6 Пластический обмен. Биосинтез белка. Роль ядра, рибосом и эндоплазматической сети в этом процессе. Матричный характер реакций биосинтеза.
1. Пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии. Синтез белков из аминокислот, жиров из глицерина и жирных кислот — примеры биосинтеза в клетке.
2. Значение пластического обмена: обеспечение клетки строительным материалом для создания клеточных структур; органическими веществами, которые используются в энергетическом обмене.
3. Фотосинтез и биосинтез белков — примеры пластического обмена. Роль ядра, рибосом, эндоплазматической сети в биосинтезе белка. Ферментативный характер реакций биосинтеза, участие в нем разнообразных ферментов. Молекулы АТФ — источник энергии для биосинтеза.
4. Матричный характер реакций синтеза белков и нуклеиновых кислот в клетке. Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК — матричная основа для расположения нуклеотидов в молекуле иРНК, а последовательность нуклеотидов в молекуле иРНК — матричная основа для расположения аминокислот в молекуле белка в определенном порядке.
5. Этапы биосинтеза белка:
1) транскрипция — переписывание в ядре информации о структуре белка с ДНК на иРНК. Значение дополнительности азотистых оснований в этом процессе. Молекула иРНК — копия одного гена, содержащего информацию о структуре одного белка. Генетический код — последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, которая определяет последовательность аминокислот в молекуле белка. Кодирование аминокислот триплетами — тремя рядом расположенными нуклеотидами;
2) перемещение иРНК из ядра к рибосоме, нанизывание рибосом на иРНК. Расположение в месте контакта иРНК и рибосомы двух триплетов, к одному из которых подходит тРНК с аминокислотой. Дополнительность нуклеотидов иРНК и тРНК — основа взаимодействия аминокислот. Передвижение рибосомы на новый участок иРНК, содержащий два триплета, и повторение всех процессов: доставка новых аминокислот, их соединение с фрагментом молекулы белка. Движение рибосомы до конца иРНК и завершение синтеза всей молекулы белка.
6. Высокая скорость реакций биосинтеза белка в клетке. Согласованность процессов в ядре, цитоплазме, рибосомах — доказательство целостности клетки. Сходство процесса биосинтеза белка в клетках растений, животных и др. — доказательство их родства, единства органического мира.
Б) Стадии онтогенеза
Насекомое проходит в своем онтогенезе 4 стадии: прото-, поли-, олиго- и постолигоподиальные, но выходить из яйца может на любой из них. Чем раньше он происходит, тем сильнее различие между личинкой и имаго и тем глубже метаморфоз. Личинок Holometabola можно считать соответствующим поли- или олигоподиальной стадии эмбриогенеза Hemimetabola, а куколку отвечает личинке Hemimetabola.
Характерной стадией полного превращения является куколка. Она неподвижна, не питается и не выделяет экскрементов, дышит и по своему внешнему строению ближе к имаго, чем к личинке. Перед окуклением в организме личинки происходят специфические изменения, особую роль в которых играют имагинальные диски. Это - зачатки тех органов, которые появляются заново при окуклении или сильно видоизменяются. Они развиваются постепенно и задолго до окукления. Имагинальные диски - это участки гиподермы, состоящие из клеток, сохранивших эмбриональный характер, то есть они не дифференцированы и способны к интенсивному размножению. Например, по длине конечности располагаются несколько кольцевых зон, в которых происходит рост. В процессе метаморфоза изменениям подвергаются и внутренние органы. Кишечник гусеницы, имеющий форму прямой широкой трубки, на стадии имаго имеет извилистую заднюю кишку, появляется пищевой резервуар. В нервной системе происходит концентрация: головные и грудные ганглии увеличиваются, грудные сближаются благодаря укорочению груди. То, что происходит при метаморфозе с внутренними органами, состоит из 2 процессов: разрушения части органов личинки и замещение их другими. В первом процессе основную роль играют фагоцитоз и гистолиз, во второй - гистогенез и развитие имагинальных дисков.
Гистолиз - это разрушение ткани под влиянием определенного биохимического агента. У примитивных форм он ограничен, у высших достигает высокой степени: значительная часть личиночных органов распадается. Очень сильно гистолиз выражен в наружных покровах, мускулатуре, пищеварительном канале, прядильных железах и жировом теле, тогда как нервную и кровеносную систему он затрагивает значительно меньше. При гистолизе имеет место фагоцитоз: гематоциты проникают в уничтожаемые органы, заглатывают кусочки тканей и клеток и выводят их в кровь в виде зернистых шариков. Таким образом материал разрушаемых органов утилизируется для построения новых.
Мускулатура в связи с сильным развитием конечностей и крыльев может подвергаться значительным изменениям; имагинальные диски часто содержат миобласты, которые дают начало новым мышцам. Значительные изменения протекают и в кишечнике, однако роль фагоцитов здесь невелика. Слюнные железы подвергаются полному фагоцитозу, а железы имаго возникают из двух имагинальных дисков, лежащих в начале протоков. Главным резервом питательных веществ при метаморфозе является жировое тело. Дыхательная система также подвергается сильным изменениям. кровеносная система сильным изменениям не подвергается, так как ее функционирование необходимо для самого процесса метаморфоза. Стадии эмбрионального развития (на примере ланцетника):
Дробление - многократное деление зиготы путем митоза. Образование бластулы - многоклеточного зародыша.
Гасптруляция - образование двухслойного зародыша - гаструлы с наружным слоем клеток (эктодермой) и внутренним, выстилающим полость (эктодермой). У многоклеточных животных часто вслед за образованием двухслойного зародыша, возникает третий зародышевый слой - мезодерма, который находится между экто-и энтодермой. Зародыш становится трехслойным. Сущность процесса гаструляции заключается а перемещении клеточных масс. Клетки зародыша практически не делятся и не растут. Появляются первый признаки дифференцировки клеток.
Органогенез - образование комплекса осевых органов: нервной трубки, хорды, кишечной трубки, мезодермальных сомеитов. Дальнейшая дифференцировка клеток приводит к возникновению многочисленных производных зародышевых листков - органов и тканей. Из эктодермы формируются: нервная система, кожа, органы зрения и слуха. Из энтодермы формируются: кишечник, легкие, печень, поджелудочная железа. Из мезодермы - хорда, скелет, мышцы, почки, кровеносная и лимфатическая системы.
В ходе органогенеза одни зачатки влияют на развитие других зачатков (эмбриональная индукция). Взаимодействие частей зародыша является основой его целостности. В период эмбрионального развития зародыш очень чувствителен к влиянию факторов среды. Такие вредные воздействия, как алкоголь, табак, наркотики, могут нарушить ход развития и привести к различным уродствам.
Постэмбриональное или послезародышевое развитие начинается с момента рождения или выхода из яйцевых оболочек и длится до смерти организма. Оно бывает двух типов: прямое и непрямое.
При прямом развитии родившиеся потомки во всем сходны с взрослыми особями, обитают в той же среде и питаются той же пищей, что обостряет внутривидовую конкуренцию (птицы, пресмыкающиеся, млекопитающие, некоторые насекомые и др.).
При непрямом развитии новый организм появляется на свет в виде личинки, претерпевающей в своем развитии ряд превращений - метаморфозов (амфибии, многие насекомые). Метаморфоз связан с разрушением личиночных органов и возникновением органов, присущих взрослым животным. Например, у головастика в процессе метаморфоза, происходящего под влиянием гормона щитовидной железы, исчезает боковая линия, рассасывается хвост, появляются конечности, развиваются легкие и второй круг кровообращения. Значение метаморфоза:
Личинки могут самостоятельно питаться, расти и накапливать вещества для формирования постоянных органов, обитая в среде, нехарактерной для взрослых особей.
Личинки могут играть важную роль в расселении организмов. Например, личинки двухстворчатых моллюсков.
Разная среда обитания снижает интенсивность внутривидовой борьбы за существование.
Непрямое развитие особей является важным приспособлением, возникшим в ходе эволюции Метаморфоз вызывается изменением гормонального фона личинки. Вероятно, гормон метаморфоза выделяется прилежащим телом, расположенным в голове.