Лекція 2. Будова, організація та еволюція клітини
Мета лекції – Сформувати знання будови й життєдіяльності клітини як найпоширенішої одиниці організації життя.
Задачі лекції:
1. Ознайомити студентів з доклітинними формами життя.
2. Охарактеризувати організацію прокаріотичної клітини.
3. Охарактеризувати організацію еукаріотичної клітини як похідного утворення від прокаріотичних клітин.
4. Обґрунтувати відмінності в будові й організації клітин прокаріот і еукаріот.
Питання лекції:
1. Доклітинні життєві форми. Сучасні доклітинні біонти (Імперія Доклітинних).
2. Організація та життєдіяльність прокаріотичної клітини:
а) будова та життєдіяльність прокаріотичної клітини;
б) розмноження прокаріотичних клітин;
в) розмаїття біонтів прокаріотичного рівня організації (Царства Монери).
3. Організація та життєдіяльність еукаріотичної клітини:
а) будова еукаріотичної клітини;
б) обмін речовин в еукаріотичній клітині;
в) розмноження еукаріотичних клітин;
в) розмаїття біонтів еукаріотичного рівня організації (Царства Протисти).
4. Загальні відмінності в організації та в будові еукаріотичної та прокаріотичної клітини. Еволюційні зв’язки між прокаріотами та еукаріотами.
1. Доклітинні життєві форми. Сучасні доклітинні біонти (Імперія Доклітинних)
Зародження життя на Землі починалося зі створення доклітинних форм. Решта сучасних форм, що в подальшому виникли на їхній основі, відноситься до Імперії Клітинних. Першими кроками на шляху формування життя були:
1) створення напівпроникної мембрани, що відокремила внутрішнє середовище від навколишнього, при цьому сприяючи дифузії в різних напрямах потрібних речовин (всередину – споживних речовин, назовні – кінцевих продуктів дисиміляції);
2) набуття здатності контролювати окислювально-відновні реакції обміну всередині тіла;
3) набуття здатності до спадкування властивостей при поділі (розмноженні).
Напівпроникна мембрана складається з двох шарів молекул ліпідів, розташованих одноманітно впритул, зорієнтованих гідрофобними боками («хвостиками») один до одного, а гідрофільними боками («голівками») назовні (рис. 2.1).
Рис. 2.1 – Організація напівпроникної мембрани
Окислювально-відновні реакції можна регулювати («вмикати – вимикати») за допомогою активації або дезактивації ферментів (білків-каталізаторів). Фермент може бути активовано за допомогою коферменту (іншої речовини, не білка), що утворює з ним сполуку та змінює структуру ферменту на таку, що придатна до каталізу.
Спадкування властивостей стало можливим із залученням нуклеїнових кислот та формуванням реакцій матричного синтезу білків.
Звичайно, всі перелічені пристосування були значно простішими за сучасні. В наш час ми можемо спостерігати лише паразитичні форми доклітинних біонтів – віруси, фаги та пріони – що утворилися шляхом спрощення бактерій.
Віруси (від латинської virus – отрута) – неклітинні форми життя, здатні проникати в певні живі клітини й розмножуватися тільки всередині цих клітин. Віруси мають власний генетичний апарат (ДНК або РНК), що може бути оточений капсулою (рис. 2.2) який кодує синтез вірусних частинок із біохімічних попередників, що знаходяться в клітині-господарі; при цьому використовуються біосинтетичні й енергетичні системи цієї клітини. Поза клітинами господаря вірусна частинка не проявляє ніяких ознак життя: не живиться, не дихає, не росте, не розмножується. Проте, проникнувши в клітину, вірус «підпорядковує» її собі, примушує виробляти нові вірусні частинки, це приводить клітину до загибелі, а вірусні частинки, що звільнилися, заражають нові клітини.
Рис. 2.2 – Будова вірусу герпеса:
1 – нуклеокапсид,
2 – тегмент,
3 – геном (ДНК),
4 – оболонка (мембрана),
5 – глікопротеїновий комплекс I,
6 – глікопротеїновий комплекс III.
Фаги (від давньогрецької φᾰγω - пожираю) – віруси, що вибірково вражають бактеріальні клітини (рис. 2.3). Найчастіше бактеріофаги розмножуються всередині бактерій і викликають їхній лізис (рис. 2.4). Як правило, бактеріофаг складається з білкової оболонки і генетичного матеріалу (ДНК або, рідше, РНК).
Рис. 2.3. Структура бактеріофага Т2
1) капсоміри, 2) голівка фага, 3) ДНК, 4) відросток, 5) футляр, 6) стрижень, 7) пластинка з розпізнавальними відростками.
Рис. 2.4 – Схема циклу розмноження бактеріофага Т2:
1 – фаги оточили бактерію; 2 – віріон фага прикріплюється до клітини; 3 – в клітину впорскується вірусна ДНК; 4 – капсид фага залишається ззовні бактерії; 5 – синтезуються нові молекули ДНК; 6 – утворюються білкові оболонки фагів; 7 – відбувається збирання нових віріонів; 8 – бактерія руйнується (лізується), і віріони фага виходять назовні
Пріони (від англ. proteinaceous infectious particles – білкові заразні частинки) – особливий клас інфекційних агентів, чисто білкових (тобто таких, що не містять нуклеїнових кислот), що викликають важкі захворювання центральної нервової системи улюдей і ряду вищих тварин (т.зв. «повільні інфекції»).
Пріонний білок має аномальну тривимірну структуру і здатний прямо каталізувати структурне перетворення гомологічного йому нормального клітинного білка в собі подібний (пріонний), приєднуючись до білка-мішені і змінюючи його конформацію. Як правило, пріонний стан білка характеризується переходом α-спіралей білка в β-складчатість (іншу вторинну структуру).