Объясните, почему живые организмы имеют клеточное строение, и назовите основные компоненты живой клетки.
Объясните, почему живые организмы имеют клеточное строение, и назовите основные компоненты живой клетки.
O1: Клетка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.Для осуществления всех вышеуказанных процессов необходимо отделение содержимого «живой клетки» от содержимого окружающей среды. Необходимость осуществления специфичных процессов. Роль ограничителя выполняет ограничевающая мембрана(мембрана=пергамент=пленка, полупроницаемый разделитель сред).
Основные компоненты живой клетки: «одна СМ-один геном-одна клонированная популяция рибосом»
1) Клеточная мембрана (или цитолемма, или плазмалемма, или плазматическая мембрана) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определённые условия среды для осуществления специфических процессов.
2)Для осуществления жизненноважных процессов требуется наличие носителей генетической информации – ДНК(дезоксирибонуклеиновая кислота). Представляет из себя макромолекулу, обеспечивающую хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической информации(кодирует те компоненты, что помогают и защищают клетку)
3)Необходимы посредники, что будут считывать информацию с ДНК – рибосомы(немембранные органоиды клетки, обеспечивающие биосинтез белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК(мРНК)= трансляция. Состоят из большой и малой субъединицы. Появление рибосом хронологически связано с появлением мембраны и ДНК.
Иная структура ответа: Структурной и функциональной единицей живых организмов является клетка. Клетку можно представить себе как мешок, наполненный различными химическими веществами, живой и способный к самовоспроизведению. Находящиеся внутри него вещества во многом отличаются от тех, которые его окружают. Без барьера, отделяющего его от окружающей среды, вещества свободно перемешивались бы за счет диффузии, и различия между внутренним содержимым и наружным окружением не удалось бы поддерживать. А это означало бы, что не могла существовать и жизнь. Все живые клетки окружены мембраной.
Дополнение: 1.Константа седиментации (скорость оседания в ультрацентрифуге) рибосом эукариотических клеток равняется 80S (большая и малая субъединицы 60S и 40S, соответственно), бактериальных клеток (а также митохондрий и пластид) — 70S (большая и малая субъединицы 50S и 30S, соответственно).2. Клеточная теория(авт.бельгийский ботаник – Шлейден и немецкий зоолог – Шванн(1838-39 года))
Чем вирусы отличаются от остальных живых существ?
Неклеточная форма жизни. Строение типичного вируса - состоит из следующих структур: 1. Сердцевина– генетический материал, представленный либо ДНК, либо РНК(в отличие от живых существ, имеющих и ДНК и РНК, у вирусов всегда лишь 1 тип – РНКовые вирусы\ДНКовые вирусы). 2.Капсид- защитная белковая оболочка, окружающая сердцевину(лучики солнца);3.нуклеокапсид– сложная структура, образованная сердцивиной и капсидом;4. Оболочка- у некоторых вирусов, таких как ВИЧ, вирусы гриппа , имеются дополнительный липопротеиновый слой, происходящий из плазматической мембраны клетки-хозяина. То есть вирусы не обладают всеми необходимыми для независимого существования приспособлениями – облигатные эндопаразиты. Иными словами, вирусы могут жить, лишь паразитируя внутри других клеток. Воспроизведение оболочки(синтез новых элементов упаковки вируса) идет при помощи структур клетки-хозяина.
Иная структура ответа: 1. Вирусы не могут размножаться вне живых клеток.
2. существуют в 2 формах, внутриклеточной - способна к воспроизведению и внеклеточной (вирион). Вирион не проявляет свойств биологических систем: не имеет обмена веществ, не способен к воспроизведению.
3. может содержать только 1 вид нуклеиновой кислоты, или ДНК, или РНК
Микроскопической шкалы.
Введение:в живой клетке всегда перераспределяются вещество, энергия и информация, и она обменивается ими с окружающей средой.Поэтому принципиально важна функциональная специализация органелл, а также эффективность пограничных процессов. В первом случае встает вопрос о компартментализации, а во втором – о соотношении между поверхностью клетки и её объемом.
Как правило, величина объектов определенно связано с их структурной сложностью. обусловлена особенностями «штучного» транспорта веществ в клетку(для каждой молекулы – свой переносчик). Требуется как можно большее соотношение площади пов-ти тела к объему клетки. Нижний предел свободноживущих одноклеточных организмов определятся пространством, требуемым для упаковки внутри клетки аппарата, необходимого для независимого существования. Ограничение верхнего предела размеров прокариот определяется, по современным представлениям, соотношением между клеточной поверхностью и объемом. При увеличении клеточных размеров поверхность возрастает в квадрате(R^2), а объем – в кубе, поэтому соотношение между этими величинами сдвигается в сторону последнего. У прокариотов(микроорганизмов) по сравнению с макроорганизмами очень велико отношение поверхности к объему. Это создает благоприятные условия для активного обмена между микроорганизмами и окружающей средой. Метаболическая активность микроорганизмов, измеренная по разным показателям, в расчете на единицу биомассы намного выше, чем у более крупных клеток. Поэтому представляется закономерным, что низшие формы жизни могли возникнуть и в настоящее время существовать только на базе малых размеров, так как последние создают целый ряд преимуществ, обеспечивающих жизнеспособность этим формам жизни.
ТДФ, коэнзимА забирают СО2
Растения и животных.
Дабы ответить на этот вопрос – будет не лишним упомянуть понятие «монада». Филосовское значение которое пошло ещё с античных времен, и обозначало что-то «единое, неделимое». Фрэнсис Тейлор использовал в 1982 году термин «монада» в общецитологическом смысл для того, чтобы провести различие между «монадами» (собсвенно клетками) и «химерами»(эндосимбиотическими СИСТЕМАМИ). Клетка-монада является элементарной единицей жизни. Обязятельные компоненты которой – цитоплазматическая мембрана, геном и клонированная популяция рибосом(универсальные органеллы трансляции). А уже для эндосимбиотической ассоциации прокариотных монад и эукариотных, Тейлор предложил термин «простая химеры». большинство ядерных клеток - это химеры. Постоянно забывая об этом, "эукариотами" называют не эукариотных монад, а ядерных диад (к-ки с митохондриями) или триад (к-ки с митохондриями и пластидами). однако целое нельзя сравнивать с его отдельной частью.К-ки, имеющие симбиотические органеллы, не обладают самостоятельным морфотипом, а представляют собой химерное сочетание двух морфотипов-эукриотного и прокариотного.
отсюда следует вывод-для химерных к-к (а это к-ки протистов, грибов, животных и растений) нет места на глобальном древе.
Расходует?
Ассимиляция энергии-это активное преобразование свободной энергии из внешних поливариантных энергоносителей в свободную энергию внутреннего унифицированного энергоносителя. Ассимилированная энергия расходуется на биосинтезы и совершение осмотической/механической/иной полезной работы.(пример «наростание» жгутика)
Живые организмы ассимилируют только энергию квантов эл.-маг. поля (световую) и энергию электронов в атомах или молекулах химических субстратов (химическую).
Два способа ассимиляции энергии: в форме трансмембранного электрохимического потенциала при помощи мембранных электрогенераторов и в форме макроэргических соединений при помощи цитозольных редокс-ферментов и киназ. Ассимилированная энергия расходуется в конструктивном метаболизме, мембранном транспорте и двигательных актах, а также в регуляторных процессах.Хемотрофия, фототрофия, азотная автотрофия, углеродная автотрофия
Хемиосмотическая теория энергетического сопряжения, объясняющую превращение(трансформацию) энергии, освобождающейся при электронном транспорте, в энергию фосфатной связи АТФ.Придложена Питером Митчеллом.Митчелл постулировал, что при переносе электронов по окислительно-восстановительной цепи, локализованной в мембранах определенного типа, называемых энергопреобразующими, или сопрягающими, происходит неравномерное распределение Н+ в пространстве по обе стороны мембраны.
Предложена была модеь, предусматривающая определенное расположение переносчиков электронов в сопрягающей мембране(например CM), которые могут быть погружены в глубь мембраны или локализованы у наружной и внутренней её поверхностей так, что образуются «петли» в цепи переноса электрона. В каждой «петле» два атома водорода движутся от внутренней стороны CM к наружной с помощью переносчиков водорода, а затем два ЭЛЕКТРОНА возвращаются к внутренней стороне мембраны с помощью соответствующего электронного переносчика, а два протона освобождаются во внешнюю среду.Таким образом, в каждой окислтельно-восстановительной «петле» два H+ переносятся из цитоплазмы кдлетки во внешнюю среду. Расположение переносчиков электронов в цитоплазматической мембране прокариот таково, что при работе любой электронтранспортной цепи(фотосинтетической или дыхательной) во внешней среде происходит накопление ионов водорода(протонов), приводящее к подкислению среды, а в клеточной цитоплазме – их уменьшение, сопровождающееся её подщелочением. То есть на мембране возникает ориентированный поперек(трансмембранный) градиент ионов водорода.
Поскольку протон водорода – химическая частица, несущая положительный заряд, неравномерное их накопление по обе стороны мембраны приводит к возникновению не только химического(концентрационного) градиента этих частиц, но и ориентированного поперек мембраны электрического поля. Таким образом, при переносе электронов на цитоплазматическую мембрану возникает трансмембранный электрохимический градиент ионов водорода, обозначаемый символом дельта мю Н+ и измеряемый в вольтах, который состоит из электрохимического(дельта пси-разность электрических потенциалов) и химического (концентрационного)компонента(градиент концентраций протонов водорода = дельта рН)
PMF\SMF!
Разность электрохимических потенциалов протонов водорода складывается из разности химического потенциала этого катиона по две стороны мембраны и разности электрохимического потенциала на противоположных поверхностях мембраны.Протоны, неравновесно распрделенные по двум сторонам мембраны, испытывают на себе сочетанное воздействие этих разностей потенциалов, т.е. протондвижущей силы(pmf). Направлена внутрь клетки.Протоны выполняют функцию главного «сопрягающего катиона». Только некоторые прокариотные организмы могут использовать в качестве сопрягающего иона катионы Натрия. Тогда образуется направленная внуть клетки натрийдвижущая сила(smf).
12. Ассимиляция энергии квантов электромагнитного поля (= фототрофия) - принцип,
распространение, значение; раскройте содержание термина «фотосинтез».
Стоит сперва разграничить понятия – «фотосинтез» и «фототрофия». Фотосинтез («фотолитоавтотрофия»)– комплексная ассимиляция световой энергии и неорганического углерода с использованием неорганического донора электронов.Фототрофия – подразумевается только энергетическая составляющая метаболизма, связанного с ассимиляцией световой энергии.Свет представляет собой практически неисчерпаемый абиогенный источник энергии. Именно он обеспечивает первичную продукцию в основании пищевой пирамиды. Особенность фототрофных биотрансформаторов заключается в том, что они преобразуют физический энергоноситель(кванты электромагнитоного поля) в электрохимический энергоноситель(pmf)[при фототрофии электромагнитная энергия предварительно преобразуется в химическую. Уникальность этого способа ассимиляции энергии заключается в том, что в результате фотофизического процесса(поглощения квантов света и миграции возбужденного состояния между пигментными молекулами(передача по очереди) образуется возобновляемый субстрат – возбужденный хлорофилл. При его окислении с помощью электрон-транспортной цепи создается PMF = протоннодвижущая сила).
Строение фотосинтетическго аппарата бактерий:состоит из 3 основных компонентов:1)светособирающих пигментов, поглощающих энергию света и передающих её в реакционные центры.2)фотохимические реакционные центры, где происходит трансформация электромагнитной формы энергии в химическую(физика=>химия).3)Фотосинтетические электронотранспортные системы, обеспечиывающие перенос электронов, сопряженных с запасанием энергии в молекулах АТФ.
Электрон-транспортная цепь, участвующая в фототрофии, бывает двух типов. В одном случае она «циклическая», т.е. замкнута в кольцо. С возвращением электрона на исходную позицию.Ей не нужны экзогенные доноры электронов, и она не синтезирует «восстановитель». В другом случае электрон-транспортная цепь «нециклическая». Она окисляет экзогенный донор электронов и образует восстановитель, который используется для конструктивных процессов.
Схема: Хлорофилл(восстановленная форма)=>Хлорофилл(окисленная форма) + электрон. Электрон от P680 или P700 (это пигменты,у которых максимумы пиков в спектрах поглощения составляют 700 и 680 нм(оба в красной области спектра) переходит на более высокий энергенический уровень за счет энергии возбуждения. Электрон захватывается акцептором электронов. Акцептор электронов восстанавливается , а окисленная молекула остается в фтотосистеме. Далее электрон «путешествует» вниз, т.е. с уменьшением энергии, от одного акцептора электронов к другому, принимая участие в целой серии окислительно-восстановительных реакций. Потеря энергии во время этого перехода сопряжена с синтезм АТФ.
Физической основой фототрофии служат хромофоры(греч.chroma – краска и phoreo- носить) – небольшие органические молекулы, которые благодаря резонансному строению своих внешних электронных оболочек интенсивно поглощают свет в интервал длин волн 300-1200 нм и поэтому ярко окращены. Действуют в составае фотосинтезирующего аппарата не автономно, а совместно с полипептидами, которые называются «апопротеинами» - по аналогии с белквой частью ферментов(греч. Apo-из и protos- важнейший, в данном случае – протеин;состоящий из белка). В результате взаимодействия хромофоров и апопротеинов образуются либо хромопротеины, либо пигмент-белковые комплексы. В хромопротеине между хромофором и апопротеином существует ковалентная связь. В пигмент-белковом комплексе хромофор связан с апопротином нековалентно. Фотосинтезирующие эубактерии обязательно содержат магний-порфириновые пигменты – хлорофиллы.
Хлорофиллы поглащают в основном красный и сине-фиолетовый свет. В состав входит плоская голова, поглощающая свет, в центре которой расположен атом магния(Mg), а также же длинный гидрофобный(отталкивающий воду) углевдородный хвост, поэтому хвосты «забрасываются» внутрь тилакоидных мембран и служат своеобразным якорем. У различных хлорофиллов к головам прикреплены различные белковые цепи, что приводит к изменению их спектров поглощения, увеличивая диапазон длин волн поглощаемого света. Справка: хлорофиллы эубактерий, осуществляющих бескислородный фотосинтез(пурпурные и зеленые бактерии, гелиобактерии) получили общее название бактериохлорофиллов. [фикобилипротеины – красные и синие пигмены, содержащиеся только у цианобактерий. Хромофорная группа пигмента ковелентно связана с водорастворимым белком типа глобулина и представляет собой структуру, состоящая из четырех пиррольных колец, но не замкнутых(как в молекуле хлорофилла), а имеющих вид развернутой цепи, не содержащей металла.
Краткое изложение процесса фотосинтеза:В процессе фотосинтеза из диоксида углерода и воды образуется сахар. Свет обеспечивает реакцию энергией, и она запасается в виде высокоэнергетической молекулы сахара. В процессе фотосинтеза происходит трансформация энергии света в химическую энергию. Весь процесс состоит из 2 фаз: световых и темновых реакций. Световые реакции: зависят от света. Энергия света вызывает поток электронов от донора электронов к их акцептрору по нециклическому или циклическому пути. В этом участвуют две фотосистемы(Iи II). Они содержат хлорофиллы, высвобождающие электроны после поглощения энергии света. Вода служит донором электронов в нециклическом пути. Поток электронов приводит к образованию АТФ(фотофосфорилирование) и восстановленного НАДФ. Темновые реакции идут в строме, не зависят от света. Диоксид углерода фиксируется в результате присоединения к пяти-углеродному соединению – рибулозобисфосфату(РиБФ). При этом образуется 2 молекулы трех-углеродного соединения – 2 молекулы фосфоглицерата(ФГ), являющегося первым продуктом фотосинтеза. Серия происходящих реакций носит название цикла Кальвина, в ходе которого акцептор диоксида углерода РиБФ вновь вводится в реакции, а ФГ(фосфоглицерат) восстанавливается до сахара.
Значение: 1.по своей биоэнергетической сути фототрофия есть исключительно «бактериальное» свойство, ядерные клетки приобрели его вместе с цианобактериальными симбинтами!
2.глобальное значение развившейся способности использовать световую энергию в том, что фотосинтез – единственный процесс, приводящий к увеличению свободной энергии на нашей планете.
Термина «хемосинтез».
В большинстве случаев при хемотрофии ассимилируется энергия, освобождающаяся в ходе окислительно-восстановительных превращенийорганичесих или неорганических субстратов. [Исключения – «не-редокс» механизмы, когда протоннодвижующая сила или натриедвижущая сила создается в результате реакций декарбоксилирования].При хемотрофии электроны переносятся от донора к акцептору. Ведется постоянная борьба за субстрат.В следствии чего, микроорганизмы вынуждены выбирать и осваивать новые ниши для обитания. Открытие хемолитотрофных эубактерий связано с именем С.Н.Виноградского.
Хемосинтез – сочетание хемолитотрофии и углеродной автотрофии
_____________________________________________________
I)Терминальный донор электронов(неорганический или органический, в своем первоначальном виде или после подготовительных превращений) служит субстратом. 1) Хемолитотрофия подразумевает использование неорганических веществ в качестве источника энергии. Продуктивный процесс, в глобальном масштабке эквивалентный фототрофии. Эти ассимиляционные механизмы связывают энергетику абиотических систем с биоэнергетикой(превращение чужой энергии в свою). Общее значение: хемолитотрофия и фототрофия создают фундамент пищевой пирамиды, а также поток свободной энергии. Используется узкий, но генетегенный круг субстратов, которые обычно не требуют предварительных превращений.
1) Хемоорганотрофия–источником энергии служит органическое вещество. Важнейшим источником энергии являются полисахариды – прежде всего, целлюлоза и крахмал.
II)Терминальные акцепторы электронов.Бывают органические и неорганические. Органические акцепторы могут иметь как экзогенное, так и эндогенное происхождение(уточнить у Александра Васильевича). Неорганические акцепторы, за исключением протонов, всегда заимствуются из внешней среды. Опять же экзогенные и эндогенные.
Используемые в качестве доноров электронов неорганические соединения различаются окислительно-восстановительными потенциалами. [В тех случааях , когда место включения электронов с окисляемого субстрата находится ниже энергетическго уровня, на котором образуется НАД-H2. Работает система обратного переноса электронов, т.е. «Лифт», поднимающий электроны по дыхательной цепочке в сторону более отрицательного потенциала, необходимого для восстановления молекул HAД^+.
_______________________________________________________
Брожение- это такой тип хемоорганотрофии, когда энергия ассимилируется путем фосфорилирования АДФ на уровне субстрата при окислении последнего цитозольными дегидрогеназами, причем электроны передаются энлгенному или экзогенному (не)органическому акцептору, который превращается в специфический побочный продукт! Разнообраие типов брожения:маслянокислое и ацетонобутиловое, уксуснокислое, спиртовое, глицериновое, молочнокислое, муравьинокислое;
При брожении энергия первично ассимилируется в форме АТФ. В отличие от этого при дыхании энергия первично ассимилируется в форме протонно-движующей силы(pmf).Затем она используется вторичными транспортерами и двигательными системами, а также преобразуется в химический потенциал АТФ.
Дыхание –это такой тип хемотрофии, когда энергия ассимилируется в форме протоно-движующей силы(Pmf) или \и натриев-движущей силы(smf) при переносе электронов по электрон-транспортной цепи от субстрата, частично или полностью окисляемого с помощью растворимых или мембраносвязанных дегидрогеназ, на экзогенный или эндогенный акцептор.
Значение.
Углеродная автотрофия находится в эпицентре субстратного питания. От способности синтезировать органические вещества(которые непосредственно используются в качестве строительного материала или запасаются для целей энергетического и\или конструктивного метаболизма) зависят биоразнообразие, численность и, в конечном счете, глобальная роль углеродных автотрофов. В отличие от таких процессов, как фотосинтез и хемосинтез, обеспечивающих прокариотам независимость от экзогенных органических субстратов, углеродная автотрофия парадоксально сочетает в себе «самостоятельность» с «неполноценностью». Облигатные углеродные автотрофы по той или иной причине не способны использовать экзогенные органические субстраты или же отравляются продуктами их катаболизма. Такой дефект у них генетически детерминирован(определен).
Принцип:углеродная автотрофия основана на системе взаимосвязанных анаболических реакций.Осуществляется при помощи разных механизмов. Вначале С1-блок ковалентно соединяется с органическим акцептором или другим С1-блоком, чаще-ферментативным путём.
Уникальный метановый метаболизм архей:
СO2+4H2=>CH4+2H2O.Облигатные анаэробы, разрущающиеся под действием кислорода.
Диоксид углерода(со2) – субстрат,превращающийся в СH4.Водород же – восстановитель(донор).Описание смотри в соответсвующем вопросе.
Распространение: самым распространенным является цикл Кельвина-Бенсона-Бэссема. За ним с большим отрывом следуют циклы Квайла, O’Коннора-Хэнсона и Ивенса-Бьюкенена-Эрнона. Самый редкий – цикл Фукса-Холо.
Углеродные автотрофы расположены в основании пищевой пирамиды. Proteobacteria, Actinobacteria, Aquifex
15. Ассимиляция азота в составе N2 (= фиксация азота, диазотрофия) - принцип,
Распространение, значение.
Вступление: Азот принадлежит к числу незаменимых биогенных элементов. Он входит в универсально распространенные макромолекулы- нуклеиновые кислоты и белки.Все живые организмы подразделяются на азотных гетеротрофов и азотных автотрофов. Первые – получают связанный азот в составе органических веществ или простых минеральных ионов – аммония(Nh4^+) и нитрата(NO3^-). Вторые обладают способностью самостоятельно превращать молекулярный азот(N2) в аммоний, а затем путем аминирования внедрять его в скелет органических молекул. Такой процесс известен , как «азотная автотрофия» или «диазотрофия».
Значение «Диазотрофов»: инертный азот, поступающий в атмосферу при дыхательной денитрификации, возвращается в биологический круговорот.
Описании: как мы помним с уроков химии, молекула азота обладает прочной тройной связью(N=N). Химическая связь – потенциальная яма. Поэтому разрыв связи происходит в очень жесткой физико-химической среде.Молекулярный азот восстанавливается(N2 =>2NH3) в ферментативном процессе в мягких физиологических условиях с использованием специфичных ферментов-нитрогеназ.N2-аза = фермент, обеспечивающий «мост» между рганической и неорганической формой! Является ключевым ферментом диазотрофии(чаще всего её гены расположены на хромосоме)Нитрогеназа имеет консервативную структуру и универсально чувствительна по отношению к кислороду. (распадается при его доступе) Кластернитрогеназы построен и чередующихся атомов металлов, таких как молибден, ванадий и железо, а также сера). При действии молибден-нитрогеназы(Mo-нитрогеназы) в оптимальных условиях на образование из молекулы азота двух молекул аммиака расходуется шесть «Низкопотенциальных» электронов и 16 молекул магниевых солей(энергия в виде MgATФ). Причем обязательным побочным продуктом становится молекула водорода. Уравнение реакции: N2+16MgАТФ+6e+2H^+=>2NH4^+ +16АДФ(опять же соль магния)+ 16 Ф неорган.+H2(улетучивается)
Необходима защита нитрогеназы – надо убирать O2(активо дышать): 1.контроль диффузии кислорода(направлен на уменьшение парциального давления кислорода с помощью барьера на пути его проникновения в клетку из окружающей среды(толстая капсула, как вариант).Выделяют также и другие способы защиты:физиологическая защита(уменьшение концентраций кислорода и\или ROS), усиление аэробного дыхания(что позволяет одновременно решить 2 задачи: - связывание кислорода и ассимиляция большей энергии, необходимой для восстановления азота).
16. Дайте определение биоэнергетическому механизму под названием «дыхание»;
Применении брожений.
Зачастую утверждают, что главное отличие дыхания от брожения связано с поглощением кислорода.Справедливо лишь для растений и большинства животных.В действительности коренное различие между брожением и дыханием заключается не в типе акцептора электронов, а в способе ассимиляции энергии.
Дыхание –это такой тип хемотрофии, когда энергия ассимилируется в форме протоно-движующей силы(Pmf) или \и натрийдвижущей силы(smf) при переносе электронов по электрон-транспортной цепи от субстрата, частично или полностью окисляемого с помощью растворимых или мембраносвязанных дегидрогеназ, на экзогенный или эндогенный акцептор.
При брожении энергия первично ассимилируется в форме АТФ. В отличие от этого при дыхании энергия первично ассимилируется в форме протонно-движующей силы(pmf).Затем она используется вторичными транспортерами и двигательными системами, а также преобразуется в химический потенциал АТФ.
17. Охарактеризуйте глобальную роль прокариотов в плане: а) биологической эволюции;
б) общего числа особей; в) суммарной биомассы; г) круговорота и накопления
биогенных элементов; д) положения в пищевых цепях; е) участия в преобразовании
Археи, образующие метан.
Фила AIIEuryarchaeota
Класс IMethanobacteria
Назван по типовому роду Methanovacterium(aнгл. Methane – метан и греч.bacteria – палка, «метаногенная палочка»). Все представители класса являются облигатными анаэробами, все способны к хемолитоавтотрофии, а некоторые – к диазтрофии. При дыхании в качестве специфического побочного продукта образуби метан, т.е. это метаногенные археи.
Уравнение реакции: CO2+4H2->CH4+2H2O
Уникальный по своей природе процесс, иеет огромное значение(важнейший субстрат).Экологические ниши: рисовые поля, пищ.тракты травоядных и т.д. Встечаются в симбиозах(в нашей ротовой полости, эндосимбионты).
СO2 – субстрат, превращаемый в метан. Водород – восстановитель(донор).
1)СO2+3H2+CoMSH=>CoM-S-CH3+2H2O(Образовался КоЭнзим-М-метан)
2)СoM-S-CH3 + CoB-SH=>CH4+CoM-S-S-CoB (происходит процесс деметивирование!). Коэнзин В – схож с коэмзином-M, только 7С – кислота. Образовавшийся в ходе реакции CoM-S-S-CoB–гетеродисульфид, то есть это и есть волшебный акцептор электронов.Весь этот процесс(стадия 2) = гетеродисульфидное дыхание.
3)собственно дыхательный процесс: СoM-S-S-CoB+H2(остав) = происходит на CM= CoBSH + СoMSH(и дельта мю)! То есть эта мембрана с помощью переносчиков переносит водород на гетеродисульфид, образуется CoMSH и СoBSH(и образуется электронный градиент)
Процесс уникальный по своей природе!Таким образом мы «вышли из игры». То есть мы сами себе синтезируем акцептор(мы перестали конкурировать).
Фила AII Euryarchaeota
Класс III: Halobacteria
Все представители этого класса требуют для своего роста хлорид натрия или гипокорбонат натрия(NaHCO3), в концентрации не меньше 1,5 М. Большинство из них лизируется в обессоленной воде(т.е. это облигатные экстремально галофильные археи.
Метаболизм: хемоорганогетеротрофы, окисляют аминокислоты или углеводы за счет аэробного или анаэробного(нитратного или фумаратного) дыхания.Распространены везде, где накапливается соль. В соленых озерах(в том числе содовых) и так далее.
ФилаAIIEuryarchaeota
КлассIVThermoplasmata
Назван по типовому роду(термо=жар, плазма = лепная фигура). Оптимально растут при 50-60 градусах цельсия и при рН 0-2(при рН выше 5-7 происходит лизис), т.е. это облигатные экстремально мермоацидофильные археи. Thermoplasmaacidophilum. Высокая пластичность формы, отсутствие клеточной стенки. Остюда соответствующие название – плазма. Удивительный набор форм: гантели, изогнутые линии и т.д.Посколько существует внутреннее осмотическое давление, то, как логично предположить,существуют в среде с повышенным осмотическм давлением(стремление уровнять). Обитают в терриконах(отвалы угольных шахт), наземных горячих источниках и почвах вулканических полей(термоисточники Японии).
Как размножаются бактерии?
Сперва стоит сказать о бактериальной хромосоме и о механизме распределения бактериальных хромосом.
Для подавляюшего большинства прокариот характерно бинарное поперечное деление, приводящее к образованию двух одинаковых дочерних клеток. Деление путем образования перегородки. 2 способ – перетяжка(по талии), осуществляется с помощью белка клеточного деления( =тубулин), кольцо клеточного деления стягивается по экватору и мембраны как бы скручиваются.Можно рассматривать почкование ,как разноразмерное деление. Выросты клетки, служащие органеллами для такого деления – простеки.
Охарактеризуйте).
Фила BVI Chloroflexi
Названа по типовому роду Chloroflexus(греч. Chloros – зеленый, и лат. Flexus– изгиб). По результатам филогенетического анализа, это одна из самых архаичных ветвей эволюционного древа бактерий. Входит единсветнный класс – хлорофлекси. Отрицательно окрашиваются по Граму.По фрагментарным данным 1980-1990-х годов, липополисахариды(длинные, разветлвенные цепочки полисахаридов) и наружняя мембрана отсутствует. Облигатные ли факультативные фототрофы с реакционным центром (RCII-типа: P680, как я понимаю), который содердит бактериохлорофилл а!Термофилы с оптиумом роста 52-60*С. Оптималный рН 7,6-8,5! Термофильные представители относятся к космополитам.
2) Фила BXIChlorobi (аноксигенные фототрофные зеленые одноклеточные бактерии).
Название по типовому роду Chlorobium(зеленый, жизнь). Обладает грамотрицательным морфотипом. Сферические, овоидные, а также палочковидные(прямые или искривленные) клетки. Одиночные, в цепочках или трехмерные агрегаты. Деление бинарное или тройное. Облигатные фототрофы с реакционным центром RCI-типа(P700), в который входит бактериохлорофилл а! основной светособирающий комплекс представлен хлоросомой и содержит бактериохлофилл с, д, или е!Некоторые представители способны к диазотрофии. Облигатные анаэробы. Микроорганизмы, развивающиеся при низкой интенсивности света в зоне хемоклина при низком содержании O2и высоком содержании S^2-. Распространенны в планктоне или в илах пресных и солоноватых водоемов на суше, а также в морской воде.
3) Фила BXIIProteobacteria(название от имени древнегреческого божества Протея, которому приписывали способностьб принимать любые обличья. Самая крупная бактериальная фила(404 рода), содержащая очень богатый ассортимент фенотипов. Среди протеобактерий не обнаружен только объекты: с грамположительным морфотипом, лишенные клеточной стенки, обладающие оксигенным фотосинтетическим аппаратом, образующие эндоспоры.Встречаются все варианты энергнетического и конструктивного метаболизма. Могут образовывать многоклеточные агрегаты и дифференцированные клетки(цисты). Могут адаптироваться и к умеренным, и к экстремальным условиям окружающей среды. За счет исключительно широкой «коллективной» нормы реакции генотипа представители этой филы занимают большинств ниш, пригодных для жизни бактерий.Играют одну из главных ролей в циклах биогенных элементов. Фила состоит из пяти сильно дивергировавших филогенетических классов. Имеют большое значение в биотезнологии. Могут приносить вред человеку, животным и растениям.
Фила BXIII Firmicutes
Название по латыни буквально означает «толстокожие», т.е. это бактерии, имеющие тостую клеточную стенку. Гиббонс и Мюррей. Большинство предстаивтелей обладают грамположительным морфотипом. Некоторые из них способны образовывать уникальные дифференцированные клетки – эндоспоры. Очень крупная фила. Среди родов нельзя найти лишь: обладающих оксигенным фотосинтетическим аппаратом, содержашие ICM, образующие простеки и размножающихся почованием.Встречаются все варианты энергетического и конструктивного метаболизма. Могут образовывать многоклеточные агрегаты и дифференцированные клетки(эндоспоры). Они могут адаптироваться и к умеренным, и к экстремальным условиям окружающей среды. За счет исключительно широкой «коллективной» нормы реакции генотипа представители филы занимают большинство ниш. Играют одну из основных ролей в биосфере. Используются в биотехзнологии(молочнокислые бактерии из пор. Лактобациллалес).Являются патогенами человека, животных и растений.
Фила BXIX Acidobacteria
Названа по типовому родуAcidobacter (лат. Acidus – кислый и греч. Bacteria - палка). В основном некультивирумеые формы, согласно результатам анализа природной ДНК, распространены исключительно широко.Обладают грамотрицательным морфотипом. Палочки(одиночные, в парах или цепочках) диаметром 0,1-0,8. Делятся перетяжкой, бинарно-эквивалентно. Лишены подвижности или плавают при помощи перитрихальных жгутиков(по всей боковой поверхности). Иногда образуют капсулы. Хемоорганогетеротрофы. При дыханиисубстратами служат крахмал, сахара, органические кислоты или ароматические соединения, которые полностью окисляются до СO2.Облигатные аэробы или облигатные анаэробы. Умеренные ацидофиллы, оптимум кислотности – 3-6!
Практическая роль).
Объясните, почему живые организмы имеют клеточное строение, и назовите основные компоненты живой клетки.
O1: Клетка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.Для осуществления всех вышеуказанных процессов необходимо отделение содержимого «живой клетки» от содержимого окружающей среды. Необходимость осуществления специфичных процессов. Роль ограничителя выполняет ограничевающая мембрана(мембрана=пергамент=пленка, полупроницаемый разделитель сред).