Лекция по общей биологии

Лекция № 9 Тема:  Двумембранные   органеллы   клетки   (митохондрии   и   пластиды). Общее представление об их строении и функциях.   Базовые   понятия   и   термины:  пластиды,   хлоропласты,   хромопласты, лейкопласты,   фотосинтез,   матрикс,   тилакоиды,   граны,   строма,   ламели, прокариотические рибосомы. План лекции: 1. Строение и функции митохондрий. 2. Пластиды, их функции и строение. Содержание лекции: 1.Строение и функции митохондрий. Митохондрии  ­ это двумембранные органеллы, которые могут иметь   форму   гранул,   палочек   или   нитей.   Мембраны   митохондрий называют   внешней   и   внутренней.   Внутренняя   мембрана   образует выросты   ­   кристы.   Внутренняя   среда   митохондрий   называется матриксом. В митохондриях  есть две полости. Первая из них ­ это между   мембранное   пространство,   расположенное   между   внешней мембраной и заполнена матриксом. В клетке может быть от нескольких штук до нескольких тысяч митохондрий.   Главная   задача   митохондрий   ­   обеспечение   клеток энергией.   Новые   митохондрии   в   клетке   образуются   путем   деления старых.   Для   обеспечения   деятельности   митохондрий   они   имеют собственную   ДНК   в   форме   кольцевых   молекул   и   рибосомы прокариотического типа. Энергия   в   митохондрии   производится   в   результате   процесса биологического   окисления.   В   митохондриях   растений   окисляются органические   вещества,   синтезируемые   самим   растением. Митохондрии   животных   и   грибов   окисляют   органические   вещества, которые организм получает в результате питания, хотя и собственные белки   этих   групп   организмов   также   могут   расщепляться   в митохондриях. В результате гликолиза (это первый этап высвобождения энергии из   глюкозы),   который   происходит   в   цитозоле,   образуются трикарбоновые   соединения.   Эти   соединения   транспортируются   из цитозоля в матрикс митохондрии, где и происходит их окисление до углекислого газа и воды с помощью ферментов. Окисление происходит ступенчато,   и   на   каждом   его   этапе   выделяется   энергия   в   виде электронов   и   протонов.   Протоны   увлекаются   молекулами­ переносчиками   и   накапливаются   в   межмембранном   пространстве,   а электроны остаются на внутренней стороне мембраны. Накопленные по   разные   стороны   мембраны   частицы   с   различными   зарядами используются   клеткой   для   синтеза   АТФ   из   АДФ   и   фосфорной кислоты.   При   этом,   за   счет   энергии   электронов,   которые перемещаются   по   внутренней   мембране,   происходит   изменение конформации белков АТФ­синтетазных   комплексов, в которых при этом открывается канал для протонов. Общая формула процесса окисления трикарбоновых соединений АДФ выглядит так:     2С3Н603 + 602 + 36АДФ + 36Н3Р04 = 36АТФ + 6С02 + 42Н20   В   ходе   световой   фазы   сначала   кванты   света   улавливаются пигментом   хлорофиллом,   который   расположен   на   мембранах тилакоидов.   Энергия   квантов   переходит   к   электронам,   которые увлекаются   молекулами­переносчиками.   Энергия   этих   электронов используется в тилакоидах для синтеза АТФ. Потерянные электроны заменяются электронами из атомов водорода молекул воды, которые под действием света в результате фотолиза распадаются на водород и кислород. Освобожденные атомы кислорода взаимодействуют между собой   и   образуют   молекулы   кислорода,   которые   выделяется   как побочный   продукт   реакции.   Образующиеся   же   в   результате   отрыва электрона   от   атомов   водорода   протоны   подхватываются   другими молекулами­переносчиками.   Это   молекулы   динуклеотидов, сокращенное название которых НАДФ. Присоединяя к себе протоны, они становятся аккумуляторами химической энергии (НАДФ * Н2) и могут использоваться в восстановительных процессах.  В темновой фазе фотосинтеза за счет энергии НАДФ * Н2 и АТФ, образовавшихся во  время  световой  фазы  из  углекислого  газа, образуются   молекулы   глюкозы.   Совокупность   реакций,   которые задействованы в этом процессе, называется циклом Кальвина.  2. Пластиды, их функции и строение. Пластиды  является двумембранными органеллами. Их форма может   быть   очень   разнообразной.   Выделяют  три   основных   типа пластид  ­ хлоропласты (зеленые), хромопласты (красные, оранжевые или желтые) и лейкопласты (бесцветные). Мембраны пластид называют внешней и внутренней.  Внутренняя мембрана митохондрий образует выросты ­  ламели. Ламели могут образовывать отдельные замкнутые мешочки   ­  тилакоиды.  Тилакоиды   могут   объединяться   в   группы   ­ граны,  которые   соединяются   между   собой   с   помощью  ламелей. Внутренняя среда пластид называется  стромой. Как и митохондрии, пластиды   имеют   собственную   ДНК   в   форме   кольцевых   молекул   и рибосомы прокариотических типа. Размножаются они путем деления. В   некоторых   случаях   пластиды   одного   типа   могут   превращаться   в другой. Например, во время пожелтения листьев осенью хлоропласты превращаются в хромопласты. Эти органеллы выполняют разные  функции.  В них могут накапливаться запасные питательные вещества. С помощью различных пластид   растения   обеспечивают   окраски   отдельных   своих   частей   в разный   цвет.   Но   основной   функцией   является   осуществление фотосинтеза.   Эту   функцию   выполняют   хлоропласты.   В   результате фотосинтеза из углекислого газа и воды с помощью солнечной энергии образуются углеводы. Этот процесс состоит из двух основных фаз ­ световой и темневой.  В   ходе световой   фазы  сначала   кванты   света   улавливаются   пигментом хлорофиллом, который расположен на мембранах тилакоидов. Энергия квантов   переходит   к   электронам,   которые   увлекаются   молекулами­ переносчиками. Энергия этих электронов используется в тилакоидах для синтеза АТФ. Утраченные электроны заменяются электронами из атомов   водорода   молекул   воды,   которые   под   действием   света   в результате   фотолиза   распадаются   на   водород   и   кислород. Освобожденные   атомы   кислорода   взаимодействуют   между   собой   и образуют   молекулы   кислорода,   выделяется   как   побочный   продукт реакции. Образующиеся же в результате отрыва электрона от атомов водорода   протоны   подхватываются   другими   молекулами­ переносчиками.   Это   молекулы   динуклеотида,   сокращенное   название которых   НАДФ.   Присоединяя   к   себе   протоны,   они   становятся аккумуляторами   химической   энергии   (НАДФ   •   Н2)   и   могут использоваться в восстановительных процессах        2Н20 + 2НАДФ + ЗАДФ + ЗН3Р0 = 2НАФН +2 Н + + ЗАТФ +02    В  темновой   фазе  фотосинтеза   за   счет   энергии   НАДФ   –   Н2  и   АТФ, образовавшихся при световой фазе из углекислого газа, образуются молекулы глюкозы.  Совокупность   реакций,  которые   задействованы   в  этом   процессе, называется циклом Кальвина. 6С02 +12 НАДФН +12 Н +18 АТФ = С6Н120H +6 Н20 +12 НАДФ +18 АДФ +18 НзР04     Суммарное уравнение фотосинтеза: 6С02 +12 Н20 = С6Н120H Контроль знаний и умений:  Дать ответы на вопросы:               1.Какие особенности строения имеют митохондрии?                       2. Какие функции выполняют митохондрии? 3.Какие особенности строения имеют хлоропласты?                                             4.Как функции выполняют пластиды?                                                                     5.Какие особенности строения хлоропласта позволяют ему эффективно    выполнять свои функции? Домашнее задание: выучить конспект Лек. № 9, проработать Л. 1 стр.  48­50, 58­71. Творческое задание: подготовить сообщения:  1. Митохондрии   как   энергетические   станции   клеток.   Стадии энергетического обмена в различных частях митохондрий.  . Строение и функции рибосом и их роль в биосинтезе белка. 2.