Практична робота. Тема. Порівняння мітозу й мейозу.

Тема. Порівняння мітозу й мейозу.

Мета: розглянути процеси, які відбуваються в клітині під час мітозу й мейозу, та порівняти їх між собою.

Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації «Мітоз», «Мейоз», фотографії клітин на різних стадіях мітозу й мейозу.

Хід роботи

1. Розгляньте фотографії клітин на стадії профази мітозу й профази І та профази ІІ мейозу. Зверніть увагу на спільні й відмінні особливості цієї фази. Замалюйте побачене.

2. Розгляньте фотографії клітин на стадії метафази мітозу й метафази І та метафази ІІ мейозу. Зверніть увагу на спільні й відмінні особливості цієї фази. Замалюйте побачене.

3. Розгляньте фотографії клітин на стадії анафази мітозу й анафази І та анафази ІІ мейозу. Зверніть увагу на спільні й відмінні особливості цієї фази. Замалюйте побачене.

4. Розгляньте фотографії клітин на стадії телофази мітозу й телофази І та телофази ІІ мейозу. Зверніть увагу на спільні й відмінні особливості цієї фази. Замалюйте побачене.

5. Зробіть висновок, у якому вкажіть спільні й відмінні риси мітозу й мейозу.

Заняття № 20

Тема. Обмін речовин і перетворення енергії в клітині.

Мета: розглянути особливості обміну речовин і енергії в клітині.

Література: Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвіт. шк.) М.Є.Кучеренко та інш. – К.: Генеза, 2000. – 464с. §

л.2. Тагліна О.В. Біологія. 10 кл. (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч. для загальноосв. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256с.: іл. §30

План

1. Метаболізм.

2. Енергетичний обмін.

3. Пластичний обмін.

1. Обмін речовин та енергії у клітині називають також метаболізмом. Метаболізм здійснюється не лише на клітинному рівні, а й на тканинному й організмовому. Він забезпечує постійність внутрішнього середовища клітин й організму в безперервно змінюваних умовах середовища. Така постійність називається гомеостазам. Обмін речовин складається із двох взаємопов´ язаних і протилежних процесів. Це процеси дисиміляції, у яких відбувається розщеплення органічних речовин і виділена енергія використовується для утворення АТФ, і процесів асиміляції, в яких енергія АТФ витрачається на синтез власних необхідних для організму речовин.

2. Енергетичний обмін (катаболізм, дисиміляція) – це сукупність реакцій розщеплення складних органічних сполук до більш простих молекул із виділенням енергії.

Етапи енергетичного обміну:

Енергетичний обмін організмів здійснюється у три послідовних етапи: підготовчий, безкисневий та кисневий.

Підготовчий етап енергетичного обміну у багатьох організмів відбувається у шлунково- кишковому тракті, а також у цитоплазмі клітин. На цьому етапі великі молекули під дією ферментів розщеплюються до мономерів. Ці процеси перебігають з вивільненням незначної кількості енергії, яка розсієються у вигляді теплоти.

Безкисневий етап (анаеробне розщеплення)– це найпростіша форма утво-рення та акумулювання енергії в макроенергічних зв’язках молекул АТФ. Деякі організми (безхребетні, мікроорганізми) не можуть використовувати кисень, тому їм властивий лише анаеробний енергетичний обмін.

Найважливішим на безкисневому етапі енергетичного обміну є розщеп-лення молекул глюкози переважно шляхом гліколізу. Його суть полягає в тому, що молекула глюкози розщеплюється на дві молекули піровиноградної ( С3Н4О3) або молочної кислоти (С3Н6О3). Сумарне рівняння гліколізу має такий вигляд:

С2Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 = 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О

Під час гліколізу виділяється близько 200 кДж енергії. Частина (84 кДж витрачається на синтез двох молекул АТФ, а решта (116кДж – розсіюється у вигляді тепла). Таким чином, процес гліколізу енергетично малоефективний, лише 35 % енергії акумулюється у макроергічних зв’язках АТФ. Це поясню-ється тим, що кінцеві продукти гліколізу все ще містять у собі багато зв’яза-ної енергії.

Кисневий етап енергетичного обміну, або клітинне дихання, відбувається в матриксі і на кристах мітохондрій в присутності кисню.

Цей етап може відбуватись лише в аеробних умовах (за наявності кисню). Коли органічні сполуки, які утворились на безкисневому етапі, окислюються в клітинах до кінцевих продуктів СО2 і Н2О. Окиснення сполук пов’язане з відщепленням від них водню і перенесенням його за допомогою особливих речовин – переносників до молекулярного кисню, утворюючи молекулу води.

Аеробне дихання відбувається в мітохондріях і супроводжується виді-ленням великої кількості енергії та акумуляцією її в макроергічних зв’язках молекул АТФ. У внутрішній мембрані мітохондрій розміщений дихальний ланцюг. Його основу утворюють переносники електронів, які входять до складу ферментних комплексів, що каталізують окислювально - відновні реакції.

Процес клітинного дихання можна поділити на три стадії:

1)окисне декарбоксилювання;

2)цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса);

3)електронно-транспортний ланцюг.

На першій стадії піровиноградна кислота взаємодіє з коензімом А (КоА), у результаті чого утворюється ацетилкоензим А (ацетил-КоА) з високо-енергетичним зв’язком.

Друга стадія - цикл Кребса. Цей процес відкрив англійський біохімік Ганс Кребс у 1937 році. Він відбувається в матриксі мітохондрій і становить собою послідовне перетворення органічних кислот. На початку циклу піровиноградна кислота (продукт гліколізу) реагує з щавлево-оцтовою кислотою, утворюючи лимонну кислоту. Остання проходить ряд послідовних реакцій, перетворюючись на інші кислоти. В результаті цих перетворень виникає щавлево - оцтова кислота, яка знову реагує з піровино -градною кислотою, і цикл повторюється. В ході циклу від кислот відщеплюється чотири пари атомів водню і дві молекули вуглекислого газу, який залишає мітохондрії і виходить з клітини.

Третя стадія (дихальний ланцюг) починається в мітохондріях з того, що вільний водень (з циклу Кребса) з’єднується з особливою речовиною – НАД (нікотинамід-аденіндинуклеотидом), утворю-ючи сполуку НАД Н (віднов-лена форма). НАД Н згодом окислюються до НАД⁺, Н⁺ та електрона. За допомогою послідовного ряду різних речовин – переносників електронів - вони транспортуються на внутрішню поверхню мембрани мітохондрій, у той час як іони водню накопичуються на зовнішній поверхні. Водночас на внут-рішній поверхні мембрани зменшується концентрація Н. У загальному вигляді рівняння утворення води в останній ланці дихального ланцюга має такий вигляд:

4Н⁺ + 4е^- + О2 = 2Н2О

Окиснення двох молекул молочної кислоти до СО2 і Н2О супровождується виділенням такої кількості енергії, яка забезпечує синтез 36 молекулАТФ. В ході анаеробного етапу енергетичного обміну при розчепленні однієї молекули глюкози утворюються дві молекули АТФ. Таким чином, під час анаеробного і аеробного процесів утворюються 38 молекул АТФ. У ході цих процесів виділяється 2800кДж енергії, з якої 55% запасається у вигляді АТФ, а 45% - розсіюється у вигляді теплоти. Сумарне рівняння цих етапів енергетичного обміну має такий вигляд:

С₆Н₁₂О₆ + 38АДФ + 38Н₃РО₄ + 6О₂ = 38АТФ + 6СО₂ + 44Н₂О

На другому етапі енергетичного обміну синтезується 2 молекули АТФ, на третьому – 36 молекул АТФ. Енергетичний обмін в аеробних клітинах рослин, грибів і тварин відбувається однаково. Це свідчить про їх спорідненість.

3. Пластичний обмін (анаболізм, асиміляція) – один із виявів обміну речовин, який охоплює процеси синтезу амінокислот, вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот. Пластичний обмін –синтез власних органічних сполук з отриманих поживних речовин, відбувається з використанням енергії, отриманої під час окиснення.

На першому етапі йде синтез проміжних сполук із низькомолекулярних речовин. На другому етапі здійснюється синтез «будівельних блоків» із проміжних речовин. На третьому етапі відбувається синтез макромолекул із «будівельних блоків».

У результаті пластичного обміну синтезуються властиві організму білки, жири, вуглеводи, які в свою чергу ідуть на створення нових клітин, органів, міжклітинної рідини.

Значення пластичного обміну полягає у забезпеченні клітини будівельним матеріалом для створення клітинних структур і органічними речовинами, які використовуються в енергетичному обміні.

Біосинтез вуглеводів. Процесам біосинтезу вуглеводів належить важливе місце серед реакцій пластичного обміну, який відбувається у біосфері. Вуглеводи синтезуються автотрофними організмами, утворюючи гексози з вуглекислого газу і води. Полісахариди в усіх організмах утворюються у результаті ферментативних реакцій. Отже, біосинтез моносахаридів відбувається двома шляхами. Перший властивий автотрофним організмам і веде до відновлення СО2 до глюкози. Другий включає ряд реакцій, завдяки яким зі сполук невуглеводної природи (піровиноградної та молочної кислот, гліцерину, деяких амінокислот) утворюється глюкоза.

Біосинтез ліпідів. Понад 90% енергії, яка запасається в жирах, припадає на жирні кислоти. Біосинтез жирних кислот у клітинах еукаріот починається в цитоплазмі за участю специфічних ферментів. Ці процеси можуть продовжуватися в мітохондріях. Жири є запасною формою ліпідів в організмі. Вони синтезуються в клітинах кишкового епітелію, а також у печінці, підшкірній клітковині, легенях.

Біосинтез ДНК. В основі процесу біосинтезу ДНК лежить явище реплікації – здатності молекул ДНК до самоподвоєння. Під час реплікації ланцюги материнської молекули ДНК розплітаються. У цьому процесі беруть участь ферменти, які роз’єднують подвійну спіраль ДНК і стабілізують розплетені ділянки. Кожен з утворених ланцюгів стає матрицею (основою) для синтезу нового ланцюга дочірньої молекули ДНК. Таким чином, процес реплікації є напівконсервативним, оскільки кожна з двох дочірніх молекул ДНК одержує один ланцюг від материнської молекули, а другий – синтезується на першому. Тому кожна з дочірніх молекул ДНК є точною копією материнської. Синтез другого ланцюга дочірньої молекули ДНК каталізує ферментДНК- полімераза. Коли розділяються ланцюги материнської молекули ДНК, за участю цього ферменту за принцепом компліментарності до нуклеотидів кожного материнського ланцюга приєднуються вільні нуклеотиди. Отже, відповідні поодинокі нуклеотиди розміщуються у певному порядку увздовж матричного ланцюга

Біосинтез РНК. Усі види РНК синтезуються відповідно до послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК за принципом компліментарності ферментами РНК - полімеразами. В клітинах еукаріот є три вида ядерних РНК полімераз та четвертий – у мітохондріях та пластидах. Процес синтезу молекули РНК на матриці ДНК називають транскрипцією. Завдяки їй генетична інформація передається з молекули ДНК на молекулу РНК під час синтезу останньої. Під час синтезу РНК фермент РНК – полімераза просувається вздовж певної ділянки молекули ДНК і діє подібно до застібки-змійки. Фермент роз’єднує подвійну спираль, і позаду нього вздовж кожної нитки розкритої спіралі синтезується РНК. Транскрипція дещо подібна до реплікації ДНК, але між цими процесами існують і принципові відмінності, а саме:

1. Біосинтез РНК каталізує РНК – полімераза, яка використовує лише нуклеотиди, що містять рибозу.

2. Матрицею для синтезу РНК є лише один із ланцюгів молекули ДНК.

3. Замість тиміну у ланцюзі РНК присутній хімічно близький до нього урацил.

4. Реплікація ДНК відбувається лише між двома поділами клітини (в інтерфазі), тоді як іРНК синтезується на будь-якому етапі клітинного циклу.