Tâches de cytologie pour l'examen d'État unifié en biologie. Matériel de préparation à l'examen d'État unifié (GIA) en biologie (11e année) sur le thème : Manuel pédagogique et méthodologique Résoudre des problèmes en cytologie

La cellule comme système biologique

La théorie cellulaire moderne, ses principales dispositions, son rôle dans la formation de l'image moderne du monde en matière de sciences naturelles. Développement des connaissances sur la cellule. La structure cellulaire des organismes est à la base de l'unité du monde organique, preuve de la parenté de la nature vivante

Théorie cellulaire moderne, ses principales dispositions, rôle dans la formation de l'image moderne du monde en matière de sciences naturelles

L’un des concepts fondamentaux de la biologie moderne est l’idée selon laquelle tous les organismes vivants possèdent une structure cellulaire. La science étudie la structure d'une cellule, son activité vitale et son interaction avec l'environnement. cytologie, maintenant plus communément appelée biologie cellulaire. La cytologie doit son apparition à la formulation de la théorie cellulaire (1838-1839, M. Schleiden, T. Schwann, complétée en 1855 par R. Virchow).

Théorie cellulaire est une idée généralisée de la structure et des fonctions des cellules en tant qu'unités vivantes, de leur reproduction et de leur rôle dans la formation d'organismes multicellulaires.

Principes de base de la théorie cellulaire :

1. Une cellule est une unité de structure, d'activité vitale, de croissance et de développement d'organismes vivants - il n'y a pas de vie en dehors de la cellule.
2. Une cellule est un système unique composé de nombreux éléments naturellement interconnectés les uns avec les autres, représentant une certaine formation intégrale.
3. Les cellules de tous les organismes sont similaires dans leur composition chimique, leur structure et leurs fonctions.
4. Les nouvelles cellules se forment uniquement à la suite de la division des cellules mères (« cellule à partir de cellule »).
5. Les cellules des organismes multicellulaires forment des tissus et les organes sont constitués de tissus. La vie d'un organisme dans son ensemble est déterminée par l'interaction de ses cellules constitutives.
6. Les cellules des organismes multicellulaires possèdent un ensemble complet de gènes, mais diffèrent les unes des autres en ce que différents groupes de gènes y travaillent, ce qui entraîne une diversité morphologique et fonctionnelle des cellules - la différenciation.

Grâce à la création de la théorie cellulaire, il est devenu clair que la cellule est la plus petite unité de vie, un système vivant élémentaire, qui possède tous les signes et propriétés des êtres vivants. La formulation de la théorie cellulaire est devenue la condition préalable la plus importante au développement de vues sur l'hérédité et la variabilité, puisque l'identification de leur nature et de leurs modèles inhérents suggérait inévitablement l'universalité de la structure des organismes vivants. L'identification de l'unité de la composition chimique et de la structure des cellules a servi d'impulsion au développement d'idées sur l'origine des organismes vivants et leur évolution. De plus, l’origine des organismes multicellulaires à partir d’une seule cellule au cours du développement embryonnaire est devenue un dogme de l’embryologie moderne.

Développement des connaissances sur la cellule

Jusqu’au XVIIe siècle, les hommes ne connaissaient absolument rien de la microstructure des objets qui les entouraient et percevaient le monde à l’œil nu. Un appareil pour étudier le micromonde - le microscope - a été inventé vers 1590 par les mécaniciens hollandais G. et Z. Jansen, mais son imperfection ne permettait pas d'examiner des objets suffisamment petits. Seule la création sur cette base du microscope dit composé par K. Drebbel (1572-1634) a contribué aux progrès dans ce domaine.

En 1665, le physicien anglais R. Hooke (1635-1703) a amélioré la conception du microscope et la technologie des lentilles de meulage et, souhaitant garantir une meilleure qualité d'image, a examiné des sections de liège, de charbon de bois et de plantes vivantes situées en dessous. Sur les coupes, il découvrit de minuscules pores, rappelant un nid d'abeilles, et les appela cellules (du latin. cellulum- cellule, cellule). Il est intéressant de noter que R. Hooke considérait la membrane cellulaire comme le composant principal de la cellule.

Dans la seconde moitié du XVIIe siècle, paraissent les travaux des microscopistes les plus éminents M. Malpighi (1628-1694) et N. Grew (1641-1712), qui découvrent également la structure cellulaire de nombreuses plantes.

Pour s'assurer que ce que R. Hooke et d'autres scientifiques ont vu était vrai, le commerçant néerlandais A. van Leeuwenhoek, qui n'avait aucune éducation spéciale, a développé de manière indépendante une conception de microscope fondamentalement différente de celle existante et a amélioré la technologie de fabrication des lentilles. Cela lui a permis d'obtenir un grossissement de 275 à 300 fois et d'examiner des détails structurels techniquement inaccessibles aux autres scientifiques. A. van Leeuwenhoek était un observateur inégalé : il a soigneusement dessiné et décrit ce qu'il a vu au microscope, mais n'a pas cherché à l'expliquer. Il a découvert des organismes unicellulaires, notamment des bactéries, ainsi que des noyaux, des chloroplastes et un épaississement des parois cellulaires des cellules végétales, mais ses découvertes ont été appréciées bien plus tard.

Les découvertes des composants de la structure interne des organismes se succèdent dans la première moitié du XIXe siècle. G. Mohl a distingué la matière vivante et le liquide aqueux - la sève cellulaire - dans les cellules végétales et a découvert des pores. Le botaniste anglais R. Brown (1773-1858) a découvert le noyau dans les cellules d'orchidées en 1831, puis il a été découvert dans toutes les cellules végétales. Le scientifique tchèque J. Purkinje (1787-1869) a inventé le terme « protoplasme » pour désigner le contenu gélatineux semi-liquide d'une cellule sans noyau (1840). Le botaniste belge M. Schleiden (1804-1881) a progressé plus loin que tous ses contemporains qui, en étudiant le développement et la différenciation de diverses structures cellulaires de plantes supérieures, ont prouvé que tous les organismes végétaux proviennent d'une seule cellule. Il a également examiné les corps nucléolaires arrondis dans les noyaux des cellules en écailles d'oignon (1842).

En 1827, l'embryologiste russe K. Baer découvre des œufs d'humains et d'autres mammifères, réfutant ainsi l'idée du développement d'un organisme exclusivement à partir de gamètes mâles. En outre, il a prouvé la formation d'un organisme animal multicellulaire à partir d'une seule cellule - un œuf fécondé, ainsi que la similitude des étapes de développement embryonnaire des animaux multicellulaires, ce qui suggérait l'unité de leur origine. Les informations accumulées au milieu du XIXe siècle ont nécessité une généralisation, qui est devenue la théorie cellulaire. La biologie doit sa formulation au zoologiste allemand T. Schwann (1810-1882), qui, sur la base de ses propres données et des conclusions de M. Schleiden sur le développement des plantes, a émis l'hypothèse que si un noyau est présent dans toute formation visible sous un microscope, alors cette formation est une cellule. Sur la base de ce critère, T. Schwann a formulé les principales dispositions de la théorie cellulaire.

Le médecin et pathologiste allemand R. Virchow (1821-1902) a introduit un autre point important dans cette théorie : les cellules naissent uniquement en divisant la cellule d'origine, c'est-à-dire que les cellules sont formées uniquement à partir de cellules (« cellule à partir de cellule »).

Depuis la création de la théorie cellulaire, la doctrine de la cellule en tant qu'unité de structure, de fonction et de développement d'un organisme n'a cessé de se développer. À la fin du XIXe siècle, grâce aux progrès de la technologie microscopique, la structure de la cellule a été clarifiée, les organites (parties cellulaires remplissant diverses fonctions) ont été décrites, les méthodes de formation de nouvelles cellules (mitose, méiose) ont été étudiées, et l'importance primordiale des structures cellulaires dans la transmission des propriétés héréditaires est devenue évidente. L'utilisation des dernières méthodes de recherche physico-chimiques a permis d'approfondir les processus de stockage et de transmission des informations héréditaires, ainsi que d'étudier la structure fine de chacune des structures cellulaires. Tout cela a contribué à la séparation de la science cellulaire en une branche indépendante de la connaissance - cytologie.

La structure cellulaire des organismes, la similitude de la structure des cellules de tous les organismes est à la base de l'unité du monde organique, preuve de la parenté de la nature vivante

Tous les organismes vivants connus aujourd’hui (plantes, animaux, champignons et bactéries) possèdent une structure cellulaire. Même les virus qui n’ont pas de structure cellulaire ne peuvent se reproduire que dans les cellules. Une cellule est une unité structurelle et fonctionnelle élémentaire d'un être vivant, caractérisée par toutes ses manifestations, notamment le métabolisme et la conversion énergétique, l'homéostasie, la croissance et le développement, la reproduction et l'irritabilité. Parallèlement, c'est dans les cellules que les informations héréditaires sont stockées, traitées et mises en œuvre.

Malgré toute la diversité des cellules, leur plan structurel est le même : elles contiennent toutes appareil héréditaireimmergé dans cytoplasme, et la cellule environnante membrane plasma.

La cellule est née de la longue évolution du monde organique. L'union de cellules en un organisme multicellulaire n'est pas une simple sommation, puisque chaque cellule, tout en conservant toutes les caractéristiques inhérentes à un organisme vivant, acquiert en même temps de nouvelles propriétés du fait de l'accomplissement d'une fonction spécifique. D'une part, un organisme multicellulaire peut être divisé en ses éléments constitutifs - les cellules, mais d'autre part, en les reconstituant, il est impossible de restaurer les fonctions de l'organisme entier, car ce n'est que dans l'interaction des parties de le système fait apparaître de nouvelles propriétés. Cela révèle l'un des principaux modèles qui caractérisent les êtres vivants : l'unité du discret et du holistique. De petites tailles et un nombre important de cellules créent dans les organismes multicellulaires une grande surface nécessaire pour assurer un métabolisme rapide. De plus, si une partie du corps meurt, son intégrité peut être restaurée grâce à la reproduction cellulaire. En dehors de la cellule, le stockage et la transmission des informations héréditaires, le stockage et le transfert d'énergie avec sa conversion ultérieure en travail sont impossibles. Enfin, la division des fonctions entre les cellules d'un organisme multicellulaire offrait aux organismes de nombreuses possibilités d'adaptation à leur environnement et constituait une condition préalable à l'augmentation de la complexité de leur organisation.

Ainsi, l'établissement de l'unité du plan structurel des cellules de tous les organismes vivants a servi de preuve de l'unité d'origine de toute vie sur Terre.

Diversité des cellules. Cellules procaryotes et eucaryotes. Caractéristiques comparatives des cellules de plantes, d'animaux, de bactéries, de champignons Diversité des cellules

Selon la théorie cellulaire, une cellule est la plus petite unité structurelle et fonctionnelle d’un organisme possédant toutes les propriétés d’un être vivant. En fonction du nombre de cellules, les organismes sont divisés en unicellulaires et multicellulaires. Les cellules des organismes unicellulaires existent en tant qu'organismes indépendants et remplissent toutes les fonctions des êtres vivants. Tous les procaryotes et un certain nombre d'eucaryotes (de nombreux types d'algues, de champignons et de protozoaires), qui frappent par leur extraordinaire variété de formes et de tailles, sont unicellulaires. Cependant, la plupart des organismes sont encore multicellulaires. Leurs cellules se spécialisent dans l'exécution de certaines fonctions et forment des tissus et des organes, ce qui ne peut qu'affecter leurs caractéristiques morphologiques. Par exemple, le corps humain est formé d'environ 10 14 cellules, représentées par environ 200 espèces, présentant une grande variété de formes et de tailles.

La forme des cellules peut être ronde, cylindrique, cubique, prismatique, discoïde, fusiforme, étoilée, etc. Ainsi, les œufs ont une forme ronde, les cellules épithéliales ont une forme cylindrique, cubique et prismatique, les globules rouges ont la forme d'un disque biconcave, les cellules du tissu musculaire ont une forme de fuseau et les cellules étoilées du tissu nerveux. Un certain nombre de cellules n’ont aucune forme permanente. Il s'agit tout d'abord des leucocytes sanguins.

La taille des cellules varie également considérablement : la plupart des cellules d'un organisme multicellulaire ont des tailles de 10 à 100 microns, et les plus petites de 2 à 4 microns. La limite inférieure est due au fait que la cellule doit avoir un ensemble minimum de substances et de structures pour assurer l'activité vitale, et une taille de cellule trop grande interférera avec l'échange de substances et d'énergie avec l'environnement et compliquera également les processus. de maintenir l’homéostasie. Cependant, certaines cellules sont visibles à l’œil nu. Tout d'abord, il s'agit notamment des cellules de pastèque et de pomme, ainsi que des œufs de poisson et d'oiseaux. Même si l'une des dimensions linéaires de la cellule dépasse la moyenne, toutes les autres correspondent à la norme. Par exemple, le processus d'un neurone peut dépasser 1 m de longueur, mais son diamètre correspondra toujours à la valeur moyenne. Il n’existe pas de relation directe entre la taille des cellules et la taille du corps. Ainsi, les cellules musculaires d'un éléphant et d'une souris ont la même taille.

Cellules procaryotes et eucaryotes

Comme mentionné ci-dessus, les cellules ont de nombreuses propriétés fonctionnelles et caractéristiques morphologiques similaires. Chacun d'eux est constitué d'un cytoplasme qui y est immergé appareil héréditaire, et séparé du milieu extérieur membrane plasma, ou plasmalemme, ce qui n'interfère pas avec le processus de métabolisme et d'énergie. À l'extérieur de la membrane, la cellule peut également avoir une paroi cellulaire, constituée de diverses substances, qui sert à protéger la cellule et constitue une sorte de squelette externe.

Le cytoplasme est l'ensemble du contenu d'une cellule, remplissant l'espace entre la membrane plasmique et la structure contenant l'information génétique. Il se compose de la substance principale - hyaloplasme- et des organites et inclusions qui y sont immergés. Organoïdes sont des composants permanents de la cellule qui remplissent certaines fonctions, et les inclusions sont des composants qui apparaissent et disparaissent au cours de la vie de la cellule, remplissant principalement des fonctions de stockage ou d'excrétion. Les inclusions sont souvent divisées en solides et liquides. Les inclusions solides sont principalement représentées par des granules et peuvent être de nature différente, tandis que les vacuoles et les gouttelettes graisseuses sont considérées comme des inclusions liquides.

Actuellement, il existe deux principaux types d’organisation cellulaire : les procaryotes et les eucaryotes.

Une cellule procaryote n'a pas de noyau ; son information génétique n'est pas séparée du cytoplasme par des membranes.

La région du cytoplasme dans laquelle l'information génétique est stockée dans une cellule procaryote est appelée nucléoïde. Dans le cytoplasme des cellules procaryotes, il existe principalement un type d'organite - les ribosomes, et les organites entourés de membranes sont complètement absents. Les bactéries sont des procaryotes.

Une cellule eucaryote est une cellule dans laquelle au moins un des stades de développement a cœur- une structure particulière dans laquelle se trouve l'ADN.

Le cytoplasme des cellules eucaryotes se distingue par une diversité importante d'organites membranaires et non membranaires. Les organismes eucaryotes comprennent les plantes, les animaux et les champignons. La taille des cellules procaryotes est généralement inférieure d’un ordre de grandeur à celle des cellules eucaryotes. La plupart des procaryotes sont des organismes unicellulaires, tandis que les eucaryotes sont multicellulaires.

Caractéristiques comparatives de la structure des cellules des plantes, des animaux, des bactéries et des champignons

Outre les caractéristiques caractéristiques des procaryotes et des eucaryotes, les cellules des plantes, des animaux, des champignons et des bactéries présentent également un certain nombre de caractéristiques. Ainsi, les cellules végétales contiennent des organites spécifiques - chloroplastes, qui déterminent leur capacité à photosynthétiser, alors que ces organites ne se trouvent pas dans d’autres organismes. Bien entendu, cela ne signifie pas que d'autres organismes ne sont pas capables de photosynthèse, puisque, par exemple, chez les bactéries, cela se produit lors d'invaginations de la membrane plasmique et de vésicules membranaires individuelles dans le cytoplasme.

Les cellules végétales contiennent généralement de grandes vacuoles remplies de sève cellulaire. On les trouve également dans les cellules des animaux, des champignons et des bactéries, mais ils ont une origine complètement différente et remplissent des fonctions différentes. La principale substance de réserve présente sous forme d'inclusions solides dans les plantes est l'amidon, chez les animaux et les champignons, c'est le glycogène, et chez les bactéries, c'est le glycogène ou la volutine.

Une autre particularité de ces groupes d'organismes est l'organisation de l'appareil de surface : les cellules des organismes animaux n'ont pas de paroi cellulaire, leur membrane plasmique n'est recouverte que d'un fin glycocalice, alors que toutes les autres en ont. Ceci est tout à fait compréhensible, puisque la façon dont les animaux se nourrissent est associée à la capture de particules alimentaires lors du processus de phagocytose, et la présence d'une paroi cellulaire les priverait de cette opportunité. La nature chimique de la substance qui compose la paroi cellulaire est différente selon les groupes d'organismes vivants : si chez les plantes c'est la cellulose, chez les champignons c'est la chitine et chez les bactéries c'est la muréine. Caractéristiques comparatives de la structure des cellules des plantes, des animaux, des champignons et des bactéries

Signe	Bactéries	Animaux	Champignons	Plantes
Méthode nutritionnelle	Hétérotrophe ou autotrophe	Hétérotrophe	Hétérotrophe	Autotrophe
Organisation des informations héréditaires	Procaryotes	Eucaryotes	Eucaryotes	Eucaryotes
Localisation de l'ADN	Nucléoïde, plasmides	Noyau, mitochondries	Noyau, mitochondries	Noyau, mitochondries, plastes
Membrane plasma	Manger	Manger	Manger	Manger
Paroi cellulaire	Mureinovaya	—	Chitineux	Pulpe
Cytoplasme	Manger	Manger	Manger	Manger
Organoïdes	Ribosomes	Membrane et non-membranaire, y compris le centre cellulaire	Membrane et non membranaire	Membrane et non-membranaire, y compris les plastes
Organoïdes de mouvement	Flagelles et villosités	Flagelles et cils	Flagelles et cils	Flagelles et cils
Vacuoles	Rarement	Contractile, digestif	Parfois	Vacuole centrale avec sève cellulaire
Inclusions	Glycogène, volutine	Glycogène	Glycogène	Amidon

Les différences dans la structure des cellules des représentants des différents règnes de la nature vivante sont illustrées sur la figure.

Composition chimique de la cellule. Macro et microéléments. La relation entre la structure et les fonctions des substances inorganiques et organiques (protéines, acides nucléiques, glucides, lipides, ATP) qui composent la cellule. Le rôle des produits chimiques dans la cellule et le corps humain

Composition chimique de la cellule

La plupart des éléments chimiques du tableau périodique des éléments de D.I. Mendeleïev découverts à ce jour ont été trouvés dans des organismes vivants. D'une part, ils ne contiennent pas un seul élément qui ne se retrouverait pas dans la nature inanimée, et d'autre part, leurs concentrations dans les corps de nature inanimée et les organismes vivants diffèrent considérablement.

Ces éléments chimiques forment des substances inorganiques et organiques. Malgré le fait que les substances inorganiques prédominent dans les organismes vivants, ce sont les substances organiques qui déterminent le caractère unique de leur composition chimique et du phénomène de la vie dans son ensemble, puisqu'elles sont synthétisées principalement par les organismes en cours de vie et jouent un rôle vital dans réactions.

La science étudie la composition chimique des organismes et les réactions chimiques qui s'y produisent. biochimie.

Il convient de noter que la teneur en produits chimiques des différentes cellules et tissus peut varier considérablement. Par exemple, si dans les cellules animales les protéines prédominent parmi les composés organiques, alors dans les cellules végétales les glucides prédominent.

Élément chimique	la croûte terrestre	Eau de mer	Organismes vivants
Ô	49.2	85.8	65-75
C	0.4	0.0035	15-18
H	1.0	10.67	8-10
N	0.04	0.37	1.5-3.0
P.	0.1	0.003	0.20-1.0
S	0.15	0.09	0.15-0.2
K	2.35	0.04	0.15-0.4
Californie	3.25	0.05	0.04-2.0
Cl	0.2	0.06	0.05-0.1
Mg	2.35	0.14	0.02-0.03
N / A	2.4	1.14	0.02-0.03
Fe	4.2	0.00015	0.01-0.015
Zn	< 0.01	0.00015	0.0003
Cu	< 0.01	< 0.00001	0.0002
je	< 0.01	0.000015	0.0001
F	0.1	2.07	0.0001

Macro et microéléments

Environ 80 éléments chimiques se trouvent dans les organismes vivants, mais seulement 27 d’entre eux ont leurs fonctions établies dans la cellule et l’organisme. Les éléments restants sont présents en petites quantités et pénètrent apparemment dans l’organisme avec la nourriture, l’eau et l’air. La teneur en éléments chimiques du corps varie considérablement. Selon leur concentration, ils sont divisés en macroéléments et microéléments.

La concentration de chacun macronutriments dans le corps dépasse 0,01% et leur teneur totale est de 99%. Les macroéléments comprennent l'oxygène, le carbone, l'hydrogène, l'azote, le phosphore, le soufre, le potassium, le calcium, le sodium, le chlore, le magnésium et le fer. Les quatre premiers éléments répertoriés (oxygène, carbone, hydrogène et azote) sont également appelés organogène, puisqu'ils font partie des principaux composés organiques. Le phosphore et le soufre sont également des composants d'un certain nombre de substances organiques, telles que les protéines et les acides nucléiques. Le phosphore est essentiel à la formation des os et des dents.

Sans les macroéléments restants, le fonctionnement normal du corps est impossible. Ainsi, le potassium, le sodium et le chlore participent aux processus d'excitation cellulaire. Le potassium est également nécessaire au fonctionnement de nombreuses enzymes et à la rétention d’eau dans la cellule. Le calcium se trouve dans les parois cellulaires des plantes, des os, des dents et des coquilles de mollusques et est nécessaire à la contraction des cellules musculaires et au mouvement intracellulaire. Le magnésium est un composant de la chlorophylle, un pigment qui permet la photosynthèse. Il participe également à la biosynthèse des protéines. Le fer, en plus de faire partie de l'hémoglobine, qui transporte l'oxygène dans le sang, est nécessaire aux processus de respiration et de photosynthèse, ainsi qu'au fonctionnement de nombreuses enzymes.

Microéléments sont contenus dans l'organisme à des concentrations inférieures à 0,01 % et leur concentration totale dans la cellule n'atteint pas 0,1 %. Les microéléments comprennent le zinc, le cuivre, le manganèse, le cobalt, l'iode, le fluor, etc. Le zinc fait partie de la molécule de l'hormone pancréatique insuline, le cuivre est nécessaire aux processus de photosynthèse et de respiration. Le cobalt est un composant de la vitamine B12 dont l'absence conduit à l'anémie. L'iode est nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes, qui assurent un métabolisme normal, et le fluor est associé à la formation de l'émail des dents.

La carence, l'excès ou la perturbation du métabolisme des macro et microéléments conduisent au développement de diverses maladies. En particulier, un manque de calcium et de phosphore provoque le rachitisme, un manque d'azote provoque une grave carence en protéines, une carence en fer provoque une anémie et un manque d'iode provoque une perturbation de la formation des hormones thyroïdiennes et une diminution du taux métabolique. Une diminution de l'apport en fluorure provenant de l'eau et des aliments détermine en grande partie la perturbation du renouvellement de l'émail dentaire et, par conséquent, une prédisposition aux caries. Le plomb est toxique pour presque tous les organismes. Son excès provoque des dommages irréversibles au cerveau et au système nerveux central, qui se manifestent par une perte de vision et d'audition, de l'insomnie, une insuffisance rénale, des convulsions, et peuvent également conduire à des paralysies et à des maladies comme le cancer. L'intoxication aiguë au plomb s'accompagne d'hallucinations soudaines et se termine par le coma et la mort.

Le manque de macro et microéléments peut être compensé en augmentant leur teneur dans les aliments et l'eau potable, ainsi qu'en prenant des médicaments. Ainsi, l’iode se trouve dans les fruits de mer et le sel iodé, le calcium se trouve dans les coquilles d’œufs, etc.

La relation entre la structure et les fonctions des substances inorganiques et organiques (protéines, acides nucléiques, glucides, lipides, ATP) qui composent la cellule. Le rôle des produits chimiques dans la cellule et le corps humain

Substances inorganiques

Les éléments chimiques de la cellule forment divers composés - inorganiques et organiques. Les substances inorganiques de la cellule comprennent l'eau, les sels minéraux, les acides, etc., et les substances organiques comprennent les protéines, les acides nucléiques, les glucides, les lipides, l'ATP, les vitamines, etc.

Eau(H 2 O) est la substance inorganique la plus courante de la cellule, qui possède des propriétés physico-chimiques uniques. Il n’a ni goût, ni couleur, ni odeur. La densité et la viscosité de toutes les substances sont évaluées à l'aide d'eau. Comme beaucoup d’autres substances, l’eau peut exister sous trois états d’agrégation : solide (glace), liquide et gazeux (vapeur). Le point de fusion de l'eau est de 0°$С, le point d'ébullition est de 100°$С, cependant, la dissolution d'autres substances dans l'eau peut modifier ces caractéristiques. La capacité thermique de l'eau est également assez élevée - 4 200 kJ/mol K, ce qui lui donne la possibilité de participer aux processus de thermorégulation. Dans une molécule d'eau, les atomes d'hydrogène sont situés à un angle de 105°$, tandis que les paires d'électrons partagées sont éloignées par l'atome d'oxygène le plus électronégatif. Cela détermine les propriétés dipolaires des molécules d'eau (une extrémité est chargée positivement et l'autre chargée négativement) et la possibilité de formation de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau. La cohésion des molécules d'eau est à l'origine du phénomène de tension superficielle, de capillarité et des propriétés de l'eau en tant que solvant universel. En conséquence, toutes les substances sont divisées en substances solubles dans l'eau (hydrophiles) et insolubles (hydrophobes). Grâce à ces propriétés uniques, il est prédéterminé que l’eau deviendra la base de la vie sur Terre.

La teneur moyenne en eau des cellules du corps varie et peut changer avec l'âge. Ainsi, chez un embryon humain d'un mois et demi, la teneur en eau dans les cellules atteint 97,5 %, chez un enfant de huit mois - 83 %, chez un nouveau-né elle diminue à 74 %, et chez pour un adulte, il est en moyenne de 66 %. Cependant, les cellules du corps diffèrent par leur teneur en eau. Ainsi, les os contiennent environ 20 % d'eau, le foie - 70 % et le cerveau - 86 %. En général, on peut dire que la concentration d'eau dans les cellules est directement proportionnelle au taux métabolique.

Des sels minéraux peut être dans des états dissous ou non dissous. Sels solubles se dissocier en ions - cations et anions. Les cations les plus importants sont les ions potassium et sodium, qui facilitent le transfert de substances à travers la membrane et participent à l'apparition et à la conduction de l'influx nerveux ; ainsi que les ions calcium, qui participent aux processus de contraction des fibres musculaires et de coagulation sanguine ; le magnésium, qui fait partie de la chlorophylle ; le fer, qui fait partie d'un certain nombre de protéines, dont l'hémoglobine. Les anions les plus importants sont l'anion phosphate, qui fait partie de l'ATP et des acides nucléiques, et le résidu acide carbonique, qui adoucit les fluctuations du pH de l'environnement. Les ions de sels minéraux assurent la pénétration de l'eau elle-même dans la cellule et sa rétention dans celle-ci. Si la concentration de sel dans l’environnement est inférieure à celle de la cellule, l’eau pénètre dans la cellule. Les ions déterminent également les propriétés tampons du cytoplasme, c'est-à-dire sa capacité à maintenir un pH constant légèrement alcalin du cytoplasme, malgré la formation constante de produits acides et alcalins dans la cellule.

Sels insolubles(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2, etc.) font partie des os, des dents, des coquilles et des coquilles des animaux unicellulaires et multicellulaires.

De plus, les organismes peuvent produire d’autres composés inorganiques, tels que des acides et des oxydes. Ainsi, les cellules pariétales de l'estomac humain produisent de l'acide chlorhydrique, qui active l'enzyme digestive pepsine, et l'oxyde de silicium imprègne les parois cellulaires des prêles et forme les coquilles des diatomées. Ces dernières années, le rôle de l’oxyde nitrique (II) dans la signalisation dans les cellules et dans l’organisme a également été étudié.

Matière organique

Caractéristiques générales des substances organiques de la cellule

Les substances organiques d'une cellule peuvent être représentées à la fois par des molécules relativement simples et par des molécules plus complexes. Dans les cas où une molécule complexe (macromolécule) est formée d'un nombre important de molécules plus simples et répétitives, on l'appelle polymère, et unités structurelles - monomères. Selon que les unités polymères sont répétées ou non, elles sont classées en régulier ou irrégulier. Les polymères représentent jusqu'à 90 % de la masse de matière sèche de la cellule. Ils appartiennent à trois classes principales de composés organiques : les glucides (polysaccharides), les protéines et les acides nucléiques. Les polysaccharides sont des polymères réguliers, tandis que les protéines et les acides nucléiques sont irréguliers. Dans les protéines et les acides nucléiques, la séquence des monomères est extrêmement importante car ils remplissent une fonction informationnelle.

Les glucides

Les glucides- Ce sont des composés organiques constitués principalement de trois éléments chimiques : le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, bien qu'un certain nombre de glucides contiennent également de l'azote ou du soufre. La formule générale des glucides est C m (H 2 O) n. Ils sont divisés en glucides simples et complexes.

Glucides simples (monosaccharides) contiennent une seule molécule de sucre qui ne peut pas être décomposée en molécules plus simples. Ce sont des substances cristallines, au goût sucré et hautement solubles dans l’eau. Les monosaccharides participent activement au métabolisme cellulaire et font partie des glucides complexes - oligosaccharides et polysaccharides.

Les monosaccharides sont classés selon le nombre d'atomes de carbone (C 3 -C 9), par exemple, pentoses(C5) et hexoses(C6). Les pentoses comprennent le ribose et le désoxyribose. Ribose fait partie de l'ARN et de l'ATP. Désoxyribose est un composant de l'ADN. Les hexoses (C 6 H 12 O 6) sont le glucose, le fructose, le galactose, etc. Glucose(sucre de raisin) est présent dans tous les organismes, y compris le sang humain, puisqu'il constitue une réserve énergétique. Il fait partie de nombreux sucres complexes : saccharose, lactose, maltose, amidon, cellulose, etc. Fructose(sucre des fruits) se trouve en concentrations les plus élevées dans les fruits, le miel et les racines de betterave sucrière. Il participe non seulement activement aux processus métaboliques, mais fait également partie du saccharose et de certains polysaccharides, comme l'insuline.

La plupart des monosaccharides sont capables de donner une réaction miroir d'argent et de réduire le cuivre lorsqu'ils sont ajoutés à un liquide félin (un mélange de solutions de sulfate de cuivre (II) et de tartrate de potassium et de sodium) et bouillis.

À oligosaccharides inclure des glucides formés par plusieurs résidus monosaccharides. Ils sont généralement également très solubles dans l’eau et ont un goût sucré. Selon le nombre de ces résidus, on distingue les disaccharides (deux résidus), les trisaccharides (trois), etc.. Les disaccharides comprennent le saccharose, le lactose, le maltose, etc. Saccharose(sucre de betterave ou de canne) est constitué de résidus de glucose et de fructose, on le retrouve dans les organes de stockage de certaines plantes. Il y a surtout beaucoup de saccharose dans les racines des betteraves sucrières et de la canne à sucre, d'où elles sont obtenues industriellement. Il sert de norme pour la douceur des glucides. Lactose, ou sucre du lait, formé de résidus de glucose et de galactose, se trouve dans le lait maternel et de vache. Maltose(sucre de malt) se compose de deux unités glucose. Il se forme lors de la dégradation des polysaccharides présents dans les graines des plantes et dans le système digestif humain et est utilisé dans la production de bière.

Polysaccharides sont des biopolymères dont les monomères sont des résidus mono- ou disaccharides. La plupart des polysaccharides sont insolubles dans l'eau et ont un goût non sucré. Ceux-ci comprennent l'amidon, le glycogène, la cellulose et la chitine. Amidon- Il s'agit d'une substance poudreuse blanche qui n'est pas mouillée par l'eau, mais qui, lorsqu'elle est infusée avec de l'eau chaude, forme une suspension - une pâte. En réalité, l'amidon est constitué de deux polymères : l'amylose le moins ramifié et l'amylopectine la plus ramifiée (Fig. 2.9). Le monomère de l'amylose et de l'amylopectine est le glucose. L'amidon est la principale substance de stockage des plantes, qui s'accumule en quantités énormes dans les graines, les fruits, les tubercules, les rhizomes et autres organes de stockage des plantes. Une réaction qualitative à l'amidon est une réaction avec l'iode, dans laquelle l'amidon devient bleu-violet.

Glycogène(amidon animal) est un polysaccharide de réserve d'animaux et de champignons qui, chez l'homme, s'accumule en plus grande quantité dans les muscles et le foie. Il est également insoluble dans l’eau et n’a pas de goût sucré. Le monomère du glycogène est le glucose. Comparées aux molécules d’amidon, les molécules de glycogène sont encore plus ramifiées.

Cellulose, ou cellulose, est le principal polysaccharide de soutien des plantes. Le monomère de la cellulose est le glucose. Les molécules de cellulose non ramifiées forment des faisceaux qui font partie des parois cellulaires végétales. La cellulose est la base du bois, elle est utilisée dans la construction, dans la production de textiles, de papier, d'alcool et de nombreuses substances organiques. La cellulose est chimiquement inerte et ne se dissout ni dans les acides ni dans les alcalis. Il n’est pas non plus dégradé par les enzymes du système digestif humain, mais sa digestion est facilitée par les bactéries du gros intestin. De plus, les fibres stimulent les contractions des parois du tractus gastro-intestinal, contribuant ainsi à améliorer son fonctionnement.

Chitine est un polysaccharide dont le monomère est un monosaccharide azoté. Il fait partie des parois cellulaires des coquilles de champignons et d'arthropodes. Le système digestif humain ne dispose pas non plus de l’enzyme nécessaire à la digestion de la chitine ; seules certaines bactéries en possèdent.

Fonctions des glucides. Les glucides remplissent des fonctions plastiques (construction), énergétiques, de stockage et de support dans la cellule. Ils forment les parois cellulaires des plantes et des champignons. La valeur énergétique de la dégradation de 1 g de glucides est de 17,2 kJ. Le glucose, le fructose, le saccharose, l'amidon et le glycogène sont des substances de stockage. Les glucides peuvent également faire partie de lipides et de protéines complexes, formant des glycolipides et des glycoprotéines, notamment dans les membranes cellulaires. Le rôle des glucides dans la reconnaissance intercellulaire et la perception des signaux de l'environnement externe n'est pas moins important, car ils fonctionnent comme des récepteurs faisant partie des glycoprotéines.

Lipides

Lipides est un groupe chimiquement hétérogène de substances de faible poids moléculaire possédant des propriétés hydrophobes. Ces substances sont insolubles dans l'eau et y forment des émulsions, mais sont très solubles dans les solvants organiques. Les lipides sont gras au toucher, beaucoup d'entre eux laissent des traces caractéristiques qui ne dessèchent pas le papier. Avec les protéines et les glucides, ils constituent l’un des principaux composants des cellules. La teneur en lipides dans les différentes cellules n'est pas la même, on en trouve surtout en grande quantité dans les graines et les fruits de certaines plantes, dans le foie, le cœur et le sang.

Selon la structure de la molécule, les lipides sont divisés en simples et complexes. À simple Les lipides comprennent les lipides neutres (graisses), les cires et les stéroïdes. Complexe les lipides contiennent également un autre composant non lipidique. Les plus importants d’entre eux sont les phospholipides, les glycolipides, etc.

Graisses sont des esters du trialcool glycérol et des acides gras supérieurs. La plupart des acides gras contiennent 14 à 22 atomes de carbone. Parmi eux, il y en a à la fois saturés et insaturés, c'est-à-dire contenant des doubles liaisons. Les acides gras saturés les plus courants sont palmitiques et stéariques, et les acides gras insaturés les plus courants sont oléiques. Certains acides gras insaturés ne sont pas synthétisés dans le corps humain ou le sont en quantité insuffisante, et sont donc indispensables. Les résidus de glycérol forment des « têtes » hydrophiles et les résidus d’acides gras forment des « queues » hydrophobes.

Les graisses remplissent principalement une fonction de stockage dans les cellules et servent de source d’énergie. Le tissu adipeux sous-cutané en est riche, remplissant des fonctions d'absorption des chocs et d'isolation thermique, et chez les animaux aquatiques, ils augmentent également la flottabilité. Les graisses végétales contiennent principalement des acides gras insaturés, c'est pourquoi elles sont liquides et sont appelées huiles. Les huiles sont contenues dans les graines de nombreuses plantes, comme le tournesol, le soja, le colza, etc.

Cires- Ce sont des esters et des mélanges d'acides gras et d'alcools gras. Chez les plantes, ils forment un film à la surface de la feuille qui protège de l'évaporation, de la pénétration d'agents pathogènes, etc. Chez de nombreux animaux, ils recouvrent le corps ou servent à construire des nids d'abeilles.

À stéroïdes Il s'agit notamment des lipides comme le cholestérol, composant essentiel des membranes cellulaires, ainsi que des hormones sexuelles, l'estradiol, la testostérone, la vitamine D, etc.

Phospholipides, en plus des résidus de glycérol et d'acide gras, contiennent un résidu d'acide orthophosphorique. Ils font partie des membranes cellulaires et apportent leurs propriétés barrières.

Glycolipides sont également des composants des membranes, mais leur contenu y est faible. La partie non lipidique des glycolipides est constituée de glucides.

Fonctions des lipides. Les lipides remplissent des fonctions plastiques (construction), énergétiques, de stockage, protectrices, excrétrices et régulatrices dans la cellule ; ce sont en outre des vitamines. C'est un composant essentiel des membranes cellulaires. Lorsque 1 g de lipides est décomposé, 38,9 kJ d'énergie sont libérés. Ils sont stockés dans divers organes des plantes et des animaux. De plus, le tissu adipeux sous-cutané protège les organes internes de l'hypothermie ou de la surchauffe, ainsi que des chocs. La fonction régulatrice des lipides est due au fait que certains d’entre eux sont des hormones. Le corps graisseux des insectes sert à l'excrétion.

Écureuils

Écureuils- Il s'agit de composés de haut poids moléculaire, des biopolymères dont les monomères sont des acides aminés liés par des liaisons peptidiques.

Acide aminé appelé composé organique ayant un groupe amino, un groupe carboxyle et un radical. Au total, on trouve dans la nature environ 200 acides aminés qui diffèrent par leurs radicaux et leur disposition mutuelle des groupes fonctionnels, mais seulement 20 d'entre eux peuvent faire partie des protéines. Ces acides aminés sont appelés protéinogène.

Malheureusement, tous les acides aminés protéinogènes ne peuvent pas être synthétisés dans le corps humain, ils sont donc divisés en acides aminés remplaçables et essentiels. Acides aminés non essentiels sont formés dans le corps humain en quantité requise, et irremplaçable- Non. Ils doivent être apportés par la nourriture, mais peuvent aussi être partiellement synthétisés par des micro-organismes intestinaux. Il existe 8 acides aminés absolument essentiels, notamment la valine, l'isoleucine, la leucine, la lysine, la méthionine, la thréonine, le tryptophane et la phénylalanine. Malgré le fait qu'absolument tous les acides aminés protéinogènes sont synthétisés dans les plantes, les protéines végétales sont incomplètes car elles ne contiennent pas un ensemble complet d'acides aminés et la présence de protéines dans les parties végétatives des plantes dépasse rarement 1 à 2 % de la masse. . Il est donc nécessaire de manger des protéines non seulement d’origine végétale, mais aussi d’origine animale.

Une séquence de deux acides aminés liés par des liaisons peptidiques est appelée dipeptide, sur trois - tripeptide etc. Parmi les peptides, il existe des composés aussi importants que les hormones (ocytocine, vasopressine), les antibiotiques, etc. Une chaîne de plus de vingt acides aminés est appelée polypeptide, et les polypeptides contenant plus de 60 résidus d'acides aminés sont des protéines.

Niveaux d'organisation structurelle des protéines. Les protéines peuvent avoir des structures primaires, secondaires, tertiaires et quaternaires.

Structure protéique primaire- Ce séquence linéaire d'acides aminés reliés par une liaison peptidique. La structure primaire détermine en fin de compte la spécificité d'une protéine et son caractère unique, car même si l'on suppose que la protéine moyenne contient 500 résidus d'acides aminés, alors le nombre de combinaisons possibles est de 20 500. Par conséquent, un changement dans l'emplacement d'au moins un acide aminé l'acide dans la structure primaire entraîne un changement des structures secondaires et supérieures, ainsi que des propriétés de la protéine dans son ensemble.

Les caractéristiques structurelles de la protéine déterminent sa disposition spatiale : l’émergence de structures secondaires et tertiaires.

Structure secondaire représente la disposition spatiale d'une molécule de protéine sous la forme spirales ou plis, maintenu par des liaisons hydrogène entre les atomes d'oxygène et d'hydrogène des groupes peptidiques de différents tours de l'hélice ou des plis. De nombreuses protéines contiennent des régions plus ou moins longues avec une structure secondaire. Il s'agit par exemple des kératines des cheveux et des ongles, de la fibroïne de soie.

Structure tertiaireécureuil ( globule) est également une forme d'arrangement spatial d'une chaîne polypeptidique maintenue ensemble par des liaisons hydrophobes, hydrogène, disulfure (S-S) et autres. C'est une caractéristique de la plupart des protéines de l'organisme, comme la myoglobine musculaire.

Structure quaternaire- le plus complexe, formé de plusieurs chaînes polypeptidiques reliées principalement par les mêmes liaisons que dans la tertiaire (hydrophobe, ionique et hydrogène), ainsi que d'autres interactions faibles. La structure quaternaire est caractéristique de quelques protéines, comme l'hémoglobine, la chlorophylle, etc.

Selon la forme de la molécule, on les distingue fibrillaire Et globulaire protéines. Les premiers d’entre eux sont allongés, comme le collagène du tissu conjonctif ou les kératines des cheveux et des ongles. Les protéines globulaires ont la forme d’une boule (globule), comme la myoglobine musculaire.

Protéines simples et complexes. Les protéines peuvent être simple Et complexe. Les protéines simples sont constituées uniquement d'acides aminés, alors que complexe les protéines (lipoprotéines, chromoprotéines, glycoprotéines, nucléoprotéines, etc.) contiennent des parties protéiques et non protéiques. Chromoprotéines contiennent une partie colorée non protéique. Il s'agit notamment de l'hémoglobine, de la myoglobine, de la chlorophylle, des cytochromes, etc. Ainsi, dans la composition de l'hémoglobine, chacune des quatre chaînes polypeptidiques de la protéine globine est associée à une partie non protéique - l'hème, au centre de laquelle se trouve un fer ion, qui donne à l’hémoglobine une couleur rouge. Partie non protéique lipoprotéines est un lipide, et glycoprotéines- les glucides. Les lipoprotéines et les glycoprotéines font partie des membranes cellulaires. Nucléoprotéines sont des complexes de protéines et d'acides nucléiques (ADN et ARN). Ils remplissent les fonctions les plus importantes dans les processus de stockage et de transmission des informations héréditaires.

Propriétés des protéines. De nombreuses protéines sont très solubles dans l'eau, mais il y en a aussi qui se dissolvent uniquement dans des solutions de sels, d'alcalis, d'acides ou de solvants organiques. La structure d'une molécule protéique et son activité fonctionnelle dépendent des conditions environnementales. La perte de sa structure par une molécule protéique tout en conservant sa structure primaire est appelée dénaturation.

La dénaturation se produit en raison de changements de température, de pH, de pression atmosphérique, sous l'influence d'acides, d'alcalis, de sels de métaux lourds, de solvants organiques, etc. Le processus inverse de restauration des structures secondaires et supérieures est appelé renaturation, cependant, ce n'est pas toujours possible. La destruction complète d’une molécule protéique est appelée destruction.

Fonctions des protéines. Les protéines remplissent un certain nombre de fonctions dans la cellule : plastique (construction), catalytique (enzymatique), énergétique, signalisation (récepteur), contractile (moteur), transport, protection, régulation et stockage.

La fonction de construction des protéines est associée à leur présence dans les membranes cellulaires et les composants structurels de la cellule. Énergie - du fait que lorsque 1 g de protéine est décomposé, 17,2 kJ d'énergie sont libérés. Les protéines des récepteurs membranaires participent activement à la perception des signaux environnementaux et à leur transmission dans la cellule, ainsi qu'à la reconnaissance intercellulaire. Sans protéines, le mouvement des cellules et des organismes dans leur ensemble est impossible, car elles constituent la base des flagelles et des cils, et assurent également la contraction musculaire et le mouvement des composants intracellulaires. Dans le sang des humains et de nombreux animaux, la protéine hémoglobine transporte l'oxygène et une partie du dioxyde de carbone, d'autres protéines transportent des ions et des électrons. Le rôle protecteur des protéines est principalement associé à l'immunité, car la protéine interféron est capable de détruire de nombreux virus et les protéines anticorps suppriment le développement de bactéries et d'autres agents étrangers. Parmi les protéines et les peptides, il existe de nombreuses hormones, par exemple l'hormone pancréatique - l'insuline, qui régule la concentration de glucose dans le sang. Dans certains organismes, les protéines peuvent être stockées sous forme de réserves, comme les légumineuses contenues dans les graines ou le blanc d’un œuf de poule.

Acides nucléiques

Acides nucléiques sont des biopolymères dont les monomères sont des nucléotides. Actuellement, deux types d'acides nucléiques sont connus : l'acide ribonucléique (ARN) et l'acide désoxyribonucléique (ADN).

Nucléotide formé d'une base azotée, d'un reste de sucre pentose et d'un reste d'acide orthophosphorique. Les caractéristiques des nucléotides sont principalement déterminées par les bases azotées qui les composent, c'est pourquoi, même conventionnellement, les nucléotides sont désignés par les premières lettres de leurs noms. Les nucléotides peuvent contenir cinq bases azotées : l'adénine (A), la guanine (G), la thymine (T), l'uracile (U) et la cytosine (C). Les nucléotides pentoses - ribose et désoxyribose - déterminent quel nucléotide sera formé - un ribonucléotide ou un désoxyribonucléotide. Les ribonucléotides sont des monomères d'ARN, peuvent agir comme des molécules signal (AMPc) et font partie de composés à haute énergie, tels que l'ATP, et les coenzymes, tels que NADP, NAD, FAD, etc., et les désoxyribonucléotides font partie de l'ADN.

Acide désoxyribonucléique (ADN) est un biopolymère double brin dont les monomères sont des désoxyribonucléotides. Les désoxyribonucléotides ne contiennent que quatre bases azotées sur cinq possibles - adénine (A), thymine (T), guanine (G) ou cytosine (C), ainsi que des résidus désoxyribose et acide orthophosphorique. Les nucléotides de la chaîne d'ADN sont reliés les uns aux autres par des résidus d'acide orthophosphorique, formant une liaison phosphodiester. Lorsqu’une molécule double brin se forme, les bases azotées sont dirigées vers l’intérieur de la molécule. Cependant, la jointure des chaînes d'ADN ne se fait pas par hasard : les bases azotées des différentes chaînes sont reliées entre elles par des liaisons hydrogène selon le principe de complémentarité : l'adénine est reliée à la thymine par deux liaisons hydrogène (A=T), et la guanine est connecté à la cytosine par trois (G$≡C).

Ils ont été installés pour elle Les règles de Chargaff :

1. Le nombre de nucléotides d'ADN contenant de l'adénine est égal au nombre de nucléotides contenant de la thymine (A=T).
2. Le nombre de nucléotides d'ADN contenant de la guanine est égal au nombre de nucléotides contenant de la cytosine (G$≡$C).
3. La somme des désoxyribonucléotides contenant de l'adénine et de la guanine est égale à la somme des désoxyribonucléotides contenant de la thymine et de la cytosine (A+G = T+C).
4. Le rapport entre la somme des désoxyribonucléotides contenant de l'adénine et de la thymine et la somme des désoxyribonucléotides contenant de la guanine et de la cytosine dépend du type d'organisme.

La structure de l'ADN a été déchiffrée par F. Crick et D. Watson (Prix Nobel de physiologie ou médecine, 1962). Selon leur modèle, la molécule d’ADN est une double hélice droite. La distance entre les nucléotides d'une chaîne d'ADN est de 0,34 nm.

La propriété la plus importante de l’ADN est sa capacité à se répliquer (auto-duplication). La fonction principale de l’ADN est le stockage et la transmission d’informations héréditaires, écrites sous forme de séquences nucléotidiques. La stabilité de la molécule d'ADN est maintenue par de puissants systèmes de réparation (récupération), mais même ceux-ci ne sont pas capables d'éliminer complètement les effets indésirables, ce qui conduit finalement à l'apparition de mutations. L'ADN des cellules eucaryotes est concentré dans le noyau, les mitochondries et les plastes, tandis que dans les cellules procaryotes, il se trouve directement dans le cytoplasme. L'ADN nucléaire est la base des chromosomes, il est représenté par des molécules ouvertes. L'ADN des mitochondries, des plastes et des procaryotes est circulaire.

Acide ribonucléique (ARN)- un biopolymère dont les monomères sont des ribonucléotides. Ils contiennent également quatre bases azotées - l'adénine (A), l'uracile (U), la guanine (G) ou la cytosine (C), différant ainsi de l'ADN par l'une des bases (au lieu de la thymine, l'ARN contient de l'uracile). Le résidu sucre pentose dans les ribonucléotides est représenté par le ribose. L’ARN est principalement constitué de molécules simple brin, à l’exception de certaines molécules virales. Il existe trois principaux types d’ARN : messager ou matrice (ARNm), ribosomal (ARNr) et transport (ARNt). Tous sont formés au cours du processus transcriptions- réécriture à partir de molécules d'ADN.

Et Les ARN constituent la plus petite fraction d’ARN dans une cellule (2 à 4 %), ce qui est compensé par leur diversité, puisqu’une cellule peut contenir des milliers d’ARNm différents. Ce sont des molécules à chaîne unique qui servent de modèles pour la synthèse de chaînes polypeptidiques. Les informations sur la structure des protéines y sont enregistrées sous forme de séquences de nucléotides, chaque acide aminé étant codé par un triplet de nucléotides - codon.

R. Les ARN sont le type d’ARN le plus abondant dans une cellule (jusqu’à 80 %). Leur poids moléculaire est en moyenne de 3 000 à 5 000 ; sont formés dans les nucléoles et font partie des organites cellulaires - les ribosomes. Les ARNr semblent également jouer un rôle dans la synthèse des protéines.

T L'ARN est la plus petite des molécules d'ARN, car elle ne contient que 73 à 85 nucléotides. Leur part dans la quantité totale d'ARN dans la cellule est d'environ 16 %. La fonction de l’ARNt est de transporter les acides aminés jusqu’au site de synthèse des protéines (ribosomes). La molécule d’ARNt a la forme d’une feuille de trèfle. À une extrémité de la molécule se trouve un site de fixation d'un acide aminé, et dans l'une des boucles se trouve un triplet de nucléotides, complémentaire du codon de l'ARNm et déterminant quel acide aminé l'ARNt portera - anticodon.

Tous les types d'ARN participent activement au processus de mise en œuvre de l'information héréditaire, qui est transcrite de l'ADN en ARNm, et ce dernier réalise la synthèse des protéines. L'ARNt délivre des acides aminés aux ribosomes lors de la synthèse des protéines, et l'ARNr fait partie des ribosomes eux-mêmes.

Acide adénosine triphosphorique (ATP) est un nucléotide contenant, en plus de la base azotée adénine et d'un résidu ribose, trois résidus acide phosphorique. Les liaisons entre les deux derniers résidus de phosphore sont de haute énergie (le clivage libère 42 kJ/mol d'énergie), tandis que la liaison chimique standard lors du clivage produit 12 kJ/mol. Lorsque de l'énergie est nécessaire, la liaison macroergique de l'ATP est clivée, l'acide adénosine diphosphorique (ADP), un résidu de phosphore se forme et de l'énergie est libérée :

ATP + H 2 O $→$ ADP + H 3 PO 4 + 42 kJ.

L'ADP peut également être décomposé pour former de l'AMP (acide adénosine monophosphorique) et un résidu d'acide phosphorique :

ADP + H 2 O $→$ AMP + H 3 PO 4 + 42 kJ.

Au cours du métabolisme énergétique (pendant la respiration, la fermentation), ainsi que lors du processus de photosynthèse, l'ADP fixe un résidu de phosphore et est converti en ATP. La réaction de réduction de l’ATP est appelée phosphorylation. L'ATP est une source d'énergie universelle pour tous les processus vitaux des organismes vivants.

L'étude de la composition chimique des cellules de tous les organismes vivants a montré qu'elles contiennent les mêmes éléments chimiques, des substances chimiques qui remplissent les mêmes fonctions. De plus, une section d'ADN transférée d'un organisme à un autre y fonctionnera, et une protéine synthétisée par des bactéries ou des champignons remplira les fonctions d'une hormone ou d'une enzyme dans le corps humain. C'est une des preuves de l'unité d'origine du monde organique.

Structure cellulaire. La relation entre la structure et les fonctions des parties et organites d'une cellule est à la base de son intégrité.

Structure cellulaire

Structure des cellules procaryotes et eucaryotes

Les principaux composants structurels des cellules sont la membrane plasmique, le cytoplasme et l'appareil héréditaire. Selon les caractéristiques de l'organisme, on distingue deux principaux types de cellules : les procaryotes et les eucaryotes. La principale différence entre les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes réside dans l'organisation de leur appareil héréditaire : chez les procaryotes, il est situé directement dans le cytoplasme (cette zone du cytoplasme est appelée nucléoïde) et n'en est pas séparé par des structures membranaires, alors que chez les eucaryotes, la majeure partie de l'ADN est concentrée dans le noyau, entouré d'une double membrane. De plus, l'information génétique des cellules procaryotes, située dans le nucléoïde, est écrite dans une molécule d'ADN circulaire, alors que chez les eucaryotes, les molécules d'ADN sont ouvertes.

Contrairement aux eucaryotes, le cytoplasme des cellules procaryotes contient également un petit nombre d'organites, tandis que les cellules eucaryotes se caractérisent par une variété importante de ces structures.

Structure et fonctions des membranes biologiques

La structure de la biomembrane. Les membranes entourant les cellules et les organites membranaires des cellules eucaryotes ont une composition chimique et une structure communes. Ils comprennent les lipides, les protéines et les glucides. Les lipides membranaires sont principalement représentés par les phospholipides et le cholestérol. La plupart des protéines membranaires sont des protéines complexes, telles que les glycoprotéines. Les glucides ne sont pas présents indépendamment dans la membrane ; ils sont associés aux protéines et aux lipides. L'épaisseur des membranes est de 7 à 10 nm.

Selon le modèle de mosaïque fluide actuellement généralement accepté de la structure membranaire, les lipides forment une double couche, ou bicouche lipidique, dans lequel les « têtes » hydrophiles des molécules lipidiques sont tournées vers l’extérieur et les « queues » hydrophobes sont cachées à l’intérieur de la membrane. Ces « queues », du fait de leur hydrophobicité, assurent la séparation des phases aqueuses du milieu interne de la cellule et de son environnement. Les protéines sont associées aux lipides via différents types d'interactions. Certaines protéines sont situées à la surface de la membrane. Ces protéines sont appelées périphérique, ou superficiel. D'autres protéines sont partiellement ou totalement immergées dans la membrane - ce sont intégral, ou protéines immergées. Les protéines membranaires remplissent des fonctions structurelles, de transport, catalytiques, réceptrices et autres.

Les membranes ne sont pas comme des cristaux, leurs composants sont constamment en mouvement, ce qui entraîne des espaces entre les molécules lipidiques - des pores à travers lesquels diverses substances peuvent entrer ou sortir de la cellule.

Les membranes biologiques diffèrent par leur emplacement dans la cellule, leur composition chimique et leurs fonctions. Les principaux types de membranes sont plasmatiques et internes. Membrane plasma contient environ 45 % de lipides (dont glycolipides), 50 % de protéines et 5 % de glucides. Des chaînes de glucides, qui font partie de protéines-glycoprotéines complexes et de lipides-glycolipides complexes, dépassent au-dessus de la surface de la membrane. Les glycoprotéines du plasmalemme sont extrêmement spécifiques. Par exemple, ils sont utilisés pour la reconnaissance mutuelle des cellules, notamment des spermatozoïdes et des ovules.

À la surface des cellules animales, les chaînes glucidiques forment une fine couche superficielle - glycocalice. On le détecte dans presque toutes les cellules animales, mais son degré d'expression varie (10-50 µm). Le glycocalice assure une communication directe entre la cellule et l'environnement externe, où se produit la digestion extracellulaire ; Les récepteurs sont situés dans le glycocalyx. En plus du plasmalemme, les cellules des bactéries, des plantes et des champignons sont également entourées de membranes cellulaires.

Membranes internes les cellules eucaryotes délimitent différentes parties de la cellule, formant des « compartiments » particuliers - compartiments, qui favorise la séparation de divers processus métaboliques et énergétiques. Ils peuvent différer par leur composition chimique et leurs fonctions, mais leur plan structurel général reste le même.

Fonctions des membranes :

1. Limitant. L’idée est qu’ils séparent l’espace interne de la cellule de l’environnement externe. La membrane est semi-perméable, c'est-à-dire que seules les substances dont la cellule a besoin peuvent la traverser librement, et il existe des mécanismes pour transporter les substances nécessaires.
2. Récepteur. Elle est principalement associée à la perception des signaux environnementaux et au transfert de ces informations dans la cellule. Des protéines réceptrices spéciales sont responsables de cette fonction. Les protéines membranaires sont également responsables de la reconnaissance cellulaire selon le principe « ami ou ennemi », ainsi que de la formation de connexions intercellulaires dont les plus étudiées sont les synapses des cellules nerveuses.
3. Catalytique. De nombreux complexes enzymatiques se trouvent sur les membranes, ce qui entraîne des processus de synthèse intensifs.
4. Transformation énergétique. Associé à la formation de l'énergie, à son stockage sous forme d'ATP et à sa consommation.
5. Compartimentation. Les membranes délimitent également l'espace à l'intérieur de la cellule, séparant ainsi les matières premières de la réaction et les enzymes pouvant réaliser les réactions correspondantes.
6. Formation de contacts intercellulaires. Malgré le fait que l'épaisseur de la membrane soit si petite qu'elle ne peut pas être distinguée à l'œil nu, elle sert, d'une part, de barrière assez fiable pour les ions et les molécules, notamment solubles dans l'eau, et d'autre part. , assure leur transport vers et hors de la cellule.
7. Transport.

Transport membranaire.Étant donné que les cellules, en tant que systèmes biologiques élémentaires, sont des systèmes ouverts, pour assurer le métabolisme et l'énergie, maintenir l'homéostasie, la croissance, l'irritabilité et d'autres processus, le transfert de substances à travers la membrane - transport membranaire - est nécessaire. Actuellement, le transport de substances à travers la membrane cellulaire est divisé en actif, passif, endocytose et exocytose.

Transport passif- Il s'agit d'un type de transport qui s'effectue sans consommation d'énergie de concentrations plus élevées vers des concentrations plus faibles. Les petites molécules non polaires liposolubles (O 2, CO 2) pénètrent facilement dans la cellule en Diffusion simple. Les insolubles dans les lipides, y compris les petites particules chargées, sont captées par des protéines porteuses ou passent par des canaux spéciaux (glucose, acides aminés, K +, PO 4 3-). Ce type de transport passif est appelé diffusion facilitée. L'eau pénètre dans la cellule par les pores de la phase lipidique, ainsi que par des canaux spéciaux tapissés de protéines. Le transport de l'eau à travers une membrane s'appelle par osmose.

L'osmose est extrêmement importante dans la vie d'une cellule, car si elle est placée dans une solution avec une concentration de sels plus élevée que dans la solution cellulaire, l'eau commencera à quitter la cellule et le volume du contenu vivant commencera à diminuer. Dans les cellules animales, la cellule dans son ensemble rétrécit et dans les cellules végétales, le cytoplasme est en retard par rapport à la paroi cellulaire, appelée plasmolyse. Lorsqu'une cellule est placée dans une solution moins concentrée que le cytoplasme, le transport de l'eau se produit dans la direction opposée : vers la cellule. Cependant, il y a des limites à l’extensibilité de la membrane cytoplasmique, et une cellule animale finit par se rompre, alors qu’une cellule végétale ne permet pas que cela se produise en raison de sa solide paroi cellulaire. Le phénomène de remplissage de tout l'espace interne d'une cellule avec du contenu cellulaire est appelé déplasmolyse. La concentration intracellulaire de sels doit être prise en compte lors de la préparation de médicaments, en particulier pour une administration intraveineuse, car cela peut endommager les cellules sanguines (pour cela, une solution saline avec une concentration de 0,9% de chlorure de sodium est utilisée). Ceci n’est pas moins important lors de la culture de cellules et de tissus, ainsi que d’organes animaux et végétaux.

Transport actif procède à la dépense d'énergie ATP d'une concentration inférieure d'une substance à une concentration plus élevée. Elle est réalisée à l'aide de protéines de pompe spéciales. Les protéines pompent K + , Na + , Ca 2+ et d'autres ions à travers la membrane, ce qui favorise le transport des substances organiques essentielles, ainsi que l'émergence de l'influx nerveux, etc.

Endocytose- il s'agit d'un processus actif d'absorption de substances par la cellule, dans lequel la membrane forme des invaginations puis forme des vésicules membranaires - phagosomes, qui contiennent les objets absorbés. Ensuite, le lysosome primaire fusionne avec le phagosome et forme lysosome secondaire, ou phagolysosome, ou vacuole digestive. Le contenu de la vésicule est digéré par les enzymes lysosomales et les produits de dégradation sont absorbés et assimilés par la cellule. Les résidus non digérés sont éliminés de la cellule par exocytose. Il existe deux principaux types d'endocytose : la phagocytose et la pinocytose.

Phagocytose est le processus de capture par la surface cellulaire et d'absorption des particules solides par la cellule, et pinocytose- des liquides. La phagocytose se produit principalement dans les cellules animales (animaux unicellulaires, leucocytes humains), elle assure leur nutrition et protège souvent l'organisme. Par pinocytose, des protéines, des complexes antigène-anticorps sont absorbés lors de réactions immunitaires, etc. Cependant, de nombreux virus pénètrent également dans la cellule par pinocytose ou phagocytose. Dans les cellules végétales et fongiques, la phagocytose est pratiquement impossible car elles sont entourées de membranes cellulaires durables.

Exocytose- un processus inverse de l'endocytose. De cette manière, les restes alimentaires non digérés sont libérés des vacuoles digestives et les substances nécessaires à la vie de la cellule et de l'organisme dans son ensemble sont éliminées. Par exemple, la transmission de l'influx nerveux est due à la libération de messagers chimiques par le neurone qui envoie l'influx - médiateurs, et dans les cellules végétales, c'est ainsi que sont sécrétés les glucides auxiliaires de la membrane cellulaire.

Parois cellulaires des cellules végétales, des champignons et des bactéries. En dehors de la membrane, la cellule peut sécréter une structure solide - membrane cellulaire, ou paroi cellulaire.

Chez les plantes, la base de la paroi cellulaire est cellulose, conditionnés en paquets de 50 à 100 molécules. Les espaces entre eux sont remplis d'eau et d'autres glucides. La paroi cellulaire végétale est imprégnée de tubules - plasmodesmes, à travers laquelle passent les membranes du réticulum endoplasmique. Les plasmodesmes assurent le transport des substances entre les cellules. Cependant, le transport de substances, comme l’eau, peut également se produire le long des parois cellulaires elles-mêmes. Au fil du temps, diverses substances, notamment des tanins ou des substances grasses, s'accumulent dans la paroi cellulaire des plantes, ce qui entraîne une lignification ou une subérisation de la paroi cellulaire elle-même, un déplacement de l'eau et la mort du contenu cellulaire. Entre les parois cellulaires des cellules végétales voisines se trouvent des espaceurs en forme de gelée - des plaques médianes qui les maintiennent ensemble et cimentent le corps végétal dans son ensemble. Ils ne sont détruits que pendant le processus de maturation des fruits et lors de la chute des feuilles.

Les parois cellulaires des cellules fongiques se forment chitine- un glucide contenant de l'azote. Ils sont assez solides et constituent le squelette externe de la cellule, mais, comme chez les plantes, ils empêchent la phagocytose.

Chez les bactéries, la paroi cellulaire contient des glucides avec des fragments peptidiques - murine, cependant, sa teneur varie considérablement selon les différents groupes de bactéries. D’autres polysaccharides peuvent également être sécrétés au-dessus de la paroi cellulaire, formant une capsule muqueuse qui protège les bactéries des influences extérieures.

La membrane détermine la forme de la cellule, sert de support mécanique, remplit une fonction protectrice, assure les propriétés osmotiques de la cellule, limitant l'étirement du contenu vivant et empêchant la rupture de la cellule, qui augmente en raison de l'entrée d'eau. . De plus, l'eau et les substances qui y sont dissoutes franchissent la paroi cellulaire avant d'entrer dans le cytoplasme ou, à l'inverse, en en sortant, tandis que l'eau est transportée à travers les parois cellulaires plus rapidement qu'à travers le cytoplasme.

Cytoplasme

Cytoplasme- C'est le contenu interne de la cellule. Tous les organites cellulaires, le noyau et divers déchets y sont immergés.

Le cytoplasme relie toutes les parties de la cellule entre elles et de nombreuses réactions métaboliques s'y déroulent. Le cytoplasme est séparé de l'environnement et divisé en compartiments par des membranes, c'est-à-dire que les cellules ont une structure membranaire. Il peut être sous deux états : sol et gel. Sol- il s'agit d'un état semi-liquide et gélatineux du cytoplasme, dans lequel les processus vitaux se déroulent le plus intensément, et gel- un état gélatineux plus dense qui empêche l'apparition de réactions chimiques et le transport de substances.

La partie liquide du cytoplasme sans organites est appelée hyaloplasme. L'hyaloplasme, ou cytosol, est une solution colloïdale dans laquelle se trouve une sorte de suspension de particules assez grosses, par exemple des protéines, entourées de dipôles de molécules d'eau. La précipitation de cette suspension ne se produit pas du fait qu'ils ont la même charge et se repoussent.

Organoïdes

Organoïdes- Ce sont des composants permanents de la cellule qui remplissent des fonctions spécifiques.

En fonction de leurs caractéristiques structurelles, ils sont divisés en membranes et non membranaires. Membrane Les organites, quant à eux, sont classés comme étant à membrane unique (réticulum endoplasmique, complexe de Golgi et lysosomes) ou à double membrane (mitochondries, plastes et noyau). Sans membrane Les organites sont les ribosomes, les microtubules, les microfilaments et le centre cellulaire. Parmi les organites répertoriés, seuls les ribosomes sont inhérents aux procaryotes.

Structure et fonctions du noyau. Cœur- un gros organite double membrane situé au centre de la cellule ou à sa périphérie. Les dimensions du noyau peuvent varier de 3 à 35 microns. La forme du noyau est le plus souvent sphérique ou ellipsoïdale, mais il existe également des noyaux en forme de bâtonnet, fusiformes, en forme de haricot, lobés et même segmentés. Certains chercheurs pensent que la forme du noyau correspond à la forme de la cellule elle-même.

La plupart des cellules ont un noyau, mais, par exemple, dans les cellules du foie et du cœur, il peut y en avoir deux, et dans un certain nombre de neurones - jusqu'à 15. Les fibres musculaires squelettiques contiennent généralement de nombreux noyaux, mais ce ne sont pas des cellules. au sens plein du terme, puisqu'ils se forment à la suite de la fusion de plusieurs cellules.

Le noyau est entouré enveloppe nucléaire, et son espace interne est rempli jus nucléaire, ou nucléoplasme (caryoplasme), dans lequel ils sont immergés chromatine Et nucléole. Le noyau remplit des fonctions aussi importantes que le stockage et la transmission d'informations héréditaires, ainsi que le contrôle de la vie de la cellule.

Le rôle du noyau dans la transmission de l'information héréditaire a été prouvé de manière convaincante lors d'expériences avec l'algue verte Acetabularia. Dans une seule cellule géante, atteignant une longueur de 5 cm, on distingue un chapeau, une tige et un rhizoïde. De plus, il ne contient qu’un seul noyau situé dans le rhizoïde. Dans les années 1930, I. Hemmerling a transplanté le noyau d'une espèce d'acétabulaire de couleur verte dans le rhizoïde d'une autre espèce, de couleur brune, dont le noyau avait été retiré. Après un certain temps, la plante avec le noyau transplanté a développé une nouvelle coiffe, comme les algues donneuses de noyau. Dans le même temps, le chapeau ou la tige, séparé du rhizoïde et ne contenant pas de noyau, est mort après un certain temps.

Enveloppe nucléaire formé de deux membranes - externe et interne, entre lesquelles il y a un espace. L'espace intermembranaire communique avec la cavité du réticulum endoplasmique rugueux et la membrane externe du noyau peut porter des ribosomes. L'enveloppe nucléaire est imprégnée de nombreux pores tapissés de protéines spéciales. Le transport des substances s'effectue à travers les pores : les protéines nécessaires (y compris les enzymes), les ions, les nucléotides et d'autres substances pénètrent dans le noyau, et les molécules d'ARN, les protéines usées et les sous-unités des ribosomes en sortent. Ainsi, les fonctions de l'enveloppe nucléaire sont la séparation du contenu du noyau du cytoplasme, ainsi que la régulation du métabolisme entre le noyau et le cytoplasme.

Nucléoplasme appelé le contenu du noyau, dans lequel sont immergés la chromatine et le nucléole. C'est une solution colloïdale, rappelant chimiquement le cytoplasme. Les enzymes du nucléoplasme catalysent l'échange d'acides aminés, de nucléotides, de protéines, etc. Le nucléoplasme est relié au hyaloplasme par les pores nucléaires. Les fonctions du nucléoplasme, comme du hyaloplasme, sont d'assurer l'interconnexion de tous les composants structurels du noyau et de réaliser un certain nombre de réactions enzymatiques.

Chromatine appelé un ensemble de filaments minces et de granules immergés dans le nucléoplasme. Il ne peut être détecté que par coloration, car les indices de réfraction de la chromatine et du nucléoplasme sont approximativement les mêmes. Le composant filamenteux de la chromatine est appelé euchromatine, et granulaire - hétérochromatine. L'euchromatine est faiblement compactée, car des informations héréditaires y sont lues, tandis que l'hétérochromatine plus spiralée est génétiquement inactive.

La chromatine est une modification structurelle des chromosomes dans un noyau qui ne se divise pas. Ainsi, les chromosomes sont constamment présents dans le noyau, seul leur état change en fonction de la fonction que remplit le noyau à ce moment-là.

La composition de la chromatine comprend principalement des protéines nucléoprotéiques (désoxyribonucléoprotéines et ribonucléoprotéines), ainsi que des enzymes dont les plus importantes sont associées à la synthèse des acides nucléiques, et quelques autres substances.

Les fonctions de la chromatine consistent, d'une part, dans la synthèse d'acides nucléiques spécifiques à un organisme donné, qui dirigent la synthèse de protéines spécifiques, et d'autre part, dans le transfert de propriétés héréditaires de la cellule mère aux cellules filles, pour lesquelles les fils de chromatine sont regroupés dans les chromosomes pendant le processus de division.

Nucléole- un corps sphérique, bien visible au microscope, d'un diamètre de 1 à 3 microns. Il est formé sur des sections de chromatine dans lesquelles sont codées des informations sur la structure de l'ARNr et des protéines ribosomales. Il n'y a souvent qu'un seul nucléole dans le noyau, mais dans les cellules où se produisent des processus vitaux intensifs, il peut y avoir deux nucléoles ou plus. Les fonctions des nucléoles sont la synthèse de l'ARNr et l'assemblage de sous-unités ribosomales en combinant l'ARNr avec des protéines provenant du cytoplasme.

Mitochondries- des organites à double membrane de forme ronde, ovale ou en forme de bâtonnet, bien que l'on en trouve également en forme de spirale (dans le sperme). Le diamètre des mitochondries peut atteindre 1 µm et leur longueur jusqu'à 7 µm. L'espace à l'intérieur des mitochondries est rempli de matrice. Matrice- C'est la substance principale des mitochondries. Une molécule d'ADN circulaire et des ribosomes y sont immergés. La membrane externe des mitochondries est lisse et imperméable à de nombreuses substances. La membrane interne a des saillies - Cristaux, augmentant la surface des membranes pour que les réactions chimiques se produisent. À la surface de la membrane se trouvent de nombreux complexes protéiques qui constituent ce qu'on appelle la chaîne respiratoire, ainsi que des enzymes ATP synthétases en forme de champignon. La phase aérobie de la respiration se produit dans les mitochondries, au cours de laquelle l'ATP est synthétisée.

Plastides- de gros organites à double membrane, caractéristiques uniquement des cellules végétales. L'espace interne des plastes est rempli stroma, ou matrice. Le stroma contient un système plus ou moins développé de vésicules membranaires - thylakoïdes, qui sont collectés en tas - céréales, ainsi que sa propre molécule d'ADN circulaire et ses ribosomes. Il existe quatre principaux types de plastes : les chloroplastes, les chromoplastes, les leucoplastes et les proplastes.

Chloroplastes- ce sont des plastes verts d'un diamètre de 3 à 10 microns, bien visibles au microscope. On les trouve uniquement dans les parties vertes des plantes : feuilles, jeunes tiges, fleurs et fruits. Les chloroplastes sont généralement de forme ovale ou ellipsoïdale, mais peuvent également être en forme de coupe, de spirale ou même lobées. Le nombre de chloroplastes dans une cellule est en moyenne de 10 à 100 pièces. Cependant, par exemple, chez certaines algues, cela peut en être un, avoir des dimensions importantes et une forme complexe - on l'appelle alors chromatophore. Dans d'autres cas, le nombre de chloroplastes peut atteindre plusieurs centaines, alors que leurs tailles sont petites. La couleur des chloroplastes est due au principal pigment de la photosynthèse - chlorophylle, bien qu'ils contiennent également des pigments supplémentaires - caroténoïdes. Les caroténoïdes ne deviennent visibles qu’à l’automne, lorsque la chlorophylle des feuilles vieillissantes se décompose. La fonction principale des chloroplastes est la photosynthèse. Les réactions lumineuses de la photosynthèse se produisent sur les membranes des thylakoïdes, sur lesquelles sont fixées les molécules de chlorophylle, et les réactions sombres ont lieu dans le stroma, où sont contenues de nombreuses enzymes.

Chromoplastes- Ce sont des plastes jaunes, oranges et rouges contenant des pigments caroténoïdes. La forme des chromoplastes peut également varier considérablement : ils peuvent être tubulaires, sphériques, cristallins, etc. Les chromoplastes donnent de la couleur aux fleurs et aux fruits des plantes, attirant les pollinisateurs et les distributeurs de graines et de fruits.

Leucoplastes- Ce sont des plastes blancs ou incolores, de forme majoritairement ronde ou ovale. Ils sont courants dans les parties non photosynthétiques des plantes, par exemple dans la peau des feuilles, des tubercules de pomme de terre, etc. Ils stockent des nutriments, le plus souvent de l'amidon, mais dans certaines plantes, il peut s'agir de protéines ou d'huile.

Les plastes sont formés dans les cellules végétales à partir des proplastes, déjà présents dans les cellules du tissu éducatif et sont de petits corps à double membrane. Aux premiers stades de développement, différents types de plastes sont capables de se transformer les uns dans les autres : lorsqu'ils sont exposés à la lumière, les leucoplastes d'un tubercule de pomme de terre et les chromoplastes d'une racine de carotte deviennent verts.

Les plastes et les mitochondries sont appelés organites cellulaires semi-autonomes, car ils possèdent leurs propres molécules d'ADN et ribosomes, effectuent la synthèse des protéines et se divisent indépendamment de la division cellulaire. Ces caractéristiques s'expliquent par leur origine à partir d'organismes procaryotes unicellulaires. Cependant, « l'indépendance » des mitochondries et des plastes est limitée, car leur ADN contient trop peu de gènes pour exister librement, tandis que le reste des informations est codé dans les chromosomes du noyau, ce qui lui permet de contrôler ces organites.

Réticulum endoplasmique (RE), ou réticulum endoplasmique (RE), est un organite monomembranaire, qui est un réseau de cavités membranaires et de tubules occupant jusqu'à 30 % du contenu du cytoplasme. Le diamètre des tubules EPS est d'environ 25 à 30 nm. Il existe deux types de PSE : rugueux et lisse. XPS brut porte les ribosomes, où se produit la synthèse des protéines. XPS fluide manque de ribosomes. Sa fonction est la synthèse des lipides et des glucides, ainsi que le transport, le stockage et la neutralisation des substances toxiques. Il est particulièrement développé dans les cellules où se produisent des processus métaboliques intensifs, par exemple dans les cellules hépatiques - les hépatocytes - et les fibres musculaires squelettiques. Les substances synthétisées dans le RE sont transportées vers l'appareil de Golgi. L’assemblage des membranes cellulaires se produit également dans le RE, mais leur formation s’achève dans l’appareil de Golgi.

Appareil de Golgi, ou Complexe de Golgi, est un organite monomembranaire formé par un système de citernes plates, de tubules et de vésicules qui s'en détachent. L'unité structurelle de l'appareil de Golgi est dictyosome- un empilement de réservoirs, d'un pôle duquel proviennent les substances de l'EPS, et du pôle opposé, ayant subi certaines transformations, elles sont emballées dans des vésicules et envoyées vers d'autres parties de la cellule. Le diamètre des réservoirs est d'environ 2 microns et celui des petites bulles est d'environ 20 à 30 microns. Les principales fonctions du complexe de Golgi sont la synthèse de certaines substances et la modification (changement) des protéines, lipides et glucides provenant du RE, la formation finale des membranes, ainsi que le transport des substances dans toute la cellule, le renouvellement de ses structures. et la formation de lysosomes. L'appareil de Golgi tire son nom du scientifique italien Camillo Golgi, qui a découvert cet organite pour la première fois (1898).

Lysosomes- de petits organites monomembranaires atteignant 1 μm de diamètre, qui contiennent des enzymes hydrolytiques impliquées dans la digestion intracellulaire. Les membranes des lysosomes sont peu perméables à ces enzymes, de sorte que les lysosomes remplissent leurs fonctions de manière très précise et ciblée. Ainsi, ils participent activement au processus de phagocytose, formant des vacuoles digestives, et en cas de famine ou de dommages à certaines parties de la cellule, ils les digèrent sans en affecter les autres. Le rôle des lysosomes dans les processus de mort cellulaire a été récemment découvert.

Vacuole est une cavité dans le cytoplasme des cellules végétales et animales, délimitée par une membrane et remplie de liquide. Des vacuoles digestives et contractiles se trouvent dans les cellules protozoaires. Les premiers participent au processus de phagocytose, car ils décomposent les nutriments. Ces derniers assurent le maintien de l’équilibre eau-sel grâce à l’osmorégulation. Chez les animaux multicellulaires, on trouve principalement des vacuoles digestives.

Dans les cellules végétales, les vacuoles sont toujours présentes ; elles sont entourées d'une membrane spéciale et remplies de sève cellulaire. La membrane entourant la vacuole est similaire en composition chimique, en structure et en fonctions à la membrane plasmique. Sève cellulaire est une solution aqueuse de diverses substances inorganiques et organiques, notamment des sels minéraux, des acides organiques, des glucides, des protéines, des glycosides, des alcaloïdes, etc. La vacuole peut occuper jusqu'à 90 % du volume cellulaire et pousser le noyau vers la périphérie. Cette partie de la cellule remplit des fonctions de stockage, excrétrices, osmotiques, protectrices, lysosomales et autres, car elle accumule les nutriments et les déchets, assure l'approvisionnement en eau et maintient la forme et le volume de la cellule, et contient également des enzymes pour la dégradation des de nombreux composants cellulaires. De plus, les substances biologiquement actives des vacuoles peuvent empêcher de nombreux animaux de manger ces plantes. Dans un certain nombre de plantes, en raison du gonflement des vacuoles, la croissance cellulaire se produit par allongement.

Les vacuoles sont également présentes dans les cellules de certains champignons et bactéries, mais chez les champignons, elles ne remplissent que la fonction d'osmorégulation, tandis que chez les cyanobactéries, elles maintiennent la flottabilité et participent au processus d'assimilation de l'azote de l'air.

Ribosomes- de petits organites non membranaires d'un diamètre de 15 à 20 microns, constitués de deux sous-unités - grande et petite. Les sous-unités ribosomales eucaryotes sont assemblées dans le nucléole puis transportées dans le cytoplasme. Les ribosomes des procaryotes, des mitochondries et des plastes sont plus petits que les ribosomes des eucaryotes. Les sous-unités ribosomales comprennent l'ARNr et les protéines.

Le nombre de ribosomes dans une cellule peut atteindre plusieurs dizaines de millions : dans le cytoplasme, les mitochondries et les plastes, ils sont à l'état libre, et dans le RE brut, à l'état lié. Ils participent à la synthèse des protéines, ils réalisent notamment le processus de traduction - la biosynthèse d'une chaîne polypeptidique sur une molécule d'ARNm. Les ribosomes libres synthétisent les protéines du hyaloplasme, des mitochondries, des plastes et leurs propres protéines ribosomales, tandis que les ribosomes attachés au RE brut effectuent la traduction des protéines pour leur élimination des cellules, l'assemblage des membranes et la formation de lysosomes et de vacuoles.

Les ribosomes peuvent être trouvés seuls dans le hyaloplasme ou assemblés en groupes lors de la synthèse simultanée de plusieurs chaînes polypeptidiques sur un même ARNm. Ces groupes de ribosomes sont appelés polyribosomes, ou polysomes.

Microtubules- Ce sont des organites cylindriques creux non membranaires qui pénètrent dans tout le cytoplasme de la cellule. Leur diamètre est d'environ 25 nm et leur épaisseur de paroi est de 6 à 8 nm. Ils sont formés de nombreuses molécules protéiques tubuline, qui forment d'abord 13 fils ressemblant à des perles puis s'assemblent en un microtubule. Les microtubules forment un réticulum cytoplasmique, qui donne à la cellule sa forme et son volume, relie la membrane plasmique aux autres parties de la cellule, assure le transport des substances dans toute la cellule, participe au mouvement de la cellule et des composants intracellulaires, ainsi qu'à la division du matériel génétique. Ils font partie du centre cellulaire et des organites du mouvement - flagelles et cils.

Microfilaments, ou microfils, sont également des organites non membranaires, cependant, ils ont une forme filamenteuse et ne sont pas formés de tubuline, mais actine. Ils participent aux processus de transport membranaire, de reconnaissance intercellulaire, de division du cytoplasme cellulaire et à son mouvement. Dans les cellules musculaires, l'interaction des microfilaments d'actine avec les filaments de myosine intervient dans la contraction.

Les microtubules et microfilaments forment le squelette interne de la cellule - cytosquelette. Il s'agit d'un réseau complexe de fibres qui assurent le support mécanique de la membrane plasmique, déterminent la forme de la cellule, l'emplacement des organites cellulaires et leur mouvement lors de la division cellulaire.

Centre cellulaire- un organite non membranaire situé dans les cellules animales à proximité du noyau ; il est absent des cellules végétales. Sa longueur est d'environ 0,2 à 0,3 microns et son diamètre est de 0,1 à 0,15 microns. Le centre cellulaire est formé de deux centrioles, situés dans des plans mutuellement perpendiculaires, et sphère radianteà partir de microtubules. Chaque centriole est formé de neuf groupes de microtubules, rassemblés en groupes de trois, c'est-à-dire des triplés. Le centre cellulaire participe aux processus d'assemblage des microtubules, de division du matériel héréditaire de la cellule, ainsi qu'à la formation des flagelles et des cils.

Organites du mouvement. Flagelles Et cils Ce sont des excroissances cellulaires recouvertes de plasmalemme. La base de ces organites est constituée de neuf paires de microtubules situées en périphérie et de deux microtubules libres au centre. Les microtubules sont interconnectés par diverses protéines, assurant leur déviation coordonnée par rapport à l'axe - oscillation. Les oscillations dépendent de l'énergie, c'est-à-dire que l'énergie des liaisons ATP à haute énergie est dépensée pour ce processus. La restauration des flagelles et des cils perdus est une fonction corps basaux, ou kinétosomes situés à leur base.

La longueur des cils est d'environ 10 à 15 nm et celle des flagelles est de 20 à 50 µm. En raison des mouvements strictement dirigés des flagelles et des cils, il se produit non seulement le mouvement des animaux unicellulaires, des spermatozoïdes, etc., mais également le nettoyage des voies respiratoires et le mouvement de l'ovule à travers les trompes de Fallope, puisque toutes ces parties du corps humain sont tapissés d’épithélium cilié.

Inclusions

Inclusions- Ce sont des composants non permanents de la cellule qui se forment et disparaissent au cours de sa vie. Il s'agit à la fois de substances de réserve, par exemple des grains d'amidon ou de protéines dans les cellules végétales, des granules de glycogène dans les cellules des animaux et des champignons, de la volutine dans les bactéries, des gouttes de graisse dans tous les types de cellules et des déchets, notamment des résidus alimentaires. non digérés à la suite de la phagocytose, formant ce que l'on appelle des corps résiduels.

La relation entre la structure et les fonctions des parties et organites d'une cellule est à la base de son intégrité.

Chacune des parties de la cellule, d'une part, est une structure distincte avec une structure et des fonctions spécifiques, et d'autre part, un composant d'un système plus complexe appelé cellule. La plupart des informations héréditaires d'une cellule eucaryote sont concentrées dans le noyau, mais le noyau lui-même n'est pas en mesure d'assurer sa mise en œuvre, car cela nécessite au moins le cytoplasme, qui joue le rôle de substance principale, et les ribosomes, sur lesquels se produit cette synthèse. . La plupart des ribosomes sont situés sur le réticulum endoplasmique granulaire, d'où les protéines sont le plus souvent transportées vers le complexe de Golgi, puis, après modification, vers les parties de la cellule auxquelles elles sont destinées ou sont excrétées. L'emballage membranaire des protéines et des glucides peut être intégré dans les membranes des organites et la membrane cytoplasmique, assurant ainsi leur renouvellement constant. Les lysosomes et les vacuoles, qui remplissent des fonctions importantes, se détachent également du complexe de Golgi. Par exemple, sans les lysosomes, les cellules se transformeraient rapidement en une sorte de dépotoir pour les molécules et les structures inutiles.

La réalisation de tous ces processus nécessite de l’énergie produite par les mitochondries et, chez les plantes, par les chloroplastes. Et bien que ces organites soient relativement autonomes, puisqu’ils possèdent leurs propres molécules d’ADN, certaines de leurs protéines sont toujours codées par le génome nucléaire et synthétisées dans le cytoplasme.

Ainsi, la cellule est une unité inextricable de ses composants constitutifs, dont chacun remplit sa propre fonction unique.

Le métabolisme et la conversion d'énergie sont des propriétés des organismes vivants. Métabolisme énergétique et plastique, leur relation. Étapes du métabolisme énergétique. Fermentation et respiration. La photosynthèse, sa signification, son rôle cosmique. Phases de la photosynthèse. Réactions claires et sombres de la photosynthèse, leur relation. Chimiosynthèse. Le rôle des bactéries chimiosynthétiques sur Terre

Métabolisme et conversion d'énergie - propriétés des organismes vivants

Une cellule peut être comparée à une usine chimique miniature dans laquelle se produisent des centaines et des milliers de réactions chimiques.

Métabolisme- un ensemble de transformations chimiques visant la préservation et l'auto-reproduction des systèmes biologiques.

Cela comprend l'apport de substances dans l'organisme pendant la nutrition et la respiration, le métabolisme intracellulaire ou métabolisme, ainsi que l'isolement des produits métaboliques finaux.

Le métabolisme est inextricablement lié aux processus de conversion d'un type d'énergie en un autre. Par exemple, au cours du processus de photosynthèse, l'énergie lumineuse est stockée sous la forme d'énergie de liaisons chimiques de molécules organiques complexes, et au cours du processus de respiration, elle est libérée et dépensée pour la synthèse de nouvelles molécules, le travail mécanique et osmotique, dissipée sous forme de chaleur, etc.

La survenue de réactions chimiques dans les organismes vivants est assurée grâce à des catalyseurs biologiques de nature protéique - enzymes, ou enzymes. Comme d'autres catalyseurs, les enzymes accélèrent l'apparition de réactions chimiques dans une cellule des dizaines et des centaines de milliers de fois, et parfois même les rendent possibles, mais ne modifient pas la nature ou les propriétés du ou des produits finaux de la réaction et ne modifient pas la nature ou les propriétés du ou des produits finaux de la réaction. pas se changer. Les enzymes peuvent être à la fois des protéines simples et complexes qui, en plus de la partie protéique, comprennent également une partie non protéique - cofacteur (coenzyme). Des exemples d'enzymes sont l'amylase salivaire, qui décompose les polysaccharides lors d'une mastication prolongée, et la pepsine, qui assure la digestion des protéines dans l'estomac.

Les enzymes diffèrent des catalyseurs non protéiques par leur grande spécificité d'action, une augmentation significative de la vitesse de réaction avec leur aide, ainsi que la capacité de réguler l'action en modifiant les conditions de réaction ou l'interaction de diverses substances avec elles. De plus, les conditions dans lesquelles se produit la catalyse enzymatique diffèrent considérablement de celles dans lesquelles se produit la catalyse non enzymatique : la température optimale pour le fonctionnement des enzymes dans le corps humain est de 37°C$, la pression doit être proche de la pression atmosphérique et la Le $pH$ de l'environnement peut considérablement hésiter. Ainsi, l’amylase nécessite un environnement alcalin et la pepsine nécessite un environnement acide.

Le mécanisme d'action des enzymes consiste à réduire l'énergie d'activation des substances (substrats) qui entrent dans une réaction en raison de la formation de complexes intermédiaires enzyme-substrat.

Métabolisme énergétique et plastique, leur relation

Le métabolisme consiste en deux processus se produisant simultanément dans la cellule : le métabolisme plastique et énergétique.

Métabolisme plastique (anabolisme, assimilation) est un ensemble de réactions de synthèse qui impliquent une dépense d’énergie ATP. Au cours du métabolisme plastique, les substances organiques nécessaires à la cellule sont synthétisées. Des exemples de réactions d'échange plastique sont la photosynthèse, la biosynthèse des protéines et la réplication de l'ADN (auto-duplication).

Métabolisme énergétique (catabolisme, dissimilation) est un ensemble de réactions qui décomposent des substances complexes en substances plus simples. Grâce au métabolisme énergétique, l’énergie est libérée et stockée sous forme d’ATP. Les processus les plus importants du métabolisme énergétique sont la respiration et la fermentation.

Les échanges de plastique et d'énergie sont inextricablement liés, car au cours du processus d'échange plastique, des substances organiques sont synthétisées, ce qui nécessite de l'énergie ATP, et au cours du processus d'échange d'énergie, les substances organiques sont décomposées et de l'énergie est libérée, qui sera ensuite dépensée pour les processus de synthèse. .

Les organismes reçoivent de l'énergie pendant le processus de nutrition, la libèrent et la convertissent sous une forme accessible principalement pendant le processus de respiration. Selon le mode de nutrition, tous les organismes sont divisés en autotrophes et hétérotrophes. Autotrophes capable de synthétiser indépendamment des substances organiques à partir de substances inorganiques, et hétérotrophes utiliser exclusivement des substances organiques préparées.

Étapes du métabolisme énergétique

Malgré la complexité des réactions du métabolisme énergétique, celui-ci est classiquement divisé en trois étapes : préparatoire, anaérobie (sans oxygène) et aérobie (oxygène).

Sur étape préparatoire les molécules de polysaccharides, lipides, protéines, acides nucléiques se décomposent en molécules plus simples, par exemple glucose, glycérol et acides gras, acides aminés, nucléotides, etc. Cette étape peut se produire directement dans les cellules ou dans les intestins, d'où la rupture les substances du duvet sont délivrées par la circulation sanguine.

Stade anaérobie le métabolisme énergétique s'accompagne d'une dégradation ultérieure des monomères de composés organiques en produits intermédiaires encore plus simples, par exemple l'acide pyruvique ou le pyruvate. Il ne nécessite pas la présence d’oxygène et, pour de nombreux organismes vivant dans la boue des marécages ou dans les intestins humains, c’est le seul moyen d’obtenir de l’énergie. La phase anaérobie du métabolisme énergétique se produit dans le cytoplasme.

Diverses substances peuvent subir un clivage sans oxygène, mais le substrat des réactions est bien souvent le glucose. Le processus de sa division sans oxygène est appelé glycolyse. Au cours de la glycolyse, une molécule de glucose perd quatre atomes d'hydrogène, c'est-à-dire qu'elle est oxydée, et deux molécules d'acide pyruvique, deux molécules d'ATP et deux molécules du porteur d'hydrogène réduit $NADH + H^(+)$ se forment :

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD → 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.

La formation d'ATP à partir de l'ADP se produit en raison du transfert direct de l'anion phosphate du sucre pré-phosphorylé et est appelée phosphorylation du substrat.

Stade aérobie l'échange d'énergie ne peut se produire qu'en présence d'oxygène, tandis que les composés intermédiaires formés lors du clivage sans oxygène sont oxydés en produits finaux (dioxyde de carbone et eau) et que la majeure partie de l'énergie stockée dans les liaisons chimiques des composés organiques est libérée. Il se transforme en énergie des liaisons à haute énergie de 36 molécules d'ATP. Cette étape est aussi appelée respiration tissulaire. En l'absence d'oxygène, les composés intermédiaires sont convertis en d'autres substances organiques, un processus appelé fermentation.

Haleine

Le mécanisme de la respiration cellulaire est représenté schématiquement sur la Fig.

La respiration aérobie se produit dans les mitochondries, l'acide pyruvique perdant d'abord un atome de carbone, ce qui s'accompagne de la synthèse d'un équivalent réducteur de $NADH + H^(+)$ et d'une molécule d'acétylcoenzyme A (acétyl-CoA) :

$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.

L'acétyl-CoA dans la matrice mitochondriale est impliqué dans une chaîne de réactions chimiques dont la totalité est appelée Cycle de Krebs (cycle de l'acide tricarboxylique, cycle de l'acide citrique). Au cours de ces transformations, deux molécules d'ATP se forment, l'acétyl-CoA est complètement oxydée en dioxyde de carbone et ses ions hydrogène et ses électrons sont ajoutés aux porteurs d'hydrogène $NADH + H^(+)$ et $FADH_2$. Les porteurs transportent les protons et les électrons de l’hydrogène vers les membranes internes des mitochondries, formant des crêtes. À l'aide de protéines porteuses, les protons d'hydrogène sont pompés dans l'espace intermembranaire et les électrons sont transmis à travers la chaîne dite respiratoire d'enzymes située sur la membrane interne des mitochondries et déchargés sur les atomes d'oxygène :

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Il est à noter que certaines protéines de la chaîne respiratoire contiennent du fer et du soufre.

Depuis l'espace intermembranaire, les protons d'hydrogène sont ramenés dans la matrice mitochondriale à l'aide d'enzymes spéciales - les ATP synthases, et l'énergie libérée dans ce cas est consacrée à la synthèse de 34 molécules d'ATP à partir de chaque molécule de glucose. Ce processus est appelé la phosphorylation oxydative. Dans la matrice mitochondriale, les protons d’hydrogène réagissent avec les radicaux oxygène pour former de l’eau :

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

L'ensemble des réactions de la respiration de l'oxygène peut être exprimé comme suit :

$2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATP.$

L’équation globale de la respiration ressemble à ceci :

$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATP.$

Fermentation

En l'absence d'oxygène ou en cas de carence, la fermentation se produit. La fermentation est une méthode d'obtention d'énergie plus ancienne que la respiration, mais elle est énergétiquement moins bénéfique car la fermentation produit des substances organiques encore riches en énergie. Il existe plusieurs grands types de fermentation : acide lactique, alcoolique, acétique, etc. Ainsi, dans les muscles squelettiques en l'absence d'oxygène lors de la fermentation, l'acide pyruvique est réduit en acide lactique, tandis que les équivalents réducteurs précédemment formés sont consommés, et seulement il reste deux molécules d'ATP :

$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.

Lors de la fermentation à l'aide de levures, l'acide pyruvique en présence d'oxygène se transforme en alcool éthylique et en monoxyde de carbone (IV) :

$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.

Lors de la fermentation à l'aide de micro-organismes, des acides acétique, butyrique, formique, etc. peuvent également se former à partir de l'acide pyruvique.

L'ATP, obtenu grâce au métabolisme énergétique, est dépensé dans la cellule pour différents types de travaux : chimiques, osmotiques, électriques, mécaniques et régulateurs. Le travail chimique implique la biosynthèse de protéines, de lipides, de glucides, d'acides nucléiques et d'autres composés vitaux. Le travail osmotique comprend les processus d'absorption par la cellule et d'élimination des substances qui se trouvent dans l'espace extracellulaire en concentrations supérieures à celles de la cellule elle-même. Le travail électrique est étroitement lié au travail osmotique, puisque c'est à la suite du mouvement de particules chargées à travers les membranes qu'une charge membranaire se forme et que les propriétés d'excitabilité et de conductivité sont acquises. Le travail mécanique implique le mouvement de substances et de structures à l’intérieur de la cellule, ainsi que de la cellule dans son ensemble. Le travail de réglementation comprend tous les processus visant à coordonner les processus dans la cellule.

La photosynthèse, sa signification, son rôle cosmique

Photosynthèse est le processus de conversion de l'énergie lumineuse en énergie des liaisons chimiques de composés organiques avec la participation de la chlorophylle.

Grâce à la photosynthèse, environ 150 milliards de tonnes de matière organique et environ 200 milliards de tonnes d'oxygène sont produites chaque année. Ce processus assure le cycle du carbone dans la biosphère, empêchant l'accumulation de dioxyde de carbone et empêchant ainsi l'effet de serre et la surchauffe de la Terre. Les substances organiques formées à la suite de la photosynthèse ne sont pas entièrement consommées par d'autres organismes ; une partie importante d'entre elles a formé au cours de millions d'années des gisements de minéraux (lignite et lignite, pétrole). Récemment, l'huile de colza (« biodiesel ») et l'alcool obtenu à partir de résidus végétaux ont également commencé à être utilisés comme carburant. L'ozone se forme à partir de l'oxygène sous l'influence de décharges électriques, qui forment un écran d'ozone qui protège toute vie sur Terre des effets destructeurs des rayons ultraviolets.

Notre compatriote, l'éminent physiologiste végétal K. A. Timiryazev (1843-1920), a qualifié le rôle de la photosynthèse de « cosmique », puisqu'elle relie la Terre au Soleil (espace), fournissant un afflux d'énergie à la planète.

Phases de la photosynthèse. Réactions claires et sombres de la photosynthèse, leur relation

En 1905, le physiologiste végétal anglais F. Blackman a découvert que le taux de photosynthèse ne peut pas augmenter indéfiniment ; certains facteurs le limitent. Sur cette base, il a émis l’hypothèse qu’il existe deux phases de la photosynthèse : lumière Et sombre. À faible intensité lumineuse, la vitesse des réactions lumineuses augmente proportionnellement à l'augmentation de l'intensité lumineuse et, de plus, ces réactions ne dépendent pas de la température, car elles ne nécessitent pas d'enzymes pour se produire. Des réactions lumineuses se produisent sur les membranes thylakoïdes.

La vitesse des réactions sombres, au contraire, augmente avec l'augmentation de la température, cependant, dès qu'un seuil de température de 30°C$ est atteint, cette augmentation s'arrête, ce qui indique la nature enzymatique de ces transformations se produisant dans le stroma. Il convient de noter que la lumière a également un certain effet sur les réactions sombres, même si elles sont appelées réactions sombres.

La phase légère de la photosynthèse se produit sur les membranes thylakoïdes portant plusieurs types de complexes protéiques, dont les principaux sont les photosystèmes I et II, ainsi que l'ATP synthase. Les photosystèmes comprennent des complexes pigmentaires qui, en plus de la chlorophylle, contiennent également des caroténoïdes. Les caroténoïdes captent la lumière dans les zones du spectre où la chlorophylle ne le fait pas et protègent également la chlorophylle de la destruction par la lumière de haute intensité.

En plus des complexes pigmentaires, les photosystèmes comprennent également un certain nombre de protéines acceptrices d'électrons, qui transfèrent séquentiellement les électrons des molécules de chlorophylle les unes aux autres. La séquence de ces protéines est appelée chaîne de transport d'électrons des chloroplastes.

Un complexe spécial de protéines est également associé au photosystème II, qui assure la libération d'oxygène lors de la photosynthèse. Ce complexe libérant de l'oxygène contient des ions manganèse et chlore.

DANS phase lumineuse les quanta de lumière, ou photons, tombant sur les molécules de chlorophylle situées sur les membranes thylakoïdes, les transfèrent vers un état excité, caractérisé par une énergie électronique plus élevée. Dans ce cas, les électrons excités de la chlorophylle du photosystème I sont transférés par une chaîne d'intermédiaires vers le transporteur d'hydrogène NADP, qui fixe les protons d'hydrogène, toujours présents dans une solution aqueuse :

$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.

Le $NADPH + H^(+)$ réduit sera ensuite utilisé dans l'obscurité. Les électrons de la chlorophylle du photosystème II sont également transférés le long de la chaîne de transport d'électrons, mais ils remplissent les « trous électroniques » de la chlorophylle du photosystème I. Le manque d'électrons dans la chlorophylle du photosystème II est comblé en éliminant les molécules d'eau, qui se produit avec la participation du complexe libérant de l'oxygène déjà mentionné ci-dessus. À la suite de la décomposition des molécules d’eau, appelée photolyse, des protons d'hydrogène se forment et de l'oxygène moléculaire est libéré, qui est un sous-produit de la photosynthèse :

$H_2O → 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)O_2$.

Informations génétiques dans une cellule. Gènes, code génétique et ses propriétés. Nature matricielle des réactions de biosynthèse. Biosynthèse des protéines et des acides nucléiques

Informations génétiques dans une cellule

La reproduction des êtres humains est l'une des propriétés fondamentales des êtres vivants. Grâce à ce phénomène, il existe des similitudes non seulement entre les organismes, mais aussi entre les cellules individuelles, ainsi qu'entre leurs organites (mitochondries et plastes). La base matérielle de cette similitude est le transfert d'informations génétiques cryptées dans la séquence nucléotidique de l'ADN, qui s'effectue via les processus de réplication de l'ADN (auto-duplication). Toutes les caractéristiques et propriétés des cellules et des organismes sont réalisées grâce à des protéines dont la structure est principalement déterminée par la séquence de nucléotides d'ADN. Par conséquent, la biosynthèse des acides nucléiques et des protéines joue une importance primordiale dans les processus métaboliques. L'unité structurelle de l'information héréditaire est le gène.

Gènes, code génétique et ses propriétés

Les informations héréditaires dans une cellule ne sont pas monolithiques, elles sont divisées en « mots » distincts : les gènes.

Gène est une unité élémentaire d’information génétique.

Les travaux sur le programme « Génome humain », menés simultanément dans plusieurs pays et achevés au début de ce siècle, nous ont permis de comprendre qu'une personne ne possède qu'environ 25 à 30 000 gènes, mais que les informations provenant de la plupart de notre ADN n'est jamais lu, car il contient un grand nombre de sections dénuées de sens, de répétitions et de gènes codant pour des traits qui ont perdu leur sens pour l'homme (queue, poils, etc.). En outre, un certain nombre de gènes responsables du développement de maladies héréditaires, ainsi que des gènes cibles de médicaments, ont été décryptés. Cependant, l'application pratique des résultats obtenus lors de la mise en œuvre de ce programme est reportée jusqu'à ce que les génomes d'un plus grand nombre de personnes soient déchiffrés et qu'il devienne clair en quoi ils diffèrent.

Les gènes qui codent pour la structure primaire d'une protéine, d'un ribosomal ou d'un ARN de transfert sont appelés de construction, et les gènes qui assurent l'activation ou la suppression des informations de lecture provenant de gènes structurels - réglementaire. Cependant, même les gènes structurels contiennent des régions régulatrices.

Les informations héréditaires des organismes sont cryptées dans l'ADN sous la forme de certaines combinaisons de nucléotides et de leur séquence - code génétique. Ses propriétés sont : la tripleté, la spécificité, l'universalité, la redondance et la non-recoupement. De plus, il n’y a aucun signe de ponctuation dans le code génétique.

Chaque acide aminé est codé dans l'ADN par trois nucléotides - triolet, par exemple, la méthionine est codée par le triplet TAC, c'est-à-dire que le code est un triplet. En revanche, chaque triplet ne code qu'un seul acide aminé, ce qui constitue sa spécificité ou son absence d'ambiguïté. Le code génétique est universel pour tous les organismes vivants, c'est-à-dire que les informations héréditaires sur les protéines humaines peuvent être lues par les bactéries et vice versa. Cela indique l'unité d'origine du monde organique. Cependant, 64 combinaisons de trois nucléotides correspondent à seulement 20 acides aminés, de sorte qu'un acide aminé peut être codé par 2 à 6 triplets, c'est-à-dire que le code génétique est redondant ou dégénéré. Trois triplés n'ont pas d'acides aminés correspondants, ils sont appelés arrêter les codons, puisqu'ils indiquent la fin de la synthèse de la chaîne polypeptidique.

La séquence de bases dans les triplets d'ADN et les acides aminés qu'ils codent

*Codon Stop, indiquant la fin de la synthèse de la chaîne polypeptidique.

Abréviations des noms d’acides aminés :

Ala - alanine

Arg - arginine

Asn - asparagine

Asp - acide aspartique

Val - valine

Son - histidine

Gly-glycine

Gln-glutamine

Glu - acide glutamique

Île-isoleucine

Leu - leucine

Liz - lysine

Méth - méthionine

Pro-proline

Ser - sérine

Tyr - tyrosine

Tre - thréonine

Trois - tryptophane

Fen - phénylalanine

Cys - cystéine

Si vous commencez à lire des informations génétiques non pas à partir du premier nucléotide du triplet, mais à partir du second, non seulement le cadre de lecture changera, mais la protéine ainsi synthétisée sera complètement différente non seulement dans la séquence nucléotidique, mais également dans structure et propriétés. Il n'y a pas de signes de ponctuation entre les triplets, il n'y a donc aucun obstacle au déplacement du cadre de lecture, ce qui ouvre un espace pour l'apparition et le maintien des mutations.

Nature matricielle des réactions de biosynthèse

Les cellules bactériennes sont capables de doubler toutes les 20 à 30 minutes, et les cellules eucaryotes, chaque jour et même plus souvent, ce qui nécessite une réplication rapide et précise de l'ADN. De plus, chaque cellule contient des centaines et des milliers de copies de nombreuses protéines, notamment des enzymes, par conséquent, la méthode « fragmentaire » de leur production est inacceptable pour leur reproduction. Une méthode plus progressive est l'estampage, qui permet d'obtenir de nombreuses copies exactes du produit et également de réduire son coût. Pour l'estampage, vous avez besoin d'une matrice à partir de laquelle l'impression est réalisée.

Dans les cellules, le principe de la synthèse de matrices est que de nouvelles molécules de protéines et d'acides nucléiques sont synthétisées conformément au programme intégré dans la structure des molécules préexistantes des mêmes acides nucléiques (ADN ou ARN).

Biosynthèse des protéines et des acides nucléiques

Réplication de l'ADN. L'ADN est un biopolymère double brin dont les monomères sont des nucléotides. Si la biosynthèse de l'ADN se produisait selon le principe de la photocopie, de nombreuses distorsions et erreurs dans les informations héréditaires se produiraient inévitablement, ce qui conduirait finalement à la mort de nouveaux organismes. Par conséquent, le processus de doublement de l’ADN se déroule différemment, de manière semi-conservatrice: la molécule d'ADN se déroule, et une nouvelle chaîne est synthétisée sur chacune des chaînes selon le principe de complémentarité. Le processus d'auto-reproduction d'une molécule d'ADN, assurant une copie précise des informations héréditaires et sa transmission de génération en génération, est appelé réplication(de lat. réplication- répétition). À la suite de la réplication, deux copies absolument exactes de la molécule d'ADN mère sont formées, chacune portant une copie de la molécule d'ADN mère.

Le processus de réplication est en réalité extrêmement complexe, car un certain nombre de protéines y sont impliquées. Certains d'entre eux déroulent la double hélice de l'ADN, d'autres rompent les liaisons hydrogène entre les nucléotides des chaînes complémentaires, d'autres (par exemple, l'enzyme ADN polymérase) sélectionnent de nouveaux nucléotides sur la base du principe de complémentarité, etc. Deux molécules d'ADN formées comme un Le résultat de la réplication diverge en deux lors de la division des cellules filles nouvellement formées.

Les erreurs dans le processus de réplication se produisent extrêmement rarement, mais si elles se produisent, elles sont très rapidement éliminées à la fois par les ADN polymérases et par les enzymes de réparation spéciales, car toute erreur dans la séquence nucléotidique peut entraîner une modification irréversible de la structure et des fonctions de la protéine. et, finalement, nuire à la viabilité d’une nouvelle cellule ou même d’un individu.

Biosynthèse des protéines. Comme le disait figurativement l'éminent philosophe du XIXe siècle F. Engels : « La vie est une forme d'existence de corps protéiques ». La structure et les propriétés des molécules protéiques sont déterminées par leur structure primaire, c'est-à-dire la séquence d'acides aminés codée dans l'ADN. Non seulement l'existence du polypeptide lui-même, mais également le fonctionnement de la cellule dans son ensemble dépendent de l'exactitude de la reproduction de ces informations, c'est pourquoi le processus de synthèse des protéines est d'une grande importance. Il semble que ce soit le processus de synthèse le plus complexe de la cellule, puisqu’il implique jusqu’à trois cents enzymes et autres macromolécules différentes. De plus, il s’écoule à grande vitesse, ce qui nécessite une précision encore plus grande.

Il y a deux étapes principales dans la biosynthèse des protéines : la transcription et la traduction.

Transcription(de lat. transcription- réécriture) est la biosynthèse de molécules d'ARNm sur une matrice d'ADN.

Étant donné que la molécule d'ADN contient deux chaînes antiparallèles, la lecture des informations des deux chaînes conduirait à la formation d'ARNm complètement différents, leur biosynthèse n'est donc possible que sur l'une des chaînes, qui est dite codante, ou codogène, contrairement à la seconde, non codant ou non codogène. Le processus de réécriture est assuré par une enzyme particulière, l'ARN polymérase, qui sélectionne les nucléotides d'ARN selon le principe de complémentarité. Ce processus peut se produire à la fois dans le noyau et dans les organites qui possèdent leur propre ADN - les mitochondries et les plastes.

Les molécules d'ARNm synthétisées lors de la transcription subissent un processus complexe de préparation à la traduction (les ARNm mitochondriaux et plastidiens peuvent rester à l'intérieur des organites, où se produit la deuxième étape de la biosynthèse des protéines). Au cours du processus de maturation de l'ARNm, les trois premiers nucléotides (AUG) et une queue de nucléotides adényliques y sont attachés, dont la longueur détermine le nombre de copies de la protéine pouvant être synthétisées sur une molécule donnée. Ce n’est qu’alors que les ARNm matures quittent le noyau par les pores nucléaires.

En parallèle, le processus d'activation des acides aminés se produit dans le cytoplasme, au cours duquel l'acide aminé rejoint l'ARNt libre correspondant. Ce processus est catalysé par une enzyme spéciale et nécessite de l'ATP.

Diffuser(de lat. diffuser- transfert) est la biosynthèse d'une chaîne polypeptidique sur une matrice d'ARNm, au cours de laquelle l'information génétique est traduite en séquence d'acides aminés de la chaîne polypeptidique.

La deuxième étape de la synthèse protéique se produit le plus souvent dans le cytoplasme, par exemple sur le RE rugueux. Pour son apparition, la présence de ribosomes, l'activation des ARNt, au cours de laquelle ils fixent les acides aminés correspondants, la présence d'ions Mg2+, ainsi que des conditions environnementales optimales (température, pH, pression, etc.) sont nécessaires.

Pour démarrer la diffusion ( initiation) une petite sous-unité ribosomale est attachée à une molécule d'ARNm prête à être synthétisée, puis, selon le principe de complémentarité avec le premier codon (AUG), un ARNt portant l'acide aminé méthionine est sélectionné. Ce n’est qu’après que la grande sous-unité ribosomale s’attache. Dans le ribosome assemblé, il y a deux codons d'ARNm, dont le premier est déjà occupé. Un deuxième ARNt, portant également un acide aminé, est ajouté au codon qui lui est adjacent, après quoi une liaison peptidique est formée entre les résidus d'acides aminés à l'aide d'enzymes. Le ribosome déplace un codon de l'ARNm ; le premier ARNt libéré d'un acide aminé retourne dans le cytoplasme après l'acide aminé suivant, et un fragment de la future chaîne polypeptidique est suspendu, pour ainsi dire, à l'ARNt restant. L'ARNt suivant est attaché au nouveau codon qui se trouve dans le ribosome, le processus est répété et étape par étape la chaîne polypeptidique s'allonge, c'est-à-dire élongation.

Fin de la synthèse protéique ( Résiliation) se produit dès qu’une séquence nucléotidique spécifique est rencontrée dans la molécule d’ARNm qui ne code pas pour un acide aminé (codon stop). Après cela, le ribosome, l'ARNm et la chaîne polypeptidique sont séparés et la protéine nouvellement synthétisée acquiert la structure appropriée et est transportée vers la partie de la cellule où elle remplira ses fonctions.

La traduction est un processus très gourmand en énergie, puisque l'énergie d'une molécule d'ATP est consommée pour attacher un acide aminé à l'ARNt, et plusieurs autres sont utilisées pour déplacer le ribosome le long de la molécule d'ARNm.

Pour accélérer la synthèse de certaines molécules protéiques, plusieurs ribosomes peuvent être successivement attachés à une molécule d'ARNm, qui forment une structure unique - polysome.

Une cellule est l'unité génétique d'un être vivant. Les chromosomes, leur structure (forme et taille) et leurs fonctions. Le nombre de chromosomes et la constance de leur espèce. Cellules somatiques et germinales. Cycle de vie cellulaire : interphase et mitose. La mitose est la division des cellules somatiques. Méiose. Phases de mitose et de méiose. Développement de cellules germinales chez les plantes et les animaux. La division cellulaire est la base de la croissance, du développement et de la reproduction des organismes. Le rôle de la méiose et de la mitose

Une cellule est l'unité génétique d'un être vivant.

Malgré le fait que les acides nucléiques soient porteurs d'informations génétiques, la mise en œuvre de ces informations est impossible en dehors de la cellule, ce qui est facilement prouvé par l'exemple des virus. Ces organismes, qui ne contiennent souvent que de l'ADN ou de l'ARN, ne peuvent pas se reproduire de manière indépendante ; pour ce faire, ils doivent utiliser l'appareil héréditaire de la cellule. Ils ne peuvent même pas pénétrer dans une cellule sans l’aide de la cellule elle-même, sauf par l’utilisation de mécanismes de transport membranaire ou en raison de dommages cellulaires. La plupart des virus sont instables : ils meurent après seulement quelques heures d’exposition à l’air libre. Par conséquent, une cellule est une unité génétique d'un être vivant, qui possède un ensemble minimum de composants pour préserver, modifier et mettre en œuvre les informations héréditaires, ainsi que pour les transmettre aux descendants.

La plupart des informations génétiques d'une cellule eucaryote se trouvent dans le noyau. La particularité de son organisation est que, contrairement à l'ADN d'une cellule procaryote, les molécules d'ADN des eucaryotes ne sont pas fermées et forment des complexes complexes avec des protéines - les chromosomes.

Les chromosomes, leur structure (forme et taille) et leurs fonctions

Chromosome(du grec chrome- couleur, coloration et soma- corps) est la structure du noyau cellulaire, qui contient des gènes et porte certaines informations héréditaires sur les caractéristiques et les propriétés de l'organisme.

Parfois, les molécules d’ADN circulaires des procaryotes sont également appelées chromosomes. Les chromosomes sont capables de s'autodupliquer ; ils ont une individualité structurelle et fonctionnelle et la conservent au fil des générations. Chaque cellule transporte toutes les informations héréditaires du corps, mais seule une petite partie y travaille.

La base d'un chromosome est une molécule d'ADN double brin remplie de protéines. Chez les eucaryotes, les protéines histones et non histones interagissent avec l'ADN, alors que chez les procaryotes, les protéines histones sont absentes.

Les chromosomes sont mieux visibles au microscope optique lors de la division cellulaire, lorsque, à la suite du compactage, ils prennent l'apparence de corps en forme de bâtonnets séparés par un étranglement primaire - centromère — sur les épaules. Sur un chromosome, il peut aussi y avoir constriction secondaire, qui dans certains cas sépare ce qu'on appelle Satellite. Les extrémités des chromosomes sont appelées télomères. Les télomères empêchent les extrémités des chromosomes de se coller et assurent leur fixation à la membrane nucléaire dans une cellule qui ne se divise pas. Au début de la division, les chromosomes sont doublés et se composent de deux chromosomes filles - chromatide, fixé au centromère.

Selon leur forme, les chromosomes sont divisés en chromosomes à bras égaux, à bras inégaux et en forme de bâtonnet. Les tailles des chromosomes varient considérablement, mais le chromosome moyen a des dimensions de 5 $×$ 1,4 microns.

Dans certains cas, les chromosomes, suite à de nombreuses duplications d'ADN, contiennent des centaines et des milliers de chromatides : ces chromosomes géants sont appelés polytène. On les trouve dans les glandes salivaires des larves de drosophile, ainsi que dans les glandes digestives des vers ronds.

Le nombre de chromosomes et la constance de leur espèce. Cellules somatiques et germinales

Selon la théorie cellulaire, une cellule est une unité de structure, d’activité vitale et de développement d’un organisme. Ainsi, des fonctions aussi importantes des êtres vivants que la croissance, la reproduction et le développement de l'organisme sont assurées au niveau cellulaire. Les cellules des organismes multicellulaires peuvent être divisées en cellules somatiques et reproductrices.

Cellules somatiques- ce sont toutes les cellules du corps formées à la suite d'une division mitotique.

L'étude des chromosomes a permis d'établir que les cellules somatiques de l'organisme de chaque espèce biologique sont caractérisées par un nombre constant de chromosomes. Par exemple, une personne en possède 46. L’ensemble des chromosomes des cellules somatiques est appelé diploïde(2n), ou double.

Cellules sexuelles, ou gamètes, sont des cellules spécialisées utilisées pour la reproduction sexuée.

Les gamètes contiennent toujours la moitié moins de chromosomes que les cellules somatiques (chez l'homme - 23), c'est pourquoi l'ensemble des chromosomes des cellules germinales est appelé haploïde(n), ou célibataire. Sa formation est associée à la division cellulaire méiotique.

La quantité d'ADN dans les cellules somatiques est désignée par 2c et dans les cellules sexuelles - 1c. La formule génétique des cellules somatiques s'écrit 2n2c et celle des cellules sexuelles - 1n1c.

Dans les noyaux de certaines cellules somatiques, le nombre de chromosomes peut différer de leur nombre dans les cellules somatiques. Si cette différence est supérieure à un, deux, trois, etc. ensembles haploïdes, alors ces cellules sont appelées polyploïde(tri-, tétra-, pentaploïde, respectivement). Dans ces cellules, les processus métaboliques se déroulent généralement de manière très intensive.

Le nombre de chromosomes en lui-même n'est pas une caractéristique spécifique à l'espèce, puisque différents organismes peuvent avoir un nombre égal de chromosomes, mais que des organismes apparentés peuvent en avoir un nombre différent. Par exemple, le plasmodium du paludisme et l'ascaris du cheval ont chacun deux chromosomes, tandis que les humains et les chimpanzés en ont respectivement 46 et 48.

Les chromosomes humains sont divisés en deux groupes : les autosomes et les chromosomes sexuels (hétérochromosomes). Autosome dans les cellules somatiques humaines, il y a 22 paires, elles sont les mêmes pour les hommes et les femmes, et chromosomes sexuels un seul couple, mais c'est lui qui détermine le sexe de l'individu. Il existe deux types de chromosomes sexuels - X et Y. Les cellules du corps des femmes portent deux chromosomes X et celles des hommes - X et Y.

Caryotype- il s'agit d'un ensemble de caractéristiques de l'ensemble chromosomique d'un organisme (le nombre de chromosomes, leur forme et leur taille).

L'enregistrement conditionnel d'un caryotype comprend le nombre total de chromosomes, les chromosomes sexuels et les écarts possibles dans l'ensemble des chromosomes. Par exemple, le caryotype d’un homme normal s’écrit 46, XY, et le caryotype d’une femme normale est 46, XX.

Cycle de vie cellulaire : interphase et mitose

Les cellules ne se reproduisent pas à chaque fois, elles se forment uniquement à la suite de la division des cellules mères. Après la division, les cellules filles ont besoin d'un certain temps pour former des organites et acquérir la structure appropriée qui assurerait l'exécution d'une fonction spécifique. Cette période de temps est appelée maturation.

La période de temps allant de l'apparition d'une cellule à la suite d'une division jusqu'à sa division ou sa mort est appelée cycle de vie d'une cellule.

Dans les cellules eucaryotes, le cycle de vie est divisé en deux étapes principales : l’interphase et la mitose.

Interphase- il s'agit d'une période du cycle de vie pendant laquelle la cellule ne se divise pas et fonctionne normalement. L'interphase est divisée en trois périodes : périodes G 1 -, S- et G 2 -.

G 1 -période(présynthétique, postmitotique) est une période de croissance et de développement cellulaire au cours de laquelle se produit la synthèse active d'ARN, de protéines et d'autres substances nécessaires au maintien complet de la vie de la cellule nouvellement formée. Vers la fin de cette période, la cellule peut commencer à se préparer à dupliquer son ADN.

DANS Période S(synthétique) le processus de réplication de l'ADN lui-même se produit. La seule partie du chromosome qui ne subit pas de réplication est le centromère, de sorte que les molécules d'ADN résultantes ne divergent pas complètement, mais y restent maintenues ensemble et, au début de la division, le chromosome a une apparence en forme de X. La formule génétique d'une cellule après doublement de l'ADN est 2n4c. Également pendant la période S, les centrioles du centre cellulaire sont doublés.

G 2 -période(postsynthétique, prémitotique) se caractérise par une synthèse intensive d'ARN, de protéines et d'ATP nécessaires au processus de division cellulaire, ainsi que par la séparation des centrioles, des mitochondries et des plastes. Jusqu'à la fin de l'interphase, la chromatine et le nucléole restent clairement distinguables, l'intégrité de l'enveloppe nucléaire n'est pas perturbée et les organites ne changent pas.

Certaines cellules de l'organisme sont capables de remplir leurs fonctions tout au long de la vie de l'organisme (neurones de notre cerveau, cellules musculaires du cœur), tandis que d'autres existent pendant une courte période, après quoi elles meurent (cellules épithéliales intestinales, cellules épidermiques de la peau). Par conséquent, le corps doit constamment subir des processus de division cellulaire et la formation de nouvelles cellules qui remplaceront les cellules mortes. Les cellules capables de se diviser sont appelées tige. Dans le corps humain, on les trouve dans la moelle osseuse rouge, dans les couches profondes de l'épiderme de la peau et à d'autres endroits. En utilisant ces cellules, vous pouvez développer un nouvel organe, obtenir un rajeunissement et également cloner le corps. Les perspectives d'utilisation des cellules souches sont tout à fait claires, mais les aspects moraux et éthiques de ce problème sont toujours en discussion, puisque dans la plupart des cas, on utilise des cellules souches embryonnaires obtenues à partir d'embryons humains tués lors d'un avortement.

La durée de l'interphase dans les cellules végétales et animales est en moyenne de 10 à 20 heures, tandis que la mitose dure environ 1 à 2 heures.

Au cours des divisions successives des organismes multicellulaires, les cellules filles se diversifient de plus en plus à mesure qu'elles lisent les informations provenant d'un nombre croissant de gènes.

Certaines cellules cessent de se diviser avec le temps et meurent, ce qui peut être dû à l'achèvement de certaines fonctions, comme dans le cas des cellules épidermiques de la peau et du sang, ou à des dommages causés à ces cellules par des facteurs environnementaux, notamment des agents pathogènes. La mort cellulaire génétiquement programmée est appelée apoptose, tandis que la mort accidentelle - nécrose.

La mitose est la division des cellules somatiques. Phases de la mitose

Mitose- une méthode de division indirecte des cellules somatiques.

Au cours de la mitose, la cellule passe par une série de phases successives, à la suite desquelles chaque cellule fille reçoit le même ensemble de chromosomes que la cellule mère.

La mitose est divisée en quatre phases principales : prophase, métaphase, anaphase et télophase. Prophase- l'étape la plus longue de la mitose, au cours de laquelle la chromatine se condense, ce qui donne naissance à des chromosomes en forme de X constitués de deux chromatides (chromosomes filles) devenant visibles. Dans ce cas, le nucléole disparaît, les centrioles divergent vers les pôles de la cellule et un fuseau d'achromatine (fuseau de division) à partir de microtubules commence à se former. A la fin de la prophase, la membrane nucléaire se désintègre en vésicules distinctes.

DANS métaphase Les chromosomes sont alignés le long de l'équateur de la cellule avec leurs centromères, auxquels sont attachés les microtubules du fuseau entièrement formé. A ce stade de division, les chromosomes sont les plus compactés et ont une forme caractéristique, ce qui permet d'étudier le caryotype.

DANS anaphase La réplication rapide de l'ADN se produit au niveau des centromères, à la suite de laquelle les chromosomes sont divisés et les chromatides divergent vers les pôles de la cellule, étirés par les microtubules. La répartition des chromatides doit être absolument égale, puisque c'est ce processus qui assure le maintien d'un nombre constant de chromosomes dans les cellules du corps.

Sur la scène télophases les chromosomes filles se rassemblent aux pôles, des membranes nucléaires se forment autour d'eux à partir de vésicules et des nucléoles apparaissent dans les noyaux nouvellement formés.

Après la division nucléaire, la division cytoplasmique se produit - cytokinèse, au cours de laquelle se produit une répartition plus ou moins uniforme de tous les organites de la cellule mère.

Ainsi, à la suite de la mitose, deux cellules filles sont formées à partir d'une cellule mère, chacune étant une copie génétique de la cellule mère (2n2c).

Dans les cellules malades, endommagées et vieillissantes et dans les tissus spécialisés du corps, un processus de division légèrement différent peut se produire : l'amitose. Amitose appelée division directe des cellules eucaryotes, dans laquelle la formation de cellules génétiquement équivalentes ne se produit pas, car les composants cellulaires sont inégalement répartis. On le trouve dans les plantes dans l'endosperme et chez les animaux - dans le foie, le cartilage et la cornée de l'œil.

Méiose. Phases de la méiose

Méiose est une méthode de division indirecte des cellules germinales primaires (2n2c), qui aboutit à la formation de cellules haploïdes (1n1c), le plus souvent des cellules germinales.

Contrairement à la mitose, la méiose est constituée de deux divisions cellulaires successives, chacune étant précédée d'une interphase. La première division de la méiose (méiose I) est appelée réductionniste, puisque dans ce cas le nombre de chromosomes est réduit de moitié, et la deuxième division (méiose II) - équationnel, puisque dans son processus le nombre de chromosomes est préservé.

Interphase I se déroule comme une interphase de mitose. Méiose I est divisé en quatre phases : prophase I, métaphase I, anaphase I et télophase I. B prophase I Deux processus importants se produisent : la conjugaison et le croisement. Conjugaison- Il s'agit du processus de fusion de chromosomes homologues (appariés) sur toute la longueur. Les paires de chromosomes formées lors de la conjugaison sont conservées jusqu'à la fin de la métaphase I.

Traverser- échange mutuel de régions homologues de chromosomes homologues. À la suite du croisement, les chromosomes reçus par le corps des deux parents acquièrent de nouvelles combinaisons de gènes, ce qui provoque l'apparition d'une progéniture génétiquement diversifiée. A la fin de la prophase I, comme lors de la prophase de mitose, le nucléole disparaît, les centrioles divergent vers les pôles de la cellule et la membrane nucléaire se désintègre.

DANS métaphase I des paires de chromosomes sont alignées le long de l'équateur de la cellule et les microtubules du fuseau sont attachés à leurs centromères.

DANS anaphase I Les chromosomes homologues entiers, constitués de deux chromatides, divergent vers les pôles.

DANS télophase I Les membranes nucléaires se forment autour des amas de chromosomes aux pôles de la cellule et des nucléoles se forment.

Cytocinèse I assure la séparation des cytoplasmes des cellules filles.

Les cellules filles (1n2c) formées à la suite de la méiose I sont génétiquement hétérogènes, puisque leurs chromosomes, dispersés de manière aléatoire vers les pôles cellulaires, contiennent des gènes différents.

Caractéristiques comparatives de la mitose et de la méiose

Signe	Mitose	Méiose
Quelles cellules commencent à se diviser ?	Somatique (2n)	Cellules germinales primaires (2n)
Nombre de divisions	1	2
Combien et quel type de cellules se forment lors de la division ?	2 somatique (2n)	4 sexuel (n)
Interphase		Préparer la cellule à la division, doubler l'ADN	Très court, le doublement de l'ADN ne se produit pas
Phases		Méiose I	Méiose II
Prophase		Une condensation chromosomique, une disparition du nucléole, une désintégration de la membrane nucléaire, une conjugaison et un croisement peuvent survenir.	Condensation chromosomique, disparition du nucléole, désintégration de la membrane nucléaire
Métaphase		Des paires de chromosomes sont situées le long de l'équateur, un fuseau se forme	Les chromosomes s'alignent le long de l'équateur, un fuseau se forme
Anaphase		Les chromosomes homologues de deux chromatides se déplacent vers les pôles	Les chromatides se dirigent vers les pôles
Télophase		Les chromosomes déspirent, de nouvelles membranes nucléaires et de nouveaux nucléoles se forment	Les chromosomes déspirent, de nouvelles membranes nucléaires et de nouveaux nucléoles se forment

Interphase II très court, car le doublement de l'ADN ne s'y produit pas, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de période S.

Méiose IIégalement divisé en quatre phases : prophase II, métaphase II, anaphase II et télophase II. DANS prophase II les mêmes processus se produisent que dans la prophase I, à l'exception de la conjugaison et du croisement.

DANS métaphase II les chromosomes sont situés le long de l’équateur de la cellule.

DANS anaphase II les chromosomes sont divisés au niveau des centromères et les chromatides sont étirées vers les pôles.

DANS télophase II Les membranes nucléaires et les nucléoles se forment autour d’amas de chromosomes filles.

Après cytokinèse II La formule génétique des quatre cellules filles est 1n1c, mais elles possèdent toutes un ensemble de gènes différent, résultat du croisement et de la combinaison aléatoire de chromosomes des organismes maternels et paternels dans les cellules filles.

Développement des cellules germinales chez les plantes et les animaux

Gamétogenèse(du grec gamète- épouse, gamètes- mon mari et genèse- origine, émergence) est le processus de formation de cellules germinales matures.

Puisque la reproduction sexuée nécessite le plus souvent deux individus - une femelle et un mâle, produisant des cellules sexuelles différentes - des ovules et des spermatozoïdes, alors les processus de formation de ces gamètes doivent être différents.

La nature du processus dépend dans une large mesure du fait qu'il se produit dans une cellule végétale ou animale, car chez les plantes, seule la mitose se produit lors de la formation des gamètes, et chez les animaux, à la fois la mitose et la méiose se produisent.

Développement des cellules germinales chez les plantes. Chez les angiospermes, la formation de cellules reproductrices mâles et femelles se produit dans différentes parties de la fleur - respectivement les étamines et les pistils.

Avant la formation des cellules reproductrices mâles - microgamétogenèse(du grec micros- petit) - arrive microsporogenèse, c'est-à-dire la formation de microspores dans les anthères des étamines. Ce processus est associé à la division méiotique de la cellule mère, qui donne naissance à quatre microspores haploïdes. La microgamétogenèse est associée à la division mitotique de la microspore, donnant un gamétophyte mâle issu de deux cellules - un grand végétatif(siphonogène) et peu profond génératif. Après division, le gamétophyte mâle se recouvre de membranes denses et forme un grain de pollen. Dans certains cas, même pendant le processus de maturation du pollen, et parfois seulement après transfert sur le stigmate du pistil, la cellule générative se divise par mitotique pour former deux cellules germinales mâles immobiles - sperme. Après la pollinisation, un tube pollinique se forme à partir de la cellule végétative, à travers lequel les spermatozoïdes pénètrent dans l'ovaire du pistil pour la fécondation.

Le développement des cellules germinales femelles chez les plantes est appelé mégagamétogenèse(du grec mégas- grand). Il se produit dans l'ovaire du pistil, qui est précédé par mégasporogenèse, à la suite de quoi quatre mégaspores sont formées à partir de la cellule mère de la mégaspore située dans le nucelle par division méiotique. L'une des mégaspores se divise mitotiquement trois fois, donnant le gamétophyte femelle - un sac embryonnaire à huit noyaux. Avec la séparation ultérieure des cytoplasmes des cellules filles, l'une des cellules résultantes devient un œuf, sur les côtés duquel se trouvent ce qu'on appelle les synergides, à l'extrémité opposée du sac embryonnaire se forment trois antipodes et au centre , à la suite de la fusion de deux noyaux haploïdes, une cellule centrale diploïde se forme.

Développement de cellules germinales chez les animaux. Chez les animaux, il existe deux processus de formation de cellules germinales : la spermatogenèse et l'ovogenèse.

Spermatogenèse(du grec sperme, spermatozoïdes- des graines et genèse- origine, apparition) est le processus de formation de cellules germinales mâles matures - le sperme. Chez l'homme, elle se produit dans les testicules, ou testicules, et se divise en quatre périodes : reproduction, croissance, maturation et formation.

DANS saison des amours Les cellules germinales primordiales se divisent par mitose, entraînant la formation de cellules diploïdes. spermatogonie. DANS période de croissance les spermatogonies accumulent des nutriments dans le cytoplasme, augmentent de taille et se transforment en spermatocytes primaires, ou Spermatocytes de 1er ordre. Ce n'est qu'après cela qu'ils entrent en méiose ( période de maturation), à la suite de quoi les deux premiers sont formés spermatocyte secondaire, ou spermatocyte de 2ème ordre, puis - quatre cellules haploïdes avec encore une quantité assez importante de cytoplasme - spermatides. DANS période de formation ils perdent presque tout leur cytoplasme et forment un flagelle, se transformant en spermatozoïdes.

Sperme, ou animés, - de très petites cellules reproductrices mâles mobiles dotées d'une tête, d'un cou et d'une queue.

DANS tête, en plus du noyau, est acrosome- un complexe de Golgi modifié qui assure la dissolution des membranes de l'œuf lors de la fécondation. DANS col de l'utérus sont les centrioles du centre cellulaire et la base queue de cheval forment des microtubules qui soutiennent directement le mouvement des spermatozoïdes. Il contient également des mitochondries, qui fournissent aux spermatozoïdes l’énergie ATP nécessaire au mouvement.

Oogenèse(du grec ONU- oeuf et genèse- origine, apparition) est le processus de formation de cellules germinales femelles matures - les œufs. Chez l'homme, elle se produit dans les ovaires et comprend trois périodes : la reproduction, la croissance et la maturation. Des périodes de reproduction et de croissance, similaires à celles de la spermatogenèse, se produisent au cours du développement intra-utérin. Dans ce cas, les cellules diploïdes sont formées à partir de cellules germinales primaires à la suite de la mitose. oogonie, qui se transforment ensuite en diploïdes primaires ovocytes, ou Ovules de 1er ordre. Méiose et cytokinèse ultérieure se produisant dans période de maturation, sont caractérisés par une division inégale du cytoplasme de la cellule mère, de sorte que l'on obtient d'abord un ovocyte secondaire, ou Ovocyte de 2ème ordre, Et premier corps polaire, puis de l'ovocyte secondaire - l'œuf, qui retient la totalité de l'apport de nutriments, et le deuxième globule polaire, tandis que le premier globule polaire est divisé en deux. Les corps polaires absorbent l’excès de matériel génétique.

Chez l'homme, les œufs sont produits à intervalles de 28 à 29 jours. Le cycle associé à la maturation et à la libération des ovules est appelé menstruel.

Œuf- une grande cellule reproductrice femelle qui porte non seulement un ensemble haploïde de chromosomes, mais également un apport important de nutriments pour le développement ultérieur de l'embryon.

L'œuf des mammifères est recouvert de quatre membranes, ce qui réduit le risque de dommages causés par divers facteurs. Le diamètre de l'œuf chez l'homme atteint 150 à 200 microns, tandis que chez l'autruche, il peut atteindre plusieurs centimètres.

La division cellulaire est la base de la croissance, du développement et de la reproduction des organismes. Le rôle de la mitose et de la méiose

Si, dans les organismes unicellulaires, la division cellulaire entraîne une augmentation du nombre d'individus, c'est-à-dire la reproduction, alors dans les organismes multicellulaires, ce processus peut avoir des significations différentes. Ainsi, la division des cellules embryonnaires, à partir du zygote, constitue la base biologique des processus interconnectés de croissance et de développement. Des changements similaires sont observés chez l'homme au cours de l'adolescence, lorsque le nombre de cellules augmente non seulement, mais qu'un changement qualitatif se produit également dans le corps. La reproduction des organismes multicellulaires repose également sur la division cellulaire, par exemple, dans la reproduction asexuée, grâce à ce processus, toute une partie de l'organisme est restaurée, et dans la reproduction sexuée, dans le processus de gamétogenèse, des cellules sexuelles se forment, qui donner ensuite naissance à un nouvel organisme. Il convient de noter que les principales méthodes de division d'une cellule eucaryote - la mitose et la méiose - ont des significations différentes dans le cycle de vie des organismes.

À la suite de la mitose, il existe une répartition uniforme du matériel héréditaire entre les cellules filles - des copies exactes de la mère. Sans mitose, l’existence et la croissance d’organismes multicellulaires se développant à partir d’une seule cellule, le zygote, seraient impossibles, puisque toutes les cellules de ces organismes doivent contenir la même information génétique.

Au cours du processus de division, les cellules filles deviennent de plus en plus diversifiées dans leur structure et leurs fonctions, ce qui est associé à l'activation de plus en plus de nouveaux groupes de gènes en raison de l'interaction intercellulaire. Ainsi, la mitose est nécessaire au développement de l’organisme.

Cette méthode de division cellulaire est nécessaire aux processus de reproduction asexuée et de régénération (restauration) des tissus endommagés, ainsi que des organes.

La méiose, à son tour, assure la constance du caryotype lors de la reproduction sexuée, puisqu'elle divise par deux l'ensemble des chromosomes avant la reproduction sexuée, qui est ensuite restauré suite à la fécondation. De plus, la méiose conduit à l'émergence de nouvelles combinaisons de gènes parentaux dues au croisement et à la combinaison aléatoire de chromosomes dans les cellules filles. Grâce à cela, la progéniture s'avère génétiquement diversifiée, ce qui fournit du matériel pour la sélection naturelle et constitue la base matérielle de l'évolution. Une modification du nombre, de la forme et de la taille des chromosomes, d'une part, peut conduire à l'apparition de diverses anomalies dans le développement de l'organisme et même à sa mort, et d'autre part, elle peut conduire à l'apparition d'individus. plus adapté à l'environnement.

Ainsi, la cellule est l’unité de croissance, de développement et de reproduction des organismes.

RÉSOUDRE LES PROBLÈMES DE CYTOLOGIE

Manuel pédagogique et méthodologique

Nouveau Adelakovo 2014

Compilé par : professeur de biologie L.I. Denisova

Résoudre des problèmes en cytologie. Pour les élèves de la 9e à la 11e année / école secondaire GBOU du village de Novoe Adelyakovo" ; comp. L.I. Denisova. – Nouveau Adelakovo, 2014.

Le manuel pédagogique et méthodologique a été élaboré dans le but d'être utilisé par les professeurs et les étudiants en biologie en préparation à la certification finale, ainsi qu'aux Olympiades de biologie. Le manuel contient un bref matériel théorique sur chaque type de problème et des exemples de résolution de problèmes. Destiné aux élèves de la 9e à la 11e année des établissements d'enseignement général et aux professeurs de biologie.

Introduction……………………………………………………………..

2.1 Objectifs lié à la détermination du pourcentage de nucléotides dans l'ADN

2.2. R.

2.3. Tâches de construction d'une molécule d'ARNm, d'anticodons d'ARNt et de séquences d'acides aminés dans une chaîne polypeptidique. Emploi

Littérature.

Introduction.

La résolution de problèmes de cytologie est incluse dans le KIM en biologie de l'examen d'État unifié (tâche 39). La réalisation de cette tâche nécessite une réponse détaillée et vise à tester les compétences

• appliquer ses connaissances dans une nouvelle situation ;
• établir des relations de cause à effet ;
• analyser, systématiser et intégrer les connaissances;
• généraliser et formuler des conclusions.

Sur la base des résultats de l'analyse des résultats de l'examen d'État unifié en biologie, parmi les connaissances et compétences faiblement développées des participants à l'examen figurent les éléments suivants :

1. détermination de l'ensemble des chromosomes des cellules dans les cycles de développement des plantes ;
2. détermination du nombre de chromosomes et d'ADN dans les cellules dans différentes phases de mitose et de méiose ;
3. explication et justification du résultat obtenu.

Lors de l'étude de la biologie au niveau de base, il n'y a pas assez de temps pour la pratique pratique de la résolution de problèmes de cytologie. Après avoir terminé les sujets pertinents, sans répétition constante de la pratique pratique de la résolution de problèmes, les compétences sont rapidement oubliées. Les étudiants peuvent toujours avoir ce manuel à portée de main afin de se souvenir du processus de résolution de problèmes typiques. De plus, dans les zones rurales, tout le monde n’a pas accès gratuitement aux ressources Internet.

Les tâches de cytologie qui apparaissent dans l'examen d'État unifié peuvent être divisées en plusieurs types principaux. Ce manuel propose des solutions à des problèmes de différents types et fournit des exemples de travail indépendant. L'annexe fournit un tableau du code génétique utilisé dans la solution.

Ce manuel pédagogique et méthodologique a été élaboré pour aider les professeurs de biologie qui étudient de la 9e à la 11e année dans les écoles secondaires.

1.1 Points clés à retenir lors de la résolution de problèmes de cytologie.

1. Chaque acide aminé est délivré aux ribosomes par un ARNt.le nombre d'acides aminés dans une protéine est égal au nombre de molécules d'ARNtimpliqué dans la synthèse des protéines;
2. Chaque acide aminé est codé par trois nucléotides (un triplet ou codon), de sorte que le nombre de nucléotides codants est toujours trois fois plus grand, etle nombre de triplets (codons) est égal au nombre d'acides aminés de la protéine;
3. chaque ARNt possède un anticodon complémentaire au codon de l'ARNm, doncnombre d'anticodons, et donc en général Molécules d'ARNt égal au nombre de codons d'ARNm ;
4. L'ARNm est complémentaire de l'un des brins d'ADN, doncle nombre de nucléotides dans l'ARNm est égal au nombre de nucléotides dans l'ADN. Bien entendu, le nombre de triplés sera également le même.

Pour résoudre un certain nombre de problèmes dans cette section, il est nécessaire d'utiliser la table des codes génétiques. Les règles d'utilisation du tableau sont généralement indiquées dans le devoir, mais il est préférable de l'apprendre à l'avance. Pour déterminer l'acide aminé codé par un triplet particulier, vous devez effectuer les étapes suivantes :

1. le premier nucléotide du triplet se trouve dans la rangée verticale gauche,
2. le deuxième - dans l'horizontale supérieure,
3. le troisième est dans la rangée verticale de droite.
4. l'acide aminé correspondant au triplet est situé au point d'intersection des lignes imaginaires, provenant des nucléotides.

1.2. Documentation écrite de la résolution de problèmes.

Répondre:

Un point important lors de la résolution de tâches est d'expliquer les actions effectuées, surtout si la tâche dit : « Expliquez votre réponse ». La présence d’explications permet à l’évaluateur de tirer une conclusion sur la compréhension de l’étudiant sur ce sujet, et leur absence peut conduire à la perte d’un point très important. La tâche 39 vaut trois points, qui sont attribués en cas de solution tout à fait correcte. Par conséquent, lors du démarrage d’une tâche, il est tout d’abord nécessaire de mettre en évidence tous les problèmes. Le nombre de réponses doit leur correspondre.

Chapitre 2. Types de tâches en cytologie.

2.1 Objectifs lié à la détermination du pourcentage de nucléotides dans l'ADN

Même avant la découverte de Watson et Crick, en 1950, le biochimiste australien Edwin Chargaff établissait queque dans l'ADN de tout organisme, le nombre de nucléotides adényliques est égal au nombre de nucléotides thymidyliques, et le nombre de nucléotides guanyliques est égal au nombre de nucléotides cytosyliques (A=T, G=C), ou le nombre total de les bases azotées puriques sont égales au nombre total de bases azotées pyrimidiques (A+G=C+T ).Ces modèles sont appelés « règles de Chargaff ».

Le fait est que lorsqu'une double hélice se forme, la base azotée thymine est toujours installée en face de la base azotée adénine dans une chaîne, et la cytosine est installée en face de la guanine, c'est-à-dire que les chaînes d'ADN semblent se compléter. Et ces nucléotides appariés sont complémentaires les uns des autres (du latin complémentum - addition).

Pourquoi ce principe est-il suivi ? Pour répondre à cette question, il faut rappeler la nature chimique des bases hétérocycliques azotées. L'adénine et la guanine appartiennent aux purines, et la cytosine et la thymine appartiennent aux pyrimidines, c'est-à-dire que des liaisons ne s'établissent pas entre des bases azotées de même nature. De plus, les bases complémentaires se correspondent géométriquement, c'est-à-dire en taille et en forme. Ainsi, la complémentarité des nucléotides est la correspondance chimique et géométrique des structures de leurs molécules entre elles.

Les bases azotées contiennent des atomes d'oxygène et d'azote hautement électronégatifs, qui portent une charge partielle négative, ainsi que des atomes d'hydrogène, qui portent une charge partielle positive. En raison de ces charges partielles, des liaisons hydrogène apparaissent entre les bases azotées des séquences antiparallèles de la molécule d'ADN.

Tâche. Dans une molécule d'ADN, il y a 23 % de nucléotides adényles du nombre total de nucléotides. Déterminez le nombre de nucléotides thymidyl et cytosyl.

Réponse : T=23 % ; C=27%

Tâche Une molécule d'ADN avec un poids moléculaire relatif de 69 000 est donnée, dont 8625 sont des nucléotides adényles. Le poids moléculaire relatif d'un nucléotide est en moyenne de 345. Combien de nucléotides individuels y a-t-il dans cet ADN ? Quelle est la longueur de sa molécule ?

Donné: ADN M(r) – 69 000 Quantité A – 8625 M(r) du nucléotide – 345 Définir: Nombre de nucléotides dans ADN

Solution : 1. Déterminez combien de nucléotides adényles se trouvent dans une molécule d'ADN donnée : 8625 : 345 = 25. 2. D’après la règle de Chargaff, A = G, c’est-à-dire dans une molécule d'ADN donnée A=T=25. 3. Déterminez quelle part du poids moléculaire total de cet ADN représente la part des nucléotides guanyliques : 69 000 – (8 625x2) = 51 750. 4. Déterminez le nombre total de nucléotides guanyle et cytosyle dans cet ADN : 51 750 : 345 = 150. 5. Déterminez séparément la teneur en nucléotides guanyl et cytosyl : 150:2 = 75 ; 6. Déterminez la longueur de cette molécule d'ADN : (25 + 75) x 0,34 = 34 nm.

Répondre : A=T=25; G = C = 75 ; 34 nm.

2.2. R. Problèmes de calcul consacrés à la détermination du nombre d'acides aminés dans une protéine, ainsi que du nombre de nucléotides et de triplets dans l'ADN ou l'ARN.

• Les acides aminés nécessaires à la synthèse des protéines sont délivrés aux ribosomes à l'aide de l'ARNt. Chaque molécule d'ARNt ne porte qu'un seul acide aminé.
• Les informations sur la structure primaire d'une molécule protéique sont cryptées dans la molécule d'ADN.
• Chaque acide aminé est codé par une séquence de trois nucléotides. Cette séquence est appelée triplet ou codon.

Tâche: 30 molécules d'ARNt ont été impliquées dans la traduction. Déterminez le nombre d'acides aminés qui composent la protéine résultante, ainsi que le nombre de triplets et de nucléotides dans le gène qui code pour cette protéine.

Répondre : Nombre d'acides aminés – 30. Nombre de triplets – 30. Nombre de nucléotides – 90.

Tâche: Selon certains scientifiques, la longueur totale de toutes les molécules d'ADN dans le noyau d'une cellule germinale humaine est d'environ 102 cm. Combien de paires de nucléotides sont contenues dans l'ADN d'une cellule (1 nm = 10-6 mm) ?

Réponse : 3x109 paires.

2.3. Tâches de construction d'une molécule d'ARNm, d'anticodons d'ARNt et de séquences d'acides aminés dans une chaîne polypeptidique. Emploiavec un tableau du code génétique.

Tâche: L'ARN contient de l'uracile au lieu de la thymine. La biosynthèse des protéines impliquait des ARNt avec des anticodons : UUA, GGC, CGC, AUU, CGU. Déterminer la séquence nucléotidique de la section de chaque chaîne de la molécule d'ADN qui transporte des informations sur le polypeptide en cours de synthèse et le nombre de nucléotides contenant de l'adénine, de la guanine, de la thymine et de la cytosine dans une molécule d'ADN double brin

Donné: ARN T - UUA, GGC, CGC, AUU, TsGU	Solution: Les anticodons de l'ARNt sont complémentaires des codons de l'ARNi, et la séquence nucléotidique de l'ARNi est complémentaire de l'une des chaînes d'ADN. ARNt : UUA, GGC, CGC, AUU, TsGU ARNm : AAU-CCG-HCG-UAA-GCA 1 brin d'ADN : TTA-GGC-CHC-ATT-CGT Brin d'ADN 2 : AAT-CCG-GCG-TAA-GCA. Dans une molécule d'ADN : Numéro A=T=7, numéro G=C=8
Définir: La séquence nucléotidique d'une section de chaque brin d'une molécule d'ADN Le nombre de nucléotides contenant de l'adénine, de la guanine, de la thymine et de la cytosine dans une molécule d'ADN

Tâche: un fragment d'une des chaînes d'ADN a la structure suivante : AAGGCTACTGTTG. Construisez de l'ARNm dessus et déterminez la séquence d'acides aminés dans un fragment d'une molécule protéique.

Réponse : fen-arg-cis-asn.

Tâche: Les ribosomes de différentes cellules, l'ensemble des acides aminés et les molécules identiques d'ARNm et d'ARNt ont été placés dans un tube à essai et toutes les conditions ont été créées pour la synthèse des protéines. Pourquoi dans un tube à essai un type de protéine sera-t-il synthétisé sur différents ribosomes.

Répondre: La même protéine est synthétisée sur le même ARNm, puisque les informations sont les mêmes.

• Tâche: Le fragment d'ARNm a la structure suivante : GAUGAGUATSUUCAA. Déterminez les anticodons d’ARNt et la séquence d’acides aminés codée dans ce fragment. Écrivez également le fragment de la molécule d'ADN sur laquelle cet ARNm a été synthétisé.

Répondre : Séquence d'acides aminés - : asp-glu-tyr-phen-lys. Anticodons d'ARN T - TsuA, TsUC, AUG, AAG, UUU. Fragment d'ADN – ​​CTATTSCATGAAGTTT

2.4.Tâches visant à déterminer le nombre de molécules d'ADN et de chromosomes en cours de mitose et de méiose.

Mitose - la principale méthode de division des cellules eucaryotes, dans laquelle le doublement se produit d'abord, puis le matériel héréditaire est réparti uniformément entre les cellules filles.

La mitose est un processus continu comportant quatre phases : prophase, métaphase, anaphase et télophase. Avant la mitose, la cellule se prépare à la division ou interphase. La période de préparation cellulaire pour la mitose et la mitose elle-même constituent ensemblecycle mitotique.

Interphase se compose de trois périodes : présynthétique, ou postmitotique, - G 1 , synthétique - S, postsynthétique ou prémitotique - G 2 .

Période présynthétique(2 n 2 c , où n - nombre de chromosomes, Avec - nombre de molécules d'ADN) - croissance cellulaire, activation des processus de synthèse biologique, préparation de la période suivante.

Période synthétique(2 n 4 c ) - Réplication de l'ADN.

ATTENTION!

Après doublement, l'ensemble chromosomique reste diploïde (2n), puisque les chromatides sœurs restent connectées au centromère.

Période post-synthétique(2 n 4 c ) - préparation de la cellule à la mitose, synthèse et accumulation de protéines et d'énergie pour la division à venir, augmentation du nombre d'organites, doublement des centrioles.

Prophase (2 n 4 c ) - démantèlement des membranes nucléaires, divergence des centrioles vers les différents pôles de la cellule, formation de filaments fusiformes, « disparition » des nucléoles, condensation des chromosomes bichromatides.

Métaphase (2 n 4 s ) - alignement des chromosomes bichromatides condensés au maximum dans le plan équatorial de la cellule (plaque métaphase), fixation des fils du fuseau à une extrémité aux centrioles, l'autre aux centromères des chromosomes.

Anaphase (4 n 4 c ) - division des chromosomes à deux chromatides en chromatides et divergence de ces chromatides sœurs vers les pôles opposés de la cellule (dans ce casles chromatides deviennent des chromosomes indépendants à une seule chromatide).

Télophase (2 n 2 c dans chaque cellule fille) - décondensation des chromosomes, formation de membranes nucléaires autour de chaque groupe de chromosomes, désintégration des fils du fuseau, apparition d'un nucléole, division du cytoplasme (cytotomie). La cytotomie dans les cellules animales se produit en raison du sillon de clivage, dans les cellules végétales - en raison de la plaque cellulaire.

Méiose - Il s'agit d'une méthode spéciale de division des cellules eucaryotes, à la suite de laquelle les cellules passent d'un état diploïde à un état haploïde. La méiose consiste en deux divisions successives précédées d'une seule réplication de l'ADN.

Première division méiotique (méiose 1)est appelée réduction, puisque c'est lors de cette division que le nombre de chromosomes est divisé par deux : d'une cellule diploïde (2 n 4 s ) deux haploïdes (1 n 2 c ).

Interphase 1 (au début - 2 n 2 s, à la fin - 2 n 4 s ) - synthèse et accumulation de substances et d'énergie nécessaires aux deux divisions, augmentation de la taille des cellules et du nombre d'organites, doublement des centrioles, réplication de l'ADN, qui se termine par la prophase 1.

Prophase 1 (2 n 4 s ) - démantèlement des membranes nucléaires, divergence des centrioles vers les différents pôles de la cellule, formation de filaments fusiformes, « disparition » des nucléoles, condensation des chromosomes bichromatides, conjugaison des chromosomes homologues et croisements.

Métaphase 1 (2 n 4 s ) - alignement des bivalents dans le plan équatorial de la cellule, fixation des filaments du fuseau à une extrémité aux centrioles, l'autre aux centromères des chromosomes.

Anaphase 1 (2 n 4 s ) - aléatoire indépendantségrégation des chromosomes dichromatidesaux pôles opposés de la cellule (de chaque paire de chromosomes homologues, un chromosome va à un pôle, l'autre à l'autre), recombinaison de chromosomes.

Télophase 1 (1 n 2 c dans chaque cellule) - la formation de membranes nucléaires autour de groupes de chromosomes dichromatides, division du cytoplasme. Dans de nombreuses plantes, la cellule passe immédiatement de l’anaphase 1 à la prophase 2.

Deuxième division méiotique (méiose 2) appelé équationnel.

Interphase 2, ou interkinésie (1n 2c ), est une courte pause entre la première et la deuxième division méiotique pendant laquelle la réplication de l'ADN ne se produit pas. Caractéristique des cellules animales.

Prophase 2 (1 n 2 c ) - démantèlement des membranes nucléaires, divergence des centrioles vers différents pôles de la cellule, formation de filaments fusiformes.

Métaphase 2 (1 n 2 c ) - alignement des chromosomes bichromatides dans le plan équatorial de la cellule (plaque métaphase), fixation des filaments du fuseau d'un côté aux centrioles, de l'autre aux centromères des chromosomes ; 2 bloc de l'ovogenèse chez l'homme.

Anaphase 2 (2 n 2 s ) - division des chromosomes à deux chromatides en chromatides et divergence de ces chromatides sœurs vers les pôles opposés de la cellule (dans ce cas, les chromatides deviennent des chromosomes monochromatides indépendants), recombinaison des chromosomes.

Télophase 2 (1 n 1 c dans chaque cellule) - décondensation des chromosomes, formation de membranes nucléaires autour de chaque groupe de chromosomes, désintégration des filaments du fuseau, apparition du nucléole, division du cytoplasme (cytotomie) avec formation résultante de quatre cellules haploïdes.

Tâche: Les bovins possèdent 60 chromosomes dans leurs cellules somatiques. Déterminer le nombre de chromosomes et de molécules d'ADN dans les cellules ovariennes en interphase avant le début de la division et après la division de la méiose I. Expliquez comment se forment un tel nombre de chromosomes et de molécules d'ADN.

Répondre: En interphase, il y a 60 chromosomes et 120 molécules d'ADN. Après la méiose I, il reste 30 chromosomes et 60 molécules d'ADN.

Tâche: L'ensemble chromosomique des cellules somatiques de blé est de 28. Déterminez l'ensemble chromosomique et le nombre de molécules d'ADN dans le noyau (cellule) de l'ovule avant le début de la méiose I et de la méiose II. Expliquez les résultats dans chaque cas.

Répondre: Avant le début de la méiose I = 28 chromosomes, 56 molécules d'ADN. Avant la méiose II = 14 chromosomes, 28 molécules d'ADN

Tâche: On sait que les cellules somatiques du chou contiennent 18 chromosomes. Déterminez l'ensemble des chromosomes et le nombre de molécules d'ADN dans l'une des cellules de l'ovule avant le début de la méiose, en anaphase de la méiose I et en anaphase de la méiose II. Expliquez quels processus se produisent pendant ces périodes et comment ils affectent les changements dans le nombre d'ADN et de chromosomes.

Répondre: Avant le début de la méiose - 18 chromosomes, 36 molécules d'ADN. Dans l'anaphase de la méiose I, il y a 18 chromosomes, 36 molécules d'ADN. En anaphase, il y a 18 chromosomes, 18 molécules d'ADN.

2.5. Tâches pour déterminer la longueur d'une section d'ADN distincte ou le nombre de nucléotides qu'elle contient.

Selon le modèle du biochimiste américain J. Watson et du physicien anglais F. Crick, les molécules d'ADN sont deux chaînes polynucléotidiques droites, ou double hélice, tordues autour d'un axe commun. Il y a environ 10 résidus nucléotidiques par tour d’hélice. Les chaînes de cette double hélice sont antiparallèles, c'est-à-dire dirigées dans des directions opposées, de sorte que l'extrémité 3" d'une chaîne est située à l'opposé de l'extrémité 5" de l'autre. La taille des molécules d'ADN est généralement exprimée par le nombre de nucléotides qui les composent. Ces tailles varient de plusieurs milliers de paires de nucléotides dans les plasmides bactériens et certains virus à plusieurs centaines de milliers de paires de nucléotides dans les organismes supérieurs.

Longueur linéaire d'un nucléotide dans un acide nucléique

L n = 0,34 nm = 3,4 angströms

Poids moléculaire moyen d'un nucléotide

Monsieur n = 345 amu (Da)

Tâche. La longueur du contour de la molécule d'ADN du bactériophage est de 17x10" 6 M. Après exposition à des mutagènes, la longueur s'est avérée être de 13,6x10-6 m. Déterminer combien de paires de bases azotées ont été perdues à la suite d'une mutation, si l'on sait que la distance entre les nucléotides voisins est de 34x10 11 m.

Donné: Longueur du contour de la molécule d'ADN - 17x10" 6 m Après exposition - 13,6x10-6 m La distance entre les nucléotides adjacents est de - 34x10 11 m.	Solution. 1) Calculons la longueur totale du segment d'ADN du bactériophage perdu à la suite d'une exposition à des mutagènes. 17x10"6 - 13,6x106 = 3,4x10 6(m). 2) Calculons le nombre de paires de nucléotides dans le fragment déposé : 3,4x10-6 / 34x10"11 = 104 = 10 LLC (paires de nucléotides)
Définir : combien de paires de bases azotées ont été perdues à la suite d'une mutation

Répondre: 10 mille paires de bases.

Chapitre 4. Exemples de problèmes pour une solution indépendante.

1. La molécule d'ADN contient 31 % d'adénine. Déterminez combien (en %) d’autres nucléotides cette molécule contient.
2. 50 molécules d'ARNt ont été impliquées dans la traduction. Déterminez le nombre d'acides aminés qui composent la protéine résultante, ainsi que le nombre de triplets et de nucléotides dans le gène qui code pour cette protéine.
3. Un fragment d'ADN est constitué de 72 nucléotides. Déterminez le nombre de triplets et de nucléotides dans l'ARNm, ainsi que le nombre d'acides aminés qui composent la protéine résultante.
4. Un fragment d'une des chaînes d'ADN a la structure suivante : GGCTCTAGCTTC. Construisez de l'ARNm dessus et déterminez la séquence d'acides aminés dans un fragment d'une molécule de protéine (utilisez pour cela la table des codes génétiques).
5. Le fragment d'ARNm a la structure suivante : GCUAAUGUUCUUUAC. Déterminez les anticodons d’ARNt et la séquence d’acides aminés codée dans ce fragment. Écrivez également le fragment de la molécule d'ADN sur laquelle cet ARNm a été synthétisé (utilisez pour cela la table des codes génétiques).
6. Le fragment d'ADN a la séquence nucléotidique suivante : AGCCGACTTGCC. Déterminez la séquence nucléotidique de l'ARNt qui est synthétisée sur ce fragment et l'acide aminé que portera cet ARNt si le troisième triplet correspond à l'anticodon de l'ARNt. Pour résoudre le problème, utilisez la table des codes génétiques.
7. Dans une cellule animale, l'ensemble diploïde de chromosomes est de 20. Déterminez le nombre de molécules d'ADN avant la mitose, après la mitose, après la première et la deuxième division de la méiose.
8. 15 molécules de glucose sont entrées en dissimilation. Déterminez la quantité d'ATP après la glycolyse, après l'étape énergétique et l'effet total de dissimilation.
9. 6 molécules de PVC sont entrées dans le cycle de Krebs. Déterminez la quantité d’ATP après l’étape énergétique, l’effet total de dissimilation et le nombre de molécules de glucose entrées dans la dissimilation.

Réponses:

1. T=31%, G=C= 19% chacun.
2. 50 acides aminés, 50 triplets, 150 nucléotides.
3. 24 triplets, 24 acides aminés, 24 molécules d'ARNt.
4. ARNm : CCG-AGA-UCG-AAG. Séquence d'acides aminés : pro-arg-ser-lys.
5. Fragment d'ADN : CGATTACAAGAAATG. Anticodons d'ARN-T : CGA, UUA, CAA, GAA, AUG. Séquence d'acides aminés : ala-asn-val-ley-tyr.
6. ARNt : UCG-GCU-GAA-CHG. Anticodon GAA, codon ARNm - CUU, acide aminé transféré - leu.
7. 2n=20. Ensemble génétique :

1. avant la mitose 40 molécules d'ADN ;
2. après la mitose, 20 molécules d'ADN ;
3. après la première division méiotique, 20 molécules d'ADN ;
4. après la deuxième division méiotique, il y a 10 molécules d'ADN.

1. Puisqu’une molécule de glucose produit 2 molécules de PVK et 2ATP, 30 ATP sont donc synthétisées. Après l'étape énergétique de dissimilation, 36 molécules d'ATP sont formées (avec la dégradation d'1 molécule de glucose), donc 540 ATP sont synthétisées. L'effet total de dissimilation est de 540+30=570 ATP.
2. 6 molécules de PVA sont entrées dans le cycle de Krebs, donc 3 molécules de glucose se sont désintégrées. La quantité d'ATP après glycolyse est de 6 molécules, après l'étape énergétique - 108 molécules, l'effet total de dissimilation est de 114 molécules d'ATP.

Littérature:

Tâches de contrôle sur la génétique et recommandations méthodologiques pour leur mise en œuvre. [comp. L.I. Lushina, S.V. Zalyachchev, A.A. Semenov, O.N. Noskova]. – Samara : SGPU, 2007, 142 p.

http://ege-study.ru

http://licey.net

http://reshuege.ru

http://www.fipi.ru

Annexe I Code génétique (ARNm)

Première base	Seconde base				Troisieme base
	Sèche-cheveux	Ser	Gallerie photo	Cis
	Sèche-cheveux	Ser	Gallerie photo	Cis
	Lei	Ser
	Lei	Ser		Trois
	Lei	À propos	Giés	Arg
	Lei	À propos	Giés	Arg
	Lei	À propos	Gln	Arg
	Lei	À propos	Gln	Arg
	Île	Tre	Asn	Ser
	Île	Tre	Asn	Ser
	Île	Tre	Liz	Arg
	Méth	Tre	Liz	Arg
	Arbre	Hélas	Aspic	Gli
	Arbre	Hélas	Aspic	Gli
	Arbre	Hélas	Glu	Gli
	Arbre	Hélas	Glu	Gli

Dans la leçon, nous apprendrons l'histoire de l'origine de la cytologie, nous rappellerons le concept de cellule et considérerons la contribution que divers scientifiques ont apportée au développement de la cytologie.

Tous les êtres vivants, à l'exception des vi-ru-s, sont constitués de cellules. Mais pour les scientifiques du passé, la structure cellulaire des organismes vivants n’était pas aussi évidente que pour vous et moi. Science qui étudie la cellule, cytologie, n'a été formé qu'au milieu du XIXe siècle. Sans savoir d'où vient la vie, qu'elle apparaît dans la plus petite unité, jusqu'au Moyen Âge, des théories ont émergé selon lesquelles, par exemple, les grenouilles proviennent de la terre et les souris naissent dans des sous-vêtements sales (Fig. 2).

Riz. 2. Théories du Moyen Âge ()

« Le linge sale de la science du milieu du siècle » a été « cousu » pour la première fois en 1665. La nature-is-py-ta-tel anglaise Ro-Bert Hooke (Fig. 3).

Riz. 3. Robert Hooke ()

Pour la première fois, il a observé et décrit les coquilles de cellules végétales. Et déjà en 1674, son coll-le-ha hollandais An-to-ni van Leeuwen-hoek (Fig. 4) fut le premier à être vu sous un mik -ro-sko-po-certain des plus simples et cellules individuelles d'animaux, telles que les érythrocytes et les spermatozoïdes-à-zos -oui.

Riz. 4. Anthony van Leeuwenhoek ()

Les recherches de Le-ven-gu-ka sont devenues tellement fan-ta-sti-che-ski-mi qu'en 1676, la London Co-ro-lion-society, où il a envoyé les résultats de ses recherches, a beaucoup en eux pour-avec-moi. L’existence d’organes unicellulaires et de cellules sanguines, par exemple, n’entre pas dans ce cadre là où se trouve la science.

Il a fallu plusieurs siècles pour comprendre les résultats des travaux du scientifique néerlandais. Seulement au milieu du 19e siècle. Le scientifique allemand Theodor Schwann, basé sur les travaux de son collègue Ma-tti-a-sa Schlei-de-na (Fig. 5 ), a établi les principes de base de la théorie cellulaire, que nous utilisons encore aujourd'hui.

Riz. 5. Theodor Schwann et Matthias Schleiden ()

Schwann s'est rendu compte que les cellules des plantes et des animaux ont un principe de structure commun, car elles se forment de la même manière ; toutes les cellules sont autonomes et tout organisme est un ensemble de groupes de cellules d'individus vivants (Fig. 6).

Riz. 6. Globules rouges, division cellulaire, molécule d'ADN ()

Des recherches plus poussées sur les positions scientifiques formeront les principes de base de la théorie cellulaire des temps modernes :

1. Une cellule est une unité structurelle universelle de la vie.
2. Les cellules se multiplient en se divisant (cellule à cellule).
3. Les cellules sont stockées, re-ra-ba-you-va-yut, re-a-li-zu-yut et re-y-y-yat aux informations-form-ma-tion successives.
4. Une cellule est le biosystème le plus puissant, à partir d'un certain niveau structurel de l'organisation du ma-te-rii vivant.
5. org-niz-we multi-cellulaire précis est un complexe de systèmes en interaction de différentes cellules qui assurent la croissance, le développement, le métabolisme et l'énergie de chi-va-yu-shchih ou-ga-low-mu.
6. Les cellules de tous les organismes sont similaires en termes de structure, de composition et de fonction.

Les cellules sont différentes. Ils peuvent différer par leur structure, leur forme et leur fonction (Fig. 7).

Riz. 7. Diversité cellulaire ()

Parmi eux se trouvent des cellules libres, qui se comportent comme des individus de populations et d'espèces, comme leurs propres organismes. Leur vitalité ne dépend pas seulement du fonctionnement des structures cellulaires internes, ou-ga, -mais-et-y. Ils ont eux-mêmes besoin de se nourrir, de se déplacer dans l'environnement, de se multiplier, c'est-à-dire d'agir comme des individus petits mais assez autonomes. Il y en a beaucoup de ceux qui aiment la liberté. Ils font partie de tous les règnes de la nature vivante cellulaire et habitent tous les environnements de vie sur notre planète. Dans un organe-ga-fond multicellulaire précis, la cellule en fait partie, à partir des cellules, les tissus et les organes-ga sont formés -nous.

La taille des cellules peut être très différente - d'un dixième de micron à 15 centimètres - c'est la taille d'un œuf d'un pays, représentant une cellule, et le poids de cette cellule est d'un demi-kilogramme. Et ce n'est pas la limite : les œufs des di-no-saures, par exemple, pourraient atteindre une longueur allant jusqu'à 45 centimètres (Fig. 8) .

Riz. 8. Oeuf de dinosaure ()

Habituellement, dans les organisations multicellulaires, différentes cellules remplissent différentes fonctions. Des cellules de structure similaire, situées à proximité, unies par une substance intercellulaire et un objectif - nécessaires pour remplir certaines fonctions dans l'organisation, forment des tissus (Fig. 9).

Riz. 9. Formation de tissus ()

La vie est une grande partie de l'or-ga-niz-ma qui dépend de la faiblesse du fonctionnement des cellules qui entrent dans sa composition. C'est pourquoi les cellules ne sont pas en compétition entre elles ; au contraire, il y a coopération et spécialisation de leurs fonctions. Or-ga-niz-mu possible pour survivre dans ces si-tu-a-tsi-yah, dans lesquels Les cellules d'une seule nuit ne vous-li-v-va-ut. Dans les organismes multicellulaires complexes - plantes, animaux et humains - les cellules des zones or-ga-ni- dans le tissu, les tissus - dans les organes, les organes - dans le système des organes. Et chacun de ces systèmes veille à assurer l’existence de l’ensemble de l’organisation.

Malgré toutes leurs formes et tailles différentes, les cellules de différents types sont similaires les unes aux autres. Des processus tels que la respiration, la biosynthèse et le métabolisme se produisent dans les cellules, qu'elles soient -but-kle-toch-ny-mi ou-ga-niz-ma-mi ou qu'elles soient incluses dans la composition de many-kle-exactement- des non-êtres. Chaque cellule mange de la nourriture, en tire de l'énergie et reçoit de l'énergie des déchets d'une société qui maintient la stabilité de son propre hi-mi-che-s-co-sta-va et se reproduit, c'est-à-dire qu'elle réalise tous les processus dont dépend sa vie.

Tout cela nous permet de considérer la cellule comme une unité particulière de matière vivante, comme un système vivant élémentaire ( Fig. 10).

Riz. 10. Dessin schématique d'une cellule ()

Toutes les créatures vivantes, de l'in-fu-zo-ria à l'éléphant ou à la baleine, le plus grand mammifère d'aujourd'hui, wow, sont constituées de cellules. La seule différence est que in-fu-zo-rii sont les biosystèmes les plus stockables, constitués d'une seule cellule, et les cellules de la baleine sont or-ga-ni-zo-va-ny et inter-and-mo -connectés en tant que parties d'un grand ensemble de 190 tonnes. L'état de l'ensemble de l'or-ga-niz-ma dépend du fonctionnement de ses parties, c'est-à-dire des cellules.

Bibliographie

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. La biologie. Modèles généraux. - Outarde, 2009.
2. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Chernova N.M. Fondamentaux de biologie générale. 9e année : Manuel pour les élèves de 9e année des établissements d'enseignement général / Ed. prof. DANS. Ponomareva. - 2e éd., révisée. - M. : Ventana-Graf, 2005
3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. La biologie. Introduction à la biologie générale et à l'écologie : Manuel pour la 9e année, 3e éd., stéréotype. - M. : Outarde, 2002.

1. Krugosvet.ru ().
2. Uznaem-kak.ru ().
3. Mewo.ru ().

Devoirs

1. Qu'étudie la cytologie ?
2. Quelles sont les principales dispositions de la théorie cellulaire ?
3. En quoi les cellules sont-elles différentes ?

Mishnina Lidiya Alexandrovna
professeur de biologie
Lycée MBOU n°3 village d'Akbulak
Classe 11

Préparation à l'examen d'État unifié : résoudre des problèmes de cytologie

Dans les recommandations méthodologiques pour l'amélioration de l'enseignement de la biologie, élaborées sur la base d'une analyse des difficultés des diplômés à l'examen d'État unifié en 2014, les auteurs G.S. Kalinova, R.A. Petrosova, il existe un faible niveau d'achèvement des tâches permettant de déterminer le nombre de chromosomes et d'ADN dans les différentes phases de la mitose ou de la méiose.

Les tâches ne sont en réalité pas si difficiles qu’elles pourraient causer de sérieuses difficultés. Que faut-il prendre en compte lors de la préparation des diplômés sur cette question ?

La résolution des problèmes cytologiques nécessite non seulement une connaissance de la mitose et de la méiose, de leurs phases et des événements qui s'y produisent, mais également la possession obligatoire d'informations sur la structure et les fonctions des chromosomes, la quantité de matériel génétique dans la cellule.

Par conséquent, nous commençons notre préparation en examinant les documents sur les chromosomes. Nous nous concentrons sur le fait que les chromosomes sont des structures nucléoprotéiques situées dans le noyau d'une cellule eucaryote.

Ils contiennent environ 99 % de l'ADN total de la cellule ; le reste de l'ADN est situé dans d'autres organites cellulaires, déterminant l'hérédité cytoplasmique. L'ADN dans les chromosomes des eucaryotes est en complexe avec les principales protéines - les histones et avec les protéines non histones, qui assurent un emballage complexe de l'ADN dans les chromosomes et régulent sa capacité à synthétiser des acides ribonucléiques (ARN) - transcription.

L'apparence des chromosomes change de manière significative à différentes étapes du cycle cellulaire et, en tant que structures compactes dotées d'une morphologie caractéristique, les chromosomes ne se distinguent clairement au microscope optique que pendant la période de division cellulaire.

Au stade métaphase de la mitose et de la méiose, les chromosomes sont constitués de deux copies longitudinales, appelées chromatides sœurs et qui se forment lors de la réplication de l'ADN pendant la période S d'interphase. Dans les chromosomes en métaphase, les chromatides sœurs sont reliées par un constriction primaire appelée centromère. Le centromère est responsable de la séparation des chromatides sœurs en cellules filles lors de la division.

L’ensemble complet des chromosomes d’une cellule, caractéristiques d’un organisme donné, est appelé caryotype. Dans n'importe quelle cellule du corps de la plupart des animaux et des plantes, chaque chromosome est représenté deux fois : l'un d'eux est reçu du père, l'autre de la mère lors de la fusion des noyaux des cellules germinales au cours du processus de fécondation. Ces chromosomes sont appelés homologues et un ensemble de chromosomes homologues est appelé diploïde.

Vous pouvez maintenant répéter le matériel sur la division cellulaire.

Parmi les événements d'interphase, nous ne considérons que la période synthétique, afin de ne pas disperser l'attention des écoliers, mais de nous concentrer uniquement sur le comportement des chromosomes.

Rappelons-le : pendant la période de synthèse (S), le doublement du matériel génétique se fait par réplication de l'ADN. Cela se produit de manière semi-conservatrice, lorsque la double hélice de la molécule d'ADN diverge en deux chaînes et qu'une chaîne complémentaire est synthétisée sur chacune d'elles.

Le résultat est deux doubles hélices d’ADN identiques, chacune constituée d’un nouveau et d’un ancien brin d’ADN. La quantité de matériel héréditaire double, mais le nombre de chromosomes reste le même : le chromosome devient bichromatide (2n4c).

Considérez le comportement des chromosomes pendant la mitose :

1. En prophase, métaphase - 2p 4s - puisque la division cellulaire ne se produit pas ;
2. Pendant l'anaphase, les chromatides se séparent, le nombre de chromosomes double (les chromatides deviennent des chromosomes indépendants, mais pour l'instant ils sont tous dans une seule cellule) 4n 4c ;
3. en télophase 2n2c (les chromosomes à chromatide unique restent dans les cellules).

Répéter la méiose :

1. En prophase 1, métaphase 1, anaphase 1 - 2p 4s - puisque la division cellulaire ne se produit pas ;
2. en télophase - p2c reste, car après la divergence des chromosomes homologues, un ensemble haploïde reste dans les cellules, mais les chromosomes sont bichromatides ;
3. En prophase 2, métaphase 2, ainsi qu'en télophase 1 - p2s ;
4. Portez une attention particulière à l'anaphase 2, car après divergence des chromatides, le nombre de chromosomes augmente de 2 fois (les chromatides deviennent des chromosomes indépendants, mais pour l'instant ils sont tous dans une seule cellule) 2n 2c ;
5. en télophase 2 - ps (les chromosomes à chromatide unique restent dans les cellules.

Ce n'est que maintenant, lorsque les enfants sont théoriquement préparés, que nous pouvons passer à la résolution de problèmes.

Une erreur typique dans la préparation des diplômés : nous essayons de résoudre les problèmes tout de suite sans répéter la matière. Ce qui se passe : les enfants décident avec un professeur, mais la solution se situe au niveau de la mémorisation mécanique, sans compréhension. Par conséquent, lorsqu’on leur confie une tâche similaire lors d’un examen, ils ne parviennent pas à y faire face. Je le répète : il n'y avait aucune compréhension pour résoudre les problèmes.

Passons à la pratique.

Nous utilisons une sélection de problèmes du site Internet « Je résoudrai l'examen d'État unifié » de Dmitry Gushchin. Ce qui rend cette ressource attrayante, c'est qu'il n'y a pratiquement aucune erreur et que les normes de réponse sont bien rédigées.

Regardons le problème C 6 n°12018.

L'ensemble des chromosomes des cellules somatiques du blé est de 28.

Déterminer l'ensemble des chromosomes et le nombre de molécules d'ADN dans l'une des cellules de l'ovule avant le début de la méiose, en anaphase de méiose 1 et en anaphase de méiose 2. Expliquez quels processus se produisent pendant ces périodes et comment ils affectent le changement du nombre de l'ADN et des chromosomes.

Éléments de réponse :

Les cellules de l'ovule contiennent un ensemble diploïde de chromosomes - 28 (2n2c).

Avant le début de la méiose - (2n4c) 28 xp, 56 ADN

En anaphase de méiose 1 : (2n4c = n2c+n2c) - 28 xp, 56 ADN.

La méiose 2 implique 2 cellules filles avec un ensemble haploïde de chromosomes (n2c) – 14 chromosomes, 28 ADN.

En anaphase de la méiose 2 : (2n2с= nc+nc) - 28 chromosomes, 28 ADN

La tâche est complexe : comment aider un diplômé à comprendre sa solution ?

Une option : on dessine les phases de la méiose et on montre toutes les manipulations avec les chromosomes.

Algorithme d'action :

1. Lisez attentivement le problème, définissez la tâche, notez les phases dans lesquelles vous devez indiquer la quantité de matériel génétique

a) Avant le début de la méiose

b) En anaphase de méiose 1

c) En anaphase de méiose 2

1. Faites des dessins pour chaque phase désignée de la méiose et expliquez ce que vous avez fait.

Je précise : nous n’utilisons pas de dessins, nous les réalisons nous-mêmes. Cette opération vise à comprendre ( même si on perd en esthétique, on finit par gagner !)

1. Avant le début de la méiose

Je m'explique : la méiose est précédée d'une interphase, en interphase un doublement de l'ADN se produit, donc le nombre de chromosomes est 2n, le nombre d'ADN est 4c.

2. En anaphase de méiose 1

Je m'explique : dans l'anaphase de la méiose 1, les chromosomes divergent vers les pôles, c'est-à-dire De chaque paire de chromosomes homologues, un seul pénètre dans la cellule fille. L'ensemble des chromosomes devient haploïde, mais chaque chromosome est constitué de deux chromatides. Puisque la division cellulaire n'a pas encore eu lieu et que tous les chromosomes sont dans une seule cellule, la formule chromosomique peut s'écrire comme suit : 2n4c (n2c+n2c) 28 xp, 56 ADN (14 xp 28 ADN + 14 xp 28DNA)

3) En anaphase de méiose 2

L'anaphase de la méiose 2 se produit après la première division (de réduction). Ensemble de chromosomes dans une cellule p2c. Au cours de l'anaphase de la méiose, les 2 centromères reliant les chromatides sœurs se divisent et les chromatides, comme lors de la mitose, deviennent des chromosomes indépendants. Le nombre de chromosomes augmente et devient égal à 2n2c. Et encore une fois, puisque la division cellulaire n'a pas encore eu lieu et que tous les chromosomes sont dans une seule cellule, l'ensemble des chromosomes peut s'écrire comme suit : 2n2c (nc + nc) 28 xp, 28 ADN (14 xp 14 ADN + 14 xp 14 ADN).

1. Écrivez la réponse. (nous l'avons répertorié ci-dessus)

Résumer: La résolution de problèmes de ce type ne nécessite pas une recherche de quantité ; il est ici important de comprendre la logique de la solution et de connaître le comportement des chromosomes à chaque phase de division.

Ressources utilisées :

1. FIPI « Recommandations méthodologiques sur certains aspects de l'amélioration de l'enseignement de la biologie », auteur. G.S. Kalinova, R.A. Petrosova. Moscou, 2014
2. La biologie. Modèles généraux 10e année : manuel pour les établissements d'enseignement / V.B. Zakharov, S.G. Mamontov, N.I. Sonin - Moscou : Maison d'édition Bustard, 2011.
3. Je vais résoudre l'examen d'État unifié. http://bio.reshuege.ru/

La théorie cellulaire, ses principales dispositions, son rôle dans la formation de l'image moderne du monde en matière de sciences naturelles. Développement des connaissances sur la cellule. La structure cellulaire des organismes, la similitude de la structure des cellules de tous les organismes est à la base de l'unité du monde organique, preuve de la parenté de la nature vivante.

Une cellule est une unité de structure, d'activité vitale, de croissance et de développement des organismes. Diversité des cellules. Caractéristiques comparatives des cellules de plantes, d'animaux, de bactéries, de champignons.

La structure des cellules pro- et eucaryotes. La relation entre la structure et les fonctions des parties et organites d’une cellule est à la base de son intégrité. Métabolisme : métabolisme énergétique et plastique, leur relation. Les enzymes, leur nature chimique, leur rôle dans le métabolisme. Étapes du métabolisme énergétique. Fermentation et respiration. La photosynthèse, sa signification, son rôle cosmique. Phases de la photosynthèse. Réactions claires et sombres de la photosynthèse, leur relation. Chimiosynthèse.

Biosynthèse des protéines et des acides nucléiques. Nature matricielle des réactions de biosynthèse. Gènes, code génétique et ses propriétés. Les chromosomes, leur structure (forme et taille) et leurs fonctions. Le nombre de chromosomes et la constance de leur espèce. Détermination de l'ensemble des chromosomes dans les cellules somatiques et germinales. Cycle de vie cellulaire : interphase et mitose. La mitose est la division des cellules somatiques. Méiose. Phases de mitose et de méiose. Développement de cellules germinales chez les plantes et les animaux. Similitudes et différences entre la mitose et la méiose, leur signification. La division cellulaire est la base de la croissance, du développement et de la reproduction des organismes.