Барлық жасушалық организмдер екі топқа бөлінеді: прокариоттар және эукариоттар.
Прокариоттар (ядросыз организмдер) — нақты ресімделген ядросы жоқ примитивті организмдер. Мұндай жасушаларда ДНҚ молекуласы бар ядролық аймақ ғана бөлінеді. Сонымен қатар, прокариоттар жасушаларында көптеген органоидтар жоқ. Оларда тек сыртқы жасушалық мембрана және рибосомалар бар. Прокариотқа бактериялар және көк балдырлар (цианея) жатады.
Эукариоттар-шынайы ядролық, нақты ресімделген ядросы және жасушаның барлық негізгі құрылымдық компоненттері бар. Эукариоттарға өсімдіктер, жануарлар, саңырауқұлақтар жатады. Эукариотты жасушаның күрделі құрылымы бар. Ол үш ажырамайтын бөліктен тұрады:
1) Сыртқы жасуша мембранасы, кейбіреулерінде қосымша қабығы бар;
2) цитоплазмалар және оның органоидтары;
3) ядро.
Сыртқы жасушалық мембрана-екі-Бран жасушалық құрылым, ол барлық ағзалардың жасушаларының тірі мазмұнын шектейді. Сайлау өткізгіштігіне ие бола отырып, ол жасушаны қорғайды, заттардың түсуін және сыртқы ортамен алмасуды реттейді, жасушаның белгілі бір түрін қолдайды. Жасушалық мембрана жоғары май қышқылдарының радикалдарынан жасалған гидрофобтық ұштары бір-біріне қараған фосфолипидтердің Қос қабатынан тұрады; сыртынан фосфор қышқылы мен глицериннің гидрофильді қалдықтары орналасады. Билипидті қабатта мозаикалы белоктардың молекулалары көмкерілген, олардың бір бөлігі мембрана өтетін, ал екіншісі-бетінде орналасқан немесе оған жартылай батырылған. Сыртқы жағынан ақуыздар мен липидтермен көмірсулар қосылған.
Заттар жасушаға әртүрлі жолдармен түседі: диффузно (төмен молекулалы иондар); осмос (су); энергия шығынымен белсенді көлікпен (арнайы ақуыз арналары арқылы); эндоцитоз (ірі бөлшектер) көмегімен.
Өсімдік организмдерінің жасушалары, мембранадан басқа саңырауқұлақтар сыртынан қабығы да бар. Бұл нәзік жасушалық құрылым целлюлозадан тұрады, жасушаның беріктігін береді, оны қорғайды, өсімдіктер мен саңырауқұлақтардың «қаңқасы» болып табылады. Қабықта заттар түсетін тесіктер бар.
Цитоплазмада, жасушаның жартылай ішіндегісімен барлық органоидтар бар.
Эндоплазмалық желі (ЭПС) — барлық цитоплазмадан өтетін каналдардың, түтіктердің, цистерналардың бірмембраналық жүйесі. Ол оны әр түрлі заттардың синтезі жүргізілетін жеке бөліктерге бөледі, клетканың жекелеген бөліктері мен заттардың тасымалдануы арасындағы қатынасты қамтамасыз етеді. Тегіс және түйіршіктелген ЭПС бар. Тегіс-липидтердің синтезі жүреді, гранулярлы-рибосомалар орналасады және ақуыз синтезделеді.
Рибосомалар-ақуыз синтезі бар саңырауқұлақ тәрізді пішінді ұсақ тельца. Олар үлкен және кіші суббірліктерді құрайтын рибосомальды РНК және ақуыздан тұрады.
Гольджи аппараты-ЭПС байланысты бірмембранды құрылым, жасушадан синтезделген заттарды орауды және шығаруды қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, оның құрылымдарынан лизосомалар пайда болады.
Лизосомалар-жоғары молекулалық заттарды ыдырататын гидролитикалық ферменттер бар, яғни жасушаішілік қорытуды қамтамасыз ететін шар тәрізді тельца.
Митохондрия-жартылай автоматты екі-ұзын пішінді Бран құрылымы. Сыртқы мембрана тегіс, ал ішкі беті үлкейтетін қатпарлар — кристалар бар. Митохондрияның ішінде ДНҚ, РНК, рибосома айналмалы молекуласы бар матрикс толтырылған.
Жасушалардағы митохондриялардың саны әртүрлі, жасушалардың өсуімен олардың саны бөліну нәтижесінде артады. Митохондрия-жасушалардың» энергетикалық станциялары». Тыныс алу процесінде олардағы заттардың ауа оттегімен түпкілікті тотығуы болады. Бөлінетін энергия осы құрылымдарда синтезі болатын АТФ молекулаларында қорланады.
Пластидтер өсімдік жасушаларына тән. Пластидтің үш түрі бар: хлоропласттар, лейкопласттар және хромопласттар.
Хлоропласттар-жартылай автоматты екімбырлы органоидтар сопақша пішінді, жасыл түсті. Ішкі бөлігі қырлары салынған жиекпен толтырылған. Қырлары мембраналық құрылымдардан — тиракоидтерден құрылған. Стромада ДНҚ, РНҚ, рибосоманың сақиналы молекуласы бар. «Мембранах орналасады фотосинтезирующий пигмент — хлорофилл. Хлоропласттарда фотосинтез процесі өтеді. Тиракоид мембранасында Жарық фазасының реакциялары, ал стромада — қараңғы.
Хромопласттар-қызыл, қызғылт сары және сары пигменттері бар шар тәрізді пішінді екі жақты органоидтар. Хромопласттар гүлдер мен жемістерге бояу береді, хлоропласттардан түзіледі.
Лейкопластар-өсімдіктің боялмаған бөліктеріндегі түссіз пластидтер. Құрамында қосалқы қоректік заттар бар, жарықта хлоропластқа өтуі мүмкін.
Хлоропласттардан басқа өсімдік жасушалары жасушалық шырынмен және қоректік заттармен толтырылған вакуольді — мембраналық торлар да болады.
Жасушалық орталық жасушаны бөлу процесін қамтамасыз етеді. Ол екі центриольден және центросферадан тұрады, олар веретен бөліну жіптерін құрайды және бөлінетін жасушада хромосомалардың біркелкі таралуына ықпал етеді. Жануарлар жасушаларына тән. —
Ядро-жасушаның тіршілік әрекетін реттеу орталығы. Ядро цитоплазмадан екі ядролық мембранамен бөлінген. Ішінде ол ДНҚ молекулалары бар кариоплазмамен толтырылған. Ядролық аппарат жасушаның тіршілік әрекетінің барлық процестерін реттейді, тұқым қуалайтын ақпаратты беруді қамтамасыз етеді. Мұнда ДНҚ, РНҚ, рибос синтезі бар. Жиі ядрода бір немесе бірнеше қара дөңгелек түзілімдерді — рибосомалар қалыптасатын және жинақталатын ядроларды көруге болады. ДНҚ молекулалары осы ағзаның, органның, тіннің, жасушаның белгілерін анықтайтын тұқым қуалайтын ақпаратты көтереді. ДНҚ молекуласының ядросында көрінбейді, өйткені хроматиннің жұқа жіптері түрінде болады. ДНҚ бөлу кезінде қатты спирализацияланады,қалыңдайды, ақуызы бар кешендер түзеді және хромосомалар-жақсы көрінетін құрылымдарға айналады.
Жоғарыда аталғандардан басқа, кейбір жасушалар негізінен бір жасушалы организмдердің қозғалысын қамтамасыз ететін ерекше органоидтар — кірпіктер мен жгутиктер бар. Олар көп жасушалы организмдердің кейбір жасушаларында (кірпік эпителий) бар. Кірпіктер мен жгутиктер жасушалық мембранамен қоршалған цитоплазманың өскіндерін білдіреді. Өсінділердің ішінде микротүшіктер бар, олардың қысқаруы жасушаның қозғалуына әкеледі.
Жасушадағы зат алмасу және энергияның түрленуі
Жасушаның тіршілік әрекетінің негізі зат алмасу және энергияның түрленуі болып табылады. Зат алмасу-энергияның бөлінуіне немесе сіңірілуіне байланысты ағзада өтетін синтездің және ыдыраудың барлық реакцияларының жиынтығы. Заттар мен энергия алмасуы өзара байланысты және қарама-қарсы екі процестерден тұрады: ассимиляция және диссимиляция.
Ассимиляция немесе пластикалық алмасу-АТФ молекулаларының ыдырауы есебінен энергияның жұтылуын қоса жүретін жоғары молекулалы органикалық заттардың синтезі реакцияларының жиынтығы.
Диссимиляция, немесе энергетикалық алмасу-энергияның бөлінуімен және оның АТФ синтезделген молекулаларында қорымен қоса жүретін Органикалық заттардың ыдырау және тотығу реакцияларының жиынтығы.
Зат алмасудың барлық реакциялары ферменттердің қатысуымен жүреді. АТФ клеткадағы барлық энергетикалық процестерді қамтамасыз ететін негізгі зат болып табылады, энергетикалық алмасу процесінде энергияны үнемдейді және пластикалық алмасу процесінде береді.
Жердегі энергияның жалғыз көзі-күн. Өсімдік жасушалары хлоропласт көмегімен күн энергиясын ұстап, оны синтезделген Органикалық заттардың химиялық байланыстарының энергиясына айналдырады. Өсімдіктерде Органикалық емес заттардың бастапқы синтезі жүреді: көмірқышқыл газы және күн энергиясы есебінен су. Барлық қалған ағзалар дайын органикалық заттарды пайдаланады, оларды ыдыратады, ал бөлінетін энергия АТФ молекулаларында қорланады. Қосалқы энергия әр организмге тән Органикалық заттардың синтезіне пластикалық алмасу процесінде жұмсалады. Зат алмасу процесінде энергияның бір бөлігі үнемі жылу түрінде жоғалады, сондықтан тірі организмдер жүйесінде энергияның тұрақты ағыны қажет. Осылайша, күн энергиясы органикалық заттарда шоғырланады, содан кейін ағзаның тіршілік ету процесінде қолданылады.
Қоректену тәсілі, органикалық заттар мен энергия алу көзі бойынша организмдер автотрофты және гетеротрофты болып бөлінеді.
Автотрофты организмдер күн сәулесінің энергиясын пайдалана отырып, Бейорганикалық (көмірқышқыл газынан, Судан, минералды тұздардан) фотосинтез процесінде органикалық заттарды синтездейді. Оларға барлық өсімдік ағзалары, көк жасыл балдырлар (цианобактериялар) жатады. Автотрофты тамақтануға Бейорганикалық заттардың: күкірттің, Темірдің, азоттың тотығуы кезінде бөлінетін энергияны пайдаланатын хемо-синтездеуші бактериялар да қабілетті.
Гетеротрофты организмдер дайын органикалық заттарды автотрофтерден алады. Энергия көзі диссимиляция процесінде ыдырайтын және тотығатын органикалық заттар болып табылады. Оларға жануарлар, саңырауқұлақтар, көптеген бактериялар жатады.
Автотрофтар Бейорганикалық көміртекті және басқа элементтерді сіңіре алады. Гетеротрофтар тек органикалық заттарды сіңіреді, олар ыдыраған кезде энергияны алады. Автотрофты және гетеротрофты организмдер өзара зат және энергия алмасу процестерімен байланысты.
Энергетикалық алмасу
Энергетикалық алмасу үш кезеңнен тұрады.
I кезең-дайындық. Бірінші кезеңде судың қатысуымен өтетін гидролиз реакциясы процесінде төмен молекулалы органикалық заттардың ыдырауы орын алады. Ол ас қорыту жолында, ал жасушалық деңгейде — лизосомдарда өтеді. Дайындық кезеңінде бөлінетін барлық энергия жылу түрінде шашырайды.
Дайындық кезеңінің реакциялары:
ақуыздар + Н20 — «аминқышқылдары + С; көмірсулар + Н20 -» глюкоза + ф; майлар + Н20 —> глицерин + жоғары майлы қышқылдар
II кезең-гликолиз, оттексіз тотығу. Глюкоза-ағзадағы алмасудың негізгі құралы. Барлық басқа заттар әртүрлі сатыларда оның айналу процестеріне тартылады. Органикалық заттардың одан әрі ыдырауы глюкоза алмасу мысалында қарастырылады.
Гликолиз процесі цитоплазмада өтеді. Глюкоза пирожүзім қышқылының (СКҚ) 2 молекуласына дейін ыдырайды, олар жасушалар мен организмдердің түріне байланысты сүт қышқылына, спиртке немесе басқа да органикалық заттарға айналуы мүмкін. Бұл ретте бөлінетін энергия ішінара АТФ 2 молекуласында қорланады, ал ішінара жылу түрінде жұмсалады. Оттексіз процестер ашыту деп аталады.
Гликолиз реакциялары:
С6Н1206-+>2С3Н403+4Н-глюкоза
ПВК2АТФ
2С3Н603 (сүт қышқылы) сүт қышқылды ашыту
2с2н5он + 2С02 (этил спирті) спирттік ашыту
Глюкозаның сатылы ыдырауы нәтижесінде СКҚ — С3Н403 2 молекуласы пайда болады. Бұл ретте тағы 4 н атомы босатылады, олар+ тасымалдаушымен жалғанады және 2НАД • Н + Н+түзіледі. Бұдан әрі PSK тағдыры оттегінің болуына байланысты. Анаэробты жағдайларда СКҚ сутегі қайтаратын • Н + Н + екі молекуланың қатысуымен сүт қышқылына немесе этанолға айналады. Егер процесс аэроб жағдайында жүрсе, онда СКҚ және 2НАД • Н + Н+ биологиялық тотығу реакциясына енеді.
III кезең-оттегі. Биологиялық тотығу митохондрияда өтеді. Пирожүзім қышқылы митохондрияға түседі, онда сірке қышқылына айналады, фермент-тасымалдаушымен қосылады және циклдық реакциялар сериясына кіреді-Кребс циклі. Осы реакциялардың нәтижесінде оттегінің қатысуымен көмірқышқыл газы және су түзіледі,ал митохондрий кристдарында бөлінетін энергия есебінен АТФ 36 молекуласы синтезделді.
Оттегі кезеңінің реакциялары:
2С3Н403 + 602 + 4Н-6С02 + 6Н20.
Осылайша, екі кезеңде глюкозаның ыдырауы кезінде АТФ 38 молекуласы қосындысы түзіледі, оның негізгі бөлігі — оттегі тотығуы кезінде.
Органикалық заттардың биологиялық тотығу процесі тыныс алу деп аталады.
Пластикалық алмасу. Фотосинтез
Фотосинтез-күн сәулесінің әсерінен органикалық емес (көмірқышқыл газы мен судан) заттардың бастапқы синтезі. Хлоропласттарда өсімдіктерде ағып өтеді. Фотосинтездің екі фазасы бар.
1. Жарық фазасы. Судың фотолизі. АТФ синтезі. Тиракоидтардың мембраналарында тек күн сәулесінің қатысуымен өтеді. Күн энергиясы арқылы реакциялардың үш тобы өтеді:
1) хлорофиллдің қозуы, электрондардың үзілуі және қозған электрондардың энергиясы есебінен АТФ синтезі;
2) су фотолизі-су молекуласының ыдырауы;
3) сутегі иондарын НАДФ тасымалдаушысымен байланыстыру.
Хлорофиллге түсіп, жарық кванттары молекуланы қозған күйге келтіреді. Бұл ретте электрондар қозған күйге ауысады және АТФ синтездеу орнына дейін мембранадағы электрондық тізбек бойынша өтеді. Жарықтың әсерінен су молекуласының ыдырауы және сутегі иондарының түзілуі жүреді. Тиракоидтардың мембранасында хлорофилл электрондарының есебінен сутегі иондарының НАДФ тасымалдаушысымен қосылуы жүреді,ал бөлінген энергия АТФ синтезіне жұмсалады. Судың фотолизінде пайда болған оттегінің иондары электрондарды хлорофиллге беріп, атмосфераға бөлінетін еркін оттегіге айналады.
2. Қараңғы фаза. Көміртекті бекіту. Глюкоза синтезі. Екінші сатыдағы реакциялардың өтуі үшін жарықтың болуы міндетті емес. Энергия көзі АТФ молекуласының бірінші сатысында синтезделген болып табылады.
4 — Н+ НАДФ • Н, АТФ және атмосферадан көмірқышқыл газ келіп түсетін хлоропласттар стромында циклдық реакциялар өтеді, оның нәтижесінде көмірқышқыл газы фиксациясы, оның Х Х Н + Н+ НАДФ есебінен сутегімен қалпына келуі және глюкоза синтезі жүреді. Бұл реакциялар Жарық фазасында сақталған АТФ энергиясы есебінен жүреді.
Қараңғы фазаның схемалық теңдеуі келесідей ұсынылуы мүмкін:
С6Н1206 + НАДФ + С02 + НАДФ * Н + Н + 2АДФ
Фотосинтездің жиынтық теңдеуі:
6С02 + 6Н20 -222+ С6Н1206 + 602Т.
Пластикалық алмасу. Ақуыз биосинтезі
Пластикалық алмасудың ең маңызды процесі ақуыз биосинтезі болып табылады. Ол организмдердің барлық жасушаларында өтеді.
Генетикалық коды. Ақуыз молекуласындағы аминқышқыл тізбегі ДНҚ молекуласында нуклеотидті бірізділік түрінде шифрленген және генетикалық код деп аталады. Бір ақуыз синтезіне жауапты ДНҚ молекуласының учаскесі ген деп аталады.
Генетикалық кодтың сипаттамасы.
1.Триплетен коды: әрбір амин қышқылына 3 нуклеотидтердің комбинациясы сәйкес келеді. Мұндай тіркестердің барлығы-64 код. Олардың 61 мағынасы бар код, яғни 20 амин қышқылдарына сәйкес келеді, ал 3 код-мағынасыз, амин қышқылдарына сәйкес келмейтін стоп-кодтар, гендер арасындағы аралық толтырады.
2. Код бірегей-әрбір триплет тек бір амин қышқылына сәйкес келеді.
3. Код пайда болады — әрбір аминқышқылда бір код бар. Мысалы, глицин амин қышқылдары-4 код: ЦЦА, ЦЦГ, ЦЦТ, ЦЦЦЦ, жиі амин қышқылдарында 2-3.
4. Әмбебап Код-барлық тірі организмдер амин қышқылдарының бір генетикалық коды бар.
5. Код үздіксіз-кодтар арасында аралық жоқ.
6. Бір кодтың соңғы нуклеотиді екіншісінің басы бола алмайды.
Биосинтез шарттары. Ақуыз биосинтезі үшін ДНК молекуласының генетикалық ақпараты қажет; Ақпараттық РНК — осы ақпаратты ядродан синтездеу орнына тасымалдаушы; рибосомалар — ақуыз синтезі болатын органоидтар; цитоплазмадағы аминқышқылдарының жиынтығы; аминқышқылдарын кодтайтын және оларды синтездеу орнына рибосомаға көшіретін көліктік РНК; АТФ — кодтау және биосинтез процесін энергиямен қамтамасыз ететін зат.
Биосинтез кезеңдері
Транскрипция-ядрода өтетін ДНҚ матрицасында РНҚ барлық түрлерінің биосинтез процесі.
ДНҚ молекуласының белгілі бір учаскесі деспирализацияланады, екі тізбек арасындағы сутекті байланыстар ферменттердің әсерінен бұзылады. ДНҚ бір тізбегінде матрицада сияқты нуклеотидтерден комплементарлық принцип бойынша РНК-көшірме синтезделінеді. ДНҚ учаскесіне байланысты рибосомдық, көліктік, ақпараттық РНК синтезделді.
ИРНК синтезінен кейін ол ядродан шығып, рибосомаға ақуыз синтезі орнына цитоплазмаға жіберіледі.
Трансляция-рибосомада жүзеге асырылатын полипептидті тізбектерді синтездеу процесі, мұнда иРНК ақуыздың бастапқы құрылымы туралы ақпаратты таратуда делдал болып табылады.
Ақуыз биосинтезі бірқатар реакциялардан тұрады.
1. Амин қышқылдарын белсендіру және кодтау. тРНК орталық ілмекте белгілі бір аминқышқылдардың кодына және иРНК кодына сәйкес триплетті антикодон орналасқан Клевер парақтың түрі бар. Әрбір аминқышқыл АТФ энергиясы есебінен тиісті тРНК-пен қосылады. ТРНК-амин қышқылы кешені пайда болады, ол рибосомаға түседі.
2. ИРНК-рибосома кешенінің құрылуы. иРНК в цитоплазме жалғанады рибосомами арналған гранулярной ТПС.
3. Полипептидті тізбекті құрастыру. антикодонның комплементарлық принципі бойынша амин қышқылдарымен тРНК кодонмен иРНК-мен қосылады және рибосомаға кіреді. Рибосома пептидті орталығында екі амин қышқылдарының арасында пептидті байланыс пайда болады, ал босаған тРНК рибосомадан кетеді. Сонымен қатар, иРНК әр жолы жаңа тРНК-амин қышқылына еніп, рибосомадан босаған тРНК шығады. Барлық процесс АТФ энергиясымен қамтамасыз етіледі. Бір иРНК бірнеше рибосомамен біріктірілуі мүмкін, онда бір ақуыздың көптеген молекулаларының синтезі жүреді. Синтез шнк-да мағынасыз кодондар (стоп-кодтар) басталғанда аяқталады. Рибосомалар иРНК-дан бөлінеді, олардан полипептидті тізбектер алынады. Синтездің барлық процесі гранулярлы эндо-плазмалық желіде жүретіндіктен, пайда болған полипептидті тізбектер ЭПС арнасына түседі, онда түпкілікті құрылымды алады және ақуыз молекулаларына айналады.
Синтездің барлық реакциялары АТФ энергия шығынымен арнайы ферменттермен катализдалады. Синтез жылдамдығы өте үлкен және полипептид ұзындығына байланысты. Мысалы, ішек таяқшасының рибосомасында 300 амин қышқылынан тұратын ақуыз шамамен 15-20 с синтезделеді.