Chemische Zusammensetzung Zellen. Nicht organische Materie Zellen

Grundlegende Eigenschaften und Organisationsebenen der belebten Natur

Die Organisationsebenen lebender Systeme spiegeln Unterordnung, Hierarchie wider strukturelle Organisation Leben:

Molekulargenetik - einzelne Biopolymere (DNA, RNA, Proteine);

Zellular - eine elementare, sich selbst reproduzierende Lebenseinheit (Prokaryoten, einzellige Eukaryoten), Gewebe, Organe;

Organismisch - unabhängige Existenz Individuell;

Populationsart - eine elementare sich entwickelnde Einheit - eine Population;

Biogeozänotisch - Ökosysteme bestehend aus verschiedenen Populationen und deren Lebensraum;

Biosphäre - die gesamte lebende Bevölkerung der Erde, die die Zirkulation von Substanzen in der Natur gewährleistet.

Die Natur ist die gesamte existierende materielle Welt in all ihrer Formenvielfalt. Die Einheit der Natur manifestiert sich in der Objektivität ihrer Existenz, der gemeinsamen elementaren Zusammensetzung, der Unterordnung unter dieselben physikalischen Gesetze, in der systemischen Natur der Organisation. Verschiedene natürliche Systeme, sowohl lebende als auch nicht lebende, sind miteinander verbunden und interagieren miteinander. Ein Beispiel für systemische Wechselwirkungen ist die Biosphäre.

Die Biologie ist ein Komplex von Wissenschaften, der die Muster der Entwicklung und des Lebens lebender Systeme, die Gründe für ihre Vielfalt und Anpassungsfähigkeit untersucht Umfeld, die Beziehung zu anderen lebenden Systemen und Objekten der unbelebten Natur.

Das Objekt der biologischen Forschung ist die Tierwelt.

Gegenstand der Biologie sind:

Allgemeine und besondere Organisations-, Entwicklungs-, Stoffwechsel-, Erbinformationsmuster;

Die Vielfalt der Lebensformen und Organismen selbst sowie ihre Beziehung zur Umwelt.

Die ganze Vielfalt des Lebens auf der Erde wird erklärt evolutionärer Prozess und Umwelteinflüsse auf Organismen.

Die Essenz des Lebens wird von M.V. Volkenstein als die Existenz von „lebenden Körpern“ auf der Erde, die offene, sich selbst regulierende und sich selbst reproduzierende Systeme sind, die aus Biopolymeren – Proteinen u Nukleinsäuren».

Die Haupteigenschaften lebender Systeme:

Stoffwechsel;

Selbstregulierung;

Reizbarkeit;

Variabilität;

Vererbung;

Reproduktion;

Die chemische Zusammensetzung der Zelle. Anorganische Substanzen der Zelle

Die Zytologie ist eine Wissenschaft, die den Aufbau und die Funktionen von Zellen untersucht. Die Zelle ist die elementare bauliche und funktionelle Einheit lebender Organismen. Zellen Einzeller alle Eigenschaften und Funktionen lebender Systeme sind inhärent. Zellen mehrzellige Organismen differenziert nach Aufbau und Funktion.

Atomare Zusammensetzung: Die Zelle enthält etwa 70 Elemente des Mendelejew-Periodensystems der Elemente, und 24 davon sind in allen Zelltypen vorhanden.

Makronährstoffe – H, O, N, C, Mikroelemente – Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S, Ultramikroelemente – Zn, Cu, I, F, Mn, Co, Si usw.

Molekulare Zusammensetzung: Die Zusammensetzung der Zelle umfasst Moleküle anorganischer und organischer Verbindungen.

Anorganische Substanzen der Zelle

Wasser. Das Wassermolekül hat eine nichtlineare räumliche Struktur und Polarität. Zwischen einzelnen Molekülen entstehen Wasserstoffbrückenbindungen, die die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers bestimmen.

Reis. 1. Wassermolekül 2. Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen

Physikalische Eigenschaften von Wasser:

Wasser kann in drei Zuständen vorliegen – flüssig, fest und gasförmig;

Wasser ist ein Lösungsmittel. Polare Wassermoleküle lösen polare Moleküle anderer Stoffe. Stoffe, die in Wasser löslich sind, werden als hydrophil bezeichnet. In Wasser unlösliche Substanzen sind hydrophob;

Hohe spezifische Wärmekapazität. Es braucht viel Energie, um die Wasserstoffbrücken zu brechen, die Wassermoleküle zusammenhalten. Diese Eigenschaft des Wassers sorgt für die Aufrechterhaltung des Wärmegleichgewichts im Körper;

Hohe Verdampfungswärme. Es braucht viel Energie, um Wasser zu verdampfen. Der Siedepunkt von Wasser ist höher als der vieler anderer Stoffe. Diese Eigenschaft des Wassers schützt den Körper vor Überhitzung;

Wassermoleküle sind in ständiger Bewegung, sie kollidieren in der für Stoffwechselvorgänge wichtigen flüssigen Phase miteinander;

Kupplung u Oberflächenspannung. Wasserstoffbrückenbindungen bestimmen die Viskosität von Wasser und die Haftung seiner Moleküle an den Molekülen anderer Stoffe (Kohäsion). Durch die Adhäsionskräfte von Molekülen entsteht auf der Wasseroberfläche ein Film, der durch Oberflächenspannung gekennzeichnet ist;

Dichte. Beim Abkühlen verlangsamt sich die Bewegung der Wassermoleküle. Die Anzahl der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Molekülen wird maximal. Wasser hat bei 4°C die höchste Dichte. Beim Gefrieren dehnt sich Wasser aus (ein Platz wird für die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen benötigt) und seine Dichte nimmt ab, sodass Eis auf der Wasseroberfläche schwimmt, wodurch das Reservoir vor dem Einfrieren geschützt wird.

Die Fähigkeit, kolloidale Strukturen zu bilden. Wassermoleküle bilden eine Hülle um die unlöslichen Moleküle einiger Substanzen und verhindern so die Bildung großer Partikel. Dieser Zustand dieser Moleküle wird als dispergiert (verstreut) bezeichnet. Es bilden sich kleinste Partikel von Stoffen, die von Wassermolekülen umgeben sind Kolloidale Lösungen(Zytoplasma, interzelluläre Flüssigkeiten).

Biologische Funktionen des Wassers:

Transport - Wasser sorgt für die Bewegung von Stoffen in Zelle und Körper, die Aufnahme von Stoffen und die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten. In der Natur transportiert Wasser Abfallprodukte zu Böden und Gewässern;

Stoffwechsel - Wasser ist ein Medium für alle biochemischen Reaktionen und ein Elektronenspender während der Photosynthese, es ist notwendig für die Hydrolyse von Makromolekülen zu ihren Monomeren;

Beteiligt sich an der Ausbildung:

1) Schmierflüssigkeiten, die die Reibung reduzieren (Synovial - in den Gelenken von Wirbeltieren, Pleura, in der Pleurahöhle, Perikard - im Perikardsack);

2) Schleim, der die Bewegung von Substanzen durch den Darm erleichtert, schafft eine feuchte Umgebung auf den Schleimhäuten der Atemwege;

3) Geheimnisse (Speichel, Tränen, Galle, Sperma usw.) und Säfte im Körper.

anorganische Ionen. Anorganische Zellionen werden dargestellt durch: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3 Kationen und Cl-, NOi2-, H2PO4-, HCO3-, HPO42- Anionen.

Der Unterschied zwischen der Anzahl von Kationen und Anionen auf der Oberfläche und im Inneren der Zelle sorgt für das Auftreten eines Aktionspotentials, das der Nerven- und Muskelerregung zugrunde liegt.

Phosphorsäureanionen bilden ein Phosphatpuffersystem, das den pH-Wert der intrazellulären Umgebung des Körpers auf einem Niveau von 6-9 hält.

Kohlensäure und ihre Anionen bilden ein Bicarbonat-Puffersystem und halten den pH-Wert des extrazellulären Mediums (Blutplasma) auf einem Niveau von 4-7.

Stickstoffverbindungen dienen als Mineralstoffquelle, Synthese von Proteinen, Nukleinsäuren. Phosphoratome sind Teil der Nukleinsäuren, Phospholipide sowie der Knochen von Wirbeltieren, der Chitinhülle von Arthropoden. Calciumionen sind Bestandteil der Knochensubstanz, sie sind auch notwendig für die Durchführung der Muskelkontraktion, der Blutgerinnung.

Wasser- einer der grundlegendsten Bestandteile einer lebenden Zelle, der durchschnittlich 70-80 % der Masse der Zelle ausmacht. In der Zelle liegt Wasser in freier (95 %) und gebundener (5 %) Form vor. Es ist nicht nur Teil ihrer Zusammensetzung, sondern für viele Organismen auch ein Lebensraum.

Die Rolle des Wassers in der Zelle wird durch seine einzigartige chemische Zusammensetzung bestimmt physikalische Eigenschaften, verbunden hauptsächlich mit der geringen Größe der Moleküle, mit der Polarität ihrer Moleküle und mit ihrer Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen miteinander zu bilden. Wasser als Bestandteil biologischer Systeme erfüllt folgende wichtige Funktionen:

1. Wasser ist ein universelles Lösungsmittel für polare Stoffe, wie Salze, Zucker, Alkohole, Säuren usw. Stoffe, die in Wasser gut löslich sind, werden als hydrophil bezeichnet.

2. Wassermoleküle sind an vielen chemischen Reaktionen beteiligt, beispielsweise an der Hydrolyse von Polymeren.

3. Bei der Photosynthese ist Wasser ein Elektronenspender, eine Quelle für Wasserstoffionen und freien Sauerstoff.

4. Wasser löst oder vermischt sich nicht mit unpolaren Stoffen, da es mit ihnen keine Wasserstoffbrückenbindungen bilden kann. Stoffe, die in Wasser unlöslich sind, werden als hydrophob bezeichnet.

5. Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität. Es braucht viel Energie, um die Wasserstoffbrücken zu brechen, die Wassermoleküle zusammenhalten. Diese Eigenschaft gewährleistet die Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts des Körpers bei erheblichen Temperaturschwankungen in der Umgebung.

6. Wasser hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die es dem Körper ermöglicht, über sein gesamtes Volumen hinweg die gleiche Temperatur aufrechtzuerhalten.

7. Wasser zeichnet sich durch eine hohe Verdampfungswärme aus, dh die Fähigkeit von Molekülen, eine erhebliche Wärmemenge mit sich zu führen, während der Körper gekühlt wird. Aufgrund dieser Eigenschaft von Wasser, die sich beim Schwitzen bei Säugetieren, thermischer Atemnot bei Krokodilen und anderen Tieren, Transpiration bei Pflanzen manifestiert, wird deren Überhitzung verhindert.

8. Wasser hat eine außergewöhnlich hohe Oberflächenspannung. Diese Eigenschaft ist von großer Bedeutung für die Bewegung von Lösungen durch Gewebe (Blutzirkulation, aufsteigende und absteigende Strömungen in Pflanzen). Vielen kleinen Organismen ermöglicht die Oberflächenspannung, über die Wasseroberfläche zu schweben oder zu gleiten.

9. Wasser sorgt für die Bewegung von Stoffen in Zelle und Körper, die Aufnahme von Stoffen und die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten.

10. In Pflanzen bestimmt Wasser den Turgor der Zellen, und bei manchen Tieren ist es eine Leistung Unterstützungsfunktionen, ein hydrostatisches Skelett (Rund- und Anneliden, Stachelhäuter).

11. Wasser - Komponente Schmierflüssigkeiten (Synovial - in den Gelenken von Wirbeltieren, Pleura - in der Pleurahöhle, Perikard - im Herzbeutel) und Schleim (erleichtern die Bewegung von Substanzen durch den Darm, schaffen eine feuchte Umgebung auf den Schleimhäuten der Atemwege) . Es ist Bestandteil von Speichel, Galle, Tränen etc.

Eigenschaften, Funktionen und Bedeutung von Wasser

Mineralsalze. Moleküle von Salzen in einer wässrigen Lösung zerfallen in Kationen und Anionen. Kationen (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+) und Anionen (Cl-, H2P04 -, HP042-, HC03 -, NO3 2-, SO4 2-) sind von größter Bedeutung, einige Ionen sind an der Aktivierung von Enzymen beteiligt , die Erzeugung von osmotischem Druck in der Zelle, bei Prozessen der Muskelkontraktion, Blutgerinnung usw. Für die Synthese wichtiger organischer Substanzen (z. B. Phospholipide, ATP, Nukleotide, Hämoglobin, Chlorophyll) sind eine Reihe von Kationen und Anionen erforderlich usw.) sowie Aminosäuren, die Quellen von Stickstoff- und Schwefelatomen sind. Salzsäure ist Bestandteil des Magensaftes. Calcium- und Phosphorsalze sind enthalten Knochengewebe Tiere und Menschen.

organische Substanzen. Die Basis aller organischen Verbindungen ist Kohlenstoff (C), der mit anderen Atomen und deren Gruppen Bindungen eingeht. Infolgedessen komplex Chemische Komponenten, die sich in Struktur und Funktion unterscheiden, sind Makromoleküle (von den griechischen Makros - groß).

Makromoleküle bestehen aus sich wiederholenden niedermolekularen Verbindungen, - Monomere(aus dem Griechischen monos - eins).

Polymer(vom griechischen poly - viel) – ein aus Monomeren gebildetes Makromolekül.

In Polymermolekülen können Monomere gleich oder verschieden sein. Je nachdem, welche Monomere in der Zusammensetzung von Polymeren enthalten sind, werden Polymere in folgende Gruppen eingeteilt:

Polymere

Regelmäßig unregelmäßig

A-A-A-A-A-A- - A-B-A-C- B-A-A-D- C- A-

A-S-D-A-S-D-A-S-D-

Die Polymere, aus denen lebende Organismen bestehen, werden genannt Biopolymere, deren Eigenschaften von der Struktur ihrer Moleküle, der Anzahl und Vielfalt der Monomere abhängen. Biopolymere sind universell, da sie in allen lebenden Organismen nach einem einzigen Plan aufgebaut sind. Die Vielfalt der Eigenschaften von Biopolymeren ist auf unterschiedliche Kombinationen von Monomeren zurückzuführen, die unterschiedliche Varianten bilden. Die Eigenschaften von Biopolymeren manifestieren sich nur in einer lebenden Zelle.

Kohlenhydrate oder Saccharide, - organische Verbindungen, zu denen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff gehören. Sie haben den Namen "Kohlenhydrate" aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung erhalten: Die allgemeine Formel der meisten von ihnen ist Сn(H2O)n.

Die Zusammensetzung und Struktur von Kohlenhydraten

Monosaccharide- einfache Zucker mit der allgemeinen Formel (CH2O)n, wobei n=3-9. Unter Monosacchariden werden Triosen (3C), Tetraosen (4C), Pentosen (5C) - Ribose, Desoxyribose, Hexosen (6C) - Glucose, Galactose unterschieden. Monosaccharide lösen sich gut in Wasser, sie haben einen süßen Geschmack. Fructose ist ein Bestandteil von Honig, der in Früchten und grünen Pflanzenteilen vorkommt. Glukose kommt in Früchten, Blut und Lymphe vor, ist die Hauptenergiequelle und Teil von Disacchariden und Polysacchariden.

Disaccharide- Substanzen, die durch die Kondensation von zwei Monosaccharidmolekülen unter Verlust eines Wassermoleküls entstehen. In Pflanzen ist es Saccharose (С12Н22О11) und Maltose, in Tieren ist es Lactose. Saccharose ist die Haupttransportform von Kohlenhydraten in Pflanzen. Laktose wird in der Milchdrüse produziert und ist in der Milch enthalten.

Glucose + Glucose = Maltose;
Glucose + Galactose = Lactose;
Glucose + Fructose = Saccharose.

Aufgrund ihrer Eigenschaften sind Disaccharide den Monosacchariden sehr ähnlich. Sie lösen sich gut in Wasser auf und haben einen süßen Geschmack.

Polysaccharide sind Kohlenhydrate mit hohem Molekulargewicht, die durch Kombination gebildet werden eine große Anzahl Monosaccharidmoleküle, In Pflanzen - Stärke, Zellulose (Faser), Formel (С6Н10О5) n; bei Tieren - Glykogen, Chitin. Zellulose ist der wichtigste Stützbestandteil der Zellwand in Pflanzen. Stärke ist das wichtigste Reservekohlenhydrat in Pflanzen. Glykogen ist ein Reserve-Polysaccharid von Tieren (sammelt sich in Leber und Muskeln an. Chitin ist Teil der Haut von Arthropoden und sorgt für die Festigkeit der Haut von Pilzen.

Lokalisation in Zelle und Körper: Zellwand, Zelleinschlüsse, Zellflüssigkeit Pflanzen, Arthropodenabdeckungen.

Funktionen von Kohlenhydraten:

1) Energie. Kohlenhydrate sind die Hauptenergiequelle für Organismen. Bei der Oxidation setzt 1 g Kohlenhydrate 17,6 kJ frei.

2) Strukturell. Die Zellwände von Pflanzen sind aus Zellulose aufgebaut. Die Integumente des Körpers von Arthropoden, die Zellwände von Pilzen bestehen aus Chitin. Kohlenhydrate sind Teil von Organellen, DNA- und RNA-Molekülen.

3) Reservieren. Diese Funktion übernimmt bei Pflanzen Stärke, bei Tieren Glykogen. Sie haben die Fähigkeit, sich in Zellen anzureichern und bei steigendem Energiebedarf verbraucht zu werden.

4) Schützend. Die Drüsen sondern Sekrete ab, die Kohlenhydrate enthalten. Geheimnisse schützen die Wände von Hohlorganen (Magen, Darm) vor mechanischer Beschädigung, Eindringen pathogener Bakterien.

Lipide- dies sind fettähnliche Substanzen, von denen die meisten aus Fettsäuren und dreiwertigem Alkohol bestehen; Dies sind Ester aus höheren Fettsäuren und dem dreiwertigen Alkohol Glycerin.

Fette sind die einfachsten und am häufigsten vorkommenden Lipide. Flüssige Fette werden Öle genannt. Bei Tieren kommen Öle in der Milch vor, bei Pflanzen jedoch häufiger in Samen und Früchten.

Die Zusammensetzung und Struktur von Lipiden

Ort der Synthese in der Zelle: auf den Membranen des glatten endoplasmatischen Retikulums.

Lokalisation in der Zelle und im Körper: Zellmembran, Zelleinschlüsse, subkutanes Fettgewebe und Netze.

Funktionen von Lipiden:

1) Energie. Lipide - "Energiedepot". Wenn 1 g Lipide zu CO2 und H2O oxidiert werden, werden 38,9 kJ freigesetzt, was doppelt so viel ist wie bei Kohlenhydraten und Proteinen.

2) Strukturell. Lipide sind am Aufbau von Zellmembranen und der Bildung wichtiger biologischer Verbindungen wie Hormone, Vitamine beteiligt.

3) Reservieren. Pflanzen speichern eher Öle als Fette. Soja- und Sonnenblumenkerne sind reich an Ölen.

4) Schützend und wärmeisolierend. Fette leiten Wärme nicht gut. Sie lagern sich unter der Haut von Tieren ab, bei einigen erreichen solche Ansammlungen eine Dicke von bis zu 1 m, beispielsweise bei Walen. Die Fettschicht schützt Tiere vor Unterkühlung. Fettgewebe fungiert als Thermostat. Bei Walen spielt es außerdem eine andere Rolle - es trägt zum Auftrieb bei. Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit trägt die Unterhautfettschicht dazu bei, Wärme zu speichern, wodurch beispielsweise viele Tiere in kalten Klimazonen leben können.

5) Schmierend und wasserabweisend. Wachs umhüllt Haut, Wolle, Federn, macht sie elastischer und schützt sie vor Feuchtigkeit. Blätter und Früchte vieler Pflanzen sind mit Wachs überzogen. Diese Schicht schützt die Blätter vor Nässe bei starkem Regen.

6) Vorschriften. Viele biologisch aktive Substanzen (Sexualhormone - Testosteron in

Männer und Progesteron bei Frauen), Vitamine (A, D, E) sind Verbindungen des Lipids

7) Stoffwechselwasserquelle. Eines der Produkte der Fettoxidation ist Wasser, das

sehr wichtig für einige Bewohner der Tierwelt der Wüsten, zum Beispiel für Kamele.

Das Fett, das diese Tiere in ihren Höckern speichern, ist eine Wasserquelle. Oxidation 100 g

Fett ergibt etwa 105 g Wasser. Das für die Lebenstätigkeit notwendige Wasser tragen Bären, Murmeltiere u

andere überwinternde Tiere werden durch Oxidation fett.

8) In den Myelinscheiden der Axone von Nervenzellen sind Lipide Isolatoren bei der Weiterleitung von Nervenimpulsen.

9) Wachs wird von Bienen zum Bau von Waben verwendet.

Lipide können mit anderen biologischen Molekülen - Proteinen und Zuckern - Komplexe bilden.

Proteine ​​bzw Proteine (aus dem griechischen Protos - dem ersten) - die zahlreichsten, vielfältigsten und wichtigsten organischen Verbindungen. Proteine ​​sind Makromoleküle, weil sie groß sind.

Chemische Zusammensetzung Proteinmoleküle: Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Eisen, Zink, Kupfer können auch sein.

Proteine ​​sind Polymere, die aus sich wiederholenden Monomeren mit niedrigem Molekulargewicht bestehen. Aminosäuren sind Monomere von Proteinmolekülen. Es ist bekannt, dass etwa 200 Aminosäuren in lebenden Organismen vorkommen, aber nur 20 davon sind Teil von Proteinen. Dies sind die sogenannten basischen oder eiweißbildenden Aminosäuren. 20 Aminosäuren liefern eine Vielzahl von Proteinen. In Pflanzen werden alle notwendigen Aminosäuren aus den Primärprodukten der Photosynthese synthetisiert. Mensch und Tier können eine Reihe von Aminosäuren nicht synthetisieren und müssen sie in fertiger Form mit der Nahrung aufnehmen. Solche Aminosäuren werden als essentiell bezeichnet. Dazu gehören Lysin, Valin, Leucin, Isoleucin, Threonin, Phenylalanin, Tryptophan, Methionin, Arginin und Histidin (insgesamt 10).

Die Struktur der Aminosäure:

Zwischen der Aminogruppe einer Aminosäure und der Carboxylgruppe einer anderen Aminosäure wird eine kovalente Bindung gebildet. Peptidbindung, und das Proteinmolekül Polypeptid.

In einer Lösung können Aminosäuren sowohl als Säuren als auch als Basen wirken, d. h. sie sind amphotere Verbindungen. Die Carboxylgruppe -COOH ist in der Lage, ein Proton abzugeben und als Säure zu fungieren, und die Amingruppe -NH2 - kann ein Proton aufnehmen und weist somit die Eigenschaften einer Base auf.

Die Struktur von Proteinen. Jedes Protein in einer bestimmten Umgebung zeichnet sich durch eine besondere räumliche Struktur aus. Bei der Charakterisierung der räumlichen (dreidimensionalen) Struktur werden vier Organisationsebenen von Proteinmolekülen unterschieden.

Ebenen der strukturellen Proteinorganisation: a - Primärstruktur - Aminosäuresequenz des Proteins; b - Sekundärstruktur - die Polypeptidkette ist spiralförmig verdreht; c - Tertiärstruktur des Proteins; d - Quartärstruktur von Hämoglobin.

Ort der Proteinsynthese in der Zelle: an Ribosomen.

Lokalisierung von Proteinen in der Zelle und im Körper: in allen Organellen und der zytoplasmatischen Matrix vorhanden.

Die räumliche Struktur des Proteins:

Primäre Struktur Protein - eine Sequenz von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind, um eine Polypeptidkette zu bilden. Alle Eigenschaften und Funktionen von Proteinen hängen von der Primärstruktur ab. Der Austausch einer einzelnen Aminosäure in der Zusammensetzung von Proteinmolekülen oder eine Verletzung der Reihenfolge in ihrer Anordnung zieht in der Regel eine Änderung der Funktion des Proteins nach sich.

sekundäre Struktur Proteinmolekül wird durch seine Spiralisierung erreicht: Die Polypeptidkette, bestehend aus hintereinander verbundenen Aminosäuren, windet sich zu einer Spirale, zwischen - CO- und - NH-Gruppen werden fragile Wasserstoffbrückenbindungen gebildet.

Bei Bildung Tertiärstruktur das spiralisierte Proteinmolekül faltet sich immer noch wiederholt und bildet eine Kugel - ein Kügelchen. Die Stärke der Tertiärstruktur wird durch verschiedene Bindungen bestimmt, zum Beispiel Disulfidbindungen (-S-S-), Ionen, Wasserstoff, hydrophobe Wechselwirkung.

Quartäre Struktur ist eine Verbindung, die aus mehreren Proteinmolekülen mit einer Tertiärstruktur besteht. Chemische Bindungen - ionische, Wasserstoff-, hydrophobe Wechselwirkung.

Die Primärstruktur ist also eine lineare Struktur in Form einer Polypeptidkette; sekundär - Spirale aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen; tertiär - kugelförmig; quaternär - die Vereinigung mehrerer Proteinmoleküle mit einer Tertiärstruktur.

Die Eigenschaft eines Proteins Denaturierung- Verletzung der natürlichen Struktur des Proteins, die reversibel ist, wenn die Primärstruktur nicht zerstört wird, und irreversibel ist, wenn die Primärstruktur zerstört wird.

Einfluss von Umweltfaktoren

(Temperatur, Chemikalien, Strahlung usw.)

Proteindenaturierung (Zerstörung von Strukturen)

Renaturierung- vollständige Wiederherstellung der Proteinstruktur.

Unter dem Einfluss verschiedener chemischer und physikalischer Faktoren (Behandlung mit Alkohol, Aceton, Säuren, Laugen, hohe Temperatur, Bestrahlung, hoher Druck usw.) ändert sich die Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur des Proteins aufgrund des Aufbrechens von Wasserstoff- und Ionenbindungen. Der Prozess des Aufbrechens der natürlichen Struktur eines Proteins wird als Denaturierung bezeichnet. In diesem Fall werden eine Abnahme der Proteinlöslichkeit, eine Änderung der Form und Größe von Molekülen, ein Verlust der enzymatischen Aktivität usw. beobachtet Der Denaturierungsprozess kann vollständig oder teilweise sein. In einigen Fällen wird der Übergang zu normalen Umweltbedingungen von einer spontanen Wiederherstellung der natürlichen Struktur des Proteins begleitet. Dieser Vorgang wird als Renaturierung bezeichnet.

Einfache und komplexe Proteine. Je nach chemischer Zusammensetzung werden Proteine ​​​​in einfache und komplexe unterteilt. Einfache Proteine ​​umfassen Proteine, die nur aus Aminosäuren bestehen, und komplexe Proteine ​​umfassen Proteine, die einen Proteinteil und einen Nichtproteinteil enthalten - Metallionen, einen Phosphorsäurerest, Kohlenhydrate, Lipide usw.

Funktionen von Proteinen:

1) Enzymatisch, oder katalytisch. Katalysatoren sind Stoffe, die beschleunigen chemische Reaktionen. Enzyme sind Katalysatoren für biochemische Reaktionen. Enzyme beschleunigen Reaktionen im Körper zehn- und hunderttausendfach. Sie sind hochspezifisch, da jedes Enzym nur eine bestimmte Reaktion katalysiert.

Enzyme = Biokatalysatoren (Beschleuniger von in Zellen ablaufenden chemischen Reaktionen)

2) Strukturell. Proteine ​​sind Bestandteil aller Membranen und Organellen der Zelle (z. B. bildet das Protein in Kombination mit RNA Ribosomen).

3) Energie. Beim Abbau von 1 g Proteinen zu Endprodukten (CO2, H2O und stickstoffhaltige Stoffe) werden 17,6 kJ freigesetzt.

4) Reservieren. Diese Funktion übernehmen Proteine ​​- Nahrungsquellen (Eiprotein - Albumin,

Milchprotein - Casein, Endospermzellen und Eizellen).

5) Schützend. Alle lebenden Zellen und Organismen haben Schutzsysteme. Bei Mensch und Tier ist dies eine Immunabwehr. In Lymphozyten werden Antikörper gebildet – Schutzproteine, die Fremdkörper neutralisieren. Ein weiteres Beispiel für eine Schutzfunktion ist die Gerinnung des Proteins Fibrinogen im Blut, was zur Bildung eines Blutgerinnsels führt – ein Blutgerinnsel, das das Gefäß verstopft, die Blutung stoppt. Mechanischen Schutz bieten Hornformationen - Haare, Hörner, Hufe. Diese Strukturen enthalten Proteine. Pflanzen bilden auch schützende Proteine ​​wie Alkaloide, die Pflanzenbeläge stärker und widerstandsfähiger machen.

6) Regulierung. Viele Proteine ​​sind Hormone Regulierung physiologischer Prozesse (Insulin und Glukagon haben Proteincharakter). Bauchspeicheldrüsenzellen produzieren das Hormon Insulin, das den Blutzuckerspiegel reguliert.

Pankreas

Das Hormon Insulin

Glukose (im Blut) à Glykogen (in Leberzellen)

7) Transport. Die Funktion von Transportproteinen besteht darin, chemische Elemente oder biologisch aktive Substanzen anzulagern und in Gewebe und Organe zu transportieren.

Hämoglobin (in roten Blutkörperchen enthalten)

Hämoglobin + Sauerstoff Hämoglobin + Kohlendioxid

8) Motor. Kontraktile Proteine ​​sind an allen Arten von Bewegungen beteiligt, zu denen Zellen und Organismen in der Lage sind. Beispiele: die Bewegung von Flagellen und Zilien bei den einfachsten einzelligen Tieren, die Muskelkontraktion bei vielzelligen Tieren (die Proteine ​​Myosin und Aktin sorgen für die Kontraktion von Muskelzellen), die Bewegung von Blättern bei Pflanzen.

9) Signal. In die Zellmembran eingebettete Proteine ​​empfangen Signale von

äußere Umgebung und die Übermittlung von Informationen an die Zelle. Diese Proteinmoleküle sind in der Lage

ändern ihre Tertiärstruktur als Reaktion auf die Wirkung von Umweltfaktoren.

10) Giftig(Toxine, die vor Feinden schützen und Beute töten).

Proteinfunktionen	Charakteristisch
1. Strukturell	Proteine ​​gehören dazu Zellmembranen und Organellen
2. Energie	Wenn 1 g Protein oxidiert wird, werden 17,6 kJ freigesetzt
3. Ersatz	Proteine ​​sind ein Reservenähr- und Energiestoff
4. Katalytisch, enzymatisch	Proteine ​​sind Enzyme, die chemische Reaktionen beschleunigen.
5. Regulierung	Viele Proteine ​​sind Hormone, die physiologische Prozesse regulieren.
6. Transport	Überweisen verschiedene Substanzen(Hämoglobin + Sauerstoff)
7. Motor	Kontraktile Proteine ​​sorgen für Bewegung (Chromosomen an den Polen der Zelle)
8. Schützend	Schützen Sie den Körper vor Fremdkörpern
9. Signal	Sie empfangen Signale aus der äußeren Umgebung und übermitteln Informationen an die Zelle
10. Giftig	Toxine bieten Schutz vor Feinden und töten Beute

Proteine ​​werden selten als Energiequelle verwendet, da sie eine Reihe anderer wichtiger Funktionen erfüllen. Proteine ​​werden normalerweise verwendet, wenn Quellen wie Kohlenhydrate und Fette erschöpft sind. Kohlenhydrate und Fette werden in Reserve gespeichert; Wenn der Nahrung organische Verbindungen fehlen, kann der Körper einige organische Verbindungen in andere umwandeln: Proteine ​​in Fette und Kohlenhydrate, Kohlenhydrate und Fette ineinander. Aber Kohlenhydrate und Fette können nicht in Proteine ​​umgewandelt werden.

KOHLENHYDRATE FETTE

Aminosäuren, die beim Abbau von Eiweißmolekülen entstehen, sind für den Aufbau neuer Eiweiße notwendig. Der Mangel an Proteinen in Lebensmitteln ist unersetzlich, da sie nur aus Aminosäuren gebildet werden. Daher ist Proteinmangel für den Körper gefährlich.

Nukleinsäuren. ATP

Nukleinsäuren(von lat. Kern - Kern) - Säuren, die erstmals bei der Untersuchung der Kerne von Leukozyten entdeckt wurden; wurden 1868 von I.F. Miescher, Schweizer Biochemiker. biologische Bedeutung Nukleinsäuren - Speicherung und Übertragung von Erbinformationen; Sie sind notwendig, um das Leben zu erhalten und zu reproduzieren.

Nukleinsäuren

Das DNA-Nukleotid und das RNA-Nukleotid haben Ähnlichkeiten und Unterschiede.

Die Struktur des DNA-Nukleotids

Die Struktur des RNA-Nukleotids

Das DNA-Molekül ist ein Doppelhelixstrang.

Ein RNA-Molekül ist ein einzelner Nukleotidstrang, dessen Struktur einem einzelnen DNA-Strang ähnelt. Nur anstelle von Desoxyribose enthält die RNA ein anderes Kohlenhydrat - Ribose (daher der Name) und anstelle von Thymin - Uracil.

Zwei DNA-Stränge sind durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden. Dabei ist ein wichtiges Muster zu beobachten: Gegenüber der stickstoffhaltigen Base Adenin A steht in der einen Kette die stickstoffhaltige Base Thymin T in der anderen Kette und Cytosin C befindet sich immer gegenüber dem Guanin G. Diese Basenpaare nennt man komplementäre Paare.

Auf diese Weise, Prinzip der Komplementarität(von lat. komplementum - Addition) ist, dass jede im Nukleotid enthaltene stickstoffhaltige Base einer anderen stickstoffhaltigen Base entspricht. Es gibt streng definierte Basenpaare (A - T, G - C), diese Paare sind spezifisch. Es gibt drei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Guanin und Cytosin, und zwischen Adenin und Thymin treten zwei Wasserstoffbrückenbindungen im DNA-Nukleotid auf, und in RNA treten zwei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Adenin und Uracil auf.

Wasserstoffbrückenbindungen zwischen stickstoffhaltigen Basen von Nukleotiden

G ≡ C G ≡ C

Infolgedessen ist in jedem Organismus die Anzahl der Adenylnukleotide gleich der Anzahl der Thymidylnukleotide und die Anzahl der Guanylnukleotide gleich der Anzahl der Cytidylnukleotide. Aufgrund dieser Eigenschaft bestimmt die Sequenz der Nukleotide in einer Kette ihre Sequenz in einer anderen. Diese Fähigkeit, Nukleotide selektiv zu kombinieren, wird als Komplementarität bezeichnet, und diese Eigenschaft liegt der Bildung neuer DNA-Moleküle auf der Grundlage des ursprünglichen Moleküls zugrunde (Replikation, dh Verdopplung).

Somit unterliegt der quantitative Gehalt an stickstoffhaltigen Basen in der DNA bestimmten Regeln:

1) Die Summe von Adenin und Guanin ist gleich der Summe von Cytosin und Thymin A + G = C + T.

2) Die Summe von Adenin und Cytosin ist gleich der Summe von Guanin und Thymin A + C = G + T.

3) Die Menge an Adenin ist gleich der Menge an Thymin, die Menge an Guanin ist gleich der Menge an Cytosin A = T; G = C.

Wenn sich die Bedingungen ändern, kann DNA wie Proteine ​​denaturiert werden, was als Schmelzen bezeichnet wird.

DNA hat einzigartige Eigenschaften: die Fähigkeit zur Selbstverdopplung (Replikation, Reduplikation) und die Fähigkeit zur Selbstreparatur (Reparatur). Reproduzieren sorgt in den Tochtermolekülen für die exakte Reproduktion der Informationen, die im Muttermolekül gespeichert wurden. Aber manchmal treten während des Replikationsprozesses Fehler auf. Die Fähigkeit eines DNA-Moleküls, Fehler zu korrigieren, die in seinen Ketten auftreten, dh die korrekte Sequenz von Nukleotiden wiederherzustellen, wird als bezeichnet Wiedergutmachungen.

DNA-Moleküle kommen hauptsächlich in den Zellkernen und in geringer Menge in Mitochondrien und Plastiden - Chloroplasten - vor. DNA-Moleküle sind Träger von Erbinformationen.

Struktur, Funktionen und Lokalisation in der Zelle. Es gibt drei Arten von RNA. Die Namen sind den ausgeführten Funktionen zugeordnet:

Vergleichende Eigenschaften Nukleinsäuren

Adenosinphosphorsäuren - a Denosintriphosphorsäure (ATP), A Denosindiphosphorsäure (ADP), A Denosinmonophosphorsäure (AMP).

Das Zytoplasma jeder Zelle sowie Mitochondrien, Chloroplasten und Zellkerne enthalten Adenosintriphosphat (ATP). Es liefert Energie für die meisten Reaktionen, die in der Zelle stattfinden. Mit Hilfe von ATP synthetisiert die Zelle neue Moleküle von Proteinen, Kohlenhydraten, Fetten, führt einen aktiven Transport von Substanzen durch, schlägt Flagellen und Zilien.

ATP ähnelt in seiner Struktur dem Adenin-Nukleotid, das Teil der RNA ist, nur dass ATP anstelle einer Phosphorsäure drei Phosphorsäurereste enthält.

Die Struktur des ATP-Moleküls:

Die instabilen chemischen Bindungen, die die Phosphorsäuremoleküle in ATP verbinden, sind sehr energiereich. Wenn diese Bindungen aufgebrochen werden, wird Energie freigesetzt, die von jeder Zelle genutzt wird, um lebenswichtige Prozesse sicherzustellen:

ATP ADP + P + E

ADP-AMP + F + E,

wobei F Phosphorsäure H3PO4 ist, E die freigesetzte Energie ist.

Energiereiche chemische Bindungen in ATP zwischen Phosphorsäureresten werden genannt makroerge Bindungen. Die Spaltung eines Moleküls Phosphorsäure geht mit der Freisetzung von Energie einher - 40 kJ.

ATP entsteht aus ADP und anorganischem Phosphat durch die bei der Oxidation organischer Substanzen und bei der Photosynthese freigesetzte Energie. Dieser Vorgang wird Phosphorylierung genannt.

Dabei müssen mindestens 40 kJ/mol Energie aufgewendet werden, die in makroergen Bindungen akkumuliert wird. Die Hauptbedeutung der Atmungs- und Photosynthesevorgänge wird folglich dadurch bestimmt, dass sie Energie für die Synthese von ATP liefern, unter deren Beteiligung die meiste Arbeit in der Zelle verrichtet wird.

ATP wird extrem schnell aktualisiert. Beim Menschen wird beispielsweise jedes ATP-Molekül 2.400 Mal am Tag abgebaut und wieder aufgebaut, sodass seine durchschnittliche Lebensdauer weniger als 1 Minute beträgt. Die ATP-Synthese findet hauptsächlich in Mitochondrien und Chloroplasten (teilweise im Zytoplasma) statt. Das hier gebildete ATP wird zu den Teilen der Zelle geleitet, wo Energie benötigt wird.

ATP spielt wichtige Rolle in der Zellbioenergie: Es erfüllt eine der wichtigsten Funktionen - ein Energiespeicher, es ist ein universeller biologischer Energiespeicher.

Die chemische Zusammensetzung der Zelle

Etwa 60 Elemente in Zellen gefunden Periodensystem Mendelejew, die auch in der unbelebten Natur vorkommen. Dies ist einer der Beweise für die Gemeinsamkeit von belebter und unbelebter Natur. Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff kommen am häufigsten in lebenden Organismen vor, die etwa 98 % der Zellmasse ausmachen. Das liegt an den Eigenschaften chemische Eigenschaften Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff, wodurch sie sich als am besten geeignet für die Bildung von Molekülen erwiesen, die biologische Funktionen erfüllen. Diese vier Elemente sind in der Lage, durch die Paarung von Elektronen, die zu zwei Atomen gehören, sehr starke kovalente Bindungen zu bilden. Kovalent gebundene Kohlenstoffatome können das Rückgrat unzähliger verschiedener organischer Moleküle bilden. Da Kohlenstoffatome leicht kovalente Bindungen mit Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und auch mit Schwefel eingehen, erreichen organische Moleküle eine außergewöhnliche Komplexität und Strukturvielfalt.

Neben den vier Hauptelementen enthält die Zelle Eisen, Kalium, Natrium, Calcium, Magnesium, Chlor, Phosphor und Schwefel in nennenswerten Mengen (10- und 100-Teile eines Prozents). Alle anderen Elemente (Zink, Kupfer, Jod, Fluor, Kobalt, Mangan etc.) kommen in sehr geringen Mengen in der Zelle vor und werden daher Mikroelemente genannt.

Chemische Elemente sind Bestandteil von anorganischen und organischen Verbindungen. Anorganische Verbindungen umfassen Wasser, Mineralsalze, Kohlendioxid, Säuren und Basen. Organische Verbindungen sind Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Fette (Lipide) und Lipoide. Neben Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff können weitere Elemente in ihrer Zusammensetzung enthalten sein. Einige Proteine ​​enthalten Schwefel. Bestandteil Nukleinsäure ist Phosphor. Das Hämoglobinmolekül enthält Eisen, Magnesium ist am Aufbau des Chlorophyllmoleküls beteiligt. Spurenelemente spielen trotz ihres äußerst geringen Gehalts in lebenden Organismen eine wichtige Rolle in Lebensvorgängen. Jod ist Teil des Schilddrüsenhormons - Thyroxin, Kobalt - in der Zusammensetzung von Vitamin B 12 Hormon der Insel der Bauchspeicheldrüse - Insulin - enthält Zink. Bei einigen Fischen wird der Platz von Eisen in den Molekülen sauerstofftragender Pigmente durch Kupfer besetzt.

anorganische Stoffe

Wasser. H 2 O ist die häufigste Verbindung in lebenden Organismen. Sein Gehalt in verschiedenen Zellen variiert in einem ziemlich weiten Bereich: von 10 % im Zahnschmelz bis zu 98 % im Körper einer Qualle, aber im Durchschnitt macht er etwa 80 % des Körpergewichts aus. Die außerordentlich wichtige Rolle des Wassers bei der Bereitstellung lebenswichtiger Prozesse beruht auf seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften. Die Polarität der Moleküle und die Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen machen Wasser zu einem guten Lösungsmittel für eine Vielzahl von Stoffen. Die meisten chemischen Reaktionen, die in einer Zelle stattfinden, können nur in wässriger Lösung ablaufen. Wasser ist auch an vielen chemischen Umwandlungen beteiligt.

Die Gesamtzahl der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen variiert in Abhängigkeit von t °. Bei t ° schmelzendes Eis zerstört etwa 15% der Wasserstoffbrückenbindungen, bei t ° 40 ° C - die Hälfte. Beim Übergang in den gasförmigen Zustand werden alle Wasserstoffbrückenbindungen zerstört. Dies erklärt die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser. Wenn sich die t ° der äußeren Umgebung ändert, absorbiert oder gibt Wasser Wärme aufgrund des Bruchs oder der Neubildung von Wasserstoffbrückenbindungen ab. Dadurch fallen die Temperaturschwankungen innerhalb der Zelle kleiner aus als in der Umgebung. Die hohe Verdampfungswärme liegt dem effizienten Mechanismus der Wärmeübertragung in Pflanzen und Tieren zugrunde.

Wasser als Lösungsmittel ist an den Phänomenen der Osmose beteiligt, die eine wichtige Rolle bei der lebenswichtigen Aktivität der Körperzellen spielt. Osmose bezieht sich auf das Eindringen von Lösungsmittelmolekülen durch eine semipermeable Membran in eine Lösung eines Stoffes. Semipermeable Membranen sind Membranen, die Moleküle des Lösungsmittels passieren lassen, aber keine Moleküle (oder Ionen) des gelösten Stoffs passieren lassen. Daher ist Osmose die Einwegdiffusion von Wassermolekülen in Richtung der Lösung.

Mineralsalze. Die meisten der anorganischen in-in-Zellen liegt in Form von Salzen in einem dissoziierten oder festen Zustand vor. Die Konzentration von Kationen und Anionen in der Zelle und in ihrer Umgebung ist nicht gleich. Die Zelle enthält ziemlich viel K und viel Na. In der extrazellulären Umgebung, beispielsweise im Blutplasma, im Meerwasser hingegen ist viel Natrium und wenig Kalium vorhanden. Die Reizbarkeit der Zellen hängt vom Verhältnis der Konzentrationen von Na + -, K + -, Ca 2+ -, Mg 2+ -Ionen ab. In den Geweben vielzelliger Tiere ist K Teil einer vielzelligen Substanz, die für den Zusammenhalt der Zellen und ihre geordnete Anordnung sorgt. Der osmotische Druck in der Zelle und ihre Puffereigenschaften hängen weitgehend von der Salzkonzentration ab. Pufferung ist die Fähigkeit einer Zelle, eine leicht alkalische Reaktion ihres Inhalts konstant zu halten. Die Pufferung innerhalb der Zelle erfolgt hauptsächlich durch H 2 PO 4 - und HPO 4 2– -Ionen. In extrazellulären Flüssigkeiten und im Blut spielen H 2 CO 3 und HCO 3 – die Rolle eines Puffers. Anionen binden H-Ionen und Hydroxid-Ionen (OH -), wodurch sich die Reaktion extrazellulärer Flüssigkeiten innerhalb der Zelle praktisch nicht ändert. Unlösliche Mineralsalze (z. B. Ca-Phosphat) verleihen dem Knochengewebe von Wirbeltieren und Muschelschalen Festigkeit.

11. Die chemische Zusammensetzung der Zelle. anorganische Substanzen der Zelle.

Die organische Substanz der Zelle

Eichhörnchen. Unter den organischen Substanzen der Zelle stehen Proteine ​​sowohl mengenmäßig (10–12 % der gesamten Zellmasse) als auch wertmäßig an erster Stelle. Proteine ​​sind Polymere mit hohem Molekulargewicht (mit einem Molekulargewicht von 6.000 bis 1 Million oder mehr), deren Monomere Aminosäuren sind. Lebende Organismen verwenden 20 Aminosäuren, obwohl es noch viel mehr gibt. Die Zusammensetzung jeder Aminosäure umfasst eine Aminogruppe (-NH 2), die basische Eigenschaften hat, und eine Carboxylgruppe (-COOH), die saure Eigenschaften hat. Zwei Aminosäuren werden zu einem Molekül verbunden, indem unter Freisetzung eines Wassermoleküls eine HN-CO-Bindung aufgebaut wird. Die Bindung zwischen der Aminogruppe einer Aminosäure und der Carboxylgruppe einer anderen wird als Peptidbindung bezeichnet. Proteine ​​sind Polypeptide, die Dutzende oder Hunderte von Aminosäuren enthalten. Moleküle verschiedener Proteine ​​​​unterscheiden sich in Molekulargewicht, Anzahl, Zusammensetzung der Aminosäuren und ihrer Sequenz in der Polypeptidkette. Es ist daher klar, dass Proteine ​​​​von großer Vielfalt sind, ihre Anzahl in allen Arten lebender Organismen wird auf 10 10 - 10 12 geschätzt.

Eine Kette von Aminosäureeinheiten, die durch kovalente Peptidbindungen in einer bestimmten Reihenfolge verbunden sind, wird als Primärstruktur eines Proteins bezeichnet. Proteine ​​haben in Zellen die Form spiralförmig verdrillter Fasern oder Kugeln (Kügelchen). Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Polypeptidkette in einem natürlichen Protein in Abhängigkeit von der chemischen Struktur seiner Aminosäuren genau definiert gefaltet ist.

Zuerst windet sich die Polypeptidkette zu einer Helix. Es entsteht eine Anziehung zwischen den Atomen benachbarter Windungen und Wasserstoffbrückenbindungen werden insbesondere zwischen NH- und CO-Gruppen gebildet, die sich auf benachbarten Windungen befinden. Eine spiralförmig verdrehte Kette von Aminosäuren bildet die Sekundärstruktur eines Proteins. Durch die weitere Faltung der Helix entsteht eine für jedes Protein spezifische Konfiguration, die sogenannte Tertiärstruktur. Die Tertiärstruktur entsteht durch die Wirkung von Kohäsionskräften zwischen den in einigen Aminosäuren vorhandenen hydrophoben Resten und kovalenten Bindungen zwischen den SH-Gruppen der Aminosäure Cystein ( S-S-Verbindungen). Die Anzahl der hydrophoben Reste von Aminosäuren und Cystein sowie die Reihenfolge ihrer Anordnung in der Polypeptidkette ist für jedes Protein spezifisch. Folglich werden die Merkmale der Tertiärstruktur eines Proteins durch seine Primärstruktur bestimmt. Das Protein zeigt biologische Aktivität nur in Form einer Tertiärstruktur. Daher kann der Austausch auch nur einer Aminosäure in der Polypeptidkette zu einer Änderung der Konfiguration des Proteins und zu einer Verringerung oder einem Verlust seiner biologischen Aktivität führen.

Teilweise verbinden sich Proteinmoleküle miteinander und können ihre Funktion nur in Form von Komplexen erfüllen. Hämoglobin ist also ein Komplex aus vier Molekülen und nur in dieser Form in der Lage, Sauerstoff zu binden und zu transportieren.Solche Aggregate repräsentieren die Quartärstruktur des Proteins. Proteine ​​werden nach ihrer Zusammensetzung in zwei Hauptklassen eingeteilt - einfach und komplex. Einfache Proteine ​​bestehen nur aus Aminosäuren Nukleinsäuren (Nukleotide), Lipide (Lipoproteine), Me (Metallproteine), P (Phosphoproteine).

Die Funktionen von Proteinen in der Zelle sind äußerst vielfältig. Eine der wichtigsten ist die Baufunktion: Proteine ​​sind am Aufbau aller Zellmembranen und Zellorganellen sowie intrazellulärer Strukturen beteiligt. Von herausragender Bedeutung ist die enzymatische (katalytische) Rolle von Proteinen. Enzyme beschleunigen die chemischen Reaktionen, die in der Zelle ablaufen, um 10 Ki und 100 Millionen Mal. Die Motorik wird durch spezielle kontraktile Proteine ​​gewährleistet. Diese Proteine ​​sind an allen Arten von Bewegungen beteiligt, zu denen Zellen und Organismen in der Lage sind: Zilienflimmern und Flagellenschlag bei Protozoen, Muskelkontraktion bei Tieren, Blattbewegung bei Pflanzen usw. Die Transportfunktion von Proteinen besteht darin, chemische Elemente anzulagern (z. B. Hämoglobin bindet O) oder biologisch aktive Substanzen (Hormone) und überträgt sie auf die Gewebe und Organe des Körpers. Die Schutzfunktion äußert sich in Form der Produktion spezieller Proteine, sogenannter Antikörper, als Reaktion auf das Eindringen fremder Proteine ​​oder Zellen in den Körper. Antikörper binden und neutralisieren Fremdstoffe. Proteine ​​spielen als Energielieferanten eine wichtige Rolle. Bei komplette Spaltung 1g Proteine ​​werden mit 17,6 kJ (~ 4,2 kcal) freigesetzt.

Kohlenhydrate. Kohlenhydrate oder Saccharide sind organische Substanzen mit der allgemeinen Formel (CH 2 O) n. Die meisten Kohlenhydrate haben doppelt so viele H-Atome wie O-Atome, wie in Wassermolekülen. Daher wurden diese Stoffe Kohlenhydrate genannt. In einer lebenden Zelle kommen Kohlenhydrate in Mengen von nicht mehr als 1-2, manchmal 5% vor (in der Leber, in den Muskeln). Pflanzenzellen sind am reichsten an Kohlenhydraten, wo ihr Gehalt in einigen Fällen 90% der Trockenmasse erreicht (Samen, Kartoffelknollen usw.).

Kohlenhydrate sind einfach und komplex. Einfache Kohlenhydrate werden Monosaccharide genannt. Je nach Anzahl der Kohlenhydratatome im Molekül werden Monosaccharide als Triosen, Tetrosen, Pentosen oder Hexosen bezeichnet. Von den sechs Kohlenstoffmonosacchariden sind Hexosen, Glucose, Fructose und Galactose die wichtigsten. Glukose ist im Blut enthalten (0,1-0,12%). Die Pentosen Ribose und Desoxyribose sind Bestandteil von Nukleinsäuren und ATP. Wenn sich zwei Monosaccharide in einem Molekül verbinden, wird eine solche Verbindung als Disaccharid bezeichnet. Nahrungszucker, gewonnen aus Rohr oder Zuckerrüben, besteht aus einem Molekül Glukose und einem Molekül Fruktose, Milchzucker - aus Glukose und Galaktose.

Komplexe Kohlenhydrate, die aus vielen Monosacchariden bestehen, werden als Polysaccharide bezeichnet. Das Monomer solcher Polysaccharide wie Stärke, Glykogen, Zellulose ist Glucose. Kohlenhydrate erfüllen zwei Hauptfunktionen: Aufbau und Energie. Zellulose bildet Wände Pflanzenzellen. Als Hauptbestandteil dient das komplexe Polysaccharid Chitin strukturelle Komponente Exoskelett von Arthropoden. Chitin erfüllt auch eine aufbauende Funktion in Pilzen. Kohlenhydrate spielen die Rolle der Hauptenergiequelle in der Zelle. Bei der Oxidation von 1 g Kohlenhydraten werden 17,6 kJ (~ 4,2 kcal) freigesetzt. Stärke in Pflanzen und Glykogen in Tieren werden in Zellen gespeichert und dienen als Energiereserve.

Nukleinsäuren. Der Wert von Nukleinsäuren in der Zelle ist sehr hoch. Die Besonderheiten ihrer chemischen Struktur bieten die Möglichkeit, Informationen über die Struktur von Proteinmolekülen zu speichern, zu übertragen und an Tochterzellen weiterzugeben, die in jedem Gewebe in einem bestimmten Stadium der individuellen Entwicklung synthetisiert werden. Da die meisten Eigenschaften und Merkmale von Zellen auf Proteinen beruhen, ist klar, dass die Stabilität von Nukleinsäuren die wichtigste Voraussetzung für das normale Funktionieren von Zellen und ganzen Organismen ist. Jegliche Veränderungen in der Struktur von Zellen oder der Aktivität physiologischer Prozesse in ihnen, wodurch das Leben beeinträchtigt wird. Die Untersuchung der Struktur von Nukleinsäuren ist äußerst wichtig, um die Vererbung von Merkmalen in Organismen und die Funktionsmuster sowohl einzelner Zellen als auch zellulärer Systeme - Gewebe und Organe - zu verstehen.

Es gibt 2 Arten von Nukleinsäuren – DNA und RNA. DNA ist ein Polymer, das aus zwei Nukleotidhelices besteht, die so eingeschlossen sind, dass eine Doppelhelix entsteht. Monomere von DNA-Molekülen sind Nukleotide, die aus einer stickstoffhaltigen Base (Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin), einem Kohlenhydrat (Desoxyribose) und einem Phosphorsäurerest bestehen. Die stickstoffhaltigen Basen im DNA-Molekül sind durch eine ungleiche Anzahl von H-Brücken miteinander verbunden und paarweise angeordnet: Adenin (A) steht immer gegen Thymin (T), Guanin (G) gegen Cytosin (C). Schematisch lässt sich die Anordnung von Nukleotiden in einem DNA-Molekül wie folgt darstellen:

Abb. 1. Anordnung von Nukleotiden in einem DNA-Molekül

Aus Abb.1. Es ist ersichtlich, dass die Nukleotide nicht zufällig, sondern selektiv miteinander verbunden sind. Die Fähigkeit zur selektiven Wechselwirkung von Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin wird als Komplementarität bezeichnet. Die komplementäre Wechselwirkung bestimmter Nukleotide erklärt sich durch die Besonderheiten der räumlichen Anordnung von Atomen in ihren Molekülen, die es ihnen ermöglichen, sich einander zu nähern und H-Brücken zu bilden. In einer Polynukleotidkette sind benachbarte Nukleotide durch einen Zucker (Desoxyribose) und einen Phosphorsäurerest miteinander verbunden. RNA ist wie DNA ein Polymer, dessen Monomere Nukleotide sind. Die stickstoffhaltigen Basen der drei Nukleotide sind die gleichen wie die, aus denen die DNA besteht (A, G, C); das vierte – Uracil (U) – ist anstelle von Thymin im RNA-Molekül vorhanden. RNA-Nukleotide unterscheiden sich von DNA-Nukleotiden in der Struktur ihres Kohlenhydrats (Ribose statt Desoxyribose).

In einer RNA-Kette werden Nukleotide durch Bildung verbunden kovalente Bindungen zwischen der Ribose eines Nukleotids und dem Phosphorsäurerest eines anderen. Zweisträngige RNAs unterscheiden sich in ihrer Struktur. Doppelsträngige RNAs sind die Hüter der genetischen Information in einer Reihe von Viren, d.h. erfüllen die Funktionen der Chromosomen. Einzelsträngige RNAs übertragen Informationen über die Struktur von Proteinen vom Chromosom zum Ort ihrer Synthese und sind an der Proteinsynthese beteiligt.

Es gibt mehrere Arten von einzelsträngiger RNA. Ihre Namen sind auf ihre Funktion oder ihren Ort in der Zelle zurückzuführen. Der größte Teil der zytoplasmatischen RNA (bis zu 80-90%) ist ribosomale RNA (rRNA), die in Ribosomen enthalten ist. rRNA-Moleküle sind relativ klein und bestehen aus durchschnittlich 10 Nukleotiden. Eine andere Art von RNA (mRNA), die Informationen über die Sequenz von Aminosäuren in Proteinen enthält, die zu Ribosomen synthetisiert werden sollen. Die Größe dieser RNAs hängt von der Länge des DNA-Segments ab, aus dem sie synthetisiert wurden. Transfer-RNAs erfüllen mehrere Funktionen. Sie liefern Aminosäuren an den Ort der Proteinsynthese, "erkennen" (nach dem Prinzip der Komplementarität) das Triplett und die der übertragenen Aminosäure entsprechende RNA und führen die genaue Ausrichtung der Aminosäure am Ribosom durch.

Fette und Lipoide. Fette sind Verbindungen aus fetten makromolekularen Säuren und dem dreiwertigen Alkohol Glycerin. Fette lösen sich nicht in Wasser – sie sind hydrophob. Es gibt immer andere komplexe hydrophobe fettähnliche Substanzen in der Zelle, Lipoide genannt. Eine der Hauptfunktionen von Fetten ist Energie. Beim Abbau von 1 g Fett zu CO 2 und H 2 O wird eine große Energiemenge freigesetzt - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Der Fettgehalt in der Zelle liegt zwischen 5 und 15 % der Trockenmasse. In den Zellen des lebenden Gewebes steigt die Fettmenge auf 90% an. Die Hauptfunktion von Fetten in der tierischen (und teilweise pflanzlichen) Welt ist die Speicherung.

Bei vollständige Oxidation 1 g Fett (zu Kohlendioxid und Wasser) setzt etwa 9 kcal Energie frei. (1 kcal \u003d 1000 cal; Kalorie (cal, cal) - eine systemexterne Einheit der Arbeits- und Energiemenge, die der Wärmemenge entspricht, die erforderlich ist, um 1 ml Wasser standardmäßig um 1 ° C zu erwärmen Luftdruck 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ). Bei der Oxidation (im Körper) von 1 g Proteinen oder Kohlenhydraten werden nur etwa 4 kcal / g freigesetzt. In einer Vielzahl von Wasserorganismen - von einzelligen Kieselalgen bis hin zu Riesenhaien - "schwimmt" Fett und verringert die durchschnittliche Körperdichte. Die Dichte tierischer Fette beträgt etwa 0,91-0,95 g/cm³. Die Knochendichte von Wirbeltieren liegt bei etwa 1,7-1,8 g/cm³, und die durchschnittliche Dichte der meisten anderen Gewebe liegt bei etwa 1 g/cm³. Es ist klar, dass ziemlich viel Fett benötigt wird, um ein schweres Skelett zu "balancieren".

Auch Fette und Lipoide haben eine aufbauende Funktion: Sie sind Bestandteil von Zellmembranen. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit kommt Fett eine Schutzfunktion zu. Bei einigen Tieren (Robben, Wale) lagert es sich im subkutanen Fettgewebe ab und bildet eine bis zu 1 m dicke Schicht.Die Bildung einiger Lipoide geht der Synthese einer Reihe von Hormonen voraus. Folglich haben diese Substanzen auch die Funktion, Stoffwechselvorgänge zu regulieren.

12. Zellteilung.

Eine Zelle durchläuft in ihrem Leben verschiedene Stadien: die Wachstumsphase und die Phasen der Vorbereitung auf Teilung und Teilung. Der Zellzyklus – der Übergang von der Teilung zur Synthese von Stoffen, aus denen die Zelle besteht, und dann wieder zurück zur Teilung – lässt sich im Diagramm als Zyklus darstellen, in dem mehrere Phasen unterschieden werden.

Drei Methoden der eukaryotischen Zellteilung wurden beschrieben: Amitose (direkte Teilung), Mitose (indirekte Teilung) und Meiose (Reduktionsteilung).

Amitose- eine relativ seltene Art der Zellteilung. Während der Amitose teilt sich der Interphasekern durch Verengung, gleichmäßige Verteilung Erbmaterial nicht vorgesehen. Oft teilt sich der Zellkern ohne anschließende Teilung des Zytoplasmas und es bilden sich zweikernige Zellen. Eine Zelle, die eine Amitose durchgemacht hat, ist nicht mehr in der Lage, in einen normalen mitotischen Zyklus einzutreten. Daher tritt Amitose in der Regel in zum Tode verurteilten Zellen und Geweben auf.

Mitose. Mitose oder indirekte Teilung ist der Hauptweg der Teilung eukaryotischer Zellen. Mitose ist die Teilung des Kerns, die zur Bildung von zwei Tochterkernen führt, von denen jeder genau den gleichen Chromosomensatz wie im Mutterkern hat. Die in der Zelle vorhandenen Chromosomen werden verdoppelt, in der Zelle aufgereiht und bilden eine mitotische Platte, die Spindelfasern werden daran befestigt, die sich bis zu den Polen der Zelle erstrecken, und die Zelle teilt sich und bildet zwei Kopien des ursprünglichen Satzes.

Bei der Gametenbildung, d.h. Geschlechtszellen - Spermien und Eier - findet eine Zellteilung statt, die als Meiose bezeichnet wird. Die Ursprungszelle hat einen diploiden Chromosomensatz, der sich dann verdoppelt. Aber wenn während der Mitose in jedem Chromosom die Chromatiden einfach divergieren, dann ist das Chromosom (bestehend aus zwei Chromatiden) während der Meiose eng mit seinen Teilen mit einem anderen homologen Chromosom (ebenfalls bestehend aus zwei Chromatiden) verflochten, und es kommt zu einer Überkreuzung - einem Austausch von homologe Teile von Chromosomen. Dann divergieren neue Chromosomen mit gemischten "Mutter"- und "Vater"-Genen und es entstehen Zellen mit einem diploiden Chromosomensatz, aber die Zusammensetzung dieser Chromosomen unterscheidet sich bereits von der ursprünglichen, in ihnen hat eine Rekombination stattgefunden. Die erste Teilung der Meiose ist abgeschlossen und die zweite Teilung der Meiose erfolgt ohne DNA-Synthese, daher wird während dieser Teilung die DNA-Menge halbiert. Aus den ursprünglichen Zellen mit diploidem Chromosomensatz entstehen Gameten mit haploidem Satz. Aus einer diploiden Zelle werden vier haploide Zellen gebildet. Die auf die Interphase folgenden Phasen der Zellteilung heißen Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase und nach der Teilung wieder Interphase.

Die Prophase ist die längste Phase der Mitose, wenn die gesamte Struktur des Kerns für die Teilung neu angeordnet wird. In der Prophase verkürzen und verdicken sich Chromosomen aufgrund ihrer Spiralisierung. Zu diesem Zeitpunkt sind die Chromosomen doppelt (die Verdoppelung erfolgt in der S-Periode der Interphase), sie bestehen aus zwei Chromatiden, die im Bereich der primären Verengung durch eine spezielle Struktur - das Cetromere - miteinander verbunden sind. Gleichzeitig mit der Verdickung der Chromosomen verschwindet der Nukleolus und die Kernhülle wird fragmentiert (zerfällt in separate Tanks). Nach dem Zerfall der Kernmembran liegen die Chromosomen frei und zufällig im Zytoplasma. Die Bildung einer achromatischen Spindel beginnt - der Teilungsspindel, einem System von Fäden, die von den Polen der Zelle ausgehen. Die Spindelfäden haben einen Durchmesser von etwa 25 nm. Dies sind Bündel von Mikrotubuli, die aus Untereinheiten des Tubulinproteins bestehen. Mikrotubuli beginnen sich von der Seite der Zentriolen oder von der Seite der Chromosomen (in Pflanzenzellen) zu bilden.

Metaphase. In der Metaphase ist die Bildung einer Teilungsspindel abgeschlossen, die aus zwei Arten von Mikrotubuli besteht: chromosomal, die an die Zentromere der Chromosomen binden, und zentrosomal (Pol), die sich von Pol zu Pol der Zelle erstrecken. Jedes Doppelchromosom ist an Mikrotubuli der Spindel befestigt. Chromosomen werden durch Mikrotubuli sozusagen in die Region des Zelläquators, also in gleichen Abständen von den Polen befinden. Sie liegen in einer Ebene und bilden die sogenannte Äquatorial- oder Metaphasenplatte. Deutlich in der Metaphase zu sehen doppelte Struktur Chromosomen nur am Zentromer verbunden. In dieser Zeit ist es einfach, die Anzahl der Chromosomen zu zählen und ihre morphologischen Merkmale zu untersuchen.

Die Anaphase beginnt mit der Teilung des Zentromers. Jedes der Chromatiden eines Chromosoms wird zu einem unabhängigen Chromosom. Die Kontraktion der ziehenden Filamente der Achromatinspindel zieht sie zu entgegengesetzten Polen der Zelle. Infolgedessen hat jeder der Pole der Zelle die gleiche Anzahl von Chromosomen wie in der Mutterzelle, und ihr Satz ist derselbe.

Die Telophase ist die letzte Phase der Mitose. Chromosomen despiralisieren und werden schlecht sichtbar. An jedem der Pole wird eine Kernhülle um die Chromosomen nachgebildet. Nukleolen werden gebildet, die Teilungsspindel verschwindet. In den resultierenden Kernen besteht nun jedes Chromosom nur noch aus einem Chromatid und nicht aus zwei.

Jeder der neu gebildeten Kerne erhielt die gesamte genetische Information, die die Kern-DNA der Mutterzelle besaß. Als Ergebnis der Mitose haben beide Tochterkerne die gleiche Menge an DNA und die gleiche Anzahl an Chromosomen, die gleiche wie im Elternteil.

Zytokinese - nach der Bildung von zwei neuen Kernen in der Telophase erfolgt die Zellteilung und die Bildung eines Septums in der Äquatorialebene - einer Zellplatte.

In der frühen Telophase bildet sich zwischen den beiden Tochterkernen vor Erreichen derselben ein zylindrisches Fasersystem, der sogenannte Phragmoplast, der wie die Fasern der Achromatinspindel aus Mikrotubuli besteht und diesen zugeordnet ist. Im Zentrum des Phragmoplasten am Äquator reichern sich zwischen den Tochterkernen Golgi-Vesikel an, die Pektinsubstanzen enthalten. Sie verschmelzen miteinander und bilden die Zellplatte, und ihre Membranen sind am Aufbau von Plasmamembranen auf beiden Seiten der Platte beteiligt. Die Zellplatte wird in Form einer im Phragmoplasten aufgehängten Scheibe abgelegt. Die Phragmoplastenfasern scheinen die Bewegungsrichtung der Golgi-Vesikel zu steuern. Die Zellplatte wächst zentrifugal in Richtung der Wände der Mutterzelle, da immer mehr neue Golgi-Vesikel darin eingeschlossen werden. Die Zellplatte hat eine halbflüssige Konsistenz, besteht aus amorphem Protopektin sowie Magnesium- und Calciumpektaten. Zu diesem Zeitpunkt werden Plasmodesmen aus dem tubulären ER gebildet. Der expandierende Phragmoplast nimmt allmählich die Form eines Fasses an, wodurch die Zellplatte seitlich wachsen kann, bis sie mit den Wänden der Mutterzelle verschmilzt. Der Phragmoplast verschwindet, die Trennung zweier Tochterzellen endet. Jeder Protoplast legt seine primäre Zellwand auf der Zellplatte ab.

Zellplatten-unterstützte Zytokinese tritt in allen höheren Pflanzen und einigen Algen auf. In anderen Organismen teilen sich Zellen durch Insertion Zellenwand, die sich allmählich vertieft und die Zellen trennt.

Die biologische Bedeutung der Mitose liegt in der absolut identischen Verteilung der materiellen Erbgutträger - der DNA-Moleküle, aus denen die Chromosomen bestehen - zwischen den Tochterzellen. Durch die gleichmäßige Teilung replizierter Chromosomen zwischen Tochterzellen wird die Bildung genetisch äquivalenter Zellen sichergestellt und die Kontinuität in mehreren Zellgenerationen aufrechterhalten. Dies gewährleistet so wichtige Momente des Lebens wie die embryonale Entwicklung und das Wachstum von Organismen, die Wiederherstellung von Organen und Geweben nach Schäden. Mitotische Zellteilung ist auch zytologische Grundlage asexuelle Reproduktion Organismen.

Meiose. Die Meiose ist eine besondere Art der Zellteilung, die eine Halbierung (Reduktion) der Chromosomenzahl und den Übergang der Zellen vom diploiden Zustand (2n) in den haploiden Zustand (n) zur Folge hat. Die Meiose ist ein einzelner, kontinuierlicher Prozess, der aus zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten besteht, von denen jeder in die gleichen vier Phasen wie bei der Mitose unterteilt werden kann: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Beiden Abteilungen geht eine Interphase voraus. In der synthetischen Phase der Interphase, vor der Meiose, verdoppelt sich die DNA-Menge und jedes Chromosom wird zu zwei Chromatiden.

Die erste meiotische oder Reduktionsteilung.

Die Prophase I dauert von mehreren Stunden bis zu mehreren Wochen. Chromosomen spiralisieren sich. Homologe Chromosomen konjugieren und bilden Paare - Bivalente. Ein Bivalent besteht aus vier Chromatiden zweier homologer Chromosomen. Bei Bivalenten kommt es zu einem Crossing Over - dem Austausch homologer Regionen homologer Chromosomen, der zu ihrer tiefen Transformation führt. Beim Cossingover werden Genblöcke ausgetauscht, was die genetische Vielfalt der Nachkommen erklärt. Am Ende der Prophase verschwinden die Kernhülle und der Nukleolus, und die Achromatinspindel bildet sich.

Metaphase I - Bivalente sammeln sich in der Äquatorialebene der Zelle. Die Orientierung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen von jedem homologen Paar zu dem einen oder anderen Pol der Spindel ist zufällig. Am Zentromer jedes Chromosoms ist ein Filament der Achromatinspindel befestigt. Die beiden Schwesterchromatiden trennen sich nicht.

Anaphase I - Es kommt zu einer Kontraktion der Zugfäden, und zwei Chromatiden-Chromosomen divergieren zu den Polen. Homologe Chromosomen von jedem der zweiwertigen gehen zu entgegengesetzten Polen. Zufällig neu verteilte homologe Chromosomen jedes Paares divergieren (unabhängige Verteilung), und die Hälfte der Anzahl (haploider Satz) von Chromosomen wird an jedem der Pole gesammelt, zwei haploide Chromosomensätze werden gebildet.

Telophase I - an den Polen der Spindel ist ein einzelner, haploider Chromosomensatz zusammengesetzt, in dem jeder Chromosomentyp nicht mehr durch ein Paar, sondern durch ein Chromosom, bestehend aus zwei Chromatiden, repräsentiert wird. In der kurzen Telophase I wird die Kernhülle wiederhergestellt, danach teilt sich die Mutterzelle in zwei Tochterzellen.

Die zweite meiotische Teilung folgt unmittelbar auf die erste und ähnelt der gewöhnlichen Mitose (weshalb sie auch oft als meiotische Mitose bezeichnet wird), nur dass die in sie eintretenden Zellen einen haploiden Chromosomensatz tragen.

Prophase II ist kurz.

Metaphase II - Die Teilungsspindel wird neu gebildet, die Chromosomen reihen sich in der Äquatorialebene aneinander und sind durch Zentromere an den Mikrotubuli der Teilungsspindel befestigt.

Anaphase II - ihre Zentromere werden getrennt und jedes Chromatid wird zu einem unabhängigen Chromosom. Von einander getrennte Tochterchromosomen werden zu den Polen der Spindel geleitet.

Telophase II - Die Divergenz der Schwesterchromosomen zu den Polen ist abgeschlossen und die Zellteilung beginnt: Aus zwei haploiden Zellen werden 4 Zellen mit haploidem Chromosomensatz gebildet.

Die Reduktionsteilung ist sozusagen ein Regulator, der eine kontinuierliche Zunahme der Chromosomenzahl während der Verschmelzung von Gameten verhindert. Ohne einen solchen Mechanismus würde sich die Anzahl der Chromosomen während der sexuellen Fortpflanzung in jeder neuen Generation verdoppeln. Diese. Dank der Meiose bleibt eine bestimmte und konstante Anzahl von Chromosomen in allen Generationen jeder Pflanzen-, Tier-, Protisten- und Pilzart erhalten. Eine weitere Bedeutung besteht darin, die Diversität der genetischen Zusammensetzung von Gameten sowohl als Ergebnis einer Überkreuzung als auch als Ergebnis einer unterschiedlichen Kombination von väterlichen und mütterlichen Chromosomen sicherzustellen, wenn sie in der Anaphase I der Meiose auseinanderlaufen. Dies stellt das Auftreten vielfältiger und heterogener Nachkommen während der sexuellen Fortpflanzung von Organismen sicher.

13. Der Prozess der Photosynthese in einer Pflanzenzelle.

Der Prozess der Photosynthese besteht aus zwei aufeinanderfolgenden und miteinander verbundenen Phasen: hell (photochemisch) und dunkel (metabolisch). In der ersten Stufe wird die von photosynthetischen Pigmenten absorbierte Energie von Lichtquanten in die Energie chemischer Bindungen der energiereichen Verbindung ATP und des universellen Reduktionsmittels NADPH – den eigentlichen Primärprodukten der Photosynthese, oder der sogenannten „Assimilation“ – umgewandelt Gewalt". Bei den Dunkelreaktionen der Photosynthese werden im Licht gebildetes ATP und NADPH im Kreislauf der Kohlendioxidfixierung und seiner anschließenden Reduktion zu Kohlenhydraten verwendet.
In allen photosynthetischen Organismen laufen die photochemischen Prozesse der Lichtstufe der Photosynthese in speziellen energieumwandelnden Membranen, den sogenannten Thylakoiden, ab und sind in der sogenannten Elektronentransportkette organisiert. Die Dunkelreaktionen der Photosynthese finden außerhalb der Thylakoidmembranen statt (im Zytoplasma bei Prokaryoten und im Stroma der Chloroplasten bei Pflanzen). Somit sind die hellen und dunklen Stadien der Photosynthese räumlich und zeitlich getrennt.

Intensität der Photosynthese Holzgewächse variiert stark je nach dem Zusammenspiel vieler externer und interne Faktoren, und diese Interaktionen ändern sich mit der Zeit und sind unterschiedlich für verschiedene Typen.

Die photosynthetische Kapazität wird manchmal durch Nettotrockengewichtszunahme gemessen. Solche Daten sind von besonderer Bedeutung, da die Zunahme die durchschnittliche wahre Gewichtszunahme über einen langen Zeitraum unter Umgebungsbedingungen ist, die normale intermittierende Belastungen beinhalten.
Einige Arten von Angiospermen führen sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Lichtintensitäten eine effiziente Photosynthese durch. Viele Gymnospermen sind bei hohen Lichtverhältnissen viel produktiver. Der Vergleich dieser beiden Gruppen bei niedriger und hoher Lichtintensität vermittelt oft eine andere Vorstellung von der Photosynthesekapazität in Bezug auf die Nährstoffanreicherung. Darüber hinaus sammeln Gymnospermen während der Ruhezeit oft etwas Trockenmasse an, während sommergrüne Angiospermen diese durch Atmung verlieren. Daher kann eine Gymnosperm-Pflanze mit einer etwas geringeren Photosyntheserate als eine sommergrüne Angiosperm während ihrer Wachstumsphase aufgrund der viel längeren Periode der Photosyntheseaktivität im Laufe des Jahres genauso viel oder sogar mehr Gesamttrockenmasse ansammeln.

14. Die wichtigsten Arten von Pflanzengeweben. Hautgewebe von Pflanzen (Haut).

Gewebe sind Gruppen von Zellen, die eine homogene Struktur haben, denselben Ursprung haben und dieselbe Funktion erfüllen.

Abhängig von der ausgeübten Funktion werden die folgenden Arten von Geweben unterschieden: erzieherisch (Meristeme), basisch, leitfähig, integumentär, mechanisch, ausscheidend. Zellen, die Gewebe bilden und mehr oder weniger haben gleiche Struktur und Funktionen werden als einfach bezeichnet, wenn die Zellen nicht gleich sind, wird das Gewebe als komplex oder komplex bezeichnet.

Gewebe werden in Bildungs- oder Meristemgewebe und dauerhafte Gewebe (integumentär, leitfähig, basisch usw.) unterteilt.

Klassifizierung von Geweben.

1. Bildungsgewebe (Meristeme): 1) apikal;

2) lateral: a) primär (Prokambium, Perizykel);

b) sekundär (Kambium, Phellogen)

3) Einfügung;

4) verwundet.

2. Basic: 1) Assimilationsparenchym;

2) Speicherparenchym.

3. Leitfähig: 1) Xylem (Holz);

2) Phloem (Bast).

4. Integumentary (Grenze): 1) extern: a) primär (Epidermis);

b) sekundär (Periderm);

c) tertiär (Kruste oder Ritidom)

2) äußerlich: a) Rhizoderm;

b) Velamen

3) intern: a) Entoderm;

b) Exoderm;

c) Belegzellen von Leitbündeln in Blättern

5. Mechanisches (stützendes, skelettartiges) Gewebe: 1) Collenchym;

2) Sklerenchym: a) Fasern;

b) Skleriden

6. Ausscheidungsgewebe (sekretorisch).

2. Bildungsstoffe. Bildungsgewebe oder Meristeme sind ständig junge, sich aktiv teilende Zellgruppen. Sie befinden sich an den Wachstumsstellen verschiedener Organe: Wurzelspitzen, Stängelspitzen usw. Dank Meristemen kommt es zum Pflanzenwachstum und zur Bildung neuer dauerhafter Gewebe und Organe.

Je nach Standort im Körper der Pflanze Bildungsstoff kann apikal oder apikal, lateral oder lateral, interkalar oder interkalar und Wunde sein. Bildungsgewebe werden in primäre und sekundäre unterteilt. Die apikalen Meristeme sind also immer primär, sie bestimmen das Längenwachstum der Pflanze. In niedrig organisierten höheren Pflanzen (Schachtelhalme, einige Farne) sind die apikalen Meristeme schwach exprimiert und werden durch nur eine anfängliche oder sich teilende Anfangszelle dargestellt. Bei Gymnospermen und Angiospermen sind die apikalen Meristeme gut exprimiert und werden durch viele Anfangszellen repräsentiert, die Wachstumskegel bilden. Seitliche Meristeme sind in der Regel sekundär und durch sie wachsen die axialen Organe (Stängel, Wurzeln) an Dicke. Zu den seitlichen Meristemen gehören Kambium und Korkkambium (Phellogen), deren Aktivität zur Bildung von Kork in den Wurzeln und Stängeln der Pflanze beiträgt, sowie ein spezielles Belüftungsgewebe - Linsen. Das seitliche Meristem bildet wie das Kambium Holz- und Bastzellen. In ungünstigen Phasen des Pflanzenlebens verlangsamt sich die Aktivität des Kambiums oder hört ganz auf. Interkalare oder interkalare Meristeme sind meistens primär und verbleiben in Form getrennter Bereiche in Zonen aktiven Wachstums, beispielsweise an der Basis von Internodien und an der Basis von Blattstielen von Getreide.

3. Hautgewebe. Hautgewebe schützen die Pflanze vor den nachteiligen Auswirkungen der äußeren Umgebung: Sonnenüberhitzung, übermäßige Verdunstung, starker Abfall der Lufttemperatur, trocknender Wind, mechanische Belastung, vor dem Eindringen pathogener Pilze und Bakterien in die Pflanze usw. Es gibt primäres und sekundäres Hautgewebe. Die primären integumentären Gewebe umfassen die Haut oder Epidermis und das Epiblem, die sekundären sind das Periderm (Kork, Korkambium und Phelloderm).

Die Haut oder Epidermis umfasst alle Organe einjähriger Pflanzen, junge grüne Triebe mehrjähriger Gehölze der aktuellen Vegetationsperiode, oberirdische krautige Pflanzenteile (Blätter, Stängel und Blüten). Die Epidermis besteht meistens aus einer einzigen Schicht dicht gepackter Zellen ohne Interzellularraum. Es lässt sich leicht entfernen und ist ein dünner transparenter Film. Epidermis - lebendes Gewebe, besteht aus einer allmählichen Protoplastenschicht mit Leukoplasten und einem Kern, einer großen Vakuole, die fast die gesamte Zelle einnimmt. Die Zellwand besteht hauptsächlich aus Zellulose. Die Außenwand der Epidermiszellen ist stärker verdickt, die Seiten- und Innenwände sind dünn. Die Seiten- und Innenwände der Zellen haben Poren. Die Hauptfunktion der Epidermis ist die Regulierung des Gasaustausches und der Transpiration, die hauptsächlich durch die Stomata erfolgt. Durch die Poren dringen Wasser und anorganische Stoffe ein.

Die Zellen der Epidermis verschiedener Pflanzen sind in Form und Größe nicht gleich. Viele einkeimblättrige Pflanzen Die Zellen sind länglich, bei den meisten Dikotyledonen haben sie gewundene Seitenwände, was die Dichte ihrer Haftung aneinander erhöht. Die Epidermis des oberen und unteren Blattteils unterscheidet sich auch in ihrer Struktur: Auf der Blattunterseite befinden sich mehr Stomata in der Epidermis, auf der Oberseite viel weniger; auf den Blättern von Wasserpflanzen mit aufschwimmenden Blättern (Hülse, Seerose) sind Spaltöffnungen nur auf der Blattoberseite vorhanden, während vollständig in Wasser getauchte Pflanzen keine Spaltöffnungen aufweisen.

Stomata sind hochspezialisierte Formationen der Epidermis, bestehend aus zwei Schließzellen und einer schlitzartigen Formation dazwischen - der Stomataspalte. Nachlaufende Zellen, die eine Halbmondform haben, regulieren die Größe der Stomatalücke; Die Lücke kann sich je nach Turgordruck in den Schließzellen, dem Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre und anderen Faktoren öffnen und schließen. Tagsüber, wenn die Stomatazellen an der Photosynthese beteiligt sind, ist der Turgordruck in den Stomazellen hoch, die Stomatalücke ist offen, nachts ist sie dagegen geschlossen. Ein ähnliches Phänomen wird in Trockenzeiten und beim Welken der Blätter beobachtet, da die Stomata so angepasst sind, dass sie Feuchtigkeit in der Pflanze speichern. Viele Arten, die in Gebieten mit übermäßiger Feuchtigkeit wachsen, insbesondere in tropischen Regenwäldern, haben Spaltöffnungen, durch die Wasser abgegeben wird. Die Spaltöffnungen werden Hydathoden genannt. Wasser in Form von Tropfen wird nach außen abgegeben und tropft von den Blättern. Das „Weinen“ der Pflanze ist eine Art Wettervorhersage und wird wissenschaftlich als Guttation bezeichnet. Hydathoden befinden sich am Rand des Blattes, sie haben keinen Mechanismus zum Öffnen und Schließen.

In der Epidermis vieler Pflanzen gibt es Schutzvorrichtungen gegen widrige Bedingungen: Haare, Kutikula, Wachsbeschichtung usw.

Haare (Trichome) sind besondere Auswüchse der Epidermis, sie können die gesamte Pflanze oder einige ihrer Teile bedecken. Haare sind lebendig und tot. Die Haare helfen, die Verdunstung von Feuchtigkeit zu reduzieren, schützen die Pflanze vor Überhitzung, Tierfraß und plötzlichen Temperaturschwankungen. Daher sind Haare am häufigsten mit Pflanzen aus Trockengebieten, Hochgebirgen, subpolaren Regionen der Welt sowie Pflanzen aus unkrautigen Lebensräumen bedeckt.

Haare sind einzellig und vielzellig. Einzellige Haare werden in Form von Papillen dargestellt. Papillen finden sich auf den Blütenblättern vieler Blumen und verleihen ihnen eine samtige Textur (Tagetis, Stiefmütterchen). Einzellige Haare können einfach sein (auf der Unterseite vieler Obstpflanzen) und sind normalerweise tot. Einzellige Haare können verzweigt sein (Hirtentäschel). Häufiger sind die Haare mehrzellig und unterscheiden sich in ihrer Struktur: linear (Kartoffelblätter), buschig verzweigt (Königskerze), schuppig und sternschuppig (Vertreter der Familie Lokhov), massiv (Haarbündel von Pflanzen der Familie Lamiaceae) . Es gibt Drüsenhaare, in denen sich Ätherstoffe (Lippen- und Schirmpflanzen), Brennstoffe (Brennnessel) usw. ansammeln können, Emergenzien, an deren Bildung neben den Zellen der Epidermis auch tiefere Zellschichten beteiligt sind.

Epiblema (Rhizoderma) - das primäre einschichtige Hautgewebe der Wurzel. Aus äußeren Zellen gebildet Apikalmeristems Wurzel in der Nähe der Wurzelkappe. Epiblema bedeckt junge Wurzelenden. Dadurch erfolgt die Wasser- und Mineralversorgung der Pflanze aus dem Boden. Im Epiblem befinden sich viele Mitochondrien. Epiblemazellen sind dünnwandig, mit einem viskoseren Zytoplasma, ohne Stomata und Nagelhaut. Epiblema ist kurzlebig und wird aufgrund mitotischer Teilungen ständig aktualisiert.

Periderm - ein komplexer mehrschichtiger Komplex aus sekundärem Hautgewebe (Kork, Korkambium oder Phellogen und Phelloderm) aus mehrjährigen Stängeln und Wurzeln zweikeimblättrige Pflanzen und Gymnospermen, die sich kontinuierlich verdicken können. Bis zum Herbst des ersten Lebensjahres verholzen die Triebe, was sich durch den Farbumschlag von grün nach braungrau bemerkbar macht, d.h. es gab eine Veränderung der Epidermis zum Periderm, die standhalten konnte ungünstige Bedingungen Winterzeit. Das Periderm basiert auf dem sekundären Meristem - Phellogen (Korkambium), das in den Zellen des Hauptparenchyms gebildet wird, das unter der Epidermis liegt. Phellogen bildet Zellen in zwei Richtungen: außen - Korkzellen, innen - lebende Phellodermzellen. Der Kork besteht aus toten Zellen, die mit Luft gefüllt sind, sie sind länglich, passen eng aneinander, es gibt keine Poren, die Zellen sind luft- und wasserdicht. Korkzellen haben eine braune oder gelbliche Farbe, die vom Vorhandensein von Harz oder Tanninen in den Zellen abhängt (Kork-Eiche, Sachalin-Samt). Kork ist ein gutes Isoliermaterial, es leitet weder Wärme noch Strom und Schall, es wird zum Verkorken von Flaschen usw. verwendet. Die starke Korkschicht hat Korkeiche, Samtarten, Korkulme.

Linsen sind "Lüftungslöcher" im Korken, um den Gas- und Wasseraustausch von lebendem, tieferem Pflanzengewebe mit der äußeren Umgebung sicherzustellen. Äußerlich ähneln Linsen Linsensamen, für die sie ihren Namen haben. Lentizellen werden in der Regel als Stomataersatz angelegt. Die Formen und Größen von Linsen sind unterschiedlich. Linsen sind mengenmäßig viel kleiner als Spaltöffnungen. Linsen sind runde, dünnwandige, chlorophyllfreie Zellen mit Zellzwischenräumen, die die Haut anheben und einreißen. Diese Schicht lockerer, leicht verkorkter Parenchymzellen, aus denen das Lentizel besteht, wird als Leistungsgewebe bezeichnet.

Die Kruste ist ein mächtiger integumentärer Komplex toter äußerer Zellen des Periderms. Es wird an mehrjährigen Trieben und Wurzeln von Gehölzen gebildet. Die Kruste hat eine zerklüftete und unebene Form. Es schützt Baumstämme vor mechanischen Beschädigungen, Bodenbränden, niedrigen Temperaturen, Sonnenbrand, Eindringen von pathogenen Bakterien und Pilzen. Die Kruste wächst aufgrund des Wachstums neuer Peridermschichten darunter. Bei Baum- und Strauchpflanzen erscheint die Kruste (z. B. bei Kiefern) im 8. bis 10. Lebensjahr und bei Eichen im 25. bis 30. Lebensjahr. Rinde ist ein Teil der Baumrinde. Draußen blättert es ständig ab und wirft alle Arten von Pilzsporen und Flechten ab.

4. Hauptstoffe. Das Hauptgewebe oder Parenchym nimmt den größten Teil des Raums zwischen anderen permanenten Geweben von Stängeln, Wurzeln und anderen Pflanzenorganen ein. Die Hauptgewebe bestehen hauptsächlich aus lebenden Zellen unterschiedlicher Form. Zellen sind dünnwandig, aber manchmal verdickt und verholzt, mit parietalem Zytoplasma, einfachen Poren. Das Parenchym besteht aus der Rinde von Stängeln und Wurzeln, dem Kern von Stängeln, Rhizomen, dem Fruchtfleisch saftiger Früchte und Blätter, es dient als Nährstoffspeicher in den Samen. Es gibt mehrere Untergruppen der Hauptgewebe: Assimilation, Speicherung, Grundwasserleiter und Luft.

Assimilationsgewebe oder chlorophyllhaltiges Parenchym oder Chlorenchym ist das Gewebe, in dem die Photosynthese stattfindet. Die Zellen sind dünnwandig, enthalten Chloroplasten, einen Zellkern. Chloroplasten sind wie das Zytoplasma an der Wand befestigt. Chlorenchym befindet sich direkt unter der Haut. Grundsätzlich ist Chlorenchym in den Blättern und jungen grünen Trieben von Pflanzen konzentriert. In den Blättern werden Palisaden oder säulenförmige und schwammige Chlorenchyme unterschieden. Palisaden-Chlorenchymzellen sind länglich, zylindrisch mit sehr engen Interzellularräumen. Das schwammige Chlorenchym hat mehr oder weniger runde, locker angeordnete Zellen mit vielen luftgefüllten Interzellularräumen.

Aerenchym oder lufttragendes Gewebe ist ein Parenchym mit deutlich entwickelten Interzellularräumen in verschiedenen Organen, das für Wasser-, Küsten-Wasser- und Sumpfpflanzen (Schilf, Binsen, Eierkapseln, Laichkraut, Wasserfarben usw.) , deren Wurzeln und Rhizome im sauerstoffarmen Schlick liegen. Atmosphärische Luft gelangt durch das photosynthetische System mittels Transmissionszellen zu den Unterwasserorganen. Darüber hinaus kommunizieren lufttragende interzelluläre Räume mit Hilfe von besonderen Pneumatoden - Stomata von Blättern und Stängeln, Pneumatoden von Luftwurzeln einiger Pflanzen (Monstera, Philodendron, Ficus Banyan usw.), Spalten, Löchern, umgebenden Kanälen - mit der Atmosphäre durch Nachrichtenregulatorzellen. Aerenchyma verringert das spezifische Gewicht der Pflanze, was wahrscheinlich dazu beiträgt, die vertikale Position von Wasserpflanzen aufrechtzuerhalten, und bei Wasserpflanzen mit auf der Wasseroberfläche schwimmenden Blättern, die Blätter auf der Wasseroberfläche zu halten.

Der Aquifer speichert Wasser in den Blättern und Stängeln von Sukkulenten (Kakteen, Aloe, Agaven, Crassula usw.) in trockenen Gebieten. Grasblätter haben auch große wasserführende Zellen mit Schleimstoffen, die Feuchtigkeit speichern. Torfmoos hat gut entwickelte wasserführende Zellen.

Speichergewebe - Gewebe, in denen während einer bestimmten Zeit der Pflanzenentwicklung Stoffwechselprodukte abgelagert werden - Proteine, Kohlenhydrate, Fette usw. Speichergewebezellen sind normalerweise dünnwandig, das Parenchym lebt. Speichergewebe sind weit verbreitet in Knollen, Zwiebeln, verdickten Wurzeln, dem Kern von Stängeln, Endosperm- und Samenembryos, Parenchym von leitfähigen Geweben (Bohnen, Aroiden), Behältern von Harzen und ätherischen Ölen in den Blättern von Lorbeer, Kampferbaum usw. Speichergewebe kann sich zum Beispiel während der Keimung von Kartoffelknollen, Knollen von Zwiebelgewächsen, in Chlorenchym verwandeln.

5. Mechanische Stoffe. Mechanische oder tragende Stoffe sind eine Art Armatur oder Stereo. Der Begriff Stereom kommt vom griechischen „stereos“ – solide, langlebig. Die Hauptfunktion besteht darin, Widerstand gegen statische und dynamische Belastungen zu bieten. Entsprechend den Funktionen haben sie eine eigene Struktur. Bei Land Pflanzen Sie sind im axialen Teil des Triebs - dem Stamm - am stärksten entwickelt. Zellen mechanisches Gewebe kann entweder entlang der Peripherie oder als Vollzylinder oder in getrennten Abschnitten an den Rändern des Stiels im Stiel angeordnet sein. In der Wurzel, die vor allem der Reißfestigkeit standhält, konzentriert sich das mechanische Gewebe in der Mitte. Die Besonderheit der Struktur dieser Zellen ist eine starke Verdickung der Zellwände, die dem Gewebe Festigkeit verleihen. Mechanische Gewebe sind in Gehölzen am besten entwickelt. Entsprechend der Struktur der Zellen und der Art der Verdickung der Zellwände werden mechanische Gewebe in zwei Typen unterteilt: Collenchym und Sklerenchym.

Collenchym ist eine einfache primäre Stützgewebe mit lebendem Zellinhalt: Kern, Zytoplasma, manchmal mit Chloroplasten, mit ungleichmäßiger Verdickung Zellwände. Je nach Art der Verdickungen und Zellverbindungen werden drei Arten von Collenchym unterschieden: eckig, lamellar und locker. Sind die Zellen nur an den Ecken verdickt, so handelt es sich um ein Eck-Kollenchym, und sind die Wände parallel zur Stängeloberfläche verdickt und die Verdickung gleichmäßig, so handelt es sich um ein Lamellen-Kollenchym. Die Zellen des Winkel- und Lamellenkollenchyms liegen eng beieinander, ohne Interzellularräume zu bilden. Lockeres Collenchym hat Interzellularräume, und verdickte Zellwände sind zu den Interzellularräumen gerichtet.

Evolutionäres Collenchym ist aus dem Parenchym entstanden. Collenchym wird aus dem Hauptmeristem gebildet und befindet sich unter der Epidermis in einem Abstand von einer oder mehreren Schichten von ihr. In jungen Triebstielen befindet es sich in Form eines Zylinders entlang der Peripherie in den Adern großer Blätter - auf beiden Seiten. Lebende Collenchymzellen können in die Länge wachsen, ohne das Wachstum junger wachsender Pflanzenteile zu stören.

Sklerenchym ist das häufigste mechanische Gewebe, bestehend aus Zellen mit verholzten (mit Ausnahme von Flachs-Bastfasern) und gleichmäßig verdickten Zellwänden mit einigen schlitzartigen Poren. Sklerenchymzellen sind länglich und haben eine prosenchymale Form mit spitzen Enden. Schalen von Sklerenchymzellen haben eine ähnliche Festigkeit wie Stahl. Der Gehalt an Lignin in diesen Zellen erhöht die Festigkeit des Sklerenchyms. Sklerenchym ist in fast allen vorhanden vegetative Organe Höhere Landpflanzen. In Wasserpflanzen kommt es entweder gar nicht vor oder ist in den submersen Organen von Wasserpflanzen nur schwach vertreten.

Es gibt primäres und sekundäres Sklerchym. Das primäre Sklerenchym stammt aus den Zellen des Hauptmeristems - dem Prokambium oder Perizykel, das sekundäre - aus den Zellen des Kambiums. Es gibt zwei Arten von Sklerenchym: Sklerenchymfasern, bestehend aus abgestorbenen dickwandigen Zellen mit spitzen Enden, mit einer verholzten Hülle und einigen Poren, wie Bast- und Holzfasern oder Libroformfasern, und Skleriden, Strukturelemente von mechanischem Gewebe, lokalisiert allein oder in Gruppen zwischen lebenden Zellen verschiedener Pflanzenteile: Schalen von Samen, Früchten, Blättern, Stängeln. Die Hauptfunktion von Skleriden besteht darin, einer Kompression zu widerstehen. Die Form und Größe der Skleriden sind unterschiedlich.

6. Leitfähiges Gewebe. Leitfähiger Gewebetransport Nährstoffe in zwei Richtungen. Der aufsteigende (transpirationale) Flüssigkeitsstrom (wässrige Lösungen und Salze) geht durch die Gefäße und Tracheiden des Xylems von den Wurzeln den Stamm hinauf zu den Blättern und anderen Organen der Pflanze. Der Abwärtsstrom (Assimilation) organischer Substanzen wird von den Blättern entlang des Stengels durch spezielle Siebröhren des Phloems zu den unterirdischen Organen der Pflanze geleitet. Das leitfähige Gewebe einer Pflanze erinnert ein wenig an Kreislauf eine Person, da sie ein axial und radial stark verzweigtes Netzwerk hat; Nährstoffe dringen in jede Zelle einer lebenden Pflanze ein. In jedem Pflanzenorgan befinden sich Xylem und Phloem nebeneinander und werden in Form von Strängen präsentiert - leitende Bündel.

Es gibt primäre und sekundäre leitfähige Gewebe. Die primären unterscheiden sich vom Procambium und werden in die jungen Organe der Pflanze gelegt, die sekundären Leitgewebe sind kräftiger und werden aus dem Kambium gebildet.

Xylem (Holz) wird durch Tracheiden und Luftröhren oder Gefäße dargestellt.

Tracheiden - längliche geschlossene Zellen mit schräg geschnittenen gezackten Enden, die in reifem Zustand durch tote Prosenchymzellen dargestellt werden. Die Länge der Zellen beträgt im Durchschnitt 1-4 mm. Die Kommunikation mit benachbarten Tracheiden erfolgt durch einfache oder gesäumte Poren. Die Wände sind ungleichmäßig verdickt, je nach Art der Wandverdickung sind Tracheiden ringförmig, spiralförmig, treppenartig, netzförmig und porös. Poröse Tracheiden haben immer umrandete Poren. Die Sporophyten aller höheren Pflanzen haben Tracheiden, und in den meisten Schachtelhalmen, Lycopsiden, Farnen und Gymnospermen dienen sie als die einzigen leitenden Elemente des Xylems. Tracheiden erfüllen zwei Hauptfunktionen: Wasser leiten und das Organ mechanisch stärken.

Luftröhren oder Gefäße sind die wichtigsten wasserführenden Elemente des Xylems. Angiospermen. Die Luftröhre sind hohle Röhren, die aus einzelnen Segmenten bestehen; in den Trennwänden zwischen den Segmenten befinden sich Löcher - Perforationen, aufgrund derer der Flüssigkeitsfluss erfolgt. Luftröhren sind wie Tracheiden ein geschlossenes System: Die Enden jeder Luftröhre haben abgeschrägte Querwände mit umrandeten Poren. Die Segmente der Trachea sind größer als die Tracheiden: Ihr Durchmesser reicht von 0,1-0,15 bis 0,3-0,7 mm bei verschiedenen Pflanzenarten. Die Länge der Luftröhre beträgt mehrere Meter bis mehrere zehn Meter (für Lianen). Die Tracheen bestehen aus toten Zellen, obwohl sie in den Anfangsstadien der Bildung lebendig sind. Es wird angenommen, dass die Luftröhre im Evolutionsprozess aus Tracheiden hervorgegangen ist.

Gefäße und Tracheiden haben neben der Primärmembran meist sekundäre Verdickungen in Form von Ringen, Spiralen, Treppen usw. An der Innenwand der Gefäße bilden sich sekundäre Verdickungen. So liegen bei einem Ringgefäß innere Wandverdickungen in Form von Ringen vor, die voneinander beabstandet sind. Die Ringe befinden sich quer über dem Gefäß und leicht schräg. In einem Spiralgefäß wird die Sekundärmembran spiralförmig von der Innenseite der Zelle geschichtet; in einem Netzgefäß sehen unverdickte Stellen der Schale wie Schlitze aus, die Netzzellen ähneln; im Leitergefäß wechseln sich verdickte Stellen mit nicht verdickten ab und bilden den Anschein einer Leiter.

Tracheiden und Gefäße - tracheale Elemente - sind im Xylem auf verschiedene Weise verteilt: auf einem Querschnitt in festen Ringen, die ringförmige Gefäßhölzer bilden, oder mehr oder weniger gleichmäßig über das Xylem verstreut, bilden verstreute Gefäßhölzer. Die Sekundärhaut ist meist mit Lignin imprägniert, was der Pflanze zusätzliche Festigkeit verleiht, gleichzeitig aber ihr Längenwachstum begrenzt.

Neben Gefäßen und Tracheiden enthält Xylem Strahlelemente, die aus Zellen bestehen, die Markstrahlen bilden. Die Markstrahlen bestehen aus dünnwandigen lebenden Parenchymzellen, die von Nährstoffen in horizontaler Richtung durchströmt werden. Das Xylem enthält auch lebende Zellen des Holzparenchyms, die als Nahtransporter fungieren und als Speicher für Reservestoffe dienen. Alle Elemente des Xylems stammen aus dem Kambium.

Phloem ist ein leitfähiges Gewebe, durch das Glukose und andere organische Substanzen transportiert werden - Produkte der Photosynthese von Blättern zu Orten ihrer Verwendung und Ablagerung (zu Wachstumskegeln, Knollen, Zwiebeln, Rhizomen, Wurzeln, Früchten, Samen usw.). Phloem kann auch primär und sekundär sein. Das primäre Phloem wird aus dem Prokambium gebildet, das sekundäre (Bast) aus dem Kambium. Im primären Phloem gibt es keine Kernstrahlen und ein weniger starkes System von Siebelementen als in Tracheiden. Bei der Bildung des Siebschlauchs im Protoplasten der Zellen - Segmente des Siebschlauchs - treten Schleimkörper auf, die an der Bildung der Schleimschnur um die Siebplatten beteiligt sind. Damit ist die Bildung des Segments des Siebrohrs abgeschlossen. Siebrohre funktionieren in den meisten krautigen Pflanzen für eine Vegetationsperiode und bis zu 3-4 Jahre in Bäumen und Sträuchern. Siebrohre bestehen aus einer Reihe länglicher Zellen, die durch perforierte Trennwände - Siebe - miteinander kommunizieren. Die Schalen funktionsfähiger Siebrohre verholzen nicht und bleiben lebendig. Alte Zellen werden mit dem sogenannten Corpus Callosum verstopft, sterben dann ab und werden unter dem Druck jüngerer, funktionierender Zellen abgeflacht.

Das Phloem umfasst das Bastparenchym , bestehend aus dünnwandigen Zellen, in denen Reservenährstoffe eingelagert sind. Die Kernstrahlen des sekundären Phloems führen auch den Nahtransport von organischen Nährstoffen - Produkten der Photosynthese - durch.

Leitfähige Bündel - Stränge, die in der Regel von Xylem und Phloem gebildet werden. Wenn Stränge aus mechanischem Gewebe (normalerweise Sklerenchym) an die leitenden Bündel angrenzen, werden solche Bündel als vaskuläre Faser bezeichnet. Andere Gewebe können in den Gefäßbündeln enthalten sein – lebendes Parenchym, Milchzellen usw. Die Gefäßbündel können vollständig sein, wenn sowohl Xylem als auch Phloem vorhanden sind, und unvollständig, wenn sie nur aus Xylem (Xylem oder holziges Gefäßbündel) oder Phloem bestehen (Phloem oder Bast, Leitbündel).

Leitfähige Bündel, die ursprünglich aus Procambium gebildet wurden. Es gibt verschiedene Arten von Leitstrahlen. Ein Teil des Prokambiums kann erhalten bleiben und dann in das Kambium übergehen, dann ist das Bündel zur sekundären Verdickung fähig. Dies sind offene Pakete. Solche Leitbündel überwiegen in den meisten Zweikeimblättrigen und Gymnospermen. Pflanzen mit offenen Trauben können durch die Aktivität des Kambiums in die Dicke wachsen, und die Gehölzflächen sind etwa dreimal größer als die Bastflächen. Wenn während der Differenzierung des Leitbündels von der Prokambialschnur das gesamte Bildungsgewebe vollständig für die Bildung von Dauergewebe verbraucht wird, wird das Bündel als geschlossen bezeichnet.

Geschlossene Leitbündel finden sich in den Stängeln von Monokotylen. Holz und Bast in Bündeln können unterschiedliche relative Positionen haben. In dieser Hinsicht werden verschiedene Arten von Leitungsbündeln unterschieden: kollateral, bikollateral, konzentrisch und radial. Kollaterale oder seitliche Bündel, in denen Xylem und Phloem nebeneinander liegen. Bikollaterale oder zweiseitige Bündel, in denen zwei Phloemstränge nebeneinander an das Xylem angrenzen. In konzentrischen Bündeln umgibt Xylemgewebe vollständig Phloemgewebe oder umgekehrt. Im ersten Fall wird ein solcher Strahl Centrofloem genannt. Zentrophloem-Bündel finden sich in den Stängeln und Rhizomen einiger dikotyler und monokotyler Pflanzen (Begonie, Sauerampfer, Iris, viele Seggen und Lilien). Farne haben sie. Es gibt auch leitende Zwischenbündel zwischen geschlossenen Kollateralen und Zentrophloem-Bündeln. In den Wurzeln befinden sich radiale Bündel, in denen Hauptteil und Balken entlang der Radien werden von Holz belassen, und jeder Holzbalken besteht aus zentralen größeren Gefäßen, die entlang der Radien allmählich abnehmen. Die Anzahl der Strahlen in verschiedenen Pflanzen ist nicht gleich. Zwischen den Holzbalken befinden sich Bastflächen. Leitfähige Bündel erstrecken sich in Form von Strängen entlang der gesamten Pflanze, die in den Wurzeln beginnen und entlang der gesamten Pflanze entlang des Stängels bis zu den Blättern und anderen Organen verlaufen. In Blättern werden sie Adern genannt. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die absteigenden und aufsteigenden Strömungen von Wasser und Nährstoffen durchzuführen.

7. Ausscheidungsgewebe. Exkretorische oder sekretorische Gewebe sind spezielle strukturelle Formationen, die in der Lage sind, Stoffwechselprodukte und ein tropfenflüssiges Medium aus einer Pflanze zu isolieren oder in ihren Geweben zu isolieren. Die Produkte des Stoffwechsels werden als Geheimnisse bezeichnet. Wenn sie nach außen freigesetzt werden, handelt es sich um Gewebe der äußeren Sekretion, wenn sie in der Pflanze verbleiben, dann - innere Sekretion. In der Regel handelt es sich um lebende parenchymale Dünnwandzellen, die jedoch durch die Ansammlung des Sekrets in ihnen ihren Protoplasten verlieren und ihre Zellen verkorken. Die Bildung von flüssigen Sekreten ist mit der Aktivität intrazellulärer Membranen und des Golgi-Komplexes verbunden, und ihr Ursprung liegt in der Assimilation, Speicherung und Hautgewebe. Die Hauptfunktion flüssiger Sekrete besteht darin, die Pflanze vor dem Verzehr durch Tiere, Schäden durch Insekten oder Krankheitserreger zu schützen. Endokrine Gewebe werden in Form von Idioblastenzellen, Harzpassagen, Milchsäurebakterien, ätherischen Ölkanälen, Sekretbehältern, Kopfdrüsenhaaren und Drüsen präsentiert. Idioblastenzellen enthalten häufig Kristalle von Calciumoxalat (Vertreter der Familie Liliaceae, Brennnesseln usw.), Schleim (Vertreter der Familie Malvaceae usw.), Terpenoide (Vertreter der Familien Magnoliaceae, Pfeffer usw.) usw.

15. Wurzeln, ihre Typen. Arten von Wurzelsystemen. Root-Funktionen.

Root-Funktionen. Wurzel - das Hauptorgan höhere Pflanze. Die Funktionen der Wurzeln sind wie folgt:

Sie nehmen Wasser und darin gelöste Mineralsalze aus dem Boden auf, transportieren sie über Stängel, Blätter und nach oben Fortpflanzungsorgane. Die Saugfunktion wird von Wurzelhaaren (oder Mykorrhiza) übernommen, die sich in der Saugzone befinden.

Durch die hohe Festigkeit wird die Pflanze im Boden fixiert.

Wenn Wasser, Ionen von Mineralsalzen und Photosyntheseprodukte zusammenwirken, werden Produkte des Primär- und Sekundärstoffwechsels synthetisiert.

Unter Einwirkung von Wurzeldruck und Transpiration entstehen Ionen wässriger Lösungen Mineralien und organische Substanzen durch die Gefäße des Xylems der Wurzel bewegen sich entlang der aufsteigenden Strömung zum Stamm und zu den Blättern.

Nährstoffe (Stärke, Inulin etc.) werden in den Wurzeln gespeichert.

Die Biosynthese von Sekundärmetaboliten (Alkaloiden, Hormonen und anderen biologisch aktiven Substanzen) findet in den Wurzeln statt.

Die in den meristematischen Zonen der Wurzeln synthetisierten Wuchsstoffe (Gibberelline etc.) sind für das Wachstum und die Entwicklung der oberirdischen Pflanzenteile notwendig.

Aufgrund der Wurzeln wird eine Symbiose mit Bodenmikroorganismen - Bakterien und Pilzen - durchgeführt.

Mit Hilfe von Wurzeln erfolgt die vegetative Vermehrung vieler Pflanzen.

Einige Wurzeln erfüllen die Funktion eines Atmungsorgans (Monstera, Philodendron usw.).

Die Wurzeln einer Reihe von Pflanzen erfüllen die Funktion von "gestelzten" Wurzeln (Ficus Banyan, Pandanus usw.).

Die Wurzel ist zu Metamorphosen befähigt (Verdickungen der Hauptwurzel bilden "Hackfrüchte" bei Möhren, Petersilie etc.; Verdickungen von Seiten- oder Adventivwurzeln bilden Wurzelknollen bei Dahlien, Erdnüssen, Chistyak etc., Wurzelverkürzungen bei Zwiebelgewächsen). ).

Wurzel - ein axiales Organ, normalerweise zylindrisch geformt, mit radialer Symmetrie, das Geotropismus besitzt. Es wächst, solange das apikale Meristem erhalten bleibt, bedeckt mit einer Wurzelkappe. An der Wurzel bilden sich im Gegensatz zum Spross nie Blätter, sondern wie beim Spross bilden sich die Wurzeläste Wurzelsystem.

Das Wurzelsystem ist die Gesamtheit der Wurzeln einer einzelnen Pflanze. Die Art des Wurzelsystems hängt vom Wachstumsverhältnis der Haupt-, Seiten- und Nebenwurzeln ab.

Arten von Wurzeln und Wurzelsystemen. Im Embryo des Samens stecken alle Organe der Pflanze noch in den Kinderschuhen. Die Haupt- oder erste Wurzel entwickelt sich aus Keimwurzel. Die Hauptwurzel befindet sich im Zentrum des gesamten Wurzelsystems, der Stamm dient als Fortsetzung der Wurzel, und zusammen bilden sie eine Achse erster Ordnung. Der Bereich an der Grenze zwischen der Hauptwurzel und dem Stamm wird genannt Wurzelkragen. Dieser Übergang vom Stamm zur Wurzel macht sich durch die unterschiedliche Dicke von Stamm und Wurzel bemerkbar: Der Stamm ist dicker als die Wurzel. Der Abschnitt des Stängels vom Wurzelhals bis zu den ersten Keimblättern - Keimblätter genannt Hypokotyl-Knie oder Hypokotyl(Abb. 46). Seitenwurzeln der nächsten Ordnungen weichen von der Hauptwurzel zu den Seiten ab. Solch Wurzelsystem genannt ausschlaggebend(Abb. 47, A, B), in vielen zweikeimblättrigen Pflanzen ist es in der Lage, sich zu verzweigen. Ein verzweigtes Wurzelsystem ist eine Art Pfahlwurzelsystem. Die seitliche Verzweigung der Wurzel ist dadurch gekennzeichnet, dass neue Wurzeln in einiger Entfernung von der Spitze gebildet und endogen gebildet werden - in den inneren Geweben der mütterlichen Wurzel der vorherigen Ordnung aufgrund der Aktivität des Pericyclus. Je mehr Seitenwurzeln von der Hauptwurzel abweichen, desto größer ist der Ernährungsbereich der Pflanze. Daher gibt es spezielle landwirtschaftliche Praktiken, die die Fähigkeit der Hauptwurzel zur Bildung von Seitenwurzeln verbessern, z. B. Kneifen oder tauchen Hauptwurzel um l/3 seiner Länge. Nach einiger Zeit des Tauchens hört die Hauptwurzel auf, in der Länge zu wachsen, während die Seitenwurzeln intensiv wachsen.

Bei zweikeimblättrigen Pflanzen bleibt die Hauptwurzel in der Regel lebenslang bestehen, bei Monokotylen stirbt die Keimwurzel schnell ab, die Hauptwurzel entwickelt sich nicht und Triebe bilden sich von der Basis Adnex Wurzeln (Abb. 47, G), die auch Zweige des ersten, zweiten usw. haben. Aufträge. Dieses Wurzelsystem wird aufgerufen faserig(Abb. 47, CD). Adventivwurzeln werden wie Seitenwurzeln endogen gelegt. Sie können sich an Stängeln und Blättern bilden. Die Fähigkeit von Pflanzen, Adventivwurzeln zu entwickeln, wird in großem Umfang in der Pflanzenproduktion genutzt, z Vegetative Reproduktion Pflanzen (Vermehrung durch Stängel- und Blattstecklinge). Weide, Pappel, Ahorn, schwarze Johannisbeere usw. werden durch Hochstammstecklinge vermehrt; belaubte Stecklinge - Usambar-Veilchen oder Saintpaulia, einige Arten von Begonien. Unterirdische Stecklinge modifizierte Triebe(Rhizome) von vielen vermehrt medizinische Pflanzen B. Maiglöckchen, Officinalis usw. Einige Pflanzen bilden beim Anhäufeln des unteren Stängelteils viele Adventivwurzeln (Kartoffeln, Kohl, Mais usw.) und schaffen so zusätzliche Nährstoffe.

Höher Sporenpflanzen(Moose, Schachtelhalme, Farne) tritt die Hauptwurzel überhaupt nicht auf, sie bilden nur vom Rhizom ausgehende Adventivwurzeln. Bei vielen zweikeimblättrigen krautigen Rhizompflanzen stirbt oft die Hauptwurzel ab und es überwiegt das System der von den Rhizomen ausgehenden Adventivwurzeln (Schneekraut, Brennnessel, Ranunkel etc.).

In Bezug auf die Eindringtiefe in den Boden gehört der erste Platz dem Pfahlwurzelsystem: Die Rekordeindringtiefe der Wurzeln erreicht einigen Berichten zufolge 120 m! Das faserige Wurzelsystem mit einer meist oberflächlichen Lage der Wurzeln trägt jedoch zur Bildung einer Grasnarbe bei und verhindert die Bodenerosion.

Die Gesamtlänge der Wurzeln im Wurzelsystem ist unterschiedlich, einige Wurzeln erreichen mehrere zehn oder sogar hundert Kilometer. Beispielsweise erreicht bei Weizen die Länge aller Wurzelhaare 20 km, und bei Winterroggen beträgt die Gesamtlänge der Wurzeln der ersten, zweiten und dritten Ordnung über 180 km, und mit dem Hinzufügen von Wurzeln der vierten Ordnung, 623 km. Obwohl die Wurzel ihr ganzes Leben lang wächst, wird ihr Wachstum durch den Einfluss der Wurzeln anderer Pflanzen begrenzt.

Der Grad der Entwicklung von Wurzelsystemen auf verschiedenen Böden in verschiedenen Naturgebiete ist nicht das Gleiche. In Sandwüsten, wo das Grundwasser tief ist, reichen die Wurzeln einiger Pflanzen bis in eine Tiefe von 40 m oder mehr (Selingras, Prosopis seriflora aus der Familie der Hülsenfrüchte usw.). Ephemere Pflanzen von Halbwüsten haben oberflächlich Wurzelsystem, das an die schnelle Aufnahme von Frühjahrsfeuchtigkeit angepasst ist, was für den schnellen Durchgang aller Phasen der Pflanzenvegetation völlig ausreichend ist. Auf lehmigen, schlecht belüfteten Podsolen der Taiga-Waldzone ist das Wurzelsystem der Pflanzen zu 90% in der Oberflächenschicht des Bodens (10-15 cm) konzentriert, die Pflanzen haben "nährende Wurzeln" (europäische Fichte). Zum Beispiel nutzen die Wurzeln von Saxaul die Feuchtigkeit verschiedener Horizonte zu verschiedenen Jahreszeiten.

Ein sehr wichtiger Faktor bei der Verteilung des Wurzelsystems ist die Feuchtigkeit. Die Richtung der Wurzeln geht in Richtung größerer Feuchtigkeit, jedoch verzweigen sich die Wurzeln in Wasser und in feuchten Böden viel schwächer.

Azofarbstoff bildet keine medizinischen Substanzen, Derivate

Alexander Lowen BETREATHING DEN KÖRPER. 1. Es ist nicht ungewöhnlich, dass eine akute psychotische Episode aufgrund des Konsums eines Medikaments auftritt, das den Geist vorübergehend außer Kontrolle über den Körper hält.