Біологія (Тагліна) 10 клас by sloven

О. В. Тагліна

ІОЛОГІЯ клас

Академічний рівень Рівень стандарту

ВИДАВНИЦТВО

РАНОК

VMli іі/ІІІП, II llllli > 1111,1КЧ T ill i i <!• >1111 ні >M I it I < i i * | x r m > m освіти і науки України linn її і M і мігі і-1n її їїі освіти і науки України№ 177 під 03.03.2010)

I V m i m i

Наукова експертиза здійснена Ін с т и т у т о м клітинної біології т а генетичної інженерії Національної академії наук України ІІсихолого-недагогічна експертиза здійснена І н с т и т у т о м педагогіки Національної академії педагогічних наук України Незалежні експерти: С. Є. Бухальська, старший викладач, Рівненський обласний інститут післядипломної освіти; І. Ф. Кедич, завідуюча Р М К , Підгаєцький Р М К , Тернопільська обл.; О. А. Мазур, методист, Барський Р М К , Вінницька обл.; В. В. Юрович, учитель, СЗШ № 15, м. Львів; JI.O. Тасенко, вчитель, Комунальний заклад «Навчально-виховне об’єднання І— III ст. № 16 — дитячий юнацький центр “Лідер” Кіровоградської міської ради». Рецензенти: О. М . Білик, учитель-методист, учитель хім ії харківської школи І— III сту пеня № 35 Харківської міської ради Харківської області; О. О. Жигуліна, учитель-методист, учитель біології, м. Харків; Є. О. Цуканова, учитель-методист, учитель біології Клугіно-Баиікирівської гімназії, м. Чугуїв. Видано за державні к о ш т и . П р о д а ж заборонено

Т13

Т а г л ін а О. В. Б іо л о гія . 10 к л ас (рівень стан дарту, а к а д е м іч н и й рівень). П ід р у ч . д л я загальноосв. навч. закл. — X .: В ид но «Ранок», 2010. — 256 с.: іл . IS B N 9 7 8 -6 1 1 -5 4 0 -7 7 9 -8 Підручник містить обов’язковий обсяг навчального матеріалу, необхідні теоретичні відомості й поняття, лабораторні і практичні роботи, передбачені чинною програмою (рівень стандарту й академічний рівень). Для закріплення матеріалу запропоновано різнорівневі завдання, для перевірки знань тес тові завдання. Кольорові ілюстрації, сучасне оформлення сприятимуть ефек тивному засвоєнню навчального матеріалу. Призначений для учнів 10 класів, які навчаються за програмою рівня стан дарту й академічного рівня.

УДК 57(075.3) ІІІІК 28.0я721

ISBN 978-611-540- 779 8

((') О. Іі. Тагліна, 2010 (О ТОЇ! Видавництво «Ранок», 2010

Шановні друзі! В и починаєте ви вчати к ур с «Загальна б іо л о гія » , у я к о м у озна й о м и те ся з м о л е к у л я р н и м , к л іт и н н и м і о р га н із м о в и м р ів н я м и ор г а н із а ц ії ж и в о ї п р ир оди , осо б л и во стям и ж и в и х си стем , навчи теся п роводити д е я к і б іо х ім іч н і до слід и і розв’ язувати задачі з м о л е к у л я р н о ї б іо л о гії. Ц е д оп ом ож е вам зр о зу м іти , ч о м у саме б іо л о гіч н і н ау ки є теоретичною основою м е д и ц и н и , а гр о н о м ії, тв ар и н н и ц тва, а та к о ж у с іх галузей виробництва, я к і п о в ’я за н і з ж и в и м и о р га н ізм а м и .

Як п ра ц ю в ати з підручником П ід р у ч н и к п р и зн ач ен и й дл я роботи за чин н ою п р огр ам ою р ів н я стан д ар ту й а к а д е м іч н о го р ів н я . М а те р іа л п ід р у ч н и к а п од іл ен о на р озд іл и , те м и й параграф и. Н а п о ч а тк у к о ж н о ї те м и наведено п е р е л ік к л ю ч о в и х п и тан ь, я к і р о згл я д а ти м у ться у в ід п о в ід н и х параграф ах. З а к ін ч у є т ь с я тема за вд а н н я м и д л я п р о е к тн о ї і гр у п о в о ї роботи, наведено т а к о ж план ї ї ви кон ан н я. У к ін ц і к о ж н о го р о зд іл у п р оп он ую ться те сти д л я пере в ір к и знань. К о ж е н параграф , к р ім основного те ксту, має т а к і рубрики: «Опор н і точки» (висновки), «П ригадайте», « Д ізн а й те ся б іл ь ш е » , «Н аука — п р а к т и ц і» . У с і вони дадуть м о ж л и в ість кращ е зр о зум іти й зап ам ’ятати новий м а тер іал. Я к щ о б іл я назви параграф а чи я к о їс ь його ч асти н и с т о їть зн ак «*», то це означає, щ о цей м а тер іал є обов’я зк о в и м для вивчення л и ш е за п р огр ам ою а к ад е м іч н о го р івн я . Д л я навчан н я за п р огр ам ою р ів н я стан дар ту т а к и й м а тер іал не є обов’я зк о в и м , у ц ьо м у в и п ад к у в ін м о ж е в и ко р и сто в ува ти ся я к додаткови й м а тер іал дл я п оглибленого вивчення. П іс л я параграф а наведено за п и та н н я дл я к он тр ол ю і са м о к о н тр о л ю та лабораторні й п р а к т и ч н і роботи. Завдання, щ о п о м іч е н і зна ком « », є завданнями достатнього р івн я складності, знаком « » — ви сокого р ів н я ск л а д н о сті. З авдання без у м о вн и х п означок є завдан н я м и поч аткового й середнього р ів н я ск л а д н ості. Д л я ш в и д к о го п о ш у к у ін ф о р м а ц ії у п ід р у ч н и к у м о ж н а ск о р и ста ти ся а л ф а в ітн и м п о к а ж ч и к о м , наведеним у к ін ц і к н и ги . У с п іх ів вам у п із н а н н і та є м н и ц ь ж и в о ї пр и р оди і п р и єм н о го навчання!

та творчого

ВСТУП Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: • •

видатних учених-біологів України; методи біологічних досліджень; сучасне визначення поняття «життя»;

•

основні властивості живого і рівні організації живої матерії.

Навчитеся: розуміти значення біологічної науки н житті людини й суспіль ства; •

характеризувати методи біологічних досліджень; пояснювати зв'язок біології з іншими природничими та гумані тарними науками.

§ 1. Значення біологічної науки в житті людини й суспільства Л ю д ств о в процесі свого р о зви тку завж ди ви я вля ло інтерес до п і знання ж и в о ї природи, о с к іл ь к и знання про ж и в і о р га н ізм и є ж и ттєв о н е о б х ід н и м и д л я л ю д и н и . Р о с л и н и й тв а р и н и були дж ер ел ом їж і, ви кор и стовува ли ся у п р ом и словом у в и р о б н и ц тві, м е д и ц и н і, побуті. Н е в и д и м и й с в іт м ік р о о р га н із м ів мав р ізн о б іч н и й вилив на лю дину, приховував у собі я к небезпеку для ї ї ж и т т я й здоров’ я, та к і м о ж л и в о сті для вдосконалення виробництва п р о д у к тів харчуван н я, л ік ів та ін ш и х н еоб хід н их речей. О тж е, ж и т т я лю дства н ем ож л иве без знань про ж и в у природу, я к і надає н аука біол огія. Б іо л о г ія (від грец. bios — ж и т т я , logos — учення) — це н аука про ж и т т я та його з а к о н о м ір н о с т і. Т е р м ін «біол огія» зап р оп он ув ал и у 1802 р. Ж . Б. Л а м а р к та Г. Р . Т ревіранус незалеж но один в ід одного. Б іо л о г ія вивчає величезне р із н о м а н іття ж и в и х си стем і ж и в и х істо т,

ВСТУП зокрема й ти х , щ о вим ерли, їх н ю будову й ф у н к ц ії, п ох од ж ен н я та взаємозв’я зк и , п ош и рення й розвиток, зв ’я з к и м іж ж и в о ю і неж ивою природою . Б іо л о г іч н і науки є теоретичною основою м е д и ц и н и , агро н о м ії, тв ар и н н и ц тва, а та к о ж у с іх галузей виробництва, пов’ язан и х із ж и в и м и о р га н ізм а м и . Завдяки знанню законів спадковості та м ін л и в о сті м ож н а створю вати високопродуктивні сорти кул ьтур н их рослин і породи св ій ськи х тварин. Б іо л о гіч н і знання допомагаю ть у боротьбі з і ш к ід н и к а м и та хворобами к ул ьту р н и х рослин, паразитами тварин. Д о с я гн е н н я су ч а сн о ї б іо л о г ії набули п р а к ти ч н о го застосуван н я у п р о м и сл о в о м у б іо л о гіч н о м у си н те зі а м ін о к и сл о т, корм ови х б іл к ів , ф ер м ен тів, в іта м ін ів , с т и м у л я то р ів росту й засобів зах и сту рослин, ін ш и х необ хід н их речовин. За доп ом огою м етодів ге н н о ї ін ж е н е р ії біол оги створ и л и о р га н ізм и з н ови м и к о м б ін а ц ія м и спадкових ознак і властивостей, н ап р иклад р осл ин и з п ід ви щ ен о ю с т ій к іс т ю до захворю вань, засолення ґр у н тів , зд а тн істю до ф ік с а ц ії атмосф ерного азоту тощ о. Б агато сіл ь сь к о го с под арських к у л ь ту р створено за допомогою м е тод ів ге н н о ї ін ж е н е р ії, серед н и х 11 сортів сої, 24 сорти к артоп лі, 32 сорти к ук у р у д зи , 3 сорти ц укрового бу р я ку , 5 со р тів рису, 8 со р тів то м а тів , 3 сорти п ш е н и ц і.

Дізнайтеся більше

...........................................................

Генетично модифіковані сільгоспкультури широко використо вуються у світовому сільському господарстві, оскільки вони не потерпають від шкідників, стійкі до пестицидів, не потребують рясного поливання. Зовні вони не відрізняються від сортів, отри маних методами традиційної селекції (мал. 1.1).

Пригадайте

........................................................

Пестициди — це хімічні речовини, що використовуються для бо ротьби зі шкідливими організмами.

Мал. 1.1. Генетично модифіковані кукурудза (а) та соя (6)

ВСТУП

Генна ін ж е н е р ія л е ж и ть в основі розробки п р и н ц и п ів біотехнолог ії, п о в ’я за н о ї з ви р об н и ц твом б іо л о гіч н о а к ти в н и х речовин — це, н ап р и клад , ін с у л ін , а н ти б іо ти к и , інтерф ерон, н о в і вак ц и н и дл я про ф іл а к ти к и ін ф е к ц ій н и х захворю вань л ю д и н и та тварин. Т еор ети ч н і досягнен н я б іо л о гії ш и роко застосовую ться в м е д и ц и н і. Н а п р и к л а д , ге н е ти ч н і д о сл ід ж е н н я до зволяю ть р озробляти методи р ан н ьої д іа гн о сти к и , л ік у в а н н я та п р о ф іл а к ти к и багатьох спадкових хвороб лю ди н и .

Дізнайтеся більше

...........................................................

Нобелівську премію з біології та медицини у 2008 р. поділили Гаральд цур Хаузен («за відкриття вірусів папіломи людини, що спричиняють рак»), Франсуаза Барре-Сінуссі та Люк Монтаньє («за відкриття вірусу імунодефіциту людини») (мал. 1.2). Значення цих відкриттів для боротьби з раком та СНІДом є величезним. Від них залежить порятунок мільйонів людей. Р о з в ’ я зан н я т а к и х в а ж л и в и х проблем су ч а сн о сті, я к охорона н ав к о л и ш н ьо го середовищ а, р ац іон альн е в и ко р и ста н н я п р и р одн и х ре су р сів і п ід в и щ е н н я п р о д у к ти в н о сті р осл и н н ого св іту , є м о ж л и в и м л и ш е на основі б іо л о гіч н и х дослід ж ен ь. В и з н а ч н і в ід к р и т тя , зроблені в р із н и х га л у зя х б іо л о гії, ви сун ул и ї ї на передній план природознавства, су ттєв о вп л и н у л и на побудову су ч асн ої н а у ко в о ї к а р ти н и св іту .

С и с те м а біологічних наук Історичн и й ш л я х р озви тку б іо л о гії п р и звів до ф ормування систем и біо л о гіч н и х наук. За до слід ж у ван и м и об’є к та м и серед н и х м о ж н а в и д і л и ти , н априклад, зоологію , ботан іку, м ік о л о гію , вірусологію ; за д о сл і д ж у в а н и м и власти востям и та ф у н к ц ія м и — ф ізіо л о гію , ем бр іологію , ген ети ку, етіологію ; за р ів н я м и о р га н із а ц ії ж и в о го — м о лекулярн у біол огію , ц и тол огію , гісто л о гію , ан атом ію , екологію .

Мал. 1.2. Вірус папіломи людини (а) та вірус імунодефіциту людини (б)

ВСТУП

Б ага то б іо л о гіч н и х н ау к є к о м п л е к с н и м и , ін те гр о в а н и м и , н а п р и клад б іо х ім ія , б іоф ізи к а, р а д іо б іо л о гія , біогеограф ія, б іо л о гія ін д и від уал ьн ого р озви тку. Б іо л о гія тіс н о пов’ язана з ін ш и м и п р и р од н и ч и м и д и сц и п л ін а м и . Н а сти к а х наук ви н и к аю ть і у сп іш н о розвиваю ться нові нап р ям ки: біокібер н етика, б іо н ік а , м а тем ати ч н а б іо л о гія , біоін ф орм ати ка. Сучасна біологія активно освоює й гуманітарну сферу, дослідж ую чи біологічні витоки таких явищ , я к культура, мистецтво, влада, агресив ність, альтруїзм, управління, лідерство, любов. Розвиваю ться такі на уки, я к етологія лю дини, соціобіологія, еволюційна психологія тощо.

Опорні т о ч к и Сучасна б іо л о гія сф ормувалася в р езультаті ти ся ч о л ітн ьо го р озви т к у н аукової д у м к и . Б іо л о г ія — багатогранна наука, щ о вклю чає р із н і н а п р я м к и та га л у зі знань. В она є ф ун дам ен том дл я р о зв и тк у ін ш и х галузей знань, в ід ігр а є в а ж л и в у роль у п р о м и сл о в о сті, сіл ь сь к о м у господарстві та м е д и ц и н і.

Запитання для кон тр ол ю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5.

Що вивчає біологія? Які біологічні науки ви знаєте? Які біологічні науки можна виділити за рівнями організації живого? Наведіть приклади практичного застосування біологічних знань. Чому біологія тісно пов'язана з іншими природничими дисципліна ми і гуманітарними науками? 6. Користуючись «Енциклопедичними сторінками» (с. 8— 15), проаналізуй те великі теоретичні відкриття, які були зроблені в біології у XIX ст. 7. Користуючись «Енциклопедичними сторінками» (с. 8— 15), проаналізуй те великі теоретичні відкриття, які були зроблені в біології у XX ст.

Енциклопедичні сторінки

Історія розвитку біологи ш Хоча сама біологія формувалася як наука у XIX ст.( біологічні дис ципліни зародилися значно раніше у філософії, природничій історії та медицині. Своїм корінням сучасна біологія сягає давнини і бере початок у Давньому Єгипті та Давній Греції.

Арістотель (384— 322 до н. е.) Основи зоології заклав грецький філософ Арістотель. Він уперше в історії впорядкував знання про природу, ви діливши основні її компоненти: неорганічний світ, росли ни, тварини, людину. Свої погляди на явища природи Аріс тотель виклав у творах «Історія тварин», «Про виникнення тварин» та інших.

Теофраст (6л. 370 — бл. 286 до н. е.) Батьком ботаніки вважають філософа Теофраста — учня Арістотеля, який написав «Природну історію рос лин». Поряд зі спостереженнями загального характеру ця книга містить рекомендації щодо практичного засто сування рослин. Теофраст дав основи класифікації та фі зіології рослин, описав майже 500 видів рослин.

Клавдій Гален (131— 200 н. е.) Поява науки анатомії пов'язана з класичною працею давньоримського лікаря Клавдія Галена «Про частини людського тіла», у якій уперше було подано анатомо фізіологічний опис людини.

Андреас Везалій (1514— 1564) Пізніше Андреас Везалій дав науковий опис будови органів і систем організму людини, а Вільям Гарвей ви вчив велике і мале кола кровообігу.

•і т а :п ,. Роберт Гук (1635— 1703) Поява на початку XVII ст. мікроскопа дала змогу ви вчати мікроорганізми, їхню будову та функції. Роберт Гук, Марчелло Мальпігі, Ян Сваммердам та Антоні вам Левенгук започаткували вивчення клітин і тканин. Левенгук уперше побачив під мікроскопом бак терій та одноклітинних тварин.

Антоні ван Левенгук (1632— 1723) Антоні ван Левенгук — голландський нату раліст, який сконструював мікроскоп. Мікроскоп Левенгука є унікальним виробом і за технологією виготовлення, і за результатами зас За допомогою своїх мікроско пів Левенгук досліджував структу ру різних форм живої матерії. Він стверджузав, що слід утриматися від міркувань, коли говорить до слід. Мікроскоп Левенгука

Карл Лінней (1707— 1778) Карл Лінней — шведський природознавець: ботанік, зоолог і лікар — видатний учений XVIII ст., перший пре зидент Шведської академії наук. У 1735 р. він опублікував свою основну працю під назвою «Система природи». Карл Лінней описав близько 4200 видів тва рин і 1500 видів рослин.

Обкладинка першого видання книги К. Ліннея «Система природи»

10 Жан Батист Ламарк (1744—1829) На початку XIX ст. Ж. б. Ламарк у книзі «Філософія зоології» вперше сформулював думку про еволюцію ор ганічного світу та рушійні сили еволюції. Саме Ламарк виділив біологію як самостійну науку та ввів до актив ного наукового обігу сам термін «біологія».

Пам'ятник Ж. б. Ламарку в (Парижі

У XIX ст. з'явилося перше велике наукове узагальнення в біології — клітинна теорія. її створили Маттіас Шлейден і Теодор ІІІванн у 1838— 1839 pp., а доповнив Рудольф Вірхов у 1855 р. Завдяки клі тинній теорії світ дізнався про те, що саме клітина є структурною і функціональною одиницею живого. XIX ст. позначилося багатьма подіями.

важливими для

розвитку біології

Ш Щ

Маттіас Шлейден (1804— 1881)

Рудольф Вірхов (1821— 1902)

Теодор Шванн (1810— 1882)

11 Чарлз Дароін (1809— 1882) Чарлз Дарвін, англійський натураліст і мандрівник, створив теорію еволюції, у якій відкрив основні рушійні сили еволюції — природний добір, спадковість і мінли вість. 24 листопада 1859 р. вийшла дру ком геніальна праця Чарлза Дарвіна «Походження видів шляхом природ ного добору або збереження обраних рас у боротьбі за життя», в якій були майстерно викладені і всебічно об ґрунтовані наукові основи еволюційної теорії. Пам'ятна монета, присвячена 200-річчю з дня народження Дарвіна

Грегор Мендель (1822— 1884) Австрійський священик і ботанік Грегор Мендель ви вчав закономірності спадковості та заклав основи науки генетики. Він розробив метод гібридологічного аналізу, який став основним генетичним методом.

Пам’ятник Г. Менделю перед меморіальним музеєм у місті Брно споруджено 1910 р. на кошти, зібрані вченими всього світу

Закони Менделя були «перевідкриті» у XX ст. німецьким ботаніком Карлом Корренсом, австрійським ботаніком Еріхом Чермаком та гол ландським ученим Гуго де Фрізом. Генетика, що зародилася на межі століть, стала однією з найважливіших сучасних біологічних наук.

(1848— 1935)

(1864— 1933)

(1871 — 1962)

Томас Хант Моргай (1866— 1945) Т. X. Морган — один з авторів хромосомної тео рії спадковості — отримав Нобелівську премію з фі зіології та медицини у 1933 р. «за відкриття, пов'язані з роллю хромосом у спадковості». Муха дрозофіла — це улюблений об'єкт досліджень для генетиків усього світу. Дрозофілу вперше почали вивчати саме в лабо раторії Моргана. 1\ Подальший розвиток еволюційного вчення пов'язаний із досяг неннями популяційної генетики та інших нових біологічних наук, що з'явилися у XX ст. Праці Миколи Вавилова, Сергія Четверикова, Олек сія Сєверцова, Роберта Фішера, Феодосія Добржанського, Миколи Тимофєєва-Ресовського, Івана ШмальгЗузена стали значним внеском у біологію XX ст. і підвели людство до пізнання фундаментальних влас тивостей живого.

Микола Іванович Вавилов (1887— 1943) М. І. Вавилов — російський і радянський ученийгенетик, ботанік, селекціонер, географ, організатор і учас ник експедицій, у ході яких було виявлено світові центри походження культурних рослин. Він обґрунтував учення про імунітет рослин, відкрив закон гомологічних рядів у спадковій мінливості організмів.

Епохальними для XX ст. стали відкриття будови молекули ДНК у 1953 р. Джеймсом Уотсоном, Френсісом Кріком, Морісом Уїлкінсом і Розаліндою Франклін, а також відкриття матричного синтезу білків та нуклеїнових кислот і розшифрування генетичного коду. Ці відкриття мали величезне практичне значення, вони спричинили появу таких на укових напрямків, як біотехнологія та генна інженерія.

Джеймс Уотсон (народився у 1928 р.)

Френсіс Крік (1916— 2004)

Розалінда Франклін (1920— 1958)

Важливими стали й екологічні дослідження XX ст., у результаті яких було сформульовано такі поняття, як біогеоценоз (В. Н. Сукачов), еко система (А. Теслі) та біосфера (В. І. Вернадський).

Видатні вчені-біологи України Серед всесвітньо відомих учених-біологів багато наших співвітчизни ків, наприклад засновник учення про біосферу, перший президент Ака демії наук України академік Володимир Іванович Вернадський (1863— 1945), засновник імунології та мікробіології, лауреат Нобелівської премії Ілля Ілліч Мечников (1845— 1916), найвідоміший еволюціоніст академік Іван Іванович Шмальгаузен (1884— 1963).

В. І. Вернадський (1863— 1945) — засновник учення про біосферу

І. І. Мечников (1845— 1916) — засновник імунології та мікробіології

І. І. Шмальгаузен (1884— 1963) — біолог, зоолог, теоретик еволюційного вчення

Сергій Гаврилович Навашин (1857— 1930) С. Г. Навашин — ботанік, цитолог та ембріолог рос лин, який працював у Київському університеті. Він заклав основи морфології хромосом і каріосистематики, відкрив у 1898 р. подвійне запліднення у покритонасінних рослин, створив вітчизняну школу цитології та ембріології рослин.

Іван Миколайович Буланкін (1901— 1960) І. М. Буланкін — видатний український біохімік. Він працював у Харківському університеті, довгі роки був його ректором. Основні роботи Буланкіна присвячені біохімії білків.

Олександр Онопрійович Ковалевський (1840— 1901) О. О. Ковалевський — автор праць, присвячених порів няльній ембріології та фізіології безхребетних тварин. Зро бив значний внесок у розвиток еволюційного вчення.

Микола Іванович Пирогов (1810— 1881) М. І. Пирогов — видатний хірург, заклав основи топо графічної анатомії та оперативної хірургії. Він увійшов в історію як людина, яка зробила хірургію наукою, фактично відкрила в ній нову епоху. Але його ді яльність була значно ширшою. Її результатом були й уні кальні за точністю анатомічні атласи, і принципово нова техніка проведення операцій, і революційні праці зі зне болювання, і створення військово-польової хірургії. Микола Федорович Гамалія (1859— 1949) М. Ф. Гамалія — відомий мікробіолог і епідеміолог. Для поглиблення свого досвіду в галузі бактеріології він працював у Парижі в лабораторії Луї Пастера. За сприян ня Пастера Гамалія у 1886 р. заснував разом з і. І. Мечниковим і Я. Ю. Бардахом в Одесі першу в Росії (і другу у світі) бактеріологічну станцію. Гамалія вперше в Росії здійснив вакцинацію людей проти сказу. Олександр Олександрович Богомолець (1881— 1946) О. О. Богомолець — академік, основоположник віт чизняної школи патофізіологів, автор численних праць з ендокринології, порушення обміну речовин, імунітету й алергії, раку, старіння організму тощо. Він очолював створений ним Інститут експериментальної біології і па тології та Інститут клінічної фізіології. Данило Кирилович Заболотний (1866— 1929) Д. К. Заболотний — академік, мікробіолог та епідеміо лог. Заснував українську мікробіологічну школу, встановив шляхи поширення холери, розробив ефективну діагности ку цього захворювання. Його наукові висновки базувались на багатющому фактичному матеріалі, на подвижницькій практичній боротьбі з інфекційними захворюваннями. Відомими біологами є ботанік, біохімік та фізіолог рослин Володи мир Іванович Палладій (1859— 1922) та біохімік, засновник біохімічної школи, основні наукові праці якого присвячені біохімії нервової систе ми, м'язової діяльності та вітамінів, Олександр Володимирович Палла дій (1885— 1972). Світову славу здобули селекціонери Лев Платонович Симиренко (1855— 1920), який займався селекцією й акліматизацією плодових рос лин, Михайло Федорович Іванов (1871— 1935), праці якого присвячені племінній справі, селекції й акліматизації тварин, Василь Якович Юр'єв (1879— 1962), який присвятив своє життя селекції зернових культур.

ВСТУП

§ 2. Сучасне визначення поняття «життя». Основні властивості живого Сучасне визначення п о н я т т я « ж иття» Ж и т т я є н а с тіл ь к и р із н о м а н ітн и м та багатогра нн и м , щ о дати од нозначне та вичерпне ви зн аченн я цього яв и щ а п рироди д у ж е в а ж к о (мал. 2.1). Існує багато ви значень ж и т т я , я к і дали р із н і вч ен і в р із н и й час. Н а п р и к л а д , А р іс т о те л ь визначав ж и т т я я к «харчування, р іс т і ста р ін н я» , Т р е вір а н у с вваж ав, щ о ж и т т я — це « стій к а о д н о м а н ітн іс ть процесів із в ід м ін н іс т ю з о в н іш н іх в п л и в ів » , ак а д е м ік І. П . П авлов в и значав його я к «складний х ім іч н и й процес», а ак а д е м ік 0 . 1. О пар ін — я к «особливу, д у ж е ск л а д н у ф орм у р ух у м а те р ії» . Ж и т т я в су ч а сн о м у р о з у м ін н і — це особливий сп о сіб існ у в а н н я о р га н ізм ів , іс т о тн и м и ч и н н и к а м и як о го є о б м ін речовин із н а в к о л и ш н ім середовищ ем і відтворенн я п о д іб н и х собі. Ж и в і си стем и зд а тн і до вп ор ядкуван н я, створення п о р яд к у із хаосу, а та к о ж до е в о л ю ц ії з в и н и к н е н н я м нови х властивостей та якостей. У с я ж и ва речовина З е м л і, тобто ж и в і о р га н ізм и , сп р и чи н и л а гл и б о к і з м ін и в р о зви тку н а ш о ї планети. Ж и т т я — це одна з ф орм існ у в а н н я м а те р ії, я к іс н о вищ а, н іж ф і зи ч н а й х ім іч н а ф орм и ї ї існ у ван н я. Ж и т т я хара ктер и зу ється н и зк ою особливостей, щ о в ід р із н я ю т ь ж и в е в ід н еж и вого. Б уд ь-я ке ви зн а чення ж и т т я обов’язково вклю чає опис ц и х особливостей — основних властивостей ж и во го . Саме про н и х необхідно зн ати , щ об да ти н ай б іл ь ш вичерпне ви зн аченн я того, щ о таке ж и т т я .

Мал. 2.1. Життя різноманітне: суходіл, вода й повітря населені різними його формами

ВСТУП

Дізнайтеся більше

................................

У Південній Африці на глибині 2,8 км під зем лею знайдено унікальну екосистему, все насе лення якої представлене одним-єдиним видом бактерій. Мікроорганізм, який дістав назву Desulforudis audaxviator, живе в цілковитій са

мотності в гарячій підземній воді, насиченій сульфатами, і виробляє всі необхідні для жит тя речовини з неорганічних сполук.

Desulforudis audaxviator

Основні в л а с т и в о с т і живого Ж и в і си стем и м а ю ть ознаки, в ід с у тн і в багатьох н е ж и в и х систем . М о ж л и в и й сп осіб оп исати ж и т т я — це назвати осн овн і вл а сти вості ж и в и х си стем . Ж и т т я — це особли вий стан м а те р ії, я к о го набуто завд яки та к и м властивостям: 1. Ж и в і си стем и стосовно н авк ол и ш н ього середовищ а є в ід к р и т и м и си сте м а м и , тобто їм вл а сти ви й особливий спосіб в за єм о д ії з н а в к о л и ш н ім середовищ ем — о б м ін р ечови н та е н е р гії (мал. 2.2.). 2. Д л я ж и в и х о р га н із м ів характерна сд н ість х ім іч н о г о складу. Д о складу ж и в и х о р га н із м ів входять т і са м і х ім іч н і елемен ти , що й до об’ є к т ів н е ж и в о ї природи. О днак сп ів в ід н о ш е н н я елем ен тів у ж и в о м у та н е ж и в о м у не є од н аков и м — у ж и ви х о р га н ізм а х 98 % х ім іч н о го складу припадає на ч оти ри елементи: Карбон, О кси ген , Н ітр о ге н і Гідр оген . 3. Єдиний принцип структурної організації- Елементарною стр ук турно-ф ункціональною одиницею ж ивого е к л іти н а (мал. 2.3).

Мал. 2.2. Відкриті системи

Мал. 2.3. Клітини шкірки цибулі

ВСТУП

Мал. 2.4. Складність організації

Мал. 2.5. Розмноження

4. Д л я ж и в и х си стем х а р а кте р н і с к л а д н іс ть і ви сок и й с ту п ін ь їх н ь о ї о р га н із а ц ії. Б уд ь-яка складова о р га н ізм у має с п е ц і альне п р изн ачен ня та ви кон ує певн і ф у н к ц ії. Ц е стосується не л и ш е о р ган ів, а й органел і м о лекул (мал. 2.4). 5. Існ уван н я к о ж н о ї о к р е м о ї б іо л о гіч н о ї си стем и обмеж ене в ч асі, то м у п ід тр и м у в а н н я ж и т т я п ов’язане із са м о в ід тв о р е н н я м , тоб то р о зм н о ж е н н я м . Р о зм н о ж е н н я ж и в и х о р га н із м ів п ов’язане з та к и м и ф ун д ам ен тальн и м и вл а сти во стя м и ж и во го , я к сп а д к о вість і м ін л и в іс т ь (мал. 2.5). 6. С п а д к о в ість полягає в зд а тн о сті о р га н із м ів передавати свої озн аки , власти вості й особливості р о зв и тк у від п о к о л ін н я до п о к о л ін н я (мал. 2.6). 7. М ін л и в іс т ь — це зд а тн ість о р га н із м ів набувати нових ознак і властивостей, існувати в р ізни х формах і варіаціях (мал. 2.7). М ін л и в іс т ь зум овлю є р із н о м а н ітт я ж и в и х о р га н ізм ів , а це у свою чер гу сп р и ч и н я є появу нових ф орм ж и тт я . 8. Д л я в с іх ж и в и х о р га н із м ів х ар а ктер н і р іс т і розви ток. П р о цес росту — це зб іл ьш ен н я о р га н ізм у в р о зм ір а х і м а сі з і збереж енням загал ьн и х рис будови. А розвиток су п р о в о д ж у ється з м ін о ю ж и в и х об’є к т ів , у р езу л ьтаті чого ви н икає їх новий я к іс н и й стан (мал. 2.8).

Мал. 2.6. Спадковість

Мал. 2.7. Мінливість

ВСТУП

Мал. 2.8. Розвиток комахи: а — яйце; б — личинка; в — лялечка; г — доросла особина

Р о зв и то к м о ж е бути ін д и в ід у а л ь н и м та іс то р и ч н и м . П р о т я гом ін д и в ід у а л ь н о го р о зв и тк у поступово й послідовно п р ояв ля ю ться всі вл а сти вості даного о р га н ізм у . Істо р и ч н и й р озви то к суп р овод ж ується утвор ен н ям нових ви дів і пр огр есивни м уск лад н ен н ям ж и в и х си стем . 9. П о д р а зл и в іс ть — н е в ід ’єм на риса, властива всьом у ж и во м у. Вона ви р аж ається у р е а к ц ія х ж и в и х о р га н із м ів на з о в н іш н ій вплив. Р е а к ц ія о р га н із м ів , щ о не м а ю ть нервової си сте м и (н а й п р о стіш і або р ослини), на вп ли в з о в н іш н іх ч и н н и к ів ви раж ається у з м ін і х ара ктер у р ух у або росту. 10. Д и ск р е тн іс ть (від л ати н , d iscretum — переривчастий, р о зд і лений) — важ ли ва загальна вл а сти в ість м а те р ії. Ж и т т я на З е м л і п р оявл яється у в и гл я д і д и ск р е тн и х , тобто р озд іл ьн и х , форм. 11. Ж и т т я є ад а п ти в н и м . Ж и в і о р га н із м и п р и стосо вую ться до р із н и х у м ов існ у ван н я. 12. В аж л и во ю вл а сти в істю ж и в и х си стем є а в то р е гу л я ц ія . Ж и в і о р га н ізм и , щ о ж и в у ть в ум овах середовищ а, як е п о стій н о зм ін ю є ть ся , м о ж у ть п ід тр и м у в а ти ста л іс ть свого х ім іч н о го складу й ін те н си в н іс ть ф із іо л о гіч н и х процесів.

ВСТУП

Мал. 2.9. Ритмічно проходять періоди сну (а) та активної діяльності (б)

13. Д л я ж и в и х си стем характер н а ритмічність. П е р іо д и ч н і з м ін и в н а в к о л и ш н ь о м у середовищ і зн ачно вп л и ва ю ть на ж иву п рироду, ф орм ую ч и власн і р и тм и ж и в и х о р га н із м ів , щ о за л е ж а ть в ід р и т м іч н и х процесів, п р и та м а н н и х С о н ц ю , З е м л і, М іс я ц ю , тоб то м а ю ть к о см іч н е п о х о д ж ен н я . Р и т м іч н іс т ь сп р ям о ван а на узго д ж е н н я ф у н к ц ій о р га н із м ів із н а в к о л и ш н ім середовищ ем і є н е в ід ’є м н о ю в л а сти в істю ж и в о го (мал. 2.9).

Дізнайтеся більше

...........................................................

Живі організми пристосовуються до будь-яких умов існування. Результати глибоководного свердління поблизу берегів острова Ньюфаундленд показали, що багато мікроорганізмів живуть на глибині до 1626 м під рівнем морського дна. Там при температурі 60 100 С існують різноманітні термофільні бактерії.

Опорні то ч к и Ж и т т я — це одна з ф орм існ у ва н н я м а те р ії, я к іс н о вищ а, н іж ф і зична іі х ім іч н а ф орм и ї ї існ у ван н я. Ж и т т я хара ктер и зу ється особ л и в и м и власти востям и . Ж и в і си стем и щ одо н авк ол и ш н ього середовищ а є в ід к р и т и м и , їм п р и та м а н н и й о б м ін речовин та е н е р гії. Д л я ж и в и х о р га н із м ів х а рактерна єд н ість х ім іч н о го ск л а д у та єдин и й п р и н ц и п стр у к ту р н о ї й ф у н к ц іо н а л ь н о ї о р га н із а ц ії. В а ж л и в и м и в л а сти в о стя м и ж и в о го є спадковість, м ін л и в іс ть , подразливість, д и ск р е тн ість , р и т м іч н іс т ь тощ о. Д ія в сіх ж и в и х о р га н із м ів х ар а ктер н і процеси р осту та роз в и тк у.

ВСТУП

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Перелічіть основні властивості живого. 2. Яка властивість живого пов'язана із впливом космічних тіл на живі організми? 3. Поясніть, чим відрізняються і як взаємопов'язані такі властивості живого, як ріст і розвиток. ., 4. Як ви вважаєте, чим відрізняються біологічні системи від ооєктів неживої природи? 5. Спробуйте дати власне визначення життя. Чому це визначення так важко сформулювати? .„ 6. Які ознаки мають буїи у невідомого об'скта, знайденого на іншій планеті, щоб вважати його живим?

§ 3. Рівні організації живої матерії. Методи біологічних досліджень Рівні організації живої м а т е р ії У с я ж и ва природа побудована за ієр а р х іч н и м п р и н ц и п о м . Ц е озна чає, щ о для н еї хара ктер н і р із н і р ів н і о р га н із а ц ії стр у к ту р , м іж я к и ми існ у є складн а п ід п о р я д к о в а н ість . Ж и т т я на к о ж н о м у р ів н і його о р га н із а ц ії ви вчаю ть в ід п о в ід н і гал узі б іо л о гії. На м о л ек у л яр н ом у р ів н і проходить меж а м іж ж и в и м і н еж и в и м (мал. 3.1). М о л е ку л я р н и й рівень ж и вого вивчаю ть т а к і н ауки , як б іо х ім ія , м олекулярна біо л о гія , молекулярна генетика, ензи м ологія тощ о. П редм етом дослід ж ен ня цих наук є стр уктур н о-ф ун кц іон ал ь ні особливості м олекул н у кл еїн о ви х кислот, б іл к ів , вуглеводів, л і п ід ів та ін ш и х б іо л о гіч н и х молекул. Н а цьому р ів н і відбуваю ться основні процеси ж и ттєд ія л ь н о с ті: обм ін речовин, збереж ення спад кової ін ф о р м а ц ії, травлення, ди хан н я, подразливість тощ о.

Гідроген

Карбон Оксиген Мал. 3.1. Молекулярний рівень — межа між живим і неживим

Мал. 3.2. Клітинний рівень, органели клітини

ВСТУП

Мал. 3.3. Тканинний рівень: епітеліальна тканина

Мал. 3.4. Організмовий рівень — рівень цілісного організму

К л іт и н н и й р ів е н ь о р га н із а ц ії ж и в о го в и вч аю ть т а к і н а у к и , я к ц и то л о гія , ц и то ф із іо л о гія , ц и тоген ети ка. П р ед м ето м ц и х н а у к є ви вчення стр у к ту р н о -ф у н к ц іо н а л ьн о ї о р га н із а ц ії к л іти н , щ о в и к о н у ю ть роль са м о с тій н и х о р га н із м ів (н ап ри кл ад б а к те р ії, о д н о к л іти н н і тв ари н и та р ослини), і к л іт и н , я к і входять до складу б а га то к л іти н н и х о р га н із м ів (мал. 3.2). К л іт и н и , щ о м а ю ть сп іл ь н е п о х о д ж е н н я і будову та в и к о н у ю ть с х о ж і ф у н к ц ії, у тво р ю ю ть тк а н и н и . Т к а н и н н и й р івен ь організації ж и в о го ви вчає н а у к а гіс т о л о гія . П р е д м е то м г іс т о л о г ії є ви в ч е н ня с тр у к ту р н о -ф у н к ц іо н а л ь н о ї о р г а н із а ц ії р із н и х т и п ів т к а н и н (мал. 3.3). О с к іл ь к и тк а н и н и у тв о р ю ю ть ор га н и , часто го в о р я ть про о р га н н о -тк а н и н н и й р ів е н ь о р г а н із а ц ії ж и в о го , х а р а к те р н и й т іл ь к и д л я б а га то к л іти н н и х о р га н ізм ів . О р га н ізм о в и й р івен ь о р га н із а ц ії ж и в о го — це р івен ь ц іл іс н о го ор га н ізм у . Й о го ви вчаю ть багато б іо л о гіч н и х н аук, н ап р и к л ад ан ато м ія , ф із іо л о гія , е м б р іо л о гія , б іо л о гія р о зв и тк у то щ о (мал. 3.4). О рган ізм и утворю ю ть б іо л о гіч н і системи надорганізмового р івн я — п о п у л я ц ії та види, том у ви діляю ть популяційно-видовий рівень орга н із а ц ії ж ивого. Ц ей рівень вивчаю ть та к і науки, я к систематика, по пуляційна генетика, п оп уляц ійн а екологія, еволю ційна біол огія тощ о. П редметом вивчення цих наук є генетичні, е к о л о гіч н і й ево л ю ц ій н і характеристики п оп уляц ій та видів. Існую ть си стем и надорганізмового р івн я б іл ь ш ск л а д н і, н іж вид. Т а к , с у к у п н іс ть р ослин , твари н , м ік р о о р га н із м ів , я к і н аселяю ть д іл я н к у суходолу або водойм ищ і характеризую ться певними відно си н ам и я к м іж собою, та к і з ін ш и м и ч и н н и к а м и н авколиш нього се редовищ а, називаю ть біоценозом. В и д іл я ю ть б іо ц е н о ти ч н и й р івен ь о р га н із а ц ії ж ивого, я к и й вивчає наука біоценологія.

ВСТУП

Мал. 3.5. Екосистемний рівень: поєднання організмів та середовища їхнього життя з усіма його чинниками

Мал. 3.6. Біосферний рівень — найвищий рівень організації життя

Е к о си сте м н и й р івен ь о р га н із а ц ії ж и в о го щ е с к л а д н іш и й . Е к о с и с тем а — де су к у п н іс ть о р га н із м ів р із н и х ви дів та р із н о ї ск л а д н о сті о р га н із а ц ії з у сім а ч и н н и к а м и ко н кр етн о го середовищ а їх н ь о го ж и т тя: ком п он е н там и атмосф ери, гідросф ери та літосф ери. Е к о си сте м а об’єднує ж и в і і н е ж и в і к о м п о н е н ти у єд и н и й п р ир одни й к ом п ле кс (мал. 3.5). Б іосф ер н и й р івен ь о р га н із а ц ії ж и в о го — це н а й в и щ и й рівен ь ор га н із а ц ії ж и т т я на н а ш ій п л ан е ті. Біосф ера — оболонка З е м л і, яка заселена ж и в и м и о р га н ізм а м и і перебуває п ід їх н ім впливом ; це гл о бальна екосистем а З е м л і (мал. 3.6). Н а у к а , щ о вивчає ви н и к н ен н я, еволю цію , с тр у к ту р у та м е х а н із м и ф ун к ц іо н у в а н н я біосф ери, н а зи вається біосф ерологією . У ї ї основі л е ж и ть учення В. І. В ернадського про біосферу. А л е не сл ід забувати про те, щ о природа не знає н аш ого п од іл у на н ау ки , вона єдина, т о ж р ів н і о р га н із а ц ії ж и в о го тіс н о п ов’ я за н і м іж собою.

М е т о д и біологічних досліджень Б іо л о гія вивчає ж и в і си стем и за допом огою р із н о м а н ітн и х м е то д ів . Г о л о в н и м и є оп исови й, п о р ів н я л ьн и й , експ е р и м е н тал ьн и й , іс тор и чн и й , с та ти сти ч н и й м етоди та метод моделю вання. О писовий метод ґрунтується на спостереженні, що дає м ож ли вість аналізувати й описувати особливості біологічних систем. Щ об з’ясувати сутність того чи інш ого біологічного явищ а, необхідно зібрати ф актич ний матеріал та описати його (мал. 3.7). Збирання й опис ф актів були основним методом дослідж ення у р анній період розвитку б іо л о гії, проте він не втратив свого значення й дотепер, набувш и пош ирення в зоології, ботаніці, еколо гії, е тол огії та ін ш и х б іол огіч н и х науках.

ВСТУП

Мал. 3.7. Спостереження — основа описового методу

Мал. 3.8. Проведення експериментів — головний метод біологічних досліджень

Порівняльний метод дозволяє ш л я х о м зіставл е н н я вивчати п од іб н ість і в ід м ін н іс ть о р га н ізм ів та їх н іх частин. З авд як и п ор івн яльн ом у м етоду в и н и к л а си стем а ти к а, к л іти н н а те о р ія , розвивалися еволю ц ій н і погляди . Існує п ор івн яльн а а н а то м ія , п ор івн яльн а ем бр іологія, п ор івн яльн а ф із іо л о гія та багато ін ш и х н а п р я м к ів б іо л о гії, що в и к о р и стову ю ть цей м етод вивчення ж ивого. Експериментальний метод д о сл ід ж е н н я я в и щ природи п о в ’я з а ний з а к ти в н и м впливом на н и х ш л я х о м проведення до слід ів (екс п ер им ен тів) у кон тр ольован и х ум овах. Ц е й метод дозволяє вивчати яви щ а ізольовано і д о сягати п овторю ваності р езу льтатів при від тв о р енн і ти х са м и х умов. Е к сп е р и м е н т забезпечує б іл ь ш глибоке, н іж ін ш і методи д о сл ід ж е н н я , р озкр и ття су тн о сті б іо л о гіч н и х явищ . Саме завдяки експери м ентам природознавство в ц іл о м у та б іо л о гія зокрема д ій ш л и до в ід к р и т тя осн овних за к о н ів природи. Е к сп е р и м е н та л ьн и й метод с л у ж и ть не л и ш е дл я проведення д о с л ід ів , о тр и м а н н я від п о відей на п оставлен і зап и тан н я, а й д л я д о ведення п р а ви л ьн о сті п р и й н я т о ї на п о ч атк у гіп о те зи або дозволяє ск о р и гув ати ї ї (мал. 3.8). Історичний метод д о сл ід ж е н н я я в и щ природи з ’ясовує за к о н о м ір н ості появи та р озвитку б іо л о гіч н и х си стем , становлення їх стр ук ту р и та ф у н к ц ій . Статистичний метод д о сл ід ж е н н я я в и щ п рироди ґр у н ту ється на зби ран н і, в и м ір ю в а н н і й а н а л із і ін ф о р м а ц ії. Метод моделювання являє собою вивчення певного процесу чи я в и щ а через від твор ен н я його (або його властивостей) у в и гл я д і моделі. Зазначені методи не ви черп ую ть усього арсеналу м етодів, в и к о ристовувани х б іо л о гією . К о ж н а б іо л о гіч н а наука має власн і методи для вивчення свого предмета. Н ап р и к л ад , ц и то л о гія застосовує метод с в ітл о в о ї м ік р о с к о п ії та ін ш і ц іт о л о гіч н і м етоди.

ВСТУП

Наука — практиці

........................... .. . .......................

За допомогою генетичних експериментальних методів було отри мано генетично модифікований бавовник, що виробляє шкідли вий для комах білок. Це призвело до значного зменшення по пуляції бавовняної совки — небезпечного шкідника багатьох сільськогосподарських культур. У результаті виграли не лише виробники бавовни, а й селяни, які вирощують сою, кукурудзу, арахіс та різні овочі.

Опорні то ч к и В основі будови в с іє ї ж и в о ї п рироди л е ж и ть ієр а р х іч н и й п р ин ц и п . Д л я н еї є х а р а ктер н и м и р із н і р ів н і о р га н із а ц ії ж и вого, м іж я к и м и іс нує складна п ідп ор ядкова н ість. Р ів н я м и о р га н із а ц ії ж и в о го є м о леку л я р н и й , к л іти н н и й , тк а н и н н и й , ор ганізм овий , п опуляційно-видовий, біо ц е н о ти чн и й , екоси стем н и й та біосф ерний. Головні методи вивчення ж и в о ї природи: описовий, порівняльний, експериментальний, історичний, статистичний та метод моделювання.

Запитання для к он тролю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5.

Які рівні організації живого ви знаєте? Які науки вивчають молекулярний рівень живого? Які науки вивчають популяційно-видовий рівень організації живого? Що є предметом вивчення цитології, цитофізіології, цитогенетики? Поясніть, що є спільного та відмінного в описовому та експеримен тальному методах вивчення живої природи. 6. Який рівень організації живого є найвищим на нашій планеті? Доведіть.

Теми для п р о е к тн о ї і групової р о б о т и 1. Видатні вчені-біологи України (на вибір учнів). 2. Сучасні методи біологічних досліджень (на вибір учнів). 3. Значення біологічної науки в житті людини та суспільства.

План виконання п р о е к тн о ї р о б о т и О

Визначення м ети проекту.

0 А р гу м е н ту в а н н я Є

ак ту ал ьн ості те м и проекту.

Визначення дж ерел ін ф о р м ац ії.

Збір ін ф о р м а ц ії за темою проекту.

О п рацю ван н я зібраної ін ф о р м а ц ії, ї ї ан ал із та узагальнення.

Ф ор м у лю в ан н я висновків.

О ф ормлення тощо).

результатів

проекту

(стаття,

реферат,

доповідь

РОЗДІЛ І. МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Тема 1. Неорганічні речовини Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: • •

елементний склад живих організмів; роль неорганічних речовин у життєдіяльності організмів.

Навчитеся: .

характеризувати хімічні елементи, найважливіші для організ

му людини; пояснювати причини ендемічних та екологічних захворювань;

застосовувати знання для профілактики захворювань, що вини кають через нестачу або надлишок деяких хімічних елементів.

§ 4. Елементний склад живих організмів. Хімічні елементи в живій і неживій природі Елементний склад живих організмів В ід о м о , щ о до ск ла ду к л іт и н и входять понад 70 х ім іч н и х елем ен тів , але яки х-н ебудь сп е ц іа л ьн и х ел ем ентів, хар а ктер н и х л и ш е дл я ж и в и х о р га н із м ів , не знайдено. О дн ак л и ш е щ одо 27 ел ем ентів д о стовір н о відом о, щ о вони ви к о н у ю ть п евні б іо л о гіч н і ф у н к ц ії. Д е я к і о р га н ізм и ін тен сивн о н ак оп и ч у ю ть т і чи ін ш і х ім іч н і елемен ти . Т а к , д е я к і м о р с ь к і водорості м о ж у ть н а к о п и ч у в а ти Й од , р я ск а — Р а д ій , д іа т о м о в і вод ор ості й зл а к и — С и л іц ій , м о л ю с к и та р а к о п о д іб н і — К у п р у м , х р е б етн і — Ф е р у м , д е я к і б а к те р ії — М а н га н (мал. 4.1).

Неорганічні речовини

Мал. 4.1. Живі організми здатні накопичувати окремі елементи: деякі водорості — Йод, ряска — Радій

Е л е м е н тн и й склад ж и в и х о р га н із м ів та об’є к т ів н е ж и в о ї природи р ізн и й (табл. 1). У зе м н ій к о р і в н а й б іл ь ш ій к іл ь к о с т і м іс тя ть с я чо ти р и елементи: О кси ген, С и л іц ій , А л ю м ін ій і Ф ер у м . А в ж и в и х орга н із м а х у н а й б іл ь ш ій к іл ь к о с т і м іс тя ть с я т а к і елем енти, я к Гідр оген, О кси ген , К арбон і Н ітр о ге н . С аме ц і елементи стан о вл ять основу ти х х ім іч н и х сп олук, щ о в и к о н у ю ть валсливі б іо л о гіч н і ф у н к ц ії. Гідроген , О кси ген , К арбон і Н ітр о ге н н азиваю ть органогенам и, або ор ган о ген н и м и ел ем е н там и . Таблиця 1 В м іс т деяких хімічних е л е м е н тів у земній корі й ор ган ізм і лю дини (% від за гал ьн ої к іл ь к о с т і а т о м ів ) Земна кора

Організм людини

Х ім іч н и й елемент

В м іст, %

Х ім іч н и й елемент

В міст, %

25,5

А1

7,9

9,5

4,5

1,4

Са

3,5

Са

0,31

2,5

0,22

2,5

СІ

0,08

2,5

0,06

2 S

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Макроелементи, мікроелементи й ул ьтр ам ікр оелем енти Х і м і ч н і елем енти, щ о входять до скла ду ж и в и х о р га н із м ів і ви к о н ую ть (Молоі іч н і ф у н к ц ії, називаю ть біогенними. За к іл ь к іс н и м складом їх п о д іл я ю ть на тр и групи: м акроелем ен ти, м ік р о ел е м ен ти та у л ьтр а м ікр о е л ем ен ти .

Макроелементи (в м іс т понад 0,01 % ) ста н о в л я ть осн овну м а су су х о ї речовини о р га н ізм у . В он и беруть участь в утвор ен ні о р га н іч н и х сп о л у к і н ео р га н іч н и х речовин у ж и в и х о р га н ізм а х. Ц е О ксиген, Гід р оген , К арбон, Н ітр о ге н , Ф осф ор, С ульф ур, К а л ій , К а л ь ц ій , М а г н ій , Н а т р ій , Х л о р . Органічними називаю ть сп о луки , в основі я к и х л е ж и ть л а н ц ю г з ковалентно зв ’язан и х а то м ів К арбону, я к и й м о ж е м а ти р ізн у просторову стр у к ту р у (мал. 4.2). Мікроелементи переваж но йони в а ж к и х м е тал ів , щ о входять до складу ж и ттєв о в аж л и ви х речовин, в о р га н ізм а х м іс тя ть с я в д у ж е не значних к іл ьк о стя х : від 0,001 до 0,000001 % . Ц е, н априклад, Ф е р у м , Hop, К обальт, К у п р у м , Ц и н к , Йод, Б ром , В ан ад ій . К о н ц е н тр а ц ія ультрамікроелементів у ж и в о м у о р га н із м і не пе ревищ ує 0,000001 % , їх н я ф із іо л о гіч н а роль в о р га н із м а х рослин і твари н остаточно не визначена. Д о ц іє ї гр у п и н алеж ать У р а н , Р а д ій , Л у р у м , А р ге н ту м , Б е р и л ій , Ц е з ій , Селен і багато ін ш и х .

Пригадайте

......................................................

Хімічний зв'язок, який виникає в результаті утворення спільних електронних пар, називають ковалентним.

Карбон

Оксиген

•

Гідроген

Мал. 4.2. Модель молекули глюкози

Неорганічні речовини

Роль хімічних елементів, що вхо дя ть до складу живих організмів Х ім іч н і ел ем е н ти м о ж у т ь в и к о н у в а ти р із н о м а н іт н і б іо л о г іч н і ф у н к ц ії або в ск л а д і о р га н іч н и х і н еор га н іч н и х сп о лук, або у в и гл я д і а н іо н ів і к а т іо н ів (табл. 2).

Пригадайте

......................................................

Йони — це заряджені частинки речовини, які утворюються з ато мів чи груп атомів у результаті віддачі або приєднання електронів. Аніони — негативно заряджені йони (ОН-, Cl*, SO}-, РО<3‘ та інші). Катіони — позитивно заряджені йони (Н*, Na*, NHJ та інші).

Таблиця 2

Біологічне значення деяких елементів Елемент, йон

Біологічне значення

Входить до складу нуклеїнових кислот, А Т Ф , ферментів, кісткової тканини й емалі зубів

Са2‘

У рослин входить до складу оболонки клітини, у тварин — до складу кісток і зубів, активізує зсідання крові

К*

Зумовлює проведення нервових імпульсів; активізує фер менти білкового синтезу, процеси фотосинтезу

СГ

Є компонентом шлункового соку у вигляді хлоридної кисло ти, активізує ферменти

Naf

Забезпечує проведення нервових імпульсів, підтримує осмо тичний тиск у клітині, стимулює синтез гормонів

M g2*

Входить до складу молекули хлорофілу, міститься в кістках і зубах, активізує синтез ДНК, енергетичний обмін (мал. 4.3)

I-

Входить до складу гормонів щитоподібної залози, впливає на обмін речовин

Fe3‘

Входить до складу гемоглобіну, міоглобіну, кришталика та рогівки ока, бере участь у синтезі хлорофілу; забезпечує транспортування кисню до тканин та органів (мал. 4.3)

Cu2-

Бере участь у процесах творення крові, фотосинтезу, каталі зує внутріш ньоклітинні окисні процеси

Підвищує врожайність рослин, активізує процес фотосинте зу, впливає на процеси творення крові

Входить до складу емалі зубів (через його нестачу розвива ється карієс, через надлишок — флуороз)

З О

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Дізнайтеся більше

......................................................

Осмотичний тиск — це сила, що діє на напівпроникну мембра ну, яка розділяє два розчини з різною концентрацією розчинених речовин, і спрямована від більш концентрованого до більш роз веденого розчину.

С т у п ін ь в а ж л и в о сті та н ео б хід н о сті то го чи ін ш о го елем ента не ви значається його к іл ь к іс н и м в м іс то м в о р га н із м і. М ікр о е л е м е н ти , щ о вх одя ть до складу в а ж л и в и х сполук, те ж є ж и ттє в о н еоб хід н и м и . К обал ьт, н ап риклад, вх од и ть до складу в іт а м ін у В |2, Й од — до складу горм она ти р о кси н у , а К у п р у м — до складу ф ерментів, щ о к а та л ізу ю ть о к и сн о-в ід н овн і процеси в ор ган ізм а х. З на чн а к іл ь к іс т ь ф ерм ен тів м іс т и т ь йони Ц и н к у , М а н га н у , К обальту й М олібд ену.

Опорні то ч к и Е л е м е н тн и й склад ж и в и х о р га н ізм ів та об’є к т ів н е ж и в о ї природи р ізн и й . Х ім іч н і елем енти, щ о входять до скла ду ж и в и х о р га н із м ів і в и ко н у ю ть б іо л о гіч н і ф у н к ц ії, називаю ть біо ген н и м и . У ж и в и х о р га н із м а х у н а й б іл ь ш ій к іл ь к о с т і м іс т я т ь с я ч о ти р и елементи: Гід р о ге н , О к си ген , К арбон і Н іт р о ге н . їх н азиваю ть ор ган о ген ам и , або о р га н о ге н н и м и ел ем ен там и . Н а й в а ж л и в іш и м для ф орм ування стр у к ту р и о р га н іч н и х сполук є Карбон. Х ім іч н і елементи м о ж у ть ви кон увати р із н і б іо л о гіч н і ф у н к ц ії або в ск л а д і о р га н іч н и х і н е ор га н іч н и х сп о л у к , або у в и гл я д і к а тіо н ів і а н іо н ів.

R Н ,С “ НС

соосн3

сн

СООН— С Н 2 СООН— С Н 2

Мал. 4.3. До складу молекули хлорофілу входить Магній, молекули гемоглобіну — Ферум

Неорганічні речовини

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Чому деякі елементи навиваються біогенними, органогенними? 2. Які хімічні елементи входять до складу живих організмів? 3. Як відрізняється елементний склад організмів від елементного складу об'єктів неживої природи? 4. Які функції виконують мікроелементи? 5. За яким критерієм елементи поділяються на три групи: макроеле менти, мікроелементи й ультрамікроелементи? 6. Завдяки яким властивостям органогенні елементи можуть бути у складі тих хімічних сполук, що становлять основу життя? 7. Чи важлива кількість того чи іншого хімічного елемента для живих істот? Чому?

§ 5. Вода. Особливості молекули води. Роль води в життєдіяльності організмів Особливості молекули води М о л е ку л а води (мал. 5.1) м іс т и т ь один атом О кси ген у та два а том и Гід р оген у . Х ім іч н и й зв ’ язок у н ій ковалентн ий п оляр н ий . О ск іл ь к и О кси ген ак ти в н о п р и тя гу є до себе електрони, щ о н ал е ж ать атом ам Гід р оген у , то в д іл я н ц і а то м ів Г ід р о ген у ф орм ується н евелики й пози ти в н и й , а в д іл я н ц і атома О к си ген у — невелики й н егати вн и й заряд. З а в д я к и ц ьо м у к о ж н а м о л е к у л а води є д и п о л е м і м о ж е вза є м о д ія т и з ін ш и м и м о л е к у л а м и води, утвор ю ю ч и водневі з в ’ я з к и (мал. 5.2.). Вода має відносно високу тем пературу к и п ін н я , плавлення й пароутворення, о с к іл ь к и необхідно ви тр а ти ти додаткову ен ергію на розри ван ня водневих з в ’я з к ів .

Мал. 5.1. Молекула води є диполем

Мал. 5.2. Водневий зв'язок між молекулами води

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Пригадайте

.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Диполь — це молекула, що має однакові за величиною та протилеж ні за знаком заряди, які розташовані на відстані один від одного. О с к іл ь к и м о л е к у л а води є д и п оле м , вона м о ж е о р ієн ту в а ти с я в е л е к тр и ч н о м у п о л і, п р и єд н у вати ся до р із н и х м о лекул і д іл я н о к молекул, щ о н есуть заряд. У р езу л ьтаті цього утворю ю ться гід р а ти .

Пригадайте

......................................................

Завдяки полярності молекули води можуть притягуватись одна до одної, тому що між негативним зарядом на атомі Оксигену од нієї молекули та позитивним зарядом на атомі Гідрогену іншої мо лекули виникають сили електричної взаємодії. Такий тип зв'язку називають водневим. Водневий зв'язок набагато слабший за кова лентний.

Д о д а тк о в і ха р а к те р и сти ки води ' 1 Вода в к л іт и н і перебуває у двох формах: в іл ь н ій та зв ’ я за н ій . В іл ь на вода станови ть 96 % у с іє ї води в к л іт и н і та ви кор истовується пе реваж но я к р озч и н н и к. З в ’язана вода, на ч а стк у я к о ї припадає п р и близно 4 % у с іє ї води к л іти н и , н е м іц н о з ’єднана з б іл к а м и водневими зв’ я зк ам и . У с і речовини к л іт и н и п о д іл я ю ть ся на д в і групи: гід р о ф іл ь н і («ті, щ о лю бл я ть воду») та гід ро ф обн і («ті, щ о бояться води») (від грец. hydro — вода, philed — л ю би ти , phobos — боязнь). Д о гід ро ф ільн и х належ ать речовини, я к і м а ю ть високу р озч и н н ість у воді. Ц е солі, ц у к р и , ам ін о к и сл о ти . Гідроф обн і речовини, н авпаки, у воді п р акти ч н о нерозчин ні. Д о н и х належ ать, нап р иклад , ж и р и . А існ у ю ть речовини, я к и м п р и та м а н н і гід р о ф іл ьн о -гід р о ф о б н і, або а м ф іф іл ь н і, власти вості. А м ф іф іл ь н іс т ь — це в л а сти в ість м о л ек у л речовин, як а п олягає у то м у , щ о одна їх частина є гід ро ф ільн ою , а друга — гідроф обною . Д о а м ф іф іл ьн и х речовин н алеж ать, н априклад, ф осф оліпіди . Б іл к и т а к о ж м а ю ть а м ф іф іл ь н і вла сти вості, о с к іл ь к и зазвичай до їх складу входять а м ін о к и сл о ти з гід р о ф іл ь н и м и та гідроф обни м и радикалам и. За р ахун ок ам ф іф іл ьн и х властивостей ф о сф ол іп ід ів п ід час в за єм о д ії з водою вони ф орм ую ть б іл іп ід н і ш ари. А м ф іф іл ь н іс ть б іл к ів впливає на утворення н и м и тр е ти н н о ї та ч етвер ти нн о ї стр у к ту р м олекул. 1 Тут і далі підрозділи, позначені зірочкою *, є обов’язковими для вивчення лише за програмою академічного рівня.

Неорганічні речовини

Роль води в ж и т т є д ія л ь н о с т і організмів З а в д я к и св о їй н е з в и ч а й н ій с т р у к т у р і вода в и к о н у є в ж и в и х си сте м а х бе зл іч ф у н к ц ій . В он а є пер еваж ною сп о л у ко ю в к л іт и н і й необхідна д л я о б м ін у речовин, о с к іл ь к и є середовищ ем д л я пере б ігу х ім іч н и х р еак ц ій . В м іс т води в р із н и х тк а н и н а х в а р ію ється залеж но в ід а к ти в н о сті о б м ін у речовин у н и х. Т а к , у к л іт и н а х м о зк у вода стан ови ть до 80 % їх м аси, а в к л іт и н а х к іс т о к — до 20 %. В о р га н із м і лю дей п охилого в ік у в м іс т води в к л іт и н а х зн и ж у ється .

Функції води 1. Метаболічна функція. Вода є п о л я р н и м р о зч и н н и к о м , середо ви щ ем для б іо х ім іч н и х р е а к ц ій , к ін ц е в и м п р од у к том багатьох б іо х ім іч н и х реакц ій. Речовини , р о зч и н н і у воді, н ази ваю ться гід р о ф іл ь н и м и , а нероз ч и н н і у воді — гід роф обн и м и . 2. Транспортна функція. В ода забезпечує перенесення м о л ек у л усередині к л іт и н и , з о д н іє ї к л іт и н и до ін ш о ї. В она є го л о вн и м к о м п он ен том тр а н сп о р тн о ї си стем и рослин і в н у тр іш н ь о го середовищ а тварин. 3. Терморегуляторна функція. Вода забезпечує р ів н о м ір н и й роз п од іл тепла всередині о р га н ізм у , а п ід час п ото ви д іл ен н я у твари н і тр а н с п ір а ц ії у р ослин о х ол од ж у є ор га н ізм . 4. Вода як реагент*. Б іо л о гіч н е значення води ви зн ачається та к о ж ти м , щ о вона сама м о ж е в и сту п а ти я к реагент, тобто брати участь у х ім іч н и х р е а к ц ія х . Вода ви кор и стов ується , н ап р и клад , я к дж ерело водню в процесі ф отосинтезу.

Дізнайтеся більше

..............................

Охолодження організму тварини відбу вається в процесі випаровування під час потовиділення. Деякі рептилії, наприклад крокодили, під пекучим сонцем лежать із відкритим ротом.

Для багатьох рослин вологих тропічних лісів звичайним явищем є гутація, яка часто спо стерігається на кінчиках листків молодих рослин. Гутація (від латин, gutta — крапля) — це процес виведення зайвої води у вигляді крапель рідини на поверхні рослини.

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

5. М е х а н іч н а ф у н к ц ія . Вода п р а кти ч н о не сти ска єть ся , щ о є д у ж е в а ж л и в и м д л я н ад ан н я ф орм и со к о в и ти м ор ган ам і тк а н и н а м . У р осл ин вода зум овл ю є ту р го р к л іт и н , а в д е я к и х твари н , н а п р и клад у к р у гл и х і к іл ь ч а с ти х червів та го л к о ш к ір и х , ви кон ує оп ор н і ф у н к ц ії я к гід р о ста ти ч н и й скелет.

Пригадайте

...................... . ................................

Тургор (від латин, turgere — бути набухлим, наповненим) — на пружений стан клітинної оболонки, який залежить від тиску вну трішньоклітинної рідини. 6. Д е я к і ін ш і ф у н к ц ії. Вода в о р га н із м і — ск л а д н и к зм а щ у ва л ьн и х р ід и н (си н овіал ьн ої — у суглобах хребетних, п левральн ої — у плев р а л ь н ій п о р о ж н и н і, п е р и к а р д іа л ь н о ї — у н авколосер ц евій су м ц і). В она та к о ж входи ть до складу ж о в ч і, сл и н и та сл и зів, щ о полегш ую ть пересування речовин к и ш е ч н и к о м , створ ю ю ть вологе середовищ е на сл изови х оболонках д и х а л ьн и х ш л я х ів .

Дізнайтеся більше

..............................

Для води характерний високий поверхневий натяг. Ця властивість має важливе значення для пересування розчинів тканинами (кро вообіг, висхідний та спадний токи в росли нах). Багатьом дрібним організмам поверх невий натяг дозволяє утримуватися на воді або ковзати ї ї поверхнею.

Водомір, що вико ристовує поверх невий натяг води

Опорні т о ч к и Р о л ь води в ж и тт є д ія л ь н о с ті о р га н із м ів ви зн ачається ї ї у н ік а л ь н и м и х ім іч н и м и та ф із и ч н и м и в л а сти во стя м и , п о в’я за н и м и передусім із п о л я р н істю м о л ек у л и , ї ї м а л и м и р о зм ір а м и і зд а тн істю утворю вати водневі зв ’я зк и . Вода є н а й к р а щ и м р о з ч и н н и к о м із в ід о м и х р ід и н та о сн овн и м середовищ ем, де від буваю ться х ім іч н і р е а к ц ії. К р ім того, вона сам а безпосередньо бере у ч а сть у х ім іч н и х р е а к ц ія х , щ о в ід б ув а ю ть ся в о р га н ізм а х . Ц е ідеальна р ід и н а д л я п ід тр и м у в а н н я те п л ової р ів новаги о р га н ізм у . Вода м о ж е ви кон у вати ф у н к ц ію гід р о ста ти ч н о го скелета, є осн овним засобом пересування речовин в о р га н із м і та сере-довищ ем ж и т т я д л я багатьох о р га н ізм ів .

Неорганічні речовини

Запитання для кон трол ю і самоконтролю 1. Які біологічні функції виконує вода? 2. Чи може вода сама виступати як реагент? 3. Як живі організми використовують високий поверхневий натяг води? 4. Чим визначається роль води в клітині? 5. Як властивості води пов'язані з структурою ї ї молекули? 6. Яке значення для живих організмів має висока теплоємність води?

§ б. Неорганічні речовини в клітині. Роль неорганічних речовин у життєдіяльності організмів Біологічна роль кисню Н е тіл ь к и вода, але й ін ш і н е о р га н іч н і речовини в ід ігр а ю ть в а ж л и в у роль у ж и т т є д ія л ь н о с т і к л іт и н і ц іл о го о р га н ізм у . Т а к , в енерге т и ц і б іл ь ш о с ті ж и в и х іс т о т в а ж л и ву роль в ід ігр а є кисень. В ін є о к и с н и к о м п о ж и в н и х речовин у процесі д и х а н н я твари н , рослин, гр и бів і багатьох бак те рій , п ід час я к о го в и д іл я є ть ся е н е ргія, необхідн а д л я ж и тт є д ія л ь н о с ті о р га н ізм ів . Без к и сн ю м о ж у ть існ у в а ти л и ш е п о р ів н яно нечисленні види, щ о ж и в у ть у безкисневих умовах і поповню ю ть свої енергети чні потреби за р аху н о к бродінн я. К и с е н ь м о ж е б у ти ш к ід л и в и м д л я ж и в о го о р га н із м у , я к щ о в ін є о к и с н и к о м Д Н К та ін ш и х ж и тт є в о в а ж л и в и х к о м п о н е н тів . Т о м у к л іт и н и м аю ть си стем у зах и сту від його ш к ід л и в о ї д ії.

Пригадайте

...........................................................

Бродіння — це анаеробний розпад молекул (найчастіше це глю коза) за участю мікроорганізмів. Бродіння використовують, на приклад, у виробництві кефіру. Аеробні організми, або аероби (від грец. аег — повітря і bios — життя), — це організми, здатні жити й розвиватися лише за на явності в середовищі вільного кисню, який вони використовують як окисник. До аеробних організмів належать усі рослини, біль шість найпростіших і багатоклітинних тварин, майже всі гриби, частина бактерій, тобто переважна більшість відомих видів живих істот (мал. 6.1). Анаеробні організми, або анаероби, — це організми, що одер жують енергію за відсутності доступу кисню шляхом прискорено го, але неповного розщеплення поживних речовин. До анаеробів належать група прокаріотів, деякі найпростіші, більшість гельмін тів (мал. 6.2).

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 6.1. Аеробні організми: рослини, тварини, гриби, бактерії

Біологічна роль йонів* Р із н и ц я м іж к іл ь к іс т ю й о н ів на п оверхн і та всередині к л іт и н и за безпечує в и н и к н е н н я нервового та м ’язового збудж енн я, перенесення речовин через м ем брану, перетворення ен е р гії. А н іо н и ортоф осф атної к и сл о ти створ ю ю ть ф осф атну буф ерну си с тем у, щ о п ід т р и м у є p H в н у тр іш н ь о к л іти н н о го середовищ а о р га н ізм у на р ів н і 6,9.

Пригадайте

.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

pH — показник, що характеризує кислотність розчину. Буферні системи — це розчини хімічних сполук, що підтримують певну концентрацію йонів гідрогену Н+, тобто певну кислотність середовища. К арбонатна ки слота та ї ї ан іон и ф орм ую ть бікар бон атн у буф ер н у си стем у, щ о п ід тр и м у є p H п о за к л іти н н о го середовищ а (плазма крові) на р ів н і 7,4.

Мал. 6.2. Анаеробні організми: деякі бактерії та гельмінти

Неорганічні речовини Й о н и К а л ь ц ію та М а гн ію є ак ти в а то р а м и багатьох ф ерм ентів, че рез їх нестачу п о р уш ую ться ж и тт є в о в а ж л и в і процеси в к л іти н а х . Д е я к і йони беруть участь у створ ен н і о см оти ч н ого ти с к у в к л іт и н і, у процесах м ’ язового скорочен ня, зсід ан н я крові.

Біологічна роль солей В а ж л и в у роль у ж и т т є д ія л ь н о с т і к л іт и н и в ід іг р а ю т ь м ін е р а л ь н і со лі, м о лекули я к и х у водном у розч и н і розпадаю ться на к а тіо н и й ан іон и. Н а й б іл ь ш е значення м а ю ть со л і, щ о утвор ю ю ть к а тіо н и К +, N a ' , Са2', M g 21, N H ; й ан іо н и С Г , Н 2Р 0 4, Н Р О ? , Н С 0 3, N 0 3, SO 2 . Р я д к а тіо н ів і а н іо н ів н еоб хід н и й для си н тезу в а ж л и в и х о р га н іч н и х речовин. З а л и ш к и ор тоф осф атної к и с л о ти , п р и єд н у ю ч и сь до р яд у б іл к ів к л іт и н и , з м ін ю ю ть їх н ю ф із іо л о гіч н у а к ти в н ість . З а л и ш к и сульф ат н о ї к и сл о ти , п р и єд н у ю ч и сь до н ер озч и н н и х у воді ч у ж о р ід н и х ре човин, надаю ть їм р о зч и н н о сті та сп р и я ю ть виведенню їх із к л іт и н та о р ган ізм у . Н е о р га н іч н і н а тр іє в і й к а л іє в і с о л і н іт р а т н о ї та ортоф осф атн ої ки сл от, к альц ієва сіл ь су л ь ф атн о ї к и сл о ти є в а ж л и в и м и ск л а д ови м и м інерал ьн ого ж и в л е н н я рослин, то м у їх вн осять у ґр у н т я к добрива д л я п ід ж и в л е н н я рослин. В ід солей значною м ір о ю залеж ать над ход ж ен н я води до к л іт и н и та буф ерні вл а сти во сті к л іт и н і тк а н и н . Я к щ о к о н ц е н тр а ц ія солей у к л іт и н і вищ а, н іж у середовищ і, то вода буде над ход и ти у к л іти н у . У к л іт и н і, за у м ови ї ї н ор м ал ьн ого ф у н к ц іо н у в а н н я , п ід т р и м у ється ч іт к о ви значений я к іс н и й та к іл ь к іс н и й склад солей. П ід в и щ ен н я в м іс ту й о н ів К а л ію , н ап р иклад , сп р и чи н яє то к с и ч н и й вплив на серцевий м ’яз. В ід к л а д е н н я К а л ь ц ію в к іс т к а х м о ж л и в е л и ш е за у м ови п р и су тн о сті й о н ів Ф осф ору, к о л и сп ів в ід н о ш е н н я К а л ь ц ію та Ф осф ору стан ови ть 2 : 1, а від кл ад ан н я Ф осф ору м о ж л и в е ли ш е за ум ови п р и сутн о сті в іт а м ін у D. Х л о р и д н а к и сл о та створ ю є ки сл е середовищ е у ш л у н к у тв ари н і л ю д и н и й у сп е ц іальн и х органах к о м а х о їд н и х р ослин, п р искор ю ю чи перетравлення б іл к ів їж і. Л у г и — гід р о к с и д и л у ж н и х і л у ж н озем е л ьн и х м е та л ів і а м о н ію — те ж в ід ігр а ю ть в аж л и ву б іо л о гіч н у роль, то м у щ о п ід час д и с о ц іа ц ії утвор ю ю ть йони О Н та йон від п о від н ого металу.

Опорні т о ч к и Н е о р га н іч н і речовини в ід ігр а ю ть в аж л и ву роль у ж и т т є д ія л ь н о с т і к л іт и н и та ц іл о го о р га н ізм у .

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

К и се н ь є о к и с н и к о м п о ж и в н и х речовин п ід час д и х а н н я тварин, рослин, гр и б ів і бак те рій . Із н е о р га н іч н и х солей н ай б іл ьш е значення м аю ть со лі, щ о у тво рю ю ть к а тіо н и К ', N a ', C a2f, M g 2', N H ,' й ан іо н и C l , Н 2Р О ,, H P O J , H C 0 3, N 0 3, s o *-. Й о н и беруть уч асть у в и н и к н е н н і нервового та м ’язового збудж ен ня, а к ти в н о м у перенесенні речовин к р із ь м ем бран у, перетворенні е н е р гії, створ ен н і буф ерних си стем , а к т и в а ц ії ф ерм ентів, створен н і осм о ти ч н о го т и с к у в к л іт и н і й ін ш и х ж и ттє в о важ л и ви х процесах.

Запитання для к он тролю і самоконтролю 1. Яку роль відіграє кисень у живих організмах? 2. Чи є організми, які можуть існувати в безкисневому середовищі? 3. Чи може кисень бути шкідливим для живого організму? Чому? 4. Як підвищення вмісту йонів Калію впливає на серцевий м'яз? 5. Які аніони мають найбільше значення для клітини? 6. Які катіони мають найбільше значення для клітини? 7. Яку біологічну роль відіграє різниця концентрації йонів по різні боки мембрани? 8. Яку біологічну роль відіграють буферні системи?

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1*

Тема. Визначення вмісту води у власному організмі Мета: визначити вміст води у власному організмі. О бладнання та матеріали: підлогові ваги.

Інформація до практичної роботи Л ю д и н а п риблизно на 65 % складається з води. Е м б р іо н ск л а д а ється з води на 97 % . З в ік о м в м іс т води в о р га н із м і зм е н ш ується. В о р га н із м і дорослої лю дин и з масою тіл а 70 к г у середньому м істи ться 42 л води. Р із н і тк а н и н и о р га н ізм у м іс т я т ь р ізн у к іл ь к іс т ь води. Н ай багатш я на воду тк а н и н а — склоп одібн е т іл о ока, щ о м іс т и т ь 99 % води, найб ід н іш а — зубна емаль, у н ій води л и ш е 0,2 % . Б ага то води м іс ти ть с я в речови н і м озку.

Неорганічні речовини Хід роботи

Визначте свою масу за допомогою підлогови х ваг.

Визначте масову частку води у ваш ом у о р га н ізм і, ск л а в ш и про порцію: ваш а маса тіл а , к г

—

100 % ,

маса води

—

65 % .

х кг

Т о д і х = (ваш а маса т іл а х 6 5 ): 100. ©

Зробіть висновок.

§ 7. Контроль хімічного складу води та їжі людини Хімічний склад води Хім ічний склад води — це су к у п н іс ть речовин, щ о м іс тя ть с я у воді в р ізн и х х ім іч н и х та ф ізи ч н и х стан ах. Т ри вале в и ко р и ста н н я п и т н о ї води з п ор уш ен н ям г іг іє н іч н и х н ор м щ одо ї ї х ім іч н о го ск л а д у с п р и ч и н я є розвиток у л ю д и н и р із н и х захворю вань. Н а п р и к л а д , П л ю м б у м в ід кл ад ається у к іс т к а х , п р извод ить до з м ін у ц ен тр а л ьн ій нервовій си сте м і, к р ов і, ш л у н к о в о -к и ш к о в о м у тр а к т і, а та к о ж до пор уш ен ня о б м ін у речовин, «п ригн ічен ня» багатьох ф ерм ентів і го рм он ів. Н а в іт ь невелика його к іл ь к іс т ь у воді чи їж і сп р и чи н яє у р аж ен н я нир ок. А л ю м ін ій п ар алізує нервову й ім у н н у си стем и , особливо си льно впливає на д и тя ч и й о р га н ізм , сп р и яє роз в и тк о в і хвороби А л ь ц ге й м е р а . Х вор оба А л ь ц ге й м е р а — це т я ж к е захворю вання головного м озку, щ о ви явл я ється п р огр есую чи м з н и ж е н н я м ін телекту. У п е р ш е описане н ім е ц ь к и м л ік а р е м А . А л ьц ге й мером у 1907 р. П ід в и щ е н н я к о н ц е н тр а ц ії К у п р у м у в п и т н ій воді пр и звод и ть до вр аж ен н я сл изови х оболонок н и р ок та п е ч ін к и , Н ік о л у — до ура ж е н н я ш к ір и , Ц и н к у — нир ок, А р се н у — цен тра льн ої нервової с и с тем и . П ід в и щ е н н я в м іс т у Ф л у о р у н есп р и ятл и во впли ває на к іс тк о в у , нервову та ф ер м ен тативн у си стем и о р га н ізм у , зум овл ю є у р аж ен н я зубів — ф лю ороз (на зубах з ’я в л я ю ться б іл і та ж о в т і п л я м и , д іл я н ки руй н уван н я ем алі). Н а т о м іс ть нестача в м іс ту Ф л у о р у (м ен ш н іж 0,5 м г/л ) сп р и ч и н я є к а р ієс — п а то л о гіч н и й процес, п ри я к о м у в ід б увається д е м ін е р а л із а ц ія і р о з м ’ я к ш е н н я тв е р д и х т к а н и н зуба з п од альш и м утвор ен н ям п о р о ж н и н и (мал. 7.1).

4 0

МОЛЕКУЛЯРНИМ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Man. 7.1. Захворювання зубів: карієс, спричинений нестачею вмісту Флуору (а); флюороз, спричинений підвищеним вмістом Флуору (б)

У п р ир одн и х водах м а ю ть м іс т и т и с я і м ік р оел е м ен ти , н ап р иклад Ф л у ор , Й од , М олібд ен , Селен, і м акроелем ен ти, н ап риклад Н а тр ій , К а л ь ц ій , Ф осф ор. А л е над лиш кове або недостатнє н ад ход ж ен ня їх до о р га н ізм у лю ди н и сп р и ч и н я є ф із іо л о гіч н і від хи лен ня або п а то л о гіч н і з м ін и .

Хімічний склад їжі Н е об х ід н о ко н тр о л ю в а ти та к о ж хімічний ск л а д їж і. О сн овн и м и п о ж и в н и м и речовинам и, н еоб хід н и м и дл я поповнення ен ергети чн их ви трат, побудови та відновлення тк а н и н , є б іл к и , ж и р и та вуглеводи. За умови раціон альн ого харчування б іл к и м аю ть становити 11 — 13 % добової к а л о р ій н о с ті р ац іо н у л ю д и н и . Б іл к и , щ о м іс тя ть с я в р ізн и х п родуктах харчування, не р ів н о ц ін н і для ор ганізм у. Б іл к и тваринного п оходж ен н я не л и ш е са м і добре засвою ю ться ор ган ізм ом , а й сп р и я ю ть засвоєнню б іл к ів рослин ного п оходж ен н я. С л ід ура ховувати не л и ш е сум арн у к іл ь к іс т ь б іл к ів , а й їх н ю якість: до ра ц іон у лю дини має входити не м енш н іж половина б іл к ів тваринного походж ення. Ж ири — це п л а сти ч н и й м атер іал і дж ерело е н е р гії в о р га н із м і. За норм альних умов середня потреба дорослої л ю д и н и в ж и р а х становить 80 100 г на добу, або 33 % добової ен ергети чної ц ін н о с ті раціону. А л е потреба в ж и р а х з м ін ю є ть ся залеж но в ід к л ім а т и ч н и х умов: у п ів н іч н ій к л ім а т и ч н ій зон і вона визначена в р о з м ір і 38 — 40 % к а л о р ій н о сті р аціону, в середній зо н і — 33 % , а в п ів д е н н ій — 27 — 28 % . Вуглеводи — основне дж ерело ен е р гії, і то м у їх у ж и в а ю ть п р и бл и з но в ч оти ри рази більш е, н іж б іл к ів та ж и р ів . За ум ови р а ц іо н а л ь н о го харчуван ня на ч а стк у вуглеводів припадає бл и зьк о 55 % добової к а л о р ій н о сті р аціону. Вітаміни й мінеральні речовини разом із б іл к а м и , ж и р а м и й в у г леводам и є необхідною ч а сти н ою харчуван н я. Забезпечити п о вн істю потреби о р га н ізм у в у сіх н еобхід н их в іта м ін а х , ураховую чи ли ш е їх природн и й в м іс т у п р одуктах харчуван ня, д у ж е важ ко, а часто й не

Неорганічні речовини мож ли во, т о ж необхідне спеціальне збагачення п р о д у к тів харчування в іта м ін а м и . У суч асн и х умовах кон тр олю в ати х ім іч н и й склад їж і необхідно ще й то м у , щ о існ у є проблема р ад іо ак ти вн о го та х ім іч н о го забруднення п р о д у к тів харч уван н я . Н а п р и к л а д , н а д л и ш о к н ітр о ге н н и х добрив або о т р у т о х ім ік а т ів п ризводить до з н и ж е н н я я к о с т і р о сл и н н о ї про д у к ц ії, о с к іл ь к и в н ій н ак о п и ч у ю ть ся сп о л у ки Н ітр о ге н у й отр ути . У ж и в а н н я та к о ї їж і м о ж е сп р и ч и н и ти в л ю д и н и серйозне отр уєн н я і н а віть см ерть. О ск іл ь к и рослини м о ж у ть н акоп ичувати в собі п р акти ч н о всі ш к ід л и в і речови ни, особливо небезпечною є сіл ьсь ко го сп о д а р сь ка пр о д у к ц ія , щ о ви рощ ується поблизу п р ом и слових п ід п р и є м с тв і вел иких а в то ш л я х ів .

Харчові добавки Х а р ч о в і до бавки — це х ім іч н і р ечовини, я к і додаю ть до п р о д у к тів харчуван н я для п ол іп ш е н н я см а к у , п ід ви щ ен н я п о ж и в н о ї ц ін н о с ті або зап обіган н я псуванню п р о д у к тів п ід час зберігання. П о ж и в н і добавки м іс тя ть ж и р и , вуглеводи, б іл к и та к л ітк о в и н у , а та к о ж м а й ж е всі м ікр оелем ен ти та в іта м ін и . Вони п ок ра щ ую ть я к іс н ий склад їж і. К о н се р в ан ти п р изн ачен і дл я того, щ об п р отяго м тр и валого часу зберіга ти п р о д у к ти х а р ч у ва н н я п р и д а тн и м и до сп о ж и в а н н я . В он и м іс т я т ь речовини, щ о вбиваю ть ш к ід л и в і м ік р о о р га н із м и або не да ю ть їм р озм н о ж у ва ти ся . З д а в н іх ч асів лю ди ви користовували з ц іє ю метою сіл ь, ц укор, к и сл о ти та д и м , у я к о м у п р од у к ти к о п ти л и . Д л я кон се рвуван н я ф р у к тів та овоч ів в и к о р и сто в у ю ть н а тр ій оензоат та к а л ій бензоат. Б агато п р о д у к тів консервую ть за доп ом огою оцтової ки сл оти (оцту) (мал. 7.2).

Мал. 7.2. Консерванти допомагають зберігати продукти харчування

Мал. 7.3. Прянощі та спеції допомагають змінити смак їжі

4 2

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

П р я н о щ і до п ом агаю ть з м ін и т и см а к їж і. П р и р о д н і п р я н о щ і м аю ть д у ж е непростий склад, але б іл ь ш іс т ь п р я н о щ ів, я к и м и к ор и стую ться сьогод н і, на ж а л ь, скла даю ться із си н те ти ч н и х речовин (мал. 7.3). Б а р в н и к и надаю ть пр одуктам , щ о пр ой ш л и обробку, б іл ь ш приваб ли вого ви гля д у. їх п о д іл я ю ть на д в і групи: п р и р о д н і та си н те ти ч н і. К р ащ е, звичайно, в и кор и стов ува ти п р и р од н і барвники. Ч а сто ф ір м и -в и р о б н и к и п р о д у к тів х а р ч у ва н н я п р оп он ую ть свої харчові добавки, н аго лош ую ч и , щ о вони м о ж у ть сп р и яти схудненню , п р о ф іл а к ти ц і п евн и х захворю вань, н а в іть їх л ік у в а н н ю . З а сто со ву ва ти ц і х а р ч о в і до бавки м о ж н а л и ш е п іс л я к о н с у л ь та ц ії з л ік а р е м , я к о м у добре в ід о м и й ста н здоров’я лю ди н и . Д л я п ід л ітк а , я к и й х а р ч у єть ся р ац іо н ал ьн о , т а к і х а р ч о в і д обавки не п о тр іб н і. П р о н а я в н іс т ь х а р ч о в и х добавок у п р о д у к та х м о ж н а д із н а ти с я з ін ф о р м а ц ії, щ о м іс ти ть с я на е ти к е тц і. В он и п озн ачаю ться літер ою «Е» та тр и ц и ф р ов и м чи слом , наприклад: Е 220, Е 451, Е 103.

Дізнайтеся більше

...........................................................

Барвник тартразин, який додають до кондитерських виробів, цукерок, морозива, напоїв, може спричинити харчову алергію. Червоний барвник Red 2G, який використовують у виробництві для приготування дешевих сосисок, може зумовити онкологічні захворювання. Аспартам — синтетичний замінник цукру, який використовують для виготовлення жувальної гумки, — може не гативно впливати на психіку.

Причини ендемічних захворювань людини т а їх профілактика Е н д е м іч н и м и н азиваю ть хвороби, я к і п о с тій н о реєструю ться серед населення на п е в н ій те р и то р ії. Е н д е м іч н е захворю ван ня п о в ’язане з браком або н а д л и ш к о м в м іс ту певного х ім іч н о го елемента в сере до ви щ і. Н а п р и к л а д , через н а д л и ш о к Ф л у о р у в и н и к а є ф лю ороз, К уп рум у — з м ін и в нервовій та кровон осн ій си сте м і, М олібд ену — ендем ічна подагра, через брак йоду в їж і — е н д ем іч н и й зоб (збільш ен н я р о з м ір ів щ и то п о д іб н о ї залози) (мал. 7.4). П р о ф іл а к ти к а захворю вань л ю д и н и , щ о в и н и к а ю ть через брак або н ад л и ш ок х ім іч н и х елем ентів, зд ій сн ю є ть ся або ш л я х о м додавання елемента, якого бракує, до їж і, або ш л я х о м корегуван ня харчового р ац іон у д л я зм е н ш ен н я в м іс ту н ад л и ш к ового елемента. Н а п р и к л а д , п ри й о дод еф іц и ті ви кор и стов ую ть йодовану сіл ь.

Неорганічні речовини

Мал. 7.4. Йододефіцитний зоб необхідно вчасно виявляти і лікувати

Р е к о м е н д а ц ії щ одо п р о ф іл а к ти к и е н д е м іч н и х захворю вань ск л а да ю ть з у р ах у ван н я м м іс ц я п р о ж и в а н н я , к л ім а т у , пори р оку, осо бливостей н а ц іо н а л ьн о ї к у х н і, со ц іал ьн ого стану, стан у здоров’я та ін д и в ід у а л ь н и х ф із іо л о гіч н и х особливостей лю ди н и .

Гранично до п у сти м і кон цен тр ац ії речовин у складі води, їжі, засобів п о б у то в о ї хімії, косметичних п репаратів т о щ о Гран и ч н о д о п у сти м а к о н ц е н тр а ц ія (Г Д К ) — це затвер дж ен ий на законодавчом у р ів н і са н іт а р н о -гігіє н іч н и й нор м атив, щ о передбачає м а к си м а л ьн у к о н ц е н тр а ц ію ш к ід л и в о ї речовини, я к а за певний час впли ву не ш к о д и ть здоров’ ю л ю д и н и та ї ї п отом ству. Розроблено Г Д К для п овітря, п р о д у к тів харчування, п и тн о ї води, води водойм, с тіч н и х в о д ,ґр у н ту . С а н іта р н о -гігіє н іч н е н о р м у в а н н я забруднення п р о д у к тів х а р ч у вання стосується п ередусім х ім іч н и х забрудню вачів п р о д у к тів х а р чування: — м е та л іч н и х ел ем ен тів (М е р к у р ій , П л ю м б у м , Х р о м , А р сен , К а д м ій , К обальт, С та н у м , Н ік ол ); — п ести ц и д ів та п р о д у к тів їх метаболізм у; — н ітр а тів , н ітр и т ів , п о л іц и к л іч н и х а р о м а ти ч н и х сп о лук, с т и м у л я то р ів росту сіл ьсько го сп о д ар ськи х тварин; — р ад іо ізо то п ів (н а й б іл ьш у небезпеку д л я здоров’я стан овля ть С тр он ц ій -9 0 та Ц е з ій - 137).

Норми вживання води людиною в різних умовах навколишнього середовища Існ ую ть норм и в ж и ван н я води в р ізн и х умовах н авколи ш н ього се редовища. П и тн а вода до о р ган ізм у лю дин и має надходити регулярно й у п евн ій к іл ь к о сті. Д л я здоров’я л ю д и н и ш к ід л и в и м є я к недостатнє,

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

4 4

та к і надлиш кове водовж ивання. Н едостатнє в ж и ван н я води м ож е призвести до зм енш ен н я маси тіл а , п ідви щ ен н я температури, п ід в и щ ення в’я зк о сті крові, прискорення пульсу та д и хан н я, появи спраги та в ід ч у ття нудоти. Н ад ли ш ков е п и ття поруш ує процес травлення, створю є додаткове навантаж ення на серцево-судинну си стем у та н и р ки, призводить до збільш ення виділення необхідних орган ізм у речовин. Н о р м а в ж и в а н н я води за л е ж и ть від багатьох п ар ам етр ів, та к и х я к к л ім а т и ч н і ум ови , температура п о в ітр я , вол огість, ін д и в ід у а л ь н і особливості л ю д и н и , характер в и ко н у ва н о ї нею роботи та багатьох ін ш и х . П р и ц ьо м у п и тн а вода має бути ч истою й м іс т и т и в н ео б хід н ій к іл ь к о с т і м ін е р а л ь н і речовини.

Опорні т о ч к и Д л я збереж ення здоров’ я необхідно к он тр ол ю в ати х ім іч н и й склад води та їж і. Ч ерез брак або н ад л и ш ок в м іс ту я к о го сь х ім іч н о го еле мента в середовищ і м о ж у ть в и н и к н у ти е н д е м іч н і захворю вання. П р о ф іл а к ти к а та к и х захворю вань зд ій сн ю єть ся або ш л я х о м додавання елемента, я к о го замало, до їж і, або ш л я х о м корегування р ац іон у х ар ч у ван н я задля зм е н ш ен н я в м іс ту н ад ли ш кового елемента. Д л я де я ки х речовин затвердж ено гранично д о п у сти м і к о н ц е н тр а ц ії (ГД К ) у п о в ітр і, п р од у к тах харчуван н я, воді, побутовій х ім ії, к о см е ти ц і.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Чому 2. 3. 4. 5.

необхідно

контролювати

хімічний

склад

питної

води

та продуктів харчування? Що таке харчові добавки? Що таке гранично допустима концентрація (ГДК)? Що таке ендемічні захворювання? Яким має бути хімічний склад їжі? Унаслідок чого може відбуватися хімічне забруднення їжі?

6. Для чого було введено норматив ГДК? 7. Чому необхідно контролювати вміст харчових добавок у про дуктах? 8. У чому полягають причини ендемічних захворювань людини? Як здійснюється профілактика ендемічних захворювань?

Теми для проектної і групової роботи 1. Здійснення контролю хімічного складу води та їжі людини. 2. Причини виникнення ендемічних захворювань людини.

Органічні речовини

•ft?

План виконання пр оектної р о б о ти

Визначення мети проекту.

А р гу м е н ту в а н н я ак ту а л ь н о сті те м и проекту.

В изначення дж ерел ін ф о рм ац ії.

О п рацю ван ня зібраної ін ф о р м а ц ії, ї ї ан ал із та узагальнення.

Створення сам остій н ого ін ф о р м ац ій н ого п р одукту (оригінально го тексту).

Ф ор м у л ю в ан н я висновків.

Оф ормлення

результатів

проекту

(стаття,

реферат,

доповідь

тощо).

Тема 2. Органічні речовини Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: •

малі органічні молекули, макромолекули (полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти), їхню будову, властивості та функції.

Навчитеся: •

пояснювати взаємозв'язок будови органічних речовин з їхніми

• •

функціями; розв'язувати вправи з транскрипції та реплікації; застосовувати знання для безпечного використання засобів побутової хімії, біодобавок, медичних препаратів.

§ 8. Структура та функції вуглеводів Органічні речовини Органічними н азиваю ть сп о л у ки , в осн ові я к и х л е ж и ть лан ц ю г, я к и й у твор ен и й ковале н тн о з в ’ я з а н и м и а то м а м и К ар бон у і м о ж е м а ти р із н у просторову стр у к ту р у . Т а к і сп о л у ки утвор ю ю ться завдяки зд а тн о сті а то м ів К арбону ф орм увати м іж собою од и н ар н і, п о д в ій н і й п о т р ій н і зв ’ язк и . С келет ор ган іч н и х сполук м о ж е бути л ін ій н и м , розгалуж ени м , ц и к л іч н и м і к о м б ін о в а н и м , тобто вк л ю ч ати всі тр и попередні в ар іан ти (мал. 8.1).

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

с— с— с — С— С— С — С—

с— с— Циклічний

Лінійний

\ГX

— с — с— с — с — с — І

-с— с —

— с—

-4 /

— с—

/ 1 і і

с— с — с — с — U I

— с — сКомбінований

Розгалужений

Мал. 8.1. Карбонові скелети

З а вд я к и н е й м о в ір н ій р із н о м а н ітн о с ті м о ж л и в и х в а р іа н тів карбо нового скелета о р га н іч н і сп о л у ки те ж є д у ж е р із н о м а н ітн и м и . Р із н о м а н іт н іс т ь о р га н іч н и х сп о лук забезпечується т а к о ж р із н и м и ф у н к ц іо н а л ь н и м и гр у п ам и , щ о вх одять до їх складу. Саме ф у н к ц і о н а л ь н і гр у п и (табл. 3) надаю ть о р га н іч н и м сп о л у кам хар а ктер н и х особливостей, ви значаю чи їх н ій «характер*. Таблиця З

Основні функціональні групи Структурна формула

Функціональна група Гідроксильна

— ОН

Карбонільна:

Альдегідна

—с

Кетонна

0 —с -

—

Карбоксильна

—

// с—

он

/Н Аміногрупа

—N чн

Органічні речовини Значенн я о р га н іч н и х речовин дл я ж и в и х о р га н із м ів важ к о пере о ц ін и ти , о с к іл ь к и саме вони забезпечую ть перебіг у с іх процесів ж и т тє д ія л ь н о сті.

Вуглеводи Вуглеводи — це о р га н іч н і речовини, до складу я к и х входя ть К а р бон, О кси ген і Гідр оген .

Дізнайтеся більше Назва вуглеводів походить від слів «вуглець» і «вода». Причиною цього є те, що перші з відомих науці вуглеводів описувалися фор мулою Сд(Н20)у. Вуглеводи називають також цукрами. Ця назва походить від давньоіндійського слова «саркара» (буквально: «гра вій, галька, пісок, цукровий пісок»). Так в Індії називали солодкі кристали, які добували із соку тростини. За х ім іч н о ю х ар а ктер и сти к о ю вуглеводи — це о р га н іч н і речовини, щ о м іс т я т ь кетон н у або альд егід н у гр у п у та д е к іл ь к а (тобто більш е н іж одну) гід р о к с и л ь н и х груп. В углеводи , щ о м іс т я т ь ал ьд егід н у групу, н азиваю ться альдозами, а вуглеводи, щ о м іс т я т ь кетон н у гр у п у ,— кетозами (мал. 8.2.). Н а м ал. 8.2 зображ ено вуглеводи, у л а н ц ю гу я к и х є л и ш е тр и а то м и К арбону. Є у вуглеводів і д о в ш і л а н ц ю ги , н апр иклад ф руктоза і гл ю коза (мал. 8.3). Залеж н о від к іл ь к о с т і а то м ів К арбону, щ о входять до м о лекули ву г леводу, р о зр ізн я ю ть тріози, щ о м іс т я т ь тр и атом и К арбону, тетрози — ч оти ри ато м и , пентози — п ’ ять, гексози — ш іс ть а то м ів і та к да лі, від п о в ід н о до назв ч и с л ів н и к ів гр ец ькою мовою . Г л ю к о за за к іл ь к іс т ю а то м ів К арбону є гексозою , а рибоза — пентозою .

-Альдегідна група С-

t н — с-

-н -о н

н— с- - о н ; I

Н Н — С-

Гідроксильні групи

ОН:

/ Гідроксильна група

С=О ■ —----Кетонна група Н — С — rOH __Гідроксильна І група Н

Мал. 8.2. Приклад альдози — гліцеральдегід (о); кетози — дигідроксиацетон (б)

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ СН.ОН

СН.ОН

ОН

I J с----

І н

І он б

Мал. 8.3. У молекулі фруктози (а) п'ять атомів Карбону, глюкози (б) — шість атомів Карбону

Моносахариди У с і перелічені вищ е вуглеводи називають моносахаридами, о скіл ь ки вони складаю ться з од н ієї стр уктур н ої од ин иці (від гред. monos — один). Я к щ о в м о л е к у л і м о н о сах ар и д у а то м ів К ар бону б іл ь ш е в ід тр ьо х, так а м олекула м о ж е утворю вати ц и к л іч н у ф орму, о с к іл ь к и ї ї ч асти н и реагую ть одна з одною . У ж и в и х о р га н ізм а х м оносахариди ч а стіш е зу стр іч а ю ться саме в ц и к л іч н ій ф орм і (мал. 8.3). М он осахариди називаю ть та к о ж п р о сти м и ц у к р а м и , о с к іл ь к и вони скла даю ться з о д н іє ї м о лекули . Прості цукри я в л я ю ть собою тверді безбарвні к р и с т а л іч н і речовини, добре р о з ч и н н і у воді. М а й ж е всі вони м а ю ть п р и є м н и й со л од к и й см а к . Н а п р и к л а д , со л о д к и й с м а к ф р у к тів , я гід , меду за л е ж и ть в ід в м іс ту в н и х гл ю к о зи та ф руктози. Д о м о н о сахар и дів нале ж ать та к о ж галактоза, рибоза, дезоксирибоза. М о н о са х а р и д и м о ж у т ь в и к о н у в а ти ен е р гети ч н у та с т р у к ту р н у ф у н к ц ії. Глюкоза — первинне дж ерело е н е р гії д л я к л іт и н . В она вх о д и ть до с тр у к ту р и м а й ж е в с іх к л іт и н , тк а н и н та органів. Фруктоза у в е л и к ій к іл ь к о с т і у в іл ь н о м у в и гл я д і м іс ти ть с я у п л о дах, то м у ї ї часто називаю ть плодовим ц у к р о м . О собливо багато ф р у к този в м еді, ц у к р о в о м у б у р яку , ф руктах. Галактоза в ід р із н я єть с я в ід гл ю к о зи т іл ь к и р о зта ш у в а н н я м г ід р о к си л ьн о ї гр у п и та Г ід р о ге н у в четвертого карбонового атома. В она м о ж е п еретворю ватися на гл ю к о зу в п е ч ін ц і й ін ш и х органах. Рибоза та дезоксирибоза вх одя ть до скла ду н у к л е їн о в и х к и сл о т — в е л и к и х м о лекул, щ о беруть у часть у процесах передавання, р е а л із а ц ії та збе р іга н н я сп адкової ін ф о р м а ц ії у к л іт и н і.

Дисахариди М о л е к у л и м о н о сахар и дів м о ж у ть з ’єд н у вати ся одна з одною з в и д іл е н н я м води. У р езу л ьтаті у твор ю ю ться олігосахариди (від грец.

Органічні речовини oligos — нечисленний), до я к и х н ал е ж ать д и сахар ид и, тр и сахар и ди , тетрасахариди та полісахариди (від грец. poly — багато). Д о ди саха р и д ів н алеж ать сахароза, лакто за та м альтоза (мал. 8.4). Сахароза — тр о сти н н и й або б у р я ко в и й ц укор. С кл ад ається із за л и ш к ів гл ю к ози та ф руктози. М іс т и т ь с я в н а с ін н і, ягод ах, к о р ін н і, бульбах, плодах. В ід ігр а є ва ж л и в у роль у х ар ч у ван н і багатьох тварин та л ю д и н и . Л е гк о р озч и н яється у воді. Г о л о в н і дж ерела добування сахарози (харчового ц у к р у ) у х а р ч о в ій п р о м и сл о в о сті — ц у к р о ви й б ур як і цукрова тростина. Лактоза — м о л оч н и й ц укор, має у своєм у ск л а д і гл ю к о зу та га л а к тозу. В ін входи ть до ск ла ду м о л ок а і є дж ер ел ом е н е р гії д л я д и ти н ч а т ссавців. Мальтоза складається із двох м о л ек у л гл ю к о зи , є осн овн и м с т р у к ту р н и м елем ентом та к и х п о л іс а х а р и д ів , я к к р о х м а л ь та гл ік о ге н .

С Н 2ОН

сн,он

он

сн.он

CH..OH

І 2

он

сн,он

І 2

он І

он

в Мал. 8.4. Дисахариди: а — сахароза; б — лактоза; в — мальтоза

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 8.5. Полісахариди: а — картопляний крохмаль, б — хітин, основний компонент зовнішнього скелета членистоногих

Полісахариди О р га н іч н і сп о л у ки , щ о скла даю ться з в е л и к о ї к іл ь к о с т і с т р у к ту р н и х о д и н и ц ь (м оном ерів), н азиваю ть полімерами. Полісахариди — це п олім ери, м оном ерам и в я к и х є моносахариди. Із п олісахари дів н а й п о ш и р е н іш і крохм аль, гл іко ге н , целю лоза, х іт и н (мал. 8.5). Ц е ви соком ол екул ярн і вуглеводи, щ о складаю ться з вели к о ї к іл ь к о с т і моносахаридів. В они м аю ть дуж е велику м о лекулярн у масу. Крохмаль є основн им запасним п олісахари дом у рослин. К іл ь к іс т ь за л и ш к ів гл ю к ози в н ьом у налічує к іл ь к а ти ся ч . В ін м іс ти ть с я у вели к ій к іл ь к о с т і в бульбах к ар топ л і, плодах, н а с ін н і. У га р я ч ій воді к р о х маль утворю є к о л о їд н и й розчин, щ о в побуті має назву кр ох м ал ьн и й клейстер. С тр у к ту р н і ком п он енти к р ох м ал ю — ам ілоза й ам іл оп ек ти н (мал. 8.6, а, б). Глікоген — запасни й п олісахари д, щ о м іс ти ть с я у тк а н и н а х тіл а твари н та л ю д и н и , а та к о ж у грибах, д р іж д ж а х тощ о. В ін в ід ігр а є ва ж л и в у роль у перетвореннях вуглеводів в о р га н із м і тварин. У зн а ч н ій к іл ь к о с т і н а к о п и ч у єть ся в п е ч ін ц і, м ’ я зах , се р ц і та багатьох ін ш и х орган ах. Є п о ста ч а л ь н и к о м гл ю к о зи в кров. За с тр у к ту р о ю нагадує крохм аль, але є си л ь н іш е р озгал у ж ен и м . М ол е ку л а гл ік о ге н у складається п риблизн о із ЗО 000 з а л и ш к ів гл ю к о зи (мал. 8.6, в).

Полісахариди: а — амілоза, б — амілопектин, в — глікоген

Органічні речовини Клітковина (целю лоза) — го л овн и й с тр у к ту р н и й п олісахари д к л і ти н н и х оболонок рослин. Ц елю лоза за своєю стр у к ту р о ю — л ін ій н и й п олім ер . В она нерозчинна у вод і й л и ш е набухає в н ій . Х іти н — о сновний к о м п о н е н т зо в н іш н ьо го скелета ч л ен и стон оги х та д е яки х ін ш и х безхребетних твари н , входи ть до ск л а д у к л іт и н н о ї с т ін к и гр и бів (див. мал. 8.5, б).

Функції вуглеводів Будова вуглеводів дозволяє їм ви кон увати багато б іо л о гіч н и х ф ун к ц ій . Енергетична функція. В углеводи сл у гу ю ть осн овн и м дж ер ел ом е н е р гії дл я о р га н ізм у . С к л а д н і за стр ук ту р о ю , б а га ті н а ен ергію , в у г леводи зазнаю ть у к л іт и н і гл и бо кого р озщ еп лен н я й у р езу л ьтаті пе р етворю ю ться на п р о с т і, б ід н і на ен ергію сп о л у к и — карбон окси д та воду. У ході цього процесу в и в іл ь н я є ть ся енергія. У п р оцесі розщ еп ленн я 1 г вуглеводів в и в іл ь н я є ть с я 17,6 к Д ж е н е р гії. Структурна функція. В у сіх без в и н я тк у т к а н и н а х та о рганах зна йдено вуглеводи та їх н і п о х ід н і. В о н и вх одять до ск л а д у оболонок к л іт и н і с у б к л іт и н н и х утворень. Б е р у ть у ч асть у с и н те зі багатьох н а й в а ж л и в іш и х речовин. У рослинах п олісахари ди ви кон у ю ть та к о ж опорну ф ун к ц ію . Функція запасання поживних речовин. В о р га н із м і та к л іт и н і в у г леводи м аю ть зд а тн ість н ак оп и ч у вати ся у в и гл я д і к р о х м а л ю у рослин та гл ік о ге н у у твари н . К р о х м а л ь і гл ік о ге н є за п а сн и м и ф орм ам и вуглеводів та ви тр ачаю ться в м ір у в и н и к н е н н я потреби в ен ергії. Захисна функція. В ’я з к і секрети (слизи), щ о в и д іл я ю ться р ізн и м и залозам и, багаті на вуглеводи та їх н і п о х ід н і. В он и за х и щ а ю ть с т ін к и п о р о ж н и сти х ор ган ів (стравохід, к и ш к и , ш л у н о к , бронхи) в ід м е ха н іч н и х п ош к од ж ен ь, п р о н и к н е н н я ш к ід л и в и х б а к те р ій і вір усів.

Опорні т о ч к и О р га н іч н и м и н азиваю ть сп о л у к и , в осн ові я к и х л е ж и ть л а н ц ю г із к овалентно з в ’ я зан и х а то м ів К арбон у. Р із н о м а н іт н іс т ь о р га н іч н и х сп о л у к забезпечується р із н и м и п р осторо вим и стр у к ту р а м и лан ц ю га і ф у н к ц іо н а л ь н и м и гр у п а м и , щ о входять до їх н ь о го складу. В углеводи — це о р га н іч н і речовини, щ о м іс т я т ь н ер озгал уж ен и й л а н ц ю г із д е к іл ь к о х а то м ів К арбону, кар б он іл ьн у гр у п у та д е к іл ь к а гід р о к с и л ь н и х груп. В углеводи в и к о н у ю ть т а к і ф у н к ц ії: енергетичну, с тр у к ту р н у , за х и сн у, запасаю чу тощ о.

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Зап итанн я для кон тролю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Які органічні сполуки називають полімерами? Які органічні сполуки називають вуглеводами? Чому глюкозу можна назвати гексозою? Чим альдози відрізняються від кетоз? Які полімери можуть виконувати функцію запасання поживних ре човин? Чим пояснюється різноманітність органічних сполук? У чому полягають особливості хімічної структури вуглеводів? Які біологічні функції виконують моносахариди та полісахариди? Як структура вуглеводів пов'язана з їхніми функціями?

§ 9. Структура і функції ліпідів Ліпіди П ід те р м ін о м л іп ід и (від грец. lipos — ж и р ) х ім ік и об’єдн ую ть ж и р и та ж и р о п о д іб н і речовини. Го л о в н и м к р и те р іє м , за я к и м ц і речовини об’єднали в одну гр у п у, є те, щ о вони не р о зч и н я ю ть ся у воді, але добре р о зч и н я ю ть ся у н е п о л я р н и х о р га н іч н и х р о зч и н н и к а х : есте р і, бен зи р і, хлор оф о рм і тощ о. Ц я в л а сти в ість сп о рід н ю є всі л іп ід и . А за своєю стр у к ту р о ю вони істо тн о в ід р із н я ю ть с я один від одного. У ж и в и х о р га н ізм а х м іс т я т ь с я р із н і л іп ід и , зокрем а ф осф оліпіди , ж и р и та стероїди. У с і вони ви к о н у ю ть в а ж л и в і б іо л о гіч н і ф у н к ц ії. Із л іп ід ів н а й п о ш и р е н іш и м и та н а й б іл ьш в ід о м и м и є жири. В м іс т ж и р у в к л іт и н і зазвичай невеликий: 5— 10 % (від су х о ї речовини). О днак існ у ю ть к л іт и н и , у я к и х близько 90 % ж и р у . У твари н т а к і к л іт и н и м іс тя ть с я , н ап р иклад , п ід ш к ір о ю . Ж и р м іс т и т ь с я в м о л о ц і в с іх ссавців. У д е я к и х рослин велика к іл ь к іс т ь ж и р у зосередж ена в н а с ін н і та плодах, н ап р и клад у со н я ш н и к у , конопель, волоського го р іх а. За х ім іч н о ю с тр у к ту р о ю ж и р и є ск л а д н и м и естер ам и т р и а т о м ного сп и р ту гл іц ер о л у та ви со к о м о л е к ул я р н и х ж и р н и х к и сл о т.

Жирні к и с л о ти * Ж ирні кислоти — це о р га н іч н і сп о л у ки , до скла ду я к и х входи ть к арб оксил ьн а груп а та д о вги й вуглеводневий х в іст. Загальна ф орм ула ж и р н о ї к ислоти :

Органічні речовини

Man. 9.1. Модель пальмітинової кислоти — насиченої жирної кислоти

Man. 9.2. Модель олеїнової кислоти — ненасиченої жирної кислоти

Н а й п о ш и р е н іш и м и є п а л ь м іти н о в а , стеаринова, олеїнова ж и р н і к и сл оти . У с і ж и р н і к и сл о ти п о д іл я ю ть ся на д в і групи: наси ч ен і, або гр а н и ч н і (не м іс т я т ь п о д в ій н и х з в ’ я зк ів ), та н ен асичені, або н егр а н и ч н і (м іс т я ть п о д в ій н і з в ’язки). Д о н аси чен и х к и с л о т належ ать, н а п р и клад, п а л ь м іти н о ва (мал. 9.1) та стеаринова к и сл о ти , а до ненасичен и х — олеїнова (мал. 9.2). В за єм о д ія гл іц е р и н у та ж и р н и х к и сл о т п р извод ить до утворен н я сп р а в ж н іх , або іс т и н н и х , ж и р ів — тр и а ц и л гл іц е р о л ів (мал. 9.3). В л а с ти в о сті ж и р ів ви зн а ча ю ться я к іс н и м ск л а д о м ж и р н и х к и с л от та їх к іл ь к іс н и м с п ів в ід н о ш е н н я м . Т а к , р о сл и н н і ж и р и , або о л ії, б агаті на нен асичен і ж и р н і к и сл о ти , то м у здебільш е є л е гк о п л а в к и м и — р ід к и м и за к ім н а т н о ї тем п ер атур и (мал. 9.4). А тв а р и н н і ж и р и за к ім н а т н о ї тем п ер атур и зал и ш аю ться твер ди м и , о с к іл ь к и м іс т я т ь переваж но н аси ч ен і ж и р н і к и сл о ти (мал. 9.5).

Жири Триацилгліцероли— це п р и р о д н і о р га н іч н і сп о л у к и , я к і є п о х ід н и м и гл іц е р о л у та ж и р н и х к и сл о т. Т р и а ц и л гл іц е р о л и є ф ормою н ак оп и ч ен н я ж и р ів в о р га н із м і та од н и м з осн овн их дж ерел енергії; це н а й п о ш и р е н іш і з п р и р одн и х л іп ід ів .

О II О СН.Г- о — с — R, II ' І 2 ' R ,— С - О - С Н О 2 I II

с н —О - c —R3

Man. 9.3 Триацилгліцерол

5 4

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 9.4. Рослинні жири багаті на ненасичені жирні кислоти

Мал. 9.5. Тваринні жири містять переважно насичені жирні кислоти

К а л о р ій н іс ть ж и р ів м а й ж е в д в іч і ви щ а за к а л о р ій н іс ть вуглево д ів , то м у вони від кл ад аю ться в о р га н із м і твари н я к запасна п ож ивн а речовина. Ж и р и т а к о ж сл у гу ю ть для те п л о із о л я ц ії та забезпечую ть п лав уч ість. О л ії н а й ч а стіш е н акоп и ч ую ться в рослинах (н асін н я со н я ш н и к у , коко сової п ал ьм и тощ о).

Дізнайтеся більше

........................................................

Жир може бути постачальником так званої ендогенної води. Із 1 кг жиру під час його окиснення утворюється близько 1,1 л води. Завдяки цій воді існує чимало пустельних тварин, напри клад піщанки, тушканчики. Жир, що накопичується в горбах верб люда, також є джерелом води.

Фосфоліпіди Особливо в а ж л и ви м и ж и р о п о д іб н и м и речовинам и є ф осф оліп іди . В они, я к і сп р а в ж н і ж и р и , є естерами гл іц е р о л у та ж и р н и х кислот, але від сп р а в ж н іх ж и р ів вони в ід р ізн я ю ться ти м , щ о м іс тя ть за л и ш ок ортоф осф атної кислоти . Ф осф ол іп ід и завдяки своїй будові здатні утворю вати б іл іп ід н и й ш ар, щ о є основою б іо л о гіч н и х мембран.

Х а р ак тер и сти ка фосфоліпідів’ М олекуляр н а маса ф осф оліпідів невелика. У м о л ек у л і ви д іл я ється «головка» та два «хвости». «Головка» та «хвости» м аю ть р із н і власти вості. «Головка» гідроф ільн а, о ск іл ь к и до ї ї складу входить О ксиген і зв’ я зк и є поляризованим и . «Хвости» є за л и ш к а м и ж и р н и х кислот,

Органічні речовини щ о м іс т я т ь багато CH.,-груп. «Х вости» гід роф обн і, вони н ам а гаю ться у н и к н у ти вза єм о д ії з водою. Т обто ф осф оліпіди м а ю ть гідроф ільногідроф обні вла сти вості (мал. 9.6), вони є а м ф іф іл ь н и м и сп о лу кам и . Я к щ о м о лек у ли ф о сф о л іп ід ів перебуваю ть на п оверхн і води, то їх н і «головки» сп р я м о в а н і до води, а «хвости» в и ш то в х у ю ть ся з води назовні. П р и цьом у м о лекули ф осф оліпіду утвор ю ю ть м онош ар — по верхневу п л ів к у в одну м о л ек у л у завтовш ки. А я к щ о м о лекули ф осф ол іп ід ів перебуваю ть п о в н істю у воді, тод і «головки» будуть сп р я м о в а н і до води (назовні), а «хвости» — від води (усередину). Т а к и м чином утвор ю ю ться міцели (мал. 9.7, а). Б іл іп ід н и й ш ар м о ж е з а м и к а ти с я сам на себе, у р езультаті чого утвор ю ється ліпосома (мал. 9.7, б), ззовн і та всередині я к о ї м іс ти ть с я вода. М ол е к у л и ф о сф о л іп ід ів у с т ін ц і т а к о ї б ульбаш ки у тво р ю ю ть б іш а р , тобто р озташ овую ться у два ряди «головками» до води, а «хвости» розгор н у т і один до одного. « Ж и р н і» н еп ол яр н і ч астини м олекул при цьом у взаєм о д ію ть одна з одною , а п о л я р н і ч асти н и — з водою. Біліпідний шар (мал. 9.7, в) є основою в сіх к л іт и н н и х мембран, одн ак, о к р ім л іп ід ів , ц і мем брани м іс т я т ь щ е й б іл к и . В а ж л и в у б іо л о гіч н у роль в ід ігр а ю ть т а к і ск л а д н і сп о л у ки , я к гліколіпіди, щ о складаю ться з вуглеводів та л іп ід ів . їх особливо багато у тк а н и н а х м о зк у та нервових волокнах. Д о л іп ід ів н алеж ать д е я к і в іта м ін и (A , D) та горм они (наприклад, статеві), а та к о ж т а к і сп о л у ки , я к лец итин та холестерин.

в Мал. 9.6. Будова фосфоліпідів: залишки ортофосфатної кислоти (1), молекули гліцеролу (2) і молекули жирної кислоти (3)

Мал. 9.7. Міцели (а), ліпосоми (б), біліпідний шар (в)

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Рис. 9.8. З воску бджола будує стільники (о), восковий наліт на листках рослин захищає їх (б)

Стероїди, воски' З у сіх стероїдів в о р га н із м і л ю д и н и в н а й б іл ь ш ій к іл ь к о с т і м іс т и ть с я холестерол. С те р о їд а м и та к о ж є стате ві го р м он и (естроген, прогестерон, тестостерон), в іт а м ін D. Воски ви кор и стовую ться твари н ам и та рослин ам и я к в одовідш тов хувальне п о к р и ття (б д ж о л и н і с т іл ь н и к и , п о к р и ття п ір ’я п та х ів , зо в н іш н ій п ок р и в л и стя , п лод ів та н а сін н я д е я к и х рослин) (мал. 9.8).

Функції ліпідів Л іп ід и д у ж е ш и р о к о представлені в ж и в ій п р и р од і та від ігр а ю ть надзвичайно в аж л и ву роль у к л іт и н і й о р га н із м і. Будівельна функція. Л іп ід и беруть уч асть у побудові мембран к л і ти н у с іх ор га н ів та тк а н и н , а т а к о ж в у твор ен н і багатьох б іол огіч н о в а ж л и в и х сп олук. Енергетична функція. Л іп ід и забезпечую ть 25— ЗО % у с іє ї ен ергії, н еоб хід н ої дл я о р га н ізм у . У процесі повного розпаду 1 г ж и р у в и д і л я є ться 38,9 к Д ж ен е р гії. Функція запасання поживних речовин. Ж и р и є своєрідн и м и «енер ге ти ч н и м и к он се р вам и » . Ж и р о в и м и депо м о ж у ть бути і к р ап л я ж и р у всередині к л іт и н и , і «ж ирове тіло» у к о м а х , і п ід ш к ір н а к л ітк о в и н а в л ю д и н и , у я к ій н а к о п и ч у ється ж и р . Теплоізоляційна функція. Ж и р и погано п р оводять тепло. Вони від кл а д а ю ться п ід ш к ір о ю , утвор ю ю ч и в д е я к и х тв ари н величезні скуп ч ен н я. Н а п р и к л а д , у к и та ш ар п ід ш к ір н о го ж и р у сягає 1 м. Ц е дозволяє те п л о к р о в н ій тв а р и н і ж и т и в х о л о д н и х п о л я р н и х водах. Захисна функція. Ш а р ж и р у захищ ає н іж н і ор ган и від ударів та стр у сів (напри клад, навколониркова кап сула, ж и р ова под уш ка н а вколо ока). Ж и р о п о д іб н і сп о луки п ок ри ваю ть т о н к и м ш аром л и стк и рослин, не д аю чи їм н ам о кати п ід час си л ь н и х до щ ів.

Органічні речовини Г о р м о н а л ь н а ф у н к ц ія . Б агато л іп ід ів є п оп ередн икам и го р м он ів у б іоси н тезі. Н а п р и к л а д , до л іп ід ів н ал е ж ать статеві го рм он и л ю д и н и та тварин: естрадіол (ж ін о ч и й горм он) і тестостерон (ч оловічий гормон). У багатьох ссавців існ у є сп ец іальн а ж и р ова тк а н и н а , щ о в ід ігр а є переваж но роль терм ор егулятора, своєр ідн ого б іо л о гіч н о го « о б ігр і вача». Ц ю тк а н и н у називаю ть «бурим ж и р о м » . У н ій виробляється е н е р гія , щ о має д л я ссавц ів в аж л и ве зн ач ен н я в у м о вах ж и т т я за н и зь к и х тем ператур.

Дізнайтеся більше

...........................................................

Із ненасичених жирних кислот у клітинах людини та тварин син тезуються такі регуляторні речовини, як простагландини. Вони мають широкий спектр біологічної активності: регулюють скоро чення мускулатури внутрішніх органів, підтримують тонус судин, регулюють функції різних відділів мозку, наприклад центру тер морегуляції. Підвищення температури тіла при деяких захворюваннях пов'язане з підсиленням синтезу простагландинів та збудженням центру терморегуляції. Широко застосовуваний у медицині аспі рин гальмує синтез простагландинів і таким чином знижує тем пературу тіла.

Опорні т о ч к и Л іп ід и — це о р га н іч н і сп о л у к и з р ізн о ю стр у к ту р о ю , але с п іл ь н и м и власти востям и : вони є н ер озч и н н и м и у воді, добре р озчин яю ться у н еп ол ярн и х о р га н іч н и х р озч и н н и к ах . У ж и в и х о р га н ізм а х м іс тя ть с я р із н і л іп ід и , зокрема ф осф оліпіди , ж и р и та стер оїди тощ о. О собливо в а ж л и в и м и ж и р о п о д іб н и м и речовинами є ф осф оліпіди. В о н и за вд я ки св о їй будові м а ю ть зд а тн ість утвор ю вати б іл іп ід н и й ш ар, щ о є основою б іо л о гіч н и х мембран. Л іп ід и ви к о н у ю ть будівельну, енергетичну, захисну, те п л о ізо л я ц ій н у , го рм он альн у ф у н к ц ії, ф у н к ц ію запасання.

Зап итанн я для кон трол ю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5.

Назвіть основну властивість, яка споріднює всі ліпіди. У чому полягає енергетична функція жирів? Чим визначаються властивості жирів? Які функції можуть виконувати ліпіди? Що таке фосфоліпіди? Яку біологічну функцію вони виконують?

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ 6. Завдяки яким властивостям жири виконують теплоізоляційну функцію? 7. Що ви знаєте про регуляторні функції ліпідів? 8. Як структура фосфоліпідів пов'язана з їхніми біологічними функ ціями?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 Тема. Визначення деяких органічних речовин та їхніх властивостей Мета: навчитися визначати жири та полісахариди, вивчити їхні влас тивості. Обладнання та матеріали: штатив із пробірками, градуйовані піпет ки, крапельниця, скляні палички, водяна баня або посудина з гарячою водою, годинник; дистильована вода, концентрована хлоридна кисло та, розчин Люголя, рослинна олія, етиловий спирт, бензен, хлороформ; водні 10%-ві розчини питної соди та натрій гідроксиду, а також 1%-ві розчини купрум сульфату та крохмалю. Завдання 1 В и я вл ен н я к р о х м а л ю в р е а к ц ії з йодом та гл ю к о зи , щ о у тво р ю єть ся п ід час розщ еп лен н я к р о х м а л ю , у р е а к ц ії з ісуп рум сульф атом . Хід роботи

О ©

В із ь м іт ь з і ш тати в а д в і пробірки, пронум еруйте в к о ж н у п робірку по 2 м л р озчин у крохм алю .

їх .

У л и й те

У першу пробірку додайте 1— 2 крап л і розчину Л ю голя, перемі ш айте скляною паличкою . Зап и ш іть, яке забарвлення з’явилося. 1) Н а гр ій те пробірку. З а п и ш іть , чи зм ін и л о ся забарвлення. 2) О холодіть пробірку. З а п и ш іть , чи зм ін и л о ся забарвлення. 3) З робіть висновок відповідно до м ети завдання.

У ДРУГУ пробірку н али й те 2— 3 к р а п л і концентрованої хлоридної кислоти, п р о к и п ’я т іт ь ї ї в м іс т на водяній бані пр отягом 15 хв, додайте 2 м л розчин у н атр ій гідроксиду, 5 крапель роз ч и н у к у п р у м сульфату, н агр ій те до к и п ін н я на водян ій бані. За п и ш іть , я к зм ін ю є ть ся забарвлення.

З робіть висновок відповідно до м ети завдання. Завдання 2 В и вч ен н я р о зч и н н о сті ж и р ів у р із н и х розч и н н и ках.

Органічні речовини Хід роботи О

В із ь м іт ь зі ш татива чоти ри пробірки та пронум еруйте їх . Ул и й те в к о ж н у пробірку по 0,2 м л росл и н н ої о л ії.

Д одайте до пробірок: № 1 — 5 м л ди стильован ої води, № 2 — 5 м л етанолу спирту, № 3 — 5 м л бензену, № 4 — 5 м л хлоро форму.

П е р е м іш ай те в м іс т к о ж н о ї пробірки. З а п и ш іть результати спо стереж ення.

У пробірку № 1 додайте щ е 5 м л р озчину п и тн о ї соди. П е р е м і ш ай те вм іст пробірки. З а п и ш іть результат спостереж ення.

Зроб іть висновок відповідно до м ети завдання.

§ 10. Структура і функції білків Білки Б агато о р га н іч н и х сп о лук, щ о в х о д я ть до скла ду к л іт и н , х а р а кте р и зу ю ться вел и к и м р о зм ір о м м о лекул і є б іоп ол ім ер ам и . Біополімери — це о р га н іч н і речовини, щ о складаю ться з п овто рю вани х с тр у к ту р н и х од и н и ц ь — м о но м ер ів. Д о б іо п о л ім е р ів нале ж а ть м о лекули б іл к ів , щ о стан овлять 10— 20 % від си р о ї м аси та 50— 80 % від су х о ї м аси к л іт и н и . Білки — це о р га н іч н і с п о л у к и , п о л ім е р и , м о н о м е р а м и в я к и х є а м ін о к и с л о т и . Амінокислоти — це н е в е л и к і за р о з м ір о м ор га н іч н і сп о л у к и , у м о л е к у л і я к и х одночасно м іс т я т ь с я а м ін о гр у п а й к арб окси л ьн а група. Ц і а м ін о к и с л о т и м а ю ть загал ьн у ф орм ул у (мал. 10.1), де R — це ради кал, я к и й у к о ж н о ї а м ін о к и сл о ти св ій , а реш та в м о л е к у л і а м ін о к и сл о т однакова.

Дізнайтеся більше

......................................................

Білки називають також протеїнами (від грец. protos — перший, головний). Цією назвою вчені вказали на надзвичайно важливе значення білків для всіх життєвих процесів.

Мал. 10.1. Загальна формула амінокислоти

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

У процесі б іо си н те зу б іл к а до його ск л а д у в к л ю ч а ю ться 20 а м і н окислот: а л а н ін (Ала), а р гін ін (A p r), асп арагін ова кислота (Асп), асп арагін (Асн), в ал ін (Вал), гіс ти д и н (Гіс), гл іц и н (Гл і), гл ута м ін о ва ки слота (Глу), гл у т а м ін (Глн), ізол е й ц и н (Іле), ле й ц и н (Лей), л із и н (Ліз), м е тіо н ін (М ет), п р ол ін (Про), серин (Сер), ти розин (Тир), треон ін (Тре), тр ип тоф ан (Три), ф ен іл ал ан ін (Фен), ц и сте їн (Цис). Є ам ін о к и сл о ти , я к и х орган ізм и лю дини і тварин синтезувати не м о ж у ть , вони називаю ться й е за м іи н и м и й обов’язково м аю ть н адходити до о р га н ізм у з їж е ю . Н е за м ін н и м и а м ін о к и сл о та м и дл я лю ди н и та тва рин є: валін, ізолейци н, лейцин, л ізи н , м е тіо н ін , треонін, триптоф ан та ф енілаланін, а для д ітей щ е й а м ін о к и сл о ти а р гін ін та гісти д и н . А м ін о к и с л о т и м о ж у ть з ’єдн увати ся одна з одною через с п іл ь н і дл я н и х групи: а м ін о гр у п а о д н іє ї а м ін о к и с л о т и з ’ єд н у єть ся з карб о кси льн ою груп ою ін ш о ї а м ін о к и сл о ти (мал. 10.2). У процесі з ’єднання у твор ю ється м о л ек у л а води. М іж а м ін о к и с л о та м и , щ о з ’єдн али ся, О 11 ви н и кає зв ’ я зок — С — N — , я к и й н азиваю ть пептидним, а сп о л у ки , Н щ о м іс т я т ь д е к іл ь к а а м ін о к и сл о т, н ази ваю ть пептидами. С п о л у к у з вел и кої к іл ь к о с т і а м ін о к и сл о т називаю ть поліпептидом. Б іл о к м ож е я в л я ти собою один або д е к іл ь к а п о л іп е п ти д ів . Д о ск л а д у б іл ь ш о с ті б іл к ів входи ть 3 00— 500 а м ін о к и с л о тн и х з а л и ш к ів , але є й б іл ь ш і б іл к и , щ о ск л а д аю ться з понад 1500 а м ін о к и сл о т. Б іл к и в ід р ізн я ю ться к іл ь к іс т ю а м ін о к и сл о т і п ор ядком чергування їх у п о л іп е п ти д н о м у л ан ц ю гу .

Карбоксильна група

H 2N — С Н — С

Аміногрупа

/ ОН

N — С Н — С О О Н ----►

Пептидний зв'язок Мал. 10.2. Реакція утворення дипептиду

Органічні речовини

Рівні організації білкової молекули Б іл к о в а молекула має ск ла дн у с тр у к ту р у . Первинна структура білка представлена п о л іп е п ти д н и м л а н ц ю го м . У п е р в и н н ій с т р у к т у р і в с і з в ’ я з к и м іж а м ін о к и с л о т а м и к о ва л ен тн і, а отж е, м іц н і. П е р в и н н о ю стр у к ту р о ю б іл к а н ази ваю ть к іл ь к іс т ь і п о с л ід о в н іс ть а м ін о к и с л о т у п о л іп е п ти д н о м у л а н ц ю гу (мал. 10.3, а). Вторинна структура білка — це спосіб упакування п ерви нн ої стр у к ту р и в альф а-спіраль або бета-ш ар (мал. 10.3, б, в). А л ьф а-сп ір ал ь ви н и кає в р езультаті утворення водневих зв ’я з к ів м іж гр у п а м и — СОта — N H , р о зта ш о в а н и м и на р із н и х в и тк а х с п ір а л і (мал. 10.3, б). Б ета-ш ар утвор ю ється в р е зу л ьта ті ф орм уван н я водневих зв ’ я з к ів м іж С О -груп ам и одного п о л іп е п ти д н о го л ан ц ю га та N H -гр уп ам и ін ш ого п оліп е пти д н ого л а н ц ю га ’(мал. 10.3, в). У н а с л ід о к цього вели ка к іл ь к іс т ь п о л іп е п ти д н и х л а н ц ю гів м о ж е р озташ овувати ся поряд, ф орм ую чи бета-шар. Н а с ту п н и й р івен ь у п а ку ва н н я б іл к о в о ї м о л ек у л и — тр е ти н н и й , х а р а к те р н и й д л я б іл к ів , у я к и х втори н н а стр у к ту р а представлена альф а-спіраллю (мал. 10.3, г). У б іл к ів , щ о м а ю ть бета-ш ар, тр етин н а с тр у к ту р а не вираж ена. Третинна структура білка — це спосіб у п акуван н я альф а-сн іралі у просторову гл обулу. Т р е ти н н а стр у к ту р а б іл к а у тв о р ю є ть ся за в д я к и д о д а тк о в и м вод н еви м з в ’ я з к а м , гід р о ф іл ь н о -гід р о ф о б н и м в за є м о д ія м та к о в а л е н тн и м д и су л ь ф ід н и м з в ’я з к а м — S — S — , я к і ви н и к а ю ть м іж двом а м о л ек у л а м и ц и сте їн у.

Мал. 10.3. Рівні організації білкової молекули: первинна структура білка (а); вторинна структура: б — альфа-спіраль, в — бета-шар; третинна структура (г); четвертинна структура (д)

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

б Мал. 10.4. Глобулярні (а) і фібрилярні (б) білки

С п осіб сп іл ь н о го у п а ку ва н н я д е к іл ь к о х п о л іп е п ти д н и х л а н ц ю гів н ази в аю ть четвертинною структурою білка. Н а п р и к л а д , м о л е к у ла ге м огл об ін у — б іл к а , щ о м іс ти ть с я в е р и тр о ц и та х ,— ск л а д а єть ся з ч о ти р ь о х п о л іп е п ти д н и х л а н ц ю гів , к о ж е н з я к и х з ’єд н у єть ся із ф е р у м о в м іс н и м ге м о м (гем — неб іл ко ва ч а сти н а ге м о гл о б ін у ). У р езу л ьта ті їх об’єдн ан н я й утвор ю ється м о лекула ге м огл обін у , щ о здатна зд ій сн ю в а ти тр ан сп ортув ан н я газів. Я к щ о п о л іп е п ти д н і л а н ц ю ги л е ж а ть у в и гл я д і клубка, то т а к і б іл к и н азиваю ть глобулярними. Я к щ о п о л іп е п т и д н і л а н ц ю ги л е ж а ть у п у ч к а х н и то к , вони м а ю ть назву фібрилярних б іл к ів (мал. 10.4).

Д енатурац ія т а р енатурація білка П о ч и н а ю ч и з і вто р и н н о ї стр у к ту р и , просторова ко н ф о р м а ц ія м а к р о м о л е к у л б іл к а п ід т р и м у є т ь с я п ереваж н о сл а б к и м и х ім іч н и м и зв ’ я зк а м и . П ід вп л и вом з о в н іш н іх ч и н н и к ів , н ап р и к л ад з м ін и те м ператури, скла ду солей у середовищ і, p H , р а д іа ц ії, зв’ я зк и , щ о у т р и м у ю ть м а кр ом о л ек ул у, рвуться і стр у к ту р а б іл к а та його в ла сти вості зм ін ю ю ть с я . Ц е й процес називається денатурацією. Денатурація — це поруш ення природної стр уктур и білка. Я к щ о по руш ую ться всі стр уктур и білка, вклю чаю чи первинну, така денатурація називається необоротною. А л е буваю ть і процеси оборотної денатурації. За умови збереження первинної стр ук ту р и б іл к а п ісл я усунення ч и н ника, щ о призвів до денатурації, багато б іл к ів здатн і повернути свою природну форму. Т а к и й процес називається ренатурацією (мал. 10.5).

Органічні речовини

Мал. 10.5. Схема ренатурації білка: 1 — S— S-зв'язки; 2 — цистеїн

Біологічні функції білків С тр уктур а б іл к ів дозволяє їм ви кон увати р із н і б іо л о гіч н і ф у н к ц ії. 1. Ферментативна функція. Х ім іч н і р е а к ц ії у к л іт и н і в ід б ув а ю ться за участю особливих б іо л о гіч н и х к а та л іза то р ів — ф ерм ентів. Ферменти — це гл о б у л я р н і б іл к и , зд а тн і п р и скор ю вати х ім іч н і р еак ц ії у к л іт и н і в д е ся тк и та с о тн і разів. 2. Структурна функція. Б іл к и вх о д ять до ск л а д у в с іх мем бран, щ о ото чую ть і п р он и зу ю ть к л іт и н у , й у с іх органел. 3. Транспортна функція. У крові, з о в н іш н іх к л іт и н н и х мембранах, у ц и то п л а зм і та я д р і к л іт и н є р із н і тр а н сп о р тн і б іл к и . У к р о в і є білки транспортери, я к і р о зп ізн а ю ть і зв ’ я зу ю ть п евн і го р м о н и й несуть їх до п евних к л іт и н . Т а к і к л іт и н и м а ю ть рецептори, щ о в п ізн а ю ть ц і горм они. У зо в н іш н іх к л іти н н и х м ембранах те ж є білки-транспортери, я к і забезпечую ть ак ти в н е і ч іт к о ви бір к ове тр а н сп о р ту в а н н я все редину й назовні к л іт и н и р із н и х речовин та йонів. Саме з б іл к а м и п о в ’ язане перенесення к и с н ю та в у гл е к и сл о го газу в т іл і тв ар и н і лю дини: його зд ій сн ю є б іл о к к р о в і — гем оглобін . 4. Рухова, скоротлива функція. У с і види р ухови х р е а к ц ій к л іт и н и ви ко н у ю ться особли вим и ск ор оч у вал ьни м и б іл к а м и , к о тр і зу м о в л ю ю ть скорочення м ’я зів , р ух д ж г у т и к ів та в ій о к у н а й п р о с тіш и х , пере м іщ е н н я хром осом п ід час п о д іл у к л іт и н и , р ух рослин. 5. Захисна функція. Б агато б іл к ів утвор ю ю ть за х и сн и й п окри в, щ о захи щ ає о р га н ізм в ід ш к ід л и в и х вп л и вів, н ап р и клад р о го ві у тв о рення — волосся, н іг т і, к оп и та, роги. Ц е м е х а н іч н и й захист. У в ід повідь на п р он и к н ен н я до о р га н із м у ч у ж о р ід н и х а ге н тів (ан ти ген ів) у к л іти н а х крові виробляю ться речовини б іл к о в о ї природи (антитіла), к о т р і зн е ш к о д ж у ю ть їх , за х и щ а ю ч и о р га н ізм . З а х и сн и м б іл к о м є, н ап р и клад , інтерф ерон. 6. Енергетична функція. Б іл к и м о ж у т ь бути дж ер ел ом е н е р гії. П ід час розпаду 1 г білк а до к ін ц е в и х п р о д у к тів в и д іл я є ть ся бл и зь ко 17 к Д ж е н е р г ії. О д н а к б іл к и в и к о р и с то в у ю ть с я я к дж ер ел о

6 4

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

е н е р гії зазвичай к о л и ви че рп ую ться ін ш і дж ерела, т а к і я к вуглеводи та ж и р и . 7. Б іл к и м о ж у ть т а к о ж ви кон увати запасаючу функцію, н а п р и клад казеїн м олока. 8. Гормональна функція. Б іл к и м о ж у ть б у ти р егулятора м и ф із іо л о гіч н и х процесів — го рм он ам и . Б агато го р м о н ів є б іл к а м и , н а п р и к лад го р м он росту, а д р е н о к о р ти к о тр о и н и й го рм он , ти р е о тр о п н и й горм он та ін ш і го р м о н и гіп оф іза. 9. Регуляторна функція. Б агато п роцесів р егулю ю ться б іл к о в и м и м олекулам и , я к і не сл у ж а ть н і дж ерелом ен е р гії, н і будівельн и м м а те р іа л о м д л я к л іт и н и . Ц і б іл к и р егу л ю ю ть тр а н с к р и п ц ію , тр а н сл я ц ію , а к ти в н іс ть ін ш и х б іл к ів . Р е гу л я то р н у ф у н к ц ію б іл к и зд ій сн ю ю ть або за р аху н ок ф ер м ен тати в н ої а к ти в н о сті, або за р аху н ок сп ец и ф іч н ого з в ’язу ван н я з ін ш и м и м о лекулам и . 10. Сигнальна функція — це зд а тн ість б іл к ів с л у ж и ти си гн а л ь н и м и речови н ам и, передаю чи си гн ал и м іж тк а н и н а м и , к л іт и н а м и або о р га н ізм а м и . С и гн а л ь н у ф у н к ц ію часто об’єд н у ю ть з регуляторною , о с к іл ь к и р е гу л я то р н і б іл к и т е ж м о ж у ть зд ій сн ю ва ти передачу с и г н алів.

Дізнайтеся більше

......................................................

Відома велика група білкових факторів росту, що активують фер менти синтезу ДНК у клітинах і таким чином посилюють поділ клітин. Це важливо для відновлення тканин у випадку поранень, а також після операцій. Але надлишковий синтез факторів росту може спричиняти надто інтенсивний поділ клітин — їх злоякіс ний ріст, виникнення злоякісних пухлин. Блокувати надлишко вий синтез деяких факторів росту або пригнітити їх дію означає пригнітити зростання злоякісної пухлини. На цьому шляху вчені шукають нові засоби для лікування раку.

Опорні то ч к и Б іл к и — це о р га н іч н і сп о луки , п ол ім ер и , м оном ер ам и в я к и х є ам ін о к и сл о ти . А м ін о к и с л о ти — це н евели кі за р о зм ір а м и ор га н іч н і сп олуки , у м о л е к у л і я к и х одночасно м іс тя ть ся карбоксильна й ам ін огр уп а. У процесі біосинтезу б іл к а до його складу вк л ю ч а ю ться 20 а м ін ок и сл от. Б іл к и в ід р ізн я ю ться к іл ь к іс т ю а м ін о к и сл о т і п о р я д к о м ч ер гу ван н я їх у п о л іп е п ти д н о м у л а н ц ю гу та м а ю ть первинну, втори н н у, тр ети н н у і ч етверти нну стр у к ту р и . С тр ук тур а б іл к ів дозволяє їм ви ко н у вати р із н і б іо л о гіч н і ф у н к ц ії: ф ерментативну, рухову, стр у к ту р н у , горм ональн у, регуляторну, енергетичну, захисну, тр ан спортн у, сигнальн у.

Органічні речовини

Запитання для кон тр ол ю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Що таке білки? Які біологічні функції виконують білки? Що таке первинна структура білка? Які зв'язки утворюють первинну структуру білка? Яка біологічна функція є характерною тільки для білків? У яких випадках денатурація може бути оборотною? Як формується вторинна структура білка? Яка структура білка забезпечує виконання ним його біологічних функцій? 9. Чому саме білки можуть виконувати такі різні біологічні функції?

§11. Структура і функції ферментів. Вітаміни, гормони, фактори росту, їх роль у життєдіяльності організмів Ферменти Ферменти — це б іл к о в і м о л ек у л и , щ о є б іо л о гіч н и м и к атал ізатор а м и . В о н и п р и с у тн і в у с іх ж и в и х к л іт и н а х та с п р и я ю ть перетворенню од н и х речовин (субстратів) на ін ш і (продукти). Ф е р м е н ти ви ступ аю ть у р о л і к а та л іза то р ів п р а к ти ч н о в у с іх б іо х ім іч н и х р е а к ц ія х , щ о в ід буваю ться в ж и в и х о р ган ізм а х.

Дізнайтеся більше

......................................................

Ферменти називають також ензимами (слово «ферменти» — ла тинського походження, «ензими» — грецького). Терміни «фермен ти» й «ензими» вчені вживають як синоніми, наука про ферменти називається ензимологією . К о ж н и й ф ермент забезпечує одну або к іл ь к а р еа к ц ій одного ти п у. Н а п р и к л а д , ж и р и у тр авн ом у тр а к ті, а та к о ж у к л іт и н і р озщ еп лю ю ться сп е ц іал ьн и м ф ерментом — ліп азою , я к а не д іє на полісахари ди та б іл к и , ф ермент ам ілаза, щ о розщ еплю є к р о х м ал ь або гл ік о ге н , не д іє на ж и р и . К о ж н а м олекула ф ерменту м о ж е зд ій сн ю ва ти від к іл ь к о х ти ся ч до к іл ь к о х м іл ь й о н ів операцій за х вил ину. П ід час ц и х операцій ф ермент не витрачається та не зм ін ю єть ся . За х ім іч н и м складом р о зр ізн я ю ть прості ферменти, я к і ск л а д а ю ться тіл ь к и з а м ін о к и сл о т, і складні ферменти, щ о м а ю ть н ебілкову части н у (наприклад, в іта м ін и , йони Ц и н к у , М а гн ію , Ф ерум у). О сновною ф у н к ц ією ф ерменту є п р и скор ен н я ш в и д к о с ті перебі гу р еа к ц ій у со тн і разів. Без ф ерм ентів процеси ж и тт є д ія л ь н о с ті не м о ж л и в і.

6 6

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

У п р оц есі р е а к ц ії, щ о к а та л ізу є ть ся , у к о н та к т із субстратом в сту пає не вся м о л ек у л а ф ерменту, а певна ї ї д іл я н к а , щ о називається а к ти в н и м ц ен тро м (мал. 11.1).

В л а с т и в о с т і ф ерм ентів О сновною в л а сти в істю ф ер м ен тів є їх зд а тн ість утворю вати за д о п ом о гою а к ти в н о го ц ен тру ф ерм ент-субстратний ко м п л е кс і п р и с к о р ю вати перебіг р е а к ц ії. А л е існ у ю т ь й ін ш і в а ж л и в і вл а сти вості ф ерментів: — п р и ско р ю ю ч и ш в и д к іс т ь р е а к ц ії, вони са м і в ц ій р е а к ц ії не витрачаю ться; — ф ерм енти є ви сокосп е ц и ф іч н и м и : один ф ермент м о ж е к а та л ізу в а ти л и ш е одну р е а к ц ію або д е к іл ь к а р е а к ц ій одного типу; — п р и су тн ість ф ерментів не впливає н і на властивості, н і на п р и роду субстрату і кін цевого продукту (або продуктів) р еакції; — д у ж е мала к іл ь к іс т ь ф ерменту сп р и ч и н я є перетворення ве л и к и х к іл ь к о с т е й субстрату; — а к ти в н іс ть ф ер м ен тів за л е ж и ть в ід p H середовищ а, тем п ер а ту р и , ти ск у , к о н ц е н тр а ц ій субстр ату тощ о.

Механізм дії ф ерм ентів Існує д в і гіп о те зи , щ о п оясн ю ю ть, я к д ію т ь ф ерменти. Одна з н и х називається гіп отезою «клю ча та зам ка», а друга — гіп отезою «руки та р ук ави ч ки » . В ід п о в ід н о до п е р ш о ї, субстр ат є до «замка» — ф ерм енту (мал. 11.1). ка» є а к ти в н и й цен тр. С аме з н и м ф орма субстр ату в ід п о від а є ф о р м і

« к л ю ч е м » , я к и й точн о п ід х о д и ть Н а й в а ж л и в іш о ю части н ою «зам і з ’єд н у ється субстрат, о с к іл ь к и а к ти в н о го цен тру. У тв о р ю є ть с я

ф ерм ен т-субстратн ий к о м п л е кс. Ц е ак ти в о в а н и й стан , я к и й веде до

Продукти реакції

Субстрат

А \

Активний центр

_Яь \

Вільний фермент

А _

Ферментсубстратний комплекс

Мал. 11.1. Механізм дії ферментів «замок»

Вільний фермент

Органічні речовини утворення п р о д у к тів р е а к ц ії. П р о д у к ти , щ о утвор и л и ся, за ф ормою у ж е не від п о від аю ть а к ти в н о м у центру. В он и в ід о к р е м л ю ю ться від нього, п іс л я чого а к ти в н и й центр, щ о зв іл ь н и в ся , м о ж е п р и й м а ти н о в і м о л ек у л и субстрату. В ід п о в ід н о до д р у го ї гіп о те зи , а к ти в н и й центр не ч іт к о п ід х о д и ть до субстрату. С убстрат сп р и ч и н я є п евн і з м ін и в а к ти в н о м у ц ен тр і, і «рукавичка» дещ о зм ін ю є ть ся , будучи о д ягн у тою на «руку».

Використання ф ерм ентів у промисловості Л ю д и н а ак ти в н о застосовує ф ерм ен ти у п р ом и сл ов ості. П е р ш и й патент на ви користан н я ф ерм ентних препаратів з промисловою метою було отри м ано у 1981 році. Ф е р м е н ти ви кор и стовую ться в х ар ч ов ій та к о н д и те р сь к ій п р ом и сл ов ості, а т а к о ж у те к с ти л ь н ій п р о м и сл о в о сті д л я в ід б іл ю ван н я й обробки п р я ж і та бавовнян их н и то к . Ф ер м е н ти м о ж н а ви кор истовувати, не ви лучаю чи їх із ж и в и х орга н із м ів , безпосередньо в бак те р іал ьн и х к л іти н а х . Ц е й спосіб є основою будь-якого м ік р о б іо л о гіч н о го виробництва. Б іо х ім ік и д у м а л и про те, я к застосовувати ч и с ті препарати ф ер м е н тів , щоб у н и к н у ти п о б іч н и х р е а к ц ій , с у п у тн іх ж и тт є д ія л ь н о с ті м ік р о о р га н із м ів . С твор ен н я ви робн ицтв, у я к и х ви кор и стов ую ться ф ерменти в ч и сто м у в и гл я д і я к р еакти ви , ду ж е в и гід н і. А л е є п р и н ципове ускладнення: багато ф ер м ен тів п іс л я їх в и л у че н н я з к л іт и н и д у ж е ш ви д к о д е ак ти в ую ться, р уй н ую ться. У ч е н і зн ай ш ли розв’я за н н я проблеми. Д л я того щ об зробити фер м е н ти с т ій к и м и , п р и д а тн и м и дл я багаторазового тр и валого п р о м и с лового ви кор и стан н я, їх за доп ом огою м іц н и х х ім іч н и х з в ’я з к ів п р и є дн ую ть до н ерозчин н и х або р озч и н н и х н осіїв . У р езультаті ф ерменти стаю ть с т ій к и м и . С твор ен ня т а к и х ф ер м ен тів — заслуга ін ж е н е р н о ї е н з и м о л о гії, одного з нових н а п р я м к ів б іо те х н о л о гії. С ьогодн і за д оп ом огою м е тод ів ін ж е н е р н о ї е н зи м о л о гії у п р ом и словості о тр и м у ю ть, наприклад, гл ю к о зо -ф р у к то зн і си р оп и , н а п ів с и н те ти ч н і п е н іц и л ін и , д іє ти ч н е безлактозне м о локо тощ о.

В ітам ін и, гормони, ф а к то р и р о с ту , їх роль у ж и т т є д ія л ь н о с т і організмів Вітаміни (від латин, vita — ж и ття ) — це низьком олекулярні орга н іч н і сполуки р ізн о ї х ім іч н о ї природи, що виконую ть важ ли ві б іо х і м іч н і та ф ізіо л о гіч н і ф ун к ц ії. В іта м ін и входять до складу ферментів. В он и п о тр іб н і о р га н із м о в і в ду ж е н евелики х к іл ь к о с т я х . Л ю д и н а та тв ари н и не си н те зу ю ть в іт а м ін и або си н те зу ю ть їх у н ед остатн ій к іл ь к о с т і й то м у п о в и н н і о тр и м у в а ти їх із їж е ю . О сновне дж ерело

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

в іт а м ін ів — р осл ин и, у я к и х м о ж у ть м іс т и т и с я і т а к зван і п р о в іт а м і ни, щ о п еретворю ю ться на в іт а м ін и в о р га н із м і. Р о з р із н я ю ть водо- та ж и р о р о зч и н н і в іт а м ін и . Д о водорозчинних в іт а м ін ів н а л е ж а ть в іт а м ін С (аскорбінова кислота), в іт а м ін и гр у п и В — B t (тіа м ін ), В 2 (рибоф лавін), В (. (п ір и д о к си н ), В 12 (кобалам ін), в іт а м ін Р Р (н іац и н ) та ін ш і. Д о ж и р о р о зч и н н и х — в іта м ін А (ретінол), D (кал ьд иф ерол), Е (токоф ерол) та в іт а м ін К (наф тохін он ). У ск л а д і ф ер м ен тів в іт а м ін и беруть участь в е н ергети чн ом у о б м ін і (в іта м ін и В ( і В 2), б іо си н те зі та перетвореннях а м ін о к и с л о т (в іта м ін и В в і В 12), ж и р н и х к и с л о т (гіантотенова кислота) та ін ш и х процесах. Ф у н к ц ії ж и р о р о зч и н н и х в іт а м ін ів п ов’ я з а н і із процесами світлос п р и й н я ття (в іта м ін А ), зсід ан н я крові (в іта м ін К ), засвоєння К а л ь ц ію (в іта м ін D) тощ о. Гормони — це б іо л о гіч н о а к ти в н і сп о л у ки , щ о в и д іл я ю ться зало зам и в н у тр іш н ь о ї се к р е ц ії безпосередньо у кров і л ім ф у (мал. 11.2). За своєю х ім іч н о ю будовою го р м о н и м о ж у т ь б у ти п о х ід н и м и холестерину, н ап р и к л ад го рм он и кори н а д н и р ко в и х залоз — к о р т и костер оїди (гід р о к о р ти зо н , корти костер он , альдостерон) — і го р м о н и стате ви х залоз (тестостерон, естрадіол, прогестерон). А м о ж у ть бу ти б іл к о в и м и , н а п р и к л а д го р м о н и , щ о в и д іл я ю т ь с я гіп о ф із о м (о к си то ц и н , вазопресин, а д р е н о к о р ти к о тр о іш и й го рм он та ін ш і) . Іс н у ю ть го р м о н и — п о х ід н і а м ін о к и сл о ти ти р о зи н у , до н и х н алеж ать ти р о к си н , тр и й о д ти р о н ін , я к і в и д іл я ю ть с я щ и то п о д іб н о ю залозою , та ад рен алін , н орадрен алін , щ о в и д іл я ю ть с я м о зковою речовиною н ад н и р ков и х залоз.

Мал. 11.2. Залози внутрішньої та змішаної секреції: 1 — гіпофіз; 2 — щитоподібна залоза; 3 — паращитоподібні залози; 4 — надниркові залози; 5 — підшлункова залоза; б — сім'яники {яєчники в жінок); 7 — вилочкова залоза (тимус)

Органічні речовини Д ія го р м он ів р із н о м а н ітн а й в и я в л я ється в ду ж е м а л и х к о н ц е н т р а ц ія х . В они сп р авл яю ть р егулю вальн и й вплив на всі р е а к ц ії о б м і ну речовин, в ід ігр а ю ть в а ж л и в у роль у п ід т р и м у в а н н і гом еостазу, процесах а д а п та ц ії о р га н із м у до з м ін н и х ум ов середовищ а. Го р м о н и р егу л ю ю ть р іст, р о зм н о ж е н н я та ди ф еренцію ван н я т к а н и н , синтез б іл к ів , п р о н и к н ість к л іт к о в и х мембран.

Пригадайте

...........................................................

Гомеостаз — це система скоординованих реакцій, спрямованих на забезпечення підтримання або відновлення сталості внутріш нього середовища організму.

Ф а к то р и р о с т у Д л я п ід тр и м у в а н н я ж и т т я н о р м а л ьн и х к л іт и н в и щ и х о р га н ізм ів абсолю тно необхідною є їх взаєм од ія з у н ік а л ь н о ю к о м б ін а ц іє ю спе ц и ф іч н и х ф акторів росту. Факторами росту н азиваю ть гр у п у б іл к о в и х м о лекул, щ о вп ли ва ю ть на синтез Д Н К у к л іт и н і, ди ф ерен цію ван ня к л іт и н та їх поділ. Еф екти ф акторів росту, на в ід м ін у в ід го р м о н ів, м о ж у ть тр и в а ти п р о т я го м к іл ь к о х д н ів. В он и зазвичай сти м у л ю ю ть п од іл певних ти п ів к л іти н . Я к правило, вони в и д іл я ю ть с я од н и м и к л іт и н а м и і д ію ть на ін ш і к л іт и н и , хоча ін к о л и буває так , щ о вони д ію ть на т і са м і к л іт и н и , я к і їх в и д іл я ю ть. Ф а к то р и росту д ію ть на свої к л іт и н и - м іш е н і, щ о в ід р із н я ю ть с я від ін ш и х к л іт и н х ар а к те р н и м и рецепторами.

Опорні т о ч к и Ф е р м е н ти — це б іл к о в і м о лекули , щ о є б іо л о гіч н и м и к а та л іза то р а м и . О сновною ф у н к ц ією ф ерм ен тів є прискорен н я ш в и д к о сті перебігу б іо л о гіч н и х р е а к ц ій . К о ж н и й ф ермент забезпечує одну або д е к іл ьк а р е а к ц ій одного ти п у. У процесі р е а к ц ії, щ о к ата л ізу ється , у к о н та к т із субстратом вступає не вся м олекула ф ерменту, а певна ї ї д іл я н к а , я к а називається а к ти в н и м центром. З а в д я к и а к ти в н о м у ц ен тру ф ермент м о ж е ф орм увати із субстратом ф ерм ент-субстратний к о м п л е кс, щ о з н и ж у є енергію а к т и в а ц ії р е а к ц ії. С аме це і сп р и яє то м у , щ о р е а к ц ія відбувається набагато ш видш е. В а ж л и в у роль у ж и т т є д ія л ь н о с т і о р га н із м ів в ід ігр а ю ть т а к о ж в і т а м ін и , горм он и, ф актори росту.

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Зап итанн я для кон тр ол ю і самоконтролю 1. Що таке ферменти, гормони, фактори росту? 2. Чи змінюється фермент у процесі реакції? 3. Від яких чинників залежить активність ферментів? 4. Які проблеми вирішує інженерна ензимологія? 5. Одні ферменти є найбільш активними в кислому середовищі, а інші — у лужному. Чим це можна пояснити? 6. Яку роль відіграє фермент-субстратний комплекс? 7. Як біологічна роль ферментів пов'язана з їхньою будовою? 8. Як ви вважаєте, чому всі ферменти — глобулярні білки? Чи можуть, наприклад, вуглеводи виконувати каталітичні функції?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2 Тема. Вивчення властивостей ферментів Мета: вивчити властивості ферментів та умови їхньої активності. Обладнання та матеріали: штатив із пробірками, градуйовані піпет ки, крапельниця, колба, скляні палички, термостат, водяна баня, роз чин Люголя, дистильована вода, склянка з льодом, водний 0,2%-й роз чин крохмалю. Завдання 1 В и вч ен н я д ії ф ерм енту сл и н и (ам ілази ) на к рох м аль. Хід роботи

С полосніть ротову п ор ож н и н у 2— 3 рази водою. П о т ім п р отягом З— 5 хв п роп олощ іть ротову п ор ож н и н у 50 мл ди стильован ої води та зберіть розчин слин и в колбу.

В із ь м іт ь зі ш тати в а дві пробірки та пронум еруйте їх . У л и й те в к о ж н у п р обір ку по 2 м л р озчину крохм алю .

У пробірку № 1 додайте 0,5 м л р озчин у слини, в я к о м у є фер мент ам іл аза, а в пробірку № 2 додайте 0,5 м л ди стильованої води. П е р е м іш ай те в м іс т пробірок.

С І П р обір ки № 1 і 2 п о м іс тіт ь на 15 хв у терм остат за температури 38 °С. П іс л я цього сл ід в и тя гти пробірки з терм остата та додати до їх н ь о го в м іс ту 1— 3 к р а п л і розчину Л ю гол я. ©

З а п и ш іть результати спостережень. Зроб іть висновок.

Органічні речовини Завдання 2

Д о с л ід ж е н н я впли ву те м п ер атур и на а к ти в н іс ть ф ерм енту а м іл а зи в р е а к ц ії з к р охм алем . Хід роботи

О ©

В ізьм іть зі ш татива чотири пробірки та пронумеруйте їх . Улийте в кож н у по 2 мл розчину крохм алю та по 0,5 м л розчину слини. П робірку № 1 зали ш те за к ім н а тн о ї температури, п р обір ку № 2 п о м іс тіть у терм остат за температури 38 °С, пробірку № 3 по ставте к и п ’я ти ти на вод ян ій бані, пробірку № 4 поставте у ск л я н к у з льодом.

Через 10— 15 хв в и тя гн іт ь пробірку з термостата, водяної бані та ск л я н к и з льодом і в у сі чоти ри пробірки додайте по 2— З к р ап л і розчину Л ю гол я.

З а п и ш іть результати спостережень.

Зробіть висновок.

Теми для проектної і групової роботи 1. Використання ферментів у промисловості. 2. Використання вуглеводів у промисловості. 3. Правила безпечного використання засобів побутової хімії. 4. Правила безпечного використання біодобавок. 5. Правила безпечного використання медичних препаратів.

План виконання п р о е к тн о ї р о б о т и О

В изначення м ети проекту.

А р гу м е н ту в а н н я а к ту а л ь н о сті те м и проекту.

В изначення дж ерел ін ф о р м а ц ії.

О працю вання зібраної ін ф о р м а ц ії, ї ї ан аліз і узагальнення.

С творення са м остій н ого ін ф о рм ац ій н ого п р од у к ту (ори гінально го тексту).

Ф ор м улю ванн я висновків.

Оформлення результатів проекту (стаття, реферат, доповідь тощо).

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

§ 12. Структура нуклеїнових кислот В ід к р и т т я нуклеїнових к и с л о т Нуклеїнові кислоти — це в и со к о м о л е к у л я р н і о р га н іч н і сп о л у ки , щ о забезпечую ть зберіга н ня, р е ал ізац ію , з м ін у та передавання сп ад к о в о ї ін ф о р м а ц ії в ж и в и х ор га н ізм а х. У п е р ш е їх описав у 1869 р оц і ш в е й ц а р сь к и й б іо х ім ік Ф р ід р іх М іш е р (мал. 12.1), я к и й в и д іл и в із ядра к л іт и н речовину, названу н и м н у к л е їн о м (від латин, nucleus — ядро), о с к іл ь к и вваж ав, щ о н у к л е їн м іс ти ть с я л и ш е в ядрах к л іти н . О собли вості будови та б іо л о гіч н і ф у н к ц ії н у к л е їн о в и х к и сл о т т р и в ал и й час л и ш а л и с я н е в ід о м и м и . А л е саме з ’я су в а н н я с тр у к ту р и н у к л е їн о в и х к и с л о т в ід к р и л о нову епоху в б іо л о гії, дозволило зрозу м іт и м о л е к у л я р н і основи сп а дковості та м ін л и в о с ті.

Будова нуклеотиду Нуклеїнові кислоти — це п ол ім ер и , м о н о м ер ам и в я к и х є нуклеотиди. Д о ск ла ду н у кл ео ти д у входять: 1. Моносахарид (пентоза) — це м о ж е б у ти рибоза (мал. 12.2) або дезоксирибоза (мал. 12.3). 2. Н ітратні основи — це м о ж е бути у рац и л, т и м ін , аденін, гу а н ін , ц и то зи н (мал. 12.4). 3. Залишок оргофосфатної кислоти. У с і тр и к о м п о н е н т и н у к л е о ти д у о б ’є д н у ю ть ся р азом так: п ри об’ є д н а н н і пен този з н ітр а тн о ю основою у тв о р ю є ться н укл еози д , а п о т ім до нього п р и єд н у ється за л и ш о к ортоф осф атної к и с л о ти й у т ворю ється нуклеотид (мал. 12.5). Я к щ о до ск л а д у н у кл е о ти д у в н у к л е їн о в ій к и с л о ті вх од и ть рибоза, то та к а к и сл о та має назву р и б о н у к л еїн о в а к и с л о та ( Р Н К ) , а я к щ о дезоксирибоза — де зокси р и б он у кл е їн ова к и сл о та (Д ІІК ).

Man. 12.1. Мішер Йоганн Фрідріх (а) — швейцарський лікар, першовідкривач нуклеїнових кислот; модель ДНК (б)

Органічні речовини СІ [„ОН -О , С

сн2он0

он

ч; \н н /\ н\| 1/ с ----— с1 1 ОН н

V/;

\\н

н\| с-

-с

он

Мал. 12.3. Дезоксирибоза

Мал. 12.2. Рибоза

У с.

X .

U• II

СН II СН

НЄ\

N il

Урацил

Тимін

І 2

N11 І О

О II X .

N H,

HC II не

СН

не

С - ^

С Н

он

H.,N

/ N11

I NH

Цитозин

Гуанін

Аденін

Мал. 12.4. Нітратні основи

Г г HC Залишок ортофосфатної кислоти

ОН І 0 = Р -0 -С Н , 1 ОН

■І і !\Н Н \|

с-

І ОН

Цитозин

.О

у/ і

-С

Дезоксирибоза Мал. 12.5. Три компоненти нуклеотиду утворюють єдиний мономер

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Будова ДН К т а РНК Д о ск л а д у н у к л е о ти д ів Д Н К м о ж у ть входи ти ч оти ри н іт р а т н і осно ви: ад ен ін , т и м ін , гу а н ін , ц и то зи н . У н у кл ео ги д а х Р Н К т а к о ж м о ж у т ь б у ти ч о ти р и н іт р а т н і основи — аден ін , гу а н ін , ц и този н , урац ил. Т и м ін у Р Н К не м іс ти ть с я , н а то м ість п р и с у тн ій урац ил. Т и м ін в ід р із н я є ть с я від у р а ц и л у н а я в н істю м е ти л ь н о ї гр у п и — С Н 3, в ід су тн ь о ї в у р а ц и л і (див. мал. 12.4). Н у к л е о т и д и об’єд н у ю ть ся один з од н и м за д оп ом огою фосф одіестерн и х з в ’я з к ів (мал. 12.6). Існ ую ть ч іт к і за к о н о м ір н о сті в будові м о лекули Д Н К . 1. В м о л е к у л а х Д Н К к іл ь к іс т ь а д ен ін у за вж д и дорівн ю є к іл ь к о с т і т и м ін у , а к іл ь к іс т ь гу а н ін у — к іл ь к о с т і ц и то зи н у . Т а к а з а к о н о м ір н іс т ь н ази вається п р а в и л о м Ч а р га ф ф а на честь ученого, я к и й ї ї в ід крив. 2. Н іт р а т н і основи ф ормую ть пари аденін — ти м ін , гуанін — цитозин і є ком п л е м ен тар н и м и одна о д н ій (мал. 12.7). К о м п л е м е н та р н іс ть — це зд а тн ість н ітр а тн и х основ утворю вати м іж собою водневі з в ’я зк и . Я к щ о в ід о м а п о сл ід о в н ість основ в од н ом у л а н ц ю зі Д Н К , то завд я к и сп е ц и ф іч н о сті п арування, к о м п л е м е н та р н о сті двох л а н ц ю гів стає в ід о м о ю і п о с л ід о в н іс ть основ у д р у го м у л ан ц ю зі.

1 С ----С

Фосфодіестерні зв'язки між нуклеотидами

\ \

\ (?

он

Мал. 12.6. Схема будови нуклеїнових кислот

Органічні речовини

,N— Н N—{ Дезоксирибоза

►H — N

Дезоксирибоза

ь)=N

Н Аденін

СН:і

о • • ••Н — N

\j_^

\ _^

Дезоксирибоза

Дезоксирибоза Цуїтозин

Гуанін

Мал. 12.7. Між аденіном і тиміном утворюються три водневі зв'язки (а), а між гуаніном і цитозином — два (б)

Мал. 12.8. Схема дволанцюгової молекули ДНК

3. М ол е ку л а Д Н К є дволанцю говою (мал. 12.8) й утворю є п о д вій н у сп ір а л ь (мал. 12.9), по 10 пар н ітр а тн и х основ у к о ж н о м у ви тк у. 4. П ентозоортоф осф атний скел ет Д Н К розташ ован ий на периф е р ії м о лек у ли Д Н К , а н іт р а т н і основи — усередині. А д е н ін в одному л а н ц ю зі завж ди з в ’яза н и й водневим и зв ’я зк а м и з т и м ін о м у др у го м у л а н ц ю зі, а гу а н ін в од н ом у л а н ц ю зі завж ди зв ’язан и й водневими зв ’я з к а м и з ц и то зи н о м у д р у го м у л а н ц ю зі (див. мал. 12.8). Х оч а вод н еві з в ’я зк и м іж п арам и основ є в ідносно сл аб к и м и , к о ж н а молекула Д Н К м іс т и т ь їх та к багато, щ о у ф із іо л о гіч н и х ум овах к о м п л е м е н та р н і л а н ц ю ги н ік о л и са м о стій н о не р озд іл яю ться. М ол е ку л а Р Н К , на в ід м ін у в ід Д Н К , є одноланцю говою . В ід м ін н о с ті в будові Д Н К та Р Н К п о в’я з а н і з їх н ім и р із н и м и б іо л о гіч н и м и ф у н к ц ія м и . С тр ук тур а м о л ек у л и Д Н К дозволяє їй сам овідтворю ватися, молекула Д Н К п ід час від твор ен н я сл угує сама д л я себе м а тр и ц ею (мал. 12.9).

С т р у к т у р н і рівні організації нуклеїнових к и сл о т У м о л е к у л і Д Н К , щ о складається із двох п о л ін у к л ео ти д н и х л ан ц ю гів , в и д іл я ю ть первинну, в тор и н н у та тр е ти н н у с тр у к ту р и .

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Цитозин с ш nh2

Цитозин NH2

H'C'^-^N

ьпЧИ-чз і н Гуанін

н Гуанін О

ІЗ

Нітратні основи

y N - G - ^ N 'n

n -H

Пари основ

Н Аденін

Аденін NH, д

nh2

Пентозноортофосфатний ’ скелет

Тимін О

Н3С^-/С=%»^Н it

А РНК Нітратні основи

Рибонуклеїнова кислота

ДНК Дезоксирибонук леїнова кислота

Нітратні основи

Мал. 12.9. Порівняльні характеристики РНК та ДНК

П е р ви н н а стр у к ту р а стан ови ть л ін ій н у п о сл ід о в н ість н у к л е о ти д ів в одном у л а н ц ю зі. У т а к ій ф орм і Д Н К у п р и р о д і не існ у є, але саме первинна стр у к ту р а (п о сл ід о вн ість н у кл ео ти д ів) визначає у сі ї ї влас ти в о сті. В то р и н н а стр у к ту р а — це два п о л ін у к л е о ти д н і л а н ц ю ги , к о ж н и й з я к и х закруч ен и й у сп ір а л ь вправо та обидва за к р у ч е н і вправо на в к р у ги о д н іє ї осі. Т р е ти н н а стр у к ту р а Д Н К ф орм ується т іл ь к и у зв ’я з к у з б іл к а м и та сл угу є дл я б іл ь ш к о м п а к тн о го у п а к у в а н н я Д Н К в ядр і. М о л е к у л и Р Н К т а к о ж м а ю ть п ер ви н н у, в то р и н н у та тр е ти н н у стр ук ту р и .

I Органічні речовини П росторова стр у к ту р а н у к л е їн о в и х к и с л о т в ід ігр а є ва ж л и в у роль у їх ф ун к ц іон у ван н і: я к щ о вона п о р уш ується , то п о р уш ую ться і їх ф у н к ц ії.

А денозинтриф осф атна к и с л о та Аденозинтриф осф атна ки слота (А Т Ф ) — це н укл еоти д, щ о в ід ігр ає в а ж л и в у роль в енергети чн ом у о б м ін і к л іт и н и . В ін переносить енер гію . А денозинтриф осф атна к и сл ота складається із за л и ш к у н ітр а тн о ї основи (це аденін), пентози (це рибоза) та тр ьо х з а л и ш к ів ф осф атної к и сл о ти (мал. 12.10). З і складу А Т Ф п ід вп ли вом ф ерменту А Т Ф - а з и в ід щ е п л ю ю ться за л и ш к и ф осф атної к и сл оти . П р и в ід щ еп л ен н і о д н іє ї м о л ек у л и ф осфат н о ї к и сл о ти А Т Ф переходить в А Д Ф (аденозиндиф осф атна кислота), а я к щ о від щ еп лю ю ться дві м о л ек у л и ф осф атної ки слоти , А Т Ф перехо д и ть в А М Ф (аденозинмоноф осф атна кислота). Р е а к ц ії від щ еп л ен н я к о ж н о ї м олекули ф осф атної к и сл о ти суп р овод ж ую ться в и віл ьн е н н я м е н е р гії, щ о д о рівн ю є 419 к Д ж /м о л ь . Щ о б п ід к р е сл и ти ви соку енер ге ти ч н у «вартість» ортоф осф атно-оксигенового з в ’я з к у в А Т Ф , його п р и й н я то називати м а к р о е р гіч н и м зв ’я зк о м . В А Т Ф є два макроерг іч н і зв ’язк и . З авдяки своїй стр у к ту р і м олекула А Т Ф м о ж е віддавати енергію в т і р е а к ц ії, де вона необхідна, перетворю ю чись на А Д Ф , а д а л і А Д Ф м ож е п р иєдн ати зали ш ок ф осф атної к и сл о ти з п о гл и н ан н ям 419 к Д ж /м о л ь , від н о в и в ш и запас е н е р гії. Т а к и м ч и н о м , А Т Ф в ід ігр а є ц ен тра льн у роль у к л іт и н н и х п еретвореннях е н е р гії і є у н ів е р са л ьн и м перенос н и к о м ен е р гії.

NH,

І 2

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Опорні т о ч к и За своєю стр у к ту р о ю н у к л е їн о в і к и сл о ти — п ол ім ер и , м оном ер ам и я к и х є н укл еоти ди . Я к щ о до складу н укл еоти ду в н у к л е їн о в ій к и с л о ті вх од и ть рибоза, то та к у к и сл о ту н азиваю ть р ибонуклеїновою к и с л о тою (Р Н К ), я к щ о дезоксирибоза — дезоксир иб он уклеїн овою к и с л о тою (Д Н К ). М о л е к у л а Р Н К є одноланцю говою , а м о лекула Д Н К — дволандю говою . В ід м ін н о с т і в будові Д Н К та Р Н К п о в’ я за н і з їх р із н и м и б іо л о гіч н и м и ф у н к ц ія м и . А Т Ф — це н у кл еоти д , щ о в ід ігр а є ва ж л и в у роль в ен ергети чн ом у о б м ін і к л іти н и .

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Чому нуклеїнові кислоти дістали таку назву? 2. Які компоненти входять до складу нуклеотидів у молекулі РНК та ДНК? 3. У чому полягає зміст правила Чаргаффа? 4. Порівняйте будову молекул РНК і ДНК. 5. Порівняйте структурні рівні організації молекули ДНК та молекули білка. 6. Як структура молекули АТФ пов'язана з ї ї біологічними функ ціями?

§13. Функції нуклеїнових кислот Нуклеїнові к исло ти К о ж н и й вид ж и в и х о р га н із м ів має особливий, т іл ь к и й о м у п р и та м а н н и й н абір б іл к ів . С ам е б іл к и є основою ви дової сп е ц и ф іч н о сті. М а й ж е всі озн аки к л іт и н та о р га н ізм у в ц іл о м у ви зн ачаю ться б іл к а м и . Я к утвор ю ю ться т и с я ч і б іл к о в и х м о лек у л без ж о д н о ї п о м и л к и в р озташ у ван н і а м ін о к и сл о т? С тр у к ту р а б іл к а не дозволяє їм самовід твор ю ватися. Ін ф о р м а ц ія про п о с л ід о в н іс ть а м ін о к и сл о т у б іл к а х зберігається в м о лекулах Д Н К . Д Н К к о ж н о ї к л іт и н и несе в собі ін ф орм ац ію про с т р у к ту р н і б іл к и , щ о ви зн а ча ю ть ф орм у к л іт и н и , про білки -ф ерм енти, про б іл к и -го р м о н и та ін . Ц я ін ф о р м а ц ія називається генетичною. Н у к л е їн о в і к и сл о ти ви к о н у ю ть ф у н к ц ії збе ріга н н я, передавання, з м ін и та р е а л із а ц ії сп а дк ової ін ф о р м а ц ії. Д Н К — н осій ге н ети ч н о ї ін ф о р м а ц ії. К о ж н и й б іл о к представлений од н и м або д е к іл ь к о м а п о л іп е п ти д н и м и л а н ц ю га м и . Д іл я н к а Д Н К ,

Органічні речовини щ о несе ін ф о р м а ц ію про будову одн ого п о л іп е п ти д н о го л а н ц ю га біл к а , н азивається геном. К о ж н а м олекула Д Н К м іс т и т ь багато р із н их генів. С у к у п н іс ть м о лек у л Д Н К к л іт и н и ви кон ує ф у н к ц ію н осія ге н ети ч н ої ін ф о р м ац ії: Д Н К м о ж е ї ї зберігати, передавати, зм ін ю в а ти й брати уч асть у процесі р е а л із а ц ії ге н е ти ч н о ї ін ф о р м а ц ії.

Передача спадкової інформації. Реплікація ДНК С п а д к о є м н ість ген ети чн ого м а те р іа л у в п о к о л ін н я х к л іт и н та ор г а н із м ів забезпечується р е п л ік а ц ією м о лекул Д Н К . Реплікація — це процес м а тр и ч н ого си нтезу м о л ек у л и Д Н К на м а тр и ц і — м о л е к у л і ДНК. У р езу л ьта ті цього складн ого процесу, щ о зд ій сн ю є ть ся за допо м огою ф ерм ентів, у твор ю ю ться д в і п о д в ій н і с п ір а л і Д Н К — д о ч ір н і м о л ек у л и , щ о н іч и м не в ід р із н я ю ть ся одна від о д н о ї та в ід в и х ід н о ї м а те р и н сь к о ї м о лек у ли Д Н К . Р е п л ік а ц ія відбувається у к л іт и н і перед п од іл ом , то м у к о ж н а до ч ір н я к л іти н а отр и м ує та к і с а м і м о лекули Д Н К , я к і м ала материнська к л іти н а . П р о ц ес р е п л ік а ц ії б азу ється на п р и н ц и п а х к о м п л е м е н та р н о сті і н а п івк он се р ва ти вн о сті. Принцип комплементарності. К о ж н и й із двох л а н ц ю гів м а те р и н с ь к о ї м о л е к у л и Д Н К сл угує м а тр и ц ею , тобто основою , д л я синтезу к о м п л е м ен тар н ого лан ц ю га, щ о доповню є його. Принцип напівконсервативності. У р езу л ьтаті р е п л ік а ц ії у тво р ю ю ться д в і п о д в ій н і д о ч ір н і сп ір а л і, к о ж н а з я к и х зберігає в н е зм ін н о м у в и гл я д і один п о л ін у к л е о ти д н и й л а н ц ю г м а те р и н сь к о ї Д Н К . Д р у ги й п о л ін у к л е о ти д н и й л а н ц ю г д о ч ір н ь о ї м о л е к у л и си н те зу є ть с я з н у кл е о ти д ів заново за п р и н ц и п о м к о м п л е м е н та р н о сті н ітр а тн и х основ (мал. 13.1).

ланцюг

Мал. 13.1. Схема реплікації ДНК

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Функції РНК В а ж л и в у роль у с и н те з і б іл к а в ід ігр а є Р Н К . За в и к о н у в а н и м и ф у н к ц ія м и в и д іл я ю ть к іл ь к а ви дів Р Н К . Молекули т Р Н К найкоротші: вони складаються лише із 80— 100 нуклеотидів. Транспортні Р Н К в основному містяться в цитоплазмі клітини, їхня функція полягає в перенесенні амінокислот до місця синтезу білка — рибосом (мал. 13.2). р Р Н К належить до найбільших Р Н К , її молеку ли складаються із 3— 5 тисяч нуклеотидів. Рибосомна Р Н К входить до складу рибосоми, тобто виконує структурну функцію.

іР Н К міститься в ядрі й цитоплазмі. Вона пере носить інформацію про структуру білка від Д Н К до місця синтезу білка в рибосомах.

Пригадайте

......................................................

Рибосома — це органела, що забезпечує синтез білка. У с і види Р Н К си н тезую ться на Д Н К , щ о є матрицею , тобто осно вою, для їх синтезу.

Мал. 13.2. Структура транспортної РНК: а — модель молекули тРНК; б — схема будови тРНК

Органічні речовини

Реалізація спадкової інформації О с к іл ь к и м о л ек у л а Д Н К м о ж е сам а себе в ід тв о р ю в а ти , то вона м ож е ви кон увати роль м о л ек у л и , щ о передає генети чн у ін ф о р м а ц ію н а сту п н о м у п о к о л ін н ю . Д л я цього в п р и р од і існ у є особливий спосіб запису — ге н ети ч н и й код. Генетичний код — це спосіб запису п ослідовн о сті а м ін о к и сл о т у м о л екулах б іл к а за допом огою посл ід овн о сті н у кл ео ти д ів у н у кл еїн о ви х к и сл о тах . Ген — це д іл я н к а м о л е к у л и Д Н К , я к а кодує п о сл ід о вн ість а м ін о к и сл о т одного п о л іп е п ти д н о го ланцю га. Я к ви вж е знаєте, у пр оцесах р е а л із а ц ії сп а д к о в о ї ін ф о р м а ц ії беруть участь м о лек у ли Р Н К тр ьо х ви дів — ІР Н К , т Р Н К та р Р Н К . У с і вони си н те зу ю ться на м а т р и ц і — м о л е к у л і Д Н К . П р оц ес с и н тезу в сіх в и д ів Р Н К на м а тр и ц і Д Н К н азивається т р а н с к р и п ц іє ю (від л а ти н , tra n s c rip tio — п ерепи сування). Т р а н с к р и п ц ія , я к і ре п л ік а ц ія , зд ій сн ю єть ся за п р и н ц и п о м к о м п л е м е н та р н о сті н ітр а тн и х основ. Н а с ту п н и й етап р е а л із а ц ії сп а д к о во ї ін ф о р м а ц ії — тр а н с л я ц ія . Т р а н с л я ц ія — це процес синтезу б іл к а на м а тр и ц і — м о л е к у л і ІР Н К (мал. 13.3). У си н те зі б іл к а беруть уч асть рибосоми, т Р Н К , ф ерменти, а м ін о к и сл о ти , м о л ек у л и А Т Ф тощ о. Т а к и м чин ом , завдяки у н ік а л ь н ій будові н у к л е їн о в і к и сл о ти здатн і до збереж ення, від твор ен н я та передавання ге н ети ч н ої ін ф о р м а ц ії.

Мал. 13.3. Загальна схема синтезу белка: транскрипція і трансляція

% 2

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Опорні т о ч к и Н у к л е їн о в і к и сл о ти в и к о н у ю ть ф у н к ц ії збереж ення, передавання, з м ін и та від твор ен н я сп а дк ової ін ф о р м а ц ії. Процес матричного синтезу молекули Д Н К на м а тр и ц і — м олекулі Д Н К — називаю ть реплікацією . Р е п л ік а ц ія — це процес самоподвоєння молекули Д Н К , необхідний для передавання спадкової ін ф орм ації. У процесах від твор ен н я сп а дк ової ін ф о р м а ц ії беруть участь м оле к у л и Р Н К тр ьо х т и п ів — іР Н К , т Р Н К та р Р ІІК .

Зап итанн я для кон трол ю і самоконтролю 1. Які функції виконують нуклеїнові кислоти? 2. У якому вигляді в клітинах записано інформацію про послідовність амінокислот у білках? 3. Яку функцію виконують молекули ІРНК? 4. Як молекула ДНК може сама себе відтворювати? 5. Чим процес транскрипції відрізняється від процесу реплікації? Що в них спільного? 6. Чому функцію передачі, збереження та відтворення спадкової ін формації можуть виконувати тільки нуклеїнові кислоти?

ПРАКТИЧНА РОБОТА N° 2

Розв'язання елементарних вправ із транскрипції та реплікації. Вправи на моделювання реплікації та транскрипції ©

К ор истую чись п р и н ц и п ом ком плем ентарності н ітр а тн и х основ, н а п и ш іть п ослідовн ість н у кл ео ти д ів у л а н ц ю зі Д Н К , я к и й буде синтезований на м а тр и ц і — лан ц ю зі Д Н К — з такою послідов н істю нуклеотидів:

К ор истую чись прин ци п ом ком плем ентарності н ітр а тн и х основ, н а п и ш іть п ослідовн ість н у кл еоти д ів іР Н К , я к а буде синтезована на так о м у ф рагм ен ті Д Н К :

А А А ГЦ А Ц Ц Г Ц Л Г ГГГ A IT А А А Ц ТТ ТЦ А Ц АТ

А А А Г Ц А Ц Ц Г Ц А Г ГГГ А Г Г А А А Ц ТТ Т Ц А Ц А Т ©

К ор истую чись п р и н ц и п ом ком плем ентарності н ітр а тн и х основ, н а п и ш іть п ослідовн ість н у кл ео ти д ів ф рагмента Д Н К , на я к о м у була синтезована іР Н К з такою послідовністю нуклеотидів:

К ористую чись п р ин ц и пом ком плем ентарності н ітр а тн и х основ, н а п и ш іть п ослідовн ість н у кл ео ти д ів другого ланцю га Д Н К , як щ о один із н и х має та к у послідовність:

АГГ А У У А Ц Г А У Ц УГЦ ГГГ А А А У У У ГЦ А ГАЦ

ТГГ ГГГ Ц ГЦ ГЦ Г ТТ Т А А ГА А Ц А А A TT

Органічні речовини

ПРАКТИЧНА РОБОТА № З*

Розв'язання елементарних вправ із молекулярної біології О

В одному л а н ц ю зі Д Н К к іл ь к іс т ь аденіну становить 16 %, к іл ь к іс ть т и м ін у — 34 %, к іл ь к іс т ь гу а н ін у — 24 %, к іл ь к іс т ь ц и то зин у — 26 %. К ор истую чись правилом Чаргаф ф а, визначте в ід сотковий в м іс т н у кл е о ти д ів у дволан ц ю говій м о лекулі Д Н К .

В одному л а н ц ю зі Д Н К к іл ь к іс т ь ад еніну становить 19 %, к іл ь к іс ть т и м ін у — 31 %, к іл ь к іс т ь гу а н ін у — 8 %, к іл ь к іс т ь ц и то зин у — 42 %. К ор истую чись правилом Чаргаф фа, визначте в ід сотковий в м іс т н у кл е о ти д ів у дволан цю говій м олекулі Д Н К .

§ 14. Єдність хімічного складу організмів Молекулярна логіка живого В и вж е знаєте, щ о д л я утворення б іо л о гіч н и х стр у к ту р в и к о р и с товую ться о р га н іч н і сп о л у ки . їх щ е н азиваю ть б іо м о л е к у л а м и . Ц і м о лек у ли були в ід іб р а н і в х о д і е в о л ю ц ії завд яки том у , щ о їх н я с т р у к тур а дозволяє їм зд ій сн ю ва ти процеси, щ о забезпечую ть ж и т т є д ія л ь н іс т ь ж и в и х си стем . В у с іх о р га н ізм а х ц і сп о л у к и однакові. Р о з м ір и , ф орма й х ім іч н і вла сти вості біом ол ек у л до зволяю ть їм ви кон увати ф у н к ц ії б у діве льн и х б іл к ів п ід час створення ск л а д н о ї с тр у к ту р и к л іт и н , брати участь у процесах перетворення речовин та е н е р гії тощ о. Б іо х ім ік и , ви вчаю чи о р га н іч н і сп о л у ки , завж д и н ам а гаю ться з р о зум іти , з я к о ю м етою знадобилася ж и в о м у о р га н із м о в і та чи ін ш а м олекула або х ім іч н а р еак ц ія. М о л е к у л и , з я к и х складаю ться ж и в і о р га н ізм и , п ід п о р я д к о в у ю ть ся в с ім в ід о м и м закон ам х ім ії, однак, о к р ім того, вони взаєм од ію ть м іж собою в ід п о в ід н о до закону м о л е к у л я р н о ї л о гік и ж и вого. Т а к і в л а сти во сті ж и во го , я к о б м ін речовин, сп а д к о вість, м ін л и в ість, р іст, р озви ток, под разл и вість та ін ш і, те ж м а ю ть м о л е к у л я р н у основу. М о л е к у л я р н а л о г ік а ж и в о го т а к о ж єдина д л я в сіх ж и в и х о р га н із м ів . Н а п р и к л а д , од н аковим способом, за м а тр и ч н и м п р и н ц и п о м , си н тезую ться м о л ек у л и Д Н К . О днаковою в у сіх о р га н із м ів є загал ь на схем а синтезу б іл к а , щ о вклю чає два етапи — тр а н с к р и п ц ію та тр ан сл яц ію . В у с іх ж и в и х о р га н із м ів є д и н и й ген ети чн и й код. У н ів е р с а л ь н іс ть ген ети чн ого коду й м е х а н із м ів си н тезу б іл к а с в ід ч и ть про б іо х ім іч н у є д н ість у сіх ж и в и х о р га н ізм ів .

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Man. 14.1. Білілідний шар — основа клітинної мембрани: 1 — гідрофільні «головки»; 2 — гідрофобні «хвости»

В у с іх к л іт и н а х п о д в ій н и й ш ар ф осф оліп ідів є основою мембран, (мал. 14.1). Є д н іс ть будови м ембран та п о д іб н ість в и кон у ван и х н и м и ф у н к ц ій у р із н и х к л іт и н а х та к о ж св ід ч и ть про х ім іч н у є д н ість у с іх ж и в и х о р га н ізм ів .

Хімічні елем енти т а неорганічні речовини Д о складу в сіх ж и в и х о р га н ізм ів в х одя ть п евн і елементи. О кси ген, Карбон, Г ід р о ге н та Н ітр о ге н — це х ім іч н і елементи, я к и х у ж и в и х о р га н ізм а х б іл ьш е, н іж ін ш и х . Саме вони є основою о р га н іч н и х сп о л у к , щ о вх одять до ск ла ду к л іт и н . Х ім іч н і вл а сти во сті ж и в и х орга н із м ів значною м ір о ю залеж ать від К арбон у, а то м и я к о го у твор ю ю ть к о в а л е н тн і зв ’ я з к и та ф орм ую ть скелет о р га н іч н и х сп олук. Х ім іч н и й склад ж и в о ї м а те р ії в ід р із н я є ть с я від х ім іч н о го складу, н ап р иклад , зем н о ї кори. У ж и в и х к л іт и н а х К арбон стан ови ть 5 0 — 60 % су х о ї речовини, Н ітр о ге н — 8 — 10 % , О кси ген — 25 — 30 % та Г ід р о ген — 3 — 4 % . А в зе м н ій к о р і на ч а стк у К арбону, Г ід р о ге н у та Н ітр о ге н у , у з я ти х разом, припадає м е н ш н іж 1 % ї ї за га л ьн о ї маси. Д л я р із н и х о р га н із м ів абсолю тно н е о б х ід н и м и є ли ш е 27 із 92 п р и родних х ім іч н и х ел ем ен тів, п р и с у т н іх у з е м н ій к о р і. О сн овн і з н и х — це елементи, щ о вх о д ять до складу о р га н іч н и х сполук: Карбон (С), О кси ген (О), Г ід р о ге н (II), Н ітр о ге н (N), Ф осф ор (Р), С ульф ур (S). К л іт и н і т а к о ж н е о б х ід н і ел ем енти, щ о з у стр іч а ю ть ся у в и гл я д і йонів: Н а т р ій N a, К а л ій К , М а гн ій M g , К а л ь ц ій Са та Х л о р СІ. М ікр ое лем ен ти : Ф е р у м (Fe), С и л іц ій (Si), Ц и н к (Zn), М а н га н (М п), К о б а л ь т (Со), Й о д (І), М о л іб д е н (М о), В а н а д ій (V), Н ік о л (N i), Х р о м (Сг), Ф л у о р (F), Селен (Se), С та н у м (Sn), Бор (В) та А р сен (A s) — м іс тя ть с я в ж и в и х о р га н ізм а х у н еве л и к и х к іл ь к о с т я х , але їх в ід су т н іс ть м о ж е п р извод ити до серйозних п оруш ен ь процесів ж и т т є д ія л ь н о сті.

Органічні речовини

Рис. 14.2. Усі ці живі істоти мають схожий хімічний склад і єдину молекулярну логіку процесів життєдіяльності

У с і х ім іч н і елементи перебуваю ть в о р га н із м і або у в и гл я д і йонів, або входять до складу ти х чи ін ш и х сп олук — м олекул н еор га н іч н и х та о р га н іч н и х речовин. С х о ж іс т ь х ім іч н о го скла ду к л іт и н у с іх о р га н із м ів є до казом єд н о сті ж и в о ї природи (мал. 14.2). Р а зо м із ти м немає ж одн ого х ім іч ного елемента, щ о м іс ти ть с я в ж и в и х о р га н ізм а х , к отр ого не було б знайдено та к о ж у тіл а х н е ж и в о ї природи. Ц е є доказом єд н о сті ж и во ї та н е ж и в о ї м а те р ії.

Пригадайте

...............................................

Більшість хімічних елементів, що містяться в живій матерії, мають порівняно невеликі порядкові номери в Періодичній системі хі мічних елементів Д. І. Менделєєва, і лише у трьох із них поряд кові номери перевищують 34. Це свідчить про елементну єдність живих організмів. Із н еор га н іч н и х сп о л у к н а й б іл ьш пош ирена в ж и в и х о р га н ізм а х вода. Є д н ість х ім іч н о го скла ду о р га н із м ів в и явл я ється і в то м у , щ о всі стр у к ту р н і елем енти ж и в о ї к л іт и н и та їх н і ф у н к ц ії п р истосован і до ф ізи ч н и х і х ім іч н и х властивостей води.

Органічні сполуки Серед ін ш и х х ім іч н и х речовин ж и в о ї к л іти н и переваж аю ть о р га н іч н і сп о луки . В о н и стан овл я ть у середньому 20 — 30 % м аси о р ган ізм у .

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Д о н и х н ал е ж ать б іл к и , н у к л е їн о в і к и сл о ти та вуглеводи, а та к о ж л іп ід и й н и зк а ін ш и х м о лекул — го р м о н ів, п ігм е н тів , а м ін о к и сл о т, н у к л е о ти д ів , А Т Ф . К о ж н а гр уп а о р га н іч н и х речовин у бу д ь-як ій к л і т и н і в и кон у є с х о ж і ф у н к ц ії. Н а п р и к л а д , у в сіх к л іт и н а х б іл к и в и к о н у ю ть будівельн у та ф ер м ентативн у ф у н к ц ії, ф осф оліп іди є основою м ембран, м о л е к у л и А Т Ф ви кор и стов ую ться я к у н івер сал ьн и й пере н осни к е н е р гії. У в с іх ж и в и х о р га н із м а х у процесах збереж енн я, передавання й р е а л із а ц ії сп а д к о во ї ін ф о р м а ц ії беруть участь н у к л е їн о в і к и сл о ти . Д л я п р остих м о лекул, із я к и х побудовані всі м а кр ом о л ек ул и , х а р актерн а одна особли вість: вони м о ж у ть в и ко н у в а ти в к л іт и н і де к іл ь к а ф у н к ц ій . Н ап р и к л а д , р із н і а м ін о к и сл о ти сл у гу ю ть не т іл ь к и м оном ерам и б іл к ів , але є та к о ж поп ередн икам и горм он ів, а л к ал о їд ів, п ігм е н т ів та багатьох ін ш и х біом олекул. Н у к л е о ти д и ви ко р и сто в у ю ться не л и ш е я к м о н о м ер и н у к л е їн о в и х к и сл о т, а й я к п ер еносники е н е р гії. Ц е є х а р а к те р н и м дл я в с іх о р га н із м ів і т а к о ж св ід ч и ть про є д н ість їх н ь о го х ім іч н о го складу.

Опорні т о ч к и Н е зв аж аю ч и на р із н о м а н іт н іс т ь ж и в и х о р га н із м ів у п р и р оді, у сі вони перебуваю ть у безпосередній сп о р ід н ен о сті один з од н и м , м а ю ть с х о ж и й х ім іч н и й склад, ви кор и стов ую ть д л я процесів ж и т т є д ія л ь н о сті с х о ж і х ім іч н і р е а к ц ії. У с і вл а сти вості ж и в о го м а ю ть м о л е к у л я р н у основу, єд и н у д л я в с іх ж и в и х істо т. С х о ж іс т ь х ім іч н о го складу к л іт и н у с іх о р га н із м ів є до казом є д н о сті ж и в о ї природи. У н ів е р с а л ь н іс ть ген ети чн ого коду й м е х а н із м ів си н тезу б іл к а , єд н іс ть будови м ембран і с х о ж іс т ь в и ко н у в а н и х н и м и ф у н к ц ій у р із н и х к л іт и н а х св ід ч а ть про х ім іч н у є д н ість у с іх ж и в и х о р га н ізм ів .

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Чому в усіх організмах органічні сполуки однакові? 2. Про що свідчить єдність будови мембран та подібність виконува них ними функцій у різних клітинах? 3. 4. 5. 6.

Що свідчить про елементну єдність живих організмів? Які властивості живого мають молекулярну основу? Які властивості та функції мають біомолекули? Про що свідчить єдність будови мембран та схожість виконуваних ними функцій?

7. Доведіть, що молекулярна логіка живого теж єдина для всіх живих організмів.

Органічні речовини

§15. Особливості використання окремих хімічних речовин, хімічний склад продуктів харчування Особливості використання окремих хімічних речовин Ш в и д к и й розвиток х ім іч н о ї п р о м и сл о в о сті сп р и ч и н и в п ояву ве л и к о ї к іл ь к о с т і р із н о м а н іт н и х то в а р ів п об у то вої х ім ії, я к и м и м и щ од н я к о р и сту є м о ся . За д о п ом огою р із н и х х ім іч н и х речовин м и перемо, п ід си н ю єм о та п ід к р о х м а л ю є м о б іл и зн у , ч и с ти м о к и л и м и й о д яг, ф арбуємо та к л е їм о , д о гл я д а єм о за р о сл и н а м и в к ім н а т і й на п р исади бн ій д іл я н ц і. С учасна лю ди н а щ од н я с ти к а є ть с я із товара м и п об у то вої х ім ії, р із н и м и за п р и зн ач ен н ям , скла дом , з о в н іш н ім ви гл яд ом . П е р ш н іж ви кор истовувати їх , сл ід у важ н о о зн а й о м и ти ся з і способам и їх за стосування. Ц е дозволить з р о з у м іти , н ап р иклад , чи п отр ібн о аеро зо л ь н и й балон стр у ш у в а ти перед в и к о р и с та н н я м , чи є придбаний засіб у н ів е р са л ьн и м ч и в ін м ає ч іт к е ц іл ь о ве п р и зн ач ен н я, я к и м є його га р а н тій н и й те р м ін зберіган ня. Я к щ о д о тр и м у в а ти ся правил п оведін ки, зазначених в ін с т р у к ц ії, то будь-який , н а в іть о тр у й н и й , препарат п обутової х ім ії буде безпечним. За ступенем небезпеки д л я л ю д и н и х ім іч н і речовини п о д іл я ю ть на тр и групи: безпечні, о тр у й н і, поясеж онебезпечні. Д о безпечних хімічних речовин належ ать м и й н і, п ід си н ю в а л ьн і та п ід к р о х м а л ю в а л ь н і засоби, багато від б іл ю в а л ьн и х та ч и с ти л ьн и х засобів, б іл ь ш іс т ь м ін е р а л ь н и х добрив. Д о отруйних хім ічних речовин н а л е ж а ть засоби д л я боротьби з побутовим и к о м а х а м и та гр и зу н а м и , х ім іч н і засоби за х и сту рослин, д е я к і речовини дл я виведення п л я м та к л е й к і засоби, о к р е м і види автоко см ети ки . Д о пожежонебезпечних хімічних речовин н але ж ать багато засобів для виведення п л я м , п о л ір у в а л ь н и х та к л е й к и х засобів, препарати д л я догляд у за виробам и з і ш к ір и , д е я к і р ід к і ч и с ти л ь н і препарати, препарати в а ерозольній у п а к о в ц і. Д л я п р авил ьн ого за стосу ван н я то в а р ів п об у то вої х ім ії кори сн о м а ти д е я к і в ід о м о с ті щ одо особливостей і власти востей си н те ти ч н и х п о л ім е р н и х м а те р іа л ів — п ластм ас, п л ів о к , вол окон і тк а н и н із н и х . О дн ією з н а й в а ж л и в іш и х ум ов створення х ім іч н о ї безпеки є осн овн і правила т е х н ік и безпеки п ід час зберіган ня й застосування п репаратів п обутової х ім ії. Правила застосування препаратів побутової хім ії 1. У с і препарати сл ід застосовувати л и ш е за п р я м и м п р и зн а ч ен н ям , ч іт к о д о тр и м у ю ч и сь ін с т р у к ц ій та р еком енд ац ій щ одо їх ви кор и стан н я.

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ 2. З астосовувати м о ж н а ли ш е т і п репарати, я к і були придбані в м а га з и н і та м а ю ть е ти к е тк у на уп ако вц і. 3. У с і засоби п обутової х ім ії, н а в іть я к щ о це зв и ч ай н и й п раль н и й п ор ош ок або кальц инован а сода, сл ід зберігати в недо с ту п н и х дл я д іт е й м іс ц я х і обов’язково окрем о в ід п р о д у к тів харчуван н я. 4. П ід час р о б іт з пож еж он ебезп ечн им и засобами не м о ж н а за п алю вати газо ві го р іл к и , с ір н и к и , не м о ж н а п ал и ти , к о р и с ту в а ти ся ел е к тр о н а гр ів а л ь н и м и приладам и . 5. П р а ц ю ю ч и з препаратам и, щ о м іс т я т ь к и сл о ти , л у ги тощ о, сл ід о д ягати резинові р ук а в и ч к и , о к ул я р и . 6. Н е м о ж н а н и зь к о н а х и л я ти с я над п осуд инам и з х ім іч н и м и речови н ам и, н ю х а ти їх , си льно в тя гу ю ч и п овітр я . 7. П р а ц ю ю ч и з ін се к ти ц и д а м и , с л ід ви кор истовувати за х и сн і о к у л я р и , р есп ір ато р та гу м о в і р ук ави ч ки . Д е я к и х до даткови х застереж н их зах одів необхідно д о тр и м у в а ти ся, к о р и сту ю ч и сь а ерозольним и балонами, то м у щ о р ід к а с у м іш , щ о м іс ти ть с я у б ал он і п ід ти ск о м , у б іл ь ш о с ті в и п а д к ів є горю чою . їх не м о ж н а стави ти поблизу дж ерел тепла (п ід в и щ е н н я ти с к у м о ж е п р и звести до розриву балона), їх не м о ж н а р о зкр и ва ти н а в іть п іс л я в и к ори стан н я, не м о ж н а в и к и д а ти на в у л и ц і, у л іс і, у будь-яком у м іс ц і, де їх м о ж у ть зн а й ти д іт и . П ід час роботи з балонам и поблизу не має бути дж ерел в ід к р и то го вогню .

Хімічний склад п родуктів харчування Е н ер гети ч н і ви тр ати о р га н ізм у м аю ть к о м п ен сувати ся н ад ход ж е н н я м е н е р гії з їж е ю . Д о складу п овн оц ін н ого р а ц іо н у вх одять п о ж и в н і речовини п ’я т и класів: вуглеводи, ж и р и , б іл к и , в іт а м ін и , н е о р га н іч н і речовини та м ік р о е л е м е н ти . Збалансоване х ар ч у ван н я означає, щ о в їж і є б іл к и , ж и р и й вуглеводи у с п ів в ід н о ш е н н і 1 : 1 : 4 . С л ід ураховувати, щ о для н ор м ал ьн ого харчуван н я необхідно по над 40 р із н и х та к звани х н е за м ін н и х речовин. Ц е т і речовини, я к и х ор ган ізм л ю ди н и та тварин сам синтезувати не м ож е. Д о н и х н алеж ать 10 а м ін о к и сл о т, 12 в іт а м ін ів , б іл ь ш н іж 20 н ео р га н іч н и х ел ем ен тів та к іл ь к а п олін е н а си ч е н и х ж и р н и х к и сл от. О р га н ізм л ю д и н и не м о ж е тр и в а л и й час обход ити ся без води, м і н еральн их речовин, вуглеводів, л іп ід ів , б іл к ів , в іт а м ін ів та харчових волокон, о с к іл ь к и вони є к о р и сн и м и і н е о б х ід н і д л я о б м ін у речовин, росту й р озвитку.

Біологічно а к ти в н і добавки Б іо л о гіч н о а к т и в н і добавки (Б А Д ) — це к о м п о з и ц ія н а ту р а л ь н и х (або ід е н ти ч н и х н а ту р а л ь н и м ) б іо л о гіч н о а к т и в н и х речовин,

Органічні речовини п р и зн ач ен и х для безпосереднього в ж и в а н н я з їж е ю або введення до ск ла ду п р о д у к тів харчування. Б іо л о гіч н о а к ти в н і добавки до їж і в и кор и стов ую ться т іл ь к и в то м у разі, я к щ о вони пр и зн ач ен і л ік а р е м з метою: • поповнення недостатнього н ад ход ж е н н я з р а ц іо н о м б іл к а й о к р е м и х н е за м ін н и х а м ін о к и сл о т, л іп ід ів і д е я к и х ж и р н и х ки слот, вуглеводів і ц у к р ів , в іт а м ін ів , макро- й м ік р о е л е м е н тів , харчових волокон; • зм ен ш ен н я к а л о р ій н о с ті р ац іон у ,

р егулю ван н я

(зн и ж ен н я

або п ідви щ ен н я ) ап ети ту й м а си тіла; • зн и ж ен н я р и зи к у р о зв и тк у захворю вань; • п ід тр и м у в а н н я норм альн ого скла ду й ф у н к ц іо н а л ь н о ї а к ти в н ості к и ш к о в о ї м ікр оф л ори . П р а в и л а в и к о р и ста н н я Б А Д 1. Б іо л о гіч н о а к ти в н і добавки п р и зн ач аю ться в и кл ю ч н о л ік а рем. їх не м о ж н а ви кор и стов ува ти на власний розсуд або за порадою др узів. Н еп рави льн е в и ко р и ста н н я б іо л о гіч н о а к ти в н и х добавок м о ж е за ш к о д и ти о р га н із м у лю ди н и . 2. Н е обхідн о уваж н о ви вчати ін ф о р м а ц ію про ви роб н ика Б А Д , о с к іл ь к и на р и н к у ч и м а л о н е я к іс н о ї п р о д у к ц ії. Б А Д и м аю ть ви роб ляти ся згід н о з м іж н а р о д н и м стан дартом я к о с т і G M P (Good M a n u fa ctu re d P ra ctic e ) дл я л ік а р с ь к и х засобів.

Застосування медичних препаратів М е д и ч н і препарати за неправильного застосування м о ж у ть за ш к о д и ти , т о м у н еобхідн о д о тр и м у в а ти ся правил збе ріга н ня й застосуван н я л ік а р с ь к и х п репаратів. П р а в и л а зб е р іга н н я та засто су ван н я л ік а р с ь к и х п р е п а р а тів 1. Л ік а р с ь к і препарати п р и зн ач аю ться л ік а р е м , їх

не м о ж н а

ви кор истовувати на власний розсуд. 2. Н е обхідн о у важ н о о зн а й о м и ти ся з ін с т р у к ц іє ю із застосуван н я л ік ів та д о тр и м у в а ти ся її. 3. С л ід ураховувати те р м ін п р и д а тн о сті л ік ів . Л ік и необхідно періодично п р од и вл яти ся та в и ки д а ти н еп р и д атн і д л я засто сування. 4. З б ер ігати л ік и с л ід у сп е ц іа л ь н ій ш аф ц і із за м к о м , р о з м іс ти в ш и на р із н и х п о л и ц я х л ік и дл я зо в н іш н ьо го та в н у т р іш нього застосування. Я к щ о в ін с т р у к ц ії написано, щ о л ік и необхідно зберіга ти у хо л о д и л ьн и к у, то с л ід в и д іл и ти для н и х у х о л о д и л ь н и к у сп ец іальн е м ісц е. 5. Л ік и м а ю ть збе р іга ти ся в н ед оступн и х д л я д іте й м іс ц я х .

9 0

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 4

Тема. Ознайомлення з інструкціями з використання окремих хімічних речовин як медичних препаратів, засобів побутової хімії тощо й оцінювання їх небезпеки Мета: навчитися користуватися інструкціями застосування медичних препаратів та засобів побутової хімії. Обладнання: набір інструкцій до засобів побутової хімії та лікарських препаратів (на вибір учителя чи учнів). Хід роботи Завдання 1

О знайом теся з трьома ін с т р у к ц ія м и ви користан н я засобів побу тової х ім ії.

П о р івн яй те правила використання та зберігання ц и х засобів. Щ о в н и х сп іл ьн ого та в ід м ін н ого?

З робіть висновок.

Сф ормулю йте основні правила з ви користан ня засобів побутової х ім ії. Завдання 2

О знайом теся з трьом а ін с т р у к ц ія м и із застосування л ік а р сь к и х препаратів.

П о р івн я й те правила ви користан н я й зберігання ц и х л ік а р сь к и х препаратів. Щ о в н их спіл ьн ого й в ід м ін н ого?

З робіть висновок.

Сформулюйте основні правила із застосування лікарських засобів.

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 5

Тема. Оцінювання продуктів харчування за їхнім хімічним складом Мета: навчити школярів оцінювати продукти харчування за їхнім хі мічним складом. Обладнання: таблиця «Калорійність і хімічний склад продуктів харчу вання».

Органічні речовини Хід роботи Завдання 1 d

В икористовую чи таблицю , п ор івн яйте х ім іч н и й склад та к и х п р одуктів харчування, я к м акарони та помідори. Щ о в їх н ь о м у ск л а д і сп іл ьного й від м ін н ого? Таблиця

Магній (мг)

Фосфор (мг)

5,2

1,2

44,3

200

Х ліб білий

240

33,7

6,0

0,7

52,9

Макарони

336

11,9

9,3

0,8

70,9

Картопля взимку

70,2

1,2

0,2

14,0

Капуста

90,1

1,2

0,2

4,1

Морква

86,8

0,9

0,3

5,7

Буряк

85,7

0,8

0,3

7,7

Гарбуз

91,1

0,3

0,2

4,2

Цукор

390

0,2

95,5

Молоко

87,3

3,0

3,5

4,5

120

Сир знежирений

141

72,5

12,9

8,5

3,3

164

151

Сметана

284

67,7

2,1

28,2

3,1

Сир голландський

313

34,6

20,9

23,6

2,0

684

525

М ’ясо пісне

122

75,0

12,0

7,8

153

Яйця

127

73,7

9,0

9,7

0,3

104

79,2

11,6

0,3

111

Печінка

109

71,6

16,0

4,7

2,8

315

Шоколад

482

1,6

5,3

22,2

63,4

455

Морозиво вершкове

206

59,8

3,9

12,1

21,3

122

105

Риба (тріска)

Зробіть висновок.

•

Вуглево ди (г)

43,6

5 £-

(мг)

Жири (г)

214

Я а ~

Кальцій

Вода (г)

Хліб житній

Продукт харчування

------

Ккал

Калорійність і хімічний склад продуктів харчування (у 100 г)

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Завдання 2

В икор истовую чи таблицю , порівняйте х ім іч н и й склад та к и х про д у к тів харчування, я к цукор, молоко та гарбуз. Щ о в їх н ь о м у ск л а д і сп іл ьн ого й від м ін н ого?

З робіть висновок. Завдання З

Використовую чи таблицю , п ор івн яйте х ім іч н и й склад та к и х п р о д у к тів харчування, я к капуста й м ’ясо пісне. Щ о в їх н ь о м у ск л а д і сп іл ьн ого й від м ін н ого?

З робіть висновок. Завдання 4 (додаткове творче завдання)

Використовую чи таблицю , ск л а д іть раціональне меню дл я свого сніданку, обіду та вечері. Я к и м кри тер ієм для його скла дан н я ви користуватим етеся?

Зробіть висновок.

Тестова перевірка знань за розділом І. Молекулярний рівень організації життя Укажіть правильні відповіді 1. П р а в и л ь н і твердж ення: а) ж и р и н але ж ать до гід р о ф іл ь н и х речовин; б) вода має вел и ку те п л о є м н ість і теп лоп р овідність; в) л у ж н е середовищ е ф орм ується в к л іт и н і за ум ови н а д л и ш к у п р о то н ів водню; г) вода бере участь в утвор ен н і стр у к ту р и м о лек у л р о зч и н н и х речовин. 2. Д о м о но сахар идів належ ать: а) крохм аль;

в) глю коза;

б) гл ікоген ;

г) дезоксирибоза.

3. Д о д и сахар и д ів належ ать: а) сахароза; в) лактоза; б) мальтоза;

г)

целю лоза.

4. Л іп ід и в и к о н у ю ть в о р га н із м і т а к і ф у н к ц ії: а) стр уктур н у; б) регуляторну;

в) к а та л іти ч н у ; г) є д ж ер ел ам и ендогенної води.

Органічні речовини

9 3

5. Д о скла ду м о лек у ли Д Н К входять: а) рибоза;

в) глю коза;

б) дезоксирибоза;

г) ф руктоза.

6. О снову к л іт и н н и х мембран утворю ю ть: а) б іл к и ;

в) воски;

б) ф осф оліпіди;

г) гл ік о л іп ід и .

7. П р а в и л ь н і твердж ення: а) м о лек у ли води у тр и м у ю ть с я одна б іл я о д н о ї за р а ху н о к к о вал ен тн и х зв ’язків; б) м о л ек у л и води у тр и м у ю ть с я водневих з в ’язків;

одна б іл я

од н ої за р ахун ок

в) к о вал е н тн і зв ’я з к и в 15— 20 разів м іц н іш і в ід водневих; г) водневі з в ’я з к и в 15— 20 разів м іц н іш і від ковален тн и х. 8. Д о п о л іса х а р и д ів належ ать: а) крохм аль;

в) глю коза;

б)

г)

гл ікоген ;

м альтоза.

9. В углеводи ви к о н у ю ть т а к і ф у н к ц ії: а) стр ук ту р н у; б) енергетичну;

в) к а та л іти ч н у ; •

г)

є дж ер ел ам и ен догенн ої води.

10. М ік р о е л е м е н та м и є: а)

К обальт;

б) К а л ій ;

в) Х лор ; г)

Б ром .

11. М ак р о е л ем ен там и є: а) К обальт;

в) Ц и н к ;

б) К а л ій ;

г) Й од .

12. О р ган оген н и м и елем ен там и є: а) Н а тр ій ;

в) К а л ій ;

б) Карбон;

г)

Б ром .

13. Е н д е м іч н і захворю вання в и н и к а ю ть унаслідок: а) н естач і гл ік о ге н у в о р га н ізм і; б) н а д л и ш к у б іл к ів у їж і; в) н естач і або н а д л и ш к у в м іс ту певного х ім іч н о го елемента в середовищ і; г) н естач і або н а д л и ш к у в м іс ту л іп ід ів у їж і.

14. Д о гексоз належ ить: а) глю коза; б) ф руктоза; 15. Д о л іп ід ів належ ать: а) стероїди; б) сахароза;

в) рибоза; г) дезоксирибоза. в) ф осф оліпіди; г) х іти н .

9 4

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

• • • • • •• •• • •

16. П р и п овном у о к и сн е н н і 1 г ж и р ів до вугл екисл ого газу і води: а) в и д іл я є ть с я 38,9 к Д ж енергії; б)

в и д іл я є ть с я 8,9 к Д ж енергії;

в) в и д іл я є ть ся 138,9 к Д ж енергії; г) ен е р гія не в и д іл я ється . 17. Е стр а д іо л (ж ін о ч и й горм он) і тестостерон (ч оловіч и й горм он) належ ать: а) до б іл к ів ;

в) вуглеводів;

б) л іп ід ів ; г) в іт а м ін ів . 18. А м ін о к и с л о тн і зали ш ки в м олекулі білка з ’єдную ться м іж со бою: а) водневим зв ’язком ;

в) к о вал е н тн и м зв ’язком ;

б) п е п ти д н и м зв ’ язком ;

г)

й о н н и м и в заєм о д іям и .

19. П роцес р уй н ув ан н я п ер ви н н о ї стр у к ту р и б іл к ів називаю ть: а) ренатурацією ;

в) деструкц ією ;

б) необоротною денатурацією ;

г) оборотною ден атур ацією .

20. А м ін о к и с л о т и , я к і о р га н ізм твари н не м о ж е си н тезувати, н а зиваю ться: а) основним и;

в)

б)

г) су л ьф у р о вм існ и м и .

за м ін н и м и ;

н езам ін н и м и ;

21. Ф е р м е н т у п р оцесі реакц ії: а)

не зм ін ю є ть ся , але витрачається;

б) з м ін ю є ть ся і витрачається; в) не зм ін ю є ть с я і не витрачається; г)

зм ін ю є ть ся , але не ви трачається.

22. Д о водорозчи нн их н а л е ж и ть вітам ін (-н и): а) гр у п и В;

в) гр у п и А;

б) гр у п и С;

г) Е .

23. Г о р м о н и м о ж у ть бути: а) б іл к о в о ї природи; б) п о х ід н и м и ам ін о к и сл о т;

в) л іп ід н о ї природи; г)

вуглеводами.

24. М он ом е ро м н у к л е їн о в и х к и с л о т є: а) нуклеозид; в) ам ін ок и сл ота; б) нуклеотид;

г)

н ітр а тн а основа.

25. Д о складу н у к л е о ти д ів м о лек у ли Д Н К входять: а) рибоза; б) ти м ін ;

в) урацил; г) дезоксирибоза.

26. Д о складу н у кл е о ти д ів м о лек у ли Р Н К входять: а) рибоза;

в) урацил;

б) ти м ін ;

г)

ц и този н .

Органічні речовини 27. У с т а н о в іт ь в ід п о в ід н ість м іж ченням:

йоном та його б іо л о гіч н и м зн а

1 )С Г ; 2) F~;

а) е к о м п о н е н то м ш л у н к о во го со ку у в и гл я д і х л о р и д н о ї кислоти ;

3) F e 3+;

б) входи ть до ск л а д у е м а л і зубів;

4 ) С а2*.

в) забезпечує проведення нервових імпульсів; г) входи ть до ск ла ду гем оглобіну; д) у рослин входи ть до ск ла ду оболонки к л і ти н и , у твари н — до складу к іс т о к і зубів, а к ти в із у є зсід а н н я крові.

28. Устан овіть відповідність м іж характеристи к а м и : 1) первинна; 2 ) вторинна; 3) третинна; 4) четвертинна.

назвами структур білка та їх н ім и

а) к іл ь к іс т ь і послідовн ість а м ін о к и сл о т у пол іп еп ти д н ого ланцю га; б) спосіб упаковки первинної стр уктур и в альфаспіраль або бета-шар; в) спосіб у п аковки альф а-спіралі в просторову глобулу; г) спосіб с п іл ь н о ї уп аковки д е кіл ьк о х п оліп е п ти д н и х ланцю гів; д) спосіб відновлення втрачених ран іш е водне вих зв ’язк ів .

29. У с т а н о в іт ь в ід п о в ід н ість м іж ц ія м и :

назвам и б іл к ів і їх н ім и

1) пепсин;

а) транспортна;

2) гем оглобін; 3) казеїн; 4) інтерф ерон.

б) запасаюча; в) гормональна; г) ф ерментативна; д )з а х и с н а .

ф унк

РОЗДІЛ II. КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Тема 1. Клітина Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: • • •

історію вивчення клітини; методи цитологічних досліджень; будову клітин прокаріотів і еукаріотів.

Навчитеся: •

розпізнавати клітини прокаріотів і еукаріотів; пояснювати взаємозв'язок будови та функцій клітинних органел;

•

виготовляти деякі мікропрепарати.

§ 16. Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень Історія вивчення к літини С в іт к л іт и н , не в и д и м и й неозброєним о к о м , л и ш ався п о в н істю н е в ід о м и м до середини X V I I ст., п оки л ю ди не н авч и ли ся ш л іф у вати л ін з и та ви кор и стов ува ти їх для р озш и р ен н я м о ж л и востей зору. О дн и м із п ер ш и х тв о р ц ів м ік р о ск о п а був а н гл іє ц ь Р о б е р т Г у к ф із и к , м етеоролог, б іол ог, ін ж е н е р , а р х іте к то р . У 1665 р. в ін в и дав альбом м а л ю н к ів п ід н азвою « М а к р о гр а ф ія » , у я к о м у були п р едставлен і його спо сте ре ж е н н я п ід м ік р о с к о п о м . Серед н и х був і то н к и й зр із тк а н и н и дерева, стр ук ту р а я к о го нагадувала с т іл ь н и к и , ч ітк е й правильне розташ ування « м ік р о ск о п іч н и х пор», або « к л іти н » . Г у к ви користовував слово « к л іти н и » у його сп р а в ж н ьо м у зн ач ен н і, м а ю ч и на у в а зі м а л е н ьк і кам ери на зразок чернечих кел ій . Ц е слово за к р іп и л о ся в н а у ц і, набувш и зо в сім ін ш о го значення.

Клітина

О д н и м з обдарованих су ч а с н и к ів Г у к а був голландець Антоні ван Левенгук, я к и й створив понад д в іс т і м ік р о с к о п ів вла сн ої особливої к о н с т р у к ц ії. В они складали ся з н еве л и к ої с к л я н о ї к у л ь к и , вставле н о ї у м ід н у п л а сти н к у . Т р и м а ю ч и та к и й п р и с тр ій поблизу ока і роз гл ядаю чи к р із ь к у л ь к у р із н і предм ети, з а к р іп л е н і на к ін ч и к у го лки , Л е в е н гу к д о м ігс я зб іл ь ш е н н я об’є к т ів у 270 р азів і зробив ви датн і в ід к р и т тя (мал. 16.1). Заслуговує на подив той ф акт, щ о Л е в е н гук у вдалося побачити н а в іть б а к те р ії, я к і в ін замалю вав із та к о ю то ч н іс тю , щ о ф а х ів ц і й сьогод н і м о ж у ть їх р о зп ізн а ти . Роберт Броун у 1833 р. в ід к р и в у к л іт и н і ядро. П іс л я 1825 р. Ян Пуркіньє розробив е ф е к ти в н і м е то д и к и п р и го ту в а н н я та ф ар буван н я пр еп ар атів д л я м ік р о с к о п іч н о ї те х н ік и . П о л іп ш е н н я ч іт к о с т і зображ ення м ало т а к і в а ж л и в і н а сл ід к и , щ о вж е за к іл ь к а р о к ів м о ж н а було сф орм улю вати загал ьн у теорію , з гід н о з я к о ю всі рос л и н и й твари н и скла даю ться з к л іти н .

Пригадайте

...........................................................

Клітинну теорію запропонував для рослин у 1837 р. німецький бо танік Матіас Шлейден, а поширив на тваринний світ його друг, фізіолог Теодор Шванн. Дещо пізніше її доповнив Рудольф Вірхов, який у 1885 р. сформулював положення «Кожна клітина походить із клітини». У середині X I X ст. к л іт и н н а те о р ія стала загальнови знаною і п о сл у ж и л а основою д л я н а у к и про к л іт и н у — цитології. Д о к ін ц я X I X ст. було в ід к р и то багато к о м п о н е н тів к л іт и н . У ч е н і оп исали їх і дали їм назви. З часом, однак, д о сл ід н и к и з іш то в х н у л и с я з пере ш кодо ю , я к а здавалася нездоланною , о с к іл ь к и була зум овлен а са м и м и за к о н а м и ф із и к и . Н а в іт ь за д о п ом огою д о си ть д о ск о н а л и х ін с тр у м е н тів не м о ж н а було побачити т і де тал і, р о зм ір и я к и х були м е н ш і за половину д о в ж и н и х в и л і с в ітл а (тобто м е н ш н іж 0,25 м к м ).

а Мал. 16.1. Малюнки рослинних клітин, зроблені А, Левенгуком (а) та Р. Гуком (б)

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

9 $

А у с в іт і к л іт и н т а к і р о зм ір и тр а п л я ю ться до волі часто. У я в іт ь собі, щ о у с в іт і, я к и й нас оточує, не м о ж н а р о зр ізн и ти ж одн ого предмета, я к щ о він м е н ш и й за 25 см . Я к багато всього зн икн е, ставш и раптом неви ди м и м ! А л е в 1945 р. ц и то л о ги вперш е зази р н ули до к л іт и н и за допом огою електронного м ік р о ск о п а та побачили багато н евід ом и х ран іш е с т р у к тур. О тж е, в и р іш а л ьн а роль у р о зви тку ц и т о л о г ії н а л е ж и ть новим в ід к р и т т я м в ін ш и х н ауках, зокрема у ф із и ц і. П рогрес у ц и то л о гії був н е м о ж л и в и м до п ояви н ови х т е х н іч н и х засобів, н а п р и к л а д електрон н ого м ік р о ск о п а (мал. 16.2).

М е т о д и цитологічних досліджень О сновним м етодом, я к и м к ори стую ться ц и тологи , є метод світлової мікроскопії. В ін передбачає застосування св ітл ово го м ік р о ск о п а , але р о згл я н у ти п ід с в ітл о в и м м ік р о ск о п о м м о ж н а ли ш е сп ец іальн о п р и готовлені цитологічні препарати. Д л я п р и го ту ван н я препаратів ц и тологи ви кор и стов ую ть н акри вн е та п редм етне стекла і сп е ц іа л ьн о п ід го то в л е н і об’ є к т и , я к і м о ж н а р озгляд ати (мал. 16.3). Головне, щ о н еоб хід н о,— це о тр и м а ти один ш ар к л іт и н та к , щ об вони п р оп ускали св ітл о і щ об їх н і с тр у к ту р и м о ж н а було побачити в м ік р о ск о п . Н а й ч а стіш е ц і стр у к ту р и безко л ір н і, то м у їх необхідно ф арбувати сп е ц іа л ьн и м и барвникам и, щ оразу р із н и м и , залеж но від того, я к і с тр у к ту р и баж ано побачити. Існ ую ть два методи: метод приготування давлених препаратів — д о сл ід ж у в а н и й об’є к т просто розчавлю ється в один ш ар м іж п р едм етн и м та на к р и в н и м склом; і метод приготування тонких зрізів, щ о складаю ться з одного ш ару к л іт и н (мал. 16.4). Д л я п р и го ту ван н я т а к и х то н к и х з р із ів існ у ю ть сп е ц іа л ь н і п р и стр о ї — у л ь тр а м ік р о то м и . Обидва м е тод и п р и зн ач ен і дл я ви вчен н я вж е н е ж и в и х к л іт и н і д а ю ть зм о гу ви гото ви ти я к ти м ч а со в і препарати, я к і м о ж н а р озгляд ати п р о тя го м к іл ь к о х д н ів, та к і п о с тій н і препарати, щ о м о ж у ть збе ріга ти ся д о в гі роки (том у щ о з а л и ті сп е ц іа л ьн и м бальзамом).

Мал.

16.2. Електронний

мікроскоп

Мал. 16.3. Накривні та предметні стекла

Клітина

Man. 16.4. Препарат, що складається з одного шару клітин

Man. 16.5. Синапс у флуоресцентному мікроскопі

Д л я вивчення ж и в и х к л іти н застосовую ть метод фазово-контрастної мікроскопії. Він базується на то м у , щ о о к р е м і д іл я н к и прозорої к л і ти н и хоч і мало ч и м , але все ж та к и в ід р із н я ю ть с я одна від одної за щ іл ь н іс т ю та св ітлоп е ре лом л ю ван н ям . Існ ую ть п рилади, я к і д о п ом агаю ть вловити ц ю р із н и ц ю та подати н аш ом у о к у світло-тем н е контрастне зображ ення ж и в о го об’єкта. В и вч аю ч и ж и в і к л іт и н и , застосовую ть та к о ж метод флуоресцент ної мікроскопії (мал. 16.5). З м іс т його полягає в то м у , щ о ц іл и й ряд речовин м а ю ть зд а тн ість с в іт и т и с я при п о гл и н а н н і н и м и св ітл о в о ї ен е р гії. Н а п р и к л а д , я к щ о у ф луоресцентний м ік р о ск о п р озгляд ати к л іти н и рослин, то на те м н о-си н ьом у т л і буде видно червоні зерна, щ о яскраво с в іт я т ь с я ,— це хлоропласти. >

Пригадайте

......................................................

Синапс — це спеціалізоване утворення, яке забезпечує пере хід збудження з одного нейрона на інший або збудливу клітину (м'язову чи секреторну). Існує метод, у я к о м у ви кор и стовую ться м іч е н і ізо то п и — метод авторадіографії — р еєстр а ц ії речовин, м іч е н и х ізотоп ам и . За допо могою цього методу м о ж н а побачити, до я к и х частин к л іти н и потрап л яю ть речовини, м іч е н і р ад іо а к ти в н и м и ізотоп ам и . Ц е важ ли во для з ’ясування особливостей ф ун к ц іон у ван н я к л іти н и .

Пригадайте

......................................................

Ізотопи — це різновиди атомів хімічного елемента, які мають од наковий заряд ядра, але різну відносну атомну масу. Метод електронної мікроскопії від кр и в ц и тологам т і стр у к ту р и к л іт и н и , я к і м а ю ть р о зм ір и , м е н ш і від д о в ж и н и с в ітл о в о ї х в и л і. Завдяки ц ьо м у методу з ’ явилася м о ж л и в іс ть р озгл ян у ти віруси та органели, на я к и х відбувається синтез б ілка (рибосоми).

І00

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Ц и т о л о ги м о ж у т ь т а к о ж о тр и м у в а ти й ви вч ати р із н і к о м п о н е н ти к л іт и н и за доп ом огою ф р а к ц іо н у в а н н я к л іти н . К л іт и н у с п о ч а тк у р уй н ую ть, а п о т ім в и д іл я ю ть к л іт и н н і стр у к ту р и , ви кор и стов ую чи сп е ц іа л ьн и й п р и с тр ій — ц ен три ф угу. В ід о к р е м л е н і органели к л іт и н м о ж н а ви вч ати за д опом огою ін ш и х б іо х ім іч н и х методів. М е то д в и к о р и с та н н я к ул ьту р и к л іт и н є м етодом тривалого збері га н н я та ви рощ у ван н я у сп е ц іа л ьн и х ж и в и л ь н и х середовищ ах к л і ти н , тк а н и н , н еве ли ки х о р га н ів або їх ч а сти н , в и д іл е н и х з о р га н із м у л ю д и н и , тв а р и н и чи р о сл и н и . В а ж л и в о ю перевагою цього м етоду є м о ж л и в іс ть спостереж ення за ж и тт є д ія л ь н іс тю к л іт и н за допомогою м ік р о ск о п а . М е то д и в и ко р и ста н н я к у л ь ту р и к л іт и н набув ш и р о к о го застосування д л я від новлен н я р із н и х тк а н и н та органів.

Значення цитологічних м е т о д ів у діагностиці т а лікуванні захворювань людини Ц и т о л о г іч н і м е тод и застосовую ться в м е д и ц и н і дл я д о сл ід ж е н н я ф із іо л о гіч н о го ста н у о р га н із м у л ю д и н и на осн ові ви вчен н я будови к л іт и н . В он и ви кор и стов ую ться для ви я влен н я захворю вань к р о в і, р озп ізн а ван н я з л о я к іс н и х та д о б р о я к існ и х п у х л и н , багатьох захво рю вань ор ган ів д и х ан н я, травлення, сечовиділення, нервової си стем и та їх л ік у в а н н я . Один із розділів к л іти н н о ї медицини присвячений вивченню стов бурових к л іти н . Стовбурова к л іти н а — це незріла кліти н а, здатна до самооновлення та розвитку у спеціалізовані к л іти н и організму. У до рослому ор ганізм і стовбурові к л іти н и м істя ться в основному у к іс тк о вому мозку та в дуж е невеликій к іл ь к о сті в у сіх органах і тканинах. О с к іл ь к и стовбурові к л іт и н и м о ж у ть перетворю ватися на бу д ь-я к і к л іт и н и о р га н ізм у залеж н о від того, де вони осід аю ть, то їх м о ж н а ви кор и стовува ти д л я л ік у в а н н я багатьох захворю вань.

Опорні т о ч к и Іс то р ія р о з в и тк у ц и т о л о г ії п о ч и н а єть ся з X V I I ст. одночасно з і створ ен н ям світлово го м ік р о ск о п а . П рогрес у в и в ч е н н і к л іт и н и тіс н о п о в’язан и й з у с п іх а м и р о зви тку м ік р о с к о п іч н о ї те х н ік и та створен н я м р із н и х м е тод и к п р и го ту ван н я п репаратів. О сновним методом, я к и м к о р и стую ться ци тологи , є м етод св ітл о в о ї м ік р о с к о п ії. Д о ін ш и х м е тод ів н але ж ать м етод ф азово-кон трастн ої м ік р о с к о п ії, метод в и ко р и стан н я к у л ь ту р и к л іт и н тощ о.

Запитання для кон тролю і самоконтролю 1. Який внесок зробив у розвиток цитології Р. Гук? 2. Чому деякі структури клітини неможливо побачити у світловий мікроскоп?

Клітина

101

3. Які наслідки для розвитку науки мало покращення чіткості зобра ження світлового мікроскопа? 4. Чому прогрес у цитології був неможливим до появи нових техніч них засобів, наприклад електронного мікроскопа? 5. Які методи застосовують учені для приготування цитологічних пре паратів? 6. у чому полягають особливості методів фазово-контрастної мікро скопії?

§17. Будова клітин прокаріотів і еукаріотів Єдність будови к л іти н В ідом о, щ о к л іти н и є досить р із н о м а н ітн и м и . їх н я р із н о м а н ітн іс ть н а с тіл ь к и велика, щ о сп о ч а тк у, р озгляд аю чи к л іт и н и в м ік р о ск о п , у ч е н і не п о м іч а л и в н и х с х о ж и х рис або власти востей . А л е п о т ім з ’ ясували, щ о за в с ім р із н о м а н іт т я м к л іт и н к р и ється їх н я п р и н ц и пова єд н ість, с п іл ь н і д ля н и х п рояви ж и т т я . У ч ом у ж к л іт и н и од н аков і? В м іс т будь-якої к л іт и н и від окр ем лен и й від зо вн іш н ьо го середови щ а особливою стр ук ту р о ю — плазматичною мембраною (нлазмалемою ). Ц я в ід о к р е м л е н іс ть дозволяє створ ю вати всереди ні к л іт и н и зо в сім особливе середовищ е, не сх ож е на те, щ о ї ї оточує. Т о м у в к л і т и н і м о ж у ть в ід бувати ся т і процеси, я к і не в ід буваю ться б іл ь ш е ніде, їх називаю ть процесами життєдіяльності. В н у т р іш н є середовищ е ж и в о ї к л іт и н и , обм еж ене п л а зм а ти ч н о ю мембраною , н азивається цитоплазмою. Вона вклю чає гіалоплазму (основну прозору речовину) та клітинні органели, а т а к о ж р із н і не п о с т ій н і с тр у к ту р и — включення. Д о органел, я к і є в б у д ь -я к ій к л іт и н і, н алеж ать т а к о ж рибосоми, на я к и х відбувається си н тез білка. Є д н іс ть будови в с іх к л іт и н є п ід тв е р д ж е н н я м єдності живого світу.

Будова к л іти н еукаріотів Еукаріоти — це о р га н ізм и , к л іт и н и я к и х , на в ід м ін у від к л іт и н п р о к а р іо тів , м аю ть ядро (мал. 17.1). Ядро — це н ай б іл ьш а органела е у к а р іо ти ч н о ї к л іт и н и , у я к ій зб е р іга ється і з я к о ї п ер еп и сується спадкова ін ф о р м а ц ія , записана у хром осом ах. Хромосома — це г і га н тсь к а м о лекула Д Н К , інтегрована з б іл к а м и . У я д р і м іс ти ть с я ядерце — м ісц е , де у твор ю ю ться ін ш і в а ж л и в і органели, щ о беруть участь у си н те зі б іл к а ,— рибосоми. А л е рибосоми

1 0 2

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

лигає ф орм ую ться в я д р і, а п р ац ю ю ть вони (тобто си н те зу ю ть біло к) у ц и то п л а зм і. Ч а сти н а з н и х перебуває в ц и то п л а зм і вільно, а частина п р и к р іп л ю є ть ся до мем бран, щ о утвор ю ю ть с іт к у , я к а д істал а назву ен д оп лазм а ти ч н ої. Ри б о со м и — н ем ем б ран н і органели. Ендоплазматична сітка — це с іт к а к а н а л ьц ів , обм еж ен их м ем бр а н ам и. Існує два ти п и е н д оп л азм а ти ч н ої сітк и : гладенька та гр а н у л я р на. Н а м ем бр ан ах гр а н у л я р н о ї ен д о п л азм а ти ч н о ї с іт к и р озташ овані рибосоми, то м у в н ій від бувається синтез та тр ан сп ортуван н я б іл к ів . А гладенька ен д оп лазм а ти ч н а с іт к а — це м іс ц е си н тезу та тр ан сп ор ту в а н н я вуглеводів і л іп ід ів . Н а н ій рибосом немає. Д л я си н те зу б іл к ів , вугл евод ів та ж и р ів н еобхідн а е н е р гія, я к у в е у к а р іо ти ч н ій к л іт и н і виробляю ть «енергетичні ста н ц ії» к л іт и н и — м іт о х о н д р ії. М ітохондрії — двомем бранні органели, у я к и х здій сн ю ється процес к л іти н н о го ди х а н н я . Н а мем бранах м іто х о н д р ій ок и сн ю ю ть ся ор га н іч н і сп о л у ки та н а к о п и ч у ється х ім іч н а ен е р гія у в и гл я д і особливих ен ергети чних м о л ек у л (А Т Ф ). У к л іт и н і т а к о ж є м ісц е, де о р га н іч н і сп о л у к и м о ж у ть н а к оп и ч у ва ти ся і з в ід к и вони м о ж у ть тр ан сп ор тув ати ся, — це апарат Гольджі, си стем а п л о ск и х м е м бр ан н и х м іш е ч к ів . В ін бере участь у тр ан сп ор ту в а н н і б іл к ів , л іп ід ів , вуглеводів. В ап а р а ті Г о л ь д ж і утвор ю ю ться та к о ж органели в н у тр іш н ь о к л іти н н о го травленн я — л ізосом и . Лізосоми — од ном ем бр ан ні органели, щ о є х а р а к те р н и м и дл я к л і ти н твари н, м іс т я т ь ф ерменти, я к і м о ж у ть р озщ еплю вати б іл к и , в у г леводи, н у к л е їн о в і к и сл о ти , л іп ід и . У с і органели к л іт и н и п р ац ю ю ть сп іл ьн о, беручи участь у процесах о б м ін у речовин та е н е р гії.

Man. 17.1. Будова еукаріотичної клітини: 1 — ядерце; 2 — ядро; 3 — ендоплазматична сітка; 4 — апарат Гольджі; 5 — цитоплазма; б — мітохондрії; 7 — лізосоми

Клітина

103

У к л іт и н і м о ж у ть бути органели, щ о не м а ю ть м е м б р ан н о ї будови, наприклад рибосоми і цитоскелет. Ц и то ек ел е т — це опорно-рухова систем а к л іти н и , щ о вклю чає м ік р о ф іл а м е н ти , в ій к и , д ж г у т и к и , к л і ти н н и й центр, я к и й продукує м ік р о тр у б о ч к и та ц е н тр іо л і. Існ ую ть органели, х а р а кте р н і т іл ь к и д л я к л іт и н р о сл и н ,— плас тиди.

Пригадайте

......................................................

Пластиди бувають трьох типів: хлоропласти, хромопласти та лейкопласти. У хлоропластах, як ви вже знаєте, відбувається процес фотосинтезу. У к л іти н а х рослин є та к о ж вакуолі — п р одукти ж и тт є д ія л ь н о с ті к л іти н и , щ о є резервуарами води та розчинених у н ій сполук. Д о еукаріотичн и х ор га н ізм ів належ ать рослини, тварини та гриби.

Будова к л іти н прокаріотів Прокаріоти — о д н о к л іти н н і о р га н ізм и , у к л іт и н а х я к и х немає оф ормленого ядра та багатьох ін ш и х органел, я к і є в е у к а р іо тів (мал. 17.2). Д л я всіх п р о к а р іо ти ч н и х к л іт и н х а р а кте р н и м и є м а л і р о зм ір и (не б іл ь ш н іж 10 м к м ), збереж ення генетичного м атер іалу у ф орм і к іл ь ц е в о ї м о л ек у л и Д Н К (нуіслеоїду). Д о п р о к а р іо ти ч н и х о р га н ізм ів належ ать б а к те р ії та ц іа н о б а к те р ії, я к і р ан іш е називали синьо-зеленим и водоростям и (мал. 17.3). Я к щ о в п р о к а р іо тів відбувається процес аеробного д и х ан н я , то для цього використовую ться сп е ц іа л ьн і випинання п лазм ати чн ої мембра ни — мезосоми. Я к щ о б а к те р ії ф отосинтезую ть, то процес ф отосинте зу відбувається на ф отосин тетични х мембранах — гилакоїдах.

Мал. 17.2. Будова прокаріотичної клітини: 1 — нуклеоїд; 2 — рибосоми; 3 — джгутик; 4 — цитоплазма; 5 — клітинна стінка

104

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал.17.3. Різноманітні бактерії та ціанобактерії

С ин тез б іл к а в п р о к а р іо тів відбувається на рибосомах, але вони м е н ш і за р о зм ір а м и , н іж рибосоми еу к ар іотів. У п р о к а р іо ти ч н ій к л іт и н і мало органел, ж одн а з н и х не має двом е м бр ан н ої будови, в н у т р іш н і мембрани тр а п л я ю ться р ід к о. Я к щ о вони є, то на н и х від був аю ться процеси д и х а н н я або ф отосинтезу.

Гіпотези походження органел еукаріотичних к л іти н ‘ П р о к а р іо ти ч н і к л іт и н и з ’ яви лися на З е м л і р аніш е, н іж еукаріотичн і. З агальн овизн ан и м є той ф акт, що еу к аріоти з ’яви ли ся в результаті си м б іо зу д е к іл ь к о х р ізн о в и д ів п р о к а р іо тів (бактерій). Симбіотична гіпотеза п оясню є м е ха н ізм в и н и к н е н н я д е я к и х ор га н о їд ів е у к а р іо ти ч н о ї к л іт и н и — м іто х о н д р ій та ф отосин тезую чи х п л асти д . Ім о в ір н о , м іт о х о н д р ії п оходять в ід аеробних еубакте рій , п ласти ди — в ід ц іа н о б а ктер ій , а основна к л іти н а — від я к и х о сь форм архебактерій. Ін ш а гіп о те за — ін в а г ін а ц ій н а — ств е р д ж у є, щ о п о х о д ж е н н я е у к а р іо ти ч н о ї к л іт и н и ви ход и ть із того, щ о предковою ф ормою був аеробний п р ока ріот. О рганели в ньом у в и н и к л и в р езультаті вп и н а н н я та від ш ар у ван н я ч астин оболонки з подальш ою ф ун к ц іо н ал ьн о ю сп е ц іа л іза ц іє ю в ядро, м іт о х о н д р ії, хлоропласти ін ш и х органел. П роблем а п о х од ж ен н я органел зали ш ається в ід кр и тою .

Дізнайтеся більше

......................................................

Найважливіша відмінність еукаріотичних організмів від прокаріотичних полягає в більш досконалій системі регулювання геному. Цьому сприяла поява клітинного ядра: ділянка активного обміну речовин — цитоплазма — відокремилася від ділянки зберіган ня, передавання та реалізації генетичної інформації. У результаті в еукаріотичних організмів різко підвищилася здатність адаптува тися до мінливих умов середовища, без внесення спадкових змін до геному.

Клітина

105

Опорні т о ч к и Д о с тр у к ту р , я к і є в б у д ь -я к ій к л іт и н і, н а л е ж а ть п л а зм а ти ч н а мембрана, ц и топ лазм а та рибосоми. Є д н ість будови в сіх к л іт и н є п ід твердж енням єдн ості ж и в о го св іту . Е у к а р іо т и — це о р га н ізм и , у к л іти н а х я к и х є від м еж ован е двом ем бр ан ною оболонкою ядро. О к р ім ядра, у к л іт и н а х е у к а р іо т ів є т а к і органели, я к м іт о х о н д р ії, пласти ди, апарат Г о л ь д ж і, ендоплаз м а тичн а сіт к а , л ізо со м и , ц и тоске лет та ін ш і органели. П р о к а р іо ти — це о д н о к л іти н н і о р га н ізм и , у к л іт и н а х я к и х немає оф ормленого ядра та багатьох ін ш и х органел, щ о є в е у к а р іо тів . Д л я в сіх п р о к а р іо ти ч н и х к л іт и н х а р а ктер н и м и є м а л і р о зм ір и та збере ж ен н я генети чного м а тер іал у у ф орм і ц и к л іч н о ї м о лек у ли Д Н К — н укл еоїду.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5.

У чому полягають особливості будови клітин еукаріотів? У чому полягають особливості будови клітин прокаріотів? Які характеристики спільні для будь-яких живих клітин? Які функції можуть виконувати органели еукаріотичної клітини? Чим відрізняється метод зберігання спадкової інформації у прока ріотів та еукаріотів? 6. Порівняйте симбіотичну та інвагінаційну гіпотези походження еука ріотичної клітини.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № З

Тема. Особливості будови клітин прокаріотів і еукаріотів Мета: вивчити особливості будови клітин прокаріотів й еукаріотів, на вчитися розпізнавати клітини рослин, тварин, грибів та бактерій на мікрофотографіях, схемах, мікропрепаратах. Обладнання та матеріали: світловий мікроскоп, предметне та на кривне стекла, пінцети, скляні та дерев'яні палички, препарувальні голки, розчин йоду, розчин метиленової зелені з метановою кислотою, склянка з водою; постійні препарати бактерій, цибулина, препарат клі тин гриба мукора; мікрофотографії бактерій, тваринних та рослинних клітин, клітин грибів.

106

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Хід роботи

О знайом теся з і схем ам и будови твари н н ої і рослин н ої к л іти н .

П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи. Завдання 1. Вивчення клітин рослин.

П р и го ту й те препарат к л іти н ш к ір к и цибулі. П ід м ік р оск оп ом ви побачите к л іти н и . Розгляньте їх .

З ам алю й те к л іти н и , я к і ви розглянули п ід м ікроскопом .

П о р ів н я й те побачене п ід м ік р о ск о п о м з м алю нком .

Будова рослинної клітини: 1 — хлоропласти; 2 — пероксисома; З — цитоскелет; 4 — мітохондрія; 5 — вакуоля; б — рибосома; 7 — гладенька ендоплазматична сітка; 8 — гранулярна ендоплазматична сітка; 9 — ядерце; 10 — ядро; 11 — апарат Гольджі; 12 — плазматична мембрана; 13 — клітинна стінка

З робіть висновки.

Завдання 2. Вивчення клітин тварин. ©

П р и го ту й те препарат е п іте л ію ш к ір и ж аби. З поверхні ш к ір и ж аби час від часу ц іл и м и к л а п тя м и зл у щ у ється білувата тон ка п лівоч ка, щ о складається з одного або двох ш ар ів зм е р тв іл и х к л іти н еп ітелію . Ц я п л ів к а за вж д и є в а к в а р іу м і, де у тр и м у ю ть жаб. Н евели ки й ш м аточок п л ів о ч к и (близько 0,5 см 2) по м іс т іт ь у к р а п л и н у води на предметне скло, розправте препару вал ьн и м и го л к а м и від складок та н акри й те н ак р и вн и м склом. Заф арбуйте п л ів к у метиленовою зеленню з метановою кислотою . П іс л я ф арбування кращ е видно ядра к л іти н .

З а м іс т ь препарату е п іте л ію ш к ір и ж аб и м о ж н а зробити препарат е п іте л ію лю ди н и . Д л я цього сл ід провести стер и л ізован ою ск л я н о ю пали чкою по в н у тр іш н ій поверхні щ о к и , перенести зіскребок на пред м етне скло та о тр и м а ти в к р а п л и н і сл и н и препарат е п іте л ію р отової порож нини.

Клітина ©

107

З ам алю й те к л іти н и , я к і ви розглянули п ід м ікр оскоп ом . П о р ів няйте побачене п ід м ік р о ск о п о м з м алю н ком .

Будова тваринної клітини: 1 — мітохондрія; 2 — центріоль; 3 — пероксисома; 4 — гранулярна ендоплаз матична сітка; 5 — гладенька ендоплазматична сітка; 6 — лізосома; 7 — цитоскелет; 8 — рибосоми; 9 — апарат Гольджі; 10 — плазматична мембрана; 11 — ядерце; 12 — ядро

Зроб іть висновки.

Завдання 3. Вивчення Клітин бактерій.

П р и го ту й те препарат к л іт и н бактерій. Д л я цього стерилізованою склян ою або дерев’яною п али ч кою зіскребіть із поверхні зубів б іл я ясен наліт, щ о м іс ти ть бак те р ії, перенесіть його на предм ет не скло та н акри йте н ак ри вн и м склом.

Розгляньте препарат спочатку при малому, а п о тім при великом у збільш енні.

З ам алю й те к л іти н и та їх частини , я к і ви побачили п ід м ік р о скопом.

З робіть висновки.

Завдання 4. Вивчення клітин грибів.

П р и го ту й те препарат к л іт и н грибів. Д л я цього необхідно зібрати п л існ я ву білого кольору з і ш м аточ ка хліба або овочів — м іц е л ій гриба мукора — і п о м іс ти ти ї ї на предметне скло та н ак р и ти на к р и в н и м склом.

Розгляньте препарат спочатку при малому, а п о тім при великом у збільш енн і.

З ам алю йте к л іт и н и та їх частини, я к і ви побачили п ід м ік р о скопом.

Зроб іть висновки.

10Z

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

§ 18. Клітинні мембрани. Транспортування речовин через мембрани. Поверхневий апарат клітини, його функції Клітинні мембрани Біологічні мембрани — це т о н к і с у м іж н і с тр у к ту р и м о л е к у л я р н и х р о зм ір ів , розташ ован і на п оверхн і к л іт и н і су б к л іт и н н и х ч астин , а та к о ж к а н а л ьц ів та п у х и р ц ів , щ о п р о н и зу ю ть протоп лазм у. Н а й в а ж л и в іш о ю ф у н к ц іє ю б іо л о гіч н и х м ем бр ан є р егу л ю ван н я тр а н сп о ртуванн я йонів. м оносахар идів, а м ін о к и сл о т та ін ш и х п р о д у к тів о б м ін у речовин. За д оп ом огою ел ек тр он н ого м ік р о ск о п а та р ен тген остр ук ту р н ого а н а л ізу вченим вдалося показати с п іл ь н іс т ь будови поверхневих к л іт и н н и х мембран, м ембран е н д оп л азм а ти ч н ої с іт к и , м іто х о н д р ій , к л іт и н н и х ядер, л ізосом , п ласти д тощ о. В основі будь-якої мембрани л е ж и ть п од вій н и й ш ар ф осф оліпідів. О днак б іл іп ід н и й ш ар — це щ е не готова мембрана, а л и ш е ї ї основа. Із б іл іп ід н и м ш ар ом м а ю ть зв’ язати ся б іл к и , я к і називаю ть м е м б р а н н и м и б іл к а м и . С аме м е м б р а н н і б іл к и ви зн ачаю ть багато власти вос тей мембран. В х о д я ть до скла ду мембран і вуглеводи, щ о утвор ю ю ть к о м п л е к си з б іл к а м и або л іп ід а м и . С ьогод н і н а й б іл ь ш визнана р ід и н н о -м о за їч н а модель будови м е м б р ани. З гід н о з ц іє ю м оделлю м ем брана ск л а д а ється з ш а р у б іл іп ід ів , у я к о м у п лаваю ть (або за к р іп л е н і) б іл к о в і м о л ек у л и , утвор ю ю чи в н ьом у своєр ідн у м о з а їк у (мал. 18.1). Будова м ем бр ан и від п о відає ї ї ф у н к ц ія м : тр а н сп о р тн ій , бар’є р н ій та р ецеп тор н ій .

Мал. 18.1. Рідинно-мозаїчна модель будови мембрани: 1 — вуглеводи, що об'єднані з білками; 2 — мембранні білки; 3 — біліпідний шар

Клітина

Бар’єрна функція. М ем бр ан а є бар ’ єром , я к и й зап обігає над хо д ж е н н ю до к л іт и н и р із н и х х ім іч н и х речовин та ін ш и х аген тів. Рецепторна функція. П ов ер хн я мем брани має в ел и к и й н абір ре цептор ів, щ о роблять м о ж л и в и м и сп е ц и ф іч н і р е а к ц ії з р із н и м и аген там и . Транспортна функція. Ч ерез м ем бр ан у іде тр ан сп ор т й о н ів і ре човин. П о к р и ва ю ч и к л іт и н у й в ід о кр е м л ю ю ч и ї ї від н авк о л и ш н ьо го сере довищ а, б іо л о гіч н і м ем бран и забезпечую ть ц іл іс н іс т ь к л іт и н та орга нел. В она п ід тр и м у є н е р ів н о м ір н и й р озп оділ й о н ів К а л ію , Н а тр ію , Х л о р у та ін ш и х й о н ів м іж п р отоп лазм ою й н а в к о л и ш н ім середови щ ем . У се р е д и н і к л іт и н и к о н ц е н тр а ц ія й о н ів N a +н и ж ч а , н іж ззовні, а й о н ів К ‘ — н авп аки . В л а с ти в о сті б іо л о гіч н и х м ем бр ан зн ачною м ір о ю ви зн ачаю ть появу та проведення збудж ен н я в нервових і м ’я зових к л іти н а х . Е л е к тр и ч н і яви щ а, п о в’я за н і з м ем бран ам и, в ід ігр а ю ть важ ли ву роль у процесах отр и м у в а н н я е н е р гії, передавання с и гн а л ів та в ін ш и х процесах ж и тт є д ія л ь н о с ті. О собливо важ ли вою м ембраною у к л іт и н і є плазмалема — п оверх нева мембрана. В он а в и ко н у є бар ’ єрну, тр а н сп о р тн у , рецепторну, си гн ал ьн у ф у н к ц ії.

Транспортування речовин через мембрани Існую ть два ак ти вн і процеси, за допомогою я ки х р ізн і матеріали тран спортую ться через мембрану,— екзоцитоз та еидоцитоз (мал. 18.2). Із к л іт и н и речовини виводяться за д опом огою екзоц и тозу — з л и т т я в н у т р іш н ь о к л іт и н н и х бу л ьб аш ок із п л а зм а ти ч н о ю мем браною . Н ап р и к л а д , щоб секретувати ін с у л ін , к л іт и н и , щ о п р о д у к ую ть цей горм он, у п ако вую ть його у в н у т р іш н ь о к л іт и н н і п у х и р ц і, я к і зли ва ю ться із п л азм ати чн ою м ем браною та в ід к р и в а ю ться у зовн іш н ьок л іт и н н и й п р остір , в и в іл ь н я ю ч и п р и ц ь о м у ін с у л ін (мал. 18.2, а).

Зовнішньоклітинний простір

Цитоплазма а

Мал. 18.2. Екзоцитоз (а) та ендоцитоз (б)

110

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Д о к л іт и н и речовини м о ж у ть п отр ап л яти за допом огою ендоцитозу. У процесі е н д оц итозу п л азм ати чн а м ембрана утворю є у в ігн у то с ті та вирости, к о тр і п о тім , відш аровую чись, перетворю ю ться на п у х и р ц і або в ак у о л і (мал. 18.2, б). З ал еж н о від р о зм ір у та в м іс ту бульбаш ок, щ о утворю ю ться, роз р із н я ю ть два ти п и ендоцитозу: — піноцитоз — п о гл и н ан н я р ід и н и та розчин ен и х речовин за доп ом огою н евелики х п ухи р ц ів ; — фагоцитоз — п о гл и н а н н я вел и к и х ч асти н ок, та к и х як м і к р о о р га н ізм и або за л и ш к и к л іт и н .

У ви п адку ф агоци тозу у твор ю ю ться в е л и к і бульбаш ки, щ о н а зи ваю ться ва к у о л я м и . З а в д я к и ф агоци тозу від бувається п огл и н ан н я б а к те р ій , вел и ки х в ір у сів , від м е р л и х к л іт и н о р га н ізм у або ч у ж о р ід н и х к л іти н . М о л е к у л и п р охо д ять через мембрани завдяки тр ьом р ізн и м пр о цесам: п р о стій д и ф у зії, п о л е гш е н ій д и ф у зії, а к ти в н о м у тр ан сп ор ту ванню. Проста д и ф у зія — це пр иклад пасивного тран сп ортуван ня, що п р о х од и ть із зони з б іл ь ш о ю к о н ц е н тр а ц ією м о лек у л до зони з м енш ою к он ц ен тр ац ією . Т обто його н ап р ям ок ви зн ачається л и ш е різни ц ею к о н ц е н тр а ц ій речовини по обидва боки в ід м ем бран и , та к званим гр а д іє н то м к о н ц е н тр а ц ії. Ш л я х о м п р остої д и ф у з ії до к л іт и н и п р о н и к а ю ть н еп ол я р н і (гідроф обні) речовини, р о зч и н н і в л іп ід а х , та д р іб н і н езар ядж ені м о л ек у л и (наприклад, вода). О днак б іл ь ш іс т ь речовин, н еоб хід н и х к л іт и н а м , переноситься че рез мем брану за допом огою занурених у н е ї тр а н сп о р тн и х б іл к ів . Р о з р із н я ю ть д в і основні ф орми тр ан сп ор тув ан н я за допом огою п е реносників: полегш ена д и ф у зія та а к ти вн е тр ан сп ортуван н я. Полегшена д и ф у зія зум овлена гр а д ієн то м к о н ц е н тр а ц ії, і м о леку л и р ухаю ться в ід по відн о до цього гр ад ієн та. П р о те я к щ о м олекула за р ядж ена, то на ї ї тр ан сп ортуван н я впливає я к гр а д ієн т к о н ц е н тр а ц ії, та к і м ем бр ан н и й п отен ц іал.

Клітина

111

Мал. 18.3. Приклад активного транспортування: натрій-калієвий насос

Активне транспортування — це перенесення розчин ени х речовин проти гр а д ієн та к о н ц е н тр а ц ії з в и к о р и ста н н я м е н е р гії А Т Ф . Е н е р гія необхідна то м у , щ о речовина має р у х а ти ся , всупереч своєм у п р ир од н ом у п р агнен н ю р ух ати ся за ди ф у зією , у п р о ти л е ж н о м у н а п р я м к у. П р и к л а д о м м о ж е бути н а тр ій -к а л іє в и й насос. За закон ам и д и ф у зії йони Na* п о стій н о р ухаю ться всередину к л іт и н и , а йони К ' — з к л і ти н и . П о р у ш е н н я н еоб хід н ої к о н ц е н т р а ц ії ц и х й о н ів сп р и ч и н я є за гибель к л іти н и . Д л я запобігання ц ьо м у в з о в н іш н ій м ем бр ан і к л іти н и є сп е ц іа л ьн и й б іл о к, я к и й тр ан сп ортує йони N a f з к л іт и н и , а йони К ' в к л іт и н у проти гр а д ієн та к о н ц е н тр а ц ії з в и к о р и ста н н я м е н е р гії А Т Ф (мал. 18.3). %

Поверхневий а п а р а т к л іти н и ’ Б уд ь-я ки й р ізновид к л іти н п р ока р іотів та е у к ар іо тів складається із трьох частин: поверхневого апарату, ц и топ лазм и, ядерного апарату. Поверхневий апарат клітини ви кон ує тр и ф у н к ц ії, ун івер сал ьн і дл я в с іх р ізн о в и д ів к л іти н : бар’єрну, тр ан сп ортн у, рецепторну. О к р ім того, в о к р е м и х р ізн о в и д а х к л іт и н пор яд із за га л ьн и м и ф у н к ц ія м и в ін м о ж е зд ій сн ю ва ти й н и зк у специф ічн их ф у н к ц ій , п р и та м а н н и х л и ш е дан ом у ти п у к л іт и н (наприклад, м е ха н іч н а тур гор н а ф у н к ц ія к л іт и н н о ї с т ін к и в р осл и н н и х к л іти н а х). П оверхневий апарат к л іти н складається з трьох систем: п л а зм а ти ч н о ї м ем брани, надмем бранного к о м п л е к су і субм ем бранного (тобто підм ем б ранн о го) опорно-скорочувального апарату. Плазматична мембрана, або плазмалема,— це найб ільш п остійна, основна, універсальна для всіх к л іти н система поверхневого апарату. П ід нею розташ ована субмембранна система, я к а бере участь у тр ан с м е м бр ан н ом у тр а н сп о р тув а н н і та р е ц е п ц ії (сп р и й н я ття н а в к о л и ш нього середовищ а к л іти н и ) і є частиною ци топлазм и.

112

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

ІІа д м е м б р а н н і стр у к ту р и поверхневого а п ар ату зд ій сн ю ю ть вза є м о д ію к л іт и н із з о в н іш н ім середовищ ем або з ін ш и м и к л іти н а м и . У пр оцесі е в о л ю ц ії н ад м ем бр ан н і с тр у к ту р и набуваю ть н а й в а ж л и в і ш ого зн ач ен н я і в р е а л із а ц ії ін ш и х сп е ц и ф іч н и х ф ун кц ій : ту р го р н о ї, м е х а н іч н о ї, р у х о в о ї та д е я к и х ін ш и х . У к л іт и н тв ар и н н адм ем бр ан н и й к о м п л е к с, або глікокалікс, пе ребуваю чи в безпосередньом у к о н т а к т і із з о в н іш н ім середовищ ем , в ід ігр а є в а ж л и в у роль у р е ц е п то р н ій ф у н к ц ії к л іт и н . Г л ік о к а л ік с складається з вуглеводів, в ін п о р ів н я н о т о н к и й і еластичн ий . Д о п о х ід н и х и а д м е м б р а н н и х стр у к ту р н а л е ж и ть к л іти н н а стін к а . Ї ї м а ю ть к л іт и н и рослин, гр и б ів і бак те рій . К л іт и н н а с т ін к а рослин м іс т и т ь целю лозу, гр и бів — х іт и н , б акте рій — м ур еїн . Вона достатньо тверда і на в ід м ін у від гл ік о к а л ік с у не сти ска ється . Через к л іт и н н у с т ін к у п р охо ди ть вода, со л і, м о л ек у л и багатьох о р га н іч н и х речовин.

Явище плазмолізу й деплазмолізу в к л іти н ах рослин П л а з м о л із (від грец. p lasm a — ви л іп л ен е , оф ормлене та Lysis — р озкладан н я, розпад) — це в ід д іл е н н я ц и то п л а зм и в ід оболонки при зан у р е н н і к л іт и н и в гіп е р то н іч н и й , тобто к о н ц е н тр о в а н іш и й ззовні, розчин (мал. 18.4). П л а з м о л із х ар а ктер н и й головн и м ч и н о м д л я рос л и н н и х к л іт и н , щ о м а ю ть м іц н у целю лозну оболонку. Я к щ о тв а р и н н і к л іт и н и зан у р и ти в гіп е р то н іч н и й розчин, то вони сти ска ю ться . Ін о д і п л а з м о л із о в а н і к л іт и н и за л и ш а ю ть ся ж и в и м и . Я к щ о за н у р и ти т а к і к л іт и н и у воду, у я к о ї к о н ц е н тр а ц ія солей н и ж ч а , н іж у к л іт и н і, відбувається д е п лазм оліз. Д е п л а з м о л із — це повернення ц и то п л а зм и к л іт и н рослин з і стан у п л а зм о л ізу у в и х ід н и й стан.

Мал. 18.4. Плазмоліз і деплазмоліз під мікроскопом

Клітина

113

Опорні т о ч к и Б іо л о г іч н і мем брани — це т о н к і с у м іж н і стр у к ту р и , щ о р озташ о ван і на поверхні к л іт и н та с у б к л іти н н и х ч асти н ок, а т а к о ж к а н а л ьц ів та бульбаш ок, щ о п р он и зу ю ть ц и топ л азм у. Д о б іо л о гіч н и х ф у н к ц ій м ембран н а л е ж а ть тр ан сп ортн а, бар’єрна та рецепторна ф у н к ц ії. У в и к о н а н н і ц и х ф у н к ц ій бере участь та к о ж поверхневий апарат к л іт и н и , я к и й складається з трьох систем: п л аз м а т и ч н о ї м ем бр ан и , н ад м ем бр ан н ого к о м п л е к с у , субм ем бр ан н ого ком п лексу.

Запитання для кон трол ю і самоконтролю 1. У чому полягають особливості ендоцитозу? 2. Чим активне транспортування через мембрану відрізняється від пасивного? 3. Порівняйте поверхневий апарат клітин рослин і тварин. 4. Порівняйте різні види мембранного транспортування. 5. Як структура мембрани пов'язана з ї ї функціями?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Тема. Спостереження явища плазмолізу та деплазмолізу в клітинах рослин Мета: переконатися, що в клітинах рослин відбувається рух цитоплаз ми, поспостерігати за процесом плазмолізу й деплазмолізу. Обладнання та матеріали: світловий мікроскоп, предметні й покрив ні стекла, градуйовані піпетки, пінцети, препарувальні голки, фільтру вальний папір, дистильована вода, 9%-й водний розчин натрій хлори ду, листок елодеї. Хід роботи

П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи.

П р и го ту й те предметне скло. За допомогою п іп е тк и нан есіть на нього краплю води.

П р и го ту й те препарат ж и в и х к л іти н л и стк а елодеї: ц іл и й ли сток елодеї пок лад іть на предметне скло, накри йте накри вн им .

Розгляньте препарат при м алому збільш енні мікроскопа. Знайдіть на препараті тон ку ділянку, де добре видно кліти ни. Розгляньте знайдену д іл я н к у при великому збільш енні. Замалю йте її.

1 1 4

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

З в е р н іть у вагу на те, щ о ц и топ лазм а п р и ти сн у та до к л іт и н н и х с т і нок. К л іт и н и перебуваю ть у ста н і повного насичення водою — ста н і тургору. ©

Щ об поспостерігати яви щ е п лазм олізу — відш арування ц и то п лазм и із вклю ч ен н ям и від к л іти н н о ї стін к и , — з а м ін іт ь воду п ід покри вн им скло м на розчин н атр ій хлориду. К а п н іть п іп е т кою розчин н а тр ій хлориду на край на кривного скла, а з ін ш ого боку п р и к л ад іть ф іл ьтр увальн и й п ап ір дл я видалення води з-під накривного скла. З ам алю йте побаче не. П о р ів н я й те побачене з м ікроф огограф ія м и . Щ об поспостерігати явищ е деплазм олі зу — відновлення об’єм у ц и топлазм и, — з а м ін іт ь розчин н атр ій хлориду п ід по к р и вн и м скло м на ди стильован у воду. З а м алю йте побачене. П о р ів н я й те побачене з м ік р оф отогр аф іям и .

З робіть висновок.

§19. Ядро. Будова ядра. Функції ядра Будова ядра Я д е р н и й ап арат е у к а р іо ти ч н и х к л іт и н м ає н и зк у особливостей. У н ьом у Д Н К -в м іс н и й к ом п он е н т від окр ем лен и й від ц и топ л азм и спе ц іальн ою ядерною оболонкою , Д Н К у я д р і е у к а р іо тів у т и с я ч і разів б іл ь ш е , н іж у ск л а д і н у к л е о їд ів б а к те р ій , вона утворю є ск л а д н и й ком п ле кс із б іл к а м и , я к и й називаю ть х р о м а ти н о м . Х р о м а ти н є стр у к ту р н и м к ом п он ентом хром осо м . У ядрах не відбувається си н тез б іл к ів , у н и х си н те зу ю ться л и ш е м о лек у ли Д Н К й Р Н К .

Пригадайте

.................................................... .

Термін «ядро» вперше використав Роберт Броун у 1833 р. для по значення кулястих постійних структур у клітинах рослин. Пізніше таку саму структуру описали в усіх клітинах еукаріотичних орга нізмів. У к л іт и н і зазвичай одне ядро, але тр а п л я ю ться й б агатоядерн і к л і ти н и . Я др о вклю чає в себе ядерну оболонку, щ о від окр ем лю є його від ц и то п л а зм и , х р о м о со м и , ядерце, яд е р н и й б іл к о в и й ск е л е т — м а тр и к с, к а р іо н л а зм у (або ядерний сік ) (мал. 19.1).

Мал. 19.1. Схема будова ядра (о): 1 — зовнішня мембрана; 2 — внутрішня мембрана; 3 — мембрани гранулярної ендоплазматичної сітки; 4 — ядерце; 5 — ядерні пори; 6 — хроматин; мікрофотографія (б)

Оболонка ядра складається із двох мембран — зо в н іш н ь о ї та вн у т р іш н ь о ї. З о в н іш н я ядерна мембрана з п оверхн і, зверненої до ц и то п лазм и , має на собі рибосоми, в н у тр іш н я мембрана є гладкою . В н у т р іш н я мембрана к о н та к ту є із х р о м о со м н и м м а тер іал о м ядра. Ядерна оболонка має пори, через я к і відбувається транспорт речовин. Головн и й ком п он ен т ядра — хроматин (від грец. chroma — забарв лення, к о л ір ) — є стр уктур ою , щ о виконує генетичну ф у н к ц ію к л іт и ни, він ф ормує хром осом и. Х р о м а ти н м іс ти ть спадкову ін ф о р м ац ію про розвиток о р га н ізм у , забезпечую чи ї ї збереж ення й реалізац ію , в ід ігр а є к е р ів н у роль у ж и т т є д ія л ь н о с т і к л іт и н и . Х р о м а ти н ск л а дається із Д Н К , об’єд н ан ої з б іл к а м и . В ін м о ж е перебувати у двох стр ук ту р н о -ф у н кц іо н ал ьн и х станах: у робочому, коли він бере участь у си н те зі н у кл еїн о ви х к и сл о т (тоді його не м о ж н а побачити у с в ітл о вий м ік р о ск о п ), і в неакти вн ом у, коли цей синтез не відбувається, а к л іти н а д іл и ться (тоді його м ож на побачити у світловий мікроскоп). П ід час п о д іл у к л іт и н и х р о м а ти н м а к си м а л ьн о конденсований та ви я вл я ється у в и гл я д і щ іл ь н и х тіл е ц ь — хром осом . Т а к і хром осо м и не є а к ти в н и м и і не беруть у ч а сті в си н тезі Д Н К або Р Н К . Ядерце є д іл я н к о ю хром осо м и , на я к ій відбувається си н тез рибосо м н и х Р Н К та утворення рибосоми. У ядрах р із н и х к л іт и н , а та к о ж у я д р і о д н іє ї й т іє ї са м о ї к л іт и н и залеж н о в ід ї ї ф ун к ц іо н а л ь н о го стану к іл ь к іс т ь ядерець м о ж е к ол и в а ти ся від 1 до 5 — 7 й більш е. М іж у сім а к о м п о н е н та м и ядра розташ ований р ід к и й к о м п о н е н т к л іт и н н о го ядра — каріоплазма (або ядерн и й сік ), у я к ій від бува ється багато б іо х ім іч н и х процесів. У каріоплазма є в іл ь н і н уклеотиди, н е о б хід н і д л я побудови м о лекул Д Н К й Р Н К , а м ін о к и сл о ти , у сі види Р Н К , а та к о ж п р о д у к ти д ія л ь н о с т і ядерця та х р о м а ти н у , щ о тр ан сп о р тую ться п о т ім у ц и топ л азм у. Я д р о бере участь у збереж енні, передаванні та р е а л із а ц ії сп адкової ін ф о р м а ц ії, а та к о ж у р егулю ван н і процесів о б м ін у речовин, щ о в ід буваю ться у к л іт и н і.

116

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Б е з’ядерна к л іт и н а не м о ж е довго існ у в а ти , і ядро та к о ж не здат не до са м о стій н о го існ у в а н н я , том у ц и топ лазм а та ядро утвор ю ю ть взаєм оп ов’язан у й взаєм озалеж н у систему.

Історія в ід к р и т т я функцій ядра Значення ядра я к схови щ а генетичного м атер іалу було встановлене експери м ентально. Н ім е ц ь к и й біолог Х а м м е р л ін г продемонстрував н а й в а ж л и в іш у роль ядра в експерим ентах на о д н о к л іти н н ій м о р ськ ій водорості ац е та б у л я р ії. Р із н і види а ц е та б у л я р ій в ід р ізн я ю ть ся п ер ед усім будовою «ш а п оч ки » . У середзем ном орської а ц е табу л яр ії, наприклад, «ш апочка» к р у гл а й у в ігн у та , а в а ц е та б у л я р ії В е ттш те й н а вона р озсічен а на л о п а ті і сх ож а на к в іт к у . Б ул о проведено та к и й експеримент: н іж к у без «ш апочки» від се редзем н ом орської а ц е та б у л я р ії пересадили на ризоїди а ц е та б у л я р ії В еттш те й н а. О тр и м а л и «вегетативний гібри д». В ін ш ви дко надбуду вав с о б і«ш ап оч к у », і вона виявилася розсіченою на лоп аті. Ц е означа ло, щ о саме ядро визначає особливості будови «ш апочки» (мал. 19.2).

Опорні т о ч к и Я др о е у к а р іо ти ч н о ї к л іт и н и вклю чає в себе ядерну оболонку, щ о в ід д іл я є його від ц и топ л азм и , хром осом и, ядерце, ядерн и й б іл к о в и й скелет — м а тр и к с, к а р іо п л а зм у (або ядерни й сік). Я др о бере участь у збереж енні, передаванні та р е а л із а ц ії сп адкової ін ф о р м а ц ії, а та к о ж у р егулю ванн і процесів о б м ін у речовин, щ о в ід буваю ться в к л іт и н і.

Мал. 19.2. Схема експерименту на одноклітинній морській водорості ацетабулярії

Клітина

Запитання для контролю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Які функції виконує клітинна оболонка? Що є головним компонентом ядра? Які особливості є характерними для ядерного апарату клітини? Які функції в ядрі виконує ядерце? Чому без'ядерна клітина не може довго існувати? Як хімічний склад хроматину пов'язаний із його функціями?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5*

Тема. Мікроскопічна й ультрамікроскопічна будова ядра Мета: розглянути мікроскопічну та ультрамікроскопічну будову ядра. Обладнання та матеріали: світловий мікроскоп, постійні препарати рослинних і тваринних клітин, на яких можна розглянути мікроско пічну та ультрамікроскопічну будову ядра, фотографії із зображенням мікроскопічної та ультрамікроскопічної будови ядра. Хід роботи О

П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи.

Розгляньте на препаратах основні компоненти ядра: оболонку, хром ати н, ядерце, хромосоми. З ам алю й те їх . Зроб іть висновок про значення ц и х стр уктур .

Розглян ьте на ф отограф ії зображ ення ядерної оболонки з пора ми. З ам ал ю й те побачене.

З робіть висновок про значення ц и х стр уктур .

§ 20. Будова клітин прокаріотів. Нуклеоїд прокаріотичних клітин Прокаріотичні організми Будова п р окаріотичних організм ів дуж е проста, том у їх виокрем лю ю ть у самостійне царство Д р об’янки. Т и п о в і п р ока ріоти ч н і к л іти н и — це бактерії. Р о зм ір и бактеріальних к л іти н коливаю ться від 1 до 10— 15 м к м . За ф ормою в и д іл яю ть к у л я сті к л іти н и — коки , в и тя гн у ті — палички, або бацили, та зви ті — сп ір ил и. Існ ую ть і ін ш і ф орми бактерій (мал. 20.1).

11Z

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Бацили

Спірили

Коки

Мал. 20.1. Різноманітні форми бактерій

Залежно від того, до якого виду належать мікроорганізми, вони іс ную ть або окремо, або утворюють характерні скупчення. Наприклад, стрептокок (мал. 20.2), що спричиняє запальні захворювання в людини й тварин, утворює ланцю ги з декількох бактеріальних клітин; стафіло кок, що уражає дихальні ш ляхи в дітей, існує у вигляді утворень, я к і нагадують виноградне гроно (мал. 20.3). За характером таких скупчень бактеріальних к л іти н і за особливостями їх н ь о ї ж и ттєд іял ьн о сті м і кробіологи мож уть визначити, до якого виду належить мікроорганізм. С таф іл ок ок и є повсю дно пош и рен им и м ік р о о р га н ізм а м и , частина з них ж и ве на ш к ір і й сл изови х оболонках, не сп р и ч и н я ю ч и нега ти в н и х н а сл ід к ів. Захворю вання у лю дини най ч астіш е зум овл ю ю ть п атогенн і види, часто с т ій к і до а н ти б іо ти к ів. Д л я багатьох п р о к а р іо тів характер ним є сп ороутворен н я. Спори утвор ю ю ться, я к правило, через брак п о ж и в н и х речовин або н ак о п ичення в середовищ і н а д л и ш к ів п р о д у к тів о б м ін у речовин. Спора оточена к л іти н н о ю с тін к о ю , часто багатош аровою . П роцеси ж и т т є д і я л ь н о сті всередині спор п р а кти ч н о п р и п и н я ю ться (мал. 20.4).

Дізнайтеся більше

......................................................

Спори бактерій у сухому стані дуже стійкі. У такому стані вони зберігають життєздатність багато сотень і навіть тисячі років, ви тримуючи різкі коливання температури.

Мал. 20.2 Стрептококи

Мал. 20.3. Стафілококи

Мал. 20.4. Спори бактерій

Клітина

Будова к л іти н прокаріотів К л іт и н и п р о к а р іо тів м а ю ть к л іт и н н у с т ін к у . Вона надає к л іт и н і певної ф орм и, захищ ає ї ї в м іс т від вп ли ву н есп р и я тл и в и х умов се редовищ а та ви кон ує н и зк у ін ш и х ф у н к ц ій . О снову к л іт и н н о ї с т ін к и бак те рій , я к і всіх п р о к а р іо тів , стан ови ть п олісахари д м ур еїн . У се р е д и н і б а к те р іал ьн о ї к л іти н и о см о ти ч н и й ти ск у д е к іл ь к а ра зів, а ін о д і й у д е ся тки разів ви щ и й , н іж у з о в н іш н ь о м у середовищ і. Т о м у к л іт и н а ш ви д к о розірвалась би, як би не була захищ ен а такою м іц н о ю стр ук ту р о ю , я к к л іти н н а стін к а . Б агато в и д ів б ак те р ій о то че н і слизовою капсулою , я к а с л у ж и ть до даткови м зах и стом для к л іт и н . Т овщ и н а к ап сули м о ж е в багато ра зів перевищ увати д іа м е тр са м о ї к л іти н и , а ін о д і вона н а стіл ьк и тон ка, щ о ї ї м о ж н а побачити л и ш е завдяки е л ектр он н ом у м ік р о ск о п у . К а п сула не є обов’язковою частиною к л іти н и , вона утвор ю ється залеж но від умов, у я к і п отрапляє бактерія. Вона с л у ж и ть зах и сн и м покривом та бере у ч асть у водном у о б м ін і, за п обігаю ч и ви си х а н н ю к л іт и н и . За х ім іч н и м складом кап сули н ай ч астіш е є п олісах ари дам и . Б а к т е р ії часто м а ю ть о р ган оїд и р уху — д ж г у т и к и , к іл ь к іс т ь я к и х м о ж е б у ти від 1 до 50 (мал. 20.5). В одних б ак те р ій д ж г у т и к и роз таш ован і на од н ом у к ін ц і к л іти н и , r ін ш и х — на двох або на всій п оверхн і. С п осіб р о зташ у ван н я д ж г у т и к ів є о д н ією з х а р а ктер н и х ознак п ри к л а с и ф ік а ц ії р у х о м и х форм бактерій . У ц и то п л а зм і водних і ґр ун тови х бактерій , я к і не м а ю ть д ж г у т и к ів , є газо ві вак у о л і. Р е гу л ю ю ч и к іл ь к іс т ь газу у в а к у о л я х , водні б а к те р ії м о ж у т ь зан у р ю вати сь у то в щ у води або п ід н ім а т и с я на ї ї поверхню , а ґр у н то в і — пересуватися в к а п іл я р а х ґр у н ту .

Мал. 20.5. Різні бактерії з джгутиками

Мал. 20.6. Кільцева молекула ДНК, розташована у нуклеоїді (а), може додатково спіралізуватися (6)

120

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

У ц и то п л а зм і к л іт и н б а к те р ій часто м іс тя ть с я гр анули р із н о ї ф ор м и та р о з м ір ів . Ц е за п а сн і речови н и — п о л іса х а р и д и (н ап ри кл ад к р о х м ал ь, гл ік о ге н ), ж и р и , поліф осф ати, сір к а . Ц і речовини, в к л ю ч аю ч и сь в о б м ін н і п роцеси, м о ж у т ь п ід т р и м у в а т и ж и т т я к л іт и н и за в ід су тн о с ті з о в н іш н іх дж ерел ен е р гії.

Нуклеоїд прокаріотичн ої к літин и С падкова ін ф о р м а ц ія п р о к а р іо тів м іс т и т ь с я в н у к л е о їд і. « Н у к леоїд» означає « п о д іб н и й до ядра». У н ь о м у р озташ ована вел и ка кільцева дволанцюгова молекула Д Н К , довж ина я к о ї у 700— 1000 ра зів перевищ ує д о в ж и н у са м о ї к л іт и н и (мал. 20.6). Н у к л е о їд не має м ем брани, ядерц я та набору хром осом . Ф а к ти ч н о це частин а ц и то п лазм и, де р озташ ована к іл ьц е в а Д Н К . К р ім того, у б іл ь ш о с ті п р о ка р іо т ів у ц и то п л а з м і є щ е й д р іб н і к іл ь ц е в і м о л ек у л и Д Н К , щ о м а ю ть назву п л а зм ід . У бакте рій Д Н К упакована м енш щ іл ь н о , на в ід м ін у від Д Н К справ ж н іх ядер.

Опорні т о ч к и П р о к а р іо т и ч н і о р га н із м и д а в н і та м а л і за р о з м ір а м и . К л іт и н и п р о к а р іо тів о то ч е н і к л іт и н н о ю ст ін к о ю . Б а га то в и д ів б а к те р ій м а ю ть зо вн і слизову к ап сулу, щ о с л у ж и ть за х и с н и м п ок р и вом к л іт и н и й бере участь у водн ом у о б м ін і, за х и щ а ю ч и к л іт и н у від ви си хан н я . Основна о собли вість будови п р о к а р іо тів — це в ід с у тн іс ть ядра та н а я в н ість н у кл еоїд у , щ о ви кон ує його ф у н к ц ії.

Запитання для кон трол ю і самоконтролю 12. 3. 4.

Які функції виконує клітинна стінка прокаріотів? Які характеристики прокаріотів є важливими для їх класифікації? Що ви знаєте про органели руху прокаріотів? із чого складається нуклеоїд прокаріотичних клітин?

5. Чим відрізняються грампозитивні та грамнегативні бактерії? 6. У чому полягає подібність і відмінності прокаріотичних та еукаріо тичних клітин?

Теми для проектної і групової роботи 1. Історія вивчення клітини. 2. Сучасні методи цитологічних досліджень (на вибір учнів). 3. Практичне значення цитологічних досліджень (на вибір учнів).

12! Тема 2. Цитоплазма та її компоненти Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: •

мембранні і немембранні органели еукаріотичної клітини та їхні функції;

•

процеси синтезу білка;

•

процеси гліколізу і клітинного дихання;

•

процес фотосинтезу.

Навчитеся: •

характеризувати цитоплазму, ї ї складові;

•

пояснювати значення гліколізу, фотосинтезу, клітинного ди хання:

•

застосовувати знання про вплив факторів зовнішнього сере довища на клітини для профілактики захворювань людини.

§ 21. Цитозоль (гіалоплазма), органели, включення Ц итозол ь (гіалоплазма) Цитоплазма — це позаядерна частин а к л іт и н и ж и в и х о р га н ізм ів . Цитозоль (гіалоплазма) — це ч астин а ц и топ лазм и , щ о займ ає п ростір м іж м е м бр ан н и м и органелам и. Зазвичай цей п р о стір займ ає близько п оловин и загального об’є м у к л іт и н и . Д о складу ц и то зо л я вх о д ять рибосоми, ф ерменти та ін ш і б іл к и . О с к іл ь к и б іл к и стан овля ть бл изько 20 % м аси ци тозоля, п р а в и л ь н і ш е буде у я в л я ти його я к ви сокоор ган ізован и й гель, а не я к розчин ф ерм ентів. Ц и то п л а зм а п о стій н о р ухається, п ер етікає всередині ж и в о ї к л іт и н и , пересуваю чи разом із собою р із н і речовини, в к л ю ч е н н я та орга н оїди . Ц е й рух н азивається ц и кл озом . У м ертви х к л іт и н а х ц и кл оз п р и п и н яється. Ц и то п л а зм а здатна до росту та від твор ен н я і за ум ови ч астк ово го видалення м о ж е від н о вл ю ва ти ся. О дн ак н ор м ал ьн о ф у н к ц іо н у є ц и то п л азм а т іл ь к и в п р и с у тн о сті ядра. Без нього ц и то п л а зм а дов го існ у в а ти не м о ж е , та к само я к і ядро без ц и то п л а зм и (мал. 21.1). Н а й в а ж л и в іш а роль ц и то п л а зм и п олягає в об’єд н а н н і в с іх к л іт и н н и х стр у к ту р та забезпеченні їх х ім іч н о ї взаєм од ії. А д ж е саме в ц и то п л а з м і відбувається б іл ь ш іс т ь процесів ж и т т є д ія л ь н о с т і к л іт и н и .

/22

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 21.1. Особливо важливу роль цитоплазма відіграє у яйцеклітині, визначаючи разом із ядром майбутній розвиток зиготи

Органели і включення Органелами н азиваю ться стр у к ту р и к л іт и н и , я к і п о стій н о в н ій п р и су тн і, м а ю ть певну будову, м ісц ер о зташ уван н я та ви кон у ю ть пев н і функції. Органели, п остійн о присутн і в усіх к л іти н а х , називаю ть органелами загального значення. Ін ш і органели п р и сутн і л иш е в деяки х к л іти н а х у зв ’я зк у з ви ко н ан н ям певних сп ециф ічн их д л я ти х к л іт и н ф ун к ц ій . Т а к і органели називаю ться орган елам и сп еціальн ого значення. О р ган ел и ц и то п л а з м и за будовою п о д іл я ю ть ся на м е м б р а н н і та нем ем бранні.

М ем б р ан н і органели є з а м к н е н и м и к о м п ар там ен та м и (в ід сік а м и ), обм еж еним и мембраною . Н ем ем бр анн і органели не є к л іти н н и м и к о м п ар там ен там и й м а ю ть ін ш у будову. Включення цитоилазми — це необов’ я зк о в і к о м п он е н ти к л іт и н и , щ о в и н и к а ю ть та зн и к а ю ть залеж н о в ід а к ти в н о сті о б м ін у речовин у к л іт и н і (мал. 21.2, 21.3).

Цитоплазма та ї ї компоненти

Мал. 21.2. Жирові включення в клітинах печінки: 1 — жирові включення (чорні кульки); 2 — ядра клітин

Мал. 21.3. Клітини печінки: 1 — включення глікогену (червоне забарвлення); 2 — ядро клітини

В и д іл я ю ть к іл ь к а ви дів вклю чень. До трофічних включень належать краплинки нейтральних ж ирів, що можуть накопичува тися у цитоплазмі та використовуватися за не обхідності. І н т и м видом трофічних включень е глікоген — полісахарид, який також може відкладатися в гіалоплазмі.

Секреторні включення — утворення логічно

різних

активні

розмірів, речовини,

зазвичай округлі що містять біо які

утворюються

в клітинах у процесі життєдіяльності.

Екскреторні включення не містять будь-яких ферментів або інш их активних

речовин. За

звичай це продукти обміну речовин, що підля гають видаленню із клітини.

Пігментні включення —

це каротин, пилові

частинки, барвники, гемоглобін, меланін. їх наявність у цитоплазмі може змінювати колір тканини чи органа тимчасово або постійно.

Опорні т о ч к и Ц и то зо л ь (гіалоп лазм а) — це ч асти н а ц и топ л азм и , щ о займ ає пр о с т ір м іж м е м б р ан н и м и органелам и. В она об’єднує ц і органели і забез печує їх н ю взаєм одію . О р ган ел ам и н азиваю ться стр у к ту р и , я к і п о стій н о п р и с у тн і в к л і т и н і, м а ю ть певну будову, м ісц е р о зта ш у в а н н я й в и к о н у ю ть п евн і ф у н к ц ії. В к л ю ч е н н я ц и то п л а зм и — це необов’я зк о в і ком п о н е н ти к л іт и н и , щ о в и н и к а ю ть та зн и к а ю ть залеж но від а к ти в н о сті о б м ін у речовин у к л іт и н і.

124

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Запитання для кон тр ол ю і самоконтролю 12. 3. 4. 5. 6.

Із чого складається цитозоль? Які включення є у клітинах і яку роль вони виконують? Що називається циклозом? Чи здатна цитоплазма функціонувати за умови відсутності ядра? Чим мембранні органели відрізняються від немембранних? Які критерії застосовують цитологи для класифікації органел?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

Тема. Рух цитоплазми в клітинах рослин Мета: переконатися, що в клітинах рослин відбувається рух цито плазми. О бладнання та матеріали: світловий мікроскоп, предметне та на кривне стекла, пінцети, препарувальні голки, фільтрувальний папір, дистильована вода, 9%-й розчин натрій хлориду, листок елодеї. Хід роботи П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи. П р и го ту й те препарат ж и в и х к л іти н л и стк а елодеї. Д л я цього ц і л и й ли сток елодеї п о к л ад іть на предметне скло у к р а п л и н у води, н акри йте його н ак р и вн и м склом. Розгляньте препарат при м а лом у зб іл ь ш е н н і м ікр оскоп а. З н а й д іть на препараті то н к у д іл я н ку , де добре видно к л іти н и . Р о з гляньте цю д іл я н к у при вел иком у збільш ен н і. З ам алю й те її. З верн іть у вагу на те, щ о ци топлазм а п р и ти сн ута до к л іти н н и х стін ок. К л іт и н и перебуваю ть у ста н і повного насичення водою — у ста н і тургору. П р и вел и ком у зб іл ь ш ен н і м ік р оск оп а м ож н а побачити рух ц и топ л азм и та хлоропластів. Я к щ о треба, м о ж н а п ід іг р іт и препарат до +38— 40 °С, уводячи п ід накривне скло теплу воду або поклавш и його на д е к іл ь к а х ви л и н п ід у в ім к н е н у н астіл ьн у лампу. З ам алю й те схем у руху хлоропластів. Зробіть висновки.

Цитоплазма та ї ї компоненти

125

§ 22. Немембранні органели: цитоскелет. Клітинний центр. Рибосоми Ц и то с к е л е т і органели руху Цитоскелет — це к л іт и н н и й к а р к а с, або скел ет, р озташ ов ан и й у ц и то п л а зм і ж и в о ї к л іт и н и . В ін п р и с у т н ій у к л іт и н а х і е у к а р іо тів , і п р о ка р іо тів. Ф у н к ц ія м и ц и тоскелета є п ід тр и м у в а н н я й ад а п та ц ія ф орми к л іт и н и до з о в н іш н іх вп ли вів, у ч асть в ек зо ц и то зі та ендоцитозі, забезпечення р ух у к л іти н и я к ц ілого, акти вне в н у тр іш н ь о к л іти н н е тр ан сп ортуван н я та к л іт и н н и й п оділ. Ц и то ск е л е т утворений б іл к а м и . В ін скла дається з тр ьо х осн овних к о м п о н е н тів : м ік р о ф іл а м е н т ів , п р о м іж н и х ф іл а м е н тів , м ік р о тр у бочок (мал. 22.1). Мікрофіламенти — це т о н к і б іл к о в і н и т к и д іа м е тр о м 5 — 8 н м , щ о м іс тя ть с я п р акти ч н о в у с іх ти п а х к л іти н . З ал еж н о від х ім іч н о го складу м ік р о ф іл а м е н ти м о ж у ть ви кон увати ф у н к ц ії цитоскелета і брати у ч асть у забезпеченні руху. М ік р о ф іл а м е н ти є в н у т р іш н ь о к л іт и н н и м и ск о р о тл и в и м и ап аратам и, щ о забез печую ть р у х о м іс ть к л іт и н п ід час пересування. Мікротрубочки є п о р о ж н и сти м и ц и л ін д р а м и діам етр ом 25 нм. В они в ід ігр а ю ть важ л и ву роль у в н у тр іш н ь о к л іти н н о м у тр ан спортуван ні та п о д іл і к л іти н . У ц и то п л а зм і м ік р о тр у б о ч к и утвор ю ю ть веретено к л і ти н н о го п од іл у. М ік р о тр у б о ч к и т а к о ж входять до складу ц е н тр іо л і, є осн овн им и с тр у к ту р н и м и ел ем ен там и в ій о к і д ж г у т и к ів . В а ж л и в е ф ун кц іон альн е значення м ік р о тр у б о ч о к ц и топ л азм и по лягає т а к о ж у створ ен н і ел астичного і водночас с т ій к о го в н у тр іш н ь о к л іти н н о го каркаса (цитоскелета), н еобхідного д л я п ід тр и м у в а н н я ф орм и к л іти н и .

Зовнішня мембрана клітини

Мікротрубочки

Мікрофіламенти б Мал. 22.1. Цитоскелет клітини: а

модель; б — мікрофотографія

і 26

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Проміж ні філаменти забезпечую ть м е х а н іч н у м іц н іс т ь к л іт и н , їх в ід р о с тк ів , беруть у ч асть в у твор ен н і м іж к л іт и н н и х к о н та к тів . Війки та джгутики — це сп е ц іа л ьн і органели руху, щ о є в д е я ки х к л іти н а х . У св ітл о в о м у м ік р о с к о п і ц і органели м а ю ть в и гл яд то н к и х в и р остів к л іт и н . Д о в ж и н а в ій о к — 5 — 10 м к м , а д о в ж и н а д ж г у т и к ів м о ж е ся га ти 150 м к м . В іл ь н і к л іт и н и , щ о м а ю ть в ій к и та д ж г у т и к и , зд а тн і р у х а ти ся , а н е р у х о м і к л іт и н и р ух о м в ій о к м о ж у ть п е р е м іщ а ти р ід и н у й д р іб н і ч а сти н к и .

Клітинний ц е н т р Клітинний центр (мал. 22.2) є універсальн ою нем ем бранною органелою е у к а р іо ти ч н и х к л іт и н . В ін представлений центросом ою — щ іл ь н о ю ч а сти н к о ю р о зм ір о м близько 0,7 м к м та центросф ерою — б іл к о в и м и н и т к а м и , щ о р озхо д яться в ід цен тро сом и , — м ік р о тр у бочкам и . Д о ск ла ду к л іти н н о го центру вх одя ть д в і ц е н тр іо л і. К о ж н а центр іол ь — це ц и л ін д р р о зм ір о м близько 1 м к м , по к ол у я к о го р о зта ш о ван і дев’я ть тр и п л е тів м ік р о тр у б о ч о к (мал. 22.3). Ц е н тр іо л і р о зташ о вую ться п ід п р я м и м к у то м одна до одної. К л іт и н н и й цен тр в ід ігр а є в аж л и ву роль в о р га н із а ц ії цитоскелета, о с к іл ь к и ц и то п л а зм а ти ч н і м ік р о тр у б о ч к и розходяться в у с і боки з ц іє ї д іл я н к и . П ід час п ід го то в к и к л іт и н до п о д іл у від бувається подвоєння центр іолей . Ц е н т р іо л і р озхо дяться, і поряд із к о ж н о ю ш л я х о м самозбир ан ня ф орм ується нова цен тріол ь. В ід цен тріол ей тя гн у ть с я м ік р о тр убоч ки , щ о у тво р ю ю ть веретено п од іл у. Ч а сти н а н и то к веретена п р и к р іп л ю є ть ся до хром осом .

ядро Мал. 22.2. Клітинний центр

Мал. 22.3. Центріоль: а — модель; б — мікрофотографія

Цитоплазма та ї ї компоненти

127

В л асн а ф у н к ц ія ц е н тр іо л е й п о л я га є в то м у , щ о вон и н е о б х ід н і д л я ф орм ування д ж г у т и к ів і в ій о к . П іс л я р уй н ув ан н я ц е н тр іо л і не п он овл ю ю ться, і к л іт и н а втрачає зд а тн ість утвор ю вати ц і ор га нели руху. У к л іт и н а х в и щ и х рослин ц е н тр іо л і в ід су тн і, то м у в них немає д ж г у т и к ів або в ій о к.

Рибосоми ' Рибосома — це органела, на я к ій в ідбувається си н те зуван н я білка. Н а в ід м ін у від ін ш и х органел, рибосом у к л іт и н і величезна к іл ь к іс т ь , о с к іл ь к и к л іт и н і необхідно си н те зу вати багато б іл к ів . Гр у п а, що вклю чає до к іл ь к о х д е с я т к ів рибосом, я к і п о єд н а н н і з од н ією іР Н К , називається полісомою. У м іт о х о н д р ія х і хлор оп ластах є рибосоми, м е н ш і за р о зм ір а м и , н іж т і, щ о м іс тя ть с я в ц и то п л а зм і. Х а р а к те р и сти к а рибосом подана у табл. 4.

Таблиця 4 Характеристика рибосом Дата відкриття

1953 р.

Для яких організмів характерні

М істяться в клітинах усіх живих орга нізмів

Форма

М ікроскопічні тільця округлої форми

Діаметр

15— 20 нм

Будова однієї рибосоми

Кожна рибосома складається із двох не однакових за розмірами частинок: малої та великої субодиниць (мал. 22.4)

К ількість п одній клітині

Багато тисяч

Наявність мембрани

Н і, це немембранна органела

Розташування в кліти н і

На мембранах гранулярної ендоплазма тичної сітки або вільно в цитоплазмі, усередині мітохондрій та пластид

Х ім іч н и й склад

Білки та р Р Н К . Мала субодиниця — 1 молекула р Р Н К і 20 молекул білка, велика — 3 р Р Н К і 35 молекул білка

Ф ун кц ії

Синтезування білка

Місце, де синтезується рРНК

Ядерце

Місце, де утворюються субодиниці

Ядерце

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

мала субодиниця

—

велика субодиниця

рибосома

Мал. 22.4. Будова рибосоми

Опорні т о ч к и Ц и то ск е л е т — це к л іт и н н и й скелет, р озташ ован и й у ц и то п л а зм і ж и в о ї к л іт и н и . Ф у н к ц ія м и ци тоскелета є п ід тр и м у в а н н я та п р и сто сування ф орм и к л іт и н и до зовн іш н ьо го впливу, участь в ек зо ц и то зі та енд оцитозі, забезпечення р уху к л іт и н и я к ц іл о го , акти вн е в н у т р іш н ьо к л іти н н е тр ан сп ор тув ан н я та п оділ к л іт и н и . К л іт и н н и й цен тр є у н івер са л ьн и м нем ем б ран н и м о р ган оїд ом у сіх е у к а р іо ти ч н и х к л іт и н , в ін в ід ігр а є ва ж л и в у роль в о р га н із а ц ії ц и тоскелета. Р и б о со м и — це н ем ем б ран н і органели, щ о беруть у ч асть у си н те зі б іл к а.

Зап итанн я для контролю і самоконтролю 1. Яким є хімічний склад рибосом? Які функції виконує цитоскелет? , Чи є центріолі в клітинах вищих рослин? Які немембранні структури беруть участь у внутрішньоклітинному транспортуванні та поділі клітин? Які немембранні структури беруть участь в організації цитоске лета? 6. Як структури цитоскелета пов'язані з його функціями?

§ 23. Синтез білків Обмін речовин у к л іти н і Клітина — це в ід к р и та си стем а, я к ій вл а сти ви й о б м ін речовин та ен е р гії. У к л іти н а х безперервно від буваю ться процеси б іо л о гіч н о го си н тезу. За д оп ом огою ф ер м ен тів із п р ости х н и з ь к о м о л е к у л я р н и х речовин утвор ю ю ться ск л а д н і в и со к о м о л е к у л я р н і сполуки : з а м ін о к и с л о т си н тезую ться б іл к и , з м о н о сах ар и д ів — ск л а д н і вуглеводи, з н ітр а тн и х основ, м о но сахар и дів і з а л и ш к ів ортоф осф атної к и сл о ти — н укл еоти ди , а з н и х — н у к л е їн о в і к и сл о ти .

Цитоплазма та ї ї компоненти С у к у п н іс ть р е а к ц ій біосин тезу, я к і від буваю ться з п о гл и н а н н я м е н е р гії, називається пластичним обміном (а с и м іл я ц іє ю , або анабо лізмом). П р оцес, п р о ти л е ж н и й си н те зу , н азивається д и с и м іл я ц іє ю . Д и с и м іл я ц ія (енергетичний о б м ін , або катаб олізм ) — це розщ еплення о р га н іч н и х сп о л у к, при я к о м у в и д іл я є ть с я е н е р гія , н еобхідна для р еак ц ій б іо л о гіч н о го синтезу. П роцеси о б м ін у речовин забезпечую ть п о с тій н іс ть в н у тр іш н ьо го середовищ а о р га н із м у в м ін л и в и х ум овах існ у ван н я . У с і процеси о б м ін у речовин у к л іт и н і відбуваю ться п ід ге н ети ч н и м контролем. Синтез білків — це процес р е а л із а ц ії сп адкової ін ф о р м а ц ії на осн ові генетичного коду.

Х а р а к те р и сти к а генетичного коду Ге н е ти ч н и й код — це сп о сіб зап и су п о сл ід о в н о сті а м ін о к и с л о т у б іл к у за допом огою п осл ід овн о сті н у кл е о ти д ів у н у к л е їн о в и х к и с лотах. Ген ети ч н и й код має н и з к у особливостей: він є тр и п л е тн и м , од нозначни м , ви род ж е н и м , тобто н а д л и ш к о в и м , та ун івер сал ьн и м . Т р и п л е т н іс ть ге н ети чн ого коду означає, щ о одну а м ін о к и сл о ту к о дує п осл ід овн ість із трьох н у кл еоти дів. Т а к у п осл ід овн ість називаю ть к о д о н о м ,а б о тр и п л е то м . Ген ети ч н и й код є од н о зн а чн и м , кож ен тр и п л е т кодує т іл ь к и одну певну а м ін о к и сл о ту , а генетична ін ф о р м а ц ія зч и тується л и ш е одним способом. Т р и п л е ти У А А , У А Г , У Г А не к о д у ю ть а м ін о к и сл о т. їх н а зи ва ю ть стоп-кодонам и , кож е н із н и х означає п р и п и н е н н я си н тезу п о л іп е п ти д н ого лан ц ю га. Т р и п л е т А У Г позначає м ісц е, де починає си н те зу в а ти ся н а сту п н и й п о л іп е п ти д н и й л а н ц ю г. А л е в середи н і ла н ц ю га він кодує м е тіо н ін . Ген ети ч н и й код є ви р од ж е н и м , то м у щ о одна а м ін о к и сл о та м ож е кодуватися д е к іл ьк о м а тр и п л ета м и . Н ап р и клад , а м ін о к и сл о ту алан ін код у ю ть тр и п л ети Ц Г А , Ц Г Г , Ц Г Т , Ц Г Ц . Генетичний код однаковий у всіх ж иви х організмів, щ о існую ть на Зем лі, тому він і вважається універсальним. М олекули Д Н К у різних ор ган ізм ів є р ізним и, але спосіб запису спадкової ін ф о рм ац ії за допо могою послідовності нуклеотидів у нуклеїнових кислотах — однаковий. У р е зу л ь та ті багатьох ла б о р а то р н и х д о сл ід ж е н ь у ч е н і ск л а л и таб л и ц ю генети чного коду (табл. 5). У та б л и ц і в п ер ш ом у сто в п ч и к у подано п ер ш у основу тр и п л е ту (у д у ж к а х дл я Д Н К , без д у ж о к дл я Р Н К ) , к о тр и й кодує ту ч и ін ш у ам ін о к и сл о ту , у д р у го м у — д р у гу основу, у тр етьом у — третю . З а кодовані назви ам ін о к и сл о т: а л ан ін (Ала), а р гін ін (A p r), асп арагін (А сн), аспарагінова ки слота (Асп), валін (Вал), гіс ти д и н (Гіс), гл іц и н

130

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

(Гл і), гл у т а м ін (Глн), гл у та м ін о в а к и сл ота (Глу), ізолейци н (Іле), л е й ци н (Лей), л із и н (Л із), м е тіо н ін (М ет), п р ол ін (Про), серин (Сер), т и розин (Тир), тр еон ін (Тре), тр иптоф ан (Три), ф ен ілалан ін (Фен), ц и с те їн (Цис). Н а п р и к л а д , а м ін о к и с л о т а ва л ін к о д у єть с я ч о ти р м а тр и п л е та м и в м о л е к у л і Д Н К : Ц А А , Ц А Г , Ц А Т , Ц А Ц , а а м ін о к и сл о та тр и п то фан — т іл ь к и од н и м — А Ц Ц . V\

put Ц.

Перша основа

\Л

Генетичний код Друга основа Ц (Г)

А (Т)

Г (Ц )

Третя основа

У (А)

Фен Фен Лей Лей

Сер Сер Сер Сер

Тир Тир Стоп Стоп

Цис Цис Стоп Три

У (А) П (Г ) А (Т) Г(Ц )

Ц (Г )

Лей Лей Лей Лей

Про Про Про Про

Гіс Гіс Глн Глн

Apr Apr Apr Apr

У. (А)

А (Т)

Іле Іле Іле М ет

Тре Тре Тре Тре

Асн Асн Ліз Л із

Cep Cep Apr Apr

У (А) Ц (Г) А (Т)

Г (Ц )

Вал Вал Вал Вал

Ала Ала Ала Ала

Асп А сп Глу Глу

Глі Глі Глі Глі

У (А) Ц (Г) А (Т) Г(Ц )

г ft

У (А)

f к^'

Ц (Г) А (Т) Г(Ц )

Г(Ц )

ц ^

Е т а п и син тезу білка Д л я то го щ об си н те зу в а в ся б іл о к , ін ф о р м а ц ія про п о с л ід о в н іс ть а м ін о к и сл о т у його п ер ви нн ій с т р у к ту р і має бути доставлена до рибосом (мал. 23.1). Ц ей процес п р о хо д и ть у два етап и — етап т р а н с к р и п ц ії та етап тр а н с л я ц ії. П е р ш и й етап си н те зу б іл к а — транскрипція. Т р а н с к р и п ц ія — це процес си нтезу в с іх т и п ів Р Н К , щ о від бувається в я д р і к л іт и н и на м а тр и ц і — м о л е к у л і Д Н К за п р и н ц и п о м к ом п л е м ен тар н ості: т и м ін у Д Н К к о м п л е м ен тар н и й аденін Р Н К , ц и то зи н у Д Н К — гу а н ін Р Н К , гу а н ін у Д Н К — ц и този н Р Н К . О с к іл ь к и в Р Н К з а м іс ть т и м і ну п р и су тн я н ітр а тн а основа у рац и л, то ад ен ін у Д Н К к о м п л е м е н тар н и й урацил Р Н К .

Цитоплазма та ї ї компоненти Трансляція

Транскрипція

Амінокислоти

* АТФ АДФ >НК 1

А тРНК, ' приедмуї .амінокислоту ' поліпептид, що утворюється рибосома

Цитоплазма

кодом ІРНК

Мал. 23.1. Загальна схема синтезу білка У п р оцесі т р а н с к р и п ц ії Д Н К передає закодовану в н ій п ослідов н іс ть а м ін о к и с л о т б іл к о в о ї м о л ек у л и ін ф о р м а ц ій н ій Р Н К . Д р у ги й етап си н те зу б іл к а — трансляція. У п р оц есі т р а н с л я ц ії ін ф о р м а ц ія , щ о м іс ти ть с я в іР Н К , р еалізується. С и н те зується від п о в ід н и й б іл о к. Б іл о к си н те з у ю ч а си стем а к л іт и н и вклю чає ін ф о р м а ц ій н у Р Н К , набір із 20 а м ін о к и сл о т, щ о входять до складу м о л ек у л и б іл к а , тр а н сп о р тн і Р Н К , я к і ви кон у ю ть ф у н к ц ію тр а н с л я ц ій н и х посередників, набір ф ерм ентів, рибосоми.

С т а д і ї тр а н сл я ц ії Т р а н сл я ц ія відбувається у тр и стадії: ін іц іа ц ії, ел о н га ц ії і те р м ін а ц ії (мал. 23.2). Стадія ін іц іац ії (початок синтезу) починається з і з ’єдн ан н я іР Н К з м а лою субодин и цею р ибосом и (мал. 23.1). Саме іР Н К ви ступ ає м а тр и ц ею д л я си н тезу б іл к а. У ц и то п л а з м і на один із к ін ц ів ІР Н К ♦сідає» р ибосом а, і п оч и н ається си н тез п о л іп е п ти д н о го л ан ц ю га. Стадія елонгації (продовж ення синтезу). Н а п о ч атк у е л о н га ц ії до рибосоми п ід х о д я ть дві п е р ш і т Р Н К , я к і тр ан сп ор тую ть а м ін о к и с л о ти , і утвор ю ється п ерш и й п е п ти д н и й зв ’язок м іж а м ін о к и сл о та м и . П іс л я цього відбувається пер ем іщ ен н я рибосоми від носн о ІР Н К , іде послідовне нар ощ уванн я п о л іп е п ти д н о го лан ц ю га по о д н ій а м ін о к и с л о т і в су во р ій в ід п о в ід н о сті до п о р я д к у к одон ів у м о л е к у л і іР Н К . Р и босома п ер ем іщ ується по м о л е к у л і І Р Н К не плавно, а поривчасто, т р и плет за тр ип л етом . У м ір у п ер ем іщ ен ня рибосоми по м о л ек у л і ІР Н К до п о л іп е п ти д н о го лан ц ю га одна за одною п р иєдную ться а м ін о к и сл о ти , щ о в ід п о в ід а ю ть тр и п л е та м ІР Н К . Точна в ід п о в ід н ість а м ін о к и сл о ти коду тр и п л е ту іР Н К забезпечується ан ти к од он ом т Р Н К .

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Ініціація

Елонгація

Термінація

Man. 23.2. Стадії трансляції: 1 — велика субодиниця; 2 — ІРНК; 3 — мала субодиниця; 4 — білок

Стадія терм інації (заверш ення синтезу). Н а р о щ у в а н н я п оліпепти д н о го лан ц ю га тр иває доти, до ки на ш л я х у рибосоми не тр а п и ть ся один з і стогі-кодонів І Р Н К ( У А А , У А Г , У Г А ) . У д іл я н ц і ц и х тр и п л е тів від бувається розрив зв ’я з к у м іж п еп ти д о м і останн ьою т Р Н К і в и в іл ь н я єть ся го тови й б іло к. С интез б іл к а за к ін ч у є ться ф орм уванням в ід п о в ід н о ї стр у к ту р и б іл к а — п ер ви нн ої, вто р и н н о ї, тр е ти н н о ї або ч етвер ти н н о ї. С и н те зован і б іл к и сп о ч а тк у н а к о п и ч у ю ть ся в к ан алах і п о р о ж н и н ах ен д о п л азм а ти ч н о ї с іт к и , а п о т ім тр ан сп ор тую ться до органел і д іл я н о к к л іт и н , де вони ви кор и стов ую ться. Е н д о п л а з м а ти ч н а с іт к а і р ибосом и, р о з м іщ е н і на ї ї м ем бран ах, є є д и н и м апаратом си н тезу і тр ан сп ортув ан н я б іл к ів .

Опорні т о ч к и С интез б іл к ів — це процес р е а л із а ц ії сп а дкової ін ф о р м а ц ії, я к и й від бувається у два етапи (тр а н сл яц ія і тр а н ск р и п ц ія ). Т р а н с к р и п ц ія — це процес си н тезу в с іх т и п ів Р Н К , я к и й від бува ється у я д р і к л іт и н и на м а тр и ц і — м о л е к у л і Д Н К . У п р оцесі тр а н с л я ц ії ін ф о р м а ц ія , щ о м іс ти ть с я в іР Н К , р еалізується і си н тезується в ід п о в ід н и й білок. Д л я синтезу б іл к а н еоб хід н і рибосоми, І Р Н К , т Р Н К , а м ін о к и сл о ти , ф ерменти, м о л ек у л и А Т Ф тощ о.

Запитання для кон тр ол ю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Що таке генетичний код? Які етапи синтезу білка ви знаєте? Яку роль у синтезі білка відіграють тРНК? Яку роль у синтезі білка відіграють іРНК? Які компоненти входять у білоксинтезуючу систему клітини? Як взаємопов'язані процеси транскрипції і трансляції? Як взаємопов'язані процеси асиміляції та дисиміляції?

Цитоплазма та ї ї компоненти

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 6

Розв'язання елементарних вправ із трансляції Д л я розв’я зан н я д е я ки х вправ знадобиться таб л и ц я генетичного коду.

К ористую чись таблицею генетичного коду, н а п и ш іть послідов н ість а м ін о к и сл о тн и х з а л и ш к ів у м олекулі б іл к а, я к а була син тезована на іР І І К з такою п ослідовн істю нуклеотидів: У У У Г У У ГЦ У ГГЛ Г А Ц ГГГ Ц ГУ У Ц У У А У У Г У Г А У ГА Ц У А А

К ористую чись таблицею генетичного коду, н а п и ш іть послідов н ість а м ін о к и сл о тн и х з а л и ш к ів у білку, щ о кодується геном із такою послідовн істю н уклеотидів: ТТГ ГГЦ Ц Ц Ц ГА Г Т А Г А Ц Ц Ц Г А ГГГ Ц Ц Ц А А А ГТТ Ц Т А A T T

К ористую чись таблицею генетичного коду, н а п и ш іть м о ж л и в у послідовність ну кл еоти д ів у гені, я к и й кодує пептид із такою п ослідовн істю з а л и ш к ів ам інокислот: А р г-Ф ен -М ет-С ер -Т р е-Л е й -Т и р -Ц и с-А л а -В а л -А р г

К ористую чись таблицею генетичного коду, н а п и ш іть антикодони ти х т Р Н К , я к і будуть п отр ібн і для синтезу пептиду з такою по слідовн істю з а л и ш к ів ам інокислот: Г л і-А сп -А сн -Г л н -Г л у -В а л -Ф е н -М е т-Т и р

Я к а к іл ь к іс т ь а м ін о к и сл о т входитиме до складу біл к а, я к и й к о дується геном, щ о складається із 1290 н укл еоти дів? З я к о ї к іл ь к о с т і н у кл ео ти д ів складати м еться ген, я к и й кодує б і лок, що складається із 576 а м ін о к и сл о тн и х за л и ш к ів ?

§ 24. Одномембранні органели: ендоплазматична сітка, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі Ендоплазматична с іт к а У с я в н у тр іш н я зона ц и то п л а зм и заповнена ч и сл е н н и м и д р іб н и м и к ан ал ам и і п о р о ж н и н ам и , ц і кан али р о зга л у ж у ю ться , з ’єдн ую ться один з од н и м й утвор ю ю ть с іт к у , я к а д іста л а назву ендоплазматична сітка. В ід о м і д в і ї ї с тр у к ту р и — гранулярна і гладенька (мал. 24.1). Н а мембранах к а н а л ів і п о р о ж ни н гр а н у л я р н о ї с іт к и р о зм іщ у єть ся вели ка к іл ь к іс т ь рибосом, я к і й н адаю ть м ем бранам ш о р стк о го ви гляду. М ем бр ан и гл а д е н ьк о ї е н д оп л азм а ти ч н ої с іт к и не несуть рибосом на св о їй поверхні.

134

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ ядерна оболонка гранулярна ендоплаз матична сітка

рибос< гранулярна ендоплазматична сітка

гладенька ендоплаз матична

гладенька ендоплазматична сітка

З*

сітка

Мал. 24.1. Ендоплазматична сітка: гладенька і гранулярна: схема (а) й мікрофотографія (б)

О сновна ф у н к ц ія гр а н у л я р н о ї ен д о п л а зм а ти ч н о ї с іт к и — участь у си н те зі і тр ан сп ортуван н і білка. Гладенька ендоплазматична с іт к а — це м ісц е си н тезу і тр ан сп ортуван н я л іп ід ів і вуглеводів.

А п а р а т Гольджі А п а р а т Г о л ь д ж і — це у н івер сал ьн и й м е м бр анн и й ор ган оїд еука р іо т и ч н и х к л іт и н , в ід к р и т и й у 1898 р. іт а л ій с ь к и м д о сл ід н и к о м К . ГольдЖ і (мал. 24.2). Д етальна будова апарату Г о л ь д ж і була описана Н обелівським лауреатом Д ж . П аладе на п о ч а тк у 50-х pp. X X ст. Д о скла ду цього органоїда входять: м е м б р а н н і ци стерн и , м ем бр ан н і б у л ь б аш к и і м е м б р а н н і тр у б о ч к и . О снову ап ар ату Г о л ь д ж і с та н овл ять м е м б р а н н і ци стерн и , вони ізо л ьо ван і одна від одної. П о кан алах ен д о п л азм а ти ч н о ї с іт к и до апарату Г о л ь д ж і тр ан сп ор ту ю ться п р одукти си н те ти ч н о ї д ія л ь н о сті к л іт и н и — б іл к и , вуглеводи й ж и р и . У с і ц і р ечовини сп о ча тк у н ак о п и ч у ю ть ся в ап ар аті Г о л ь д ж і, а п о т ім у в и гл я д і ве л и к и х і д р іб н и х бульбаш ок н ад ход ять у ц и то п л а зм у й в и к о р и сто в у ю ться сам ою к л іт и н о ю або ви вод яться з н еї і ви кор и стов ую ться в о р га н із м і.

ІМал. 24.2. Будова апарату Гольджі: схема (а), мікрофотографія (б)

Цитоплазма та ї ї компоненти Щ е одна важ лива ф ун кц ія цього органоїда полягає в том у, щ о на його мембранах відбувається синтез ж и р ів і вуглеводів (полісахаридів). З авдяки д ія л ь н о с т і апарату Г о л ь д ж і від бувається т а к о ж оновлен ня і р іс т п л а зм а ти ч н о ї м ембрани. В ап араті Г о л ь д ж і утвор ю ю ться лізосом и .

Лізосоми т а пероксисоми

Qc<-i '

г Ш '

Л із о с о м и (від грец. lysis — р озкладан ня, розпад і soma — тіло) є н евелики м и к р у гл и м и т іл ь ц я м и (мал. 24.3). В ід ц и то п л а зм и к о ж н а лізосом а відм еж ован а мембраною . Усер ед и н і л ізо со м и є ф ерменти, щ о розщ еплю ю ть б іл к и , ж и р и , вуглеводи, н у к л е їн о в і ки сл оти . Л із о с о м и п ід х о д я ть до п о ж и в н о ї ч а сти н к и , щ о н а д ій ш л а в ц и то п л а зм у , зли ваю ться з нею, у твор ю ю ч и тр авн у вакуолю . М а ю ч и зд а тн ість ак ти вн о перетравлю вати п о ж и в н і речовини, л ізо со м и бе р уть участь у ви дален н і ч асти н к л іт и н и , ц іл и х к л іт и н та о р ган ів, щ о в ід м и р а ю ть у процесі ж и тт є д ія л ь н о с ті. Утвор ен н я нових лізосом відбувається у к л іт и н і п остій н о. Ф ер м е н ти , щ о м іс тя ть с я в л ізо со м ах , я к і б у д ь -я к і ін ш і б іл к и , си н те зу ю ть ся на рибосомах ци топ лазм и . П о т ім ц і ф ерменти тр ан сп ортую ться по ен д оп лазм а ти ч н и х кан алах до апарату Г о л ь д ж і, у п ор ож н и н ах я к о го ф орм ую ться л ізосом и . Л із о с о м и були в ід к р и т і у 1955 р. б е л ьгій сь к и м б іо х ім ік о м К ристіа н о м де Д ю вом , я к и й за д о сл ід ж е н н я стр у к ту р и і ф у н к ц ій лізосом був удостоєний Н о б е л ів ськ о ї п р е м ії у 1974 р. К р и с т іа н де Д ю в в ід к р и в т а к о ж п е р о к си со м и . Пероксисоми (від латин, p er — через, грец. oxys — к и с л и й і soma — тіл о ) — це у н івер сал ьн ий ор ганоїд е у к а р іо ти ч н и х к л іт и н , м е м б р а н н і бульбаш к и д іам етр о м 0 ,1 5 — 0,25 м к м . Ф у н к ц ія п ероксисом — розщ еплення довгол анцю гових ж и р н и х к и сл о т, я к і н адходять до к л іт и н и з їж е ю .

Мал. 24.3. Лізосоми, мікрофотографія

Мал. 24.4. Скоротливі вакуолі в найпростіших: амеба (а), інфузорія-туфелька (6), інфузорія трубач (в)

136

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Н а в ід м ін у від л ізо со м , н ові нероксисом и утворю ю ться т іл ь к и ш л я х ом дроблення вж е існ у ю ч и х , то м у к л іти н а , що втратила всі перокси сом и , не м о ж е їх від но ви ти .

Вакуолі Вакуоля — це н ап овн ени й ріди н о ю м е м бр ан н и й м іш о к , с т ін к а я к о го складається з од и н ар н ої мембрани (мал. 24.5). У тв а р и н н и х к л іт и н а х м іс т я т ь с я від н о сн о невеликі вак у о л і, я к і беруть уч асть у ф агоц и тозі, перетравлю ванні їж і, р у й н у в а н н і н еп отрібн их к л іт и н н и х стр у к ту р , у виведенні н ад л и ш к у води з о р ган ізм у . Ро сл и н н а к л іт и н а м іс т и т ь велику цен тральн у вакуолю , оточену мембраною , я к а називається тонопласт (мал. 24.5). Р ід и н а , щ о за повню є ц ен тральн у вакуолю , називається клітинним соком. Ц е к о н центрований розчин, я к и й м іс т и т ь м ін е р а л ьн і солі, ц у к р и , о р га н іч н і ки сл о ти , О кси ген , д іо к с и н Карбону, п ігм е н ти і д е я к і від ход и ж и т т є д ія л ь н о сті. Вода зазвичай над ход ить у концентрований к л іти н н и й с ік ш л я х о м осмосу. У р езу л ьтаті в к л іт и н і розвивається ту р го р н и й ти с к і ц и то плазм а п р и ти ск а ється до к л іт и н н о ї с т ін к и . О см оти чн е п о гл и н ан н я води в ід ігр а є в аж л и ву роль при р озтягу ван н і к л іт и н п ід час росту, а та к о ж у загал ьн ом у водному р е ж и м і рослини. Іноді у вакуолях м істяться розчинні пігм енти. Саме вони головним чином і визначаю ть забарвлення к в ітів , плодів, бруньок. У ли стках вони зумовлю ю ть р ізн і в ід тін ки осіннього забарвлення, яке залеж ить також від ф отосинтетичних п ігм ен тів, що м істяться у хлоропластах. П іс л я загибелі к л іт и н и тонопласт, я к і всі ін ш і м ембрани, втрачає свою ви бір к ову п р о н и к н ість , і ф ерменти в и в іл ьн я ю ться із вакуоль, сп р и ч и н я ю ч и авто л із — саморозчинення к л іти н и . У в ак у ол я х р осл ин и м о ж у ть н акоп ичувати ся к ін ц е в і і д е я к і вто р и н н і п р од у к ти м етабо лізм у. В то р и н н і п р од у к ти , зокрем а а л к а л о їд и і та н ін и , в и ко н у ю ть зах и сн у ф ун к ц ію , зап обігаю ч и поїда нн ю та к и х рослин тр а в о їд н и м и твари н ам и .

клітинний сік

тонопласт

Цитоплазма та ї ї компоненти Д е я к і р о зч и н н і ком п он енти к л іти н н о го соку, н ап р и к л ад сахароза і м ін е р а л ь н і со л і, в ід ігр а ю ть роль запасних п о ж и в н и х речовин, за необ хід ності ви кор истовую ться ц и топ лазм ою .

Опорні т о ч к и У к л іт и н і є одн ом ем бран ні органели. Е н д оп л азм ати ч н а с іт к а бере участь у си н те зі й тр ан сп ор тув ан н і б іл к ів , ж и р ів і вуглеводів. А п а р а т Г о л ь д ж і — це м ісц е н акоп иченн я о р га н іч н и х речовин і органела, яка бере участь у їх тран спортуван ні. Завдяки д ія л ь н о сті апарату Г о л ь д ж і відбуваю ться оновлення і р іс т п л азм ати чн о ї мембрани й утворю ю ться л ізо со м и . Л із о с о м и — це одн ом ем бран н і органели, щ о м іс т я т ь гід р о л іти ч н і ф ерменти і беруть участь у перетравлю ванні п о ж и в н и х речовин. В а к у о л і рослин в и ко н у ю ть ф у н к ц ію п ід тр и м к и ту р гор н ого ти ск у , н ак о п и ч ен н я к ін ц е в и х і д е я к и х втори н них п р о д у к тів м е таб о л ізм у та ін ш і ф у н к ц ії.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. 2. 3. 4.

Які одномембранні органели ви знаєте? Які функції виконує апарат Гольджі? Де утворюються лізосоми і яку функцію вони виконують? Завдяки якій органелі відбувається оновлення і ріст плазматичної' мембрани? 5. У якій органелі розщеплюються жирні кислоти, які надходять до клітини з їжею? 6. Яким може бути склад клітинного соку? 7. Що спільного й відмінного між гладенькою і гранулярною ендо плазматичною сіткою?

Л А Б О Р А Т О Р Н А Р О Б О Т А №7*

Тема. Вивчення будови одномембранних органел Мета: вивчити будову і функції одномембранних органел клітини на прикладі апарату Гольджі. О бладнання та матеріали: світловий мікроскоп, готові препарати (апарат Гольджі в нервових клітинах спинного ганглію кошеняти). Хід роботи О

Розглян ьте в м ік р оск оп готовий препарат — апарат Г о л ь д ж і в нервових к л іти н а х спинного ган гл ію кош еняти — і замалю йте його.

ІЗ f

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Н а м а л ю н к у навколо ядра (1) на св ітл о м у ф оні ней роп лазм и (2) ви д іл я ється чорна звивиста с іт к а ап ар ату Г о л ь д ж і (3), я к а щ іл ь н о п р илягає до ядра або р о зм іщ у єть ся , тр о х и в ід ступ аю ч и від ядра, н іб и утворю ю чи н авколо нього к о ш и к (4). С п о стер іга ю ться нейрони, у ц и то п л а зм і я к и х апарат Г о л ь д ж і складається з ок р е м и х ф р агм ен тів (5), не з в ’язан и х м іж собою і розки дан и х по в сій н ей роплазм і.

5 Нервові клітини спинного ганглію кошеняти при великому збільшенні

Зроб іть висновки.

§ 25. Мітохондрії та процес дихання Будова й функції мітохондрій У ци топ лазм і б іл ь ш о сті к л іти н тварин і рослин м іс тя ть ся д р ібн і т іл ь ця — м іт о х о н д р ії (від грец. m ilos — н итка, chondros — зерно, гранула). М іто х о н д р ії добре видно у світлови й м ік р о ск о п , за допомогою якого м о ж н а р озгля н у ти їх н ю ф орму, р о зм іщ ен н я, п орахувати к іл ь к іс т ь . О болонка м іт о х о н д р ії ск л а д а ється із двох м ем бр ан — з о в н іш н ьо ї і в н у тр іш н ь о ї. З о в н іш н я мембрана гладенька, вона не утворю є н ія к и х ск л а д ок і ви ростів. В н у т р іш н я мембрана утворю є ч и сл е н н і ск л а д к и , сп р ям о ван і в п о р о ж н и н у м іт о х о н д р ії. С к л а д к и в н у тр іш н ь о ї м ембрани н азиваю ть к р и с т а м и (від л ати н , crista — гребінь). Н о в і м іт о х о н д р ії у твор ю ю ться ш л я х о м п о д іл у вж е існ у ю ч и х у к л і т и н і м іто х о н д р ій .

Дізнайтеся більше

......................................................

Кількість крист неоднакова в мітохондріях різних клітин. їх може бути від кількох десятків до кількох сотень, причому особливо ба гато крист у мітохондріях клітин, що функціонують активно, напри клад мязових. Це пов'язано з тим, що їм необхідно більше енергії.

Цитоплазма та ї ї компоненти

Мал. 25.1. Мітохондрія: схема будови (о) й мікрофотографія (6)

М іт о х о н д р ії н азиваю ть « силовим и с т а н ц ія м и к л іт и н » , о с к іл ь к и їх н я основна ф у н к ц ія — синтез аденозинтриф осф орної ки сл оти (А Т Ф ). Ц я м о лекула си н те зу ється в м іт о х о н д р ія х к л іт и н у с іх о р га н із м ів і є у н ів е р са л ь н и м д ж ер ел о м е н е р гії, н е о б х ід н о ї д л я зд ій сн е н н я процесів ж и тт є д ія л ь н о с ті к л іт и н и і ц іл о го о р га н ізм у . О со бли вості будови м іт о х о н д р ій ви зн а ча ю ться їх н ім п о х о д ж е н н я м . З а си м б іо ти ч н о ю гіп о т е з о ю м іт о х о н д р ія — це стародавня прокаріоти ч н а к л іти н а , я к а м огла ви користовувати кисень у своєм у енер ге ти чн ом у о б м ін і. Захоплена ш л я х о м ендоцитозу ін ш о ю к л іти н о ю , я к ій не була п р итам ан н а так а власти вість, м іто х о н д р ія втрати ла свою с а м о с тій н іс ть , але зберегла п евн і к л іт и н н і к о м п о н е н ти і зд а тн ість до п од іл у. У с і м іт о х о н д р ії м а ю ть од н акову будову — з о в н іш н ю м ем бран у, м іж м е м б р а н н и й п р о стір , в н у тр іш н ю м ем брану і м іто х о н д р іа л ь н и й м а тр и к с (мал. 25.1). У м іто х о н д р іа л ь н о м у м а тр и к с і, оточеном у в н у тр іш н ь о ю мем бра ною , р о з м іщ е н і ф ерменти енергетичного о бм ін у. У м а тр и к с і м іт о х о н д р ій т а к о ж є к іл ьц е ва м о лекула Д Н К і м іт о х о н д р іа л ь н і рибосоми. Основна ф у н к ц ія м іт о х о н д р ій — уч асть в ен е ргети ч н ом у о б м ін і к л іт и н и , здій сн ен н я к л іти н н о го ди хан н я.

Клітинне дихання Клітинне дихання — це с у к у п н іс ть б іо х ім іч н и х р е а к ц ій , у х о д і я к и х від був ається о к и сн е н н я вугл евод ів, л іп ід ів і а м ін о к и с л о т до вугл екисл ого газу і води. В и в іл ь н е н а енергія запасається в х ім іч н и х зв’я зк а х м олекул А Т Ф та ін ш и х енергетичних м олекул. Д а л і ц я енер г ія ви кор истовується д л я р із н и х потреб к л іти н и , у то м у ч и с л і й для р е а к ц ій біосинтезу.

140

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

К л іт и н н е д и х а н н я е о с та н н ім етапом енергетичного обміну. - і. f Н а п е р ш о м у, підготовчому, етап і ен е р гети ч н о го о б м ін у велиv к і о р га н іч н і м о л е к у л и р о зкл а д а ю ться на д р іб н іш і к о м п о н е н ти . У ході ц и х перетворень ви д іл я ється мало е н е р гії, вона розсію ється ) у в и гл я д і тепла і А Т Ф не утворю ється. Д р у ги й етап енергетичного об м ін у — неповне безкисневе розщеп лення речовин — відбувається в ц и то п л а зм і к л іти н . Ре ч ови н и , щ о утвор ил ися п ід час підготовч ого етапу, розкл адаю ться за д опом огою ф ер м ен тів за в ід су тн о с ті к и сн ю . П р и к л а д о м безкисневого розщ еи-

І А ч

г-

лення речовин є г л ік о л із — ф ерментативне розщ еплення гл ю к ози . Г л ік о л із відбувається у тв ари н н и х к л іти н а х і в д е я ки х м ік р о о р га н ізм ів . У процесі г л ік о л із у з о д н іє ї м о лекули гл ю к ози утвор ю ю ться д в і м о лекули тр и к ар б он ов ої п ір ови н оград н ої к и сл о ти С 3Н вО„, а е н е р гії, щ о в и в іл ь н я є ть ся при ц ьо м у, достатньо дл я перетворення двох молекул А Д Ф на д в і м о л ек у л и А Т Ф (мал. 25.2). Т р е тій етап енергетичного об м ін у — повне кисневе розщеплення, або клітинне дихання,— відбувається в м а тр и к с і і на к р и ста х м іт о х он д р ій в п р и с у тн о сті кисн ю . П р о д у к т гл ік о л із у — піровиноградна ки слота — м іс т и т ь значн у к іл ь к іс т ь е н е р гії, і п одальш е ї ї в и в іл ьн е н н я від б ув ається в м іт о х о н д р ія х , де зд ій сн ю єть ся повне окисн ен н я п ір о ви н о гр ад н о ї к и с л о ти до С 0 2 та H zO. П роцес к л іти н н о го д и х а н н я м ож н а п о д іл и ти на тр и стадії: 1) окисне декарбоксил ю ван н я п ір о ви н о гр а д н о ї кислоти ; 2) ц и к л тр и кар бон ов и х к и слот (ц и к л Кребса); 3) заклю чн а ста д ія ок и сн ен н я — ел ек тр он но-тр ансп ор тн и й л а н цю г. Н а перш ій с т а д і ї п ір ови н огр ад н а к и сл о та взаєм од іє з р еч ови ною , я к у н азиваю ть к оен зи м ом А (скорочено К о А ), у р езу л ьта ті чого утворю ється а ц е ти л к о е н зи м -А (ац етил-К оА ) з ви сокоенергети чн им зв ’я зк о м (мал. 25.2, /). Д р у г а с т а д і я — ц и к л К ребса (мал. 2 5.2, 2), н азван и й та к на честь а н гл ій с ь к о го д о сл ід н и к а Ганса К ребса, я к и й його в ід к р и в . У ц и кл Кребса вступає а ц е ти л -К оА , утворен и й на попередній ста д ії. А ц е т и л - К о А в заєм о д іє з щ авл евооцтовою к и с л о то ю (ч о ти р и кар бонова спо лука). Д а л і у р е зу л ьта ті ц и к л у К ребса р о зкл ад ається молекула п ір о ви н о гр ад н о ї к и сл оти , в и д іл я ється С 0 2 й утвор ю ю ться ен ергети чн і м олекули. Т р е т я с т а д і я — електронн о-тран сп ортн и й л а н ц ю г (мал. 25.2, 3). Н а цьом у етап і си н тезую ться енергетичні м о л ек у л и А Т Ф . П р и ц ьо м у ви кор и стов ую ться сп е ц іа л ь н і переносники ел ек тр он ів, я к і роз та ш о в а н і на в н у т р іш н ій м ем бр ан і м іт о х о н д р ій у в и гл я д і лан ц ю га. З а в д я к и д ії е л е к тр он н о-тр ан сп ор тн ого л а н ц ю га в и н и к а є р із н и ц я

Цитоплазма та ї ї компоненти піровиноградна кислота

141

молочна кислота

п о те н ц іа л ів за р аху н о к того, щ о з одного боку м ем бр ан и к о н ц е н т р ую ться електрони, а з др угого — протони. Е н е р гія ц іє ї р із н и ц і по т е н ц іа л ів та к о ж ви трачається дл я синтезу А Т Ф . У р езу л ьтаті розщ еплення у процесі к л іти н н о го д и х а н н я двох м о л е к у л п ір о в и н о гр а д н о ї к и сл о ти си н тезується в ц іл о м у 36 м о лекул А Т Ф . С ум ар н е р ів н я н н я енергетичного о б м ін у має вигляд: С вН І20 6 + 6 0 , + б Н р + 3 8 А Д Ф + 3 8 Н 3Р 0 4 -> -> 6 С 0 2 + 12Н г0 + 3 8 А Т Ф . Н а д р у го м у ета п і енергетичного о б м ін у си нтезується 2 м о лекули А Т Ф , на тр етьом у — 36 м олекул А Т Ф . Т а к и м ч и н о м , кисневе розщ еплення дає е н е р гії у 18 разів більш е, н іж ї ї запасається у р езу л ьтаті гл ік о л ізу .

Опорні т о ч к и М іт о х о н д р ії — д вом ем бр ан н і органели, основною ф у н к ц ією я к и х є участь в ен ергети чн ом у о б м ін і к л іти н и , здій сн ен н я в н у тр іш н ь о к л іти н н о го ди х а н н я . К л іти н н е ди х ан н я — це с у к у п н іс ть б іо х ім іч н и х р е а к ц ій у к л іт и н і, у ході я к и х відбувається ок и сн ен н я вуглеводів, л іп ід ів і а м ін о к и сл о т до вуглекислого газу і води. В и віл ьн ен а у ц и х

■ ‘ ■:V

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

р е а к ц ія х ен е р гія зап асається в х ім іч н и х з в ’ я з к а х м о л е к у л А Т Ф і ін ш и х ен ергети чних м олекул. Д а л і ц я ен ергія ви кор истовується для р ізн и х потреб к л іт и н и , у то м у ч и с л і й для р е а к ц ій біосинтезу.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Які двомембранні органели ви знаєте? 2. Яка будова мітохондрій?

3. Як мітохондрії відновлюються? 4. Яку роль відіграють мітохондрії в енергетичному обміні клітини? 5. У чому полягає біологічна природа гліколізу? 6. Як будова мітохондрій пов'язана з їхніми функціями?

§ 26. Пластиди та процес фотосинтезу Будова і функції п л асти д П л а сти д и (від грец. plastos — утвор ени й, в и л іп л е н и й , оф ормле ний) — це органели, х а р а кте р н і д л я р о сл и н н и х к л іт и н . У к л іти н а х твари н п ласти ди в ід су тн і. Р о з р із н я ю ть тр и о сн о в н і ти п и пласти д: зелен і — хлоропласти; червоні, ж о в то га р я ч і й ж о в т і — хром оп ласти ; безбарвні — л е й к о п ласти . У с і р ізн о ви д и п ласти д утвор ю ю ться із д р іб н и х безбарвних п ласти д — о к р у гл и х м ем бр ан ни х тіл е ц ь д іа м е тр о м п риблизн о 1 м к м , я к і м а ю ть слабкорозвин ен у си стем у ти л а к о їд ів . П л а сти д и м о ж у ть р озм н ож у вати ся. Х л о р о п л а с т — органела к л іт и н рослин, у я к ій відбувається процес ф отосинтезу. Х л о р о п л а с ти м іс т я т ь с я в к л іт и н а х л и с т к ів та ін ш и х зелених ор ган ів рослин, а та к о ж у р із н и х водоростях. У в и щ и х рос л и н в о д н ій к л іт и н і зазвичай буває к іл ь к а д е с я т к ів х л о р о п л астів. Зелене забарвлення хлор оп ластів за л е ж и ть від в м іс ту в н и х п ігм е н ту хлор оф іл у. За будовою х лор оп ласти п о д іб н і до м іт о х о н д р ій (мал. 26.1). В ід ци топ лазм и хлоропласт від д іл ен и й двома м ем бран ам и — зовн іш ньою і вну тр іш н ьою . З о в н іш н я мембрана гладенька, без складок і виростів, а в н у тр іш н я утворю є багато ск л а д ч асти х ви р остів, сп р я м о ва н и х усе редину хлоропласта. Т о м у всередині хлоропласта зосереджена велика к іл ь к іс т ь мембран, щ о утвор ю ю ть особливі стр у к ту р и — ти л а к о їд и . Т и л а к о їд и у тво р ю ю ть грани. С аме в мем бранах гран р о зм іщ у ю ть ся м о л ек у л и хлор оф іл у, і том у ту т відбувається ф отосинтез. У стр о м і (м а тр и к сі) хлороп ласту, оточе н ом у в н у тр іш н ьо ю мембраною , є к іл ьц е ва Д Н К і рибосоми.

Цитоплазма та ї ї компоненти

Мал. 26.1. Схема будови хлоропласта (а): 1 — строма, 2 — зовнішня мембрана, 3 — внутрішня мембрана, 4 — тилакоїди; мікрофотографія (б) .

Х р о м о п л а с ти м іс тя ть с я в ц и то п л а зм і к л іт и н р із н и х ч асти н рос лини: у к в іт к а х , плодах, стеблах, л и стк а х . В он и вп ли ваю ть на за барвлення в ін о ч к ів к в іто к , п лод ів, осін н ього ли стя. Л е й к о п л а с ти — безбарвні п ласти ди, р о зм іщ е н і в ц и то п л а зм і к л і ти н незабарвлених части н р ослин , н а п р и к л а д у стеблах, к орен ях, бульбах. Ф о р м а л е й к о п л астів р ізн о м а н ітн а . У ци х п ласти дах в ід к л а дається запас п о ж и в н и х речовин. Х л ор оп ласти, хром оп ласти і лейкоп ласти м о ж у ть здій сн ю ва ти вза є м н и й перехід. Т а к , п ід час д о сти ган н я п лодів чи з м ін и забарвлення л и стя восени хлор оп ласти перетворю ю ться на хром оп ласти , а л е й к о пласти м о ж у ть перетворю ватися на хлороп ласти (напри клад, я к щ о зел ен ію ть бульби картоп лі). Е в о л ю ц ій н и м и попередн икам и п ласти д згід н о із си м б іо ти ч н о ю гипотезою вваж аю ться б а к те р ії, я к і набули зд атн ості ви кор истовувати св ітл о в у ен е ргію і були «захоплені» ін ш и м и видам и бактерій .

Ф ото си н тез С лово «ф отосинтез» бу к вал ьн о означає: створ ен ня п ід вп ли вом світла. Ф о то си н те з — це процес, я к и й відбувається у хлор оп ластах п ід д іє ю сон яч н ого світла. П ід час ф отосинтезу відбувається процес перетворення е н е р гії со н яч н ого св ітл а на ен е ргію х ім іч н и х з в ’я з к ів о р га н іч н и х сп о лу к (гл ю кози), я к і си н те зу ю ться з н ео р га н іч н и х сп о л у к — води та в у гл е к и с лого газу. С умарна формула фотосинтезу має таки й вигляд:

6 С0 2 + 6 Н 20 = С в Н 120 в + 60 2. Ф отоси нтез здій сн ю ється в хлоропластах. О сновним ф отосин тетич н им п ігм е н то м в и щ и х рослин є х лор оф іл . За х ім іч н о ю стр ук ту р о ю

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

р о зр ізн я ю ть д е к іл ь к а в и д ів х л о р о ф іл ів. К р ім х л о р о ф іл ів , у х лор о п ластах я к д о п о м іж н і п ігм е н ти п р и с у тн і к а р о ти н о їд и (ж и р о р о зч и н н і п ігм е н ти , ви я в л е н і у в сіх рослин). П роцес ф отосинтезу складається з двох взаєм опов’ язан и х етап ів — св ітл о в о ї та те м н о в о ї фаз. С в ітл о в а ф аза відбувається ли ш е за н а я в н о сті св ітл а, за допом огою ф о тоси н те ти ч н и х п ігм е н т ів у ти л а к о їд а х х л ор оп л астів (мал. 26.2, /). Т и л а к о їд и — це м е м бр ан н і п у х и р ц і, р о зташ о в ан і у стр о м і хлороплас тів . У м ем бран ах ти л а к о їд ів є м о л ек у л и хлороф ілу. У с в ітл о в ій ф азі ф отосинтезу відбувається п о гл и н ан н я св ітл а м о л е к у л а м и хл ор оф іл у і перетворення е н е р гії с в ітл а в х ім іч н у енергію молекул А Т Ф та ін ш и х п ерен осн иків е н е р гії, а т а к о ж ви діле н ня к и с н ю в атмосф еру. Т е м п о в а ф аза не вим агає св ітл а, відбувається у стр о м і хлоропласта (мал. 26.2, 2). У н ій ен ергети ч н і м о лекули ви тр ач аю ться на си н тез о р га н іч н и х сп олук. У с в іт л о в ій ф азі ф отоси н те зу беруть у ч а сть дві ф отосистем и: ф отосистем а 1 (Ф С 1) і ф отосистем а 2 (Ф С2). У к о ж н ій ф отосистем і є ан тен н ий ком п лекс, я к и й складається з хлороф ілу і призначений дл я вловлю вання е н е р гії св ітла р із н о ї д о вж и н и х в и л і та передачі ї ї на р еа к ц ій н и й центр. Д о реакц ійн ого центру Ф С 1 входять м о лекули хлороф ілу, я к і поглинаю ть св ітло з довж и ною х ви л і м а кси м у м 700 нм, а до р еакційн ого центру Ф С 2 — м олекули хлороф ілу, я к і п оглин аю ть св ітл о з до вж и н ою х в и л і м а к си м у м 680 нм.

біохімічні реакції, що не залежать від світла

Мал. 26.2. Фази фотосинтезу: 1 — світлова, 2 — темнова

Цитоплазма та ї ї компоненти Енергія електрону витрача ється на синтез енергетич них молекул НАДФН

Акцептор електронів приймас високоенерге тичний електрон Акцептор елем^онів

Електрон переміщу ється по ланцюгу, втрачаючи енергію, яка іде на синтез АТФ

Акцептор елекцюнів

Квант світла переводить електрон хлорофілу на більш високу енергетичну орбіту

НАДФ' НАДФН

Електрон з фотосистеми 2 закриває електронну дірку в хлорофілі фотосистсми 1

>0,

хлорофіл Н.о

Енергія АТФ і НАДФН витрачається на синтез глюкози

2Н У результаті фотолізу води утворюються е , Н‘ і О, СО Фотохімічні реакції

Біохімічні реакції, що не залежать від світла

Рис. 26.3. Схема фотосинтезу

П р оц еси у с в ітл о в ій ф азі з д ій сн ю ю ть с я за сх ем ою , зображ еною на мал. 26.3. У тв о р е н і в р езу л ьтаті ф о то х ім іч н и х р е а к ц ій м о л ек у л и А Т Ф і Н А Д Ф Н (переносники е н е р гії) ви кор и стов ую ться д л я з д ій с нення р еак ц ій те м п о в о ї фази. П ід час тем н ової ф ази ф отосинтезу енергія, накопичена у св ітл о в ій ф азі, витрачається на синтез гл ю кози. Д л я цього синтезу потрібен в у г л е ки сл и й газ, К арбон я к о го ф ік су є ться у ц и к л і К а л ь в ін а (мал. 26.3), названого на честь ученого М е л в ін а К а л ь він а , я к и й його від кр и в.

Значення ф о т о с и н т е з у Ф о тоси н тез має загал ьн обіол огіч н е значення, о с к іл ь к и це є д и н и й процес, у р езу л ьтаті я к о го на н а ш ій п л а н е ті ен ергія сон яч н ого св ітл а перетворю ється на х ім іч н у енергію вуглеводів, а п о тім на ен ергію всіх ін ш и х о р га н іч н и х речовин бу д ь-як и х о р га н ізм ів . В основном у завдяки ф отосинтезу атмосф ера З е м л і збагачується в іл ь н и м к и сн ем , я к и й п отр ібен д л я д и х а н н я б іл ь ш о с ті м е ш к а н ц ів н а ш о ї планети, а та к о ж д л я са м и х рослин. Т а к и м чином , ф отосинтез — це не л и ш е первинний си нтез орга н іч н и х речовин, а й процес, ун а сл ід о к я к о го на З е м л і створ ю ю ться ум ови, н еоб хід н і д л я існ у ва н н я ж и в и х о р га н ізм ів .

146

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Наука — практиці

...........................................................

Учені з'ясували, що можна підвищувати рівень ефективності фото синтезу і цим поліпшувати продуктивність сільськогосподарських рослин. На продуктивність фотосинтезу впливає концентрація вуглекислого газу в повітрі, рівень освітленості, рівень мінераль ного живлення, забезпечення вологою та інші чинники. Регулюю чи ці чинники, можна змінювати продуктивність фотосинтезу.

Значення двомембранних органел Д в о м е м б р а н н і органели хлор оп ласти і м іт о х о н д р ії називаю ть ор ганелам и енергети чн ого о б м ін у. Саме в н и х м о ж у ть си н тезуватися м о лекули А Т Ф , я к і є у н івер сал ьн и м и п ер еносникам и е н е р гії в к л і т и н і. Т а я к щ о м іт о х о н д р ії си н те зу ю ть А Т Ф «на експорт» дл я потреб к л іт и н и в ц іл о м у , то А Т Ф , щ о си н те зу ється у хлоропластах, у н и х ж е і ви тр ачається на си н тез вуглеводів. І вж е ц і вуглеводи ак ти вн о ви кор и стов ую ться і к л іти н о ю , і о р га н ізм о м в ц іл о м у . З начення ц и х двом ем бран н их органел в енергети чном у о б м ін і над звичайно важ ли ве, то м у щ о саме в н и х утвор ю ється основна частина н еоб хід н ої д л я ж и т т є д ія л ь н о с т і к л іт и н и е н е р гії. К р ім того, у м іт о х о н д р ія х і хлор оп ластах є спадкова ін ф о р м а ц ія , вм іщ е н а в їх к іл ь ц е в и х м о лекулах Д Н К . Ц я позаядерна ін ф о р м а ц ія в ід ігр а є в аж л и ву роль у ви зн ачен н і властивостей і якостей к л іт и н та о р га н ізм ів .

Опорні т о ч к и М іт о х о н д р ії і х лор оп ласти — це ен ергети ч н і органели к л іт и н и . Х л о р о п л а сти — осн овн і ор ган оїд и к л іт и н рослин, у я к и х від бува ється процес ф отосинтезу. Ф о то си н те з — це процес перетворення е н е р гії сонячного св ітл а на ен ергію х ім іч н и х з в ’ я з к ів о р га н іч н и х сп о лу к (глю кози), я к і си н те зу ю ться з н еор га н іч н и х сп о лук — води й вугл ек и сл ого газу. О сн овн и м ф о тоси н те ти ч н и м п ігм е н то м в и щ и х рослин є хлороф іл. П роцес ф отосинтезу складається з двох взаєм опов’ язаних етапів: св ітл о в о ї й те м н о в о ї фаз. У св ітл о в ій ф азі ф отосинтезу відбувається п о гл и н а н н я с в ітл а м о л е к у л а м и х л о р о ф іл у і тр ан сф о р м ац ія е н е р гії св ітл а в х ім іч н у ен ергію А Т Ф та ін ш и х п ер ен осн и к ів е н е р гії. П ід час те м н ової ф ази ф отосинтезу ен ергія, накопичена у св ітл о в ій ф азі, в и трачається на си н тез гл ю кози.

Цитоплазма та ї ї компоненти

147

Запитання для кон тр ол ю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Які двомембранні органели ви знаєте? Яку роль відіграють хлоропласти в енергетичному обміні клітини? Як побудований хлоропласт? Чим подібні й відмінні пластиди рослинної клітини? Яка роль світлової і темнової фаз фотосинтезу? У чому полягає біологічне і планетарне значення фотосинтезу?

Тема. Вивчення будови двомембранних органел Мета: вивчити будову і функції двомембранних органел на прикладі готових і тимчасових препаратів. Обладнання та матеріали: світловий мікроскоп, предметні і накрив ні стекла, препарувальні голки, скальпель, коренеплід моркви, листок елодеї, дистильована вода, піпетки, готові постійні препарати: мітохон др ії в ниркових канальцях ссавців. Хід роботи

П р и го ту й те препарат хлор опластів у л и стк у елодеї. Д л я цього п ін ц ето м акуратно в ід ір в іть молодий ли сток елодеї. П о к л а д іть його н и ж н ім боком у к р ап л ю води на предметне скло, накрийте н а к р и в н и м склом і розгляньте при м алом у і вел иком у збільш ен н ях м ікр оскоп а. П о р івн я й те побачене з м алю н ком .

Клітини листка елодеї: А — крайові клітини: 1 — хло ропласти; 2 — клітини у вигляді зубців; 3 — ядро; 4 — цито плазма; Б — клітини середньої жилки та прилеглі до них клітини: 1 — пластиди; 2 — цитоплазма; 3 — вакуоля

П р и го ту й те препарат хром оп ластів у коренеплоді моркви. Д л я цього необхідно зробити то н к и й повздовж ній чи поперечний

14Z

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

зріз коренеплоду моркви й р о зм істи ти його на предметному с к л і в к р а п л і води чи гліцерину, п р и к р и ти н ак ри вн и м склом. Р о з гляньте препарат при м алом у та великом у збільш ен н ях. П о р ів н яй те побачене з м алю нком .

Хромопласти в клітинах коренеплоду моркви: 1 — оболонка: 2 — краплі ефірних олій; З — кристали каротину; 4 — вакуолі; 5 — хромопласти; 6 — цитоплазма

Розглян ьте п о стій н и й препарат м іто хо н д р ій в ниркових канальц я х ссавців. П ор івн яй те побачене з м алю н ком . 2

Мітохондрії в клітинах ниркових канальців: 1 — цитоплазма; 2 — ядро; 3 — клітина; 4 — мітохондрії

З робіть висновки.

Теми для проектної і групової роботи 1. Можливості регулювання продуктивності фотосинтезу. 2. Можливості штучного синтезу білків для діагностування та лі кування хвороб людини. ' 3. Гіпотези походження органел еукаріотичних клітин. 4. Вплив факторів зовнішнього середовища на клітини.

План виконання п р о е к тн о ї р о б о т и © Визначення мети проекту. © А р гу м е н ту в а н н я ак ту ал ьн ості тем и проекту. © В изначення дж ерел ін ф о рм ац ії. © О працю вання зібраної ін ф о рм ац ії, ї ї а н а л із та узагальнення. ©

Створення сам остій н ого ін ф орм аційн ого продукту (ори гінально го тексту).

Ф ор м улю ван н я висновків.

Оформлення результатів проекту (стаття, реферат, доповідь тощо).

Тема 3. Клітина як цілісна система Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: • • • •

клітинний цикл, мітоз і мейоз; обмін речовин та енергії в клітині; сучасну клітинну теорію; цитотехнології.

Навчитеся: • • •

характеризувати клітину як цілісну систему; розуміти, як і для чого застосовуються цитотехнології; пояснювати значення вивчення каріотипу для діагностування і профілактики спадкових хвороб людини.

§ 27. Хромосоми. Каріотип Хромосоми Х р о м о с о м и (від грец. chrom a — к о л ір і soma — тіл о ) — це н а й в а ж л и в іш и й о р ган оїд ядра, утворений Д Н К у к о м п л е к с і з основн им и б іл к а м и — гісто н а м и . Ц ей к о м п л е кс становить приблизно 90 % речо вини хром осом . Д о складу хром осом входять та к о ж Р Н К , к и с л і б іл к и , л іп ід и , м ін е р а л ь н і речовини і ф ермент Д Н К -п о л ім ер а за . У п ер іод м іж п о д іл о м к л іт и н и хром осо м и д е сп ір а л ізо в а н і, сп о стер ігаю ться т іл ь к и в ел ектр он н и й м ік р о ск о п і я в л я ю ть собою д о вгі то н к і н и т к и х р ом ати н у (мал. 27.1, а). У період п од іл у сп ір а л ізу ю ться , стаю ть к о м п а к тн и м и і їх видно у св ітл о ви й м ік р о ск о п . Існ ую ть р із н і р ів н і к о м п а к ги з а ц ії (упаковування) м о л е к у л и Д Н К (мал. 27.1). П е р ш и й рівен ь — н укл еосом н и й — утворю є стр у к ту р у у в и гл я д і « н а м и сти н о к на н и т ц і* , при ц ьо м у відбувається у ко р о ч ен н я Д Н К п риблизн о у с ім разів (мал. 27.1, б). Д р у ги й рівен ь — н укл еом ерн и й , де відбувається об’єдн анн я 8 — 10 нукл еосом у в и гл я д і глобули (мал. 27.1, в). Т р е тій р івен ь — х ром ом е рн и й , де нуклеомери ф орм ую ть ч и сл ен н і п е тл і, об’єдн ан і с к р іп к а м и із н егісто н о ви х б іл к ів (мал. 27.1, г). Ч етвер ти й етап — х р о м о н ем н и й — утворю ється за р аху н ок збли ж е н н я у л ін ій н о м у п орядку хром ом ерн и х петель з утвор ен н ям хром о н е м н о ї н и т к и (мал. 27.1, д ). П ’я ти й рівень — х ром осо м н ий — утворю ється в р езультаті сп ір а л ь ного вк лад ан н я хром он ем и (або хром атиди) (мал. 27.1, е). Х р о м о с о м и н а й к р ащ е ви вч ати в м о м ен т їх н а й б іл ь ш о ї к о н д е н с а ц ії — у ф азі п од іл у к л іт и н и , щ о називається м етаф азою .

150

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 27.1. Рівні компактизації ДНК

К іл ь к іс т ь х ром осо м у к л іти н а х б іл ь ш о с ті ви дів ж и в и х о р га н із м ів парна. Ц е п оясн ю ється ти м , щ о в к л іт и н а х тіл а є п ар н і хром осо м и, о д н акові за ф ормою і р о зм ір о м , одна з б а тьк ів сь к о го о р га н ізм у , а друга — з м а тер ин ського. Х р о м о со м и , щ о є од н аковим и за ф ормою та р о зм ір о м і несуть од н акові гени, називаю ть го м о л о гіч н и м и х р о м о со м а м и . Х р о м о со м н и й набір со м а ти ч н о ї к л іти н и , у я к о м у к о ж н а хром осома має собі пару, називається п о д вій н и м , або д и п л о їд и и м , і п означаєть ся 2 п, а хр о м о со м н и й набір, у я к о м у к о ж н а хром осом а не має пари, називається од ин ар н им , або га п л о їд н и м , і позначається п.

Каріотип С ук у п н ість к іл ь к іс н и х (к іл ьк ість і розміри) та я к існ и х (форма) ознак хром осомного набору со м ати ч н ої к л іти н и називаю ть к а р іо ти п о м . Н а й в а ж л и в іш и м п о к а зн и к о м к а р іо т и п у є к іл ь к іс т ь х р о м о со м . Д л я со м а ти ч н и х к л іт и н б а га то к л іт и н н и х о р га н із м ів х а р а к те р н и й д и п л о їд н и й х р ом осо м н и й набір. У н ьом у к о ж н а хром осом а має п а р ного собі го м о л о гіч н о го партнера, я к и й повторю є у детал ях р о зм ір и й особли вості ї ї м о р ф о л о гії. Т а к и м ч и н о м , у х р о м о со м н о м у наборі со м а ти ч н и х к л іт и н в и д іл я ю ть го м о л о гіч н і (з о д н іє ї пари) і иегомол о г іч н і (із р із н и х пар) хром осом и. С татеві к л іт и н и м а ю ть у д в іч і м е н ш и й — га п л о їд н и й — набір х р о мосом , у я к о м у наявна т іл ь к и одна хром осом а з к о ж н о ї го м о л о гіч н о ї пари хром осом.

Клітина як цілісна система

ЩК

Щ )с ) І )( |( К К 6

Мал. 27.2. Статеві хромосоми чоловічого організму

)(

М І(

« 16

»r

Мал. 27.3. Каріотип людини

Х р о м о с о м н о м у к о м п л е к су в л а сти в і статеві в ід м ін н о с т і. Н аб ори хром осом са м ц я і с а м и ц і в ід р із н я ю ть с я за о д н ією парою статевих хром осом . Н ап р и к л а д , у всіх ссавц ів статеві хром осо м и в с а м и ц і го м о л о гіч н і і називаю ться Х -х р о м о со м а м и . А в сам ц я стате ві хром осо ми н е го м о л о гіч н і, тобто р із н і (мал. 27.2). Одна це Х -х р ом осом а, а друга Y -хромосома. У X - та Y -хромосомах р із н і гени, і ц і х ром осом и від р ізн я ю ть ся морф ологічно. Видова ста л ість к іл ь к о с т і, р озм ір у і ф орми хромосом в ід ігр ає в а ж ли ву роль у процесі ево лю ц ії ж и в и х орган ізм ів. Саме ста л ість к а р іо ти п у зберігає а д ап ти в н і вл а сти вості, х ара ктер н і для певного виду (мал. 27.3). П ор уш ен н я к іл ь к о с т і та м орф ології хромосом, я к правило, сп ри чи н яє серйозні поруш ення ж и ттєд ія л ь н о с ті орган ізм у. В и вч ен н я м к а р іо ти п ів о р га н із м ів займ ається наука ка р іо си сте м а ти ка . Ц е р озділ си сте м а ти к и , щ о вивчає стр у к ту р и к л іти н н о го ядра у р ізн и х гр уп о р га н із м ів із м етою ви явлен ня ступен я їх сп о р ід н ен ня і в и ко р и ста н н я ц и х да н и х дл я побудови п р и р одн ої си стем и т іє ї чи ін ш о ї гр у п и о р га н із м ів (мал. 27.4).

Мал. 27.4. Каріотипи різних видів: 1 — скереди (рослина), 2 — коника, З — плодової мушки, 4 — метелика, 5 — півня

152

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Дізнайтеся більше

...................................................

Каріосистематика рослин інтенсивно розвивається від початку XX ст. Уперше визначення кількості хромосом у рослин провели у 1882 p. Е. Страсбургер та Л. Гіньяр. А у 1915 р. німецький цитолог Г. Тишлер описав хромосомні набори у 400 видів рослин. У 1967 р. було описано каріотипи понад 35 000 видів квіткових рослин. Каріосистематика тварин розвивалася повільніше, і лише засто сування сучасних методів дослідження сприяло у 60— 70-х pp. XX ст. ї ї значному прогресу.

Вивчення к ар іо ти п у людини В и вч ен н я к а р іо ти п у л ю ди н и важ ливе д л я д іа гн о с ти к и і п р о ф іл а к т и к и сп адкових хвороб л ю дин и . Х р о м о с о м н и й н абір здорової л ю д и н и має 46 хром осом: 22 пари аутосом (це всі хром осо м и, к р ім статевих) і 1 пара статевих х ром осом ( ж ін к а — X X , ч о л о в ік — X Y ) . Х р о м о с о м н і хвороби (синдром и) — це груп а вр одж ен и х пато ло гіч н и х стан ів, я к і п р оявляю ться а н о м а л ія м и р о зви тку й зу м о вл ен і п о р уш ен н я м и к іл ь к о с т і або с тр у к ту р и хром осом . У ч е н і ви яви ли хвороби, сп р и ч и н е н і п о р уш ен н я м к іл ь к о с т і а у то сом. Н а п р и к л а д , си н др ом Д ауна — це поява о д н іє ї зай в ої х р ом осо ми. З а м іс т ь 46 їх стає 47. Ц е п ов’язано із се рй озн и м и п о р уш ен н я м и в р о зви тку і ф у н к ц іо н у в а н н і о р га н ізм у . Є хвороби, п ов’я за н і з п ор уш ен н ям к іл ь к о с т і статевих хром осом . Н ап р и к л ад , у л ю д и н и синдром ІІІереш евського— Тернера — це в ід с у т н іс ть о д н іє ї Х -х р о м о со м и в ж ін о к . Т обто з а м іс ть двох Х -х р о м о со м у к л іти н а х о р га н із м у є т іл ь к и одна. У ч е н і розробили р із н і методи п р о ф іл а к ти к и сп адкових захвор ю вань. У багатьох м іс т а х У к р а їн и п р ац ю ю ть м е д и ко-ге н ети ч н і к о н с у л ь та ц ії, в я к и х м о ж н а о тр и м а ти к в а л іф ік о в а н у доп ом огу щ одо за п о б іган н я п роявам у п отом ства спадкових хвороб.

Опорні т о ч к и Х ром осо м и

—

н а й в а ж л и в іш і о р га н е л и

ядра, у тв о р е н і Д Н К

у к о м п л е к с і з о сн овн и м и б іл к а м и — гіс то н а м и . Існ ую ть р із н і р ів н і к о м п а к т и з а ц ії Д Н К у хром осом ах. Х р о м о со м и , щ о ви зн ачаю ть стать, н азиваю ть стате ви м и , а всі ін ш і хром осо м и називаю ть аутосом ам и. С у к у п н іс т ь к іл ь к іс н и х ( к іл ь к іс т ь та р о зм ір ) та я к іс н и х (форма) ознак хром осо м н ого набору со м а ти ч н о ї к л іт и н и н азиваю ть к а р іо т и пом. В и вч ен н я м к а р іо ти п ів о р га н із м ів зай м ається н аука к а р іо си сте м а ти к а.

Клітина як цілісна система

Запитання для контролю і самоконтролю 1. 2. 3. 4.

Що таке каріотип? Яке практичне значення має наука каріосистематика? Про які статеві відмінності хромосомного комплексу ви знаєте? Чому вивчення каріотипу людини надзвичайно важливе для меди цини? 5. Які кількісні та якісні ознаки хромосомного набору враховуються під час опису каріотипу? 6. Яку роль відіграє видова постійність кількості, розміру і форми хромосом? 7. Як будова хромосоми пов'язана з ї ї функціями?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9

Тема. Будова хромосом Мета: вивчити зовнішню будову хромосом, навчитися знаходити гомо логічні хромосоми й розрізняти аутосоми та статеві хромосоми. О бладнання та матеріали: світловий мікроскоп, предметні й накрив ні стекла, постійні препарати хромосом ссавців і комах, фотокаріограми людини. Хід роботи О

П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи.

П р и м а лом у зб іл ь ш ен н і м ік р оск оп а на п о стій н о м у препараті зна й д іть д іл ян ку , у я к ій к л іт и н и д іл я ть с я . П ри вел иком у збільш ен н і розгляньте хромосоми. П о л іч іт ь їх . З верн іть у вагу на їх н і роз м ір и та форму. З ам алю й те побачене. О знайомтеся з чотирм а ф отокаріограм ам и лю дини.

і;

П If Н

X II 14 It

її ї ї і*

К [і

х< II 1.

п 0 11

)і

11 V

І) (1 !< а ї ї а

)( М II (І II 0

% ‘ t П II н u п

і і «1 м ї ї І<

и а ї ї <г u u

44 11 14 4* 14 44

*•

ш.

Фотокаріограми людини: а — здоровий чоловік; б — здорова жінка; в — хромосомний набір хворого із синдромом Шерешевського—Тернера (моносомія за статевими хромосомами); г — хромосомний набір хворого із синдромом Клайнфельтера генотип XXXV.

154 ©

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Розглян ьте ф отокаріограм у здорової лю дини. З н а й д іть гом ологіч н і хром осоми й позначте пари го м ол огіч н и х хромосом циф рами 1— 23. ^

ч.

—

Зробіть висновок.

§ 28. Механізми відтворення і загибелі клітин. Клітинний цикл еукаріотичних клітин. Мітоз Утворення к л іти н У с і н о ві к л іт и н и в и н и к а ю ть у р е зу л ь та ті п о д іл у вж е іс н у ю ч и х . Б а га то к л іти н н и й о р га н ізм починає св ій розвиток н ай ч астіш е з одн ієїє д и н о ї к л іт и н и . П о т ім ш л я х о м неодноразового п о д іл у утворю ється багато к л іт и н , я к і й стан овл ять ор ган ізм . У б а га то к л іти н н и х о р га н ізм а х є к л іт и н и , я к і не м о ж у ть д іл и ти с я через їх ви соку сп е ц іа л іза ц ію . Н а п р и к л а д , нервові і м ’я зо ві к л іт и н и п іс л я заверш ення ем бріонального періоду р о зв и тк у о р га н ізм у п р и п и н я ю ть п о д іл і ф у н к ц іо н у ю ть п р о тя го м усього п одальш ого ж и т т я ор ган ізм у . Б агато сп е ц іа л ізо в а н и х к л іт и н не р о зм н о ж у ю ть с я за зв и ч а й н и х умов, але при у ш к о д ж е н н і ор ган ів і тк а н и н , до складу я к и х вони вх о д я ть, їх зд а тн ість д іл и ти с я від новлю ється. Д о та к и х к л іт и н н алеж ать к л іт и н и п е ч ін к и , ен д о к р и н н и х залоз та ін ш и х орган ів. Є к л іт и н и , н ап р и клад к л іт и н и е п іте л ію то н к о го к и ш е ч н и к у , е п і де рм ісу , я к і у п р оц есі ви кон ан н я св осї сп е ц и ф іч н о ї ф у н к ц ії ги н у ть, то м у їх з а м ін ю ю ть ін ш і, утворен і ш л я х о м п од іл у. У рослин п о с тій н и й п о д іл к л іт и н в е р х ів к о в о ї і б іч н о ї м ери стем за безпечує тр и в ал и й р іс т п аго н ів і кор е н ів у д о в ж и н у і то в щ и н у .

Пригадайте Меристеми — твірні тканини рослин.

Клітина як цілісна система Н овоутвор ені к л іт и н и набуваю ть зд а тн о сті д іл и ти с я п іс л я певного п еріоду росту. К р ім того, п о д іл у передує подвоєння к л іт и н н и х с т р у к тур: хлор оп ластів, м іто х о н д р ій , ц ен тр іо л ей та ін ш и х органел.

Механізми загибелі к л іт и н ' Д о м е х а н із м ів загибелі к л іт и н н ал е ж ать апоптоз, некроз, автофагія , м іт о ти ч н а катастроф а, к л іт и н н е ста р ін н я , а т а к о ж ф агоцитоз, у н а сл ід о к появи на м е м б р а н і к л іт и н и « сигн алів загибелі». А п о п то з (від грец. apoptosis — опадання ли стя) — це яви щ е програ м о ван ої к л іти н н о ї см ер ті, я к а суп роводж ується набором характерн их ц и то л о гіч н и х ознак, та к званих м аркер ів апоптозу, і м о лекулярн и х процесів, я к і м аю ть в ід м ін н о с т і в о д н о к л іти н н и х і б агато к л іти н н и х організм ів. А п о п то з — ф орма заги белі к л іт и н и , я к а пр оя вл я ється зм е н ш ен н я м ї ї р озм ір у, к о н д е н с а ц ії і ф р а гм е н та ц ії х р о м а ти н у, у щ іл ь н е н н я м зо в н іш н ь о ї і ц и то п л а зм а ти ч н о ї м ембран без ви ходу в м іс т у к л іт и н и у н авколи ш н є середовищ е. У ч и сл е н н и х е к сп е р и м е н тах у ч е н і довели, щ о п р огр ам ован а за гибель є обов’я зк ово ю і н е в ід ’є м н о ю в л а сти в істю б у д ь -я к о ї к л іт и н и будь-якого б а га то к л іти н н о го о р га н ізм у . Щ о д н я приблизн о 50 % к л іт и н о р га н ізм у п ід д аю ться апоптозу, а їх н є м ісц е зай м аю ть нові. А п о п то з м ож е від бувати ся в ід 15 х в и л и н до двох годин. А в т о ф а гія (від грец. autos — сам і phagos — п ож ир ач) — це за х о п лен ня і перетравлю вання к л іти н о ю власн их зр уй н о ван и х органел, особливо в к л іт и н а х , щ о атр оф ую ться через н ед о статн ість ж и в л е н н я або у з в ’язк у із ви ливом го рм о н ів. М іт о т и ч н а ка та стр о ф а — це загибель к л іт и н и вн асл ід ок грубих п ор уш ен ь м іто з у та в р езультаті р із н и х вп ли вів на цей процес. К л іти н н е с т а р ін н я визначається трьома процесами: н е м о ж л и в істю п о д іл у , з н и ж е н н я м «працездатності» к л іт и н , я к і не п о в и н н і д іл и ти ся (б іл ь ш ість нервових і м ’язови х к л іти н ) або в тр а ти л и зд а тн ість до п о д іл у, а т а к о ж с т а р ін н я м к л іт и н у н а сл ід о к р із н и х ге н ети ч н и х м у та ц ій . Ф а го ц и т о з через появу на м е м б р а н і к л іт и н и « си гн а л ів заги бе лі» п р извод ить до того, щ о к л іт и н а сама «просить» себе з н и щ и ти . Д о т а к и х я в и щ н а л е ж и ть , н ап р и к л ад , ф агоци тоз е р и тр о ц и тів , гцо ста р ію ть.

Клітинний цикл еукаріотичних к л іти н Ж и т т я к л іт и н и в ід одного п о д іл у до н аступ ного н азивається к л і т и н н и м ц и к л о м , або ж и т т є в и м ц и к л о м к л іт и н и (мал. 28.1). К л іт и н н и й ц и к л складається з інтерф ази та м іто зу .

156

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

М ітоз

Мал. 28.1. Клітинний цикл

Ів тер ф а за — це ста д ія ж и ттєв о го ц и к л у к л іт и н и м іж двома п о д і л а м и , а м іт о з — це період п од іл у е у к а р іо ти ч н о ї к л іти н и . Інтерф аза охоп лю є тр и періоди: — п о с тм іт о ти ч н и й (G t — в ід англ. grow — рости, зб іл ь ш у в а ти ся). К о л и к л іт и н а ж и ве і зд ій сн ю є процеси ж и тт є д ія л ь н о с ті, але не подвою є свою Д Н К ; — си н те ти ч н и й (S — від англ. synthesis — синтез), к о л и в к л і т и н і відбувається подвоєння м о лекул Д Н К , подвоєння центріолей, а т а к о ж п од іл м іт о х о н д р ій , зб іл ь ш у єть ся к іл ь к іс т ь ін ш и х органел к л іти н и ; — п р е м іто ти ч н и й (G 2), у я к о м у к л іт и н а го ту ється до под іл у.

профаза

2 — профаза

інтерфаза

8 — телофаза

Мал. 28.2. Фази мітозу

Клітина як цілісна система П о т ім настає п од іл к л іти н и . Н о в і д о ч ір н і к л іт и н и знову переходять в інтерф азу. Р е гу л я ц ія к л іти н н о го ц и к л у д у ж е складн а і зд ій сн ю є ть ся п р и вза є м о д ії сп е ц іальн и х б іл к ів і ф актор ів росту.

М іт о з М іт о з , або н е п р я м и й п о д іл ,— цс основний сп осіб п о д іл у е у к а р іо ти ч н и х к л іти н . М іт о з — це п од іл к л іт и н и , результатом я к о го є у тво рення двох д о ч ір н іх к л іт и н , у к о ж н ій з я к и х є т а к и й са м и й набір хром осом , я к і в м а те р и н ськ ій . О с к іл ь к и п ід час м іт о з у на одне подвоєння Д Н К припадає т іл ь к и один п од іл к л іт и н и , то цей процес зберігає п о с тій н іс ть к іл ь к о с т і хр о мосом у к л іти н а х . М іт о з — процес безперервний, але дл я зр уч н о сті ви вчен н я біол оги п о д іл я ю ть його на ч о ти р и с т а д ії залеж но від того, я к и й ви гл я д м а ю ть хром осом и в цей час у с в ітл о в о м у м ік р о с к о п і. У

м іт о з і в и д іл я ю т ь проф азу, м етаф азу, анаф азу та телоф азу

(мал. 28.2). У п р оф азі відбувається с п ір а л із а ц ія Д Н К , зн и к ає ядерце і фрагм е н ту ється (розпадається на частини ) ядерна оболонка, хром осо м и р о зм іщ у ю ть ся в ц и то п л а зм і. Н а п р и к ін ц і проф ази п оч и н ається у тво рення веретена п од іл у. У м е таф азі заверш ується утвор енн я веретена п од іл у, щ о ск л а д а ється з м ік р о тр у б о ч о к двох ти п ів: х р о м о со м н и х , я к і з двох п олю сів

4 — профаза

7 — анафаза

5 — метафаза

б — анафаза

15Z

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

зв ’я зу ю ться з ц ен тро м ер ам и хром осом , і д е н тр о со м н и х (полю сних), я к і тя гн у т ь с я в ід полю са до полю са к л іт и н и . Ц ен тр ом ер и хром осом н іб и в и ш то в х у ю ть ся м ік р о тр у б о ч к а м и в д іл я н к у екватора к л іт и н и , утвор ю ється та к звана «метаф азна п ласти н ка» . У м етаф азі ч іт к о видно п о д в ій н у будову хром осом , з ’єдн ан и х т іл ь к и в д іл я н ц і центром ери. У цей період легко п ід р а х ув а ти к іл ь к іс т ь хром осо м , ви вч ати особливості їх н ь о ї м о р ф о л о гіч н о ї будови. В а н а ф а зі х р о м а ти д и подвоєних в ін те р ф азі хром осом р озходяться до п олю сів к л іт и н и . У те л о ф а з і в ід б ув аю ться процеси, зво р о тн і т и м , я к і сп о сте р іга ю ться у профазі: почин ається д е сп ір а л іза ц ія хром осом , вони н абр яка ю ть і погано р о зр ізн я ю ться у св ітл о в о м у м ік р о с к о п і. Н а в к о л о х р о м о сом у к о ж н о го полю са з м ем бранни х стр у к ту р ц и то п л азм и ф орм ується ядерна оболонка, в ядр ах в и н и к а ю ть ядерц я. Р у й н у є ть с я веретено п од іл у. Н а с т а д ії телоф ази відбувається розділе н н я ц и то п л а зм и з утвор ен н я м двох к л іт и н . У р е зу л ьта ті м іт о з у з о д н іє ї к л іт и н и в и н и к а ю ть д в і д о ч ір н і з ти м с а м и м набором хром осом . Б іо л о гіч н е зн ач ен н я м іт о з у по лягає у суворо од н аковом у п о д іл і м іж д о ч ір н ім и к л іт и н а м и н о с іїв сп а д к о в о сті — м о л ек у л Д Н К , я к і входять до складу хром осом м атер и н ськ о ї к л іти н и . З авд я к и р ів н о м ір н о м у р озп о ділу хром осо м м іж д о ч ір н ім и к л іт и н а м и забезпечується утворення генетично р ів н о ц ін н и х к л іт и н і зберігається сп а д к о єм н ість у р я д і к л іт и н н и х п о к о л ін ь. М іт о т и ч н и й п о д іл к л іт и н — це ц и то л о гіч н а основа нестатевого роз м н о ж е н н я о р га н ізм ів . А м іт о з , або п р я м и й п о д іл ,— це п о д іл інтерф азного ядра ш л я х о м перетягуванн я. П ід час а м іто з у веретено п о д іл у не у твор ю ється і х р о м о сом и у св ітл о в о м у м ік р о с к о п і не р о зр ізн я ю ться . Т а к и й п од іл сп о сте р іга ється у д е я к и х о д н о к л іти н н и х о р га н із м ів , а т а к о ж у д е я к и х дегенерую чих, пр ир ечен и х на загибель к л іт и н а х росл ин і твари н або п ід час р із н и х п а то л о гіч н и х процесів (зл о я к існ и й р іс т к л іт и н , запа ле н н я та ін.).

Опорні т о ч к и Іс н у ю ть п е в н і м е х а н із м и у тв о р е н н я й за ги б е л і к л іт и н . Ж и т т я к л іт и н и в ід одного п о д іл у до на ступ н о го п о д іл у н азивається к л іт и н н и м ц и к л о м , я к и й вк л ю ч ає ін те р ф азу і м іт о з . М іт о з — це осн ов н и й сп о сіб п о д іл у е у к а р іо т и ч н и х к л іт и н . У м іт о з і в и д іл я ю т ь п р о ф азу, метаф азу, анаф азу, телоф азу.

Клітина як цілісна система

159

У р езультаті м іт о з у з о д н іє ї к л іт и н и в и н и к а ю ть д в і д о ч ір н і з ти м са м и м набором хром осом . Б іо л о г іч н и й з м іс т м іт о з у п олягає в суво ро од н аковом у р о з п о д іл і м іж д о ч ір н ім и к л іт и н а м и н о с іїв сп а д к о в о сті — м олекул Д Н К , щ о входять до скла ду хро м о со м м а те р и н ськ о ї к л іти н и .

Запитання для кон тр ол ю і самоконтролю 1. Навіщо потрібне утворення клітин? 2. Що таке мітоз? 3. У чому полягають особливості інтерфази? Чому виникли механізми загибелі клітин? Що відбувається у клітині в період профази? Як можна на практиці застосувати знання про процес апоптозу? 7. У чому полягає біологічне значення мітозу?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10

Тема. Мітотичний поділ клітин Мета: навчитися розпізнавати різні фази мітозу. Обладнання та матеріали: світловий мікроскоп, постійні препарати на різних стадіях мітотичного циклу, мікрофотографії різних стадій мі тотичного поділу клітин. Хід роботи

О ©

П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи. П р и м а ло м у збільш ен н і м ік р о ск о п а зн ай д іть на препараті к л іт и ни, що д іл я ть с я . Ро згляньте їх .

П р и великому збільш ен н і м ік р о ск оп а зн ай д іть к л іти н и , я к і пе ребуваю ть на с т а д ії профази. З ам алю й те їх . Н а п и ш іть , щ о в ід бувається в ц ій фазі. П р и великому збіл ьш ен н і м ік р оск оп а зн ай д іть к л іти н и , я к і пе ребувають у с т а д ії метафази. З ам алю й те їх . Н а п и ш іть , щ о в ід бувається в ц ій фазі.

П р и великому збільш ен ні м ік р оск оп а зн ай д іть к л іти н и , я к і пе ребуваю ть у с т а д ії телофази. З ам алю й те їх . Н а п и ш іть , щ о в ід бувається в ц ій фазі.

160 О

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

П о р івн я й те побачені вам и фази м іто зу з м ікр о ф ото гр аф іям и р із них стадій м іто ти ч н о го поділу к л іти н .

профаза Є

метафаза

анафаза

телофаза

Зробіть висновки.

§ 29. Мейоз Мейоз Мейоз (від грец. meiosis — зм енш енн я) — це особливий спосіб п о д іл у к л іт и н , у р езу л ьта ті як о го відбувається р е д у к ц ія (зм енш ення) к іл ь к о с т і хром осом у д в іч і й перехід к л іт и н із д и п л оїд н о го стан у (2л) в гап л о їд н и й (п ). За д о п о м о го ю м е й о зу у тв о р ю ю ть с я ста те в і к л іт и н и — га м е ти , а у в и щ и х рослин — спори. У р езультаті р е д у к ц ії х ром осо м н ого н а бору в к о ж н у га п л о їд н у га м ету й спору потрап ляє по о д н ій х ро м о со м і з к о ж н о ї пари го м о л о гіч н и х хром осом . профаза І

інтерфаза

профаза І

телофаза II Мал. 29.1. Фази мейозу

профаза І

анафаза II

Клітина як цілісна система

161

У х о д і п од альш о го процесу за п л ід н е н н я (з л и ття гам ет) в о р га н із м і нового п о к о л ін н я в ід н о в и ть ся д и п л о їд н и й н абір хром осо м . З а в д я к и м е й озу к а р іо т и п о р га н із м ів даного ви ду в р я д і п о к о л ін ь за л и ш ається п о с тій н и м . Б іо л о гіч н е значен ня м ейозу п ол ягає в забезпеченні п о с тій н о с ті к а р іо ти п у в р я д і п о к о л ін ь о р га н із м ів даного виду, дл я чого в м ейозі на одне подвоєння Д Н К припадає два п о д іл и к л іт и н и , щ о дозволяє ск о р о ти ти к іл ь к іс т ь хром осом у д в іч і.

Фази мейозу П е р ш и й п о д іл м ейозу скл а д ається з фаз: профаза І, метаф аза І, анафаза І, телоф аза І. У профазі І відбувається с п ір а л із а ц ія Д Н К , зн и кає ядерце і фрагм е н ту ється (розпадається на частини ) ядерна оболонка, хром осом и р о з м іщ у ю ть ся у ц и то п л а зм і. У к ін ц і проф ази починає утвор ю ватися веретено п о д іл у, яке ф орм ується з м ік р о тр у б о ч о к . А л е , на в ід м ін у в ід м іт о з у , у м е й о зі у п роф азі І від був ається к о н ’ ю га ц ія — тіс н е зб л и ж е н н я го м о л о гіч н и х хром осом . З а в д я к и та к о м у тіс н о м у збли ж е н н ю стає м о ж л и в и м процес кросинговеру. Кросинговер — це перехрестя го м о л о гіч н и х хром осом , щ о суп р о во д ж у ється о б м ін о м в ід п о в ід н и м и д іл я н к а м и м іж їх н ім и хром атидам и. П іс л я кросинговеру в процесі под іл у розходяться вж е з м ін е н і х ром осо м и, тобто в н и х у ж е ін ш е поєднання генів. К р оси н говер — одне із дж ерел к о м б ін а ти в н о ї м ін л и в о с ті.

метафаза І

анафаза І

телофаза І

Другий поділ

метафаза II

профаза II

інтеркінез

/62

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

З а в д я к и кросинговер у профаза І мейозу тривала і п роходить дуж е складно (мал. 29.2). У м е та ф а зі І заверш ується ф орм ування веретена поділу. Н и т к и ве ретена п р и к р іп л ю ю ть ся до ц ентро м ерів хром осом . Ц ен тр ом ер и « ш и к ую ться» по екватору к л іт и н и , утворю ється метаф азна п ласти н ка. В а н а ф а зі І го м о л о гіч н і пари хром осо м р о зхо дя ться до полю сів к л іти н и . У те л оф азі І утвор ю ю ться дві д и п л о їд н і к л іти н и . Ц і к л іт и н и від р а зу ж ро зп оч и н аю ть д р у ги й поділ. П р о м іж о к м іж двома поділам и називається ін те р к ін е з. Ін тер кін е з в ід р ізн я єть с я від інтерф ази ти м , щ о в н ьом у не відбувається р е п л ік а ц ія Д Н К . Д р у ги й п о д іл мейозу складається з фаз: профаза II, метаф аза II, анафаза II, телоф аза II. П р оф аза II нетривала, кросинговер у н ій не відбувається. У м е та фазі II утвор ю ється веретено поділу, хром осо м и ц ен тром ерам и п р и к р іп л ю ю ть ся до його м ікр отр убоч ок. У м е та ф а зі II хром о со м и « ш и кую ться» св о їм и ц ен тро м ер ам и по екватору к л іти н и . В ан аф азі II до п олю сів розходяться по од н ом у го м ологу з к о ж н о ї пари го м о л о гіч н и х хром осом. У телоф азі II відбувається поділ к л іт и н . Із двох д и п л о їд н и х к л іти н утвор ю ю ться ч о ти р и га п л о їд н і д о ч ір н і к л іти н и . О тж е, біо л о гіч н е значення мейозу полягає в п ід т р и м а н н і п о с т ій н о ї к іл ь к о с т і хром осо м за н аявності статевого процесу. К р ім того, вн асл ід о к кросин говер у відбувається р е к о м б ін а ц ія — поява нових поєднань сп адкових зад а тк ів у хром осомах. М ейоз забезпечує т а к о ж к о м б ін а ти в н у м ін л и в іс ть — появу нових поєднань спадкових задатків при п о д альш о м у зап л ід н ен н і. Х ід мейозу перебуває п ід контролем ге н о ти п у о р га н ізм у , на нього вп ли ваю ть статеві горм он и у тварин і ф іто го р м о н и в рослин.

Мал. 29.2. Схема кросинговеру

Клітина як цілісна система

Порівняння м іт о з у й мейозу' М іт о з і м ейоз р о з р із н я ю ть ся за св о їм б іо л о гіч н и м зн а ч е н н я м . М іто з — це спосіб передавання ін ф о р м а ц ії від к л іт и н и до к л іти н и , її мейоз — це сп осіб передавання ін ф о р м а ц ії від п о к о л ін н я до п о к о л ін н я . У м іт о з і на одне п одвоєння Д Н К припадає один п о д іл к л іт и н и , у результаті чого утворю ю ться к л іти н и з та к и м са м и м складом хро м о сом, я к і в м а тер и н ськ ої. Л в м е й озі на одне подвоєння Д Н К припадає два п о д іл и к л іт и н и , у результаті чого утворю ю ться д о ч ір н і к л іт и н и м га п л о їд н и м набором хром осом , щ о в ід р ізн я ю ться від м а тер и н ськ о ї к іл ь к іс т ю хром осом. У м е й озі б іл ь ш тривала і складна профаза І, то м у щ о в н ій від бу вається кросинговер. Д л я м іт о з у цей процес не хара ктер н и й .

Опорні то ч к и М ей оз — це особливий спосіб п од іл у к л іт и н , у р е зу л ьта ті я к о го відбувається р е д у к ц ія к іл ь к о с т і хром осом у д в іч і й перехід к л іт и н із д и п л оїд н ого стану (2л) у га п л о їд н и й (л). За допомогою мейозу утвор ю ю ться статеві к л іт и н и (гам ети) і спори ви щ и х рослин. Б іо л о гіч н е значен ня м ейозу полягає в забезпеченні п о с тій н о с ті к а р іо ти п у в р я д і п о к о л ін ь о р га н із м ів даного виду, дл я чого в м ейозі на одне подвоєння Д Н К припадає два поділи к л іт и н и , щ о дозволяє ім е н ш и ти к іл ь к іс т ь хром осом у д в іч і.

Запитання для к он тролю і самоконтролю 1. Що таке мейоз? 2. Які клітини утворюються після першого поділу мейозу? 3. Який механізм дозволяє під час мейозу зменшити кількість хромо сом удвічі? 4. Яку біологічну роль відіграє кросинговер? 5. Чим подібні й відмінні мітоз і мейоз? 6. у чому полягає біологічна роль мейозу?

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 7*

Тема. Порівняння мітозу й мейозу Мета: навчитися порівнювати фази мітозу і мейозу та робити висновки. Обладнання й матеріали: світловий мікроскоп, постійні препарати клітин на різних стадіях мітотичного і мейотичного циклу, малюнки різних стадій мітотичного та мейотичного поділу клітин.

/64

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Хід роботи

П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи. З н а й д іть на препараті к л іти н и , щ о д іл я ть с я за допомогою мітозу. Розгляньте їх і порівняйте з мал. 28.2, с. 156— 157. З н а й д іть на препараті к л іти н и , я к і д іл я ть с я за допомогою мейозу. Розгляньте їх і порівн яйте з мал. 29.1, с. 160— 161.

П р и вел иком у зб іл ь ш ен н і м ік р оск оп а зн а й д іть к л іти н и , я к і пе ребуваю ть на с т а д ії метафази м ітозу. П р и великому збільш ен н і м ікр о скоп а зн а й д іть к л іти н и , щ о перебуваю ть у с т а д ії метафази І мейозу. П ор івн яй те побачене з мал. 28.2 (с. 156— 157) і мал. 29.1 (с. 160— 161).

Зробіть висновки.

§ ЗО. Обмін речовин та енергії у клітині Обмін речовин О б м ін речовин та е н е р гії у к л іт и н і називаю ть та к о ж метаболізмом. М е та б о л ізм зд ій сн ю єть ся не ли ш е на к л іт и н н о м у р ів н і, а й на т к а н и н н о м у й о р га н ізм о в о м у р ів н я х . В ін забезпечує п о с тій н іс ть в н у т р іш н ь о го середовищ а к л іт и н и й о р га н ізм у в безперервно зм ін ю в а н и х умовах існ у ван н я. Т а к а п о с тій н іс ть називається гомеостазом. О б м ін речовин скла дається із двох взаєм оп ов’язан и х і взаємоза л е ж н и х процесів. Ц е процеси дисиміляції, у я к и х відбувається роз щ епл ен ня о р га н іч н и х речовин і виділена ен е р гія ви кор истовується дл я утворення А Т Ф , і процеси асиміляції, в я к и х ен ергія А Т Ф ви тр ачається на си нтез власних н еоб хід н их д л я о р га н із м у речовин. Обмін речовин і енергії = метаболізм

Зовнішній обмін

Внутрішній обмін 1'

Поглинання і виділення речовин

Пластичний обмін = асиміляція

1 Сукупність процесів син тезу складних органічних речовин із простих (супроводжується поглинанням енергії)

Енергетичний обмін — дисиміляція

t Сукупність процесів розщеплення складних речовин до простих (супроводжується виділенням енергії)

Клітина як цілісна система Процеси д и с и м іл я ц ії н азиваю ть та к о ж катаболізмом та енергеііічішм обміном, а процеси а с и м іл я ц ії — анаболізмом і пластичним обміном. Т а к багато с и н о н ім ів щ одо того сам ого п о н я ття ви н и кло тому, щ о р е а к ц ії о б м ін у речовин вивчали вчені р із н и х б іо л о гіч н и х спеціальностей: б іо х ім ік и , ф ізіол оги , м о лекулярн і біологи, цитологи, п чіети ки. П роте всі назви п р и ж и л и ся й акти вн о ви користовую ться науковцями.

Енергетичний обмін Енергетичний обмін (катабо л ізм , д и с и м іл я ц ія ) — це с у к у п н іс ть розщ еплення ск ла дн и х о р га н іч н и х сп о лук до б іл ь ш пр остих молекул із в и д іл е н н я м е н е р гії. Ч а сти н а ц іє ї е н е р гії йде на си нтез молекул А Т Ф , багати х на ен е р гети ч н і з в ’язк и . Ро зщ еп лен н я о р га н іч н и х речовин зд ій сн ю єть ся в ц и то п л а зм і без

|и -и к ц ій

участі к и с н ю і в м іт о х о н д р ія х за у частю кисню . Е н ер гети ч н и й обм ін від бувається поетапно. Н а підготовчому етапі п ід вп ли вом ф ерм ентів п олісахари ди роз щ еплю ю ться на моно сахариди , ж и р и розщ еплю ю ться до гл іц е р и н у і ж и р н и х ки сл о т, б іл к и — до а м ін о к и сл о т, н у к л е їн о в і к и сл о ти — до нуклеоти дів. П р и ц ьо м у в и д іл я є ть с я незначна к іл ь к іс т ь е н е р гії, яка розсію ється у в и гл я д і тепла. Незкисневий етап (анаеробне д и х ан н я, або гл ік о л із ) — м оноступ ін часте розщ епленн я гл ю к о зи без у ч а сті ки сн ю . Речовини , щ о утво р и л и ся на п ід го то вч о м у е т а п і,— глю коза, гл іц е рин, о р га н іч н і ки слоти , а м ін о к и сл о ти та ін .— п очин аю ть св ій подаль ший розпад. Ц е с к л а д н и й б а га то сту п ін ч а сти й процес. В ін ск л а д а єть ся з н и з к и п ослідо вн и х ф ер м ен тати в н и х р еакцій. С ум ар н е р ів н я н н я гл ікол ізу: С 6Н 120 6 + 2Н3Р 0 4 + 2АД Ф = г С ^ Н ^ + 2 А ТФ + 2Н ,0 Е н е р гія , щ о в и в іл ь н я є ть с я п ід час р е а к ц ій г л ік о л із у , не вся пе реходить у тепло. Ч а сти н а ї ї іде на синтез двох багати х на ен ергію ф осф атних з в ’ я з к ів . П р и р о зпаданн і о д н іє ї м о л е к у л и гл ю к о зи п ід час г л ік о л із у і спиртового б р о д ін н я у твор ю ю ться д в і м о л ек у л и А Т Ф . Т а к и м ч и н о м к л іти н а зберігає 40 % ен е ргії. Етап кисневого розщеплення, або ди хан н я.

Пригадайте

......................................................

Кисневе дихання — етап аеробного дихання, або кисневого роз щеплення, який відбувається на кристах мітохондрій. На цьому етапі речовини попереднього етапу розщеплюються до кінцевих продуктів розпаду — води й вуглекислого газу. У результаті роз щеплення двох молекул молочної кислоти утворюються 36 мо лекул АТФ.

ї 66

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

К исневе д и х а н н я основний етап у забезпеченні к л іт и н и е н е р гі єю . В ін у 18 р азів е ф е к ти в н іш и й за безкисневий етап. С ум арне р ів н я н н я кисневого розщ еплення: 2С3Н в0 3 + 6 0 , + 3 6 Н :іР О , + 3 6А Д Ф = 600., + 3 8 Н .О + 3 6 А Т Ф Е н е р ге ти ч н и й о б м ін в аеробних к л іт и н а х рослин, гри бів і тварин відбувається однаково. Ц е св ід ч и ть про їх сп о р ід н ен ість.

Аеробні організми Аеробні організми, або аероби, — це о р га н ізм и , я к і м о ж у ть ж и т и й розвиватися л и ш е за наявн ості в середовищ і віл ьн ого к и сн ю , я к и й вони ви ко р и сто в ую ть я к о к и сн и к . Д о аеробних о р га н ізм ів належ ать усі рослини, б іл ь ш ість н а й п р о сті ш и х і б а га то к л іти н н и х тварин, м а й ж е всі гриби. Тобто значна частина від о м и х ж и в и х істо т. У д е я к и х твари н зд а тн ість існ у в а ти без к и сн ю (анаеробіоз) спо сте р ігається я к вторинне п ристосуван н я. О собливе м іс ц е серед аеробних о р га н із м ів п о сід а ю ть о р га н із м и , зд а тн і до ф отосинтезу, — рослини та ц іа н о б а к те р ії. К исень, щ о вони в и д іл я ю ть, забезпечує р озвиток у сіх ін ш и х аеробних о р га н ізм ів .

Анаеробні організми Анаеробні організми; або анаероби, — це ор ган ізм и , я к і не потребу ю ть к и сн ю д л я н о р м а л ьн о ї ж и т т є д ія л ь н о с т і. Є о б л іга тн і (обов’язк ові) анаеробні о р га н ізм и , я к і м о ж у ть існ у вати т іл ь к и за в ід су тн о сті к и сн ю і ги н у ть від з ітк н е н н я з н им . Ц е переваж но б а к те р ії. А л е є й ф а к у л ь та ти в н і анаероби, зд атн і рости в середовищ і, де є кисень. Д о н и х на ле ж а ть д е я к і б а к те р ії та гриби, н а й п р о с тіш і, черви та ін ш і ор ган ізм и . Термін «анаероби» у вів Л у ї ІІастер, я к и й у 1861 р. від кр и в б а к те р ії м а сл я н о к и сл о го бродін ня. О б л іга тн і анаероби зд ій сн ю ю ть а зо тф ік са ц ію в кореневих бульбоч ках бобових рослин або у ґр у н ті, р озщ еп лю ю ть к л іт к о в и н у в к и ш е ч н и к а х ж у й н и х твари н. Вони т іл ь к и частко во розкладаю ть р о сл и н н і за л и ш к и , у твор ю ю чи торф . П роцеси розкладан н я субстрату анаероб н и м и о р га н ізм а м и н азиваю ть б р о д ін н ям , г н и т т я м тощ о.

Пластичний обмін Пластичний обмін (анаболізм, а с и м іл я ц ія ) — один із ви явів о бм ін у речовин, я к и й охоплю є процеси синтезу а м ін о к и сл о т, моносахаридів, ж и р н и х кислот, н у кл еоти д ів, п о л іса х а р и д ів , м а кр ом о лек ул б іл к ів , н у к л е їн о в и х кислот. П л а сти ч н и й о б м ін — си нтез власних о р га н іч н и х сп о л у к з о тр и м а н и х п о ж и в н и х речовин, відбувається з в и к о р и ста н н я м е н е р гії, о тр и м а н о ї п ід час окисненн я. П роцес від бувається у тр и етапи.

Клітина як цілісна система I In п ерш ом у етап і йде си нтез п р о м іж н и х сп о л у к із н и зь к о м о л е к у лярних речовин. I In д р угом у ста н і зд ій сн ю єть ся си н тез «будівельних блоків» із про м іж н и х сполук. І Іа третьом у етап і відбувається синтез м а кр о м о лекул б іл к ів , нуклеіионих ки слот, п олісах ар и д ів, ж и р ів із «будівельних бл оків» . У р езультаті п ласти чно го о б м ін у си н те зу ю ться вл а сти ві о р га н ізм у т и к и , ж и р и , вуглеводи, я к і, у свою чергу, ід у ть на створен н я нових і 'і і ти н , ор ган ів, м іж к л іт и н н о ї речовини. П р и к л а д о м п л а сти ч н о го обм ін у є біосинтез б іл к ів , я к и й ви вивчали раніш е. Значення пластичного о б м ін у полягає у забезпеченні к л іт и н и будіиельним матеріалом для створення к л іт и н н и х стр у к ту р і о р га н іч н и м и речовинами, я к і ви кор и стов ую ться в ен ергети чн ом у о б м ін і.

Опорні т о ч к и О бм ін речовин та е н е р гії у к л іт и н і забезпечує п ід тр и м а н н я гом ео стазу. О бм ін речовин складається із двох взаєм опов’ я за н и х і взаєм о залеж н и х процесів — процесів д и с и м іл я ц ії, у я к и х від бувається роз щ еплення о р га н іч н и х речовин і виділена ен е р гія ви ко р и стовується для утворення А Т Ф , і процесів а с и м іл я ц ії, в я к и х ен е р гія А Т Ф в и трачається на си н тез власних н ео б хід н и х для о р га н ізм у речовин.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Що називають метаболізмом? 2. Які організми називають аеробними, а які — анаеробними? 3. Чому саме кисневий етап є основним етапом у забезпеченні кліти ни енергією? 4. Які етапи характерні для енергетичного обміну? 5. Які етапи характерні для пластичного обміну? 6. У чому полягають відмінності аеробних та анаеробних організмів? 7. Як взаємопов'язані пластичний та енергетичний обміни?

^ 31. Сучасна клітинна теорія. Цитотехнології Сучасна к/іітинна те о р ія К л іти н а є елем ентарною стр у к ту р н о -ф у н к ц іо н а л ьн о ю од ин ицею ї ї і ного. У п е р ш е це встан ови ли М а т т іа с ІІІлейден і Теодор ІІІванн, нк і є засн о вникам и к л іт и н н о ї те о р ії. У своїй роботі « М ік р о с к о п іч н і до слід ж е н н я про в ід п о в ід н ість у с т р у к ту р і й рості твари н і рослин», н ап исаній у 1839 p., Т. Ш в а н н та к сф ормулю вав основні п о ло ж ен н я к л іти н н о ї теорії:

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

1. У с і о р га н із м и складаю ться з од н акових частин — к л іти н ; вони у твор ю ю ться і ростуть за о д н и м и й т и м и са м и м и зако нами. 2. З агал ьн и й п р и н ц и п р озви тку для елем ен тарн их частин орга н із м у — утворення к л іти н . 3. К о ж н а к л іт и н а в певних м еж ах є ін д и в ід у у м о м . А л е ц і ін д и в ід у у м и д ію ть сп іл ьн о , та к щ о ви никає га р м о н ій н е ціле. У с і тк а н и н и скла даю ться із к л іти н . 4. П роцеси, я к і в и н и к а ю ть у к л іти н а х

рослин, м о ж у ть бути

зведені до так и х: 1) ви н икненн я нових к л іти н ; 2) зб іл ь ш е н ня р о зм ір у к л іти н и ; 3) перетворення к л іти н н о го в м іс ту на потовщ енн я к л іт и н н о ї стін к и . М . П Ілейден і Т . Ш в а н н пом и лково вваж али , щ о к л іт и н и в о р га н із м і в и н и к а ю ть із п ер ви нн о ї н е к л іти н н о ї речовини. П із н іш е , у 1859 p., Рудольф В іх р о в сф ормулю вав одне з н а й в а ж л и в іш и х полож ен ь к л і ти н н о ї теорії: «Б удь-яка к л іти н а походить з ін ш о ї к л іти н и ... Т а м , де ви н и кає к л іти н а , їй повинна передувати к л іти н а , подібно до того, я к тварина п ох оди ть т іл ь к и від твари ни, а рослина — т іл ь к и від рос лини». К л іти н н а теорія розвивалася. У м еж ах ц іє ї те о р ії був сф ормульова н и й висновок про те, щ о к л іти н а — це не л и ш е о д и н и ц я певної с т р у к ту р и , а й основа р о зв и тк у б а га то к л іти н н о го о р га н ізм у , основа для перебігу ф із іо л о гіч н и х і б іо х ім іч н и х процесів в о р га н із м і. Б іо х ім іч н і д ан і дозволили зробити висновок про п од іб н ість х ім іч н о го складу всіх к л іт и н і щ е раз п ідтвер ди ли єдн ість усього ор ган іч н о го св іту . Сучасна к л іти н н а теорія вклю чає т а к і полож ення: 1. К л іт и н а основна од иниця будови й р о зви тку в сіх ж и в и х о р га н ізм ів , най м ен ш а од иниця ж ивого. 2. К л іт и н и всіх о д н о к л іти н н и х і б а га то к л іти н н и х о р га н із м ів п од іб н і за своєю будовою, х ім іч н и м скла дом , осн о вн и м и п ро явам и ж и тт є д ія л ь н о с ті й о бм ін у речовин. 3. Р о зм н о ж е н н я к л іт и н відбувається ш л я х о м їх п о д іл у, і к о ж на нова к л іти н а утворю ється в р езу л ьтаті п од іл у м а те р и н с ь к о ї к л іти н и . 4. У ск л а д н и х б а га то к л іти н н и х о р га н ізм а х к л іт и н и сп е ц іа л із о вані за ви кон уван и м и ф у н к ц ія м и й утвор ю ю ть ткан и ни ; із тк а н и н складаю ться органи, я к і нерозривно взаєм опов’ я зані й п ід п ор яд к ова н і нервовим і гу м о р а л ьн и м си стем а м ре гу л я ц ії. Д о сл ід ж е н н я к л іт и н и триваю ть, але теоретичною основою дл я них, я к і р ан іш е, є к л іти н н а теорія. К л іт и н н а те о р ія — одне з н а й в а ж л и в іш и х узагальнень б іо л о гіч н о ї науки.

Клітина як цілісна система

169

Цитотехнології Цитотехнології — це с у к у п н іс т ь м етод ів, я к і ви кор и стов ую ться і пі конструю ванн я нових к л іти н . Серед цих м етод ів — к у л ь ти в у в а н ні) і клонування к л іти н на спеціально дібраних середовищ ах, гібридиіац ія к л іт и н , пересадж ення к л іт и н н и х ядер та ін ш і м ік р о х ір у р г іч н і оп ер ац ії з «розбирання» і «збирання» ж и ттєзд а тн и х к л іт и н з о кре м и х ф рагм ентів. Ц и т о те х н о л о гії, або к л іт и н н і те х н о л о гії, — це основа к л іт и н н о ї ін ж е н е р ії, перспективн ого н ап р ям у р озвитку суч асн о ї б іо те х н о л о гії. У ч е н і розробили р із н о м а н ітн і методи вирощ ування (культивуваніпі) у ш т у ч н и х ум овах к л іт и н рослин, тварин і лю ди н и .

Досягнення ц и т о т е х н о л о г ії' О д н и м із досягн ен ь к л іт и н н о ї ін ж е н е р ії рослин є клональне мікроімммноження рослин на основі к у л ьту р и тк ан и н . Ц ей метод ґрунтугться на д и в о в и ж н ій власти вості рослин: з о к р е м о ї к л іт и н и чи ш м а точка тк а н и н и за п евних ум ов м о ж е вирости ц іл а рослина, здатна нормально рости і розвиватися. З а в д я к и цьом у методу з невеликої частини рослин и м о ж н а о тр и м а ти до 1 млн рослин за р ік . К л он ал ьн е м ік р о р о з м н о ж е н н я ви кор и стов ується дл я ш в и д к о го р озм нож ен ня р ід к іс н и х , ц ін н и х со р тів сіл ьсько госп одар ськи х к у л ь тур та дл я створення нових сортів. М етоди к л іт и н н о ї ін ж е н е р ії дозволяю ть значно п р и ск о р и ти селек ц ій н и й процес при виведенні нових сортів х л іб н и х зл а к ів та ін ш и х паж ливих сільськогосподарськи х культур. Т е р м ін їх отр и м ан н я зм ен ш ується до 3 — 4 р оків, то д і я к за ум ови застосування зв и ч а й н и х м е тодів с е л е к ц ії на цей процес витрачається 10— 12 р оків. Щ е од н и м пер спективн и м способом виведення нових со р тів ц ін н и х і ільськогосп од арськи х к у л ьту р є метод злиття клітин, щ о дозволяє о тр и м у вати гіб р и д и , я к і не м о ж у ть бути створені зви ч ай н и м ш л я х о м схр ещ уван ня через бар’єр м іж в и д о в о ї н есум існ ості. М етод о м зл и ття к л іти н о тр и м а н і, н априклад, гіб ри ди р ізни х ви дів к а р то п л і, то м а тів , р іп а к у й турнепсу. П р и н ц и п о м ш туч н о го ви рощ уван ня к л іти н рослин на ж и в и л ь н и х середовищ ах є ви рощ ування у ви гляд і су сп е н зії в р ід к о м у ж и в и л ь ному середо ви щ і або к а л у сн о ї к у л ь ту р и на твер дом у ж и в и л ь н о м у середовищ і. ІСалусом н азиваю ть недиф еренційовані к л іт и н и , з я к и х м о ж е роз іт н у т и с я ц іл а рослина (мал. 31.1). У б іо л о гії рослин калусом назинають т а к о ж к л іт и н и , щ о у твор ю ю ться на рановій поверхні рослини. ІСалусна тк а н и н а сп р и яє заростанню ран.

170

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 31.1. Калус

П еревага к л іт и н н о ї ін ж е н е р ії в то м у , щ о вона дозволяє експ ери м е н ту вати з к л іт и н а м и , а не з ц іл и м и о р га н ізм а м и . К л іт и н н а ін ж е н ер ія застосо вується д л я р озв’я зан н я тв о р ч и х проблем у біотехнол о г ії, дл я створення нови х ф орм рослин, я к и м п р и та м а н н і к о р и сн і вла сти во сті, н ап р и к л ад висока п р о д у к ти в н ість , і водночас с т ій к іс т ь до хвороб.

Опорні т о ч к и За сучасною к л іти н н о ю теорією , к л іт и н а — основна о д и н и ц я бу дови й р о зв и тк у в с іх ж и в и х о р га н ізм ів , н ай м ен ш а од и н и ц я ж и вого. К л іт и н и в сіх о д н о к л іти н н и х і б а га то к л іти н н и х о р га н із м ів п о д іб н і за своєю будовою, х ім іч н и м складом , осн овн и м и проявам и ж и т т є д ія л ь н о сті й о б м ін о м речовин. Р о зм н о ж е н н я к л іт и н відбувається ш л я х о м їх поділу. Ц и т о т е х н о л о гії — це с у к у п н іс ть м етод ів, я к і ви кор и стов ую ться д л я ко н стр у ю ван н я н ови х к л іт и н і є основою к л іт и н н о ї ін ж е н е р ії. К л іт и н н а ін ж е н е р ія застосовується д л я створення нових ф орм о р га н із м ів , я к и м п р и та м а н н і к о р и сн і ознаки.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Що є елементарною структурно-ф ункціональною одиницею живого? 2. Що є спільного й відмінного в сучасній клітинній теорії і тій, що була створена у XIX ст.? 3. Як використовуються калусні культури? 4. Яку практичну користь дає клональне мікророзмноження рослин на основі культури тканин? 5. У чому полягають переваги клітинної інженерії? 6. З якою метою застосовуються методи культивування і клонування клітин на спеціально дібраних середовищах?

Клітина як цілісна система

Теми для проектної і групової роботи 1. Подібність і відмінності в будові клітин організмів різних царств у зв'язку зі способом їхнього життя. 2. Значення стабільності каріотипу для існування виду. 3. Значення вивчення каріотипу для діагностування і профілак тики спадкових хвороб людини. 4. Можливості цитотехнологій.

План виконання п р о е к тн о ї р о б о т и

Визначення мети проекту.

А р гу м е н ту в а н н я а к ту а л ь н о сті те м и проекту.

Визначення дж ерел ін ф о р м а ц ії.

О працю вання зібраної ін ф о р м а ц ії, ї ї а н а л із та узагальнення.

С творення са м о стій н ого ін ф о р м а ц ій н ого пр одукту (ори гін альн о го тексту).

Ф ор м улю в ан н я висновків.

Оф ормлення

результатів

проекту

(стаття,

реферат,

доповідь

тощо).

Тестова перевірка знань за розділом II. Клітинний рівень організації життя Укажіть правильні відповіді 1. К л іт и н н у те о р ію у 1839 р. сф орм улю вали вчені: а) Ро бер т Г у к і А н т о н і ван Л евенгук; б) Д ж е й м с У о тсо н і Ф р е н сіс К р ік ;

в) Теодор Ш в а н н і М а тт іа с Ш лейден; г) А л ьф ред У о л л ес і Ч ар лз Д а р в ін . 2. Б а к те р ії к р у гл о ї ф орм и називаю ться: а) к о ка м и ; в) вібр іо н ам и ; б) бацилам и;

г) сп ір и л а м и .

3. М ол е ку л и ф осф оліп ідів р озташ овую ться в м е м бр ан і у ви гляді: а) одинарного ш ару; в) п о тр ій н о го шару; б) п о д вій н ого ш ару; г) у за га л і не входять до складу мембран. 4. У б іл ь ш о с ті бак те р ій к л іти н н а с т ін к а складається з високомол е к у л я р н о ї речовини: н) целю лози; б) х іти н у ;

в) муреїну; г) к р о х м ал ю .

ft 2

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

5- К л іт и н н а органела, щ о бере безпосередню участь в утворенні оболонки ядра: а) лізосом а; б) ц ен тр іо л і; 6. А у то с о м и — це:

в) енд оп лазм атичн а сітка; г) апарат Г о л ь д ж і.

а) статеві хром осом и; в) у с і хром осо м и , к р ім статевих; б) вел и к і хром осом и; г) м а л і х ром осо м и. Ц е н т р іо л і н еоб хід н і д л я ф ормування: а) д ж г у т и к ів і війок; в) хлоропластів; б) м іто х о н д р ій ; г) апарату Г о л ь д ж і. 8. Н а мем бранах гр а н у л я р н о ї ен д оп лазм а ти ч н ої с іт к и від буваєть ся синтез: а) вуглеводів; в) ж и р ів ; б) б іл к ів ; г) в іт а м ін ів . 9- У се р е д и н і п ер ви н н и х лізосом м іс тя ть ся : а) в іта м ін и ; в) гід р о л іт и ч н і ф ерменти; б) ж и р и ; г) си нтетази. Ю. В а к у о л і р о сл и н н и х к л іт и н утворю ю ться: а) з апарату Г о л ь д ж і; б) бульбаш ок, щ о від окр ем л ю ю ться від ен д оп л азм а ти ч н о ї с ітк и ; в) п ер ви н н и х лізосом; г) п л а зм а ти ч н о ї мембрани. II* О болонка м іт о х о н д р ії складається з: а) з двох м ембран — зо в н іш н ь о ї та в н у тр іш н ьо ї; б) о д н іє ї м ем бран и — зовніш н ьої; в) тр ьох мембран — зо вн іш н ьо ї, середньої та вн у тр іш н ьо ї; г) кри ст. 12. Н о в і м іт о х о н д р ії утворю ю ться: а) з апарату Г о л ьд ж і; б) ш л я х о м п од іл у вж е існ у ю ч и х у к л іт и н і м іто х о н д р ій ; в) ш л я х о м перетворення е н д оп л азм а ти ч н ої сітк и ; г) ш л я х о м самозбирання. 13. У результаті гліколізу утворюється: а) одна м о лекула А Т Ф ; в) 36 м о лекул А Т Ф ; б) д ві м о л ек у л и А Т Ф ; г) 38 м о лекул А Т Ф . 14. А в т о н о м ія м іт о х о н д р ій полягає в том у , щ о вони: а) двомембранні; б) м а ю ть власну к іл ьц е в у м о лек у лу Д Н К ; в) б іл ь ш і, н іж ін ш і органели; г) м іс т я т ь власний апарат із рибосом та всіх ви дів Р Н К . 15. Т и л а к о їд и — це к ом п он е н ти стр ук ту р и : а) м іто х о н д р ії;

в) хлоропластів;

б) ядра;

г) апарату Г о л ь д ж і.

Клітина як цілісна система

16. За будовою хлор оп ласти п о д іб н і з: а) апаратом Г о л ьд ж і;

б) лізосом ам и;

в) м іто х о н д р ія м и ;

г) ен д оплазм атичн ою сітк о ю .

17. К исень, щ о ви д іл я ється в процесі ф отосинтезу, п оходи ть із м о лекули: а) глю кози;

в) води;

б) вугл еки сл ого газу;

г) крохм алю .

18. Х р о м а ти д и — це д о ч ір н і хром осом и, я к і: а) не є гомологами; б) м іс т я т ь р ізн и й набір генів; в) м іс т я т ь п од іб н и й набір генів; г) м а ю ть р ізн у м о р ф о л о гічн у будову. 19. У процесі м іто з у ядерця зн и к а ю ть у: а) 20. У а) б)

метаф азі; б) профазі; в) телоф азі; г) інтерф азі. процесі мейозу кросинговер відбувається у: метаф азі II; в) телоф азі II; проф азі І; г) анаф азі І.

21. П осер ед ником о б м ін у є:

м іж

р е а к ц ія м и енергетичного та

а) м олекула глю кози; в) б) м о лекула А Т Ф ; г) 22. С ин тез н у к л е їн о в и х к и сл о т а) тр ан сл яц ією ; в) б) тр а н скр и п ц ією ; г)

п ласти чн о го

м олекула Д Н К ; м о лекула Р Н К . у я д р і називаю ть: тран слокацією ; тр а н сд у кц ією .

23. Ц и то те х н о л о гії — це су к у п н іс ть м етодів конструю вання нових: а) м олекул; в) екосистем; б) к л іти н ; г) біоценозів. 24. Н а безкисневому етап і енергетичного о б м ін у на одну м о лекулу гл ю к о зи синтезується: а) 2 м о лек у ли А Т Ф ; в) 8 м олекул А Т Ф ; б) 6 м о лекул А Т Ф ; г) 38 м о лекул А Т Ф . 25. В и зн а ч те п о сл ід о в н ість д ій у процесі си н тезу білка: а) тр а н сл я ц ія ; б) в и х ід І Р Н К з ядра у цитоплазм у; в) утвор енн я просторової стр у к ту р и м о лекули білка; г) тр а н с к р и п ц ія . 26. В и зн ач те п о сл ід о в н ість д ій у м ітозі: а) го м о л о гіч н і пари хром осом розходяться до р із н и х п олю сів к л іти н и ; б) п оч и н ається с п ір а л із а ц ія хром атину; в) подвою ється к іл ь к іс т ь Д Н К ; г) утвор ю ється метаф азна пласти нка.

КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

27. В и зн а ч те п о с л ід о в н іс ть д ій у мейозі: а) утворення га п л о їд н и х к л іти н ; б) утвор ен н я д и п л о їд н и х к л іти н ; в) кросинговер; г) подвоєння Д Н К . 28. В и зн ач те п о сл ід о в н ість п л асти чн о го обм іну: а) ви кон ан ня синтезованим и сп о лукам и їх н іх біо л о гіч н и х ф ун к цій; б) си нтез «будівельних блоків» із п р о м іж н и х сполук; в) си нтез м а к р о м о л е к у л б іл к ів , н у к л е їн о в и х ки сл о т, п о л іса х а ридів, ж и р ів із «будівельних блоків»; г) си нтез п р о м іж н и х сп о л у к із н и зь к о м о л е к у л я р н и х речовин. 29. В и зн ач те в ід п о в ід н іс ть м іж назвою органели й в и к о н у в а н и м и нею ф у н к ц ія м и : 1) система синтезу й транспор а) ядро; тування вуглеводів і ліп ід ів ; б) рибосоми; 2) си стем а си н тезу й тр а н в) гр ан у л яр н а ендоплазм а сп о ртува нн я б іл к ів ; ти ч н а сітка; 3) ін ф о р м а ц ій н и й цен тр к л і г) гладенька ен д оп лазм а ти ч ти н и , від п о в ід а л ь н и й за на сітка ; процеси збереж ення, з м ін и , д) апарат Г о л ь д ж і. передавання й р е а л іза ц ії сп а дко вої ін ф о р м а ц ії; 4) м ісц е н агр о м ад ж ен н я, сор ту ва н н я , у п а ку ва н н я й п о да льш о го тр ан сп ортуван н я речовин по к л іт и н і. 30. В и зн ач те в ід п о в ід н ість м іж м о л е к у л а м и н у к л е їн о в и х к и с л о т та їх н ім и ф у н к ц ія м и п ід час си н тезу білка: 1) ін ф о р м а ц ій н а Р Н К ; а) є у н івер са л ьн и м переносни к о м енергії; 2) тр анспортн а Р Н К ; б) є м а тр и ц ею для си н тезу 3) рибосомна Р Н К ; в с іх т и п ів Р Н К ; 4) Д Н К . в) будучи частиною рибосоми, бере участь у си н те зі б іл к а , ф ун кц іо н ує в ци топ лазм і; г) переносить до м іс ц я си н тезу б іл к а а м ін о к и сл о ту й ви зн а чає, у яке м іс ц е білк ово го л а н ц ю га ї ї треба п остави ти , ф у н к ц іо н у є в ц и то п л а зм і; д) є м а тр и ц ею дл я си н те зу б іл ка, ф у н к ц іо н у є в ц и то п л а з м і разом із рибосомою .

РОЗДІЛ III. ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Тема 1. Неклітинні форми життя Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: •

віруси, пріони, їхню будову, життєві цикли;

•

роль вірусів і пріонів у природі й житті людини;

•

профілактику ВІЛ-інфекції/СНІДу та інших вірусних хвороО ми» дини.

Навчитеся: •

обґрунтовувати способи боротьби з вірусними захворюваннями,

•

застосовувати знання про процеси життєдіяльності вірусів дим

•

дотримуватися правил поведінки в місцях, де можливе мр.і ження вірусами.

профілактики вірусних хвороб людини, тварин, рослин;

§ 32. Віруси та їхня будова Неклітинні форми ж и т т я К л іт и н а — де ел ем ен тарна стр у к ту р н о -ф у н к ц іо н а л ь н а о д и н и ц я ж и во го . А л е є ф орм и ж и т т я , я к і р о зм н о ж у ю ть с я т іл ь к и всередині ж и в и х к л іт и н і, не м а ю ч и власного о б м ін у речовин, ви я в л я ю ть т а к і в л а сти в о с ті ж и в о го , я к сп а д к о в ість, м ін л и в іс т ь . Т а к і ф орм и ж и т тя вч ен і назвали неклітинними формами життя. Д о н и х належ ать віруси.

176

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

За своєю природою в ір уси є о б л іга тн и м и (обов’я зк о в и м и ) в н у т р іш н ь о к л іт и н н и м и пар азитам и. В ір у си р о зп ізн а ю ться за н а сл ід к а м и свого р о зви тку в к л іт и н а х х а зяїна. В о н и р у й н у ю ть ц іл і ком п ле кси к л іти н , сп р и ч и н я ю ть ураж ення тк а н и н , щ о пр и звод и ть до р ізн и х захворю вань. Х а з я їн а м и в ір у с ів є р ослини, твари ни та м ік р о о р га н із м и . К р ім в ір у сів , є й ін ш і стр у к ту р и , я к і д е м он стр ую ть о к р е м і влас ти в о с ті ж и в о го і м о ж у ть сп р и ч и н и ти захворю ван н я в р із н и х гр уп ах о р га н із м ів , н ап р и кла д в ір о їд и , вір усоїд и і п р іон и. В ір оїд и — це позбавлені оболонки невеликі молекули кільцевої, за звичай одноланцю гової, Р Н К , щ о спричиняю ть захворю вання рослин. В ір у с о їд и с х о ж і на в ір о їд и , але в к л ю ч е н і у с т р у к т у р у вірусуп о м іч н и к а і р е п л ік у ю ть с я л и ш е з його допом огою . П р іо н и — це особливий кл ас ін ф е к ц ій н и х аге н тів, ви н ятк ово б іл к о ви х , я к і не м іс т я т ь н у к л е їн о в и х кислот; вони сп р и ч и н я ю ть т я ж к і захворю вання ц ен тр а л ьн о ї нервової си сте м и в л ю д и н и та д е я к и х в и щ и х тварин.

Історія в ід к р и т т я вірусів У п е р ш е в ір уси (від л ати н , virus — отрута) були оп и сан і б о та н ік о м Д . Ів а н о в сь ки м у 1892 р. У ч е н и й ви яви в, щ о збу дн и к тю тю н о в о ї м о за їк и п р оходить к р із ь ф іл ьтр , щ о за тр и м у є б а к те р ії. В ін показав, щ о п р оф ільтр овани й к р із ь та к и й ф іл ьтр е к стр а к т рослин тю тю н у , за р аж е н и х тю тю н ово ю м о за їк о ю , зберігає зд а тн ість сп р и ч и н я ти захво рю ван ня у здорових рослин. Збуд н и к я щ у р у в е л и к о ї р огатої худоби, я к и й ф іл ьтр ується, був виявлений у 1897 р. н ім е ц ь к и м бактеріол огом Ф . Л еф лером. П е р ш и м ви явлени м в ір усо м л ю д и н и був вір ус ж о в т о ї п р оп асн и ц і, в ід к р и т и й а м ер и к а н ськ и м х ір у р го м У . Р ід о м у 1901 р.

Походження вірусів Існ ує к іл ь к а гіп отез, щ о по ясн ю ю ть п о х од ж ен н я в ір усів. По-перш е, вчені п р и п у ск аю ть, щ о в е л и к і Д Н К - в м іс н і в ір уси п о х о д я ть в ід б іл ь ш ск л а д н и х в н у тр іш н ь о к л іт и н н и х п ар ази тів, щ о в тр а ти л и зн ачну ч асти н у свого геном у. І справді, в е л и к і Д Н К - в м іс н і вір уси , н ап р иклад вір ус в ісп и , м о ж у ть м ати н а д л и ш к о ву ін ф о р м а ц ію . Ін ш і д о сл ід н и к и вваж аю ть, щ о д е які Д Н К - в м іс н і вір уси еукаріо тів, ім о в ір н о , п охо дять в ід м о б іл ьн и х (р у х л и в и х ) ел ем е н тів —■д іл я н о к Д Н К , я к і м о ж у ть зд ій сн ю ва ти са м о стій н у р е п л ік а ц ію в к л іт и н і. П ох од ж е н ня д е яки х Р Н К -в м іс н и х в ір усів пов’я зую ть із віроїдам и. В важ ається, щ о в ір о їд и є частиною іР Н К — « втікач к ою » , я к а випад ково набула здатн ості до р е п л ік а ц ії. Б іл к ів в ір о їд и не кодую ть. В ід о м і

Неклітинні форми життя п р и клад и в ір усів, я к і м іс т я т ь ви р а ж ен і в ір о їд о п о д іб н і д іл я н к и , на п р и к л ад вір ус ге п ати ту Д ельта. У ц іл о м у вва ж а ється , щ о в ір у с и в и н и к л и в н а сл ід о к в ід о к р е м лення певних ге н ети ч н и х елем ентів к л іт и н и , я к і набули здатн о сті передаватися від о р га н ізм у до ор ган ізм у. Я к це м о ж е від бувати ся? В ід о м о , щ о в н ор м а л ьн ій к л іт и н і відбувається п ер ем іщ ен н я гене т и ч н и х с тр у к ту р — м о б іл ьн и х елементів. М о б іл ь н і елем енти ген ом у — це по слідовн о сті Д І ІК , я к і м о ж у ть п е р е м іщ у в а ти с я всередині ге н ом у ж и в и х о р га н із м ів . Існує к іл ь к а к л а сів м о б іл ьн и х елем ен тів геном у, я к і в ід р із н я ю ть ся будовою і спо собом п ер ем іщ ен н я. Н а й п р о с тіш и м р ізно ви д ом м о б іл ьн и х ел ем ен тів є інсерційні еле менти, я к і не несуть н ія к о ї ге н ети ч н ої ін ф о р м а ц ії, за в и н я тк о м т іє ї, щ о необхідна дл я тр а н с п о з и ц ії — пер ем іщ енн я. Транспозони — це сегм ен ти Д Н К , я к і к о н тр о л ю ю ть власне пере м іщ е н н я з о д н іє ї д іл я н к и Д Н К в ін ш у ш л я х о м ви р іза н н я з в и х ід н о ї д іл я н к и і п р о н и к н ен н я в нову. Плазміди — це ч и н н и к и сп адковості, р о зм іщ е н і в к л іт и н а х поза хром осо м ам и . Д о п л а зм ід належ ать Д Н К м іт о х о н д р ій і х лор оп ластів та ге н ети ч н і ф актори, я к і не ви ступаю ть обов’ я зк о в и м и ко м п о н е н та м и к л іт и н (нап ри кл ад епісом и). Т а к і р у х л и в і елементи в процесі ево л ю ц ії м о гли набути б іл к о в и х оболонок і зап о ч атк у вати н о ві н е к л іт и н н і ф орми ж и т т я — вір уси . О с к іл ь к и це а в то н о м н і ге н е ти ч н і стр у к ту р и , їм п р и та м а н н а низка атр и б у тів ж и т т я , зокрема зд атн ість р о зм н о ж у в а ти ся і е в о л ю ц іо н у вати.

Будова вірусів В ір у с и тр и в а л и й час за л и ш а л и ся н е д о сл ід ж е н и м и через те, щ о були д у ж е д р іб н и м и (від 20 до 300 нм). Т іл ь к и поява електронного м ік р о ск о п а дозволила ви вч и ти їх н ю будову. З р іл а в ір у сн а ч а сти н к а (або в ір іо н ) ск л а д а ється з н у к л е їн о в о ї к и с л о ти ( Д Н К або Р Н К ) , ото че н ої білк ово ю оболонкою (кап сидом ) (мал. 32.1) одного або к іл ь к о х ти п ів . Д е я к і вір уси м а ю ть та к о ж зо в н іш н ю обо лонку, я к а м іс т и т ь л іп ід и . Ж о д н и х ін ш и х с тр у к ту р в і руси не м а ю ть, у н и х немає власного о б м ін у речовин, вони м о ж у ть р о зм н о ж у в а ти ся т іл ь к и всередині к л іти н , ви кор и стов ую чи їх н ій біл о к си н те зую ч и й апарат, речовини і ен ергети чн і ресурси. Усередині капсиду м ож уть бути необхідні для р еп л ік ац ії вірусу б іл ки, та к і я к фермент зворотна транскриптаза, характерний для Р Н К ретр овір усів і необхідний для утворення молекули вір усн о ї Д Н К .

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

капсид

вірусна нуклеїнова кислота

Мал. 32.1. Будова вірусу

В ір у си в ід р ізн я ю ться від м ік р о о р га н із м ів та к и м и особливостями: • вони м іс т я т ь н у к л е їн о в у к и сл о ту л и ш е одного ти п у — або Д Н К , або Р Н К ; • д л я їх р е п р о д у к ц ії необхідна т іл ь к и вір усн а н укл еїн о ва к и с лота; • вони не м о ж у ть р о зм н о ж у в а ти ся поза ж и в о ю к л іти н о ю ; • поза ж и в о ю к л іти н о ю вони не в и я в л я ю ть ж о д н и х власти вос тей ж ивого.

Бактеріофаги В ір у си , щ о у р а ж а ю ть б а к те р ії, називаю ться б а к те р іо ф а га м и . Б а к теріоф аги (від слова «бактерія» та грец. phagos — п ож ирач: б у к вал ь но п о ж и р а ч і бак те р ій ), ф аги, б а к те р іа л ь н і в ір у си с п р и ч и н я ю ть р уй н ув ан н я б а к те р ій та ін ш и х м ік р о о р га н із м ів . Б актер іоф аги ск л а д аю ться з ік о са е д р и ч н о ї го ловки з м олекулою Д Н К або Р Н К всередині, щ о п р и л ягає до с т р и ж н я , на к ін ц і я к о го є основна п л а сти н ка з х востови м и в ід р о с тк а м и (мал. 32.2).

ДНК або РНК

ікосаедрична голівка —

стрижень

/ основна пластинка

Мал. 32.2. Будова булавоподібного бактеріофага (а); мікрофотографія (б)

Неклітинні форми життя

Опорні т о ч к и В ір у с и — це н е к л іт и н н і ф орм и ж и т т я , в н у т р іш н ь о к л іт и н н і п а р азити . К о ж н а вір усна ч а сти н к а скла дається з н еве л и к о ї к іл ь к о с т і генетичного м атеріалу ( Д Н К або Р И К ) , оточеного білковою оболонкою (капсид). У ск л а д і д е я к и х в ір у с ів є вуглеводи і ж и р и . Д е я к і вір уси м а ю ть додаткову оболонку, щ о у твор ю ється із п л а зм а ти ч н о ї м ем бра ни к л іти н и -х а зя їн а .

Запитання для кон тр ол ю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Що таке віруси? Яку роль можуть відігравати вірусні білки? У якому вигляді представлений у вірусах генетичний матеріал? Чим віруси відрізняються від мікроорганізмів? Що спільного й відмінного в будові вірусів рослин і вірусів тварин? Яку роль могли відігравати рухливі генетичні елементи в похо

дженні вірусів? 7. Чому віруси називають неклітинними формами життя?

§ 33. Життєві цикли вірусів С т а д і ї ж и т т є в о г о циклу вірусів Ж и т т є в і ц и к л и м о ж у ть д у ж е в ід р із н я ти с я у р із н и х в ір у сів . Н а й б іл ь ш ти п о ви й процес п о тр а п л я н н я в ір усу до к л іт и н и п оч и н ається із пр иєдн анн я вір усн ого кап си ду до спец и ф іч н ого дл я даного в ір у су ре цептора, я к и й є на поверхн і мем брани к л іти н и -м іш е н і. П р о н и к н е н н я до к л іт и н и пр иєдн ан ого до м ем бр ани вір усу відбувається за р ахун ок ендоцитозу або з л и ття к л іт и н н о ї м ем бр ан и й оболонки вірусу. Усер ед и н і к л іти н и -х а зя їн а в ір у сн и й кап си д р у й н у єть ся п ід в п л и вом к л іт и н н и х ф ерм ентів, в и в іл ь н я ю ч и в ір у с н и й ге н е ти ч н и й м а те р іал, на основі я к о го си н те зу ю ться в ір у с н і І Р Н К і п о ч и н ається у тво рення в ір у сн и х б іл к ів та р е п л ік а ц ія вір усн ого геному. П о т ім відбувається сам озби ран н я в ір у сн и х ч асти н о к . В и х ід го то ви х в ір іо н ів із зар аж е н ої к л іт и н и часто су п р овод ж у ється ї ї р у й н у ван ням . Т а к и м ч и н о м , м о ж н а в и д іл и ти тр и с т а д ії в ір у с н о ї ін ф е к ц ії: • адсорбція в ір усу на к л іт и н н ій м ем бр ані і п р о н и к н е н н я в ір у су в к л іт и н у (мал. 33.1, 1); • експресія і р е п л ік а ц ія вір усн ого ген ом у (мал. 33.1, 2); •

збирання в ір у с ів і їх в и х ід із к л іт и н и (мал. 33.1, 3).

1%0 ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 33.1. Життєвий цикл вірусів: 1 — проникнення вірусу в клітину; 2 — експресія і реплікація вірусного геному; 3 — збирання вірусів і їх вихід із клітин

Адсорбція вірусу на клітинній мембрані і механізм проникнення вірусу в к л іти н у З а р а ж е н н я к л іт и н и в ір у с а м и поч и н ається з а д со р б ц ії в ір у су на к л іт и н н ій м ем бр ан і, я к а відбувається через взаєм од ію поверхневих б іл к ів в ір у су з м е м б р ан н и м и рецепторами к л іт и н и . Р із н і вір уси ви к о р и сто в у ю ть д л я з в ’ я з к у з мембраною к л іт и н и р із н і к л іт и н н і ре цептори. А д со р б о в а н і в ір у си п о тр а п л я ю ть у к л іт и н у за д о п ом о гою ендо ц и то зу або ш л я х о м з л и ття з к л іти н н о ю м ем бран ою . О п и н и в ш и с ь у ц и то п л а зм і, вір уси зв іл ь н я ю ть с я від б іл ь ш о с ті б іл к ів і п очи н аю ть р е п л ік у в а ти ся . Н а р із н и х поверхнях еп іте л іа л ь н и х тк а н и н м е х а н ізм и ад сор бц ії вір усів та їх прон икн ен ня у к л іти н у неоднакові. В ір у с и рослин, к л іт и н и я к и х зах и щ ен і м іц н о ю оболонкою із к л іт кови н и , м о ж у ть п р о н и к а ти в н и х ли ш е в м іс ц я х м е х а н іч н и х у ш к о дж ень. Ц і в ір уси м о ж у ть розносити ком ахи . К л іт и н и твари н, я к і м а ю ть гл ік о к а л ік с , б іл ь ш уразливі для вір усів, передусім через свою зд а тн ість до фаго- і п ін о ц и то зу . З ахоп л ю ю ч и п о ж и в н і речовини, вони часто «ковтаю ть» і з р іл і в ір у с н і ч а сти н к и .

Неклітинні форми життя Я к щ о к л іт и н и з ’єд н ан і одна з одною , то вір ус м о ж е м анд р увати, за раж а ю ч и одну к л іт и н у за ін ш о ю . У багатьох в ір у с ів твари н розвиваю ться сп е ц іа л ь н і пристосуван н я для п р о н и к н е н н я у к л іт и н у . Н а п р и к л а д , к л іт и н и , щ о в и сти л а ю ть д и х а л ь н і ш л я х и , в к р и ті за х и сн и м ш аром слизу, але вір ус гр и п у роз р ід ж у є цей сл и з і п р он и кає до мембрани к л іти н и . Б актер іо ф аги п р он и к аю ть у к л іт и н и б а к те р ій за доп ом огою своєї незвичайної будови. Вони я вл я ю ть собою «ж иви й ш п р и ц » , я к и й впор ск у є свою н у кл еїн о ву к и сл о ту в к л іт и н у хазя їн а . П о р о ж н я оболонка в ір іо н у зали ш ається зовні — вона вж е не потрібна, о с к іл ь к и виконала свою ф у н к ц ію .

Експресія і реплікація вірусного геному' П іс л я пр он и к н ен н я в ір у с ів у к л іт и н у і «роздягання» в ір у с н и й ге ном і зв ’язан і з ним в ір усн і б іл к и опин яю ться у ц и то п л а зм і. Всередині зар аж е н о ї к л іт и н и відбувається р е п л ік а ц ія в ір усн ого ген ом у і синтез с тр у к ту р н и х вір у сн и х б іл к ів , із я к и х збираю ться н ові віруси. Існує певн и й п ор яд ок т р а н с к р и п ц ії в ір у с н и х І Р Н К , я к і п о т ім тр а н с л ю ю ть ся з у тв о р е н н я м б іл к а . Р е п л ік а ц ія в ір у с н о го ге н о м у б іл ь ш о с ті Р Н К - в м іс н и х в ір у с ів від бувається в ц и то п л а з м і, а б іл ь ш о с ті Д Н К - в м іс н и х в ір у с ів — у ядр і. Є вір уси , я к і не м аю ть у своєм у ск л а д і ф ерментів. В ін ш и х в ір у сів є ф ерм енти, н а п р и к л а д Р Н К -п о л ім е р а з а , я к а п р он и к ає у к л іт и н у разом із в ір у с н и м геномом . З а р а ж а ю ч и сь в ір у с о м , к л іт и н а а к ти в у є с п е ц іа л ь н і м е х а н із м и п р о ти вір у сн о го зах и сту , відбувається п ер епрограм ування к л іт и н и . Вона починає си нтезувати си гн а л ь н і м о лекули — інтерф ерони, щ о а к ти в у ю ть си стем и ім у н іт е т у . П о ш к о д ж е н н я , сп р и ч и н е н і р о зм н о ж е н н я м в ір у су в к л іт и н і, в и я в л я ю ть ся си сте м а м и в н у тр іш н ь о го к л іти н н о го ко н тр о лю , і та к а к л іт и н а сама себе вбиває п ід час апоптозу, або п р огр ам ован ої к л іт и н н о ї см ерті. В и ж и в а н н я в ір у су з а л е ж и ть в ід його зд а тн о сті д о л а ти си сте м и п р о ти в ір у сн о го зах и сту . Т о м у велика к іл ь к іс т ь в ір у с ів у х о д і ево л ю ц ії набула здатн ості п р и гн іч у в а ти синтез ін терф ер он ів і п р огр ам у зд ій сн ен н я апоитозу. К р ім цьрго, віруси п р агн у ть створ и ти в к л іт и н і м а к си м а л ьн о с п р и я т л и в і умови д л я свого р о зм н ож ен н я. Д е я к і вір уси м о ж у ть п ереходити в л атен тн и й (при хован ий ) стан і ак ти в ув а ти ся ли ш е за п евних умов. П р и цьом у вір ус усп ад ков уєть ся д о ч ір н ім и к л іт и н а м и і н ер ідк о вклю чається у к л іт и н н и й геном. Я к щ о к л іт и н и п о тр а п л я ю ть у несп ри ятли ве середовищ е, то вір ус стає а к ти в н и м і починає р озм нож увати ся.

/%2

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Збирання вірусів і вихід їх із к л іти н и Я к т іл ь к и в ір у с н і н у к л е їн о в і к и сл о ти і в ір у с н і б іл к и си нтезовані в д о ста тн ій к іл ь к о с т і, п очин ається зби ран ня в ір усів. В кл ю ч ен н я н у к л е їн о в и х к и с л о т у в ір у с н і кап си ди у Р Н К -в м іс н и х в ір у с ів від бува є ться у ц и то п л а з м і, а у Д Н К - в м іс н и х в ір у сів — у ядрі. Н а остан н ьом у етапі р е п р о д у к ц ії вір уси п ови н н і ви йти із зараж еної к л іт и н и і не зв ’ я зу вати ся знову з ї ї поверхнею. В ір у с , щ о а к ти в н о р о з м н о ж у є ть ся , не за вж д и вбиває к л іт и н у х а зя їн а . Б агато в ір у с ів ви хо д ять із к л іт и н и ш л я х о м від брун ькуван н я від к л іт и н н о ї м ем брани , набуваю чи при ц ьо м у з о в н іш н ь о ї оболонки. У ц ьо м у ви п ад к у к л іт и н а м о ж е пр одовж увати ж и т и і пр одукувати вірус. В и х ід із к л іт и н и в ір у с ів , я к і не м а ю ть з о в н іш н ь о ї оболонки, м о ж л и в и й л и ш е за ум ови заги белі к л іт и н и й розпаду ї ї мембрани.

Опорні т о ч к и Ж и т т є в і ц и к л и в ір у с ів м о ж у ть в ід р із н я ти с я в р із н и х ви дів, але відбуваю ться за загальною схемою . М о ж н а в и д іл и ти тр и с т а д ії в ір у с н о ї ін ф е к ц ії: адсорбція в ір у су на к л іт и н н ій м ем бр ан і і п ро н и кн ен н я вір усу в к л іти н у ; експ р есія і р е п л ік а ц ія вір усн ого геному; збирання в ір у с ів та їх в и х ід із к л іти н и . М е х а н із м и п р о н и к н ен н я в ір у с ів у к л іт и н и лю д и н и , твари н , рос л и н, б а к те р ій в ід р із н я ю ть ся св о їм и особли востям и .

Запитання для к он тролю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Які особливості мають віруси? Як відбувається проникнення вірусу в клітину? Як здійснюється збирання вірусів і вихід їх із клітини? У чому полягають особливості життєвого циклу вірусів? Що відбувається після проникнення вірусу в клітину? Де відбувається реплікація вірусного геному ДНК-вмісних вірусів і РНК-вмісних вірусів? 7. Чим відрізняються механізми проникнення вірусів у клітини люди ни і тварин, рослин, бактерій?

§ 34. Роль вірусів у природі й житті людини Роль вірусів у природі За своєю ч и се л ь н істю вір уси є о д н ією з н а й б іл ьш п ош и р е н и х ф орм існ у ва н н я о р га н іч н о ї м а те р ії на п ланеті. В он и є в н у тр іш н ь о к л іт и н н и м и п ар ази там и у с іх царств ж и в и х о р га н ізм ів . З їх доп ом огою м о ж е

Неклітинні форми життя

(S 3

з д ій с н ю в а ти с я го р и зо н та л ь н е перенесення ге н ів в ід о д н іє ї с и с те м а т и ч н о ї гр у п и о р га н із м ів до ін ш о ї. У ц ьо м у п ол я гає важ ли ва ево лю ц ій н а роль вір усів. В ір у с и п о ш и р е н і у п р и р о д і повсю дно. В о н и у р а ж а ю ть у с і гр уп и ж и в и х о р га н із м ів . О п и сан о п р и б л и зн о 500 в ір у с ів , я к і у р а ж а ю ть те п л ок р о вн и х хребетних, і понад 300 вір усів, щ о у р а ж а ю ть в и щ і рос ли н и . Д е я к і види р ако ви х п у х л и н у твари н і, м о ж л и в о , у лю ди н и м а ю ть в ір у сн у природу. В и сту п аю ч и ін ф е к ц ій н и м и а ге н там и , вір уси м а ю ть не л и ш е основ н их х а з я їн ів , а й ін ш и х , у я к и х вони р о з м н о ж у ю ть с я , але ш к од и не завдаю ть. Т а к , наприклад, вір ус сказу в п р ир оді зберіга ється серед гр и зу н ів , д л я я к и х зараж ен н я ц и м вір усом не є см ер тельн и м . П р и р о д н и м резервуаром дл я в ір у с ів к ін с ь к и х ен ц е ф ал ітів, особли во небезпечних дл я коней і дещ о м енш е для лю д и н и , зал и ш аю ться п тах и . Ц і вір уси переносяться к ров о си сн и м и к ом ар ам и , у я к и х вірус р о зм н о ж у єть ся без іс т о тн о ї ш к о д и для комара. Ін од і вір уси м о ж у ть передаватися к о м а х а м и пасивно, тобто без р о зм н о ж ен н я в н и х , але н ай ч астіш е вір уси р о зм н о ж у ю ться в т и х о р га н ізм а х , я к і ви сту п аю ть п ерен осникам и вір усів. Д л я багатьох вір усів , н ап р и клад кору, герпесу, осн овн и м п р ир од н и м резервуаром є лю ди н а. П ередаван ня ц и х в ір у с ів від бувається п о в ітр я н о -к р а п л и н н и м ш л я х о м . Р е п р о д у к ц ія в ір усів у природі п ід тр и м у ється р із н и м и організм ам и: б а к те р ія м и , грибам и, н а й п р о с тіш и м и , р осл и н ам и (мал. 34.1, 34.2), тв ар и н ам и . Н а п р и к л а д , к о м а х и часто стр а ж д а ю ть від в ір у сів , я к і на к о п и ч у ю ть ся в їх н іх к л іт и н а х у в и гл я д і вел иких к р и ста л ів . Р о сл и н и н ер ідко у р а ж а ю ться д р іб н и м и і просто побудованим и Р Н К -в м іс н и м и вір усам и . Ц і вір уси н а в іть не м а ю ть сп е ц іа л ьн и х м е х а н із м ів дл я п ро н и к н е н н я у к л іт и н у . В о н и переносяться к о м а х а м и (я к і ж и в л я ть с я к л іт и н н и м соком ), к р у гл и м и червам и і к о н та к тн и м способом, зара ж а ю ч и р осл и н у вн аслідок ї ї м е ха н іч н о го у ш к о д ж е н н я .

Мал. 34.1. Вірус кільцевої плямистості малини, мікрофотографія

Мал. 34.2. Вірус мозаїчної хвороби люцерни, мікрофотографія

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Віруси т в а р и н В ір у с и є з б у д н и к а м и багатьох небезпечних хвороб тварин і л ю д и ни. В о н и передаю ться п ід час безпосереднього ф ізи ч н ого к о н та к ту , п о в іт р я н о -к р а п л и н н и м ш л я х о м та ін ш и м и способам и. В ір у с и м о ж у т ь та к о ж пош и р ю вати ся організм ам и-перен осн икам и . Н ап р иклад , вір ус сказу переносять собаки й к аж а н и . В ід о м і т а к о ж к іл ь к а в ір у с ів твари н, я к і м о ж у ть ін ф ік у в а ти л ю д и ну. Д е я к і вір уси м о ж у ть набувати та к о ї зд атн о сті за певних обставин, нап риклад надзвичайно в ід о м и й о ста н н ім часом вір ус п таш и н ого гр и п у (мал. 34.3). Д о серйозних в ір у с н и х захворю вань тв ар и н м о ж н а від н е сти я щ у р в е л и к о ї р о га то ї худоби, р о ж и сте зап аленн я у свин ей , ч у м у п та х ів і м ік со м а то з к р о л ів.

Віруси рослин У природн и х ум овах вір уси рослин п о ш и р ю ю ться ш л я х о м п р я м о го к о н та к ту або через переносників. Н е р ід к о в ір уси п о тр а п л я ю ть у л и с то к через п о ш к о д ж е н н я , щ о в и н и к л о в н асл ід о к те р тя л и с т к ів один об одного. П ередаванню в ір у с ів м о ж у ть с п р и я ти і рослин и-п аразити, багато в ір у с ів переносять к о м а х и . Г е н е ти ч н и м м а те р іа л о м в ір у с ів росл ин н а й ч а стіш е ви ступ ає Р Н К . В ір у сн е зар аж е н н я рослин зазвичай п р и звод и ть або до появи ж о в т и х ц я то ч о к на л и с тк а х (так званої м о за їк и л и стк ів ) (мал. 34.4), або до з м о р ш к у в а то с ті ч и к а р л и к о в о с ті л и с т к ів . В ір у с и с п р и ч и н я ю ть і за тр и м а н н я росту р осл ин, щ о п із н іш е п р и зв о д и ть до зм е н ш е н н я врож аю . Н и з к у серйозних захворю вань сп р и ч и н я ю ть вір уси ж о в то ї м о за їк и турнепсу, тю тю н о в о ї м о за їк и , к а р л и к о в о ї к у щ и с т о с т і і бронзовості то м а тів . П о ява с м у г на п ел ю стках д е я к и х со р тів тю л ь п а н ів т а к о ж зумовлена вір усом .

Мал. 34.3. Вірус пташиного грипу, мікрофотографія

Мал. 34.4. Модель вірусу тютюнової мозаїки

Неклітинні форми жигтя

Мал. 34.5. Вірус грипу, мікрофотографія

Мал. 34.6. Вірус гепатиту С, мікрофотографія

Роль вірусів у ж и т т і людини В и вж е знаєте, щ о понад д е сять осн о в н и х гр у п в ір у с ів м о ж у ть сп р и ч и н я ти ін ф е к ц ій н і захворю ван ня у лю д и н и . Д Н К - в м іс н і в ір у си сп р и ч и н я ю ть , н ап р и к л ад , н а ту р а л ь н у в ісп у , герпес, ге п а ти т В, а Р Н К - в м іс н і в ір у си — п о л іо м іє л іт , ге п а ти т А , го с тр і з а сту д н і за х во р ю ван н я, р із н і ф орм и гр и п у , к о р у та е п ід е м іч н о го п а р о ти ту (свинки). У н а ш час в ір у с н і ін ф е к ц ії с та н о в л я ть п ер ева ж н у ч а сти н у ін ф е к ц ій н о ї п а то л о гії лю ди н и . Н а й п о ш и р е н іш и м и серед н и х 'є го стр і р е с п ір а т о р н і ( Г Р В І) та ін ш і в ір у с н і ін ф е к ц ії, щ о п ер ед аю ться п о в ітр я н о -к р а п л и н н и м ш л я х о м , збу д н и ки я к и х н ал е ж ать до зо всім р із н и х родин, н а й ч а стіш е це Р Н К - в м іс н і вір уси (вірус гр и п у А , В, С, вір у с е п ід ем іч н ого п ар оти ту, в ір уси пар агр ип у, кору, р и н овір у си та ін .) (мал. 34.5). Н е м енш п ош и ре н і й к и ш к о в і в ір у с н і ін ф е к ц ій н і зах во р ю ван н я , я к і сп р и ч и н я ю ть вір уси , щ о т а к о ж н але ж ать до р із н и х родин Р Н К - та Д Н К - в м іс н и х вір усів . Д у ж е п о ш и р е н і в усьо м у с в іт і т а к і в ір у с н і ін ф е к ц ій н і захворю ван ня, я к в ір у с н і ге п а ти ти , особливо ге п ати т В , щ о передається тр ан с м іс и в н и м і стате ви м ш л я х о м . їх зб у д н и ки — в ір уси ге п а ти ту А , В, С, D, Е , G, Т Т — м а ю ть р із н і м е х а н із м и передачі, але вони м о ж у ть п о тр а п л я ти в к л іт и н и п е ч ін к и (мал. 34.6). О дна з н а й б іл ь ш в ід о м и х в ір у с н и х ін ф е к ц ій — B I J I -ін ф е к ц ія (мал. 34.7). Д о си ть п о ш и р е н і в н аш час а р б о в ір у сн і ін ф е к ц ій н і захворю вання. П р и р о д н і х а зя їн и їх збу д н и ків — д р іб н і гр и зун и та їх н і з о в н іш н і пара зи ти . Л ю д и н і ц і в ір у си передаю ться через у к у си к р ов о си сн и х к о м ах . Б іл ь ш іс т ь ц и х в ір у с ів є зб у д н и ка м и ен ц еф ал ітів і ге м о р а гіч н и х проп асни ц ь (пропасниці Ебола, М а р б у р зь к о ї п р о п а сн и ц і та ін .). Доведена роль в ір у с ів і в р о зв и тк у д е я к и х п у х л и н твари н і л ю д и н и (он ко ген н і, або он к овір уси ). Серед в ід о м и х в ір у с ів , я к і в и я в л я ю ть он коген ну д ію , є пр едставни ки я к Д Н К - в м іс н и х , та к і Р Н К - в м іс н и х вір усів.

1X6

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 34.7. Вірус імунодефіциту людини (ВІГІ), модель

Опорні т о ч к и В ір у си п о ш и р е н і в п р и р од і повсю ди й у р а ж а ю ть у сі групи ж и в и х о р га н ізм ів . Д о в ір у с н и х захворю вань тварин належ ать, нап р иклад , я щ у р ве л и к о ї р о гато ї худоби, р о ж и сте запалення у свиней, ч у м а п та х ів , м ік сом атоз кр о л ів. У рослин вір уси сп р и ч и н я ю ть р із н о м а н ітн і м о за їк и л и стя , за тр и м а н н я росту, зм енш ен ня врож аю . Д о в ір у с н и х захвор ю ван ь л ю д и н и н а л е ж а ть н ату р альн а віспа, герпес, ге п ати т В, п о л іо м іє л іт , гепатит А , го стр і застудн і захворю ван ня, р із н і ф орм и гр и пу, к о р у та е п ід ем іч н ого паротиту.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Яку роль віруси відіграють у природі? 2. Які природні резервуари вірусів ви знаєте? 3. Які вірусні захворювання рослин існують? До яких наслідків вони призводять? 4. Які є вірусні захворювання тварин? До яких наслідків вони призво дять? 5. Які є вірусні захворювання людини? До яких наслідків вони при-' зводять? 6. Чому саме віруси можуть здійснювати горизонтальне перенесення генів від однієї систематичної групи організмів до іншої?

§ 35. Пріони, їхня будова, життєві цикли Пріони Пріони (від англ. proteinaceous in fe ctio u s p a rtic le s — б іл к о в і ін ф е к ц ій н і ч асти н к и ) — особливий клас ін ф е к ц ій н и х аген тів, щ о с к л а д а ю ться з б іл к ів . П р іо н и сп р и ч и н я ю ть т я ж к і захвор ю ван н я ц е н т р альн ої нервової си стем и в лю ди н и і багатьох в и щ и х тварин.

Неклітинні форми життя П р іо н н и й б іл о к м ає а н о м а л ьн у т р и в и м ір н у с т р у к т у р у і м о ж е сп р и ч и н я ти стр ук ту р н е перетворення го м о л о гіч н о го (тобто схо ж ого на нього) норм ального к л іти н н о го б іл к а на собі п одібн ий (пріонний). П р іо н п р и є д н у єть ся до б іл к а - м іш е н і й з м ін ю є його к о н ф ір м а ц ію (мал. 35.1). П р іо н н і б іл к и існ у ю ть у двох к о н ф ір м а ц ія х : н о р м а л ьн ій і п ато ге н н ій , п р іо н о вій . Н о р м а л ь н і б іл к и (при ро дн і к ом п он е н ти к л іти н и ), сти к а ю ч и сь із п р іон ам и , м о ж у ть перетворю ватися на п р іо н и . Д ія л ь н іс ть к л іт и н и з т а к и м и б іл к а м и поруш ується, вона гине. В и вільн ен и й п р іо н м о ж е п р о н и к а ти в с у с ід н і к л іт и н и , т а к о ж с п р и ч и н я ю ч и їх загибель. У ч е н і щ е остаточно не ви вч и л и м е х а н ізм сп о нтан н ого в и н и к н ен н я п р іо н н и х ін ф е к ц ій . М о ж л и в о , п р іон и у тво р ю ю ться вн асл ід о к п о м и л о к у б іоси н тезі б іл к ів . Є д а н і, я к і даю ть п ідстави вваж ати, щ о пріони не т іл ь к и ви сту п аю ть ін ф е к ц ій н и м и аген там и, але й беруть участь у процесах генетично зумовленого ста р ін н я . Ж и т т є в и й ц и к л п р іо н ів має свої особливості. За н ор м ал ьн и х умов п р іо н и — це н е ш к ід л и в і к л іт и н н і б іл к и , проте вони м а ю ть п рирод ну зд а тн ість перетворю ватися на с т ій к і стр у к ту р и , я к і сп р и ч и н я ю ть д е я к і см ер те л ьн і захворю ван н я головного м о зк у в лю дей і тварин. У р а ж е н а д іл я н к а м о зк у має характерну губчасту стр у к ту р у , я к а св ід ч и ть про ураж ення вел и к о ї к іл ь к о с т і нервових к л іти н , щ о призводить до в и р аж ен и х н евр ол огіч н и х си м п то м ів , та к и х я к з н и ж е н н я тон у су м ’я зів, недоумство, втрата п а м ’ я т і і безсоння. Т а к и м чин ом , ц и к л п р іон ів здій сн ю ється за допомогою трансф орм а ц ії нор м ал ьного к л іти н н о го б іл к а у п р іо н при з іт к н е н н і з нріон ом . П р іо н н і хвороби м о ж у ть бу ти спадковим и, передаватися від хворої до здорової тв ари н и чи л ю д и н и або в и н и к а ти спонтанно.

Мал. 35.1. Зміна укладки поліпептидного ланцюга під час перетворення нормального білка (а) на пріон (б)

1% %ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Дізнайтеся більше Пріони відрізняються складом амінокислот, характерних для пев ного виду. Відомо багато пріонних родів. Пріони дуже стійкі до звичайних методів дезінфекції. Йонізуюче, ультрафіолетове чи мікрохвильо ве випромінювання на них практично не впливають. Дезінфекцій ні засоби, що зазвичай використовуються у медичній практиці, ді ють на них лише дуже обмежено. Пріони стійкі до впливу високих температур. Вони витримують температуру +134 °С упродовж 18 хвилин.

Хвороби людини, спричинені пріонами Н а й б іл ь ш в ід о м и м и п р іо н н и м и ін ф е к ц ія м и , п о в ’ я за н и м и з у р а ж е н н я м го ловн ого м о зк у , є хвороба К р е й тц ф е л ь д та — Я к о б а , без соння, хвороба К у р у , синдром Гер стм ан н а— Ш тр о й сл е р а— Ш ей н кера. Ц і зах вор ю ван н я н ази в аю ть гу б ч а с ти м и е н ц е ф а л о п а тія м и , вони є п о в іл ь н и м и ін ф е к ц ія м и , щ о сп р и ч и н я ю ть у р а ж ен н я с ір о ї речовини головного м о зк у і п р и зво д ять до р ухови х поруш ень, п с и х іч н и х роз ладів, недоумства, в р е ш ті-р е ш т — до см е р ті (мал. 35.2). П о-перш е, лю дин а м о ж е зар ази ти ся п р іо н а м и , щ о м іс тя ть с я в їж і, о с к іл ь к и вони не р уй н ую ться ф ерментами травн ого тр ак ту . П р о н и к а ю чи через с т ін к у тон к ого к и ш е ч н и к у , вони п отр ап ляю ть у центральну нервову си стем у (мал. 35.3). I lo -друге, за певних ум ов в о р га н із м і л ю д и н и м о ж е від б ути ся сп о н танна тр ан сф ор м ац ія п р іо н н ого п р о те їн у у пріон . П о-третє, є особлива груп а п р іо н н и х спадкових захворю вань, сп р и чин ених м у та ц іє ю гена п р іон н о го п р отеїн у (білка), я к а п р и звод и ть до перетворення їх на п р іо н и .

Мал. 35.2. Мікрофотографія мозку хворого на губчасту енцефалопатію

Мал. 35.3. Велика рогата худоба може хворіти на губчасту енцефалопатію

Неклітинні форми життя Із д е яки х е к сп е р и м е н тів від ом о, щ о дл я в и н и к н е н н я п р іо н ів у т к а н и н і достатньо ли ш е ти м часового к о н та к ту тк а н и н и з м а тер іалом , щ о м іс т и т ь п р іо н и (н ап ри клад із в и к о р и с та н и м и х ір у р г іч н и м и ін с т р у м е н там и , зар аж еним и пр іон ам и ).

Роль пріонів у природі й ж и т т і людини Н асамперед п р іо н и — це ін ф е к ц ій н і агенти, щ о сп р и ч и н я ю ть за хворю вання л ю д и н и і тварин. А л е у ч ен і вваж аю ть, щ о п р іо н и в и к о н у ю ть певні ф у н к ц ії у н о р м ал ьн и х б іо х ім іч н и х і ф із іо л о гіч н и х п ро цесах. Т ак, нап риклад, існ у є гіпотеза, щ о через п р іо н и зд ій сн ю єть ся м е х а н ізм генетично зумовленого ста р ін н я . У ч е н і припускаю ть, щ о п р іо н и беруть участь у м іж к л іт и н н о м у роз п ізн а в а н н і і к л іт и н н ій а к ти в а ц ії. У стан ов л ен о т а к о ж , щ о к л іт и н н и й п р іо н н и й біл о к п ід тр и м у є навколодобові р и тм и а к ти в н о с т і і спокою у к л іти н а х , тк а н и н а х , органах і в о р га н із м і в ц іл о м у . Ц е й б іл о к в и конує ф у н к ц ію своєрідн ого « засп окій ливого засобу», з певною п ер іо д и ч н іс тю гал ьм ую ч и а к ти в н іс ть к л іт и н , тк а н и н і о р га н із м у в ц іл о м у . В ідом о, щ о у своїй нор м ал ьн ій ф орм і п р іо н и від по відаю ть за зв ’язок м іж нейронами. М о ж л и в о , п р іо н и в и к о н у ю ть ф у н к ц ію п ер ем и к ач ів у багатьох в а ж л и в и х б іо л о гіч н и х процесах. Загалом ж е сл ід в ід зн а ч и ти , щ о ф у н к ц ії п р іо н ів щ е недостатньо вивчені.

Опорні т о ч к и П р іо н и — це особливий клас ін ф е к ц ій н и х аген тів, щ о складаю ться з б іл к ів і не м іс т я т ь н у к л е їн о в и х к и сл от. П р іо н и с п р и ч и н я ю ть т я ж к і захворю вання ц ен тр а л ьн ої нервової си стем и в л ю д и н и і д е я к и х в и щ и х тварин. П р іо н н і б іл к и існ у ю ть у двох к о н ф ір м а ц ія х : н о р м а л ьн ій і п ато ген н ій , п р іон овій . Н о р м а л ь н і б іл к и (п ри ро дн і к ом п он е н ти к л іти н и ), с т и к аю ч и сь із п р іо н а м и , м о ж у ть перетворю ватися на п р іо н и . Д ія л ь н іс т ь к л іт и н и з та к и м и б іл к а м и п о р уш ується , вона гине.

Запитання для кон трол ю і самоконтролю 1. Чи можна ліквідувати пріони за допомогою високої температури і звичайних засобів дезінфекції? 2. Чи може людина заразитися пріонами, що містяться в їжі? 3. Чим пріони відрізняються від вірусів? 4. У чому особливості життєвого циклу пріонів? 5. Що є спільного в перебігу захворювань, які спричиняють пріони? 6. Яку роль відіграють пріони у природі і житті людини?

/90

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

§ 36. Профілактика ВІЛ-інфекції (СНІДу) та інших вірусних захворювань людини Шляхи поширення вірусних захворювань В ір у си м о ж у ть сп р и ч и н и ти захворю вання л ю д и н и різного ступен я т я ж к о с т і. В ір у с н і захворю вання п о д іл я ю ть на т а к і, щ о на н и х хворіє т іл ь к и лю дина, і т а к і, щ о передаю ться в ід твари н л ю д и н і. Існує к іл ь к а о сн о в н и х ш л я х ів передавання в ір у с н о ї ін ф е к ц ії (м ал .36.1). Харчовий ш л я х , при я к о м у вірус п отр ап ляє в о р га н ізм л ю д и н и із забрудненим и п р о д у к та м и харчуванн я і водою (вір у сн и й ге п ати т А , Е та ін .) Парентеральний шлях (через кров), при я к о м у вір ус п отр ап ля є безпосередньо у кров або в н у тр іш н є середовищ е лю ди н и . Ц е відбу вається переваж но вн аслідок застосування зар аж е н и х х ір у р гіч н и х ін с т р у м е н тів або ш п р и ц ів , при н езах и щ е н ом у статевом у к о н та к ті, а т а к о ж тр а н сн л а ц е н та р н о від м а тер і до д и ти н и . Т а к и м ш л я х о м передаю ться в ір у си , щ о ш в и д к о р у й н у ю ться у н а в к о л и ш н ь о м у се р едовищ і, н а п р и к л а д вір ус ге п ати ту В, ВІЛ, вір у с сказу. Дихальний шлях, для як о го х ар а ктер н и й п о в ітр я н о -к р а п л и н н и й м е х а н ізм передавання, гіри я к о м у пірус п отр ап ляє в о р га н ізм л ю д и ни разом із в д и х ув ан и м п о в ітр я м , щ о м іс т и т ь ч а сти н к и м о к р о ти н н я і слизу, в и к и н у ти х хворою лю диною чи твариною . Ц е н а й б іл ьш не безпечний ш л я х , о с к іл ь к и з п о в ітр я м вір ус м о ж е переноситися на зн а ч н і в ід ста н і і сп р и ч и н я ти е п ід е м ії. Т а к передаю ться, н ап риклад, вір уси гри пу, в іт р я н о ї віспи. Контактний шлях, коли хворий витирає н іс чи ся к а ється , ін ф і кован ий слиз потрапляє й о м у на р ук и . П о т ім п ід час п р я м ого к о н т а к т у (п о ти ск а н н і рук) або через ін ш і предм ети (н ап ри клад дверні р уч к и , посуд, с п іл ь н і р у ш н и к и , ігр а ш к и , телефон) вір ус потрап ляє на ш к ір у ін ш о ї лю ди н и .

Мал. 36.1. Шляхи поширення вірусних захворювань

Неклітинні форми життя

Дізнайтеся більше

191

......................................................

Більшість вірусів мають певну спорідненість з тим чи іншим ор ганом. Наприклад, віруси гепатиту розмножуються переважно у клітинах печінки. За типом органів-мішеней, які уражаються під час тієї чи іншої хвороби, розрізняються такі види вірусних захво рювань: кишкові, респіраторні (дихальні), такі, що уражають цен тральну і периферичну нервову систему, внутрішні органи, шкіру і слизові оболонки, судини, імунну систему та ін. П ерви н не р озм н ож ен н я в ір усу на м іс ц і його п р о н и к н ен н я в ор ган ізм зм ін ю є ть ся стадією п р он и кн ен н я вір усу в кров, з то к о м я к о ї він розн оси ться в р із н і органи, де сп р и чи н яє вто р и н н і у ш к о д ж е н ня. Д л я та к и х ін ф е к ц ій характер н ий тр ивалий ін к у б а ц ій н и й період, а ім у н іте т, щ о залиш ається п ісл я перенесеного захворю вання, я к пра вило, тр и в ал и й час захищ ає о р га н ізм від повторного зараж ення ц и м сам им вірусом .

Профілактика ВІЛ-інфекції, г е п а т и т ів т а іншцх вірусних захворювань людини Ін ф е к ц ій н і в ір у с н і захворю вання в и н и к а ю ть за н а я в н о сті трьох основних ч и н н и ків: дж ерел ін ф е к ц ії, сп р и я тл и в и х ум ов дл я п о ш и рення зб у д н и ків і сп р и й н я тл и в о ї до захворю вань лю дин и . Я к щ о із цього лан цю га в и л у чи ти хоча б одну ланку, е п ід е м іч н и й процес п р и пиняється. Н а й б іл ь ш н а д ій н и м способом боротьби з вір усн и м и захворю ванн я ми є їх проф ілактика. П р и н ц и п и проф ілакти ки вірусн их захворю вань ґр у н ту ю ться на зн анн ях про будову й особливості ж и тт є в и х ц и к л ів вірусів. П р о ф іл а к ти к а ін ф е к ц ій н и х хвороб — це система к о м п л е ксн и х за ходів, я к і вклю чаю ть: запобігання появі ін ф е к ц ій н и х захворю вань, обм еж ен ня п ош и ре н н я ін ф е к ц ій н и х захворю вань, л ік в ід а ц ію к о н кретних ін ф е к ц ій н и х хвороб ш л я х о м створення в л ю ди н и ім у н іте ту до них. У процесі п р о ф іл а к ти к и вір у сн и х ін ф е к ц ій н и х захворю вань проводяться сп е ц іальн і заходи, д іа гн о сти ч н і до слід ж ен н я, застосову ю ться р із н о м а н ітн і л ік у в а л ьн о -п р о ф іл а к ти ч н і засоби. В аж л иве значення має своєчасне виявлення ін ф е к ц ій н и х хворих, їх рання із о л я ц ія і го сп іта л іза ц ія . Д л я розриву ш л я х ів передавання ін ф е к ц ії необхідно к он тр ол ю в ати до тр и м а н н я правил особистої та гр ом адської гігіє н и . Д о сп е ц и ф іч н о ї п р о ф іл а к ти к и вір усн и х захворю вань належать: • д іа гн о сти к а — проведення в ір усо л о гіч н и х та ін ш и х д о сл і д ж е н ь дл я виявлення та ід е н ти ф ік а ц ії зб у д н и ків хвороб;

192

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

• застосуванн я сп е ц іа л ьн и х л ік у в а л ьн о -п р о ф іл а к ти ч н и х засо бів, щ о попер ед ж аю ть зар аж ен ня л ю д и н и і п ід в и щ у ю ть п р и родну с т ій к іс т ь до вірусів; • ім у н о п р о ф іл а к т и к а — попередж ення п евн и х ін ф е к ц ій н и х хвороб ш л я х о м проведення ім у н із а ц ії д л я створення ш т у ч ного ім у н іте ту . С уч асн і методи в а к ц и н а ц ії та ім у н із а ц ії п о д іл я ю ть ся на тр и основні гр уп и . ІІо-перш е, це ви ко р и стан н я ослабленого ш т а м у вірусу, к о тр и й ст и м у л ю є в о р г а н із м і п р о д у к ува н н я а н т и т іл , щ о еф ективно д ію т ь пр оти б іл ь ш пато ген ного ш та м у . П о-друге, введення вбитого вір усу, к о тр и й те ж ін д у к у є утвор ен ня а н ти тіл . Т р е т ій в а р іа н т — «пасивна» ім у н із а ц ія , тобто введення у ж е го тови х «ч уж и х» а н ти тіл . С и стем а п р о ти е п ід е м іч н и х заходів, сп р я м о в а н и х на із о л я ц ію осе редку зар аж е н н я і л ік в ід а ц ію ін ф е к ц ій н и х захворю вань у н ьом у, н а зивається к а р а н ти н о м . Н а п р и к л а д , при ге п а ти ті А тр и в а л ість к а р а н т и н у — 35 дн ів. Особливо важ л и вою є п р о ф іл а к ти к а B lJ I -ін ф е к ц ії. В ІЛ — це добре ви вчений вір ус, і к о ж н а лю ди н а м о ж е в и к о р и сто вувати зн ан н я про нього, щ об за х и с ти ти себе. О с к іл ь к и В ІЛ -ін ф е к ц ія н еви л ік о вн а, то головною зброєю у боротьбі з п о ш и р е н н я м ін ф е к ц ії є п р о ф іл а к ти к а — за п об іга н н я нови м зар а ж е н н я м .

Дізнайтеся більше

......................................................

Тестування на ВІЛ, згідно із законодавством України, добровільне і безкоштовне. Інформація про результати обстеження конфіден ційна. У кожному обласному центрі є медичні установи боротьби зі СНІДом. У районних лікарнях приймають аналіз крові на ВІЛінфекцію з подальшим відправленням забраної крові для лабора торної діагностики в обласні центри. Ін ф ор м ац ію про те, ч и є в о р га н із м і л ю д и н и В ІЛ , дає тестування. П р о щ о говорить результат аналізу? Н е га ти в н и й результат означає, щ о у крові л ю д и н и а н ти тіл а не ви явлен і, вона не заражена В ІЛ . П о зи ти в н и й результат означає, щ о у к р о в і л ю д и н и були ви явлен і а н ти тіл а . Ц е означає, щ о лю дина ін ф ік ован а В ІЛ . О статочни й діагн оз визначається л и ш е п ісл я повторни х тестів. П р о ф іл а к ти к а С Н ІД у нерозривно пов’ язана з і здоровим способом ж и тт я . Здоровий спосіб ж и т т я р ізк о зм е н ш ує р и зи к зараж ення В ІЛ . Я к щ о лю ди н а у свід о м л ю є в а ж л и в іс т ь св о їх р іш е н ь , п ов’ я за н и х зі збереж енням здоров’ я, р озум іє ш л я х и передавання вірусу, небезпеку С Н ІД у , його ф акти ч н у н ев и л ік о в н ість, то вона зм ож е у н и к н у т и не безпечних си ту а ц ій . Д о груп р и з и к у н алеж ать лю ди, щ о вж и ва ю ть

Неклітинні форми життя н а р к о ти к и , ведуть безладне статеве ж и т т я , п о р у ш у ю ть н ор м и с а н іта р ії. У небезпечному ста н о в и щ і о п и н я ю ть с я і недосвідчен і п ід л ітк и . О собистим зах и стом в ід В ІЛ є: • в ід су тн ість р а н н іх статевих з в ’язків; • відм ова в ід н ар ко ти к ів; • ви ко р и стан н я презерватива; • зн ан ня про ш л я х и передавання вірусу; • д о тр и м а н н я н ор м с а н іта р ії.

Дізнайтеся більше

......................................................

У наш час немає методів лікування СНІДу, які дозволяють повністю вилікувати ВІЛ-інфікованого. Існуючі лікарські препарати дозво ляють лише зменшити кількість вірусу в організмі і призупинити руйнування імунної системи. До лікарських препаратів належать противірусні препарати, що руйнують.сам вірус, препарати, що зміцнюють імунну систему, лікарські засоби для лікування інфек цій, що виникають унаслідок ослаблення імунної системи.

Опорні т о ч к и В ір у си м о ж у ть сп р и ч и н я ти захворю вання л ю ди н и різно го ступеня тя ж к о с т і. Н а й б іл ь ш н а д ій н и м способом боротьби з в ір у с н и м и захворю ван н я м и (зокрема В ІЛ -ін ф е к ц ією ) є п р о ф іл а к ти к а . П р и н ц и п и п р о ф і л а к ти к и вір усн и х захворю вань ґр у н ту ю ть ся на зн ан н ях про будову й особливості ж и ттє в и х ц и к л ів в ір усів. Знаю чи особливості п ош и рен ня вір усів, у ч ен і розробляю ть правила п оведінки в м іс ц я х , де м о ж н а заразитися вірусам и.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Які принципи профілактики вірусних захворювань ви знаєте? 2. Як здійснюється специфічна профілактика вірусних захворювань? 3. Чому профілактика СНІДу тісно пов'язана зі здоровим способом життя? 4. Що ви знаєте про особливості поведінки в місцях, де можна зара зитися вірусами? 3. Які методи вакцинації та імунізації використовуються для профі лактики вірусних захворювань? 6. Порівняйте основні шляхи передавання вірусної інфекції.

І 9 4

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Теми для проектної і групової роботи 1. Віруси, їхня будова, життєві цикли. 2. Пріони, їхня будова, життєві цикли. 3. Механізми проникнення вірусів у клітини людини, тварин, рослин, бактерій. 4. Способи боротьби з вірусними захворюваннями.

План виконання п р о е к тн о ї р о б о т и О

Визначення м е ти проекту.

А р гу м е н ту в а н н я а к ту а л ь н о сті тем и проекту.

Визначення дж ерел ін ф о р м а ц ії.

О працю вання зібраної ін ф о р м а ц ії, ї ї ан ал із та узагальнення.

С творення са м остій н ого ін ф о рм ац ій н ого п р од у к ту (оригінально го тексту).

Ф ор м у л ю в ан н я висновків.

Оф ормлення тощо).

результатів

п роекту

(стаття,

реферат,

доповідь

Тема 2. Одноклітинні організми Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: •

одноклітинні прокаріотичні, еукаріотичні та колоніальні орга нізми;

• •

бактерії та їхню роль у природі й житті людини; профілактику бактеріальних хвороб людини.

Навчитеся: •

обґрунтовувати відмінності одноклітинних еукаріотичних ор ганізмів та клітин багатоклітинних організмів;

•

пояснювати роль бактерій в екосистемах і житті людини;

•

застосовувати знання про процеси життєдіяльності бактерій для профілактики інфекційних хвороб.

Одноклітинні організми

§ 37. Прокаріоти Одноклітинні організми Існ ую ть о р га н ізм и , у я к и х у сі ф у н к ц ії ж и вого в и кон у є одна к л іт и на. В и щ и й р івень о р га н із а ц ії ж и т т я у н и х к л іт и н н и й . Ф із іо л о г іч н о к л іт и н а о д н о к л іти н н и х о р га н із м ів — це ц іл іс н и й о р га н із м , я к о м у п р и та м а н н і в с і прояви ж и тт я : о б м ін речовин, п од р азл и вість, р іст, р озм н ож ен н я й ін ш і власти вості. Прокаріоти — це п р ості за будовою о д н о к л іти н н і о р га н ізм и , у к л і ти н а х я к и х немає оф ормленого ядра. Д о п р о к а р іо тів н ал е ж ать бак т е р ії і ц іа н о б а ктер ії.

Дізнайтеся більше

...............................................

Унікальними представниками прокаріотичних організмів є архе бактерії. Вони можуть існувати в гарячих джерелах за температу ри понад +100 °С, в океанських глибинах із тиском 260 атм, у на сичених сольових розчинах (ЗО % NaCI), у яких інші організми гинуть. Напевне, архебактерії є дуже давньою групою ор ганізмів. їхні «екстремальні» можливості свідчать про умови, що були характер ними для поверхні Землі в архейську еру. Вважають, що архебактерії найбільш близькі до гіпотетичних «проклітин», які пізніше породили все розмаїття життя на Землі.

єдиний мешканець Мертвого моря

Обмін речовин, енергії т а інформації у прокаріотів Д л я б а к те р ій хар а ктер н а значна р із н о м а н іт н іс т ь з д ій сн ю в а н и х н и м и у п р ир оді перетворень речовин. За ти п о м ж и в л е н н я вони п о д і л я ю ть с я на автотроф ів і гетеротроф ів.

1 9 6

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Б а к т е р ії автотрофи си н те зу ю ть речовини д л я ж и т т є д ія л ь н о с т і із н е о р га н іч н и х речовин. А в то тр о ф н і б а к т е р ії хемосинтетшси с и н те зу ю ть о р га н іч н у речовину з м ін е р а л ь н и х сп о л у к за р аху н ок е н е р гії д е я ки х х ім іч н и х р еакц ій . Н а п р и к л а д , ґр у н то в і б а к те р ії о к и сл ю ю ть а м о н іа к до солей н іт р и т н о ї та н іт р а т н о ї к и с л о т і ви кор и стов ую ть ви в іл ь н е н у ен ергію . О к и сн е н н я б а к те р ія м и н е о р га н іч н и х речовин — с ір к и , а м о н іа к у , н ітр а тів , сп о лук Ф е р у м у , Г ід р о ге н у та ін ., у процесі я к о го відбувається си нтез о р га н іч н и х речовин із ву гл ек и сл оти , на зивається хемосинтезом. А в то тр о ф н і б а к те р ії фогосинтетики зд а тн і до ф отосинтезу, при я к о м у д ж е р е л о м Г ід р о ге н у д л я в ід н о в л е н н я в у гл е к и сл о го га зу є не вода, а гід ро ген сульф ід. Існ ую ть б а к те р ії, я к і потребую ть готови х о р га н іч н и х речовин — а м ін о к и сл о т, вуглеводів, в іт а м ін ів ,— о с к іл ь к и са м і не м о ж у ть їх с и н тезувати. Т а к і м ік р о о р га н із м и н азиваю ться гетеротрофами. Б а к т е р ії сапротрофи (від грец. наpros — гн и л и й і trophe — їж а , ж и в л е н н я ) є гетеротроф ами, вони ви ко р и сто в ую ть м е р тв і о р га н іч н і субстр ати я к дж ерело ж и в л е н н я . Бактерії-наразити є гетеротроф ами і іс н у ю т ь за р аху н о к х а з я їн а (мал. 37.1). В он и с п р и ч и н я ю ть ін ф е к ц ій н і захво рю вання. А л е є б а к те р ії, я к і да ю ть о р га н ізм у х а зя їн а кори сть. Н а пр иклад , бактерії-симбіонти л ю д и н и стан овл я ть ї ї н ор м ал ьн у м ік р о ф лору. В они ж и в у ть у к и ш е ч н и к у , на ш к ір і, на сл изови х оболонках, забезпечую чи за х и ст, беручи участь у пер етравлю ван н і їж і й си н те зі д е я к и х н еоб хід н и х л ю д и н і в іт а м ін ів .

Дізнайтеся більше

......................................................

Місцем найбільшого скупчення бактерій-симбіонтів в організмі людини є система травлення. Мікрофлора кишечнику налічує 100 трильйонів бактеріальних клітин. Кількість мікроорганізмів у кишечнику людини істотно переважає кількість її власних клі тин, які формують організм. Перші бактерії потрапляють в організм дитини з першим у її жит ті молоком матері. У міру дорослішання дитини змінює свій склад і мікрофлора ЇЇ кишечнику.

К иш кова паличка (мал. 37.2) — це гетеротроф на бактерія, яка за звичай ж иве у ки ш е чн и ках лю дей і тварин. Вона є одним із найтип овіш и х представників норм альної м ікр оф л ори к и ш е чн и к у ссавців. За віднош енням до кисню бактерії поділяю ть на анаеробні й аероб н і. Анаеробні бактерії для біосинтезу к л іти н и не потребую ть кисню

Одноклітинні організми

Рис. 37.1. Сальмонелла, паразитична бактерія

Мал. 37.2. Бактерія-симбіонт кишкова паличка

з п овітря, вони ви кор истовую ть кисень, о тр и м а н и й у результаті біол о гіч н о го розкладання води або солей неор ган ічни х сполук. В основному це б а к те р ії гн и тт я . Б а кте р ії-а е р о б и м о ж у ть ж и т и т іл ь к и в середови щ і, щ о м іс т и т ь в іл ь н и й м о л е к у л я р н и й кисень. Б а ктер ії м о ж у ть здійсню вати спиртове бродіння (процес окиснення вуглеводів, у результаті якого утворю ю ться етанол, вуглекислий газ і ви діляється енергія), молочнокисле бродіння (при я к о м у к ін ц еви м продуктом с молочна кислота), маслянокисле бродіння (перетворення вуглеводів з утворенням м аслян ої кислоти). Ц і ти п и бродіння пов’язані м іж собою — початкові ш л я х и розкладання вуглеводів у н и х однакові. П роцеси д и х а н н я і б р од ін н я є осн овн им и д ж ер ел ам и е н е р гії, необ х ід н о ї б а к те р ія м дл я н о р м ал ьн о ї ж и тт є д ія л ь н о с ті.

Дізнайтеся більше

.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Оскільки вільний кисень, який є на нашій планеті, утворився в результаті фотосинтезу, що виник на пізніших етапах розвитку життя на Землі, то очевидно, що анаеробний спосіб добування енергії — бродіння — більш давній, ніж процес дихання.

Існую ть б а к те р ії, я к і м о ж у ть ф іксува ти атмосф ерний азот. Ц і аеробні азотф ік су ю ч і б а к те р ії називаю ть ще бульбочковим и, том у що вони ж и ву ть на коренях бобових рослин в утворених н им и буль бочках (мал. 37.3). Ц е взаємовигідний симбіоз бактерій і рослин. Б а к те р ії засвоюють атмосф ерний азот і забезпечують н им рослини, а рос лини н атом ість постачаю ть їм п о ж и в н і речовини. Бульбочкові бактерії є у 10 % рослин, щ о належ ать до родини Бобові. У процесі ж и т т є д ія л ь н о с т і б а к те р ії м о ж у ть о б м ін ю в а ти ся одна з одною спадковою ін ф орм ацією . П р и к о н ’ ю га ц ії кліти н а-д он ор пере дає к л іти н і-р е ц и п іє н ту частин у свого геному. Д іл я н к и Д Н К донора м о ж у ть обм ін ю вати ся на го м о л о гіч н і д іл я н к и Д Н К рец и п ієн та.

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 37.3. Бульбочки на коренях бобових рослин

Пригадайте

......................................................

Кон'югація — це щільне прилягання клітин чи хромосом. Т а к и м ч и н о м від б а к те р ії до б а к те р ії м о ж у ть передаватися т а к і, н ап риклад, озн аки, я к кап суло утворен н я, си нтез н еоб хід н их к л іт и н і речовин, ф ерм ентативна а к ти в н ість , с т ій к іс т ь до отр ут, а н ти б іо ти к ів та ін ш и х л ік а р с ь к и х речовин.

Опорні т о ч к и П р о к а р іо ти просто побудовані о д н о к л іти н н і о р га н ізм и , у к л іт и нах я к и х немає оф ормленого ядра. Д о п р о к а р іо тів н алеж ать б а к те р ії і ц іа н о б а к те р ії. Б а к т е р ії зд ій сн ю ю ть у п р ир оді вел ику к іл ь к іс т ь р із н о м а н ітн и х пе ретворень речовин. П роцеси ди хан н я і бродіння є основним и дж ерела м и ен е р гії, необ хід н ої б а к те р ія м дл я н о р м а л ьн о ї ж и тт є д ія л ь н о с ті. У п роцесі ж и т т є д ія л ь н о с т і б а к т е р ії м о ж у ть о б м ін ю в а ти ся одна з одною спадковою ін ф о р м а ц ією .

Запитання для кон трол ю і самоконтролю 1. Чи можуть бактерії фіксувати азот? 2. Які бактерії-симбіонти ви знаєте? 3. У чому полягають особливості автотрофних бактерій? 4. У чому полягають особливості гетеротрофних бактерій? 5. Чим відрізняються бактерії-аероби від анаеробів? 6. Чи зможе організм людини нормально функціонувати, якщо в ньо му зовсім не буде бактерій?

Одноклітинні організми

§ 38. Роль бактерій у природі та в житті людини Роль бактерій в екосистемах Б а к т е р ії в ід ігр а ю ть надзвичайно ва ж л и в у роль у процесах, щ о в ід буваю ться у природі. В ід їх н ь о ї ж и тт є д ія л ь н о с ті зале ж и ть п о с тій н іс ть газового складу атмосф ери. В он и беруть а к ти в н у участь у м ін е р а л і з а ц ії о р га н іч н и х сп о лук, утвор ю ю ч и н ео б хід н і д л я росл ин п о ж и в н і речовини. Б а к т е р ії гн и тт я розкладаю ть б іл о к з утвор ен н я м ам о н іа ку , я к и й а зо тф ік су ю ч і б а к те р ії о к и с н ю ю ть до н іт р и т ів , а вж е ін ш и м и ф орм ам и до н іт р а т ів і віл ьн о го азоту. Ґ р у н то в і б а к те р ії сп р а в л я ю ть зн ач н и й вп ли в на р іс т і розви ток рослин (мал. 38.1). Н авк о л о кор е н ів і на корен ях рослин розвиваєть ся велика к іл ь к іс т ь б ак те р ій , п р и ч о м у не в с іх ви дів, а л и ш е певних, сп е ц и ф іч н и х дл я к о ж н о го виду рослин. Ц я м ік р о ф л о р а м о ж е бути кори сною або ш к ід л и в о ю д л я рослин, залеж н о від н а в к о л и ш н ьо го середовищ а і стан у са м о ї рослини. Д е я к і бактерії є си м б іо н там и тварин, наприклад, оселяю ться у трав ному т р а к т і тварин, забезпечую чи перетравлю вання к л ітк о в и н и . Торф , к а м ’яне ву гіл л я , нафта, горю чи й газ — це ко р и сн і коп али н и, в утвор ен н і я к и х у надрах З е м л і беруть участь б а к те р ії. Ж и т т є д ія л ь н іс т ь ба к те р ій зум овл ю є р о д ю ч ість ґр у н тів і л е ж и ть в основі са м о оч и щ ен н я, щ о відбувається у п р и р одн и х водоймах. Н а й в а ж л и в іш а ф у н к ц ія б а к те р ій в екосистем ах — це у ч асть у к р у го об ігу речовин, я к и й від був ається у п р и р о д і безперервно й забез печує ж и т т я на З е м л і.

Роль бактер ій у ж и т т і людини Л ю ди н а ви кор истовує б а к те р ії в х ар ч ов ій п р о м и сл о в о сті д л я о тр и м а н н я п р о д у к тів х ар ч у ван н я. Т а к , м о л о ч н о к и сл і б а к т е р ії ш и р о к о застосовую ться дл я ви робн ицтва кеф іру, см етан и, си р у (мал. 38.2). За допом огою м о л о ч н о к и сл и х б ак те р ій відбувається закваш уван н я кап усти .

Мал. 38.1. Рухлива Грунтова бактерія

Мал. 38.2. Продукти, що виробляються за допомогою молочнокислих бактерій

2 0 0

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 38.3. Рентгенівський знімок людини, хворої на туберкульоз (а); паличка Коха, яка є збудником туберкульозу (б)

Л ю д и н а застосовує б а к те р ії у ф а р м а ц евти ч н ій п р о м и сл о в о сті для о тр и м а н н я д е я к и х л ік ів , си н те зу в а н н я б іо л о гіч н о а к ти в н и х речо вин а н ти б іо т и к ів , в іт а м ін ів , ф ерм ентів, а м ін о к и сл о т. Б а к т е р ії ш и р ок о застосовую ться у п р ом и словості для ви луго вуван ня м е та л ів із руд, добування р із н и х о р га н іч н и х речовин, н ап р и клад сп и р тів і кетонів. Стає б іл ь ш важ л и ви м значення бакте рій я к дж ерела харчового і корм ового б іл к а , а та к о ж ен е ргети ч н и х п р о д у к тів — м е тан у, водню. Б а к т е р ії та к о ж застосовую ться у тв а р и н н и ц тв і, н ап р иклад , дл я силосування к о р м ів. Утвор ю вана при цьо м у молочна кислота зап обі гає розкладанню овочів і к орм у для худоби. Б а к т е р ії ви кор истовую ть дл я о ч ищ енн я с т іч н и х вод та дл я боротьби із сіл ьсько го сп одар ськи м и ш к ід н и к а м и . М ік р о б іо л о гія дедалі ш и р ш е запр овадж ується у те к сти л ь н у і ш к і рян у гал узі. Т а к і те х н о л о гіч н і процеси, я к ви м оч уван н я льону, об робка ш к ір и , не м о ж у т ь від був ати ся без в и к о р и с та н н я п р о д у к тів ж и т т є д ія л ь н о с т і бактерій . П р оте б а к те р ії м о ж у ть не т іл ь к и п р и н о си ти кори сть, а й завдавати ш к о д и . В они р о зм н о ж у ю ться у харчових п р оду к тах , сп р и ч и н я ю ч и їх псування. Щ о б за п о б ігти р о зм н о ж ен н ю б а к те р ій , п р о д у к ти сл ід зберіга ти на холод і, м о ж н а пастеризувати, в и су ш у ва ти (в’я л и ти або к о п ти ти ), со л и ти чи м а ри н ува ти . Б а к т е р ії сп р и ч и н я ю ть т а к і т я ж к і захворю вання лю д и н и , я к тубер кул ьоз (мал. 38.3), си бір ка , ан гін а , харч ов і о тр у єн н я , ч ум а, холера, д и ф тер ія, б о тул ізм .

Значення мікробіологічної промисловості М ік р о б іо л о гіч н а п р о м и сл о в ість — це галузь п р о м и сл ов ості, у я к ій ви роб н и чі процеси ґр у н ту ю ть ся на м ік р о б іо л о гіч н о м у си н те зі ц ін н и х

Одноклітинні організми п р о д у к тів із р із н и х ви дів н ехарчової сировини: вуглеводн ів наф ти й газу, гід р о л із а тів (деревини), а та к о ж в ід ход ів переробки цукрового бу р я ку , к ук у р у д зи , о л ій н и х і к р у п ’я н и х к ул ьту р . М ік р о б іо л о гіч н а ін д у с т р ія в и п у ск а є б іл к о в о -в іт а м ін н і к о н ц е н тр ати , а м ін о к и сл о ти , в іт а м ін и , ф ер м ентні препарати, а н ти б іо ти к и . П ід п р и єм ств а ц іє ї га л у зі ви роб ляю ть б іол огіч н о п о в н о ц ін н і к о м б ік о р м и , засоби для боротьби з і ш к ід н и к а м и і зб у д н и кам и хвороб рослин, б а к те р іа л ьн і добрива.

Опорні то ч к и Б а к т е р ії беруть участь у к р у го о б ігу речовин, м ін е р а л із а ц ії о р га н іч н и х сп о л у к, у тво р ен н і к о р и сн и х коп али н , вп ли ваю ть на п о с тій н іс ть газового скла ду атмосф ери, забезпечую ть р од ю ч ість ґр у н тів , сп р и я ю ть са м ооч и щ ен н ю водойм і багатьом ін ш и м процесам, я к і відбува ю ться у п рироді. Л ю д и н а ви кор истовує б а к те р ії у народном у господарстві, р о сл и н н и ц тв і, тв а р и н н и ц тв і, у р із н и х га л узя х харчової та ф арм ацевтичн ої п р ом и словості. Водночас б а к те р ії сп р и ч и н я ю ть ін ф е к ц ій н і захворю вання лю дин и , п сую ть пр одукти харчування, завдаю ть ш к о д и д е я к и м те х н о л о гіч н и м процесам.

Запитання для к он тр ол ю і самоконтролю 1. В утворенні яких корисних копалин беруть участь бактерії? 2. Як людина може використовувати молочнокислі бактерії? 3. Виробництво яких біологічно активних речовин здійснюється за допомогою бактерій? 4. Як ґрунтові бактерії впливають на ріст і розвиток рослин? 5. Яке значення має розвиток мікробіологічної промисловості для України? 6. Яку роль у природі відіграють азотфіксуючі бактерії?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №

Тема. Різноманітність бактерій, їх значення у природі та житті людини Мета: ознайомитися з різноманітністю бактерій, визначити їх значення у природі і житті людини.

2 0 2

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

О бладнання та м атеріали : мікроскопи, предметні і накривні стекла, піпетки, склянки з водою, туш, готові препарати бактерій, настій різних продуктів (м'яса, риби, білка яйця, овочів). Підготовчий етап Д л я ви вчення р із н о м а н ітн о с ті б актерій необхідно заздалегідь п р и го ту вати н а с тій із р із н и х матеріалів: м ’ яса, риби, б іл к а я й ц я , овочів. Д л я цього п о д р іб н іть невелику к іл ь к іс т ь м атер іалу , п о к л а д іть його в колбу, додайте невелику к іл ь к іс т ь крейди (на к ін ч и к у скальпеля) і залийте водопро відною водою на 2/3 об’єм у . К олбу з настоєм ви тр и м а й те у те р м о ста ті за тем п ератури 25 — 28 °С або в те п л ом у п р и м іщ е н н і в те м р я в і п р о тя го м 3— 5 днів. За цей час у середовищ і на к о п и ч у ється велика к іл ь к іс т ь р із н о м а н ітн и х бакте рій . Хід роботи

П о м іс т іт ь на предметне скло краплю настою, н айбільш багато го на мікроф лору. П р и го ту й те ти м часовий препарат і розгляньте його при р ізн о м у збіл ьш ен н і м ікроскопа. З ам алю й те б акте рії, звертаю чи у вагу на їх н ю форму, взаємне р озм іщ ен н я к л іти н і сп івв ідн ош е н н я розм ірів.

Додайте в крап л ю настою ту ш , пр иго туйте ти м часовий препарат. Розгляньте п ід м ік р о ск оп ом на загальном у тем н ом у ф оні т у ш і незабарвлені к л іт и н и бактерій.

Розгляньте п о с тій н і препарати бактерій. З ам алю й те їх .

Зробіть висновок.

§ 39. Профілактика бактеріальних захворювань людини Шляхи поширення бактеріальних захворювань Б а к т е р іа л ь н і захвор ю ванн я, я к і в ір у с н і, м о ж у т ь п о ш и р ю в а ти ся р із н и м и ш л я х а м и : контактним, п ри я к о м у від бувається п р я м е зітк н е н н я хворої л ю д и н и зі здорового; контактно-побутовим, при я к о м у передавання ін ф е к ц ії відбувається через предм ети до м аш н ьо го в ж и т к у (білизна, р у ш н и к , посуд, ігр а ш к и ), забруднені в и д іл е н н я м и хворого; повітряно-краплинним — через п овітря; водним — п ри ви к о р и ста н н і ін ф ік о в а н о ї води дл я п и ття , побутових і госп одарських потреб, а т а к о ж п ід час к уп ан н я. Н е р ід ко в пош и рен ні б актеріальних ін ф е к ц ій беруть участь харчові п р о д у к ти і готова їж а . Х вор оботворні б а к те р ії м о ж у ть п о тр а п л я ти

I Одноклітинні організми у п р о д у к ти харчуванн я р із н и м и ш ляхам и : через забруднені р у к и хво рого чи н о с ія , під час м и т т я харчових продуктів в ін ф ік о в а н ій воді, під час перевезення на ви падковом у тр ан сп ор ті, при р о зр іза н н і харчових п р о д у к тів на брудн их столах, внаслідок зараж ен н я їх м у х а м и , гр и зу нам и й ін ш и м и п ер еносникам и б ак те р іал ьн и х захворю вань. Особливе м ісц е в передаванні бакте ріал ьн о ї ін ф е к ц ії посідає ґрунт, о с к іл ь к и він є м ісц е м ти м часового перебування зб у д н и ків д е я ки х за хворю вань, н ап р иклад правця. Б агато ін ф е к ц ій н и х хвороб, я к і сп р и ч и н я ю ть б а к те р ії, передаю ть ся к о м а х а м и , нап р иклад к л іщ а м и , к ом ар ам и , м у х ам и . Т е р м ін и ви ж и ван н я хвороботворних б а к те р ій у р із н и х середови щ ах р із н і. Н ап р и к л ад , на м ’я к и х ігр а ш к а х із тк а н и н и ди ф тер ійн а п али ч ка зберігається довш е, н іж на гладен ьких поверхн ях п л а стм а сових ігр а ш о к .

Проф ілактика бактеріальних захворювань П р о ф іл а к ти ч н і заходи, сп р я м о в а н і на зап обіган н я б ак те р іал ьн и м ін ф е к ц ія м , вклю чаю ть раннє виявлення дж ерел і ш л я х ів передавання ін ф е к ц ії, ізол ю в ан н я ін ф е к ц ій н и х хворих, к а р а н ти н н і і д е зін ф ек ц ій н і заходи, Щ еплення. Головне — не д о п усти ти подальш ого п о ш и рення ін ф е к ц ій н и х захворю вань і яком ога ш ви дш е л ік в ід у в а т и їх . В а ж л и в и м є створ ен н я ш т у ч н о го ім у н іт е т у ш л я х о м в а к ц и н а ц ії, я к а п р о во д и ть ся , н а п р и к л а д , п р оти д и ф т е р ії, ту б е р к у л ьо зу (мал. 39.1), правця. В осередку ін ф е к ц ій н о го захворю вання за н ео б хід н ості проводять дезінфекцію з метою зн и щ е н н я чи видалення бак те р ій з об’є к т ів зо в н іш н ь о го середовищ а, до я к и х м о ж е то р к а ти ся л ю д и н а , а та к о ж для зн и щ е н н я к л іщ ів та ін ш и х к ом ах, пер ен осн иків зб у д н и к ів ін ф е к ц ій н и х захворю вань, і дератизацію — для зн и щ е н н я гр и зу н ів , пер ен осн иків зб у д н и ків ін ф е к ц ій н и х захворювань.

204

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Д л я п р о ф іл а к ти к и ін ф е к ц ій н и х захворю вань необхідно д о тр и м у ватися правил особистої гігіє н и : ' — м и ти р ук и з м и л о м п ісл я роботи і перед у ж и в а н н я м їж і; — р егулярно обм ивати тіл о в бані, ван н і, п ід д у ш е м зі зм ін о ю н а тіл ь н о ї і п о с тіл ь н о ї біли зни; — си стем а ти ч н о ч и с ти ти і стр уш у в а ти вер х н ій о д я г та п о с тіл ь н і речі; — п ід тр и м у в а ти ч и с то ту в ж и тл о в и х і робочих п р и м іщ е н н я х ; — ч и с ти ти м еблі та предм ети ін те р ’єру від бруду й п и л у, в и ти рати взу ття перед входом у п р и м іщ е н н я ; — у ж и в а ти л и ш е перевірені п р од у к ти харчування, к и п ’ ячену воду й м олоко, п р о м и ті к и п ’ яченою водою ф р у к ти й овочі, ретельно проварені м ’ ясо й рибу. З ал еж н о від того, я к а саме бактеріал ьна ін ф е к ц ія загр ож ує, п р а вила м о ж у ть бути р о зш и р ен і з у ра х у в а н н я м особливостей збудн и ка ін ф е к ц ії.

Правила застосування а н т и б іо т и к ів для лікування бактеріальних захворювань Б а к те р іа л ь н і захворю вання л ік у ю т ь за допом огою а н ти б іо ти к ів . А н т и б іо т и к и пр и зн ач ає т іл ь к и л ік а р ! С аме л ік а р м о ж е д іб р а ти а н ти б іо т и к з у р ах у ван н ям ім о в ір н о го збудни ка і ступен я його ч у тл и в о с т і. П р и зн ач аю ч и а н ти б іо ти к , л ік а р обов’язково враховує ім о в ір н іс т ь а л е р гії в п ац ієн та, особливості ф ун к ц іо н у ва н н я його нирок і п е ч ін к и , його в ік , т я ж к іс т ь захворю вання й ін ш і особливості. В а ж л и в о застосовувати а н ти б іо ти к и в сувор ій в ід п о в ід н о сті до ін с т р у к ц ії. Б удь-яке пор уш ен ня ц іє ї ін с т р у к ц ії м о ж е призвести до не га ти в н и х для о р га н ізм у н а сл ід к ів . Б іл ь ш іс т ь ба к те р іа л ьн и х захворю вань без застосування а н ти б іо т и к ів в и л ік у в а ти п р а кти ч н о н ем ож л иво. Т о м у дуж е в аж ли во завж ди ви кон увати р е к о м е н д а ц ії л ік а р я і не в ід м о в л я ти с я від призначеного препарату, п а м ’ятаю ч и про те, щ о будь-яке ін ф е кц ій н е захворю вання завж ди значно серй озн іш е, н іж м о ж л и в і н еб аж ан і р е а к ц ії в ід засто сування а н ти б іо ти к ів , щ о ви кор и стов ую ться дл я його л ік у в а н н я .

Опорні т о ч к и П о ш и р ен н я бак те р іал ьн и х захворю вань відбувається к о н та к тн и м , контактн о-п обутовим , п о в ітр ян о -к р ап л и н н и м ш л я х о м і через забруд н ен і воду й пр одукти. П р о ф іл а к ти ч н і заходи, сп р ям о ван і на запобіган н я п ош и рен н ю бак те р іал ьн и х ін ф е к ц ій , в к л ю ч а ю ть раннє ви явлен н я дж ерел і ш л я х ів

Одноклітинні організми

205

передавання ін ф е к ц ії, ізол ю в ан н я ін ф е к ц ій н и х хворих, к а р а н ти н н і, д е з ін ф е к ц ій н і й д е р а ти за ц ій н і заходи, щ еплення. А н т и б іо т и к и д л я л ік у в а н н я б а к те р іа л ьн и х захворю вань п р и зн а чає т іл ь к и л ік а р , застосовувати їх сл ід у сувор ій в ід п о в ід н о с ті до ін с т р у к ц ії.

Запитання для кон тр ол ю і самоконтролю 1. Які роботи проводять в осередку бактеріологічного зараження? 2. У чому полягають особливості шляхів поширення бактеріальних захворювань? 3. Яку роль у передаванні бактеріальної інфекції відіграє ґрунт? 4. Яких правил поведінки необхідно дотримуватися в місцях, де мож ливе зараження бактеріальними інфекціями? • 5. На що спрямовані профілактичні заходи для запобігання поширен ню бактеріальних інфекцій? • • 6. Яка роль антибіотиків у лікуванні бактеріальних інфекцій і яких правил щодо їх застосування необхідно дотримуватися?

§ 40. Одноклітинні еукаріоти. Колоніальні організми. Організація колоній одноклітинними еукаріотами Особливості організації т а ж и т т є д ія л ь н о с т і одноклітинних еукаріотів К р ім п р о к а р іо тів , до о д н о к л іти н н и х о р га н із м ів н але ж ать о д н о к л і т и н н і е у к а р іо ти , серед я к и х є рослини, тв ари н и і гриби. За загал ьн и м планом будови і набору органел к л іт и н и о д н о к л іти н н их о р га н ізм ів подібн і до к л іт и н б а га то к л іти н н и х о р га н ізм ів . Існую ть о р га н ізм и о д н о к л іти н н и х твари н з д у ж е простою будовою, наприклад амеба (мал. 40.1), хлорела (мал. 40.2), і доволі складною , н ап р иклад ін ф узор ія-туф елька (мал. 40.3), ац е табу л яр ія (мал. 40.4).

Мал. 40.1. Амеба

Мал. 40.2. Водорість хлорела

206

ОРГАНІЗМОІІИИ PIBUHb ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 40.3. Інфузорія-туфелька

Мал. 40.4. Ацетабулярії

Я к щ о д л я к л іт и н б а га то к л іт и н н и х о р га н із м ів характерне диф е рен ц ію ван н я ф у н к ц ій і н е м о ж л и в ість ви кон увати відразу всі ф у н к ц ії ж и вого, то о д н о к л іт и н н і цю зд а тн ість зберігаю ть. П р ед ста вн и к а м и о д н о к л іти н н и х тв а р и н є н а й п р о с тіш і. їх н є тіл о складається з о д н іє ї к л іт и н и . П р е д ста в н и к а м и н а й п р о с тіш и х є, на пр иклад , прісноводна амеба та інф узорія-туф елька. Р о з м ір и н а й п р о с тіш и х м ік р о с к о п іч н о м а л і. їх н є тіл о складається із ц и то п л а зм и , у я к ій р о зр ізн я ю ть з о в н іш н ій ш ар — е к то п л а зм у , і в н у т р іш н ій — ендоплазму. У б іл ь ш о с ті в и д ів к л іт и н а ззовні вкр и та оболонкою , яка надає о д н о к л іти н н ій тв а р и н і п о с тій н о ї ф орми.

Дізнайтеся більше

......................................................

До найбільш високоорганізованих одноклітинних тварин нале жать інфузорії. Органоїдами руху в них є війки, тіло вкрите міц ною еластичною оболонкою, яка надає йому постійної форми. У більшості інфузорій два ядра: велике й мале. Велике ядро — ве гетативне — регулює процеси руху, живлення, виділення, а також нестатеве розмноження, що здійснюється поперечним поділом клітини навпіл. Мале ядро — генеративне, воно виконує важливу функцію у статевому процесі.

У н а й п р о с тіш и х є органели, щ о в и к о н у ю ть ф у н к ц ії травлен ня (тр авні вакуолі), ви діле н н я (ск ор отл и ві вакуолі), р ух у (д ж гу ти к и , в ій к и ), сп р и й н я ття св ітл а (світлочутли ве віч к о) та ін ш і органели, щ о забезпечую ть перебіг у сіх процесів ж и тт є д ія л ь н о с ті. За способом ж и вл ен н я це гетеротроф ні орган ізм и . Н а й п р о стіш и м властива подразливість, я к а в и я вл я ється в р ізн и х р ухах — так си сах. Р о зр ізн я ю ть п о зи ти в н і та к си си — р ухи до подраз н ика, і негати вн і та к си си — рухи від подразника.

Одноклітинні організми

Мал. 40.5. Форамініфери (о) та радіолярія (6)

П о тр а п л я ю ч и в н есп р и я тл и ві ум ови , н а й п р о с тіш і утво р ю ю ть ц и с ту. Ін ц и сту в а н н я — в аж л и ва б іо л о гіч н а риса н а й п р о с тіш и х . В оно не л и ш е забезпечує п ер еж и ван н я н е сп р и я тл и в и х умов, а й сп р и яє ш и р о к о м у розселенню. М о р с ь к і о д н о к л іти н н і тв ари н и , напр иклад ф орам ін іф ер и і р адіо л я р ії, м а ю ть з о в н іш н ій скелет у в и гл я д і ва п н я н о ї м у ш л і (мал. 40.5). У п р и р о д і багато не т іл ь к и о д н о к л іти н н и х твари н , а й одноклітин них рослин і грибів. Н а п р и к л а д , серед зелених водоростей до пред ста в н и к ів о д н о к л іти н н и х н ал е ж ать хлам ід ом о н а да і хлорела, а серед гри бів о д н о к л іти н н и м и є д р іж д ж і. О д н о к л іт и н н і рослин и і тв ар и н и є ти п о в и м и е у к а р іо ти ч н и м и к л і ти н а м и , щ о м а ю ть поверхневу м ембрану, ядро, м іт о х о н д р ії, апарат Г о л ь д ж і, ен д о п лазм а ти ч н у с іт к у , рибосоми, ін ш і органели. В ід м ін ності о д н о к л іти н н и х тварин і рослин в и н и к а ю ть у з в ’я з к у з в ід м ін н о стя м и способу їх ж и в л е н н я . Д л я р о сл и н н и х к л іт и н характерн а н а я в н ість п л а сти д , в а к у о л і, к л іт и н н о ї с т ін к и , ін ш и х особли вос тей, п о в ’ я за н и х із ф отосинтезом. Д л я тв а р и н н и х к л іт и н х ар а ктер на н а я в н ість гл ік о к а л ік с у , тр авн и х вакуолей, ін ш и х особливостей, пов’я за н и х із гетеротроф ним ж и в л е н н я м . У гр и б ів к л іт и н а має к л іт и н н у с т ін к у , у цьом у ви я вл я ється сх о ж іс т ь гр и б ів із б а к те р ія м и і рослин ам и . А л е гриби — гетеротроф и, і це сп о р ід н ю є їх із твари н ам и . О д н о к л іт и н н і еу к ар іоти р о зм н о ж у ю ться в основном у нестатевим ш л я х о м , але в д е я ки х із н и х , н ап р и клад в ін ф у зо р ії-туф ел ь ки , сп о сте р іга є ть с я стате ви й процес — о б м ін ге н е ти ч н о ю ін ф о р м а ц іє ю , а в д е я к и х , н ап р и клад у х л ам ід ом о н а д и , відбувається статеве розм н о ж ен н я. Нестатеве р озм н ож ен н я відбувається ш л я х о м п од іл у к л іти н и навпіл за допомогою м ітозу. П р и статевому р озм н о ж ен н і утворю ю ться гам ети, я к і п о т ім зли ваю ться з утвор ен н ям зиготи .

гоя

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Поведінка одноклітинних організмів П о в ед ін к а — це зд а тн ість о р га н із м ів з м ін ю в а ти свої д ії, реагую чи на вплив в н у т р іш н іх і з о в н іш н іх ч и н н и к ів . П ов ед ін к а о д н о к л іти н н и х о р га н із м ів скла дається в основному з а в то м а ти ч н и х п ер ем іщ ен ь у б ік подразника або від нього — п о зи ти в н і й н ега ти вн і так си си . Т а к с и сом називаю ть спрям ован е п ер ем іщ ен н я ок р е м и х к л іти н , щ о ж и в у ть у п р ир оді вільно, п ід впливом сти м у л у , щ о д іє однобічно. У ч е н і в и д іл я ю ть те р м о так си с (рух п ід д іє ю теп ло ви х сти м у л ів ), ф ототаксис (рух п ід д іє ю світла), реотаксис (рух п р о ти т е ч ії води або стр ум ен я п овітря), гал ьван отаксис (рух п ід д іє ю ел ектр и ч н ого с тр у му), геотакси с (рух п ід д іє ю си л гр а в іта ц ії).

Роль одноклітинних організмів у природі й ж и т т і людини Р о л ь о д н о к л іти н н и х е у к а р іо тів у п р ир оді та ж и т т і л ю д и н и значна. В он и є у ч а сн и к а м и л а н ц ю гів ж и в л е н н я , в ід ігр а ю ть в а ж л и в у роль у ґр у н тоу тво р ю в ал ьн и х процесах, д е я к і з н и х , в ід м и р а ю ч и , у тв о р ю ю ть п оклади ва п н я н и х і с іл іц іє в и х порід, щ о входять до складу зем н о ї кори. Серед н а й п р о с тіш и х є паразити рослин, тв ар и н і лю д и н и . Т а к , м а л я р ій н и й п л а зм о д ій , оселяю чись в е р и тр о ц и тах лю д и н и , р уй н ує їх , сп р и чи н яю ч и ви н и кн ен н я тя ж к о го захворю вання — м а л я р ії, а ди зен те р ій н а амеба, пар ази тую ч и в к л іт и н а х с т ін о к товстого к и ш е ч н и к у л ю д и н и , сп р и ч и н я є т я ж к е захвор ю ванн я к и ш е ч н и к у . Д ж г у т и к о в і тр и п а н о со м и і л е й ш м а н ії (переваж но т р о п іч н і види) сп р и ч и н я ю ть т а к і захворю вання, я к сонна хвороба і л е й ш м а н іо зи . П р о ф іл а к ти к а захворю вань лю дини , я к і сп р и ч и н я ю ть п ар ази ти ч н і о д н о к л іти н н і еу к ар іо ти , вклю чає д о тр и м а н н я правил г іг іє н и , т е р м іч ну обробку їж і, проведення заходів із переривання ж и ттєв о го ц и к л у паразита на т ій чи ін ш ій його ста д ії. В а ж л и в у роль у природі в ід ігр а ю ть і одноклітинні водорості, я к і є од н и м з основних п о ста ч а л ь н и к ів о р га н іч н о ї речовини та ки сн ю . Ц е початкова лан ка в л а н ц ю гу ж и в л е н н я м е ш к а н ц ів водойм, корм для багатьох твари н. Л ю д и н а ви кор и стовує зд а тн ість водоростей о ч и щ у в а ти водойм и ш л я х о м поглинан ня розчинених у воді речовин. В одорості збагачую ть водойм и к и сн е м , я к и й в и д іл я ю ть у п роцесі ф отосинтезу. П ід д іє ю к и с н ю о р га н іч н і за л и ш к и р у й н у ю ть с я і с т іч н і та забр удн ен і води оч и щ у ю ться. О тж е, о д н о к л іти н н і водорості беруть у ч асть у п роцесі природного оч и щ е н н я водойм (мал. 40.6).

Одноклітинні організми

Мал. 40.6. Одноклітинні водорості у водоймах є постачальниками органічних речовин і кисню

Мал. 40.7. Завдяки дріжджам виготовляють хлібобулочні вироби

Б агато ви дів о д н о к л іти н н и х водоростей пош ирені в ґр у н ті й на його поверхні. В он и п о л іп ш у ю ть ф із и ч н і властивості ґр ун ту, збагачую ть його ор ган іч н и м и речовинами. Д е я к і види водоростей виконую ть ф ун к ц ію біол огіч н ого індикатора у визначенні то к си ч н о сті водойм і ґр у н т ів у н асл ід ок забруднення гербіцидам и чи ін ш и м и о тр у то х ім ік а та м и . О д н о к л іт и н н і водорості в х о д ять до складу л и ш а й н и к ів , я к і сп р и яли у тво р ен н ю ґр у н ту з г ір с ь к и х п о р ід і в ід ігр а л и в ел и к у роль у заселенні суходолу. Л ю д и н а ви кор истовує у св о їй го сп о д а р ськ ій д ія л ь н о с т і о д н о к л і т и н н і гри би. Т а к , сп е ц іа л ьн і види д р іж д ж ів , щ о в и д іл я ю т ь багато к арб он (ІУ) о к си д у , ви к о р и сто в у ю ться у х л іб о п е к а р н я х д л я п ід н і м а н н я т іс т а (мал. 40.7). Д р іж д ж і т а к о ж засто со вую ть у ви ро б н и ц тві л и м о н н о ї к и сл о ти . О д н о к л іт и н н і гриби в ід ігр а ю ть велику роль у к р у го о б ігу речовин у пр ир оді.

Організація колоній одноклітинними еукаріотами К л іт и н и о д н о к л іти н н и х о р га н із м ів м о ж у ть об’єднувати ся в к о л о н ії для сп іл ьн о го ви кон ан н я ж и тт є в и х ф у н к ц ій . А л е при цьом у к о ж н а к л іти н а к о л о н ії, я к і ран іш е, м о ж е сама ви конувати всі ф у н к ц ії ж и в о го і є о к р е м и м са м о с тій н и м о р га н ізм о м . О д н и м и із п р ед став н и к ів к о л о н іа л ь н и х о р га н із м ів є к о л о н іа л ь н і зелені водорості, н ап р и клад вольвокс. Д у ж е п ош и ре н і к о л о н іа л ь н і ф орми й серед ін ш и х гр уп водоростей — д іа то м о в и х , зо л о ти сти х . З -п о м іж гетеротроф них д ж гу т и к о н о с ц ів та ін ф у зор ій та к о ж чи м ало к о л о н іа л ь н и х ф орм, існ у ю ть к о л о н іа л ь н і р а д іо л я р ії. У м о в и ж и т т я к л іт и н у к о л о н ії р із н і. О дні ж и в у ть у середині к о л о н ії, ін ш і на периф ерії. У п р и м іт и в н и х к о л о н ія х сп о стерігається р ів н о м ір н е р о зм іщ е н н я к л іт и н у т о в щ і слизу, щ о їх об’єднує, а в б іл ь ш високоор ган ізован и х

2 1 0

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 40.8. Колонія вольвокс

к о л о н ія х відбувається певне ди ф еренцію ванн я, п ри я к о м у к л іт и н и в ід х о д я ть до пер иф ер ії к о л о н ії. К о л о н іа л ь н і о р га н ізм и , щ о належ ать до роду вольвокс (мал. 40.8), м аю ть ви гл яд сл изови х к ул ьо к д іа м е тр о м до 2 м м , у периф еричном у ш а р і я к и х р о зм іщ е н о до 50 тис. к л іт и н із д ж гу т и к а м и . Ц і к л іт и н и зрослися св о їм и б іч н и м и с т ін к а м и одна з одною і з ’єд н ан і плазм одес м а м и — ц и то п л а з м а ти ч н и м и м іс тк а м и . В н у т р іш н я п ор ож ни н а к у л і заповнена р ід к и м слизом . З авд як и р ух ові д ж г у т и к ів вольвокс перекочується у воді. Назва вольвокс означає «той, щ о к о ти ться » . К о ж н а к л іти н а має ви гл я д са м о стій н о го н а й п р о с тіш о го о р га н ізм у . Т а о с к іл ь к и вони у твор ю ю ть кол он ію , то м о ж л и в а узгодж ена робота д ж г у т и к ів усіє к о л о н ії. Д а в н і ко л о н іал ь н і ф орми, утворені о д н о к л іти н н и м и еукаріотам и , є п р о м іж н о ю л ан к ою м іж о д н о к л іти н н и м и й б а га то к л іти н н и м и ор га н із м а м и . К л іт и н и б а га то к л іти н н и х о р га н із м ів ди ф ерен цію ю ться і вж е не м о ж у ть існ увати поза м еж ам и ор ган ізм у. їх об’єднання є більш повним, н іж те, щ о характерне для к о л он ій . В и кон увати всі ф у н к ц ії ц іл існ о го о р га н ізм у к л іти н а б а га то к л іти н н и х о р га н ізм ів не м ож е, вона повн істю залеж и ть від ін ш и х к л іти н і стр у к ту р організм у.

Опорні т о ч к и В о д н о к л іти н н и х е у к а р іо тів у сі ф у н к ц ії ж и в о го о р га н із м у ви кон ує одна к л іти н а . О крем а к л іти н а о д н о к л іти н н и х о р га н із м ів — це ц іл іс ний о р га н ізм , к отр ом у п р и та м а н н і всі п рояви ж и ття : о б м ін речовин, п одразливість, р іст, р озм н ож ен н я та ін ш і вл а сти во сті ж ивого. К л іт и н и о д н о к л іти н н и х о р га н ізм ів м о ж у ть об’єдн увати ся у к о л о н ії д л я сп іл ьн о го ви кон ан н я ж и тт є в и х ф у н к ц ій , але при цьом у к о ж н а к л іти н а м о ж е сама ви кон у вати всі ф у н к ц ії ж ивого.

Одноклітинні організми

З а п и т а н н я для к о н т р о л ю і с а м о к о н т р о л ю 1. Які організми називають колоніальними? 2. Яку роль відіграють у природі одноклітинні еукаріоти? 3. У чому полягають особливості клітин колоніальних організмів? 4. Як організована колонія представників роду вольвокс? 5. Чим колоніальні організми відрізняються від багатоклітинних орг.» нізмів? 6. Чим примітивні колонії відрізняються від більш високоорганію ваних? 7. Як будова одноклітинних рослин пов'язана з їхніми життєвими функціями? 8. Яку еволюційну роль відіграли колоніальні організми?

Теми для проектної і групової роботи 1. Роль бактерій у природі та житті людини. 2. Профілактика бактеріальних захворювань людини. 3. Значення бактерій у господарській діяльності людини. 4. -Значення мікробіологічної промисловості. 5. Роль одноклітинних грибів у природі й господарстві.

План виконання п р о е к тн о ї р о б о т и Визначення м ети проекту. А р гу м е н ту в а н н я а к ту а л ь н о сті теми проекту. Визначення дж ерел інф о рм ац ії. О працю вання зібраної ін ф о р м а ц ії, ї ї ан аліз та узагальнення. Створення са м остійн ого інф орм аційн ого п р одукту (оригінально го тексту). Ф ор м улю в ан н я висновків. О ф ормлення тощо).

результатів

проекту

(стаття,

реферат,

доповідь

2 1 2

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Тема 3. Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся про: • •

багатоклітинні організми без справжніх тканин та зі справжні ми тканинами, колонії багатоклітинних організмів; будову і функції тканин та використання гістотехнологій;

•

органи багатоклітинних організмів і регуляцію їхніх функцій.

Навчитеся: характеризувати типи тканин рослин і тварин, пояснювати взаємозв’язок їхньої будови і функцій; розуміти принципи організації та функціонування багатоклі тинних організмів; пояснювати значення процесу диференціювання клітин, утво рення тканин і органів; •

застосовувати знання про регуляцію функцій організму люди ни для збереження власного здоров'я.

§ 41. Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Багатоклітинні організми без справжніх тканин Особливості організації і ж и т т є д ія л ь н о с т і б а га то к л іти н н и х організмів Д о б а га то к л іти н н и х н але ж ать т і о р га н ізм и , тіл о я к и х ск л а д аєть ся з багатьох к л іт и н і їх п о х ід н и х , н ап р и к л ад р із н и х ви дів м іж к л і ти н н о ї речовини. Х а р а к те р н о ю ознакою б а га то к л іти н н и х о р га н із м ів є я к іс н а н е р ів н о ц ін н іс т ь к л іт и н , я к і ста н о в л я ть тіл о , їх диф ерен ц ію в а н н я й об’єднанн я у к о м п л е к си р із н о ї ск л а д н о сті — тк а н и н и , органи, ф із іо л о гіч н і си стем и , щ о в и к о н у ю ть р із н і ф у н к ц ії в ц іл іс н о м у о р га н із м і. Д л я б а га то к л іти н н и х о р га н із м ів хар а ктер н и й та к о ж ін д и в ід у а л ь н и й розвиток — онтогенез, щ о п оч и н ається в б іл ь ш о с ті ви п а д к ів із п од іл у й ди ф еренцію ванн я о д н іє ї к л іт и н и , н ап р и к л ад з и готи чи спори. Серед б а га то к л іти н н и х е у к а р іо тів є твари н и, рослини, гриби (мал. 41.1)

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

Мал. 41.1. Багатоклітинні організми

П р и сто со ван і до в и ко н ан н я певних ф у н к ц ій , к л іт и н и б а га то к л і ти н н и х о р га н із м ів не м о ж у ть ви кон у вати реш ти ф у н к ц ій і для нор м а л ьн о ї ж и тт є д ія л ь н о с ті к о р и сту ю ться результатам и роботи ін ш и х к л іт и н . Н а п р и к л а д , к л іт и н и к и ш е ч н и к у беруть уч асть у процесах тр авл ен ня, забезпечую чи всі к л іт и н и п о ж и в н и м и речови н ам и, але с а м і потребую ть ки сн ю , я к и й їм постачаю ть ер и тро ц и ти . К л іт и н и б а га то к л іти н н о го о р га н із м у взаєм оп ов’ я за н і, взаєм оза л е ж н і й п о с тій н о п ід т р и м у ю ть з в ’язок одна з одною . В он и м о ж у ть перебувати в безпосередньому к о н т а к т і й о б м ін ю в а ти ся си гн а л а м и на в ід ста н і, си н тезую чи сп е ц іа л ь н і х ім іч н і речовини.

Пригадайте

......................................................

Онтогенез — це індивідуальний розвиток організму.

Взаємодія клітин" В ел и ку к іл ь к іс т ь процесів, щ о відбуваю ться в б а га то к л іти н н и х ор га н ізм а х, кон тр олю ю ть горм они. У лю дини й ін ш и х ссавців їх відомо к іл ь к а д е ся тків . Г ор м он и є не ли ш е у хребетних, а й у високорозвинених безхребетних тварин: м о л ю ск ів , р акоподібни х, ком ах. К л іт и н и рослин та к о ж м о ж у ть виробляти горм они (фі гогормони), я к і р егу л ю ю ть і ко о р д и н у ю ть ін д и в ід у а л ь н и й розвиток: а у кси н и , гіб е р е л ін и , ц и т о к ін ін и . Ф іт о г о р м о н и ви роб ляю ться в тк а н и н а х , щ о ростуть інтенсивно: у к ін ч и к а х коренів, верхівках стебел, у м о лодих л и стк а х , а п о тім то к о м р ід и н и переносяться до ін ш и х частин рослини, сти м у л ю ю ч и їх н ій р іс т і розвиток. О собливу роль у р е гу л я ц ії ф у н к ц ій в ід ігр а ю ть нейрони — к л іти н и нервової си стем и (мал. 41.2). В они передаю ть одна о д н ій си гн ал и я к за до п ом огою п р я м о ї е л е к тр и ч н о ї в за є м о д ії через сп е ц іа л ь н і к л іт и н н і к о н та к ти , так і через х ім іч н і речовини — медіатори, щ о ви робляю ться нервовими і р ецепторним и к л іти н а м и .

214

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 41.2. Нейрони

Р е гу л я ц ія д ія л ь н о с т і к л іт и н б а га то к л іти н н о го о р га н ізм у в и р а ж а ється і в к о н тр о л і за у ч астю к л іт и н у м іт о т и ч н и х п од іл ах , У м ір у р о зви тку зародка б іл ь ш іс т ь к л іт и н поступово сп е ц іа л ізу ю ть ся на в и к о н а н н і ти х чи ін ш и х ф у н к ц ій і перестаю ть д іл и ти ся . К л іт и н и , щ о збереі'ли в дорослом у о р га н із м і зд а тн ість р о з м н о ж у ватися і д и ф ерен ц ію вати ся у певном у н а п р я м і, називаю ться стовбу ровим и. П іс л я к о ж н о го п о д іл у стовбурової к л іт и н и одна з н овоутво рених починає ди ф еренцію ватися у сп е ц іал ізо ван у к л іт и н у , а друга зал и ш ається у стовбуровій л ін ії.

Дізнайтеся більше

..................................... .................

Деякі клітини і в диференційованому стані не втрачають потен ційної здатності ділитися і за умови пошкодження частин організ му можуть вступити в мітоз. Наприклад, клітини печінки ссавців, які починають ділитися після видалення частини органа.

Цілісність б а га то кл іти нн о го організму Б а га то кл іти н н и й орган ізм є цілісн ою , саморегульованою системою . Д о основних п р и н ц и п ів його ф у н к ц іо н а л ь н о ї о р га н із а ц ії належ ать: гом еостаз, ім у н о л о гіч н а р е а к ти в н ість , са м о р е гу л я ц ія , а д а п та ц ія . Ц е означає, щ о о р ган ізм м о ж е п ід тр и м у в а ти п о с тій н іс ть свого вн у тр іш н ь о го середовищ а, боротися із ч у ж о р ід н и м и аген там и, коор ди нувати д ія л ь н іс т ь своїх к л іти н , тк а н и н і ор ганів, в и ж и в а ти в певних ум овах н а в к о л и ш н ьо го середовищ а та п р и стосо вувати сь до нього. Д л я б а га то к л іт и н н и х о р га н із м ів х а р а к те р н и м є о б м ін речовин, е н е р гії та ін ф о р м а ц ії, я к и й зд ій сн ю єть ся на м о л е к у л я р н о м у , к л і ти н н о м у , тк а н и н н о м у р ів н я х і на р ів н і ц іл іс н о го ор ган ізм у . Ц е д о зволяє б а га то к л іт и н н и м о р га н із м а м са м о зб е р іга ти ся , р ости, р о з в и вати ся і са м о в ід тв о р ю в а ти ся в п евн и х ум овах н а в к о л и ш н ьо го середовищ а, а та к о ж адаптуватися до нього.

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

Б а га то к л іт и н н і організми без справжніх тк а н и н У п р ир оді існ у ю ть п р и м іт и в н і б а га то к л іт и н н і тв ари н и , у я к и х не має тк а н и н . їх об’єд н у ю ть у п ід д а р ств о П а р а з о ї (від грец. — б іл я тварин). Є д и н и й ти п цього царства, щ о збе рігся , н ази в ається ти п Губ ки . Г у б к и н ал е ж ать до н а й б іл ь ш п р и м іт и в н и х б а га то к л іт и н н и х ор га н із м ів , я к і не м а ю ть ди ф е ре н ц ій ован и х т к а н и н і від о к р е м л е н и х о р га н ів (мал. 41.3). Ц і п р и м іт и в н і б а г а т о к л іт и н н і тв а р и н и ведуть си д я ч и й спосіб ж и т т я , п р и к р іп и в ш и с ь до твердих су бстр атів у воді. В ід о м о приблизно 5000 ви дів, б іл ь ш іс т ь із н и х — м о р ськ і. К л іт и н и губок зв ’я за н і м іж собою слабко і б іл ь ш о ю м ір о ю ф у н к ц іо н у ю ть незалеж но одна від одної. У губок д у ж е висока зд а тн ість до ре генерації. їх н є тіл о радіально-сим етричне і складається з центральної п ор о ж н и н и , оточеної двош аровою стін к о ю . Вода вх од и ть через пори у с т ін ц і в цю п о р о ж н и н у , а зв ід ти в и хо д и ть н азовн і через ш и ро к е у стя — на ї ї верхньом у к ін ц і. У д е я к и х губок у стя редуковане або його немає, щ о п р извод ить до п осилення то к у води к р із ь пори. Ї ї рух зум овлений б и ття м д ж г у т и к ів , я к и м и забезпечені к л іт и н и , щ о ви сти л аю ть канали у с т ін к а х . їж а , кисень, стате ві п р о д у к ти і п р од у к ти ж и тт є д ія л ь н о с ті переносяться ц іє ю водою. С келет губок складається з м іл ь й о н ів м ік р о с к о п іч н и х к р и с т а л іч н и х сп ік у л (голок) або о р га н іч н и х волокон. Й о го будова є головн им к р и те р іє м при р о зп о д іл і ти п у на класи. Є й ін ш і б а г а т о к л іт и н н і о р га н із м и , я к і не м а ю ть т к а н и н , це водорості (мал. 41.4). С ам е то м у , щ о у водоростей немає сп р а в ж н іх тк а н и н , їх в и д іл я ю ть у п ідц а рство Т а л о м н і рослини. У водоростей існ у є багато ти п ів м о р ф о л о гіч н о ї о р га н із а ц ії їх н ь о го тіл а — талома. Н ап р и к л ад , н и тч а сти й тал ом утворений п р о сти м и або р озгал у ж ен и м и н и тк а м и , а п л асти н ча сти й — к л іти н а м и , р о з м іщ е н и м и в од н ій п л о щ и н і. У б а га то к л іти н н и х водоростей часто н ая вн і р и зоїд и — вирости талом а, я к і сл у ж а ть дл я п р и к р іп л е н н я до субстрату.

Мал. 41.3. Губки

Мал. 41.4. Водорості

216

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Опорні т о ч к и Б а г а т о к л іт и н н і еуїсаріоти х а р а кте р и зу ю ть ся я к іс н о ю н е р ів н о ц ін н істю к л іти н , диф еренціацією і об’єднанням к л іти н у комплекси (ткан ин и , органи), залеж н істю цих к ом п л е ксів один від одного, на я вн істю онтогенезу. К л іти н и багатоклітинного орган ізм у взаємопов’я зан і, взаєм озале ж н і і п о стій н о п ід т р и м у ю ть з в ’я зок одна з одною . Б а га то к л іти н н и й ор ган ізм є ц іл існ о ю , саморегульованою системою . Д о основних п р и н ц и п ів його ф у н к ц іо н а л ь н о ї о р га н із а ц ії належ ать: гом еостаз, ім у н о л о г іч н а р е а к ти в н ість , с а м о р е гу л я ц ія , а д а п та ц ія .

Запитання для контролю і самоконтролю 1. У чому полягають особливості розмноження багатоклітинних орга нізмів? 2. 3. 4. 5.

У чому полягають переваги статевого розмноження? Які характеристики мають багатоклітинні організми? Як здійснюється взаємодія клітин багатоклітинних організмів? Що являють собою багатоклітинні організми, які не мають справж ніх тканин?

6. Які основні принципи структурно-функціональної організації бага токлітинних організмів?

§ 42. Тканини. Багатоклітинні організми зі справжніми тканинами Будова і функції тк а н и н Т к а н и н о ю називаю ть гр уп у к л іти н , с х о ж и х за ф ормою , р о зм ір ам и , ф у н к ц ія м и , п о х о д ж ен н ям , п р од у к там и св о єї ж и тт є д ія л ь н о с ті. У всіх рослин і твари н, за в и н я тк о м н а й б іл ьш п р и м іт и в н и х , тіл о ск л а д а єть ся із тк а н и н . У в и щ и х рослин і ви сокоор ган ізован и х твари н тк а н и н и в и р ізн я ю ться значною стр ук ту р н о -ф у н кц іо н ал ьн о ю р із н о м а н ітн іс тю і ск л а д н істю св о їх п р о д у к тів. В за єм о д ію ч и одна з одною , р із н і т к а н и ни утво р ю ю ть о к р е м і органи тіл а. Т к а н и н и тв ари н вивчає наука гістологія. Анатомія рослин д о с л і д ж у є р о сл и н н і тк а н и н и . Д л я вивчення тк а н и н у ч ен і ви кор и стов ую ть те х н ік у зам о рож ен и х зр ізів , ф азово-контрастну м ік р о с к о п ію , г іс т о х ім іч н и й ан аліз, к у л ьти в у в а н н я тк а н и н , ел ек тр о н н у м ік р о с к о п ію . У твари н в и д іл я ю т ь е п іте л іа л ь н у , сп о л у чн у , м ’язову і нервову тканини. У рослин в и р ізн я ю ть тв ір н у , п о к р и вн у , основну, п р овідн у, м е х а н іч н у та ін ш і тк а н и н и . Будова тк а н и н тіс н о п ов’ язана з їх н ім и ф у н к ц ія м и . Ц е й взаєм о з в ’ язок п р остеж ується і у тв а р и н н и х , і у р осл и н н и х тк а н и н .

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

Значення процесу диференціювання клітин. Стовбур о ві клітин и Т к а н и н и я к си стем и , щ о ск л а д аю ться із к л іт и н та їх п о х ід н и х , в и н и к л и з появою б а га то к л іти н н и х о р га н ізм ів . У м ір у іх істор и ч н ого ро зви тку відбувалося за к р іп л е н н я властивостей о к р е м и х тк ан и н . Р о з в и то к тк а н и н в он тогенезі відбувається вн аслідок диференці ювання к л іт и н . Під д и ф ерен ц ію ван н ям р о з у м ію ть з м ін и у с тр у к ту р і к л іт и н у результаті їх сп е ц іа л із а ц ії. В и б ір ш л я х у д и ф е р е н ц іа ц ії к л і ти н визначається м іж к л іт и н н о ю взаєм одією . Д л я т к а н и н х ара ктер н а в л а сти в ість регенерації (відн овлен н я). Р о з р із н я ю ть регенерацію ф із іо л о гіч н у , я к а з д ій сн ю є ть ся п о с тій н о у здор овом у о р га н із м і, і р еп ар ати вн у у н а сл ід о к у ш к о д ж е н н я . У р ізн и х тк а н и н м о ж л и в о с ті р егенерації неоднакові. У д е я к и х тк а н и н загибель к л іт и н генети чно запрограмована і зд ій сн ю є ть ся п остій н о, н ап р и к л ад у багатош аровом у зр оговіл о м у е п іт е л ії ш к ір и . К л іт и н и , здатні трансф орм уватися в р із н і ти п и б іо л о гіч н и х тк а н и н в о р га н із м і, називаю ть стовбуровими. С товбурові к л іт и н и м а ю ть де я к і с п іл ь н і х ар а ктер и сти к и , щ о в ід р ізн я ю ть їх від ін ш и х к л іти н . Нони зд а тн і са м і п ід тр и м у в а ти свої властивості і я к о сті, диф еренцію вати^ я в р із н і сп е ц іа л із о в а н і к л іт и н и . З а в д я к и ц ьо м у сто вбур о ві к л іт и н и до зволяю ть відновлю вати всі ф у н к ц іо н а л ь н і елементи тк а н и н и . В ід к р и т т я стовбурових к л іт и н з м ін и л о уявлен н я у ч ен и х про о р га н із а ц ію тк а н и н і про м е х а н ізм и від но вл ю ва л ьн и х процесів у н и х. З ’ я ви лася н ад ія за допом огою стовбурових к л іт и н п озбути ся хвороб, п ов’ язан и х із незворотним п о ш к о д ж е н н я м тк а н и н . Ц е, н априклад, хвороба А л ьц гей м ер а , при я к ій деградує тк а н и н а мозку; діабет, с п р и ч и н е н и й п ор уш ен н ям о с тр ів ц ів Л ангер ганса у п ід ш л у н к о в ій залозі, цироз, п о в ’ язан и й із пер еродж енням тк а н и н и п е ч ін к и . Щ о б пересадж увати стовбурові к л іт и н и , їх необхідно в м іт и виро щ у вати і в и р ізн я ти , але зробити це д у ж е складно (мал. 42.1, 42.2).

Мал. 42.1. Стовбурові клітини

Мал. 42.2. Вирощування стовбурових клітин

2П

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Man. 42.3. Кишковопорожнинні

Б а га то к л іт и н н і організми зі справжніми ткан ин ам и В в а ж а ю ть , щ о п е р ш и м и тв а р и н н и м и о р га н ізм а м и , у я к и х з ’ я в и ли ся п р и м іт и в н і тк а н и н и , були к и ш к о в о п о р о ж н и н н і. Д о них нале ж а ть г ід р о їд н і, сц и ф о їд н і медузи і к оралові п оліп и . К и ш к о в о п о р о ж н и н н і — це н а й б іл ьш низькоо рган ізо ван і багато к л іт и н н і твари н и (мал. 42.3). Т іл о к и ш к о в о п о р о ж н и н н и х ск л а д а єть ся із двох ш а р ів к л іт и н ектодерм и і ентодерм и, м іж я к и м и є б іл ь ш чи м енш р озви н ути й н е к л іт и н н и й ш ар, я к и й називається м е зо гл ія . Свою назву ц і тв а р и н и д іс та л и через те, щ о в н их є т іл ь к и одна п о р ож н и н а, я к а називається ки ш ко вою . У с і тр и ш а р о в і тв ари н и , щ о скла даю ться з тр ьо х зародкових л и с т к ів — ектодерми, мезодерми та ентодерми, м а ю ть с к л а д н іш іт к а н и н и , н іж к и ш к о в о п о р о ж н и н н і. У рослин тк а н и н и з ’я в и л и ся у зв ’я з к у з ви ход ом на су х од іл і необ х ід н іс т ю пристосовуватися до нових н азем н о-п ов ітр я н и х ум ов сере довищ а. У процесі е в о л ю ц ії ви щ и х рослин відбувалося у склад н ен н я їх н іх тк а н и н і органів.

Опорні то ч к и Т к а н и н о ю н азиваю ть гр у п у к л іт и н , с х о ж и х за ф ормою , р о з м ір а ми , ф у н к ц ія м и , п о х о д ж е н н я м , п р о д у к та м и св о єї ж и т т є д ія л ь н о с т і. В заєм о д ію ч и одна з одною , р із н і тк а н и н и утвор ю ю ть о к р е м і органи тіл а. У тварин в и д іл я ю ть е п іте л іа л ь н у , сп о лучн у, м ’ язову і нервову тк а н и н и . У рослин в и р ізн я ю ть тв ір н у , п окри вн у, основну, п р овідн у, м е х а н іч н у та ін ш і тк а н и н и .

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Як учені вивчають структурно-функціональну організацію тканин? 2. Завдяки якій здатності стовбурові клітини дозволяють відновлюва ти всі функціональні елементи тканини?

Багатоклітинні організми. Взасмодія клітин. Тканини 3. У зв'язку з чим у рослин з'явилися спеціалізовані тканини? 4. У чому полягає значення процесу диференціювання клітин при утворенні тканин? 5. Що ви знаєте про регенерацію тканин? 6. Яке значення можуть мати стовбурові клітини для лікування хво роб, пов'язаних із незворотним пошкодженням тканин?

§ 43. Будова і функції тканин тваринного організму Тканини тв а р и н В о р га н із м і твари н в и д іл я ю ть ч о ти ри ти п и ткан и н: еп ітел іал ь н у, сполучну, м ’язову і нервову. Епітеліальна тканина (епітелій) укриває поверхню тіл а , вистилає слизові оболонки п о р о ж н и сти х ор ган ів тр авн о ї си стем и , д и х а л ьн о ї си стем и , сечостатевого апарату й утворю є залозисту п а р е н х ім у залоз зо в н іш н ьо ї і в н у тр іш н ь о ї се кр ец ії. Е п іте л ій виконує п окри вн у і захис ну ф у н к ц ії, то м у в е п іте л іа л ь н ій тк а н и н і мало м іж к л іт и н н о ї речовини і к л іт и н и щ іл ь н о п р и л я га ю ть одна до о д н ої (мал. 43.1). Сполучна тканина д у ж е р ізн о м а н ітн а за своєю будовою, але в н ій завж ди багато м іж к л іт и н н о ї речовини (мал. 43.2). О сн ов н и м и ф у н к ц ія м и сп о л у ч н о ї тк а н и н и є тр о ф ічн а (ж и вил ьна) і опорна ф у н к ц ії. До с п о л у ч н о ї тк а н и н и н а л е ж и ть кров, л ім ф а , х р я щ о в а , к іс тк о в а і ж и р ова тк а н и н и .

г Мал. 43.1. Види епітеліальної тканини: а — одношарова; 6 — війчаста; в — багатошарова; г — залозиста

У -ІЇО

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Мал. 43.2. Види сполучної тканини: а — кісткова; б — хрящова; в — жирова; г — кров і лімфа

М ’язова тканина здій сн ю є р ух ові процеси в о р га н із м і тварин і л ю д и н и . Вона утворена м ’язови м и волокнам и, у ц и то п л а зм і я к и х є дуж е т о н к і н и тк и , щ о м о ж у ть скор очувати ся (мал. 43.3). Р о з р із н я ю ть гл а д к у (непосмуговану) м ’язову тк а н и н у , поперечно см у га сту ск ел етн у (посм уговану) і серцеву п оп ер ечн осм угасту (по креслену) м ’язові тк а н и н и . Гл ад к а м ’язова тк а н и н а входи ть до скла ду с т ін о к в н у т р іш н іх о р ганів, а з п оп ер ечн осм угастої м ’язово ї тк а н и н и складаю ться ск ел етн і м ’язи і м ’язи серця.

Мал. 43.3. Види м'язової тканини: а — гладенька; б — поперечносмугаста серцева; в — поперечносмугаста скелетна

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

Мал. 43.4. Нервова тканина

Нервова тканина складається із нервових к л іт и н — ней ронів і нейр о гл ій , я к і у твор ю ю ть нервову си стем у (мал. 43.4). О сновною одиницею нервової си стем и є нейрон, щ о має тіл о і в ід р остки р із н о ї д о вж и н и . За к іл ь к іс т ю від р о стк ів в и д іл я ю ть у н іп о л я р н і нейрони з одним від ростком , б іп о л яр н і — з двома в ід р о стк а м и і мульт и п о л я р н і — з к іл ь к о м а в ід р о стк а м и . Серед в ід р о с тк ів нейрона один, н ай д о вш и й , н ази вається аксо ном. Й ого к ін ц е в и й апарат з а к ін ч у є ть с я на ін ш ій нер вовій к л іт и н і, на м ’я зови х к л іт и н а х (волокнах) чи на к л іт и н а х зал о зи сто ї тк а н и н и . П о аксону нервовий ім п у л ь с р ухається від тіл а нервової к л іт и н и до робочих о р ган ів — м ’яза, залози або до н а сту п н о ї нервової к л іт и н и . А к с о н и утвор ю ю ть нервові волокна. Ін ш і в ід р о стк и нейрона називаю ться д е н д р и там и . В он и к о р о тк і, га л узи сті. їх н і за к ін ч е н н я сп р и й м а ю ть нервове подразнення і про водять нервовий ім п у л ь с до тіл а нейрона. О сновною в л а сти в істю нейрона є зд а тн ість збу д ж у вати ся і прово д и ти це збудж енн я по нервових волокнах. К л іт и н и н е й р о гл ії в и ко н у ю ть опорну, ж и в и л ь н у , зах и сн у й ін ш і ф у н к ц ії. Ц і к л іт и н и ви сти лаю ть п ор о ж н и н и головного м о зк у і сп и н н о м о зкови й канал, утвор ю ю ть опор н ий апарат ц ен тра льн ої нервової си стем и й ото чу ю ть тіл а ней рон ів та їх н і від ростки . Т к а н и н а являє собою біо л о гіч н у систем у, але са м і тк а н и н и ви ступ а ю ть к о м п о н е н та м и б іл ь ш ск л а д н и х б іо л о гіч н и х си стем — органів.

У т в о р е н н я т к а н и н т в а р и н , їхня регенерація У тв о р е н н я тк а н и н (гістогенез) у твари н відбувається з ектодерм и, ентодерм и, мезодерми і м е зен х ім и в період ембріогенезу, а основним и ел ем ен там и тк а н и н є к л іт и н и та їх н і п о х ід н і у в и гл я д і н е к л іт и н н и х стр у к ту р . Ре ген ера ц ія — утворення нових стр у к ту р з а м іс ть видалених або заги бли х у р езультаті п о ш к о д ж е н н я ч и втрачених у п роцесі ж и т т є д ія л ь н о сті.

222

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Пригадайте

.................................................... •

Ембріогенез — зародковий розвиток організму. У багатьох безхребетних м о ж л и в а р егенерація ц іл о го о р га н ізм у з ч асти н и тіл а . У ви сокоо р ган ізован и х твари н це н ем ож л и во — реге н ер ую ть л и ш е о к р е м і тк а н и н и , ор гани ч и їх н і частин и . Ре ге н е р а ц ія м о ж е зд ій сн ю в а ти ся ш л я х о м росту тк а н и н на р ан овій поверхні, перебудови ч а сти н и органа, щ о зал и ш и л ася , на новий або ш л я х о м росту за л и ш к у органа без з м ін и його ф орми. Ре ген ера ц ія за л е ж и ть від р ів н я о р га н із а ц ії тв ари н и і від багатьох ін ш и х ч и н н и к ів .

Опорні т о ч к и В о р га н із м і тв а р и н іс н у ю т ь ч о ти р и ти п и тк ан и н : е п іте л іа л ь н а , сполучна, м ’ язова й нервова. Е п іте л іа л ь н а тк ан и н а ви кон ує п о к р и в ну, за х и сн у й секр етор н у ф у н к ц ії. О сн о в н и м и ф у н к ц ія м и сп о л у ч н о ї тк а н и н и є тр оф ічн а (ж и вильн а) й опорна. М ’ язова тк а н и н а з д ій сню є р ух о в і процеси в о р га н із м і твари н і л ю д и н и . Нервова тк а н и н а складається із нервових к л іт и н — нейронів, щ о утво р ю ю ть нервову си стем у — основну р егулято рн у си сте м у твари н н ого о р га н ізм у .

Запитання для контролю і самоконтролю 1- Які типи тканин характерні для тваринного організму? У чому по лягають їх особливості? 2. Яка м'язова тканина входить до складу стінок внутрішніх органів?* З4. 5. 6.

Які функції виконує епітеліальна тканина? За яким критерієм поєднуються сполучні тканини? Як структура нервової тканини пов'язана з ї ї функцією? Чим сполучні тканини відрізняються від епітеліальних?

7. у чому полягають особливості регенерації у тварин?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №

Тема. Будова тканин тваринного організму Мета: узагальнити і систематизувати знання про будову та функції тка нин тваринного організму. Обладнання та матеріали: світловий мікроскоп, постійні препарати епітеліальної, сполучної, нервової і м'язової тканин; мікрофотографії цих тканин.

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини Хід роботи О

П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи.

П р и м а лом у збіл ьш ен н і м ік р о ск о п а зн ай д іть на препаратах к л і ти н и еп ітел іал ьн о ї тк а н и н и . Розглян ьте цю тк а н и н у при вели ком у збільш ен н і м ікр оскоп а. З вер ніть у вагу на ф орму к л іти н , взаємне р озм іщ ен н я к л іт и н і м іж к л іт и н н о ї речовини. З а м а лю й те побачене. П о р ів н я й те з ін ш и м и видам и е п іте л іа л ь н о ї т к а н и н и , поданими на м алю нку.

кубічна одношарова

війчаста багатошарова

П р и м алом у зб іл ь ш ен н і м ік р оск оп а зн ай д іть на препаратах к л і ти н и сп олучної тк а н и н и . Розгляньте цю тк а н и н у при великому збільш ен н і м ікроскоп а. Звер ніть увагу на ф орму к л іти н , взаємне р озм іщ ен н я к л іти н і м іж к л іт и н н о ї речовини. Н а м а л ю й те побаче не. П ор івн яй те з ін ш и м и видам и сполучної тк а н и н и , поданими на малю нку.

волокниста

кубічна багатошарова

хрящова

кісткова

П р и м а л о м у зб іл ь ш ен н і м ік р о ск о п а зн ай д іть на препаратах к л і ти н и м ’язової тк а н и н и . Розглян ьте цю тк а н и н у при великому збіл ьш ен н і м ікр оскоп а. Зверніть увагу на ф орму к л іти н та їх взаємне р озм іщ ен н я. З ам алю й те побачене. П о р івн я й те з ін ш и м и видам и м ’язової тк а н и н и , поданими на малю нку. »

поперечносмугаста скелетна

поперечносмугаста серцева

гладенька

224 ©

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

П р и м а ло м у зб іл ь ш ен н і м ікр оскоп а зн ай д іть на препаратах к л і ти н и нервової тк а н и н и . Розгляньте цю тк а н и н у нри великому збіл ьш ен н і м ікр оскоп а. Зверніть увагу на ф орму к л іти н та вза ємне їх р озм іщ ен н я. З ам алю й те побачене.

Зробіть висновок відповідно до м ети лабораторної роботи.

§ 44. Будова і функції тканин рослинного організму Тканини рослинного організму У росл инах сп о сте р ігаю ться т а к і гр у п и ткан и н: т в ір н і (даю ть п о ч аток у с ім ін ш и м тк а н и н а м ), п о к р и в н і (захи щ аю ть рослину), оп орн і, або м е х а н іч н і (п р о ти сто ять с и л і т я ж ін н я ), п р овід н і (проводять воду й п о ж и в н і речовини), а с и м іл я ц ій н і (забезпечую ть ж и вл ен н я рослин), запасні (у н их запасаю ться речовини, п о в ітр я чи вода), основна т к а нина (заповню є п р о стір м іж сп е ц іа л ізо в а н и м и тк а н и н а м и ). Твірні тканини. Ф у н к ц ія ц и х тк а н и н — утвор ен н я нових к л іт и н ш л я х о м п од іл у. Т в ір н а тк а н и н а скла дається з д р іб н и х к л іт и н із ве л и к и м и ядр ам и і без вакуоль. К л іт и н и ц іє ї т к а н и н и п о стій н о д іл я т ь ся. Одна части н а д о ч ір н іх к л іт и н , доростаю чи до р о з м ір ів м а те р и н сь к о ї, знову д іл и т ь с я , а д р у га ч а сти н а п оступ ово пер етвор ю ється на к л іт и н и п о с тій н и х тк а н и н . Постійними н азиваю ть у с і тк а н и н и , к р ім тв ір н и х . К л іт и н и п о с тій н и х тк а н и н зазвичай не м о ж у ть д іл и ти ся . Т в ір н і тк а н и н и р о з м іщ у ю ть ся на к ін ч и к у кореня й на в е р х ів ц і стебла. В он и забезпечую ть п о с тій н и й р іс т р о сл и н и в д о в ж и н у . У се р е д и н і кор е н ів і стебел є к іл ь ц е тв ір н о ї тк а н и н и із ви д о вж е н и х к л іт и н . Й ого н азиваю ть камбієм. К а м б ій забезпечує розро стан н я кор е н ів і стебел у то в щ и н у . Покривні тканини. Ц і тк а н и н и в к р и ваю ть зовн і ор гани рослин и і за х и щ а ю ть їх в ід ш к ід л и в и х вп л и вів н авк о л и ш н ьо го середовищ а. К р ім того, п о к р и в н і т к а н и н и з а х и щ а ю ть о р ган и росл ин в ід в и с и х а н н я (мал. 44.1). У рослин є к іл ь к а ви дів п о к р и вн и х тк а н и н . Л и с т я і м о л о д і зеле н і стебла в к р и ті ш к ір о ч к о ю , я к а ск л а д ається з одного ш а р у прозо р и х к л іт и н . П р о зо р ість п о к р и в н о ї тк а н и н и д у ж е важ ли ва, о с к іл ь к и , з а х и щ а ю ч и орган, ш к ір о ч к а не п ер еш к од ж ає п о тр а п л я н н ю св ітл а у к л іт и н и з хлор оп ластам и , щ о л е ж а ть глибш е. З а х и с н і вла сти вості ш к ір о ч к и ви значаю ться ти м , щ о ї ї к л іт и н и щ іл ь н о з ім к н е н і, з о в н іш ня оболонка к л іт и н потовщ ена, ін о д і в к р и та воско м . Ц е за х и щ а є органи в ід ви си хан н я і п р он и к н ен н я всередину гр и б к ів і б ак те р ій , я к і с п р и ч и н я ю ть хвороби рослин.

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

225

Мал. 44.1. Поперечний зріз листкової пластинки: 1 — покривна тканина; 2 — асиміляційна тканина; 3 — міжклітинники; 4 — продих

П р оте рослина не м о ж е бути п о в н істю від окр ем лен ою в ід п о в іт р я ного середовищ а. їй п о стій н о потр ібен к и сен ь дл я д и х а н н я к л іт и н і ву гл ек и сл и й газ дл я ф отосинтезу. К р ім того, рослина п о стій н о ви паровує воду. У р осл ин і весь час повинен відбуватися газообмін. Ш к і рочка не пер еш код ж ає ц ьо м у, о с к іл ь к и в н ій є сп е ц іа л ь н і утворення для га зо о бм ін у — продихи. П р о д и х — це щ іл и н а , оточена двома з а м и к а л ь н и м и к л іти н а м и , я к і, на в ід м ін у від к л іт и н ш к ір о ч к и , м а ю ть бобоподібну ф орму. П р о д и х и м о ж у ть від кр и в а ти ся і закри вати ся. З а м и к а л ь н і к л іт и н и ири цьом у р озхо дяться або зб л и ж ую ться . П ід п р оди хам и р о з м іщ е н і м іж к л іт и н н и к и , по я к и х п о в ітр я до ход и ть до всіх к л іт и н л и стк а або м о лодого стебла. У багатьох рослин (особливо деревних) стебло вкр и те ін ш о ю по кри вн ою тк а н и н о ю — пробкою . Ц е багатош арова тк ан и н а . К л іт и н и ї ї щ іл ь н о з ім к н у т і. їх ж и в и й в м іс т від м и р ає, п о р о ж н и н и к л іт и н за повню ю ться п о в ітр я м . П р обка — б іл ь ш н а д ій н и й зах и ст д л я рослин, н іж ш к ір о ч к а . У д е я ки х дерев (пробковий дуб) ш ар пробки м о ж е бути д у ж е то в сти м , до 20— 30 см. Газо обм ін рослин, у к р и ти х пробкою , відбувається через сочевички. С очеви чки — це розриви у пробці, через я к і п о вітр я п р он и кає всередину стебла. Опорні, або механічні, тканини. Д у ж е розчленоване тіл о рослини потребує опори. П ід т р и м у ю т ь і з м іц н ю ю ть органи р осл и н и оп ор н і тк а н и н и . Х а р а к те р н о ю особли вістю ц и х тк а н и н є сильне п ото вщ ен н я к л іт и н н и х с т ін о к , я к і забезпечую ть в и кон ан н я їх н іх ф у н к ц ій . Ч асто к л іт и н н і оболонки дерев’ я н ію т ь і ж и в и й в м іс т к л іт и н и в ід м и рає. К л іт и н и оп ор н ої тк а н и н и м о ж у ть м а ти в и тя гн у ту ф орм у, то д і їх н азиваю ть вол окн ам и, але м о ж у ть бути й о к р у гл и м и . П р оте в будья к о м у разі к л іт и н н і оболонки ц іє ї тк а н и н и д у ж е то в сті. Провідні тканини. У рослинах є два види провідних тк ан и н . Один вид складається із судин і проводить воду та м ін е р а л ь н і речовини з коренів у л и стя (мал. 44.2). Ц ю тк ан и ну називаю ть ксилемою. Д р у ги й

226

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

вид бкладається із ситоподібних к л іти н , я к і проводять п ож и вн і речови ни, щ о утворю ю ться в л и сті під час фотосинтезу, вниз по рослині. Ц ю ткан и ну називаю ть флоемою. Судини утворю ю ться з ряду к л іти н , я к і ростуть, ви тягую чись, їх н і оболонки дерев’ ян ію ть, ж иви й вм іст в ід мирає, а поперечні с т ін к и руйную ться. Утворю ю ться трубки, а на м іс ц і поперечних перегородок залиш аю ться вузькі обідки, за я к и м и мож на визначити, що судини утворилися з ряду к л іти н . С итоподібні к л іти н и маю ть видовжену форму, що сприяє проведенню речовин. У поперечних к л іти н н и х оболонках утворю ється багато др ібн и х отворів, щ о робить їх сх о ж и м и на сито (звідси й назва кліти н ). Отвори полегш ую ть про ходж ення п ож ивн и х речовин з о д н ієї ситоподібної к л іти н и в ін ш у . Асим іляційні тканини зд ій сн ю ю ть процес ф отосинтезу, то м у їх щ е н азиваю ть фотосинтезуючими тканинами (мал. 44.1). їх н і к л і ти н и м а ю ть о к р у гл у або тр о х и в и тя гн у ту ф орму. В он и з ім к н е н і або м аю ть м іж к л іт и н н и к и . А с и м іл я ц ій н і тк а н и н и в основному р о зм іщ е н і в л и стк а х , але зелені к л іт и н и сп о сте р ігаю ться і в м о лоди х стеблах. Запасаючі тканини. У ц и х тк а н и н а х від кл адаю ться про запас п о ж и в н і речовини, я к і у тво р и л и ся в а с и м іл я ц ій н и х тк а н и н а х . К л іт и н и ц и х тк а н и н в ел и к і, ін о д і д у ж е вел и к і. Основна тканина. К л іт и н и ц іє ї тк а н и н и заповню ю ть п р о м іж к и м іж сп е ц іа л ізо в а н и м и тк а н и н а м и . Ї ї к л іт и н и м о ж у ть бути в е л и к и м и або д р іб н и м и , з то н к и м и чи пото вщ ен и м и оболон кам и, щ іл ь н о з ім к н е н и м и або з м іж к л іт и н н и к а м и . О сновна тк а н и н а в р із н и х органах рослин м о ж е ви кон увати р із н і ф у н к ц ії: а с и м іл я ц ій н у , запасаю чу, опорну. Р о с л и н н і тк а н и н и не існ у ю ть с а м і по собі, вони об’єдн ую ться в о р гани, я к і, у свою чергу, об’єдн ан і в ц іл іс н и й ор ган ізм . І вегетативн і, і ге н ер ати вн і ор гани рослин скла даю ться з р із н и х тк а н и н , залеж н о від того, я к і ф у н к ц ії їм необхідно ви конувати.

Утворення тк а н и н рослин, їхня регенерація Р о сту ть у сі тк а н и н и й органи рослин за р ахун ок тв ір н и х тк а н и н , я к і щ е н азиваю ть меристеми. Вони тривалий час зберігаю ть здатність до поділу. В аж л ива властивість к л іти н меристем полягає в том у, щ о вони даю ть початок спеціалізованим к л іти н а м , я к і утворю ю ть п остій н і ткан и ни — покривні, основні, провідні, м еха н іч н і, видільні. З алеж н о від р озп оділу на т іл і росл и н и , щ о ф орм ується, в и д іл я ю ть ч оти ри види м еристем. Верхівкові меристеми забезпечую ть р іс т па го нів і корен ів у д о в ж и н у. Бічні меристеми зу м о вл ю ю ть наростання стебел і коренів у товщ ин у. Вставні, або інтеркалярні, меристеми т и м часово зберігаю ться у м іж в у з л я х стебла і в основах молоди х л и с т к ів , забезпечую чи р іст ц и х д іл я н о к , але п о т ім перетворю ю ться на п о с тій н і тк а н и н и . Ранені, або травматичні, меристеми в и н и к а ю ть у м іс ц я х п о ш к о д ж е н н я р ослини, де утво р ю ю ть з а х и сн и й к алу с (мал. 44.3).

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

Мал. 44.2. Судини — складова частина ксилеми

Мал. 44.3. Захисний калус

Ш а р за х и сн о ї тк а н и н и , щ о утвор ю ється на з р із і стеблового чи л и с т кового череш ка, зрізаного дл я р озм н ож ен н я, те ж є калусом . Ре ге н е ра ц ія у рослин м о ж е відбувати ся на м іс ц і втраченої ч астин и о р га н ізм у або на ін ш о м у м іс ц і. Н а п р и к л а д , при в ід р із а н н і вер х івк и пагона п оч и н аю ть посилено розвиватися б іч н і пагони. Р о зм н о ж е н н я рослин чер еш кам и — це ти п о в и й ви п адок регенера ц ії, при я к о м у з невеликої вегетативної ч асти н и від но влю ється ц іл а рослина. Ре ге н е ра ц ія рослин л е ж и ть в основі о д н іє ї з ф орм вегетативного р озм н о ж ен н я і має важ ли ве значення дл я росл и н н и ц тва, п л о д ів н и цтва, л іс ів н и ц тв а , декоративного садівниц тва.

Опорні т о ч к и Т к а н и н и рослин в и к о н у ю ть багато ф у н к ц ій . Т в ір н і д а ю ть початок у с ім ін ш и м тк а н и н а м , п о к р и в н і за х и щ а ю ть рослину, оп ор н і, або м е х а н іч н і, п р о ти сто ять си л і т я ж ін н я , провідні проводять воду і п о ж и в н і речовини, а с и м іл я ц ій н і забезпечую ть ж и вл ен н я рослин, запасаю чі створ ю ю ть запас речовин, п о в ітр я або води, основна тк а н и н а запо внює п р о стір м іж сп е ц іа л ізо в а н и м и тк а н и н а м и . У с і тк а н и н и рослин ф орм ую ться з тв ір н и х тк а н и н , я к і тр и в али й час зберіга ю ть зд а тн ість до поділу.

Запитання для контролю і самоконтролю 1. У чому полягають особливості рослинних тканин? 2. Як структура покривних тканин пов'язана з їхніми функціями? 3. Які функції може виконувати основна тканина? 4. Яку роль відіграють меристеми в житті рослин? 5. Чим ксилема відрізняється від флоеми? 6. У чому полягають особливості регенерації у рослин?

ггх

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 13

Тема. Будова тканин рослинного організму Мета: узагальнити й систематизувати знання про будову та функції тканин рослинного організму. Обладнання та матеріали: світловий мікроскоп, постійні препарати покривної, провідної, механічної, твірної та основної тканини рослин; мікрофотографії цих тканин. Хід роботи О

П ід го ту й те м ік р о ск о п до роботи.

П р и м а лом у збіл ьш ен н і м ік р о ск о п а зн а й д іть на препаратах к л і ти н и тв ір н о ї тк а н и н и кореня. Розгляньте ц ю тк а н и н у при вели к о м у зб іл ь ш е н н і м ікр оскоп а. З ам ал ю й те побачене.

П р и м а лом у збіл ьш ен н і м ікроскопа зн а й д іть на препаратах к л і ти н и епідерми л и стка. Розглян ьте ц ю тк а н и н у ири великом у збільш ен ні м ік р оск оп а. З ам алю й те побачене.

Розглян ьте препарат поперечного зр ізу багаторічного дерев’я нистого стебла. З н а й д іть пробку й ін ш і елементи кори, ситопо д іб н і трубки, к а м б ій , судини, а та к о ж серцевину, р іч н і к іл ьц я . З ам ал ю й те побачене.

П ор івн яй те всі р о згл я н у ті препарати з м а лю н кам и .

Твірна тканина кореня

Будова стебла

продихова щілина

Зробіть висновки.

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

§ 45. Гістотехнології. Принципи організації і функціонування молекулярного, клітинного і тканинного рівнів життя Г іс то те х н о л о гії О дни м із н а п р я м ів б іо те х н о л о гії, щ о зай м ається створ ен н ям біо л о гіч н и х з а м іс н и к ів т к а н и н і о р га н ів , є тк а н и н н а ін ж е н е р ія , або гістотехнології. Сучасна тк а н и н н а ін ж е н е р ія почала оф орм лю ватися в са м о стій н у д и сц и п л ін у п ісл я праць Д . Р . Волтера і Ф . Р . М ейєра. Ц и м учен им у 1984 р. вдалося від новити у ш к о д ж е н у р о гів к у ока за допомогою плас ти ч н о го м атер іалу, ш ту ч н о вирощ еного з к л іт и н , у з я ти х у п ац ієн та. Із 1987 р. тк а н и н н у ін ж е н е р ію почали вваж ати н ови м н ау ко ви м на п р я м о м у м е д и ц и н і, щ о ґр у н ту ється на в и к о р и с та н н і су ч асн и х гісто те хн ол огій . Т к а н и н н а ін ж е н е р ія зай м ається в и р о щ у ван н я м к у л ь ту р и тк а н и н (мал. 45.1, 45.2) і на ц ій основі створ ен н ям ш т у ч н и х ор ган ів. Ц ей процес складається з к іл ь к о х етапів. С п оч атк у від би р аю ть донорський к л іти н н и й м атер іал, в и д іл я ю ть тк а н и н н о -сп е ц и ф іч н і к л іт и н и , п о тім к ул ь ти в у ю ть їх . Д о складу тк а н и н н о -ін ж е н е р н о ї к о н с т р у к ц ії, к р ім к у л ь ту р и к л і ти н , в х о д и ть сп е ц іа л ь н и й н о с ій — м а тр и ц я . К л іт и н и о тр и м а н о ї к у л ьту р и н аносяться на м а тр и ц ю , п ісл я чого п очин ається їх к у л ь ти в а ц ія . М а т р и ц і м о ж у ть бути ви гото влен і з р із н и х б іо м а те р іа л ів . Б іл ь ш іс т ь б іо м а т е р іа л ів т к а н и н н о ї ін ж е н е р ії л е гк о р у й н у ю ть с я в о р га н із м і й за м іщ у ю ть ся його в ла сн и м и тк а н и н а м и . П ерш ою за допомогою гісто тех н о л о гій була о три м ан а ш туч н а пе ч ін ко ва тк а н и н а . Ін ш и й у с п іш н и й нап рям тк а н и н н о ї ін ж е н е р ії — реконструкція сполучної тканини, особливо к іс тк о в о ї. Гладеньком ’язові тк а н и н н і к о н с т р у к ц ії використовую ть для відтворення так и х

W J

sgpasf v

-Ш

§ Мал. 45.1. Епітеліоподібні клітини в культурі тканини

Мал. 45.2. Первинна культура ниркової тканини мавпи

220

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

ор ган ів, я к сечовід, сечовий м іх у р , к и ш к о в а трубка. О ста н н ім часом значна увага п р и д іл я єть ся створенню ш т у ч н и х к л а п а н ів серця, ре к о н с т р у к ц ії в е л и к и х судин і к а п іл я р н и х сіто к . О д н и м із н а й б іл ь ш в а ж л и в и х н а п р я м ів у т к а н и н н ій ін ж е н е р ії є ви гото влен н я е к в ів а л е н тів ш к ір и . В ід н о в л е н н я о р га н ів д и х а н н я (гортані, тр ахеї, бронхів), сл и н н и х залоз, п ід ш л у н к о в о ї залози та к о ж м о ж л и в е за д опом огою тк а н и н н и х к о н с тр у к ц ій . О дни м із н а й в а ж л и в іш и х завдань тк а н и н н о ї ін ж е н е р ії є в ід н о в ле н н я о р га н ів і тк а н и н н ер вової си стем и , я к цен тра льн ої, та к і пе риф еричної. С творен ня ш т у ч н и х о р га н ів до зволить у сп іш н о л ік у в а ти р із н і за хворю вання лю д и н и , дасть м о ж л и в іс т ь в ід м о в и ти ся від дон орських органів. А л е створення ш т у ч н и х тк а н и н п ов’язане з багатьма проблемам и. Н а п р и к л а д , к л іт и н и п ід час к у л ьти в у в а н н я м о ж у ть зм ін ю в а ти свої вл а сти во сті й перетворю ватися з н о р м а л ьн и х на б л и з ь к і за х а р а к те р и сти к а м и до п у х л и н н и х . Ім о в ір н іс ть та к о го переродж ення зрос тає через сти м у л ю в а н н я ро зм н ож ен н я к л іти н . К р ім того, сам процес к ул ьти ву ва н н я має реальну загрозу зар аж е н н я к л іти н . Д ж ер ел о м ін ф е к ц ії м о ж у ть бути ж и в и л ь н і середовищ а, си р оватк и або пор уш ен н я регл ам енту робіт, адж е те х н о л о гія створення тк а н и н досить складна і к о п ітк а . Б агато проблем ви н и кає всередині о р га н із м у п іс л я пере садж енн я ш т у ч н и х тк а н и н . Н езваж аю чи на це, тк а н и н н а ін ж е н е р ія є н ай б іл ьш пер сп ективн и м н ап р я м ом у б іо те х н о л о гії, я к и й ш ви д к о розвивається.

Принципи організації т а функціонування молекулярного, клітинного, тканинного, організмового рівнів ж и т т я К л іт и н и , тк а н и н и , органи, си стем и ор ган ів, о р га н із м и — це біо л о г іч н і си стем и , я к і складаю ться з елем ентів. Н а п р и к л а д , елем ентам и к л іт и н и я к ц іл іс н о ї си стем и ви ступ аю ть ї ї органели, взаєм озв’ я за н і мілс собою, ел ем ен там и тк а н и н тв ари н є к л іт и н и і м іж к л іт и н н а речо вина, а органи є ел ем ен там и ц іл іс н о го ор ган ізм у . Б іо л о г іч н и м си стем а м п р и та м ан н а ієрархічність. Ц е означає, щ о система одного р ів н я о р га н із а ц ії м о ж е бути елем ентом си стем и ви щ ого рангу. Н ап р и к л ад , к л іт и н а — це система, щ о скла дається з ел ем ен тів — органел. А л е сама к л іти н а м о ж е р озгл яд ати ся я к елемент щ е ск л а д н іш о ї си стем и тк а н и н и . Т к а н и н а — це систем а, щ о скла дається із к л іт и н , але ця сама тк ан и н а є елем ентом щ е с к л а д н іш о ї си стем и — органа. О рган — систем а, я к а складається із к л іт и н і тк а н и н , але він ж е є елементом б іл ь ш ск л а д н о ї си сте м и — о р га н ізм у .

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини Б а га то к л іти н н и й о р га н ізм — це ц іл іс н а систем а, щ о складається із взаємозв’ язан и х і взаєм о залеж н и х к о м п о н е н тів — к л іт и н , тк а н и н , ор ган ів і ф із іо л о гіч н и х си стем . Ж о д е н ко м п о н е н т б а га то к л іти н н о го о р га н ізм у не м о ж е довго існ у в а ти са м о стій н о , о с к іл ь к и не м ож е в и кон увати одночасно всіх ф у н к ц ій ж и во го . В заєм о зв’ я з к и ко м п о н е н т ів , поява м іж н и м и в ід м ін н о сте й у процесі в за єм о д ії п р извод ять до вза єм н о ї залеж н ості, я к а не дозволяє ко м п о н е н там си стем и існ у вати поза нею. М о л е к у л я р н и й , к л іти н н и й , тк а н и н н и й , ор га н ізм о в и й р ів н і ж и т т я м а ю ть с п іл ь н і принципи організації та функціонування. По-перш е, вони є в ід к р и т и м и си сте м а м и і дл я п и х хара ктер н и й о б м ін речовин. По-друге, у с і ж и в і си стем и с т ій к і. Б уд ь-яка ж и в а си стем а м о ж е п р о ти с то я ти вп ли вам зо в н іш н ь о го середовищ а, в и к о р и сто в у ю ч и отр и м увану ззовні енергію . Ж и в и м си стем ам властива ад ап тац ія, тоб то пр истосован ість до середовищ а. їм п р и та м а н н и й гомеостаз

здат

н іс т ь п ід тр и м у в а ти п о с тій н іс ть свого в н у тр іш н ьо го середовищ а. П о-третє, ж и в і си стем и м о ж у ть зм ін ю в а ти с я в х о д і ін д и в ід у а л ь н о го й істор и ч н ого р озви тку, тобто ево лю ціонувати. А л е власти вості ж и в и х си стем на ц ьо м у не ви черпую ться. Т а к , ж и вим о р га н ізм а м п р и та м а н н і сп а дк овість, м ін л и в іс ть , п одразливість, ц и к л іч н іс т ь та ін ш і важ ли ві ф ун д ам ен тал ьн і власти вості. Б іо л о г іч н і си стем и н и ж ч о го р ів н я , нап р иклад к л іт и н и , хоча й п ід п ор ядко ван і си стем а м ви щ ого р ів н я (орган ізм у), але м а ю ть певну са м о стій н ість , о с к іл ь к и пов’ язані з н а в к о л и ш н ім середовищ ем обм ін ом речовин, е н е р гії та ін ф о р м а ц ії. В ід р івн я до р ів н я сп о стерігається ускладнення б іо л о гіч н и х си стем і поява в н и х нови х властивостей і якостей.

Опорні т о ч к и Т к а н и н н а ін ж е н е р ія — це один із н а п р я м ів б іо т е х н о л о гії, я к и й займ ається створенням б іо л о гіч н и х з а м іс н и к ів тк а н и н і органів. С тво рення ш ту ч н и х о р ган ів до зволить у сп іш н о л ік у в а ти р із н і захворю вання лю дини. М о л е к у л я р н и й , к л іт и н н и й , тк а н и н н и й , о р га н ізм о ви й р ів н і ж и т т я м а ю ть с п іл ь н і п р и н ц и п и о р га н із а ц ії та ф ун к ц іо н у ван н я .

Запитання для контролю і самоконтролю 1. Чи можуть компоненти багатоклітинного організму довго існувати самостійно? 2. Які завдання тканинної інженерії?

232

ОРГАНІЗМОВИИ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ 3. Чи можна відновити органи дихання за допомогою тканинних кон струкцій?

4. Які хвороби можна буде лікувати за допомогою методів тканинної інженерії? ! 5. Які проблеми виникають під час створення й використання штуч них тканин? 6. Які основні принципи організації та функціонування молекулярно го, клітинного, тканинного, організмового рівнів життя?

§ 46. Органи багатоклітинних організмів Органи і с и сте м и органів т в а р и н Орган це частин а тіл а , щ о має певну ф орму, займ ає певне м іс це в о р га н із м і і ви конує характер н у ф у н к ц ію . О ргани складаю ться з тк а н и н . В у твор ен н і к о ж н о го органа беруть участь р із н і тк а н и н и , але одна з них є головною — провідною , робочою. Н а п р и к л а д , для м о зк у це нервова тк а н и н а , дл я м ’я зів — м ’язова, дл я залоз — еп іте ліал ьн а. Ін ш і тк а н и н и , представлені в о р ган і, в и ко н у ю ть д о п о м іж н у ф ун к ц ію . Т а к , е п іте л іа л ь н а тк а н и н а ви сти лає сл и зо ві оболонки органів си стем и травлення, д и х а л ь н о ї си стем и і сечостатевого апарату, а сп о лучн а тк а н и н а ви кон ує опорну й ж и в и л ь н у ф у н к ц ії, утворю є сп о луч н о тк а н и н н и й к іс т я к органа, м ’язова тк а н и н а бере участь в утворенні с т ін о к п о р о ж н и сти х орган ів. О рган є б іо л о гіч н о ю систем ою , але с а м і органи ви сту п аю ть к о м п он ентам и б іл ь ш ск л а д н и х си стем , я к і називаю ться фізіологічними си сте м а м и . С и с те м и о р га н ів в за єм о п о в ’я з а н і і в за є м о за л е ж н і, а процеси, щ о в н и х відбуваю ться, узгод ж е ні. Р о з р із н я ю ть т а к і ф із іо л о гіч н і си стем и й апарати органів: опорнорухови й апарат, п окри вн а система, си стем а травлен н я, кровоносна, л ім ф а ти ч н а , ім у н н а , ди хальна, ви дільна, статева, ендокринна, нер вова систем и. Опорно-руховий апарат скла дається з і скелета і м ’я зів. К іс т к о вий скелет — це тверда основа о р га н ізм у (мал. 46.1). Д о к іс т о к п р и к р іп л е н і с к е л е тн і м ’язи , за до п о м о го ю я к и х з д ій с н ю ю ть с я р із н і р ухи, нап р иклад х о д ін н я , біг, ф ізи чн а робота. Д о покривної системи належ ать ш к ір а і сл и зові оболонки, щ о ви сти л а ю ть зсередини п о р о ж н и н и носа, рота, д и х а л ьн и х ш л я х ів і сис те м и травлення. Головна ф у н к ц ія п о к р и в н о ї си стем и — захисна.

Багатоклітинні організми. Взасмодія клітин. Тканини

Man. 46.1. Опорно-руховий апарат

Мал. 46.2. Система травлення

С и стем а тр авл ен н я почин ається п ор ож ни ною рота, у я к ій р озм іщ е н і я з и к , зуби, с л и н н і залози. З в ід ти їж а над ход ить у гл о тк у , а п о тім у стр аво хід . П одальш е перетравлю вання їж і відбувається у ш л у н к у й к и ш е ч н и к у . П еретравлю вана їж а п ідд ається впли ву тр авн и х фер м е н тів , я к і виробляю ться у тр а в н и х залозах. У р езу л ьта ті утвор ю ю ться речовини, н ео б хід н і дл я побудови тіл а , добування ен е р гії, за безпечення д ія л ь н о с т і о р га н із м у (мал. 46.2). К р о во н о сн а (серцево-судинна) си сте м а утворена серцем і крово н осни м и судинам и , по я к и х кров розноситься до всіх ор ган ів і тк ан и н . К р овоносна си стем а забезпечує всі органи п о ж и в н и м и речовинам и й к и сн ем і видаляє з о р ган ів п р о д у к ти о б м ін у речовин, у то м у ч и сл і й в у гл е к и сл и й газ (мал. 46.3). Р у х кро в і по кровоносних суд инах відбувається завд я ки скорочен н я м м ’ язового органа — серця.

Мал. 46.3. Кровоносна система

Мал. 46.4. Лімфатична система

234

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Л ім ф а т и ч н а си сте м а — це частина серцево-судинної си стем и , к о тра доповню є венозну си стем у (мал. 46.4). Ц е мереж а судин і орган ів, щ о є дж ер ел ом і п ереносником к л іт и н , я к і забезпечую ть ім у н іт е т , а та к о ж повертає н а д л и ш о к тк а н и н н о ї р ід и н и в кров. Д о стр у к ту р и л ім ф а ти ч н о ї си стем и входять л ім ф а ти ч н і к а п іл я р и , л ім ф а т и ч н і суд и ни, л ім ф а т и ч н і вузли, л ім ф а т и ч н і стовбури і протоки. Ім у н н а си сте м а — це к о м п л е кс а н а то м іч н и х стр у к ту р , я к і забез п ечую ть за х и ст о р га н із м у від р із н и х ін ф е к ц ій н и х аге н тів і п р о д у к тів їх н ь о ї ж и т т є д ія л ь н о с т і, а т а к о ж тк а н и н і речовин, щ о в и я в л я ю ть ч у ж о р ід н і а н ти ге н н і власти вості. Ім ун н а си стем а л ю д и н и вклю чає залози в н у тр іш н ь о ї се к р е ц ії. Д и х а л ь н а си сте м а бере участь у процесі газообм ін у, забезпеченні о р га н ізм у к и сн ем і виведенні вугл ек и сл ого газу (мал. 46.5). В и д іл ь н а си сте м а ви ко н у є ф у н к ц ію виведення п р о д у к тів о б м ін у речовин. О сн о в н и м и ор ган ам и ц іє ї си сте м и є н и р ки . С татева си стем а ви ко н ує ф у н к ц ію р озм н ож ен н я . В органах стате вої си стем и ф о рм ую ться ч о л о в іч і і ж ін о ч і стате ві к л іти н и . Е н д о к р и н н а си стем а вклю чає р із н і залози в н у тр іш н ь о ї се к р е ц ії. К о ж н а з н и х виробляє і ви д іл я є у кров особливі х ім іч н і речовини — го рм он и, я к і беруть у часть у р е гу л я ц ії ф у н к ц ій у сіх органів. Н е р во ва си стем а об’єднує всі ін ш і си стем и , регулю є та у згод ж у є їх н ю д ія л ь н іс т ь . Б у д ь -я к и й орган м о ж е нор м ал ьн о ф у н к ц іо н у в а ти ли ш е за у м ови збереж ення його зв ’ я з к ів із нервовою си стем ою . К р ім того, за д о пом огою нервової си сте м и й о р ган ів ч у ття зд ій сн ю є ть ся р е гу л я ц ія п ове д ін к и о р га н ізм у в н а в к о л и ш н ьо м у середовищ і.

Мал. 46.5. Дихальна система

Мал. 46.6. Нервова система

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини Нервова система утворена го ловн и м і сп и н н и м м о зк о м , в ід я к и х від ход я ть нерви, щ о п р онизую ть у с і д іл я н к и тіл а . Головн и й і сп и н н и й мозок утворю ю ть цен тральну нервову си стем у, а нерви — периф ерич ну (мал. 46.6).

Органи рослин К орені, стебла і ли стя забезпечую ть процеси ж и ттє д ія л ь н о с ті, р іст і розвиток рослин — це вегетати в н і органи. К в іт к и , плоди й н асін н я виконую ть ф у н к ц ію р озм нож ення рослин — це ген ер ати вн і органи. К о р ін ь — осьовий вегетати в н и й орган. В ін з а к р іп л ю є р осл и н у у ґр у н т і (опорна ф у н к ц ія ), п огл и н ає із ґр у н ту воду і м ін е р а л ь н і ре ч ови н и (всм октувальн а ф у н к ц ія ) і проводить їх у стебло (провідна ф ун к ц ія ) (мал. 46.7). К р ім того, у коренях часто в ід кл ад аю ться про запас п о ж и в н і речовини (запасаю ча ф ун к ц ія). У ц ьо м у ви п адку вони п о то вщ ую ться і п еретворю ю ться на коренеплоди (буряк, морква, ре диска). Стебло — те ж осьовий вегетативн ий орган рослин. В ін у тр и м ує л и стя , п ід н ім а ю ч и його до св ітл а , а т а к о ж к в іт к и і плоди, є д л я н и х опорою (опорна ф ун к ц ія ). ІІо стеблу вода і м ін е р а л ь н і речовини р у хаю ться із кореня в л и стя , а п о ж и в н і речовини — із л и стк а в кор е н і (провідна ф ун кц ія). Л и с т о к — б іч н и й орган рослин. Л и с т к и в и к о н у ю ть д в і в а ж л и в і ф у н к ц ії: ф отосинтезу і ви п аровування води (мал. 46.8). К орені, стебла й л и с т к и не м о ж у ть ви кон увати свої ф у н к ц ії окремо одне від одного. Т іл ь к и за у м ови т іс н о ї в за єм о д ії в сіх вегетативн их ор ган ів м о ж л и ве ж и т т я р ослинного ор ган ізм у . К в іт к и , плоди й н а с ін н я в и к о н у ю ть ф у н к ц ію р о зм н о ж ен н я рос л и н (мал. 46.9). А л е ц в іт ін н я , до зр іван н я п лод ів і н а сін н я нем ож ливе без п о ж и в н и х речовин, я к і над ход ять до ген ерати вн их ор ган ів із веге тати вн и х. Т а к и м ч и ном , робота коренів, стебел і л и стя створю є ум ови д л я утворення к в іт о к і п лод ів, тобто дл я р озм н о ж ен н я рослин.

Мал. 46.7. Корінь

Мал. 46.8. Листок

Мал. 46.9. Квітка

236

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Ро сли на — це єдина ц іл іс н а си стема, у сі ч астин и я к о ї тіс н о вза є м о д ію ть і залеж ать одна від одної. Д л я н ор м ал ьн ої ж и т т є д ія л ь н о с т і рослин н еоб хід н и й розвиток і взаєм озв’я зо к у с іх органів.

Опорні т о ч к и Ч а сти н а тіл а , щ о має певну ф орму, визначене м ісц е в о р га н із м і й ви кон ує х а р а ктер н у ф у н к ц ію , називається органом. О ргани складаю ться із тк а н и н . В у тво р ен н і к о ж н о го о р і’ана беруть участь р із н і тк а н и н и . У рослин органи п од іл я ю ть ся на вегетати вн і та ген ер ати вн і, я к і є взаєм опов’я за н и м и і взаєм о зал е ж н и м и к о м п о н е н та м и ц іл іс н о го ор ган ізм у .

Зап итанн я для контролю і самоконтролю 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Чим органи відрізняються від тканин? Які органи утворюють організм тварини? Назвіть системи органів тварин і людини. Які органи організму тварин беруть участь у процесах регуляції? Як взаємопов'язані структура і функції органів рослин? Як взаємопов'язані між собою вегетативні і генеративні органи рослин?

§ 47. Регуляція функцій у багатоклітинних організмів Регуляція функцій тваринного організму Ф із іо л о гіч н і процеси відбуваю ться в о р га н ізм і тварин і лю дини узго дж ено, том у щ о існ у ю ть певні м еханізм и їх регуляції. О сновними ре гул ятор н и м и систем ам и ор ган ізм у є нервова й ендокринна системи, у я к и х використовую ться м еха нізм и нервової і гуморальної регуляції.

Пригадайте

......................................................

Гуморальна регуляція (від латин, humor — рідина) здійснюється за допомогою хімічних речовин, які надходять від різних органів і тканин тіла у кров і розносяться нею по всьому організму. Нервова регуляція фізіологічних процесів відбувається за допо могою впливу нервової системи на клітини, тканини й органи. Не рвові впливи завжди призначаються певним органам і тканинам та поширюються набагато швидше, ніж хімічні речовини.

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини Н е р в о в и й і гу м о р а л ь н и й м е х а н із м и р е г у л я ц ії ф у н к ц ій тіс н о п о в’я за н і м іж собою. На д ія л ь н іс т ь нервової си стем и п о стій н о вп л и ваю ть х ім іч н і речовини, я к і несе кров, а утворення б іл ь ш о с ті х ім іч н и х речовин і ви д іл е н ня їх у кров перебуває п ід п о с тій н и м кон тр олем нервової системи. Р е гу л я ц ія ф ізіо л о гіч н и х ф у н к ц ій в о р га н із м і не м о ж е зд ій сн ю в а ти ся з в и к о р и ста н н я м т іл ь к и нервової чи т іл ь к и гу м о р а л ьн о ї р е гу л я ц ії, це єдин и й к о м п л е кс ней р огу м ор ал ьн о ї р е гу л я ц ії ф у н к ц ій . Н ервова р е гу л я ц ія —- це к оор д и н у ю ч и й вилив нервової си стем и на к л іт и н и , тк а н и н и і органи, один з основних м е х а н із м ів са м о р е гу л я ц ії ф у н к ц ій ц іл іс н о го о р га н ізм у . Нервова р е гу л я ц ія зд ій сн ю є ть ся за д о помогою нервового ім п у л ь су — це х ви л я збудж ення, щ о п ош и рю ється по нервовому волокну. Нервова р е гу л я ц ія ш ви д к а і локальна. Т ака ш в и д к іс ть та адресність особливо в а ж л и в і при р е гу л я ц ії р у х ів . У тв а р ин нервова р е гу л я ц ія охоплю є в с і си стем и ор ган ізм у. В основі нервової р е гу л я ц ії л е ж и ть р еф лекторний п р и н ц и п р егу л я ц ії ф ун к ц ій .

Пригадайте

......................................................

Рефлекс — універсальна форма взаємодії організму з навко лишнім середовищем, це реакція організму у відповідь на по дразнення, яка здійснюється через центральну нервову систему і нею контролюється. С тр ук тур н о ю основою реф лексу є реф лекторна дуга — послідовно з ’єднаний л а н ц ю ж о к нервових к л іт и н , щ о забезпечує в ід п о від ь на подразнення. У с і реф лекси з д ій сн ю ю ться завд яки д ія л ь н о с т і ц ен тр а л ь н о ї нервової си стем и — головного і спи нного м о зку. К р ім збудження, у нервовій систем і здійсню ється і гальмування — це два протилеж ні нервові процеси, взаємодія я к и х забезпечує діял ьн ість нервової системи, регуляцію роботи органів і систем органів. Гу м о р ал ьн а р егу л я ц ія — к оор д и н а ц ія ф ізіо л о гіч н и х і б іо х ім іч н и х процесів, здійсню вана через р ід к і середовища ор ган ізм у (кров, лім ф у, тк а н и н н у р ід и н у ) за допом огою б іо л о гіч н о а к ти в н и х речовин, я к і в и д іл яю ть к л іти н и , органи і тк а н и н и у процесі їх н ь о ї ж и т т є д ія л ь н о сті. Гум ор альн а р е гу л я ц ія п ід п ор я д к ова на нер вовій р е гу л я ц ії і становить разом із нею єдину си стем у н ей рогум оральної р е гу л я ц ії ф у н к ц ій організм у. Гум ор альн а р е гу л я ц ія в и н и к л а в процесі е в о л ю ц ії р а н іш е, н іж нервова. С истем а гу м о р а л ьн о ї р е гу л я ц ії ускладню валася у процесі е в о л ю ц ії, у р езультаті чого в и н и к л и залози в н у тр іш н ь о ї се кр е ц ії, я к і в и д іл яю ть у кров біо л о гіч н о а к ти в н і речовини — горм они.

23% ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ Н ей р огум ор альн а р е гу л я ц ія від ігр а є ва ж л и в у роль у п ід т р и м а н н і від н о сн о ї п о с тій н о с ті скла ду і властивостей в н у тр іш н ьо го середови щ а о р га н ізм у та його пристосуванн я до з м ін ю в а н и х умов існ у ван н я . В ід н осн а д и н а м іч н а п о с тій н іс ть складу і властивостей в н у тр іш н ьо го середовищ а і с т ій к іс т ь основних ф із іо л о гіч н и х ф у н к ц ій о р га н ізм у н а зивається гомеостазом. Гомеостаз забезпечується н ейрогум оральною р егу л яц ією .

Регуляція функцій рослинного організму З появою б а га то к л іт и н н о с ті в рослин р озвиваю ться й у д оско н а л ю ю ться м іж к л іт и н н і си стем и р е гу л я ц ії, щ о ох оп л ю ю ть взаєм одію к л іт и н , тк а н и н і ор ган ів. В он и вк л ю ч а ю ть тр о ф ічн у , го р м он ал ьн у та е л е к тр о ф ізіо л о гіч н у р е гу л я то р н і си стем и . Трофічна регуляція — взаєм од ія за д оп ом огою п о ж и в н и х речо вин — н а й б іл ьш простий спосіб зв ’ язк у м іж к л іти н а м и , тк а н и н а м и й ор ган ам и рослин. У рослин у сі орган и залеж ать від над ход ж ен н я п р о д у к тів , щ о утвор ю ю ться в л и стк а х у процесі ф отосинтезу. У свою чергу, н ад зе м н і ч асти н и потребую ть м ін е р а л ьн и х речовин і води, я к і п о гл и н а ю ть к о р е н і із ґр унту. Т роф іч н а р е гу л я ц ія має к іл ь к іс н и й х а рактер. Н а п р и к л а д , при обм еж ен ом у ж и в л е н н і в рослин, я к правило, розвиток пр о д овж у ється від п о відн о до в н у т р іш н іх закон ом ір н о стей , але в них ф орм ую ться органи зменш еного р озм ір у, скор очується к іл ь к іс т ь л и с т к ів , п лод ів і н асін н я. Б іл ь ш в а ж л и во ю дл я рослин є гормональна регуляція. Г о р м о нальна систем а — н а й в а ж л и в іш и й ч и н н и к р е гу л я ц ії й у п р а в л ін н я у рослин. К л іт и н и , тк а н и н и й органи рослин взаєм о д ію ть м іж собою за д оп ом огою ф іто го р м о н ів . Ф іто го р м о н а м и є ау кси н , ц и т о к ін ін и , гіб ер елін и й ін ш і ф із іо л о гіч н о а к ти в н і речовини, н аявн і в р о сл и н н и х тк а н и н а х у д у ж е н и з ь к ій к о н ц е н тр а ц ії. Я к правило, ф іто го р м о н и ви робляю ться в одн их тк а н и н а х , а д ію ть в ін ш и х , проте в д е я ки х випадках вони ф у н к ц іо н у ю ть у ти х са м и х к л іти н а х , де утвор ю ю ться. М іс ц е си н тезу а у к си н у — б р ун ьки , щ о розвиваю ться, і м о лоді л и с то ч к и , я к і ростуть, зв ід к и ауксин р ухається по ж и в и х к л іти н а х судин до к ін ч и к ів коренів. Ц и т о к ін ін и у твор ю ю ться в к ор е н і й по суд ин ах кси л ем и тр ан сп ор тую ться в у сі ч асти н и рослини. С и н тез гіб е р е л ін ів відбувається в л и с т і, зв ід к и вони переносяться в ін ш і ч асти н и рос л и н и по си то п о д іб н и х тр убках ф лоеми. Х ар ак тер н о ю особли вістю ф іто го р м о н ів , щ о в ід р ізн я є їх від ін ш и х ф із іо л о гіч н о а к ти в н и х речовин (в іта м ін ів , м ік р оел е м ен тів), є те, щ о вони р е а л ізу ю ть ф із іо л о гіч н і і м о р ф о ге н ети чн і п р о гр ам и , н а п р и к лад т а к і, я к коренеутворення, д о сти ган н я плодів.

Багатоклітинні організми. Взасмодія клітин. Тканини

229

У с і ф іто го р м о н и складаю ть єдин у го рм ональн у си стем у. Електрофізіологічна система р е гу л я ц ії в рослин вклю чає в и н и к нення гр а д ієн тів біо е л ек тр и ч н и х п о те н ц іа л ів м іж р із н и м и ч асти н а м и р осл ин и і генерацію п о ш и р ю ва н и х п о те н ц іа л ів . Добре в ід о м и м п р иклад ом регулю вальн ої ф у н к ц ії ел ек тр и ч н и х ім п у л ь с ів є рухова р еакц ія у м ім о з и — складанн я л и сто ч к ів , оп у ск ан н я ч ер еш к ів і гіл о к п ід час д о ти к у до них. У с і тр и си стем и р е гу л я ц ії тіс н о взаєм оп ов’ я зан і. Н а п р и к л а д , ф іто горм они вп ли ваю ть на тр ан сп ортуван н я п о ж и в н и х речовин, а елек тр ичн а с и гн а л іза ц ія д іє на тр ан сп ортуван н я ф іто го р м о н ів .

Опорні т о ч к и О сн о в н и м и р е гу л я то р н и м и с и с те м а м и о р га н із м у тв а р и н є не рвова й ен докри нн а си стем и , в я к и х ви ко р и сто в ую ться м е х а н ізм и нервової та гу м о р ал ьн ої р е гу л я ц ії. Обидва м е х а н ізм и д ію ть сп іл ьн о, ф орм ую чи єд и н и й к о м п л е кс н е й р о гу м о р а л ьн о ї р е гу л я ц ії ф у н к ц ій систем органів. Нервова р е гу л я ц ія зд ій сн ю єть ся за допом огою реф лексів, а гу м о ральна — через р ід к і середовищ а о р га н ізм у за доп ом огою б іо л о гіч но а к ти в н и х речовин. Н е йр огум ор альн а р е гу л я ц ія від ігр а є в аж л и ву роль у п ід т р и м а н н і гомеостазу. С и сте м и р е гу л я ц ії в рослин в к л ю ч а ю ть тр о ф іч н у , го р м о н а л ьн у та ел е к тр о ф ізіо л о гіч н у р егу л ято р н і си стем и .

Зап итанн я для к он тролю і самоконтролю 1. Який принцип лежить в основі нервової регуляції? 2. Чим відрізняються нервова і гуморальна регуляція? 3. Чи може регуляція фізіологічних функцій в організмі здійснюватися з використанням тільки нервової регуляції? 4. Які системи регуляції існують у рослин? 5. Чим системи регуляції в рослин відрізняються від систем регуляції у тварин? 6. Які механізми регуляції фізіологічних функцій ви знаєте?

§ 48. Колонії багатоклітинних організмів Принцип організації колоній б а га то к л іти н н и х організмів К о л о н ія — це група особин одного чи к іл ь к о х ви дів, щ о ж и в у ть разом, м о ж у ть ж и т и са м о стій н о , але ін од і ви кон ую ть р із н і ф у н к ц ії або сл у ж а ть св о єр ід н и м и ор ганам и єдиного цілого.

240

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

О собини в к о л о н ії м а ю ть ко ри сть від сп іл ь н о го ж и в л е н н я , бл и зь к о сті до м іс ц ь добування корм у, к ол ек ти вн о го зах и сту від х и ж а к ів тощ о. Б а га т о к л іт и н н і о р га н ізм и м о ж у ть утворю вати к о л о н ії з к іл ь к о х особин, б іл ь ш чи м енш тісн о з в ’язан и х м іж собою, я к і зазвичай м аю ть од наковий ген оти п і с п іл ь н и й об м ін речовин та си стем и р е гу л я ц ії. Серед твари н до та к и х о р га н із м ів нале ж ать багато ви дів коралови х п о л іп ів , м о хова ток , губок. О д н і к о л о н іа л ь н і о р га н із м и , н а п р и к л а д м о х о в а тк и , ведуть п р и к р іп л е н и й спо сіб ж и т т я на н ер ухо м о м у су бстр аті і м а ю ть б іл ь ш чи м е н ш р о зв и н у ти й скелет. Ін ш і, н а п р и к л а д сиф оноф ори, ж и в у т ь у т о в щ і води, зазвичай н ап івп р озор і, скелета не м аю ть. У к о л о н ія х о к р е м і особини зай м аю ть певне м ісц е і в и ко н у ю ть сп е ц іа л ь н і ф у н к ц ії, в а ж л и в і дл я в с іє ї к о л о н ії. У сиф оноф орів, н а п р и клад, ф у н к ц ії ок р е м и х о р га н із м ів у к о л о н ії р із н і, а всі разом вони утвор ю ю ть к о л о н ію , я к а зовні має ви гл я д є д и н о ї особини. Ф а к т и ч н о сп р а в ж н я к о л о н ія має сп іл ь н е тіл о , щ о не н а л е ж и ть окрем о ж о д н ій особині, я к а входи ть до його складу. У с і члени к о л о н ії м о ж у ть м а ти однакову будову, але ч а стіш е сп о сте р ігається їх ди ф ерен цію ван н я за будовою і ф у н к ц ія м и . Н а п р и к л а д , о д н і особини ви кон ую ть ф у н к ц ії ж и вл ен н я, ін ш і — захисту, тр е ті — розм н ож ен н я. У р езультаті с п е ц іа л із а ц ії о к р е м і у ч а сн и к и к о л о н ії залеж ать один від одного н а с тіл ь к и , щ о не м о ж у ть існ у в а ти поза колон ією . У п р и м іт и в н и х к о л о н ія х о к р е м і їх у ч а сн и к и о б м ін ю ю ть ся п о ж и в н и м и речовинам и, у ви сокоор ганізовани х к о л о н ія х вони м о ж у ть щ е передавати подразнення, зд ій сн ю в а ти у з го д ж е н і рухи. С ам а к о л о н ія м о ж е р о згляд ати ся я к ін д и в ід ви щ ого п орядку. З та к и м и к о л о н ія м и не с л ід сп л утув ати родини гу р то сім е й н и х тв а рин, н ап риклад м ур ах, б д ж іл , те р м ітів , о к р е м і члени я к и х о р ган іч н о не зв ’ язан і м іж собою, а та к о ж т а к і гу р ти твари н, у я к и х особини хоча й тіс н о п ов’я за н і одна з одною, але не м а ю ть сп іл ьн о го тіл а . К о л о н і а л ь н и м и ін о д і називаю ть та к о ж о р га н ізм и , я к і ведуть ти м ч асо во або п о стій н о су с п іл ь н и й спосіб ж и т т я , але і в ц ьо м у ви п адку йдеться про зовсім ін ш і к о л о н ії.

Приклади колоній б а га то к л іти н н и х організмів Д о тв а р и н , щ о у тв о р ю ю ть к о л о н ії, н а л е ж а ть б іл ь ш іс т ь гу б о к і к и ш к ово п о р ож н и н н и х, пр актично всі м о ховатки, багато оболонників і д е я к і ін ш і твари н и. Н а й б іл ь ш ц ік а в и м и з н и х, певно, є кора лові п о л іп и і сифонофори. К о р а л о в і п о л іп и ж и в у ть у те п л и х тр о п іч н и х м о ря х , де тем п ер а тура води не н и ж ч а за +20 °С і на гл и би н ах не б іл ь ш н іж 20 м е тр ів

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини є рясн и й п лан ктон, я к и м вони ж и в л яться . ГІоліпи нерухом о за к р іп л е н і на сп іл ь н о м у для в с ієї к о л о н ії ск ел еті і з в ’ я зан і м іж собою ж и вою мембраною , щ о їх укриває, а ін о д і і тр у б к а м и , щ о п р о н и зу ю ть вапняк (мал. 48.1). С келет утворю ється зо в н іш н ім е п іте л іє м п о л іп ів , п р и ч о м у голов н и м ч и н ом їх основою , то м у ж и в і особини за л и ш аю ться на поверхні к ор а л о во ї споруди, а вся вона безперервно росте. К іл ь к іс т ь п о л іп ів , щ о ста н о в л я ть к о л о н ію , п о стій н о зб іл ь ш у єть ся ш л я х о м їх нестате вого р о зм н о ж ен н я — від бр у н ьк у ван н я. Т а к і к о л о н ії м о ж у ть р о зтя гу вати ся на д е сятки к іл о м е тр ів (мал. 48.2). П л и в у ч і к о л о н іа л ь н і гід р о їд и у чен і в и д іл я ю ть в о к р е м и й п ід к л а с си ф о н о ф о р ів (мал. 48.3). Сиф оноф ори прозорі, н а й ч а с тіш е м а ю ть р а й д уж н е забарвлення. Вони є к о л о н ія м и , до скла ду я к и х входять як особини у в и гл я д і п о л іп ів , та к і особини у в и гл я д і медуз. У к о л о н ії сиф оноф орів о к р е м і особини ви ко н ую ть роль с п е ц іа л і зованих органів, у результаті чого утворю ється певний надорганізм. У г о р і к о л о н ії р о з м іщ у є ть с я пневм атоф ор — ви дозм ін е н а медуза, щ о виконує одночасно роль п овітрян ого м іхура, я к и й п ід тр и м у є всю ко л о н ію на плаву, і вітр и ла, щ о забезпечує його р ух за рахунок в і тру. З а л о зи сті к л іт и н и ендодерми пневматоф ора м о ж у ть ви д іл я ти газ, я к и й дозволяє спливати нагору, а через скорочення його стін о к п овітря із газової порож ни н и ви тискається, та к щ о к о л о н ія занурю ється на глибину. П ід м іх у р о м на стовбурі к о л о н ії р о зм іщ у ю ть ся плавальн і дзво ни (теж медузи), п о тім гастрозоїди (м и сл и в ц і, щ о збираю ть їж у ), а за н и м и — гонофори (побудовані я к медузи і м іс тя ть статеві залози). Ж и в л я т ь с я сифонофори д р іб н и м и о р га н ізм а м и , я к и х л о в л я ть за д о п ом огою особли вих а р к а н ч и к ів , по в с ій д о в ж и н і гу сто в к р и ти х ж а л к и м и к л іти н а м и .

Мал. 48.1. Коралові поліпи: грибний корал (а); гігантська килимова актинія (б)

Мал. 48.2. Кораловий атол

242

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

б е Рис. 48.3. Сифонофори: португальський кораблик {а); плавуча філофора (б); наномія (в)

К о л о н ія сиф оноф орів м о ж е д о сягати к іл ь к о х м е тр ів завд овж ки . Д о сиф оноф орів н ал е ж ать д е я к і о т р у й н і ф орм и, см ер тельн о не безпечні дл я л ю д и н и , н ап р и клад п о р ту га л ьсь ки й корабли к. В ін во д и ть ся у т р о п іч н ій ч а сти н і А т л а н т и к и , у водах К а р и б ськ о го м оря і в С ередземном у м о р і. Ін к о л и п о р ту га л ь сь к і кора бли ки п о тр ап л я ю ть у Г о л ьф стр ім і переносяться ц іє ю те ч іє ю у п р о то к у Л а -М а н ш . П о р ту га л ь с ь к и й к о р а б л и к д іс та в та к у назву за я ск р а в и й різнокольоровихї п лав альн и й м іх у р , щ о нагадує в ітр и л о середньовічного п ор ту гал ьсько го судна.

Опорні т о ч к и Б а г а т о к л іт и н н і о р га н із м и м о ж у ть у твор ю вати к о л о н ії з к іл ь к о х особин, б іл ь ш чи м е н ш тіс н о з в ’я за н и х м іж собою, зазвичай та к и х , щ о м а ю ть од наковий ген о ти п і сп іл ь н и й о б м ін речовин та си сте м и р е гу л я ц ії. К о л о н ія має сп іл ьн е тіл о , як е не н а л е ж и ть окрем о ж о д н ій особині, щ о входи ть до ї ї складу. У с і члени к о л о н ії м о ж у ть м а ти од н акову будову, але ч а стіш е сп о сте р іга ється їх ди ф е ре н ц ію ван н я за будовою і ф у н к ц ія м и . Серед тв а р и н до т а к и х о р га н із м ів н а л е ж а ть р із н і ви ди к о р а л о в и х п о л іп ів , м о ховаток, губок.

Запитання для к он тролю і самоконтролю ■Чим небезпечний португальський кораблик?

2. У чому полягають особливості колоній коралових поліпів? 3. Які функції можуть виконувати члени колонії? 4. Яку будову мають пливучі колоніальні гідроїди? 5. Чому колонії можна назвати надорганізмами? 6. Якими є принципи організації колоній багатоклітинних організмів?

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

Теми для проектної і групової роботи Досягнення гістотехнологій. Регуляція функцій у багатоклітинних організмів. Значення процесу диференціювання клітин, утворення тканин і органів. Принципи організації та функціонування багатоклітинних ор ганізмів. 5. Регуляторні системи організму людини.

А р гу м е н ту в а н н я а к ту а л ь н о сті тем и проекту.

Визначення дж ерел ін ф о р м а ц ії.

О працю вання зібраної ін ф о р м а ц ії, ї ї ан ал із та узагальнення.

Створення са м остійного ін ф о р м а ц ій н ого пр од у к ту (оригінально го тексту).

Ф орм улю ван ня висновків.

О ф ормлення

результатів

проекту

(стаття,

реферат,

доповідь

тощо).

Тестова перевірка знань за розділом III. Організмовий рівень організації життя 1. У к а ж іт ь , за я к и х ум ов вір уси в и я в л я ю ть вл а сти во сті ж ивого: а) ири н агр іван н і; б) при охолодж енні; в) при п р о н и к н е н н і в к л іт и н у хазяїна; г) при п о тр а п л я н н і у воду. 2. У к а ж іт ь , ч и м в ід р із н я ю ть ся ск л а д н і вір уси в ід п р о сти х вірусів: а) вони додатково в к р и ті мембраною ; б) вони м а ю ть у своєм у ск л а д і в ір усн у н у к л е їн о в у кислоту; в) вони м о ж у ть р о зм н о ж у в а ти ся поза к л іти н о ю хазяїна; г) до їх н ь о го скла ду не в х о д ять б іл к и . 3. У к а ж іт ь , я к а особли вість не характерна д л я к л іт и н бактерій: а) в ід су тн ість оточеного оболонкою к л іти н н о го ядра; б) н а я в н ість нуклеоїду; в) н а я в н ість дво м ем бр ан н и х органел; г) н а я в н ість рибосом.

244

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

4. У к а ж іт ь , у я к и х твари н б а к те р ії беруть участь у перетравлю в а н н і р о сл и н н о ї їж і: а) лев; б) антилопа; в) со к іл сапсан; г) гепард. 5.‘ У к а ж іт ь , у я к и х випадках м о ж на побачити бактеріальну к л і тину: а) без зб іл ь ш у в а л ь н и х приладів; б) р о згл я д аю ч и в лупу; в) ви ко р и сто в ую чи с в ітл о в і м ік р о ск о п и ; г) взагал і н ем ож л и во. 6. У к а ж іт ь , я к н ази ваю ть б а к те р ії, щ о м а ю ть ф орм у п а л и ч к и або ц и л ін д р а із зао к р у гл ен и м и к ін ц я м и : а) коки; б) сп ір и л и ; в) бацили; г) сп ір ох ети . 7. У к а ж іт ь органели, х а р а к те р н і д л я б а к те р іа л ьн о ї к л іти н и : а) рибосоми; б) хром осоми; в) лізосом и ; г) п ероксисом и. 8. У к а ж іт ь сп осіб р о зм н о ж ен н я, х а р а кте р н и й д л я бактерії: а) партеногенез; б) андрогенез; в) статеве р озм нож ення; г) нестатеве р о зм н ож ен н я. 9. У к а ж іт ь , я к и й спосіб ж и в л е н н я м о ж у т ь ви кор и сто вува ти б а к терії: а) т іл ь к и автотроф ний; б) т іл ь к и хемотроф ний; в) т іл ь к и гетеротроф ний; г) у с і п ер ел ічен і способи ж и в л е н н я . 10. У к а ж іт ь , з я к и м и р о сл и н ам и м о ж у т ь всту п а ти в си м б іо з а зо т ф ік с у ю ч і бактерії: а) картопля; б) кукурудза; в) квасоля; г) п и р ій .

Багатоклітинні органіїми. Взаємодія клітин. Тканини 11. У к а ж іт ь , у я к и х бактерії: а )ви р о б н и ц тво б) виробництво в )ви р о б н и ц тв о г) виробництво

га л узя х

245

виробництва не ви кор истовую ться

сиру; к и сл о м о л о ч н и х продуктів; оцту; чаю.

12. У к а ж іт ь , ч и м в ід р ізн я ю ть ся п о к р и то н а с ін н і р о сл и н и від голо н асінн и х: а) н а я в н істю насіння; б) н а я в н істю ткани н; в) н а я в н істю кореня; г) н а я в н істю плодів. 13. У к а ж іт ь , ч и м в ід р із н я ю ть ся однодольні р осл ин и в ід дводоль них: а) н а я в н істю к в іто к ; б) н а я в н істю плодів; в) н а я в н істю кам бію ; г) н аявн істю подвійного запліднення. 14. У к а ж іт ь , я к а х а р а к те р и с ти к а відповідає т в ір н ій тк а н и н і: а) покриває зверху ор гани рослини й захищ ає їх в ід ш к ід л и в и х впливів; б) п ід тр и м у є і з м іц н ю є органи рослини; в) складається із д р іб н и х к л іт и н і та к и х , щ о ш в и д к о д іл я ть с я , забезпечує п о с тій н и й р іс т рослини в довж ину; г) зд ій сн ю є тр ан сп ортуван н я речовин із л и стя у к о р ін ь , а та к о ж із кореня в ли стя. 15. У к а ж іт ь правильне розташ уванн я ш а р ів на поперечном у зр ізі стебла: а) коро к — луб — к а м б ій — деревина — серцевина; б) к а м б ій — коро к — луб — серцевина — деревина; в) коро к — деревина — к а м б ій — луб — серцевина; г) луб — к а м б ій — коро к — серцевина — деревина. 16. У к а ж іт ь , я к називаю ть залози, я к і не м а ю ть вла сн и х проток і в и д іл я ю ть свої секрети в кров: а) залози зо в н іш н ь о ї секр ец ії; б) залози в н у тр іш н ь о ї секр ец ії; в) с л и н н і залози; г) п о то в і залози. 17. У к а ж іт ь , я к і тк а н и н и не входять до складу кореня: а) п окри вн і; б) м е ха н іч н і;

246

ОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

в) провідн і; г) ф отоси н тезую ч і.

18. У к а ж іт ь , із чого скл а д аю ться к о л о н іа л ь н і ор ган ізм и : а) з о д н іє ї к л іти н и ; б) р із н о м а н ітн и х тк ан и н; в) гр у п и к л іт и н , с х о ж и х за будовою та ф у н к ц ія м и ; г) о р га н ів і тк а н и н .

19. У к а ж іт ь водорості, щ о н але ж ать до к о л о н іа л ь н и х орган ізм ів: а) улотр и кс; б ) пандорина; в)хлорела; г) ульва.

20 . У к а ж іт ь ,

я к и х твари н н азиваю ть тр и ш аро ви м и :

а) орган и й тк а н и н и я к и х р озташ ован і тр ьо м а ш ар ам и — н и ж н ій , середній і верхній; б) органи й тк а н и н и я к и х утворені із тр ьох зародкових ли стків; в) до ск л а д у т іл а я к и х вх одять тр и ти п и ткан и н ; г) орган и й тк а н и н и я к и х р озвиваю ться з ектодерм и й мезо дерми.

21. У к а ж іт ь , до я к о ї гр у п и тк а н и н н а л е ж и ть кров: а) сполучна; б) епітеліальна; в) м ’язова; г) нервова.

22. У к а ж іт ь п р ізв и щ е вченого, я к и й в ід к р и в віруси: а) Ро бер т К ох; б) Д . І. Івановський; в) 1.1. М ечн иков; г) Л у ї П астер.

23. У к а ж іт ь , я к и й в ір у с був в ід к р и т и й у ч е н и м и перш им: а) б) в) г)

бактеріоф аг; в ір у с грипу; в ір у с тю тю н о в о ї м о заїки ; в ір у с ім у н о д е ф іц и ту лю д и н и .

24. У с та н о в іть в ід п о в ід н ість м іж назвам и в ір у с ів та о р га н ізм а м и , я к і вони ураж аю ть: 1) В ІЛ ; 2) бактеріоф аг; 3) вір уси , щ о сп р и ч и н ю ю ть м о за їк и ; 4) вір ус герпесу.

а) б) в) г) д)

лю дина; гриби; рослини; тварини; б а к те р ії.

Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Тканини

247

25.У с т а н о в іт ь в ід п о в ід н ість м іж назвам и го р м о н ів та залозам и, я к і їх виробляю ть: 1 ) ти ро ксин; 2 ) адреналін; 3) м елато нін; 4 ) вазопресин.

26.У с т а н о в іт ь

в ід п о в ід н ість

а) епіф із; б) п ід ш л у н к о в а залоза; в) щ и топ од іб н а залоза; г) гіпоф із; Д) н ад н и р ков и к и . м іж

б а к те р ія м и

вони спр и чи н яю ть: 1) б л ід а спірохета; 2) п а л и ч ка Коха; 3) холер ний вібріон; 4) д и зен те рій н а пали чка.

та

хворобам и,

які

а) правець; б) холера; в) си ф іл іс; г) дизентерія; д )ту б е р к у л ьо з.

2 7 .У ста н о в іть в ід п о в ід н ість м іж назвам и о р га н ів та ф із іо л о гіч н и х си стем , до я к и х вони належ ать: 1) п ід ш л у н к о в а залоза; 2) червоний к іс тк о в и й мозок; 3) н ад ни р ковики; 4) н и р к и .

а) б) в) г) д)

кровоносна система; травна система; ім у н н а система; ви д іл ьн а система; ендокринна система.

28.У к а ж іть послідовність подій під час інф ікування к л іти н и вірусом: а) д о зр іван н я в ір іо н ів і в и х ід із к л іти н и ; б) п р иєднан ня вір усу до к л іт и н н о ї мембрани; в) перепрограм ування к л іт и н и й створення ко м п он е нтів; г) п р о н и к н ен н я в ір усу в к л іт и н у .

нови х

в ір у сн и х

24Z АЛФАВІТНИЙ ПОКАЖЧИК

А А в то р е гу л я ц ія , 19

В ір у с ім у н о д е ф іц и ту л ю д и н и (В ІЛ ), 185

А в то тр о ф и , 196

В ір у со їд и , 176

А в то тр о ф н і б а к те р ії, 196

В к л ю ч е н н я к л іт и н и , 123

А е р о б н і б а к те р ії, 196

Вода, 31

А е р о б н і о р га н ізм и , 35

В о с к и , 56

А к т и в н е тр ан сп ор тув ан н я, 111

В углеводи, 47

А л ь д е гід н а група, 47

А л ь д о зи , 47

Галактоза, 48

А м ін о к и с л о т и , 59

Ген, 81

А н ае р о б н і б а к те р ії, 196

Ген ети ч н а ін ф о р м а ц ія , 78

А н а е р о б н і о р га н ізм и , 35, 166

Г ен е ти ч н и й код, 81

А п а р а т Г о л ь д ж і, 134

Ген ети ч н о м о д іф ік о в а н і

А с п а р та м , 42

сіл ь го сп к у л ь ту р и , 5

А Т Ф , 77

Генн а ін ж е н е р ія , 5

А у то с о м и , 153

Гетеротроф и, 196 Г іа л о п л а зм а , 101, 121 Б

Г ід р о к с и л ь н а г р у п а ,47

Б а га т о к л іт и н н і о р га н ізм и , 212 Б а к т е р ії, 120

Г л ік о к а л ік с , 112

Б актер іоф аги , 178

Г л ік о ге н , 50

Г іс то т е х н о л о гії, 229

Б іл к и , 59

Г л ік о л із , 140

Б іо л о гіч н о а к ти в н і добавки, 88 Б іо л о гія , 4

Г л о б у л я р н і б іл к и , 62 Г л ю к о за , 48

Б іо п о л ім е р и , 59

Г о р м о н и , 68

Б р о д ін н я , 35

Г р а н и ч н о д о п усти м а к о н ц е н тр а ц ія (Г Д К ) речовин, 43 В

В а к у о л і, 136 В іт а м ін и , 67

д Д е н а ту р а ц ія , 62

В ір о їд и , 176

Д е п л а зм о л із, 113

В ір у си , 175

Д и са х а р и д и , 48

АЛФАВІТНИЙ ПОКАЖЧИК Д и ск р е тн іс ть , 19

К л іт и н н е д и х а н н я , 139

Д и ф у зія , 110

К л іт и н н и й ц ен тр, 126

Д Н К , 75

К л іт и н н и й ц и к л , 155

249

К л іт и н н і м ем бран и , 108 — органели, 101

Е Е к зо ц и то з, 109

К л ітк о в и н а , 51

Е н д е м іч н і захворю вання

К о л о н іа л ь н і о р га н ізм и , 209 К о л о н ія , 239

лю дини , 42 Е н д о п л азм ати ч н а с іт к а , 102,

К о м п л е м е н та р н ість , 74 К онсерван ти, 41

133

К р о х м а л ь, 50

Ен д оц и тоз, 109 Е н е р ге ти ч н и й о б м ін у к л іт и н і,

140 Л а кто за , 49

Е у к а р іо ти , 101

Л е й к о п л а сти , 143 Є Є д н іс ть х ім іч н о г о складу

Л із о с о м и , 102, 135 Л іп ід и , 52

ор га н ізм ів , 17 М Л і

М акроелем ен ти , 28

Ж и р и , 53

М альтоза, 49

Ж и р н і к и сл о ти , 52

М е д и ч н і п репарати, 89

Ж и т т є в и й ц и к л в ір у сів , 179

М езосом и , 103

Ж и т т я , 16

М ейоз, 160 М ем бр ани, 109 З

З в ’ язок п еп ти дн и й , 60

М етоди — б іо л о гіч н и х д о сл ід ж е н ь, 23 — вивчення к л іт и н , 98

М ік р о е л е м е н ти , 28

Ін д и від уал ьн и й р озвиток, 19

М ін е р а л ь н і со лі, 37

Істо р и ч н и й розвиток, 19

М ін л и в іс т ь , 18 М іт о з , 157

К К а л у с, 169

М іт о х о н д р ії, 103, 138 М он осахар ид и, 48

К а р іо ти п , 150 К етози, 47

К етон на група, 47

Н е к л іт и н н і ф орм и ж и т т я , 175

К л іт и н а , 129

Н іт р а т н і основи, 74

К л іт и н н а те о р ія Т . Ш ва н н а , 167

Н у к л е їн о в і к и сл о ти , 71

250

АЛФАВІТНИЙ ПОКАЖЧИК

• •••••••••а

Н у к л е о їд , 120 Н у к л е о ти д и , 72

Р Р е н а ту р а ц ія , 62 О

Р е п л ік а ц ія , 79

О д н о к л іт и н н і о р га н ізм и , 195

Ри бо со м а, 101, 127

О рган ели ц и то п л а зм и , 122

Р и т м іч н іс т ь , 20

О ргани

Р ів н і о р га н із а ц ії

— рослин, 235

— б іл к о в о ї м о л ек у л и , 61

— твари н, 232

— ж и в о ї м а те р ії, 21

О р га н іч н і речовини, 45

— ж и т т я , 21

О р ган оген н і елем ен ти, 27

Р іс т , 18

О см о ти ч н и й ти с к , 30

Р Н К , 75

О сновн і вл а сти в о сті ж и во го , 17

— в и д и ,80 Р о зв и то к , 18

П П а р а з и т и ч н і б а к те р ії, 196

П е п ти д , 60

С ап ро тр о ф н і б а к те р ії, 196

П е п ти д н и й з в ’язок, 60

Сахароза, 49

П е р о к си со м и , 135

С и м б іо т и ч н і б а к те р ії, 196

П е сти ц и д и , 5

С интез б іл к а , 128

П ін о ц и то з , 110

С и стем а б іо л о гіч н и х н аук, 6

П л азм але м а, 111

С и сте м и о р ган ів тварин, 232

П л а зм а ти ч н а мембрана, 101,

111

С п ад к овість, 18 С та теві хро м о со м и , 153

П л а з м ід и , 177

С тер оїд и, 56

П л а з м о л із , 112

С товб ур ові к л іт и н и , 217

П л а сти д и , 142

С тр у к ту р а б іл к а , 61

П л а с ти ч н и й о б м ін у к л іт и н і, 1 2 9 ,1 6 6 П овер хн евий апарат к л іт и н и , 111

Т Т и л а к о їд и , 103 Тканини

П о д р а зл и вість, 19

— р о с л и н ,224

П о ж и в н і добавки, 41

— т в а р и н ,219

П о л іса х а р и д и , 50

Т р а н с к р и п ц ія , 81, 130

П р ави л о Чаргаф ф а, 74

Т р а н с л я ц ія , 81, 131

П р іо н и , 176, 186

Т р ан спозон и, 177

П р о к а р іо ти , 103, 195

Т р и а ц и л гл іц е р о л и , 53

П р о с ті ц у к р и , 48

АЛФАВІТНИЙ ПОКАЖЧИК

у У л ь тр а м ік р о е л е м е н ти , 28

Х ім іч н и й склад — води, 39 — їж і, 40

Х іт и н , 51

Ф аго ц и то з, 110

Х л о р о п л а сти , 142

Ф а к то р и росту, 69

Х р о м а т и н ,114

Ф е р м е н ти , 65

Х р о м о п л а с ти , 143

Ф іб р и л я р н і б іл к и , 62

Х р о м о со м и , 149

Ф отоси нтез, 143 Ф о сф о л іп ід и , 54 Ф р ук то за , 48 Ф у н к ц ії води, 33 — б іл к ів , 63 — вуглеводів, 51

ц Ц и то зо л ь, 121 Ц и то п л а зм а , 101, 121 Ц и то ск ел е т, 125 Ц и т о те х н о л о гії, 169

— л іп ід ів , 56

X Х а р ч о в і добавки, 41

Я др о, 116

251

252 r, .................................................

ЗМІСТ

................................................................................................

§ 1. Значення біологічної науки в житті людини й суспільства..........

ВСТУП

Енциклопедичні сторінки.......................................................................8 § 2. Сучасне визначення поняття «життя». Основні властивості живого..........................................................16 § 3. Рівні організації ж ивої матерії. Методи біологічних досліджень.................................................... 21

Р О З Д ІЛ І. М О Л Е К У Л Я Р Н И Й Р ІВ Е Н Ь О Р Г А Н ІЗ А Ц ІЇ Ж И Т Т Я Т Е М А 1. НЕОРГАНІЧНІ РЕЧО ВИ Н И § 4. Елементний склад живих організмів. Хімічні елементи в живій і неживій природі........................................ , ..............

§ 5. Вода. Особливості молекули води. Роль води в життєдіяльності організмів.......................... . .......................... 31 § б. Неорганічні речовини в клітині. Роль неорганічних речовин у життєдіяльності організмів........................................ 35 Практична робота № Г. Визначення вмісту води у власному організмі........................... 38 § 7. Хімічний склад води. Контроль хімічного складу води та їжі лю дини.............................................................................. 3 9 Т Е М А 2. ОРГАНІЧНІ РЕЧО ВИ Н И § 8. Структура та функції вуглеводів ................................ ................ 45 § 9. Структура і функції л іп ід ів .......................................................... 52 Л абораторна робота № 1. Визначення деяких органічних речовин та їхніх властивостей..............................................................

§ 10. Структура і функції білків........................................................... 59 § 11. Структура і функції ферментів. Вітаміни, гормони, фактори росту, їх роль у життєдіяльності о р ган ізм ів................ 65 Л абораторна робота № 2. Вивчення властивостей ферментів.............................................. 70 § 12. Структура нуклеїнових кислот.................................................... 72 § 13. Функції нуклеїнових кислот........................................................ 78

ЗМІСТ

253

Практична робота 2. Розв'язання елементарних вправ із транскрипції та реплікації Вправи на моделювання реплікації та транскрипції .......................................................................... 82 Практична робота № З*. Розв’язання елементарних вправ із молекулярної б іо л о гії.........83 § 14. Єдність хімічного складу організмів........................................... 83 § 15. Особливості використання окремих хімічних речовин, хімічний склад продуктів харчування........................................ 87 Практична робота № 4. Ознайомлення з інструкціями з використання окремих хімічних речовин як медичних препаратів, засобів побутової хімії тощо й оцінювання їх н ебезпеки....................................... 90 Практична робота № 5. Оцінювання продуктів харчування за їх хімічним складом..: —

Тестова перевірка знань за розділом 1................................................92

РОЗДІЛ II. КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ ТЕМА 1. КЛІТИНА § 16. Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень......96 § 17. Будова клітин прокаріотів і еукаріотів......................................101 Лабораторна робота № 3. Особливості будови клітин прокаріотів і еукаріотів................. 105 § 18. Клітинні мембрани. Транспортування речовин через мембрани. Поверхневий апарат клітини, його ф ункції............. 108 Лабораторна робота № 4. Спостереження явища плазмолізу та деплазмолізу в клітинах р осл и н ..................................................................... 113 § 19. Ядро. Будова ядра. Функції я д р а .............................................. 114 Лабораторна робота № 5. Мікроскопічна й ультрамікроскопічна будова ядра................... 117 § 20. Будова клітин прокаріотів. Нуклеоїд прокаріотичних клітин—

117

ТЕМА 2. ЦИТОПЛАЗМА ТА ЇЇ КОМПОНЕНТИ § 21. Цитозоль (гіалоплазма), органели, включення ...........................121 Лабораторна робота № 6. Рух цитоплазми в клітинах рослин........................................... 124

254

ЗМІСТ

§ 22. Немембранні органели: цитоскелет. Клітинний центр. Р и б о со м и .... ................ ............................................................125 § 23. Синтез б іл к ів .............................................................................128 Практична робота № б. Розв'язання елементарних вправ із трансляції.......................... 133 § 24. Одномембранні органели: ендоплазматична сітка, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі............................................. 133 Л абораторна робота № 7*. Вивчення будови одномембранних органел.............................. 137 § 25. М ітохондрії та процес дихання................................................. 138 § 26. Пластиди та процес фотосинтезу.............................................. 142 Л абораторна робота № 8*. Вивчення будови двомембранних органел................................ 147 Т Е М А 3. КЛІТИНА ЯК ЦІЛІСНА С И С ТЕМ А § 27. Хромосоми. Каріотип.................................................................1 4 9 Л абораторна робота № 9. Будова х р о м о со м ....................................................................... 1 5 3 § 28. Механізми відтворення і загибелі клітин. Клітинний цикл еукаріотичних клітин. Мітоз....................................................... 154 Л абораторна робота № 10. Мітотичний поділ к л іти н ........................................................... 1 5 9 § 29. М ейоз.............................................. ......................................... 160 Практична робота № 7*. Порівняння мітозу й м ейозу.................................................... .163 § 30. Обмін речовин та енергії у к л іти н і.......................................... 164 § 31. Сучасна клітинна теорія. Цитотехнології...................................167 Тестова перевірка знань за розділом II............................................. 171

Р О З Д ІЛ III. О Р Г А Н ІЗ М О В И Й Р ІВ Е Н Ь О Р Г А Н ІЗ А Ц ІЇ Ж И Т Т Я Т Е М А 1. НЕКЛІТИННІ Ф О Р М И Ж ИТТЯ § 32. Віруси та їхня будова................................................................175 § 33. Життєві цикли вірусів................................................................179 § 34. Роль вірусів у природі й житті лю дини................................... 182 § 35. Пріони, їхня будова, життєві ц и к л и .......................................... 186 § 36. Профілактика ВІЛ-інфекції (СНІДу) та інших вірусних захворювань людини................................................................. 190

зміст 2 5 5 ТЕМ А 2. ОДНОКЛІТИННІ ОРГАНІЗМИ

§ 37. Прокаріоти................................................................................. 19'» § 38. Роль бактерій у природі та в житті людини.............................І Лабораторна робота № 11. Різноманітність бактерій, їх значення у природі та житті людини.................................... Л)І § 39. Профілактика бактеріальних захворювань лю дин и...................А)) § 40. Одноклітинні еукаріоти. Колоніальні організми. Організація колоній одноклітинними еукаріотами.................... Д)‘> ТЕМА 3. БАГАТОКЛІТИННІ ОРГАНІЗМИ. ВЗАЄМОДІЯ КЛІТИН. ТКАНИНИ § 41. Багатоклітинні організми. Взаємодія клітин. Багатоклітинні організми без справжніх тк а н и н ....................... 212 § 42. Тканини. Багатоклітинні організми зі справжніми тканинами ...216 § 43. Будова і функції тканин тваринного організм у.........................219 Лабораторна робота № 12. Будова тканин тваринного організму........................................ 222 § 44. Б/дова і функції тканин рослинного організму.........................224 Лабораторна робота № 13. Будова тканин рослинного ор га н ізм у ....................................... 228 § 45. Гістотехнології. Принципи організації і функціонування молекулярного, клітинного і тканинного рівнів ж и ття ............. 229 § 46. Органи багатоклітинних організмів........................................... 232 § 47. Регуляція функцій у багатоклітинних організмів....................... 236 § 48. Колонії багатоклітинних організмів........................................... 239 Тестова перевірка знань за розділом III............................................. 243 Алфавітний покажчик

248

t ■■ ' K**

V< "

’ '

•■

‘ 4 .. •

if#' 1

. , . '

, '■

•

' •

4 ’ ■

■ ■'

.. '

•■ ■ ■;

: • .• Щ

’ ■ ■ ■ -■

Щ і& $ .

■

•

' '

■ ’ ," 1-' «*

■ '■ ■ ■

• іЦе

; Навчальне виданая

■

ЇЩ У *

І ■

ТАГЛІНА Ольга Валентинівна і • і

-• ; •

■

ф •

■ .

wVvv.-, , ■ : ' .

і л-

БІОЛОГІЯ. 10 КДАС

іч >'• 'А:

( р ів е н ь с т а н д а р т у , а к а д е м іч н и й , р ів е н ь )

■■

■ Є

■ ■ ■ ■■ .

Ії'іФіІр,$І;

Редактор І.Г. Шахова. Технічний редактор О. А Федосеева. Коректори: Я . Є. Дояженко, С. В.Гйлосна. Дизайнер JG. і\ Веляееа

-ї"

Гарнітура шкільна. Друк офсетний. Ум. друк. арк. 16,0: Обл.-вид. арк. 17,6. Зал.»* 0607-10. Наклад 208860 (Завод 8:130001-208860). v ТОВВидаввицтво «Ранок*. Свідоцтво ДК*Й 8322 від 26.11.2008. И

61071 Харків, вул. Кібадьшгча, 27, к. 186.

V У?

Адреса редакції: бП4бХАркіВ,вуД. Космічна, 21а, ;

твл, (ve v^ a ip ^ w , •. і

е' ' '

few

Дая листів: 61045 Харків, а/с 8355. E-mail: dffice^anok.kharkov.ua

■ '

'.''І V ; '

■'

ї ;Щ

■ ••

'■\ і

!a&viv-* V':•.<<> і

■ ї і ••

: Щ

SЙ

& - ' ':

;-V.^ ’Л"

‘ '

У ;Д - .

■ (>

< :

ш . у»

■' . k \

•

■

« ®

■ ' : , ' V :Л ?

;

.■

л ‘/ а й д р у їй т м у друирю П П «> І№ + » і.і Xepicfc*, ЇІМ^В № йІ Гшпінві ( С ІТ # » я 75748-16,703.IJ.2I, 7 П 1 Л З.?> Ц іуд. Хиртзькж, 19. Тея.

Л Л\

■ .,W-

: •> :

.;Ж ;щ

. і . .'«ЙЕ'і.