kruh v molekule) - tymín, cytozín. Purínové základy(majú dva kruhy) - adenín a guanín.

Monosacharid nukleotidu DNA je reprezentovaný deoxyribózou.

Názov nukleotidu je odvodený od názvu zodpovedajúcej bázy. Nukleotidy a dusíkaté bázy sú označené veľkými písmenami.

Polynukleotidový reťazec vzniká ako výsledok nukleotidových kondenzačných reakcií. V tomto prípade medzi 3"-uhlíkom deoxyribózového zvyšku jedného nukleotidu a zvyškom kyseliny fosforečnej druhého, fosfoéterová väzba(patrí do kategórie silných kovalentných väzieb). Jeden koniec polynukleotidového reťazca končí 5" uhlíkom (nazýva sa to 5" koniec), druhý končí 3" uhlíkovým (3" koncom).

Proti jednému reťazcu nukleotidov je druhý reťazec. Usporiadanie nukleotidov v týchto dvoch reťazcoch nie je náhodné, ale striktne definované: tymín je vždy umiestnený proti adenínu jedného reťazca v druhom reťazci a cytozín je vždy umiestnený proti guanínu, medzi adenínom a tymínom vznikajú dve vodíkové väzby, tri vodíky väzby medzi guanínom a cytozínom. Vzorec, podľa ktorého sú nukleotidy rôznych reťazcov DNA striktne usporiadané (adenín - tymín, guanín - cytozín) a selektívne sa navzájom spájajú, sa nazýva tzv. princíp komplementarity. Treba poznamenať, že J. Watson a F. Crick pochopili princíp komplementarity po prečítaní diel E. Chargaffa. E. Chargaff po preštudovaní obrovského množstva vzoriek tkanív a orgánov rôznych organizmov zistil, že v akomkoľvek fragmente DNA obsah guanínových zvyškov vždy presne zodpovedá obsahu cytozínu a adenínu tymínu ( "Chargaffovo pravidlo"), ale túto skutočnosť nevedel vysvetliť.

Z princípu komplementarity vyplýva, že nukleotidová sekvencia jedného reťazca určuje nukleotidovú sekvenciu iného reťazca.

Reťazce DNA sú antiparalelné (opačné), t.j. nukleotidy rôznych reťazcov sú umiestnené v opačných smeroch, a preto oproti 3 "koncu jedného reťazca je 5" koniec druhého. Molekula DNA sa niekedy prirovnáva k točitému schodisku. "Zábradlie" tohto rebríčka je cukor-fosfátová kostra (striedajúce sa zvyšky deoxyribózy a kyseliny fosforečnej); "kroky" sú doplnkové dusíkaté bázy.

Funkcia DNA- uchovávanie a prenos dedičných informácií.

Oprava ("oprava")

reparácie je proces opravy poškodenia nukleotidovej sekvencie DNA. Vykonávajú ho špeciálne enzýmové systémy bunky ( opravné enzýmy). V procese opravy štruktúry DNA možno rozlíšiť nasledujúce kroky: 1) nukleázy opravujúce DNA rozpoznajú a odstránia poškodenú oblasť, čo vedie k medzere v reťazci DNA; 2) DNA polymeráza vypĺňa túto medzeru skopírovaním informácií z druhého („dobrého“) vlákna; 3) DNA ligáza „zosieťuje“ nukleotidy a dokončí opravu.

Najviac boli študované tri opravné mechanizmy: 1) fotoreparácia, 2) excízia alebo predreplikatívna oprava, 3) postreplikatívna oprava.

Zmeny v štruktúre DNA prebiehajú v bunke neustále pod vplyvom reaktívnych metabolitov, ultrafialového žiarenia, ťažkých kovov a ich solí atď. Defekty v reparačných systémoch preto zvyšujú rýchlosť mutačných procesov a spôsobujú dedičné ochorenia (xeroderma pigmentosa, progéria , atď.).

Štruktúra a funkcie RNA

RNA- polymér, ktorého monoméry sú ribonukleotidy. Na rozdiel od DNA je RNA tvorená nie dvomi, ale jedným polynukleotidovým reťazcom (výnimkou je, že niektoré vírusy obsahujúce RNA majú dvojvláknovú RNA). Nukleotidy RNA sú schopné tvoriť medzi sebou vodíkové väzby. Reťazce RNA sú oveľa kratšie ako reťazce DNA.

RNA monomér - nukleotid (ribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. Dusíkaté bázy RNA tiež patria do tried pyrimidínov a purínov.

Pyrimidínové bázy RNA - uracil, cytozín, purínové bázy - adenín a guanín. Nukleotidový monosacharid RNA predstavuje ribóza.

Prideliť tri typy RNA: 1) informačný(matrix) RNA - mRNA (mRNA), 2) dopravy RNA - tRNA, 3) ribozomálne RNA - rRNA.

Všetky typy RNA sú nerozvetvené polynukleotidy, majú špecifickú priestorovú konformáciu a podieľajú sa na procesoch syntézy proteínov. V DNA sú uložené informácie o štruktúre všetkých typov RNA. Proces syntézy RNA na templáte DNA sa nazýva transkripcia.

Preneste RNA zvyčajne obsahujú 76 (od 75 do 95) nukleotidov; molekulová hmotnosť - 25 000–30 000. tRNA tvorí asi 10 % celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie tRNA: 1) transport aminokyselín do miesta syntézy bielkovín, do ribozómov, 2) translačný mediátor. V bunke sa nachádza asi 40 typov tRNA, pričom každá z nich má nukleotidovú sekvenciu charakteristickú len pre ňu. Všetky tRNA však majú niekoľko intramolekulárnych komplementárnych oblastí, vďaka čomu tRNA získavajú konformáciu, ktorá tvarom pripomína ďatelinový list. Akákoľvek tRNA má slučku pre kontakt s ribozómom (1), antikodónovú slučku (2), slučku pre kontakt s enzýmom (3), akceptorový kmeň (4) a antikodón (5). Aminokyselina je pripojená k 3' koncu akceptorového kmeňa. Anticodon- tri nukleotidy, ktoré "rozpoznávajú" kodón mRNA. Je potrebné zdôrazniť, že konkrétna tRNA môže transportovať presne definovanú aminokyselinu zodpovedajúcu jej antikodónu. Špecifickosť spojenia aminokyselín a tRNA je dosiahnutá vďaka vlastnostiam enzýmu aminoacyl-tRNA syntetázy.

Ribozomálna RNA obsahuje 3000–5000 nukleotidov; molekulová hmotnosť - 1 000 000–1 500 000. rRNA tvorí 80–85 % celkového obsahu RNA v bunke. V komplexe s ribozomálnymi proteínmi tvorí rRNA ribozómy - organely, ktoré vykonávajú syntézu proteínov. V eukaryotických bunkách prebieha syntéza rRNA v jadierku. funkcie rRNA A: 1) Vyžaduje sa konštrukčný komponent ribozómov a tým zabezpečiť fungovanie ribozómov; 2) zabezpečenie interakcie ribozómu a tRNA; 3) počiatočná väzba ribozómu a iniciačného kodónu mRNA a určenie čítacieho rámca, 4) vytvorenie aktívneho centra ribozómu.

Informačná RNA sa líšili obsahom nukleotidov a molekulovou hmotnosťou (od 50 000 do 4 000 000). Podiel mRNA tvorí až 5 % z celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie mRNA: 1) prenos genetickej informácie z DNA do ribozómov, 2) matrica na syntézu molekuly proteínu, 3) určenie sekvencie aminokyselín primárnej štruktúry molekuly proteínu.

Štruktúra a funkcie ATP

Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP)- univerzálny zdroj a hlavný akumulátor energie v živých bunkách. ATP sa nachádza vo všetkých rastlinných a živočíšnych bunkách. Množstvo ATP je v priemere 0,04 % (surovej hmoty bunky), najväčšie množstvo ATP (0,2–0,5 %) sa nachádza v kostrových svaloch.

ATP pozostáva zo zvyškov: 1) dusíkatej bázy (adenín), 2) monosacharidu (ribózy), 3) troch fosforečných kyselín. Keďže ATP neobsahuje jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej, patrí medzi ribonukleozidtrifosfáty.

Pre väčšinu typov prác vyskytujúcich sa v bunkách sa využíva energia hydrolýzy ATP. Súčasne, keď sa odštiepi koncový zvyšok kyseliny fosforečnej, ATP prechádza na ADP (kyselina adenozíndifosforečná), keď sa odštiepi druhý zvyšok kyseliny fosforečnej, na AMP (kyselina adenozínmonofosforečná). Výťažok voľnej energie pri eliminácii koncových aj druhých zvyškov kyseliny fosforečnej je po 30,6 kJ. Odštiepenie tretej fosfátovej skupiny je sprevádzané uvoľnením len 13,8 kJ. Väzby medzi koncovým a druhým, druhým a prvým zvyškom kyseliny fosforečnej sa nazývajú makroergické (vysokoenergetické).

Zásoby ATP sa neustále dopĺňajú. V bunkách všetkých organizmov dochádza k syntéze ATP v procese fosforylácie, t.j. pridanie kyseliny fosforečnej k ADP. Fosforylácia prebieha s rôznou intenzitou pri dýchaní (mitochondrie), glykolýze (cytoplazma), fotosyntéze (chloroplasty).

ATP je hlavným spojivom medzi procesmi sprevádzanými uvoľňovaním a akumuláciou energie a procesmi, ktoré si energiu vyžadujú. Okrem toho je ATP spolu s ďalšími ribonukleozidtrifosfátmi (GTP, CTP, UTP) substrátom pre syntézu RNA.

Vlastnosti génov

1. diskrétnosť - nemiešateľnosť génov;
2. stabilita - schopnosť udržiavať štruktúru;
3. labilita - schopnosť opakovane mutovať;
4. mnohopočetný alelizmus – v populácii existuje veľa génov v rôznych molekulárnych formách;
5. alelizmus - v genotype diploidných organizmov iba dve formy génu;
6. špecifickosť – každý gén kóduje svoj vlastný znak;
7. pleiotropia - viacnásobný účinok génu;
8. expresivita - stupeň expresie génu vo znaku;
9. penetrancia - frekvencia prejavu génu vo fenotype;
10. amplifikácia – zvýšenie počtu kópií génu.

Klasifikácia

1. Štrukturálne gény sú jedinečné zložky genómu, ktoré predstavujú jednu sekvenciu kódujúcu špecifický proteín alebo niektoré typy RNA. (Pozri aj článok Gény pre domácnosť).
2. Funkčné gény – regulujú prácu štrukturálnych génov.

Genetický kód- metóda vlastná všetkým živým organizmom na kódovanie aminokyselinovej sekvencie bielkovín pomocou sekvencie nukleotidov.

V DNA sa používajú štyri nukleotidy - adenín (A), guanín (G), cytozín (C), tymín (T), ktoré sa v ruskojazyčnej literatúre označujú písmenami A, G, C a T. Tieto písmená tvoria abeceda genetického kódu. V RNA sa používajú rovnaké nukleotidy, s výnimkou tymínu, ktorý je nahradený podobným nukleotidom – uracilom, ktorý sa označuje písmenom U (v ruskojazyčnej literatúre U). V molekulách DNA a RNA sa nukleotidy zoradia do reťazcov, a tak sa získajú sekvencie genetických písmen.

Genetický kód

V prírode sa na stavbu bielkovín používa 20 rôznych aminokyselín. Každý proteín je reťazec alebo niekoľko reťazcov aminokyselín v presne definovanom poradí. Táto sekvencia určuje štruktúru proteínu, a tým aj všetky jeho biologické vlastnosti. Súbor aminokyselín je tiež univerzálny pre takmer všetky živé organizmy.

Implementácia genetickej informácie v živých bunkách (t. j. syntéza proteínu kódovaného génom) sa uskutočňuje pomocou dvoch matricových procesov: transkripcia (to znamená syntéza mRNA na šablóne DNA) a translácia genetického kódu. do aminokyselinovej sekvencie (syntéza polypeptidového reťazca na mRNA). Na zakódovanie 20 aminokyselín stačia tri po sebe idúce nukleotidy, ako aj stop signál, ktorý znamená koniec proteínovej sekvencie. Súbor troch nukleotidov sa nazýva triplet. Akceptované skratky zodpovedajúce aminokyselinám a kodónom sú znázornené na obrázku.

Vlastnosti

1. Trojnásobnosť- významnou jednotkou kódu je kombinácia troch nukleotidov (triplet, alebo kodón).
2. Kontinuita- medzi trojicami nie sú žiadne interpunkčné znamienka, to znamená, že informácie sa čítajú nepretržite.
3. neprekrývajúce sa- ten istý nukleotid nemôže byť súčasťou dvoch alebo viacerých tripletov súčasne (nepozorované pre niektoré prekrývajúce sa gény vírusov, mitochondrií a baktérií, ktoré kódujú niekoľko proteínov s posunom rámca).
4. Jednoznačnosť (špecifickosť)- určitý kodón zodpovedá iba jednej aminokyseline (avšak kodón UGA v Euplotes crassus kódy pre dve aminokyseliny - cysteín a selenocysteín)
5. Degenerácia (nadbytočnosť) Niekoľko kodónov môže zodpovedať tej istej aminokyseline.
6. Všestrannosť- genetický kód funguje v organizmoch rovnakým spôsobom rôzne úrovne zložitosť - od vírusov po ľudí (na tomto sú založené metódy genetického inžinierstva; existuje niekoľko výnimiek, ktoré sú uvedené v tabuľke v časti "Variácie štandardného genetického kódu" nižšie).
7. Imunita proti hluku- mutácie nukleotidových substitúcií, ktoré nevedú k zmene triedy kódovanej aminokyseliny, sú tzv. konzervatívny; nukleotidové substitučné mutácie, ktoré vedú k zmene triedy kódovanej aminokyseliny, sa nazývajú radikálny.

Biosyntéza bielkovín a jej kroky

Biosyntéza bielkovín- zložitý viacstupňový proces syntézy polypeptidového reťazca z aminokyselinových zvyškov, vyskytujúci sa na ribozómoch buniek živých organizmov za účasti molekúl mRNA a tRNA.

Biosyntézu proteínov možno rozdeliť do štádií transkripcie, spracovania a translácie. Pri transkripcii sa načíta genetická informácia zakódovaná v molekulách DNA a táto informácia sa zapíše do molekúl mRNA. Počas série po sebe nasledujúcich štádií spracovania sa z mRNA odstránia niektoré fragmenty, ktoré nie sú potrebné v nasledujúcich štádiách, a upravia sa nukleotidové sekvencie. Po transporte kódu z jadra do ribozómov nastáva skutočná syntéza proteínových molekúl pripojením jednotlivých aminokyselinových zvyškov na rastúci polypeptidový reťazec.

Medzi transkripciou a transláciou prechádza molekula mRNA sériou postupných zmien, ktoré zabezpečujú dozrievanie funkčného templátu pre syntézu polypeptidového reťazca. Čiapočka je pripevnená k 5' koncu a poly-A chvost je pripojený k 3' koncu, čo zvyšuje životnosť mRNA. S príchodom spracovania v eukaryotickej bunke bolo možné kombinovať génové exóny, aby sa získala väčšia rozmanitosť proteínov kódovaných jedinou nukleotidovou sekvenciou DNA - alternatívnym zostrihom.

Translácia spočíva v syntéze polypeptidového reťazca v súlade s informáciou zakódovanou v messengerovej RNA. Aminokyselinová sekvencia je usporiadaná pomocou dopravy RNA (tRNA), ktoré tvoria komplexy s aminokyselinami – aminoacyl-tRNA. Každá aminokyselina má svoju vlastnú tRNA, ktorá má zodpovedajúci antikodón, ktorý sa „zhoduje“ s kodónom mRNA. Počas translácie sa ribozóm pohybuje pozdĺž mRNA, keď sa buduje polypeptidový reťazec. Energiu na syntézu bielkovín poskytuje ATP.

Hotová molekula proteínu je potom odštiepená z ribozómu a transportovaná na správne miesto v bunke. Niektoré proteíny vyžadujú dodatočnú posttranslačnú modifikáciu, aby dosiahli svoj aktívny stav.

Príčiny mutácií

Mutácie sa delia na spontánna A vyvolané. Spontánne mutácie sa vyskytujú spontánne počas života organizmu za normálnych podmienok prostredia s frekvenciou asi 10 - 9 - 10 - 12 na nukleotid na generáciu bunky.

Indukované mutácie sa nazývajú dedičné zmeny v genóme vyplývajúce z určitých mutagénnych účinkov v umelých (experimentálnych) podmienkach alebo pri nepriaznivých vplyvoch prostredia.

Mutácie sa objavujú neustále v priebehu procesov prebiehajúcich v živej bunke. Hlavnými procesmi vedúcimi k výskytu mutácií sú replikácia DNA, narušená oprava DNA a genetická rekombinácia.

Úloha mutácií v evolúcii

Pri výraznej zmene podmienok existencie sa môžu tie mutácie, ktoré boli predtým škodlivé, ukázať ako prospešné. Mutácie sú teda materiálom pre prirodzený výber. Melanistických mutantov (tmavo sfarbených jedincov) v populáciách motýľa brezového v Anglicku tak vedci prvýkrát objavili medzi typickými svetlými jedincami v polovici 19. storočia. Tmavé sfarbenie vzniká v dôsledku mutácie jedného génu. Motýle trávia deň na kmeňoch a konároch stromov, zvyčajne pokrytých lišajníkmi, proti ktorým sa maskuje svetlá farba. V dôsledku priemyselnej revolúcie sprevádzanej znečistením ovzdušia uhynuli lišajníky a ľahké kmene brezy boli pokryté sadzami. Výsledkom bolo, že do polovice 20. storočia (na 50-100 generácií) v priemyselných oblastiach tmavá morfa takmer úplne nahradila svetlú. Ukázalo sa, že hlavným dôvodom prevládajúceho prežívania čiernej formy je predácia vtákov, ktoré selektívne požierali svetlé motýle v znečistených oblastiach.

Ak mutácia zasiahne „tiché“ úseky DNA, alebo vedie k nahradeniu jedného prvku genetického kódu synonymným, potom sa vo fenotype väčšinou nijako neprejaví (prejavom takejto synonymnej zámeny môže byť napr. spojené s rôznymi frekvenciami použitia kodónov). Takéto mutácie však možno detegovať metódami génovej analýzy. Keďže mutácie sa najčastejšie vyskytujú v dôsledku prirodzených príčin, potom za predpokladu, že sa základné vlastnosti vonkajšieho prostredia nezmenili, sa ukazuje, že frekvencia mutácií by mala byť približne konštantná. Tento fakt je možné využiť pri štúdiu fylogenézy – skúmaní pôvodu a vzťahov rôznych taxónov, vrátane človeka. Mutácie v tichých génoch teda slúžia pre výskumníkov ako akési „molekulárne hodiny“. Teória „molekulových hodín“ vychádza aj zo skutočnosti, že väčšina mutácií je neutrálna a rýchlosť ich akumulácie v danom géne nezávisí alebo slabo závisí od pôsobenia prirodzeného výberu, a preto zostáva dlho konštantná. Pre rôzne gény sa však táto miera bude líšiť.

Štúdium mutácií v mitochondriálnej DNA (dedené po materskej línii) a v Y-chromozómoch (dedených po otcovskej línii) sa v evolučnej biológii široko používa na štúdium pôvodu rás a národností, na rekonštrukciu biologického vývoja ľudstva.

Bunková štruktúra

bunkovej štruktúry

Všetky bunkové formy života na Zemi možno rozdeliť do dvoch kráľovstiev na základe štruktúry ich základných buniek - prokaryoty (predjadrové) a eukaryoty (jadrové). Prokaryotické bunky majú jednoduchšiu štruktúru, zjavne vznikli skôr v procese evolúcie. Eukaryotické bunky – zložitejšie, vznikli neskôr. Bunky, ktoré tvoria ľudské telo, sú eukaryotické.

Napriek rôznorodosti foriem podlieha organizácia buniek všetkých živých organizmov jednotným štruktúrnym princípom.

Živý obsah bunky - protoplast - je oddelený od prostredia plazmatickou membránou, čiže plazmalemou. Vnútri bunky je vyplnená cytoplazma, ktorá obsahuje rôzne organely a bunkové inklúzie, ako aj genetický materiál vo forme molekuly DNA. Každá z organel bunky vykonáva svoju vlastnú špeciálnu funkciu a všetky spolu určujú životnú aktivitu bunky ako celku.

prokaryotická bunka

Štruktúra typickej prokaryotickej bunky: puzdro, bunková stena, plazmaléma, cytoplazma, ribozómy, plazmid, pili, bičík, nukleoid.

prokaryoty(z lat. pro- predtým, predtým a grécky. κάρῠον - jadro, orech) - organizmy, ktoré na rozdiel od eukaryotov nemajú vytvorené bunkové jadro a iné vnútorné membránové organely (s výnimkou plochých cisterien u fotosyntetických druhov, napríklad u siníc). Jediná veľká kruhová (u niektorých druhov - lineárna) dvojvláknová molekula DNA, ktorá obsahuje hlavnú časť genetického materiálu bunky (tzv. nukleoid) netvorí komplex s histónovými proteínmi (tzv. chromatín). ). Prokaryoty zahŕňajú baktérie, vrátane cyanobaktérií (modrozelené riasy) a archaea. Potomkami prokaryotických buniek sú organely eukaryotických buniek – mitochondrie a plastidy.

eukaryotická bunka(eukaryoty) (z gréckeho ευ - dobrý, úplne a κάρῠον - jadro, orech) - organizmy, ktoré majú na rozdiel od prokaryotov dobre tvarované bunkové jadro, ohraničené od cytoplazmy jadrovou membránou. Genetický materiál je uzavretý v niekoľkých lineárnych dvojvláknových molekulách DNA (v závislosti od typu organizmov sa ich počet na jadro môže pohybovať od dvoch do niekoľkých stoviek), pripojených zvnútra k membráne bunkového jadra a tvoriacich sa v obrovskom väčšina (okrem dinoflagelátov) komplex s histónovými proteínmi, nazývaný chromatín. Eukaryotické bunky majú systém vnútorných membrán, ktoré tvoria okrem jadra množstvo ďalších organel (endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát atď.). Okrem toho drvivá väčšina má trvalé vnútrobunkové symbionty-prokaryoty - mitochondrie a riasy a rastliny majú aj plastidy.

Štruktúra eukaryotickej bunky

Schematické znázornenie živočíšnej bunky. (Keď kliknete na ktorýkoľvek z názvov komponentov bunky, prejdete na príslušný článok.)

Vo väčšine prípadov sú eukaryotické bunky súčasťou mnohobunkových organizmov. V prírode však existuje značný počet jednobunkových eukaryotov, ktoré sú štrukturálne bunkou a fyziologicky - celým organizmom. Na druhej strane eukaryotické bunky, ktoré sú súčasťou mnohobunkového organizmu, nie sú schopné samostatnej existencie. Zvyčajne sa delia na bunky rastlín, živočíchov a húb. Každý z nich má svoje vlastné charakteristiky a má svoje vlastné podtypy buniek, ktoré tvoria rôzne tkanivá.

Napriek rozmanitosti majú všetky eukaryoty spoločného predka, ktorý sa pravdepodobne objavil v procese.

V bunkách jednobunkových eukaryotov (protozoa) existujú štrukturálne formácie, ktoré vykonávajú funkcie orgánov na bunkovej úrovni. Takže nálevníci majú bunkové ústa a hltan, prášok, tráviace a kontraktilné vakuoly.

Všetky eukaryotické bunky sú izolované, ohraničené od vonkajšieho prostredia. V cytoplazme sa nachádzajú rôzne bunkové organely, ktoré sú od nej už ohraničené svojimi membránami. Jadro obsahuje jadierko, chromatín a jadrovú šťavu. V cytoplazme sú prítomné početné (väčšie ako u prokaryotov) rôzne inklúzie.

Eukaryotické bunky sa vyznačujú vysokou usporiadanosťou vnútorného obsahu. Takéto oddelenie dosiahnuté rozdelením bunky na časti membránami. V bunke sa tak dosiahne oddelenie biochemických procesov. Molekulové zloženie membrán, súbor látok a iónov na ich povrchu je rôzne, čo podmieňuje ich funkčnú špecializáciu.

V cytoplazme sa nachádzajú proteíny-enzýmy glykolýzy, metabolizmus cukrov, dusíkaté zásady, aminokyseliny a lipidy. Mikrotubuly sú zostavené z určitých proteínov. Cytoplazma vykonáva zjednocujúce a rámcové funkcie.

Inklúzie sú pomerne nestabilné zložky cytoplazmy, ktorými sú zásoby živín, sekrečné granuly (produkty na odstránenie z bunky), balast (množstvo pigmentov).

Organely sú trvalé a vykonávajú životne dôležité funkcie. Zahŕňajú organely všeobecný význam(ribozómy, polyzómy, mikrofibrily a centrioly a iné) a špeciálne pre špecializované bunky (mikrovilly, mihalnice, synaptické vezikuly atď.).

Štruktúra živočíšnej eukaryotickej bunky

Eukaryotické bunky sú schopné endocytózy (vychytávanie živín cytoplazmatickou membránou).

Eukaryoty (ak existujú) majú inú chemickú povahu ako prokaryoty. V druhom prípade je založený na mureíne. V rastlinách je to najmä celulóza a v hubách je to chitín.

Genetický materiál eukaryotov je obsiahnutý v jadre a je zabalený v chromozómoch, ktoré sú komplexom DNA a proteínov (hlavne histónov).