Процеси самооновлення та саморегуляції в біологічних системах. Клітина як цілісна система

Тема 10. Процеси самооновлення та саморегуляції в біологічних системах. Клітина як цілісна система

10.1. Життєвий цикл клітин

10.2. Обмін речовин та енергії

10.3. Біосинтез білка. Роль нуклеїнових кислот

10.4. Фотосинтез, його світлова і темнова фази

10.5. Авторегуляція хімічної активності клітин

10.1. Життєвий цикл клітин

Життєвий цикл клітини (клітинний цикл) – це період життя клітини від одного поділу до наступного. Період між поділами називається – інтерфаза, в ньому відбуваються процеси росту, подвоєння молекул ДНК, синтезу білків та інших органічних сполук, ділення мітохондрій і пластид, розростання ендоплазматичної сітки тощо. Інтенсивно акумулюється енергія. Це найдовша фаза клітинного циклу, що займає 70-90% усього циклу.

Існують такі види поділу (репродукції) клітин:

Мітоз – супроводжується спіралізацією хромосом та утворенням апарату, який забезпечує рівномірний розподіл спадкового матеріалу материнської клітини між двома дочірніми. В такий спосіб, у тканинах організму, де життя клітин нетривале (епітелій, слизова оболонка кишечника, кровотвірна тканина), клітинні популяції підтримуються на визначеному, приблизно постійному кількісному рівні, необхідному для виконання тканиною функцій.

Мейоз – в результаті якого кількість хромосом зменшується вдвічі й утворюються гаплоїдні клітини. У багатоклітинних тварин і людини, а також у деяких водоростей і найпростіших, основна, найтриваліша стадія життєвого циклу характеризується диплоїдним (2n) набором хромосом. Гаплоїдними (n) у цих організмів є лише гамети і мейоз, відбувається в процесі їх утворення (тобто в процесі гаметогенезу). На відміну від мітозу, мейоз у гетерозиготних організмів приводить до виникнення статевих клітин з різною генетичною інформацією (двояйцеві близнята, або діти одних батьків).

Амітоз – веде до утворення дво- або багатоядерних клітин. Здебільшого характерний для старіючих клітин, прирречених на загибель. Амітози спостерігаються також при регенерації та патологічних процесах (запалення, злоякісний ріст). Питання існування амітозу як фізіологічного явища залишається проблемлою і вимагає остаточного розв’язання.

Ендорепродукція – це відтворення (збільшення) генетичного матеріалу (вмісту ДНК) в межах одного ядра. В результаті руйнується мітотичне веретено, навколо подвоєного числа хромосом формується ядерна оболонка, дочірні хромосоми не розходяться і клітина не ділиться.

10.2. Обмін речовин та енергії

Загальнобіологічна суть обміну речовин як специфічної властивості живої матерії полягає в тому, що всі живі організми вилучають з навколишнього середовища різні органічні і неорганічні сполуки та хімічні елементи, використовують їх у своїй життєдіяльності, і виділяють у зовнішнє середовище кінцеві продукти обміну у вигляді простіших органічних і неорганічних сполук. Обмін речовин можна схарактеризувати як комплекс біохімічних і фізіологічних процесів, які забезпечують життєдіяльність організмів у тісному взаємозв'язку з навколишнім середовищем. Комплекс фізіологічних процесів, що вивчається на рівні цілісного вищого організму, охоплює акти дихання, живлення, травлення, всмоктування, а також виділення продуктів обміну органами і системами (шкіра, легені, видільна система, травний апарат).

Організми За джерелом енергії

Фототрофи Хемотрофи

За джерелами органічних речовин

АвтотрофиФотоавтотрофи (рослини, ціанобактерії, фотосинтезуючі бактерії)Хемоавтотрофи (нітрифікуючі бактерії, сіркобактерії, залізобактерії)

ГетеротрофиФотогетеротрофи (пурпурні бактерії)Хемогетеротрофи (тварини,

гриби, паразитичні рослини)

1. Пластичний і енергетичний обмін

Біохімічні процеси, які вивчаються на рівні тканин і клітин, охоплюють хімічні перетворення і видозміни структур білків, жирів і вуглеводів, що надходять в організм у вигляді їжі. Всі ці процеси відбуваються за участю великої кількості ферментів, які забезпечують певну послідовність обмінних реакцій у часі, місце і швидкість перебігу їх. Одночасно з процесом розкладання складних органічних сполук на простіші, у клітині відбуваються також процеси синтезу складних органічних сполук (біологічний синтез, або біосинтез). Цим терміном позначають усі біохімічні процеси, які відбуваються в живих організмах і супроводжуються утворенням із простих, низькомолекулярних речовин складних високомолекулярних сполук (нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів). Основні хімічні сполуки (амінокислоти, нуклеотиди тощо) синтезуються в клітині із глюкози та аміаку, в результаті перебігу кількох сотень послідовних хімічних реакцій. Кожний етап у цій послідовності реакцій здійснюється специфічним ферментом. Отже, глюкоза — це джерело енергії в клітині й основна хімічна сполука для синтезу найважливіших органічних речовин. Процеси розщеплення і синтезу в клітині узгоджені так, що близько половини вуглецевих атомів входить до складу різних хімічних сполук, а решта окиснюється до вуглекислого газу.

Сукупність усіх реакцій біосинтезу прийнято називати асиміляцією (анаболізмом) (лат. уподібнення), або пластичним обміном. Усі реакції пластичного обміну відбуваються з поглинанням енергії (ендотермічні). Протилежний процес — розщеплення й окиснення органічних сполук у клітині — має назву дисиміляції (катаболізму) (лат. — робити несхожим), або енергетичного обміну. Всі реакції енергетичного обміну відбуваються з виділенням енергії (екзотермічні).

Обмін речовин (метаболізм) – надходження в організм поживних речовин із навколишнього середовища, їх перетворення та виведення з організму продуктів життєдіяльності.

Реакції, які відбуваються під час асиміляції і дисиміляції, хоча й протилежні, однак у живих організмах тісно взаємозв'язані і невіддільні одні від одних. Вони становлять дві сторони єдиного процесу обміну речовин.

Обмін речовин і енергії в клітині (сукупність пластичного та енергетичного обмінів) — це основна умова підтримання життя клітини, основа її функціонування й розвитку.

2. Етапи енергетичного обміну

Для життєдіяльності клітини, її функціонування, росту, розмноження, синтезу органічних сполук необхідна енергія. Основним джерелом отримання енергії клітиною