Зат алмасу қарқыны
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
3 деңгейлі СМЖ құжаты
ПОӘК
ПОӘК
042-18-9. 1.16 - 2016
ПОӘК
Биотехнология нысандары пәнінен оқу-әдістемелік материалдар
№1 басылым
08.09.2016 ж
5В070100 Биотехнология мамандығының студенттеріне арналған Биотехнология нысандары
пәнінен ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР
Семей 2016
Модуль 1 Клеткалар топтасуы мен прокариоттық және эукариоттық ағзалардың меоболизмінің құрылымды - функционалдық ерекшеліктері
Дәріс 1.Пәнге кіріспе. Прокариоттар мен эукариоттар. Прокариотты және эукариотты микроорганизмдер клеткаларының топтасуындағы негізгі айырмашылықтар.
Эукариоттар және прокариоттар
Жасушалық құрылысы бар тірі ағзалардың барлығы ядросыздар (прокариоттар) және ядролылар (эукариоттар) болып екі топқа бөлінеді.
Жасушалық құрылысы ұқсас өсімдіктердің, жануарлардың және саңырауқұлақтардың барлығы эукариоттарға жатады. Сонымен бірге өсімдіктер, жануарлар және саңырауқұлақтар ағзалары жасушаларының аралығында тіршілік әрекеті үдерістерінің құрылысы мен физиологиялық ерекшеліктерінде айырмашылық бар.
Өсімдіктер жасушасына пластидтердің, ірі вакуольдің және жасунықтан тұратын жасуша қабығы болуы тән қасиет. Өсімдік жасушаларындағы қор заттары крахмал болып есептеледі.
Саңырауқұлақтар жасушаларының қабырғасы хитиннен түзілген, пластидтері болмайды. Қорға жиналған зат - гликоген.
Жануарлардың жасушаларында жасуша қабырғасы тығыз болмайды, пластид және нағыз вакуоль жоқ. Жануарлар жасушаларында да көмірсулар қоры - гликоген.
Бактериялар, олардың ішінде цианобактериялар прокариоттарға жатады. Эукариоттардан айырмашылығы - бактерия жасушаларында толық жаратылған ядролар жоқ, онда сақиналы ДНҚ-ның тек бір молекуласы ғана болады. Оны жарғақша қоршамайды, сондықтан тікелей цитоплазмада жатады. Бактерия жасушасының қасиеттері туралы ақпараттардың барлығы сонда жазылады. Прокариот цитоплазмасында ұсақ, қарапайым құрылысты рибосомалар болады. Прокариот жасушаларында митохондриялар мен хлоропластар жоқ, олардың рөлін арнаулы жарғақша қатпарлары атқарады. Прокариот жасушасы қоршаған ортаны қолайсыз жағдайлардан қорғайтын жасуша қабығымен немесе сілемейлі қалташамен қорғалған плазмалы жарғақша каптайды
Прокариоттар
Прокариоттар -- Прокариоттарға микроорганизмдер мен көк-жасыл балдырлар жатады. Прокариоттардың мөлшері өте кішкентай, ұзындығы 1 -- 10 мкм. Прокариоттардың эукариоттардан айырмашылығы -- олардың айқындалған органоидтері, яғни эндоплазмалық торы, Гольджи жиынтығы, митохондриялары болмайды. Жануарлардың және өсімдіктердің жасушаларында жаксы айқындалған түйіршіктер болады. Олар -- нәруыз, май және гликоген сияқты қор заттарынан тұрады. Прокариоттың эукариоттан негізгі айырмашылығы -- онда қалыптаскан ядросы және хромосомалары болмайды. Прокариот ДНҚ-сының эукариот ДНҚ-сынан айырмашылығы -- мұнда ДНҚ-ның сыртын нәруыздар қаптап тұрмайды және пішіні сақина тәріздес болып келеді. Прокариот жасушаларында мембрана құрылымы болады, олар микроорганизмдердің энергетикалық процестеріне қатысады. Мысалы, көк-жасыл балдырлардың мембрана құрылымында хлорофилл болады және олар фотосинтез процесін жүзеге асырады.
Кейбір микроорганизмдерде мембрана құрылымдары аэробты тыныс алу процестеріне катысады. Негізінен, прокариоттар жасушаның жай екіге бөлінуі арқылы көбейеді, яғни аналық жасуша екі жас жасушаға тікелей бөлінеді.
Прокариоттардың маңызы
Ертеде прокариотты организмдер арқылы өте көп жұқпалы аурулар тараған. Көптеген елдерде халыктың аурудан қырылып қалғаны тарихтан белгілі. Олар -- тырысқақ, күйдіргі, оба (әр жануарларда әр түрлі аталады), т.б. аурулар. Қазақстанда осы аурулардың табиғи ошақтары әлі күнге дейін бар. Жұкпалы ауруларға жататын жіңішке ауруы, сарып, іш өту және сүзек сиякты ауру түрлері адамдар үшін қазір де қауіпті. Көптеген ішек ауруларын прокариоттар тудырады.
Асқазан, тоқ ішек жаралары және қарындағы ісік, карып асты безінің ісік аурулары -- хеликобактер пилориум микроорганизмі арқылы таралады. Аурулардың осы микроорганизмдер арқылы тарайтынын 1983 жылы Австралия дәрігерлері Б. Дж. Маршал мен Дж. Р. Уоррен ашқан. Б. Маршал осы микроорганизм жасушасының себіндісін (культурасын) ішіп, өзіне тәжірибе жасап көрген. Жарты айдан соң ол гастритпен қатты ауырып, өрең дегенде тетрациклин және Денол дәрісін ішіп жазылған.
Ішек және асқазан аурулары тазалық сақтамаған кезде қол орамал арқылы прокариотты организмдерден жұғады. Сондықтан да қоғамдық орындарға барғанда, қолды сабынмен жақсылап жуған дұрыс және шыбын-шіркей, тарақандардан сақтанған жөн. Қазіргі кезде ғылымның жетістіктеріне байланысты, осы прокариоттар тарататын кауіпті ауруларға қарсы емдеу жұмыстары жақсы жолға қойылған. Прокариоттардың өзінен өндірілетін биологиялық белсенді заттар -- антибиотиктерді пайдаланып емдеу жұмыстары қолға алынды. Бірінші антибиотик пенициллинді өткен ғасырдың 40-жылдарында микробиолог Александр Флеминг ашты.
Микробтардың қатысуымен әр түрлі антибиотиктер, дәрі-дәрмектер, витаминдер және ферменттер алынады. Қазіргі кезде микробиологиялық өндірістер жүздеген миллиард долларға өнімдер шығарады. Прокариоттарды зауыттардың өздерінде тот баспайтын үлкен ыдыс -- ферменттерде есіріп, оларды күнделікті өмірде пайдаланады.
Біздің республикамызда Ақмола облысы Степногор қаласында "Прогресс" атты микробиологиялық зауыт бар. Осы зауыт жылына жүздеген мың тонна витаминделген азық-түліктік үстемелер, аминкышқылдары, инсектицидтер (жөндіктерге карсы ұлы заттар) және микробтан жасалынатын ферменттер шығарады.
1 г топырақтың құрамында 300 млн-нан 2 млрд-қа дейін бактериялар болады. Барлық сыра, шарап, спирт, және техникалык өнімдер (ацетон, сірке қышқылы) шығаратын зауыттар прокариотты организмдерді пайдаланады. Адамзат ертеден-ақ май, ірімшік, әр түрлі сүттен алынатын өнімдерді алу үшін ашытқы бактерияларын пайдаланған. Ұлттык тағамдар мен сусындар үшін (айран, қымыз, шұбат, күрт, т.б.) ашытқы бактерияларын қолданған. Көк-жасыл балдырлар пайдалы прокариоттарға жатады. Олар атмосфералын азотты игеріп, оны нәруыз құрамына байланыстырады.
Көк-жасыл балдырларды топыракты биологиялық азотпен тыңайту үшін қолданады. Мысалы, жапон шаруалары көк-жасыл балдырларды күріш шаруашылығына пайдаланады. Көк-жасыл балдырлар органикалық заттармен ластанған сулы жерде жақсы өсетіндіктен, олар ластанудан тазартудың биоиндикаторы болып саналады.
Эукариоттар
Эндомембранды құрылым және оның бөлшектері
Патшалық
Протисттер
Саңырауқұлақтар
Өсімдіктер
Жануарлар
Эукариоттар (грек. еu - жақсы, толығымен және karyon - ядро) - құрамында ядросы бар организмдер. Этюдға барлық жоғары сатыдағы жануарлар мен өсімдіктер, сондай-ақ бір немесе көп жасушалы балдырлар, саңырауқұлақтар және қарапайымдар жатады. Этюд жасушалары прокариоттармен салыстырғанда күрделі келеді. Этюд жасушалары көптеген ішкі мембраналармен жеке бөліктерге (компартементтерге) бөлінеді. Бұл бөліктерде бір мезгілде бір-біріне тәуелсіз әр түрлі хим. реакциялар жүреді. Бұл жасушаларда ядро мен түрлі органеллалар (митохондрия, рибосома, Гольджи кешені) қызметтері жақсы жіктеледі. Клетка ядросы, митохондриялар, пластидтер цитоплазмадан екі қабат мембрана арқылы шектеледі. Ядрода жасушаның генетик. материалдары (ДНҚ, онымен байланысқан заттар) шоғырланады. Өсімдік жасушаларының хлоропластары негізінен Күн сәулесін сіңіріп, оны фотосинтез нәтижесінде органик. заттардың хим. энергиясына айналдырса, митохондриялар көмірсулар, майлар, белоктар, т.б. органик. қосылыстарды ыдыратып энергия түзеді. Этюд жасушалары цитоплазмасының мембраналық жүйесі (эндоплазмалық тор, Гольджи кешені) - жасуша әрекетін қамтамасыз ететін макромолекулаларды түзіп, жинақтайды. Этюд жасушалары митоз жолымен бөлінеді. Т. Несіпбаев.
Прокариот және эукариот жасушаларының құрылымдық ерекшеліктері.
Қазіргі кезде барлық ағзаларды прокариоттар және эукариоттар деп екіге бөлуге болады. Бұл ұғымдар karion - жаңғақ ядросы деген түсінік беретін грек сөзінен туындаған.
Прокариот ұғымы "ядроға дейінгі", ал эукариот - "жақсы немесе анық ядросы бар" дегенді көрсетеді.
Прокариоттарға көк-жасыл балдырлар, вирустар, актиномицеттер, бактериялар, спирохеттер, микоплазмалар, хламидиялар жатады.
Эукариоттарға - көпшілік балдырлар, саңырауқұлақтар мен қыналар, өсімдік пен жануарлар жатады.
Прокариот клеткаларының эукариот жасушаларынан айырмашылығы - олардың генетикалық материалы - сақиналы ДНҚ құрамына ақуыздар кіретін күрделі хромосомаларға жинақталмаған және де мембранамен қапталмаған. Прокариоттарда белгілі бір қызметтер атқаратын мембраналық құрылымдары болмайды. Бактериялар екіге жай бөліну арқылы көбейеді, сондай-ақ екі клетка арасында генетикалық ақпарат алмастыру түрінде жүретін жыныстық көбеюді байқауға болады. Прокариоттар клеткаларының пішіндеріне сәйкес ұсақ болып келеді. Олардың көлемі шамамен 1-10 мкм.
Прокариот клеткаларының құрылымы мен химиялық құрамдарында өздеріне тән ерекшеліктері болады. Цитоплазмалық мембранадан тыс орналасқан құрылымдары (жасуша қабықшасы, капсула, сілемейлі қап, талшықтар, ворсинкалар) көбінесе беттік құрылымдар деп аталады. Цитоплазмалық мембрана мен цитоплазма протопласт деп аталады.
Эукариот клеткаларының прокариоттардан негізгі ерекшелігі - олар жеке-жеке компартменттерге бөлшектенген, яғни көптеген мембраналық органеллалары болады. Эукариоттардың ақуызбен байланысқан ДНҚ-ы хромосомаларға жинақталып, қос мембранамен қапталған ядрода орналасады.
Эукариот клеткаларының пішіндері прокариоттарға қарағанда ірі келеді.
Құрылысының күрделілігіне қарай клеткаларды екі топқа бөледі: прокариондық (гректің про -- алдымен, карион -- ядро) және эукариондық (эу -- жақсы, карион -- ядро) деп.
Прокариоттарға эубактериялар, көк-жасыл балдырлар, спирохеталар, риккетсиялар және микоплазмалар жатады, қалған барлық организмдердің клеткалары, саңырауқұлақтардың, қарапайымдардың, жануарлар мен өсімдіктердің клеткалары -- эукариондық клеткалар.
Прокариоттардың клеткалары ұсақ болады (0,5-3 мкм). Митохондриялар, хлоропластлар, Гольджи аппараты, лизосомалар сияқты айқын байқалатын мембранамен шектелген органеллалар мен ядролық мембрана болмайды. Прокариоттардың гендік информацияның құрамында эукариондар клеткасының хромосомаларында болатын негізгі белоктар -- гистондар жоқ, тұйық сақина пішінді ДНК-ның қос тізбегінен тұратын бір хромосомада орналасқан. Прокариоттардың ядросында митоздық аппарат пен ядрошықтар жоқ. Прокариондық клеткалар аминқышқылдары мен көмірсуларынан тұратын клеткалық қабырғамен қоршалған. Олардың плазмалық мембранасы мезосомалар деп аталатын цитоплазмаға қарап ойындылар құрайды. Цитоплазманың матриксінде ерігіш белоктардың негізгі массасы, гликолиз процестеріне қатысатын ферменттер, түрлі субстраттарды тотықтыратын ферменттер, белоктардың синтезі барысында аминқышқылдарының активтігін арттыратын ферменттер мен липидтер, полисахаридтер синтезіне қатысатын көптеген ферменттер жүйелері болады. Бұл зонада ДНК-ның молекулалары жатады. Прокариоттардың плазмалық мембранасында немесе оның ішкі бетіндегі өсінділерінде АТФ синтезделуіне әкеліп соғатын, тотықтырып фосфорлауға қатысатын ферменттер жүйесі орналасқан.
Эукариоттардың клеткалары әдетте ірі және құрылымы жағынан прокариоттардың клеткаларына қарағанда, анағұрлым күрделі келеді. Сонымен бірге эукариоттарда жақсы жетілген ішкі мембраналар жүйесі -- эндоплазмалық тор мен Гольджи аппараты, мембраналармен шектелген органеллалар -- ядро, митохондриялар, хлоропластар мен лизосомалар болады. Эукариондық клеткаларға цитоплазманың қозғалысы мен митоздық ұршық және талшықтар сияқты энергияны трансформациялаушы көптеген күрделі жүйелер тән. Эукариондық клеткалардың ядросында ядрошықтар мен хромосомалар болады. Хромосомалары ДНК мен гистондардан тұрады.
Эукариоттардың плазмалық мембранасы сыртқы жағынан прокариоттардікіндей, әсіресе өсімдіктерде айқын байқалатын, клеткалық қабырғаның элементтерімен қапталған. Жануарлар клеткасында клеткалық қабырғаның аналогі мембрананың құрылыстық белоктарының сыртқы бетінде орналасқан гликопротеиндік және полисахаридтік молекулалардың қабаты түрінде болуы мүмкін. Оның атқаратын функциясы иондарды байланыстыру, клетканың шекаралық микроқоршауын құрау және ерекше антигендер мен рецепторлардың рөлін атқару.
Саңырауқұлақтарда клеткалық қабықша хитин мен полисахаридтен тұрады, ал балдырларда, оомицеттерде және жоғары сатыдағы өсімдіктерде клеткалық қабырғаның негізгі компоненті полисахарид -- целлюлоза.
Жануарлар мен өсімдіктер клеткаларының үш негізгі құрылыстық айырмашылықтары бар: 1) жануарлар клеткаларында болатын центриоль жоғары сатыдағы өсімдіктер клеткаларында болмайды; 2) өсімдіктер клеткаларының жануарлар клеткаларынан өзгешелігі цитоплазмасында пластидтер болады; 3) өсімдіктер клеткаларына целлюлозадан тратын қатты клеткалық қабырға тән.
Сыртқы ортадан алынатын энергияның түріне байланысты тірі клеткаларды үлкен екі типке бөлуге болады. Бірінші типтің клеткаларын гетеротрофты клеткалар деп атайды. Бұған жататындар адам организмінің барлық клеткалары мен жоғары сатыдағы жануарлардың клеткалары. Бұл клеткаларға химиялық құрамы күрделі дайын органикалық молекулалардың, атап айтқавда, көмірсулар, белоктар мен майлардың үнемі келіп тұруы қажет.
Гетеротрофты клеткалар энергияны осы күрделі заттарды тотықтыру арқылы алады. Гетеротрофты клеткалар бөлінген осы энергияны өзінің биологиялық функцияларының қажетіне жұмсайды.
Автотрофты немесе фотосинтездеуші клеткалар клеткалардың екінші типін құрайды. Бұған жататындар жасыл өсімдіктердің клеткалары. Фотосинтез процесі кезінде олар күн сәулесінің энергиясын хлорофилл пигментінің көмегімен химиялық энергияға айналдырады және атмосфералық көміртегінің қос тотығынан көміртегін бөліп алып жабайы органикалық молекуланы (глюкозаның молекуласын) түзеді.
Вирустарды құрылысы жағынан клетка деп есептеуге болмайды. Оларда әдеттегі клеткаларда болатын цитоплазма да, органеллалар да жоқ. Вирустарды орыс ботанигі Д. И. Ивановский 1852 жылы ашқан. 1898 жылы голландиялық Бейеринк вирус деген сөзді ойлап шығарған (латынның У деген сөзі). Вирус белоктік қабықшамен қапталған ДНҚ-ның (немесе РНҚ-ның) молекуласынан тұрады. Вирустардың ерекшелігі өз бетінше тіршілік ете алмайды. Вирус көбею үшін қандай да болмасын бір клетканы инфекциялауы керек
Дәріс 2.Прокариот клеткасының сыртқы және ішкі құрылымдары
Негізгі сұрақтар:
1. Клетка - тірі заттың ең кішкене бірлігі.
2. Клеткалардың құрылысы: су, белоктар, липидтер, көмірсу, органикалық
және неорганикалық иондар, АТФ, нуклеин қышқылдары.
3. Клетканынң морфологиясы. Клетка және организм: барлық организмдердің
онтогенезінің негізі - көбею, өсу және клеткалардың жіктелуі.
Протоплазманың құрылысы өте күрделі, оның құрамында көптеген химиялық
элементтер кездеседі. Сутегі, оттегі, азот, кальций, қалий, натрий, магний,
хлор, күкірт.
фосфор, алюминий, темір және тағы басқалар. Олар
клеткалар мен клеткааралық заттардың зат алмасуға қабілетті, тіршілік
әрекеті мен құрылысын сипаттайтын күрделі қосылыстар қүрамына кіреді.
Мүндай қосылыстарға
белоктар, углеводтар және липоидтар жатады. Оларға коса протоплазмада
органикалық емес түздар, еріген су болады.
Белоктар -- протоплазманың негізгі құрамы. Олар клеткадан және клеткасыз
заттардан кұралатын әрбір тірі заттардың функциясы мен құрылысын
белгілейді. Тірі заттардың ерекше белгісі -- үнемі зат алмасу процесі. Зат
алмасудың нәтижесінде тірі заттың химиялық құрамы жаңартылып отырады.
Өзінің химиялық қүрамы жағынан белоктар азот, оттегі және сутегі
қосылыстарынан тұрады. Оларға тәң қасиет азоттың болуы, осының арқасында
белок қосылыстары углеводтардан және майлардан ажыратылады, Көрсетілген
элементтерден басқа белоктардың қүрамында, ал, кейбіреулерінде фосфор
болады. Белоктың затында 50 процент көміртегі, 21,5 -- 23,5 процент 16 -- 17
процент азот, 6,5 -- 7,3 процент сутегі, және ,5' процент күкірт болады.
Белоктар жай протеин күрделі протеидтерге бөлінеді.
Жай протеиндерге -- альбумин (қанның сары суындағы глобумин, жұмыртқа
альбумині, әр түрлі ферленттер), улин (қан белогы), миозин (ет белогы) тг
б. жатады. Кейбір күрделі белоктардың құрамына гистон және протоаминдер
кіреді. Қүрделі протеиндерге -- әр түрлі протеин мен белоксыз заттар
қосындысы (нуклеопротеидтер липротейдтер және_глиқопротеидтер) кіреді.
Нуклеопротеидтер ядро қүрамына кіреді, липопротеид хондриосомда, ішкі
торлы аппаратта байқалған. Протеин мен углевод қосылысы -- гликойротеид
шырын затттарда кездеседі. Құрамына темір кіретін күрделі белоктың бірі
гемоцин эритроцит қүрамында болады. Жай белоктардан ферменттер
протоплазманың белогыяда елеулі байқалады. Ал қорыту ферменттерінін,
әсерінен және арқылы белоктар жай қосылыс -- амин қышқылына жеңіл ыдырайды.
Ыдыраудың нәтижесінде амин қышқылдары жаңа белокты қүрауға жүмсалады.
Белоктың молекуласы мицелла деп аталады. Белоктың .молекулалық құрамына
көптеген амин қышқыл кіреді. Сондықтан мицелла түрліше болып келеді.
Академик Зелинский және Гавриловтың мәліметі бойынша молекуласынын,
негізіне жататын 2 -- 3 амин қалдығы бар, қысқа пептинді, шумақ циклді мен
кезектесіп келіп отырады. Оның көп болуы мүмкін. Солардың санына белок
молекуласының молекулалық салмағы -- мыңнан миллиондап өзгерін отыруы
мүмкін. Ең ірі белоктардың молекулалық салмағы 4000. Эритроциттің негізгі
бөлігі -- гемоглобиннің барлық салмағы 63000. Ерітінді белоктардық (альбулин)
молекуласынын салмағы да немесе соған жақын. Фибрилярлы құрылысы бар
молекулалардың үзынша таяқша немесе жіп тәрізді. Протоплазмада белоқтаң
басқа майлар, углеводтар баркөбі доға тәрізді иіледі. Иілген жерінен
үршыкка бекіпіп, иіндері клетка шетіне қарап жатады. Клетканың бір по-
люсінен карағанда хромосомдардың осылай орналасуы-на байланысты олардың
жүлдыз тәрізді өрпек тузетіні байқалады. Бүл кезеңді аналық жұлдыз сатысы
деп атайды. Метофазада хромосомдар тігінен жарылып, екіге бөлінеді.
Липоидтар (майлы заттар). Клетканың тіршілік етуі үшін протоплазманың
құрамында көптеген майлы заттар -- липоидтар болады. Липоидтың құрамына
көміртегі және оттегі кіреді. Олардың кейбіреулерінде фосфор қышқылы және
азотты негіздер болады. Липоидтар төрт . топқа: майларға, фосфатидтерге,
стеариндерге, церебро-зидтерге бөлінеді. Олардың барлығы эфир, хлороформ,
спирт, бензол және басқа май сріткіштерде жеңіл ериді. Майлар клеткалардың
бәріндс де болады. Өйткені, олар клетканың тіршілік әрекеті үшін өтс қажет.
Майлардың құрамына: пальмитин, олеин, стеарин қышқылдары да кіреді.
Қышқылдар глицеринмен қосылып пальмитин, олеин, стеарин құрайды.
Протоплазмадағы майлар кебі-несе энергиялық материал есебінде жұмсалады.
Фосфа-тидтер әр түрлі қасиеттерге ие болған қосылыс. Оларға лецитин,
цефалин, сфингомиэлин жатады. Бұлар күрделі липоидты қосылыстар болып,
фосфор қышқылы мен азотты негіздерге ие болады.
Фосфатид және цереброзидтер едәуір мелшерде нерв жүйесі элементтерінен
табылады. Организмнің барлық клеткаларында кездесетін маңызды стеариндердің
бірі -- холестерин. Стеариндер барлық тканьдердің клеткалық 'зат алмасу
процесінде аса зор роль атқарады.
Углеводтар -- ор ганизмде энергетикалық материал есебінде маңызды роль
атқаратындардың бірі. Фермент-тердің әсерінен углеводтар ыдырайды, яғни
тотығады. Мүның нәтижесінде бөлінетін энергия клеткалық про-топлазмаларды
қайта құрайтын синтезді процестерде пайдаланылады. Углеводтар
моносахаридтер және поли-сахаридтер тобына бөлінеді.
Организмде ерекше роль атқаратын жай углевод -- монасахаридтің өкілі
глюкоза. Глюкоза көбінесе қан мен ткань шырындарында кездеседі. Күрделі
углевод поли-сахаридтер крахмал түрінде өсімдік клеткаларында, гли-коген
түрінде жануарлар тканьдерінде болады.
Көптеген мөлшерде бүл углевод бауыр және еттерден табылады. Өсімдік
клеткаларынын кабығын түзетін күр-делі полисахарид -- целлюлоза деп аталады.
Протоплазманың 80 -- 95 прсшенті орғаникалық емес және органикалық тұздар
еріген судан тұрады. Клетка-ның тіршілік әрекетіндс клеткадағы су және
басқа зат-тардың мөлшері, унемі өзгеріп отырады. Соған байланыс-ты
клеткадағы гидролиз процесі тоқталмай етеді. Зат алмасуда маңызды орын
алатын калий, натрий, кальций, магний, темір катиондары және сол сияқты фос-
фат, сульфат, хлор аниондары болады. Иондар белок жә-не майлармен қосылып
зат алмасу процесінде (олардың езгеруінде) маңызды роль атқарады.
Протоплазманың физикалык күйі. Тірі заттың қүрамында едәуір мөлшерде су
болады. Протоплазма мен ядроның кұрамында су 90 процент және онан да көп.
Тірі заттың қозғалыска кслуі көбінесе өзінің қүрамындағы судың мөлшеріне
байланысты.
Протоплазманы қатты затқа да, сүйық затқа да жат-қызуға болмайды. Онда
осы екеуінің де қасиеті бар. Ті-рі протоплазманы зерттеу, оның күрделі
коллоидты екен-дігін көрсетті. Протоплазманың күйі ортаның өзгерісіне
байланысты тірі заттарға тән әр түрлі структураларға ауысып отырады.
Протоплазманың негізгі касиеттерін түсіну үшін кол-лоидты системалардың
ерекшеліктерімен танысу қажет.
Коллоидты система деи аталынатын ерітінділер на-ғыз немесе молекулярлы
ерітіндіге және коллоидты ері-тіндіге бөлінеді. Ерітінділердің қасиеті
олардың түзетін заттарының ерекшелігімен емес, еріткіште болатын бел-
шектердің мелшерімен белгіленеді.
Молекулярлы ерітінділерде еритін заттар ультрамик-роскопта да көрінбейтін
үсақ молекулалар немесе ион-дар күйінде болады. Сондықтан молекулярлы
ерітінділер біркелкі болып көрінеді.
Коллоидты системада еріген заттардың бөлшектері ірілеу болып, екі
фазалы жүйе қүрайды. Қалқып жүретін бөлшектер дисперсті фазаны, ад, сұйығы
дисперсті ортаны түзеді. Коллоидты күйдегі заттардың жалпы қасиеттеріне --
біріншіден, жартылай өткізгіш мембранадан өте алмауы, екіншіден,
коллоидты бөлшектердің сәулені Шашыратып, анық көрінетіндігі.
Молекулярлы ерітінділер бұған керісіншс, жартылай өткізетін
мембранадан ' толық өтіп, сәулені шашыратпайды және көрсетпейтін де
қасиетті бар.
Бөлшектердің күйіне байланысты эмульсия және суспензия деп аталынатын
екі коллоидты жүйе ажыратылады. Дисперсті фаза эмульсияда сұйық, ал
суспеңзияда Катты белшектерден түрады. Коллоидты ерітіндідегі калқып
жүретін бөлшектер мицеллалар деп аталынады. Олар формасы түрлі
болып, 0,001 микроннан 0,1 микронға дейін жетеді. Мицеллалар ертіндіде
біркелкі орна-ласады. Өйткені, олардың электр заряды аттас келеді.
Коллоидты ерітінділердің тұрақтылығы да осыған байла-нысты. Бірақ ортаның
әр турлі жеріне байланысты, бөл-шектердің электр заряды әр аттас
болғандықтан, олар бір-бірімен байланысып, тунбаға тусетін үлкен түйірлер
тузеді. Бул қубылыс коагуляция (туну емес ую) деп аталынады.
Коллоидты жуйеде қалқып журетін бөлшектер нейтралданумен қатар тығыздалады
да. Басқа сөзбен айт-қанда, сұйықтық (золь) қатты күйге (гель) ауысады. Бул
процесті желімдену деп атайды. Желімденудің коагуля-циядан айырмашылығы
сол, оның коллоидты ерітінді тузетін заттарьгада кушті езгерістер
болмайды. Гель зольға оңай ауысып отырады. Желімденудің қайталай-тын
процесін тиксотропия деп атайды. Ерітінділердің же-лімдену және
коагуляциялану қубылыстары клетканың негізгі тіршілік процестерін
қамтамасыз етеді.
Протоплазманьщ физикалық қасиетінің өзгеруі, оның амеба тәрізді
қозғалысында, көбеюінде, зат алмасуында тітіркену кубылысында байқалады.
Клетканың тіршілік қызметіне байланысты прогоплазманың қурылысындағы
өзгерістерді рентген сәулесі және электрон микроскобы арқылы толық
зерттеуге болады. Протоплазманың мицел-лалары белгілі тәртіппен турлі
бағытта орналасып, оның коллоидты болуын қамтамасыз етеді. Бірақ мицеллалар-
дың қурылысы мен орналасуы протоплазманың қоюлану және суйықтану
қасиеттерін толық бейнелей алмайды. Протоплазманы зерттей келгенде оньщ
қасиеттеріне әсер тигізетін суйықтықтың тутқырлығы екендігі анықталды.
Протоплазманьщ тутқырлығы біркелкі суйықтықтардың тутқырлығынан айрықша
клетканың физиологиялық жағдайда және ортаның әсеріне тәуелді
унемі өзгеріп отырады. Мысалы, протоплазманьщ тұтқырлығы клетка-ның амеба
тәрізді қозғалысында көрінеді- Бөлінетін клеткалардың бөлшектерінде
түтқырлық әр түрлі бола-ды- Клетканың бөлінуінде уршықтың және
бунақтың пайда болуы осыған байланысты.
Тутқырлық мицелла араларындағы бөлшектердің уй-келуінен пайда болады.
Мицелла арасьшдағы үйкелу не-ғурлым аз болса, протоплазма солғурлым суйық
болады. Желімдену жағдайьшда, керісінше, мицеллалар кушті уйкеліп, тығыз
массалар тузеді. Тутқырлық протоплазманын әр түрлі жағдайын
түсіндіргенмен сүйықтылык пен қоюлықтың бір-біріне ауысу себебін толық
шеше ал-майды. Протоплазманың нәзік құрылысын зерттей кел-генде тутқырлық
тек бөлшектердің үйкелуінен пайда болмайтындығы керінді. Клеткалық
протоплазма қара-' пайым коллоидты жүйеден айрықша болады. Өйткені,
оНын мицеллаларын құрайтын белоктар мен липойдтар өзара белгілі байланыста
болып, клетканың күрделі қу-рылысының негізін қурайды. Мицеллалардың
байланы-сы және протоплазманың күйі әр түрлі, протоплазма судың
азаюы және көбеюі кезінде, температураның, суте-гі иондарының
концентрациясының қүбылысында және басқа жағдайларда өзгеріп отырады.
Мысалы, протоплаз-маны су басқанда немесе температурасы көтерілгенде
мицельді байланыстар бұзылып, протоплазма сүйықта--лады. Протоплазма
тығыздалғанда белокті мицельдер жаңадан түзіліп, қайтадан қалпына
келеді. Мұндай қа-сиет тірі заттың ерекшелігін көрсетеді.
Протоплазманың мицельді құрылысы клетканың зат алмасу және тіршілік
әрекетін қамтамасыз етеді. Зат аямасудың негізіне белок жатады. Белок
арқылы про-тонлазманың нәзік қурылыстары мен күрделі әрекеттері езгеріп
отырады.
Дәріс 3,4.Микроорганизмдерде метоболизм жүйелерінің топтасу ерекшеліктері мен алуантүрлілігі, оларды практикада қолдану негізі ретінде
Тірі организм дегеніміз- белгілі құрылымы бар биологиялық система. Тірі организмде үзіліссіз зат алмасу жүріп жатады.
Зат алмасу дегеніміз - организмде жүріп жататын барлық химиялық процестердің жиынтығы.Организмдегі зат алмасу тіршіліктің негізгі белгісі болып табылады. Тірі организм зат алмасудың нәтижесінде пайда болып жарыққа шығады, тіршілік етеді, өсіп жетіледі және өледі.
Зат алмасу физиологиялық - ас қорыту, сіңіру, бөліп шығару, физикалық-химиялық-сорбция, диффузия, биопотенциалдар, биохимиялық-заттардың синтезделуі, ыдырауы, өздігінен- өзі құралуы сияқты т.б әртүрлі кейде қарама-қарсы процестерді айтамыз.
Зат алмасудың негізгі 3 кезеңі:
1. Ас қорыту (тамақтану биохимиясы)
2. Аралық алмасу (клетка ішілік зат алмасу)
3. Бөліп шығару (түзілген соңғы заттар)
Ас қорыту, ыдырауы:
Полимерлердің мономерлерге дейін ақуыздың амин қышқылдарына, көмірсулардың моносахаридтерге, майлардың май қышқылына және глицеринге дейін ыдырауы.
Тамақтың негізгі компоненттері: көмірсулар, майлар, ақуыздар.
Тамақтың қосымша компоненттері: микроэлементтері, дәрумендер, Na және K тұздары.
Ас қорыту процесі асқазан жолдрында жүреді, яғни асқазанға түскен ас қорытылып, ішектің кілегейлі қабатына сіңіріледі.
Аралық зат алмасу, басқа сөзбен айтқанда метоболизм - тірі клеткада жүретін барлық химиялық процестерден тұрады. Тірі клеткада көптеген биохимиялық реакциялар жүреді.
Метоболизм -- көптеген мультиферменттік жүйелердің өзара тығыз байланысының арқасында іске асатын клетканың белгілі бір бағытқа бағытталған, аса мұқият ұйымдасқан белсенділігі.
Метоболизм қызметі:
1. Клетканың ағзаға түскен тамақтың ыдырауынан түзілетін энергиямен қамтамасыз ету.
2. Тамақты кіші молекулалы заттарға дейін ыдыратып, оларды басқа макромолекулаларды құрауға қолдануға дайындау.
3. Ақуыз, нуклеин қышқылдары, майлар, полисахаридтер т.б сияқты макромолекулаларды, биополимерлерді олардың құрамды бөліктерінен жинау, құрастыру.
4. Клетканың арнаулы қызметі үшін қажет биомолекулалардың синтезі мен ыдырауы (гормондар,медиаторлар, кофакторлар).
Сонымен қорыта келгенде, метаболизм энергетикалық және құрылыстық қызмет атқарады.
Метаболизм 2 түрге бөлінеді:
Катаболизм -- күрделі органикалық молекулалардың қарапайым, кіші молекулалы заттарға дейін ыдырауы. Мысалы, тамақпен түскен көмірсу, май, ақуыз көптеген сатылы биохимиялық реакциялардың нәтижесінде сүт қышқылына, СО2 және аммиакқа дейін ыдырайды.
Анаболизм биосинтез, яғни анаболизм кезінде кіші молекулалы заттардан, "құрылыстық белоктардан "үлкен молекулалы заттар ақуыздар, полисахаридтер, липидтер т.б. Түзіледі. Биосинтез үшін эергия қажет. Энергияның көзі ретінде АТФ-тың АДФ-қа және фосфор қышқылына дейін ыдырау реакциясы және НАДФН * Н+ қолданылады.
АТФ -- АДФ + Фн
Катаболизм -- (гр.ката-төмен,баллен-тастау) күрделі органикалық қосылыстардың ыдырап, қарапайым молекулаларға айналуы.Азық-түлік, жем-шөп арқылы организмге енген және тканьдер мен органдарға барған белоктар, липидтер, көмірсулар бірқатар катаболиздік реакциялар нәтижесінде ыдырап, ақырғы өнімднрге (CO2, H2O, NH3) айналады да, сыртқа бөлініп шығады. Катаболиздік реакциялар кезінде органикалық молекулалардан бос энергия бөлініп шығады және олар АТФ макроэргиялық байланысында, басқа да нуклеоидтерге жиналады. Жиналған осы энергия тірі организмнің тіршілік әрекетін іске асыру үшін жұмсалады.
Анаболизм-(гр.ana- жоғары деген сөзі) белоктар, майлар, нуклеин қышқылдарының және жасуша мен ұлпадағы басқа да биомолекулалардың синтезі.Мұндай синтез катаболизм кезінде пайда болған заттардың есебінен іске асады. Анаболизм реакциялары кезінде АТФ макроэргиялық байланыстарынан босап шыққан энергия жұмсалады. Анаболизм процесі кезінде организмның құрам брліктері қалыптасады және жаңа бөліктері түзіліп жаңарады. Ал организмді тұтастай алып қарастыратын болсақ, ересек организмның дене құрамы біркатар уақыт бойы оншама өзгере қоймайтыны белгілі.
Катаболиз, анаболиз процестері:
Клеткадағы катаболиздік және анаболиздік реакциялар бірінен-бірі тәуелсіз болады және бір мезгілде жүреді. Бұл екеуі зат алмасудың біртұтастығын және оның мазмұнын көрсетеді. бұл реакцияларды ферменттер катализдейді және және оны эндокриндік жүйе мен орталық нерв жүйесі басқарып, реттейді. Катаболизм және анаболизм нәтижесінде түзілетін қосылыстар метаболиттер немесе- аралық өнімдер деп аталады. Катаболизм диссимиляция деп, ал анаболизм ассимиляция деп те аталады.
Негізгі қоректік заттар (белоктар, көмірсу және майлар)-күрделі де жоғары молекулалы қосылыстар. Сондықтан олар ас қорыту жолында ішек-қарын қабырғасы арқылы сорылып, организмге ене алмайды.Ол заттар организмге сіңіп,оның құрам бөлігіне айналу үшін оларды ыдырату және қарапайым молекулалы заттарға айналдыру қажет.Қоректік заттардың ыдыракп айырылуы әр-түрлі ферменттердің әсері арқылы іске асады және ол ас қорыту процесі деп аталады.
Зат алмасу қарқыны
1. Белок алмасу
2. Көмірсу алмасу
3. Май алмасу
4. Су алмасу
5. Минерал алмасу
Клетка ішінде катаболиттік және анаболиттік реакциялар бір уақытта жүреді,бірақ олдардың жүру жылдамдықтарының реттелуі біріне-бірі тәуелсіз болады.
Клетка макромолекулалары өздерінің негізгі құраушы бөлімдеріне ыдырайды: полисахаридтер -- - гексозалар, майлар -- -май қышқылдарына және глицеринге, ақуыздар -- - амин қышқылдарына дейін ыдырайды.
Метоболиттер. Метаболизм -- катаболизм және анаболизмніңң үздіксіз бірлігі. Метоболиттердің тұрақты концентрациясы синтез бен ыдырау процестерінің динамикалық тепе-таеңдігі. Бір клеткада біріне-бірі қарама-қарсы екі процестің бірлігін қамтамсыз ету.
Биологиялық мембраналар ең алдымен клетка метаболизмінің биохимиялық, клеткалық және физиологиялық деңгейде интеграциялық және дифференциялық ( іріктеу және басқару ) жүйесі. Биохимиялық деңгейде болатыны биомембранасыз АТФ-тың синтезі,мысалы гормондардың зат алмасуға әсері жүрмейді.Клеткалық және субклеткалық деңгейде болатыны мембранасыз ядроның, митохондрийдің, лизосомалардың, цитоплазманың өз қызметтерін істеуі мүмкін емес.
Зат алмасуды зерттеу әдісінің екі түрі
1. бүтін ағзада
2. мүшелер мен тіндер кесінділерінде.
Метаболизм процестерін бүтін ағзада зерттеу. Бұл ескі әдіс болғандықтан изотоптарды (атомдарды) қолдану барысында жаңарып, ХIХ ғ. Басында ғалымдар көптеген мысалдар келтіре бастады. Кноп май қышқылдарының оргазмде таралуының зерттеуіне жасаған эксперименттері соған мысал бола алады.
Әдетте тұрақты изотопты элементтер қолданылады, олар бір бірінен организмдегі салмағы кең таралған элементтер (ауыр изотоптар) немесе радиактивті изотобы бойынша ерекшеленеді.
Мүшелер кесінділеріндегі метаболизмге зерттеулер. Артериясы кесілген органға қандайда бір зар ертіндісін және сұйықтықтағы затты талдау, бізге мүшеде қандай айналуларға заттың ұшырауын көрсетеді. Мысалы,осындай жолмен бауырда азоттың әсерінен мочевинада амин қышқылы түзіледі. Осы әдіс арқылы бауырдын негізгі қызметі кетонды заттар мен мочевинаны түзу деп бекітілді.
Тіндер кесінділерінде зерттеу әдісі. Микротома арқылы мүше кесіндісін (тіндер) аламыз, оларды құрамында дәл сондай немесе өзге қосындылары бар, белгілі бір температурада, құрамында газы бар орталарға орналастырып, түзілген өнімдерді зерттейді. Мысалы, осы әдіс арқылы тіндердің тыныс алуын (тіндегі оттегінің жұмсалуы және көмір қышқыл газының бөлінуі) зерттеуге болады.
Тұрақты изотоптар ішінде жиі қолданатын салмағы екіге тең сутек изотобы (дитериі, 2Н), массасы 15 ке тең азот(15 N), массасы 13 болатын көміртек(13С) және массасы 18 оттек(18О). Радиактивті изотоптардың ішінен қолданылатын сутек изотобы (трити, 3Н), фосфор(32Р және 33Р), көміртек (14С), күкірт (35S), йод (131I), темір (59Fe), натрий(24Na) және т.б.
Қорыта келгенде, метаболизм - катабализм мен анаболизмнің үздіксіз бірлігі. Метаболиттердің тұрақты концентрациясы (глюкоза,ақуыз, май қышқылдары), синтез бен ыдырау процестерінің динамикалық тепе теңдігі.
Биологиялық мембраналар ең алдымен, клетка метаболизімінің биохимиялық, клеткалық және физиологиялықдеңгейде интеграциялық және дифференциялық(іріктеу және басқару) жүйесі. Биохимиялық деңгейде болатын биомембранасыз АТФ- тың синтезі, гормондардың зат алмасуға әсері т.б. жүрмейді.
Дәріс 5,6.Өсімдік клеткаларының және жануар клеткаларының топтасуының негізгі белгілері
Өсімдік және жануар клеткаларының ұқсастықтары (4-кесте):
-- өсімдік және жануар клеткаларының жалпы құрылыстары ортақ, яғни екеуінің де беттік кешені, цитоплазмасы және ядросы бар;
-- мембраналық құрылымдары ортақ;
-- химиялық құрамдары ұқсас;
-- зат пен энергия алмасу үрдістері ұқсас жүреді, цитоплазма мен ядрода жүретін көптеген химиялық үрдістерінің жолы ұқсас, мысалы, ақуыз синтезі, ДНҚ репликациясы және т.б.;
-- клетканың бөлінуі кезінде тұқымқуалаушылық ақпаратын ұрпаққа берулері бірдей;
-- бөліну үрдістері бірдей.
Өсімдік және жануар клеткаларының айырмашылықтары:
-- өсімдік клеткасының клетка қабықшасы, пластидтер, ірі вакуольдері бар, клетка орталығы жоқ;
-- жануарлар клеткаларында клетка орталығы бар;
-- жануарлар клеткалары қоректенуі гетеротрофты;
--
Прокариот ұғымы "ядроға дейінгі", ал эукариот - "жақсы немесе анық ядросы бар" дегенді көрсетеді. Пішіні әр түрлі. Біржасушалы клеткалардың арасында денесі өте қарапайым құрылысты (хлорелла,амеба), сондай-ақ күрделі құрылысты (ацетабулярия,инфузория) болып келетіндері де бар. Біржасушалы клеткалартеңізде,өзенде,шалшықтысул арда,құрлықтада кездеседі. Олардың арасында басқажануарларғажем болатын, сондай-ақадаммен жануарлардыауруғашалдықтыратын түрлері де кездеседі.
Прокариоттардың мөлшері өте кішкентай, ұзындығы 1 -- 10 мкм. Прокариоттардың эукариоттарданайырмашылығы -- олардың айқындалған органоидтері, яғниэндоплазмалықторы, Гольджи жиынтығы,митохондрияларыболмайды. Жануарлардың және өсімдіктердің жасушаларында жаксы айқындалған түйіршіктер болады. Олар -- нәруыз, май жәнегликогенсияқты қор заттарынан тұрады. Прокариоттың эукариоттан негізгі айырмашылығы -- онда қалыптасканядросыжәнехромосомаларыб олмайды. ПрокариотДНҚ-сыныңэукариотДНҚ-сынан айырмашылығы -- мұндаДНҚ-ның сыртын нәруыздар қаптап тұрмайды және пішіні сақина тәріздес болып келеді. Прокариот жасушаларындамембранақұрылымы болады, олармикроорганизмдердіңэнергетикалы қ процестеріне қатысады. Мысалы, көк-жасыл балдырлардыңмембранақұрылымындахлор офиллболады және оларфотосинтезпроцесін жүзеге асырады. Кейбір микроорганизмдердемембранақұрылымда ры аэробты тыныс алу процестеріне катысады. Негізінен, прокариоттар клетканың жай екіге бөлінуі арқылы көбейеді, яғни аналық клетка екі жас клеткаға тікелей бөлінеді. Прокариот клеткаларының эукариот жасушаларынан айырмашылығы - олардың генетикалық материалы - сақиналы ДНҚ құрамына ақуыздар кіретін күрделі хромосомаларға жинақталмаған және де мембранамен қапталмаған. Прокариоттарда белгілі бір қызметтер атқаратын мембраналық құрылымдары болмайды. Бактериялар екіге жай бөліну арқылы көбейеді, сондай-ақ екі клетка арасында генетикалық ақпарат алмастыру түрінде жүретін жыныстық көбеюді байқауға болады. Прокариоттар клеткаларының пішіндеріне сәйкес ұсақ болып келеді. Олардың көлемі шамамен 1-10 мкм. Прокариот клеткаларының құрылымы мен химиялық құрамдарында өздеріне тән ерекшеліктері болады. Цитоплазмалық мембранадан тыс орналасқан құрылымдары (жасуша қабықшасы, капсула, сілемейлі қап, талшықтар, ворсинкалар) көбінесебеттік құрылымдар деп аталады. Цитоплазмалық мембрана мен цитоплазма протопласт деп аталады.
Эукариоттар (грек. еu - жақсы, толығымен және karyon - ядро) - құрамында ядросы бар организмдер. Эукариоттарға барлық жоғары сатыдағы жануарлар мен өсімдіктер, сондай-ақ бір немесе көп жасушалы балдырлар, саңырауқұлақтар және қарапайымдар жатады. Эукариоттар жасушалары прокариоттармен салыстырғанда күрделі келеді. Эукариот жасушалары көптеген ішкі мембраналармен жеке бөліктерге бөлінеді. Бұл бөліктерде бір мезгілде бір-біріне тәуелсіз әр түрлі химиялық реакциялар жүреді. Бұл жасушаларда ядро мен түрлі органеллалар (митохондрия, рибосома, Гольджикешені) қызметтері жақсы жіктеледі. Клетка ядросы, митохондриялар, пластидтер цитоплазмадан екі қабат мембрана арқылы шектеледі. Ядрода жасушаның генетикалық материалдары (ДНҚ, онымен байланысқан заттар) шоғырланады. Өсімдік жасушаларының хлоропластары негізінен Күн сәулесін сіңіріп, оны фотосинтез нәтижесінде органикалық заттардың химиялық энергиясына айналдырса, митохондриялар көмірсулар, майлар, белоктар, т.б. органикалық қосылыстарды ыдыратып энергия түзеді. Эукариот жасушалары цитоплазмасының мембраналық жүйесі (эндоплазмалық тор,Гольджикешені) - жасуша әрекетін қамтамасыз ететін макромолекулаларды түзіп, жинақтайды. Эукариот жасушалары митоз жолымен бөлінеді. Эукариот клеткаларының прокариоттардан негізгі ерекшелігі - олар жеке-жеке компоненттерге бөлшектенген, яғни көптеген мембраналық органеллалары болады. Эукариоттардың ақуызбен байланысқан ДНҚ-ы хромосомаларға жинақталып, қос мембранамен қапталған ядрода орналасады. Эукариот клеткаларының пішіндері прокариоттарға қарағанда ірі келеді. Прокариот пен эукариот клеткаларының негізгі ерекшеліктері төменде нақты көрсетілген.
Өсімдік және жануар клеткаларының ұқсастықтары:
- өсімдік және жануар клеткаларының жалпы құрылыстары ортақ, яғни екеуінің де беттік кешені, цитоплазмасы және ядросы бар;
- мембраналық құрылымдары ортақ;
- химиялық құрамдары ұқсас;
- зат пен энергия алмасу үрдістері ұқсас жүреді, цитоплазма мен ядрода жүретін көптеген химиялық үрдістерінің жолы ұқсас, мысалы, ақуыз синтезі, ДНҚ репликациясы және т.б.;
- клетканың бөлінуі кезінде тұқымқуалаушылық ақпаратын ұрпаққа берулері бірдей;
- бөліну үрдістері бірдей.
Жануар клеткасында пластидтер, клетка орталығы болмайды, пішіні әр түрлі болып, клетканың сыртын қатты қабық глюкокаликс қаптайды .Ал, өсімдіктер клеткасында өсімдіктерге түс беріп тұратын пластидтері болып, клетка қабығы целлюлозадан тұрады.
Өсімдіктер клеткасының негізгі ерекшеліктері:
1. Әрбір клеткада өзіндік сыртқы қаңқа- клетка қабықшасының болуы;
2. тұрақты вакуольді жүйенің болуы;
3. өсімдіктердің жоғары синтездік қабілеттілігіне байланысты протопласта арнайы органелла - пластидтердің болуы;
4. эргастикалық қосындылардың жиналуы: әртүрлі қоректік қор заттары (клетканың барлық бөлімдерінде) және зат алмасудың зиянды өнімдері (вакуольде);
5. кариокинезде центриольдің болмауы және фрагмопластың цитокинезде пайда болуы.
Модуль 2 Микроорганизмдер, өсімдіктер және жануарлар биотехнология нысаналары ретінде
Дәріс 7,8.Микроорганизмдер мен олардың метаболизм өнімдері биотехнологиялық объекті ретінде
Микробиотехнология өндірісінің негізгі объектілері болып микробтар мен вирустар (вироидтар мен фагтарды қоса алғанда), бактериялар мен зең саңырауқұлақтары, протозоа туыстары есептелінеді. Кейбір жағдайларда микробиотехнология өндірісінің биообьектісі ретінде, микробтардың біріншілік өнімі болып табылатын қайсібір ферменттер де бола алады.
Өсімдіктер мен хайуандар жасушаларына қарағанда, микробтар өте тез көбею қабілеттіліктеріне ие болуы себебінен, олардағы барлық зат алмасу реакциялары да өте жоғары қарқында жүреді. Микроорганизмдердің биообъект ретіндегі басқалармен салыстырғандағы артықшылықтары қатарына:
1) олардың геном құрылымының қарапайымдылығы;
2) табиғи немесе жасанды орта жағдайына тез бейімделгіштіктері (лабильділіктері);
3) бұларда жүретін ферментативті реакцияларының қарқынды жүруі нәтижесінде қысқа мерзімде олардың массасының тез артуы жатады.
Жоғарыда аталған басымдылықтарының ішінде біріншісіне тоқталатын болсақ, яғни олардың геном құрылымының қарапайымдылығы, микробтық жасушаларының тұқым қуалаушылық аппаратына оңай өзгертулер жүргізу мен қайта құру мүмкіндіктеріне, мысал алғанда олардың құрамына басқа ген ендіру, жасушаға плазмида енгізу немесе керісінше одан оны элиминациялау және т.б. мүмкіндіктеріне қол жеткіздіреді.
Екінші артықшылықтарын бактериялар мен зең саңырауқұлақтарын мысалға ала отырып көрсетуге болады. Мысалы, температураға төзімділіктеріне байланысты микробтар психрофильді (тіршілік ету аясы 200С-тан төмен), мезофильділер (тиісінше 20-450С аралығы ) және термофильділер (450С-тан жоғары ортада тіршілік ете алады) деп бөлінетіндіктері белгілі. Бірақ та жоғарыда келтірілген температуралық шамалардан асып кететін жағдайлар да кездеседі. Атап айтсақ, Xanthomonas pharmiicola туысына жататын психрофильді бактериясы 0-ден +400С дейінгі температуралық орталықта өсе алса, мезофильді бактериясына жататын lactobacillus lactis 20 мен 500С аралықтарында, ал термофильді Bac. Coaculans бактериясы 20-дан 650С аралықтарында да өмір сүре алады екен.
Микроорганизмдер жасушаларының үшінші үлкен ерекшеліктері - олардағы зат алмасу үдерістерінің қарқынды жүруі екендігі жоғарыда айтылды. Бір микробтық жасушасы минутына 10-100000 дейін ақуыз молекуласын синтездей алады. Көптеген микроорганизмдер массасының 2 еселену уақыты 0,3-2 сағат арасында болады. Бұл ең жоғарғы өнімді өсімдіктермен салыстырғанда 500 рет, ал жоғарғы өнімді асыл тұқымды малдардан 1000-5000 рет жылдам екенін көрсетеді. Тағы бір үлкен көңіл қоятын мәселе, кейде жасушалардың барлық биохимиялық активтілігі өздерінің өсуі мен көбеюіне ғана бағытталмай, керісінше адамдарға қажет заттарды ситездеуге жұмсалады және микроорганизмдердің мұндай қабілетін реттеп, оның қарқындылығын арттыруға да болады.
Микробиологиялық синтездің тиімділігі субстрат ретінде меласса, сүт сарысуы, мұнай және т.б. өнімдердің қалдықтары мен екіншілік шикізат көздерін қолдану мүмкіндігімен артады.
Микроорганизмдер қолданылатын өндірістерді шартты түрде 2 топқа бөледі :
1. Тамақ және ашу өндірісі. Тамақ және ашу өндірісінде, ауылшаруашылық шикізаттарын өңдеуде микроорганизмдердің қолданылуы технологиялық циклдың белгілі бір сатысында шектеледі. Яғни, микроорганизмдердің жоғарғы биомассасын дақылдау және олардың метаболизмінің өнімдерін жинау мен тазартуды қажет етпейді, мұндай өндіріс орындарын микробиологиялық өнеркәсіпке жатқызбайды.
2. Микробиологиялық өнеркәсіп. Микробиологиялық өнеркәсіптің негізгі технологиялық сатысы микроорганизмдерді дақылдау болып табылатын өндіріс.
Микробиологиялық өнеркәсіпті өз кезегінше технологиялық белгілері бойынша екі топқа бөледі:
Көп тоннажды өндіріс. Оның өнімдері органикалық қышқылдар, спирттер, микробтық биомасса болып табылады. Олардың негізгі белгілері терең, яғни суспензиялық өсіру, ал қоректік орта компоненттері қанттар, спирттер, мұнайдың көмірсутектері көптеген микроорганизмнің өсуін тежейтін концентрацияда болады, кейбір жағдайда аэрацияны қажет етпейтін анаэробтар және т.б. қолданылады. Мұндай жағдайлар биотехнологиялық үдерістерді бөгде микрофлорадан сақтауды және көп мөлшердегі сұйықтықты мұқият залалсыздандыруды, ауаны терең тазалау мен қондырғыларды герметизациялау сияқты талаптардың орындалу қажеттігін жояды.
Ал көп тоннажды өндірістің негізгі ерекшеліктері қатарына - өнімді бөліп алу сатысының қарапайымдылығы, олардың сұйық түрде өндірілуі және өнімдердің термотөзімділігіне байланысты жылумен кептіруге болатындығын жатқызуға болады.
Микробиологиялық өндірістің технологиялық үдерістері жалпылай алғанда келесі сатылардан тұрады:
* себінді материялды дайындау;
* қоректік орталарды дайындау және залалсыздандыру;
* микроорганизмдерді дақылдау (микроб синтезі);
* қажетті (соңғы, құнды) өнімді бөліп алу;
* дәрмектердің тауарлы өнімдерін алу (кептіру, ұнтақтау, стандарттау және қаптау).
Аз тоннажды өндірісі - жоғарғы физиологиялық қасиеттерге ие (дәрумен, фермент) күрделі құрылымдық заттар мен бактериялық заттар алуға байланысты жүретін микробиологиялық синтез үдерісіне негізделген. Аз тоннажды өндірісте микроорганизмді терең дақылдау әдісі пайдаланылады, сондықтан қолданылатын қоректік орталарды, қоспаларды, аэрацияланатын ауаны залалсыздандыру, жұмыс орындарының гермитизациялануы жоғары талаптарға сай орындалуы қажет.
Микробиологиялық синтездердің өнімдерін 3 түрге бөледі:
1. Негізгі активті компоненті ретінде тіршілік етуге қабілетті, тірі микроорганизмдерден тұратын биологиялық дәрмектер (өсімдіктерді қорғайтын заттар, бактериялы тыңайтқыш заттары, ұйытқылары және т.б.).
2. Инактивирленген жасушалар және олардың өңделген өнімдерінен құрылған биологиялық дәрмектер (азықтық, ашытқылар, саңырауқұлақтың мицеллиялары).
3. Микроорганизмдер метаболизмінің тазаланған өнімдері негізіндегі биологиялық өнімдер (дәрумендер, амин қышқылдары, ферменттер, антибиотиктер).
Бұл өнімдерді химиялық табиғатына және өндіруші түріндегі (продуцент) микробтық жасушалар үшін мәніне байланысты 3 топқа бөледі:
1. Молекулалық массасы 10000-нан бірнеше мыңға дейінгі үлкен молекулалық заттар (ферменттер, полисахаридтер).
2. Бірінші реттік метоболиттер, яғни микрооргизмдер өсуі үшін қажетті қосылыстар (амин қышқылдары, дәрумендер, пуринді және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
3 деңгейлі СМЖ құжаты
ПОӘК
ПОӘК
042-18-9. 1.16 - 2016
ПОӘК
Биотехнология нысандары пәнінен оқу-әдістемелік материалдар
№1 басылым
08.09.2016 ж
5В070100 Биотехнология мамандығының студенттеріне арналған Биотехнология нысандары
пәнінен ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР
Семей 2016
Модуль 1 Клеткалар топтасуы мен прокариоттық және эукариоттық ағзалардың меоболизмінің құрылымды - функционалдық ерекшеліктері
Дәріс 1.Пәнге кіріспе. Прокариоттар мен эукариоттар. Прокариотты және эукариотты микроорганизмдер клеткаларының топтасуындағы негізгі айырмашылықтар.
Эукариоттар және прокариоттар
Жасушалық құрылысы бар тірі ағзалардың барлығы ядросыздар (прокариоттар) және ядролылар (эукариоттар) болып екі топқа бөлінеді.
Жасушалық құрылысы ұқсас өсімдіктердің, жануарлардың және саңырауқұлақтардың барлығы эукариоттарға жатады. Сонымен бірге өсімдіктер, жануарлар және саңырауқұлақтар ағзалары жасушаларының аралығында тіршілік әрекеті үдерістерінің құрылысы мен физиологиялық ерекшеліктерінде айырмашылық бар.
Өсімдіктер жасушасына пластидтердің, ірі вакуольдің және жасунықтан тұратын жасуша қабығы болуы тән қасиет. Өсімдік жасушаларындағы қор заттары крахмал болып есептеледі.
Саңырауқұлақтар жасушаларының қабырғасы хитиннен түзілген, пластидтері болмайды. Қорға жиналған зат - гликоген.
Жануарлардың жасушаларында жасуша қабырғасы тығыз болмайды, пластид және нағыз вакуоль жоқ. Жануарлар жасушаларында да көмірсулар қоры - гликоген.
Бактериялар, олардың ішінде цианобактериялар прокариоттарға жатады. Эукариоттардан айырмашылығы - бактерия жасушаларында толық жаратылған ядролар жоқ, онда сақиналы ДНҚ-ның тек бір молекуласы ғана болады. Оны жарғақша қоршамайды, сондықтан тікелей цитоплазмада жатады. Бактерия жасушасының қасиеттері туралы ақпараттардың барлығы сонда жазылады. Прокариот цитоплазмасында ұсақ, қарапайым құрылысты рибосомалар болады. Прокариот жасушаларында митохондриялар мен хлоропластар жоқ, олардың рөлін арнаулы жарғақша қатпарлары атқарады. Прокариот жасушасы қоршаған ортаны қолайсыз жағдайлардан қорғайтын жасуша қабығымен немесе сілемейлі қалташамен қорғалған плазмалы жарғақша каптайды
Прокариоттар
Прокариоттар -- Прокариоттарға микроорганизмдер мен көк-жасыл балдырлар жатады. Прокариоттардың мөлшері өте кішкентай, ұзындығы 1 -- 10 мкм. Прокариоттардың эукариоттардан айырмашылығы -- олардың айқындалған органоидтері, яғни эндоплазмалық торы, Гольджи жиынтығы, митохондриялары болмайды. Жануарлардың және өсімдіктердің жасушаларында жаксы айқындалған түйіршіктер болады. Олар -- нәруыз, май және гликоген сияқты қор заттарынан тұрады. Прокариоттың эукариоттан негізгі айырмашылығы -- онда қалыптаскан ядросы және хромосомалары болмайды. Прокариот ДНҚ-сының эукариот ДНҚ-сынан айырмашылығы -- мұнда ДНҚ-ның сыртын нәруыздар қаптап тұрмайды және пішіні сақина тәріздес болып келеді. Прокариот жасушаларында мембрана құрылымы болады, олар микроорганизмдердің энергетикалық процестеріне қатысады. Мысалы, көк-жасыл балдырлардың мембрана құрылымында хлорофилл болады және олар фотосинтез процесін жүзеге асырады.
Кейбір микроорганизмдерде мембрана құрылымдары аэробты тыныс алу процестеріне катысады. Негізінен, прокариоттар жасушаның жай екіге бөлінуі арқылы көбейеді, яғни аналық жасуша екі жас жасушаға тікелей бөлінеді.
Прокариоттардың маңызы
Ертеде прокариотты организмдер арқылы өте көп жұқпалы аурулар тараған. Көптеген елдерде халыктың аурудан қырылып қалғаны тарихтан белгілі. Олар -- тырысқақ, күйдіргі, оба (әр жануарларда әр түрлі аталады), т.б. аурулар. Қазақстанда осы аурулардың табиғи ошақтары әлі күнге дейін бар. Жұкпалы ауруларға жататын жіңішке ауруы, сарып, іш өту және сүзек сиякты ауру түрлері адамдар үшін қазір де қауіпті. Көптеген ішек ауруларын прокариоттар тудырады.
Асқазан, тоқ ішек жаралары және қарындағы ісік, карып асты безінің ісік аурулары -- хеликобактер пилориум микроорганизмі арқылы таралады. Аурулардың осы микроорганизмдер арқылы тарайтынын 1983 жылы Австралия дәрігерлері Б. Дж. Маршал мен Дж. Р. Уоррен ашқан. Б. Маршал осы микроорганизм жасушасының себіндісін (культурасын) ішіп, өзіне тәжірибе жасап көрген. Жарты айдан соң ол гастритпен қатты ауырып, өрең дегенде тетрациклин және Денол дәрісін ішіп жазылған.
Ішек және асқазан аурулары тазалық сақтамаған кезде қол орамал арқылы прокариотты организмдерден жұғады. Сондықтан да қоғамдық орындарға барғанда, қолды сабынмен жақсылап жуған дұрыс және шыбын-шіркей, тарақандардан сақтанған жөн. Қазіргі кезде ғылымның жетістіктеріне байланысты, осы прокариоттар тарататын кауіпті ауруларға қарсы емдеу жұмыстары жақсы жолға қойылған. Прокариоттардың өзінен өндірілетін биологиялық белсенді заттар -- антибиотиктерді пайдаланып емдеу жұмыстары қолға алынды. Бірінші антибиотик пенициллинді өткен ғасырдың 40-жылдарында микробиолог Александр Флеминг ашты.
Микробтардың қатысуымен әр түрлі антибиотиктер, дәрі-дәрмектер, витаминдер және ферменттер алынады. Қазіргі кезде микробиологиялық өндірістер жүздеген миллиард долларға өнімдер шығарады. Прокариоттарды зауыттардың өздерінде тот баспайтын үлкен ыдыс -- ферменттерде есіріп, оларды күнделікті өмірде пайдаланады.
Біздің республикамызда Ақмола облысы Степногор қаласында "Прогресс" атты микробиологиялық зауыт бар. Осы зауыт жылына жүздеген мың тонна витаминделген азық-түліктік үстемелер, аминкышқылдары, инсектицидтер (жөндіктерге карсы ұлы заттар) және микробтан жасалынатын ферменттер шығарады.
1 г топырақтың құрамында 300 млн-нан 2 млрд-қа дейін бактериялар болады. Барлық сыра, шарап, спирт, және техникалык өнімдер (ацетон, сірке қышқылы) шығаратын зауыттар прокариотты организмдерді пайдаланады. Адамзат ертеден-ақ май, ірімшік, әр түрлі сүттен алынатын өнімдерді алу үшін ашытқы бактерияларын пайдаланған. Ұлттык тағамдар мен сусындар үшін (айран, қымыз, шұбат, күрт, т.б.) ашытқы бактерияларын қолданған. Көк-жасыл балдырлар пайдалы прокариоттарға жатады. Олар атмосфералын азотты игеріп, оны нәруыз құрамына байланыстырады.
Көк-жасыл балдырларды топыракты биологиялық азотпен тыңайту үшін қолданады. Мысалы, жапон шаруалары көк-жасыл балдырларды күріш шаруашылығына пайдаланады. Көк-жасыл балдырлар органикалық заттармен ластанған сулы жерде жақсы өсетіндіктен, олар ластанудан тазартудың биоиндикаторы болып саналады.
Эукариоттар
Эндомембранды құрылым және оның бөлшектері
Патшалық
Протисттер
Саңырауқұлақтар
Өсімдіктер
Жануарлар
Эукариоттар (грек. еu - жақсы, толығымен және karyon - ядро) - құрамында ядросы бар организмдер. Этюдға барлық жоғары сатыдағы жануарлар мен өсімдіктер, сондай-ақ бір немесе көп жасушалы балдырлар, саңырауқұлақтар және қарапайымдар жатады. Этюд жасушалары прокариоттармен салыстырғанда күрделі келеді. Этюд жасушалары көптеген ішкі мембраналармен жеке бөліктерге (компартементтерге) бөлінеді. Бұл бөліктерде бір мезгілде бір-біріне тәуелсіз әр түрлі хим. реакциялар жүреді. Бұл жасушаларда ядро мен түрлі органеллалар (митохондрия, рибосома, Гольджи кешені) қызметтері жақсы жіктеледі. Клетка ядросы, митохондриялар, пластидтер цитоплазмадан екі қабат мембрана арқылы шектеледі. Ядрода жасушаның генетик. материалдары (ДНҚ, онымен байланысқан заттар) шоғырланады. Өсімдік жасушаларының хлоропластары негізінен Күн сәулесін сіңіріп, оны фотосинтез нәтижесінде органик. заттардың хим. энергиясына айналдырса, митохондриялар көмірсулар, майлар, белоктар, т.б. органик. қосылыстарды ыдыратып энергия түзеді. Этюд жасушалары цитоплазмасының мембраналық жүйесі (эндоплазмалық тор, Гольджи кешені) - жасуша әрекетін қамтамасыз ететін макромолекулаларды түзіп, жинақтайды. Этюд жасушалары митоз жолымен бөлінеді. Т. Несіпбаев.
Прокариот және эукариот жасушаларының құрылымдық ерекшеліктері.
Қазіргі кезде барлық ағзаларды прокариоттар және эукариоттар деп екіге бөлуге болады. Бұл ұғымдар karion - жаңғақ ядросы деген түсінік беретін грек сөзінен туындаған.
Прокариот ұғымы "ядроға дейінгі", ал эукариот - "жақсы немесе анық ядросы бар" дегенді көрсетеді.
Прокариоттарға көк-жасыл балдырлар, вирустар, актиномицеттер, бактериялар, спирохеттер, микоплазмалар, хламидиялар жатады.
Эукариоттарға - көпшілік балдырлар, саңырауқұлақтар мен қыналар, өсімдік пен жануарлар жатады.
Прокариот клеткаларының эукариот жасушаларынан айырмашылығы - олардың генетикалық материалы - сақиналы ДНҚ құрамына ақуыздар кіретін күрделі хромосомаларға жинақталмаған және де мембранамен қапталмаған. Прокариоттарда белгілі бір қызметтер атқаратын мембраналық құрылымдары болмайды. Бактериялар екіге жай бөліну арқылы көбейеді, сондай-ақ екі клетка арасында генетикалық ақпарат алмастыру түрінде жүретін жыныстық көбеюді байқауға болады. Прокариоттар клеткаларының пішіндеріне сәйкес ұсақ болып келеді. Олардың көлемі шамамен 1-10 мкм.
Прокариот клеткаларының құрылымы мен химиялық құрамдарында өздеріне тән ерекшеліктері болады. Цитоплазмалық мембранадан тыс орналасқан құрылымдары (жасуша қабықшасы, капсула, сілемейлі қап, талшықтар, ворсинкалар) көбінесе беттік құрылымдар деп аталады. Цитоплазмалық мембрана мен цитоплазма протопласт деп аталады.
Эукариот клеткаларының прокариоттардан негізгі ерекшелігі - олар жеке-жеке компартменттерге бөлшектенген, яғни көптеген мембраналық органеллалары болады. Эукариоттардың ақуызбен байланысқан ДНҚ-ы хромосомаларға жинақталып, қос мембранамен қапталған ядрода орналасады.
Эукариот клеткаларының пішіндері прокариоттарға қарағанда ірі келеді.
Құрылысының күрделілігіне қарай клеткаларды екі топқа бөледі: прокариондық (гректің про -- алдымен, карион -- ядро) және эукариондық (эу -- жақсы, карион -- ядро) деп.
Прокариоттарға эубактериялар, көк-жасыл балдырлар, спирохеталар, риккетсиялар және микоплазмалар жатады, қалған барлық организмдердің клеткалары, саңырауқұлақтардың, қарапайымдардың, жануарлар мен өсімдіктердің клеткалары -- эукариондық клеткалар.
Прокариоттардың клеткалары ұсақ болады (0,5-3 мкм). Митохондриялар, хлоропластлар, Гольджи аппараты, лизосомалар сияқты айқын байқалатын мембранамен шектелген органеллалар мен ядролық мембрана болмайды. Прокариоттардың гендік информацияның құрамында эукариондар клеткасының хромосомаларында болатын негізгі белоктар -- гистондар жоқ, тұйық сақина пішінді ДНК-ның қос тізбегінен тұратын бір хромосомада орналасқан. Прокариоттардың ядросында митоздық аппарат пен ядрошықтар жоқ. Прокариондық клеткалар аминқышқылдары мен көмірсуларынан тұратын клеткалық қабырғамен қоршалған. Олардың плазмалық мембранасы мезосомалар деп аталатын цитоплазмаға қарап ойындылар құрайды. Цитоплазманың матриксінде ерігіш белоктардың негізгі массасы, гликолиз процестеріне қатысатын ферменттер, түрлі субстраттарды тотықтыратын ферменттер, белоктардың синтезі барысында аминқышқылдарының активтігін арттыратын ферменттер мен липидтер, полисахаридтер синтезіне қатысатын көптеген ферменттер жүйелері болады. Бұл зонада ДНК-ның молекулалары жатады. Прокариоттардың плазмалық мембранасында немесе оның ішкі бетіндегі өсінділерінде АТФ синтезделуіне әкеліп соғатын, тотықтырып фосфорлауға қатысатын ферменттер жүйесі орналасқан.
Эукариоттардың клеткалары әдетте ірі және құрылымы жағынан прокариоттардың клеткаларына қарағанда, анағұрлым күрделі келеді. Сонымен бірге эукариоттарда жақсы жетілген ішкі мембраналар жүйесі -- эндоплазмалық тор мен Гольджи аппараты, мембраналармен шектелген органеллалар -- ядро, митохондриялар, хлоропластар мен лизосомалар болады. Эукариондық клеткаларға цитоплазманың қозғалысы мен митоздық ұршық және талшықтар сияқты энергияны трансформациялаушы көптеген күрделі жүйелер тән. Эукариондық клеткалардың ядросында ядрошықтар мен хромосомалар болады. Хромосомалары ДНК мен гистондардан тұрады.
Эукариоттардың плазмалық мембранасы сыртқы жағынан прокариоттардікіндей, әсіресе өсімдіктерде айқын байқалатын, клеткалық қабырғаның элементтерімен қапталған. Жануарлар клеткасында клеткалық қабырғаның аналогі мембрананың құрылыстық белоктарының сыртқы бетінде орналасқан гликопротеиндік және полисахаридтік молекулалардың қабаты түрінде болуы мүмкін. Оның атқаратын функциясы иондарды байланыстыру, клетканың шекаралық микроқоршауын құрау және ерекше антигендер мен рецепторлардың рөлін атқару.
Саңырауқұлақтарда клеткалық қабықша хитин мен полисахаридтен тұрады, ал балдырларда, оомицеттерде және жоғары сатыдағы өсімдіктерде клеткалық қабырғаның негізгі компоненті полисахарид -- целлюлоза.
Жануарлар мен өсімдіктер клеткаларының үш негізгі құрылыстық айырмашылықтары бар: 1) жануарлар клеткаларында болатын центриоль жоғары сатыдағы өсімдіктер клеткаларында болмайды; 2) өсімдіктер клеткаларының жануарлар клеткаларынан өзгешелігі цитоплазмасында пластидтер болады; 3) өсімдіктер клеткаларына целлюлозадан тратын қатты клеткалық қабырға тән.
Сыртқы ортадан алынатын энергияның түріне байланысты тірі клеткаларды үлкен екі типке бөлуге болады. Бірінші типтің клеткаларын гетеротрофты клеткалар деп атайды. Бұған жататындар адам организмінің барлық клеткалары мен жоғары сатыдағы жануарлардың клеткалары. Бұл клеткаларға химиялық құрамы күрделі дайын органикалық молекулалардың, атап айтқавда, көмірсулар, белоктар мен майлардың үнемі келіп тұруы қажет.
Гетеротрофты клеткалар энергияны осы күрделі заттарды тотықтыру арқылы алады. Гетеротрофты клеткалар бөлінген осы энергияны өзінің биологиялық функцияларының қажетіне жұмсайды.
Автотрофты немесе фотосинтездеуші клеткалар клеткалардың екінші типін құрайды. Бұған жататындар жасыл өсімдіктердің клеткалары. Фотосинтез процесі кезінде олар күн сәулесінің энергиясын хлорофилл пигментінің көмегімен химиялық энергияға айналдырады және атмосфералық көміртегінің қос тотығынан көміртегін бөліп алып жабайы органикалық молекуланы (глюкозаның молекуласын) түзеді.
Вирустарды құрылысы жағынан клетка деп есептеуге болмайды. Оларда әдеттегі клеткаларда болатын цитоплазма да, органеллалар да жоқ. Вирустарды орыс ботанигі Д. И. Ивановский 1852 жылы ашқан. 1898 жылы голландиялық Бейеринк вирус деген сөзді ойлап шығарған (латынның У деген сөзі). Вирус белоктік қабықшамен қапталған ДНҚ-ның (немесе РНҚ-ның) молекуласынан тұрады. Вирустардың ерекшелігі өз бетінше тіршілік ете алмайды. Вирус көбею үшін қандай да болмасын бір клетканы инфекциялауы керек
Дәріс 2.Прокариот клеткасының сыртқы және ішкі құрылымдары
Негізгі сұрақтар:
1. Клетка - тірі заттың ең кішкене бірлігі.
2. Клеткалардың құрылысы: су, белоктар, липидтер, көмірсу, органикалық
және неорганикалық иондар, АТФ, нуклеин қышқылдары.
3. Клетканынң морфологиясы. Клетка және организм: барлық организмдердің
онтогенезінің негізі - көбею, өсу және клеткалардың жіктелуі.
Протоплазманың құрылысы өте күрделі, оның құрамында көптеген химиялық
элементтер кездеседі. Сутегі, оттегі, азот, кальций, қалий, натрий, магний,
хлор, күкірт.
фосфор, алюминий, темір және тағы басқалар. Олар
клеткалар мен клеткааралық заттардың зат алмасуға қабілетті, тіршілік
әрекеті мен құрылысын сипаттайтын күрделі қосылыстар қүрамына кіреді.
Мүндай қосылыстарға
белоктар, углеводтар және липоидтар жатады. Оларға коса протоплазмада
органикалық емес түздар, еріген су болады.
Белоктар -- протоплазманың негізгі құрамы. Олар клеткадан және клеткасыз
заттардан кұралатын әрбір тірі заттардың функциясы мен құрылысын
белгілейді. Тірі заттардың ерекше белгісі -- үнемі зат алмасу процесі. Зат
алмасудың нәтижесінде тірі заттың химиялық құрамы жаңартылып отырады.
Өзінің химиялық қүрамы жағынан белоктар азот, оттегі және сутегі
қосылыстарынан тұрады. Оларға тәң қасиет азоттың болуы, осының арқасында
белок қосылыстары углеводтардан және майлардан ажыратылады, Көрсетілген
элементтерден басқа белоктардың қүрамында, ал, кейбіреулерінде фосфор
болады. Белоктың затында 50 процент көміртегі, 21,5 -- 23,5 процент 16 -- 17
процент азот, 6,5 -- 7,3 процент сутегі, және ,5' процент күкірт болады.
Белоктар жай протеин күрделі протеидтерге бөлінеді.
Жай протеиндерге -- альбумин (қанның сары суындағы глобумин, жұмыртқа
альбумині, әр түрлі ферленттер), улин (қан белогы), миозин (ет белогы) тг
б. жатады. Кейбір күрделі белоктардың құрамына гистон және протоаминдер
кіреді. Қүрделі протеиндерге -- әр түрлі протеин мен белоксыз заттар
қосындысы (нуклеопротеидтер липротейдтер және_глиқопротеидтер) кіреді.
Нуклеопротеидтер ядро қүрамына кіреді, липопротеид хондриосомда, ішкі
торлы аппаратта байқалған. Протеин мен углевод қосылысы -- гликойротеид
шырын затттарда кездеседі. Құрамына темір кіретін күрделі белоктың бірі
гемоцин эритроцит қүрамында болады. Жай белоктардан ферменттер
протоплазманың белогыяда елеулі байқалады. Ал қорыту ферменттерінін,
әсерінен және арқылы белоктар жай қосылыс -- амин қышқылына жеңіл ыдырайды.
Ыдыраудың нәтижесінде амин қышқылдары жаңа белокты қүрауға жүмсалады.
Белоктың молекуласы мицелла деп аталады. Белоктың .молекулалық құрамына
көптеген амин қышқыл кіреді. Сондықтан мицелла түрліше болып келеді.
Академик Зелинский және Гавриловтың мәліметі бойынша молекуласынын,
негізіне жататын 2 -- 3 амин қалдығы бар, қысқа пептинді, шумақ циклді мен
кезектесіп келіп отырады. Оның көп болуы мүмкін. Солардың санына белок
молекуласының молекулалық салмағы -- мыңнан миллиондап өзгерін отыруы
мүмкін. Ең ірі белоктардың молекулалық салмағы 4000. Эритроциттің негізгі
бөлігі -- гемоглобиннің барлық салмағы 63000. Ерітінді белоктардық (альбулин)
молекуласынын салмағы да немесе соған жақын. Фибрилярлы құрылысы бар
молекулалардың үзынша таяқша немесе жіп тәрізді. Протоплазмада белоқтаң
басқа майлар, углеводтар баркөбі доға тәрізді иіледі. Иілген жерінен
үршыкка бекіпіп, иіндері клетка шетіне қарап жатады. Клетканың бір по-
люсінен карағанда хромосомдардың осылай орналасуы-на байланысты олардың
жүлдыз тәрізді өрпек тузетіні байқалады. Бүл кезеңді аналық жұлдыз сатысы
деп атайды. Метофазада хромосомдар тігінен жарылып, екіге бөлінеді.
Липоидтар (майлы заттар). Клетканың тіршілік етуі үшін протоплазманың
құрамында көптеген майлы заттар -- липоидтар болады. Липоидтың құрамына
көміртегі және оттегі кіреді. Олардың кейбіреулерінде фосфор қышқылы және
азотты негіздер болады. Липоидтар төрт . топқа: майларға, фосфатидтерге,
стеариндерге, церебро-зидтерге бөлінеді. Олардың барлығы эфир, хлороформ,
спирт, бензол және басқа май сріткіштерде жеңіл ериді. Майлар клеткалардың
бәріндс де болады. Өйткені, олар клетканың тіршілік әрекеті үшін өтс қажет.
Майлардың құрамына: пальмитин, олеин, стеарин қышқылдары да кіреді.
Қышқылдар глицеринмен қосылып пальмитин, олеин, стеарин құрайды.
Протоплазмадағы майлар кебі-несе энергиялық материал есебінде жұмсалады.
Фосфа-тидтер әр түрлі қасиеттерге ие болған қосылыс. Оларға лецитин,
цефалин, сфингомиэлин жатады. Бұлар күрделі липоидты қосылыстар болып,
фосфор қышқылы мен азотты негіздерге ие болады.
Фосфатид және цереброзидтер едәуір мелшерде нерв жүйесі элементтерінен
табылады. Организмнің барлық клеткаларында кездесетін маңызды стеариндердің
бірі -- холестерин. Стеариндер барлық тканьдердің клеткалық 'зат алмасу
процесінде аса зор роль атқарады.
Углеводтар -- ор ганизмде энергетикалық материал есебінде маңызды роль
атқаратындардың бірі. Фермент-тердің әсерінен углеводтар ыдырайды, яғни
тотығады. Мүның нәтижесінде бөлінетін энергия клеткалық про-топлазмаларды
қайта құрайтын синтезді процестерде пайдаланылады. Углеводтар
моносахаридтер және поли-сахаридтер тобына бөлінеді.
Организмде ерекше роль атқаратын жай углевод -- монасахаридтің өкілі
глюкоза. Глюкоза көбінесе қан мен ткань шырындарында кездеседі. Күрделі
углевод поли-сахаридтер крахмал түрінде өсімдік клеткаларында, гли-коген
түрінде жануарлар тканьдерінде болады.
Көптеген мөлшерде бүл углевод бауыр және еттерден табылады. Өсімдік
клеткаларынын кабығын түзетін күр-делі полисахарид -- целлюлоза деп аталады.
Протоплазманың 80 -- 95 прсшенті орғаникалық емес және органикалық тұздар
еріген судан тұрады. Клетка-ның тіршілік әрекетіндс клеткадағы су және
басқа зат-тардың мөлшері, унемі өзгеріп отырады. Соған байланыс-ты
клеткадағы гидролиз процесі тоқталмай етеді. Зат алмасуда маңызды орын
алатын калий, натрий, кальций, магний, темір катиондары және сол сияқты фос-
фат, сульфат, хлор аниондары болады. Иондар белок жә-не майлармен қосылып
зат алмасу процесінде (олардың езгеруінде) маңызды роль атқарады.
Протоплазманың физикалык күйі. Тірі заттың қүрамында едәуір мөлшерде су
болады. Протоплазма мен ядроның кұрамында су 90 процент және онан да көп.
Тірі заттың қозғалыска кслуі көбінесе өзінің қүрамындағы судың мөлшеріне
байланысты.
Протоплазманы қатты затқа да, сүйық затқа да жат-қызуға болмайды. Онда
осы екеуінің де қасиеті бар. Ті-рі протоплазманы зерттеу, оның күрделі
коллоидты екен-дігін көрсетті. Протоплазманың күйі ортаның өзгерісіне
байланысты тірі заттарға тән әр түрлі структураларға ауысып отырады.
Протоплазманың негізгі касиеттерін түсіну үшін кол-лоидты системалардың
ерекшеліктерімен танысу қажет.
Коллоидты система деи аталынатын ерітінділер на-ғыз немесе молекулярлы
ерітіндіге және коллоидты ері-тіндіге бөлінеді. Ерітінділердің қасиеті
олардың түзетін заттарының ерекшелігімен емес, еріткіште болатын бел-
шектердің мелшерімен белгіленеді.
Молекулярлы ерітінділерде еритін заттар ультрамик-роскопта да көрінбейтін
үсақ молекулалар немесе ион-дар күйінде болады. Сондықтан молекулярлы
ерітінділер біркелкі болып көрінеді.
Коллоидты системада еріген заттардың бөлшектері ірілеу болып, екі
фазалы жүйе қүрайды. Қалқып жүретін бөлшектер дисперсті фазаны, ад, сұйығы
дисперсті ортаны түзеді. Коллоидты күйдегі заттардың жалпы қасиеттеріне --
біріншіден, жартылай өткізгіш мембранадан өте алмауы, екіншіден,
коллоидты бөлшектердің сәулені Шашыратып, анық көрінетіндігі.
Молекулярлы ерітінділер бұған керісіншс, жартылай өткізетін
мембранадан ' толық өтіп, сәулені шашыратпайды және көрсетпейтін де
қасиетті бар.
Бөлшектердің күйіне байланысты эмульсия және суспензия деп аталынатын
екі коллоидты жүйе ажыратылады. Дисперсті фаза эмульсияда сұйық, ал
суспеңзияда Катты белшектерден түрады. Коллоидты ерітіндідегі калқып
жүретін бөлшектер мицеллалар деп аталынады. Олар формасы түрлі
болып, 0,001 микроннан 0,1 микронға дейін жетеді. Мицеллалар ертіндіде
біркелкі орна-ласады. Өйткені, олардың электр заряды аттас келеді.
Коллоидты ерітінділердің тұрақтылығы да осыған байла-нысты. Бірақ ортаның
әр турлі жеріне байланысты, бөл-шектердің электр заряды әр аттас
болғандықтан, олар бір-бірімен байланысып, тунбаға тусетін үлкен түйірлер
тузеді. Бул қубылыс коагуляция (туну емес ую) деп аталынады.
Коллоидты жуйеде қалқып журетін бөлшектер нейтралданумен қатар тығыздалады
да. Басқа сөзбен айт-қанда, сұйықтық (золь) қатты күйге (гель) ауысады. Бул
процесті желімдену деп атайды. Желімденудің коагуля-циядан айырмашылығы
сол, оның коллоидты ерітінді тузетін заттарьгада кушті езгерістер
болмайды. Гель зольға оңай ауысып отырады. Желімденудің қайталай-тын
процесін тиксотропия деп атайды. Ерітінділердің же-лімдену және
коагуляциялану қубылыстары клетканың негізгі тіршілік процестерін
қамтамасыз етеді.
Протоплазманьщ физикалық қасиетінің өзгеруі, оның амеба тәрізді
қозғалысында, көбеюінде, зат алмасуында тітіркену кубылысында байқалады.
Клетканың тіршілік қызметіне байланысты прогоплазманың қурылысындағы
өзгерістерді рентген сәулесі және электрон микроскобы арқылы толық
зерттеуге болады. Протоплазманың мицел-лалары белгілі тәртіппен турлі
бағытта орналасып, оның коллоидты болуын қамтамасыз етеді. Бірақ мицеллалар-
дың қурылысы мен орналасуы протоплазманың қоюлану және суйықтану
қасиеттерін толық бейнелей алмайды. Протоплазманы зерттей келгенде оньщ
қасиеттеріне әсер тигізетін суйықтықтың тутқырлығы екендігі анықталды.
Протоплазманьщ тутқырлығы біркелкі суйықтықтардың тутқырлығынан айрықша
клетканың физиологиялық жағдайда және ортаның әсеріне тәуелді
унемі өзгеріп отырады. Мысалы, протоплазманьщ тұтқырлығы клетка-ның амеба
тәрізді қозғалысында көрінеді- Бөлінетін клеткалардың бөлшектерінде
түтқырлық әр түрлі бола-ды- Клетканың бөлінуінде уршықтың және
бунақтың пайда болуы осыған байланысты.
Тутқырлық мицелла араларындағы бөлшектердің уй-келуінен пайда болады.
Мицелла арасьшдағы үйкелу не-ғурлым аз болса, протоплазма солғурлым суйық
болады. Желімдену жағдайьшда, керісінше, мицеллалар кушті уйкеліп, тығыз
массалар тузеді. Тутқырлық протоплазманын әр түрлі жағдайын
түсіндіргенмен сүйықтылык пен қоюлықтың бір-біріне ауысу себебін толық
шеше ал-майды. Протоплазманың нәзік құрылысын зерттей кел-генде тутқырлық
тек бөлшектердің үйкелуінен пайда болмайтындығы керінді. Клеткалық
протоплазма қара-' пайым коллоидты жүйеден айрықша болады. Өйткені,
оНын мицеллаларын құрайтын белоктар мен липойдтар өзара белгілі байланыста
болып, клетканың күрделі қу-рылысының негізін қурайды. Мицеллалардың
байланы-сы және протоплазманың күйі әр түрлі, протоплазма судың
азаюы және көбеюі кезінде, температураның, суте-гі иондарының
концентрациясының қүбылысында және басқа жағдайларда өзгеріп отырады.
Мысалы, протоплаз-маны су басқанда немесе температурасы көтерілгенде
мицельді байланыстар бұзылып, протоплазма сүйықта--лады. Протоплазма
тығыздалғанда белокті мицельдер жаңадан түзіліп, қайтадан қалпына
келеді. Мұндай қа-сиет тірі заттың ерекшелігін көрсетеді.
Протоплазманың мицельді құрылысы клетканың зат алмасу және тіршілік
әрекетін қамтамасыз етеді. Зат аямасудың негізіне белок жатады. Белок
арқылы про-тонлазманың нәзік қурылыстары мен күрделі әрекеттері езгеріп
отырады.
Дәріс 3,4.Микроорганизмдерде метоболизм жүйелерінің топтасу ерекшеліктері мен алуантүрлілігі, оларды практикада қолдану негізі ретінде
Тірі организм дегеніміз- белгілі құрылымы бар биологиялық система. Тірі организмде үзіліссіз зат алмасу жүріп жатады.
Зат алмасу дегеніміз - организмде жүріп жататын барлық химиялық процестердің жиынтығы.Организмдегі зат алмасу тіршіліктің негізгі белгісі болып табылады. Тірі организм зат алмасудың нәтижесінде пайда болып жарыққа шығады, тіршілік етеді, өсіп жетіледі және өледі.
Зат алмасу физиологиялық - ас қорыту, сіңіру, бөліп шығару, физикалық-химиялық-сорбция, диффузия, биопотенциалдар, биохимиялық-заттардың синтезделуі, ыдырауы, өздігінен- өзі құралуы сияқты т.б әртүрлі кейде қарама-қарсы процестерді айтамыз.
Зат алмасудың негізгі 3 кезеңі:
1. Ас қорыту (тамақтану биохимиясы)
2. Аралық алмасу (клетка ішілік зат алмасу)
3. Бөліп шығару (түзілген соңғы заттар)
Ас қорыту, ыдырауы:
Полимерлердің мономерлерге дейін ақуыздың амин қышқылдарына, көмірсулардың моносахаридтерге, майлардың май қышқылына және глицеринге дейін ыдырауы.
Тамақтың негізгі компоненттері: көмірсулар, майлар, ақуыздар.
Тамақтың қосымша компоненттері: микроэлементтері, дәрумендер, Na және K тұздары.
Ас қорыту процесі асқазан жолдрында жүреді, яғни асқазанға түскен ас қорытылып, ішектің кілегейлі қабатына сіңіріледі.
Аралық зат алмасу, басқа сөзбен айтқанда метоболизм - тірі клеткада жүретін барлық химиялық процестерден тұрады. Тірі клеткада көптеген биохимиялық реакциялар жүреді.
Метоболизм -- көптеген мультиферменттік жүйелердің өзара тығыз байланысының арқасында іске асатын клетканың белгілі бір бағытқа бағытталған, аса мұқият ұйымдасқан белсенділігі.
Метоболизм қызметі:
1. Клетканың ағзаға түскен тамақтың ыдырауынан түзілетін энергиямен қамтамасыз ету.
2. Тамақты кіші молекулалы заттарға дейін ыдыратып, оларды басқа макромолекулаларды құрауға қолдануға дайындау.
3. Ақуыз, нуклеин қышқылдары, майлар, полисахаридтер т.б сияқты макромолекулаларды, биополимерлерді олардың құрамды бөліктерінен жинау, құрастыру.
4. Клетканың арнаулы қызметі үшін қажет биомолекулалардың синтезі мен ыдырауы (гормондар,медиаторлар, кофакторлар).
Сонымен қорыта келгенде, метаболизм энергетикалық және құрылыстық қызмет атқарады.
Метаболизм 2 түрге бөлінеді:
Катаболизм -- күрделі органикалық молекулалардың қарапайым, кіші молекулалы заттарға дейін ыдырауы. Мысалы, тамақпен түскен көмірсу, май, ақуыз көптеген сатылы биохимиялық реакциялардың нәтижесінде сүт қышқылына, СО2 және аммиакқа дейін ыдырайды.
Анаболизм биосинтез, яғни анаболизм кезінде кіші молекулалы заттардан, "құрылыстық белоктардан "үлкен молекулалы заттар ақуыздар, полисахаридтер, липидтер т.б. Түзіледі. Биосинтез үшін эергия қажет. Энергияның көзі ретінде АТФ-тың АДФ-қа және фосфор қышқылына дейін ыдырау реакциясы және НАДФН * Н+ қолданылады.
АТФ -- АДФ + Фн
Катаболизм -- (гр.ката-төмен,баллен-тастау) күрделі органикалық қосылыстардың ыдырап, қарапайым молекулаларға айналуы.Азық-түлік, жем-шөп арқылы организмге енген және тканьдер мен органдарға барған белоктар, липидтер, көмірсулар бірқатар катаболиздік реакциялар нәтижесінде ыдырап, ақырғы өнімднрге (CO2, H2O, NH3) айналады да, сыртқа бөлініп шығады. Катаболиздік реакциялар кезінде органикалық молекулалардан бос энергия бөлініп шығады және олар АТФ макроэргиялық байланысында, басқа да нуклеоидтерге жиналады. Жиналған осы энергия тірі организмнің тіршілік әрекетін іске асыру үшін жұмсалады.
Анаболизм-(гр.ana- жоғары деген сөзі) белоктар, майлар, нуклеин қышқылдарының және жасуша мен ұлпадағы басқа да биомолекулалардың синтезі.Мұндай синтез катаболизм кезінде пайда болған заттардың есебінен іске асады. Анаболизм реакциялары кезінде АТФ макроэргиялық байланыстарынан босап шыққан энергия жұмсалады. Анаболизм процесі кезінде организмның құрам брліктері қалыптасады және жаңа бөліктері түзіліп жаңарады. Ал организмді тұтастай алып қарастыратын болсақ, ересек организмның дене құрамы біркатар уақыт бойы оншама өзгере қоймайтыны белгілі.
Катаболиз, анаболиз процестері:
Клеткадағы катаболиздік және анаболиздік реакциялар бірінен-бірі тәуелсіз болады және бір мезгілде жүреді. Бұл екеуі зат алмасудың біртұтастығын және оның мазмұнын көрсетеді. бұл реакцияларды ферменттер катализдейді және және оны эндокриндік жүйе мен орталық нерв жүйесі басқарып, реттейді. Катаболизм және анаболизм нәтижесінде түзілетін қосылыстар метаболиттер немесе- аралық өнімдер деп аталады. Катаболизм диссимиляция деп, ал анаболизм ассимиляция деп те аталады.
Негізгі қоректік заттар (белоктар, көмірсу және майлар)-күрделі де жоғары молекулалы қосылыстар. Сондықтан олар ас қорыту жолында ішек-қарын қабырғасы арқылы сорылып, организмге ене алмайды.Ол заттар организмге сіңіп,оның құрам бөлігіне айналу үшін оларды ыдырату және қарапайым молекулалы заттарға айналдыру қажет.Қоректік заттардың ыдыракп айырылуы әр-түрлі ферменттердің әсері арқылы іске асады және ол ас қорыту процесі деп аталады.
Зат алмасу қарқыны
1. Белок алмасу
2. Көмірсу алмасу
3. Май алмасу
4. Су алмасу
5. Минерал алмасу
Клетка ішінде катаболиттік және анаболиттік реакциялар бір уақытта жүреді,бірақ олдардың жүру жылдамдықтарының реттелуі біріне-бірі тәуелсіз болады.
Клетка макромолекулалары өздерінің негізгі құраушы бөлімдеріне ыдырайды: полисахаридтер -- - гексозалар, майлар -- -май қышқылдарына және глицеринге, ақуыздар -- - амин қышқылдарына дейін ыдырайды.
Метоболиттер. Метаболизм -- катаболизм және анаболизмніңң үздіксіз бірлігі. Метоболиттердің тұрақты концентрациясы синтез бен ыдырау процестерінің динамикалық тепе-таеңдігі. Бір клеткада біріне-бірі қарама-қарсы екі процестің бірлігін қамтамсыз ету.
Биологиялық мембраналар ең алдымен клетка метаболизмінің биохимиялық, клеткалық және физиологиялық деңгейде интеграциялық және дифференциялық ( іріктеу және басқару ) жүйесі. Биохимиялық деңгейде болатыны биомембранасыз АТФ-тың синтезі,мысалы гормондардың зат алмасуға әсері жүрмейді.Клеткалық және субклеткалық деңгейде болатыны мембранасыз ядроның, митохондрийдің, лизосомалардың, цитоплазманың өз қызметтерін істеуі мүмкін емес.
Зат алмасуды зерттеу әдісінің екі түрі
1. бүтін ағзада
2. мүшелер мен тіндер кесінділерінде.
Метаболизм процестерін бүтін ағзада зерттеу. Бұл ескі әдіс болғандықтан изотоптарды (атомдарды) қолдану барысында жаңарып, ХIХ ғ. Басында ғалымдар көптеген мысалдар келтіре бастады. Кноп май қышқылдарының оргазмде таралуының зерттеуіне жасаған эксперименттері соған мысал бола алады.
Әдетте тұрақты изотопты элементтер қолданылады, олар бір бірінен организмдегі салмағы кең таралған элементтер (ауыр изотоптар) немесе радиактивті изотобы бойынша ерекшеленеді.
Мүшелер кесінділеріндегі метаболизмге зерттеулер. Артериясы кесілген органға қандайда бір зар ертіндісін және сұйықтықтағы затты талдау, бізге мүшеде қандай айналуларға заттың ұшырауын көрсетеді. Мысалы,осындай жолмен бауырда азоттың әсерінен мочевинада амин қышқылы түзіледі. Осы әдіс арқылы бауырдын негізгі қызметі кетонды заттар мен мочевинаны түзу деп бекітілді.
Тіндер кесінділерінде зерттеу әдісі. Микротома арқылы мүше кесіндісін (тіндер) аламыз, оларды құрамында дәл сондай немесе өзге қосындылары бар, белгілі бір температурада, құрамында газы бар орталарға орналастырып, түзілген өнімдерді зерттейді. Мысалы, осы әдіс арқылы тіндердің тыныс алуын (тіндегі оттегінің жұмсалуы және көмір қышқыл газының бөлінуі) зерттеуге болады.
Тұрақты изотоптар ішінде жиі қолданатын салмағы екіге тең сутек изотобы (дитериі, 2Н), массасы 15 ке тең азот(15 N), массасы 13 болатын көміртек(13С) және массасы 18 оттек(18О). Радиактивті изотоптардың ішінен қолданылатын сутек изотобы (трити, 3Н), фосфор(32Р және 33Р), көміртек (14С), күкірт (35S), йод (131I), темір (59Fe), натрий(24Na) және т.б.
Қорыта келгенде, метаболизм - катабализм мен анаболизмнің үздіксіз бірлігі. Метаболиттердің тұрақты концентрациясы (глюкоза,ақуыз, май қышқылдары), синтез бен ыдырау процестерінің динамикалық тепе теңдігі.
Биологиялық мембраналар ең алдымен, клетка метаболизімінің биохимиялық, клеткалық және физиологиялықдеңгейде интеграциялық және дифференциялық(іріктеу және басқару) жүйесі. Биохимиялық деңгейде болатын биомембранасыз АТФ- тың синтезі, гормондардың зат алмасуға әсері т.б. жүрмейді.
Дәріс 5,6.Өсімдік клеткаларының және жануар клеткаларының топтасуының негізгі белгілері
Өсімдік және жануар клеткаларының ұқсастықтары (4-кесте):
-- өсімдік және жануар клеткаларының жалпы құрылыстары ортақ, яғни екеуінің де беттік кешені, цитоплазмасы және ядросы бар;
-- мембраналық құрылымдары ортақ;
-- химиялық құрамдары ұқсас;
-- зат пен энергия алмасу үрдістері ұқсас жүреді, цитоплазма мен ядрода жүретін көптеген химиялық үрдістерінің жолы ұқсас, мысалы, ақуыз синтезі, ДНҚ репликациясы және т.б.;
-- клетканың бөлінуі кезінде тұқымқуалаушылық ақпаратын ұрпаққа берулері бірдей;
-- бөліну үрдістері бірдей.
Өсімдік және жануар клеткаларының айырмашылықтары:
-- өсімдік клеткасының клетка қабықшасы, пластидтер, ірі вакуольдері бар, клетка орталығы жоқ;
-- жануарлар клеткаларында клетка орталығы бар;
-- жануарлар клеткалары қоректенуі гетеротрофты;
--
Прокариот ұғымы "ядроға дейінгі", ал эукариот - "жақсы немесе анық ядросы бар" дегенді көрсетеді. Пішіні әр түрлі. Біржасушалы клеткалардың арасында денесі өте қарапайым құрылысты (хлорелла,амеба), сондай-ақ күрделі құрылысты (ацетабулярия,инфузория) болып келетіндері де бар. Біржасушалы клеткалартеңізде,өзенде,шалшықтысул арда,құрлықтада кездеседі. Олардың арасында басқажануарларғажем болатын, сондай-ақадаммен жануарлардыауруғашалдықтыратын түрлері де кездеседі.
Прокариоттардың мөлшері өте кішкентай, ұзындығы 1 -- 10 мкм. Прокариоттардың эукариоттарданайырмашылығы -- олардың айқындалған органоидтері, яғниэндоплазмалықторы, Гольджи жиынтығы,митохондрияларыболмайды. Жануарлардың және өсімдіктердің жасушаларында жаксы айқындалған түйіршіктер болады. Олар -- нәруыз, май жәнегликогенсияқты қор заттарынан тұрады. Прокариоттың эукариоттан негізгі айырмашылығы -- онда қалыптасканядросыжәнехромосомаларыб олмайды. ПрокариотДНҚ-сыныңэукариотДНҚ-сынан айырмашылығы -- мұндаДНҚ-ның сыртын нәруыздар қаптап тұрмайды және пішіні сақина тәріздес болып келеді. Прокариот жасушаларындамембранақұрылымы болады, олармикроорганизмдердіңэнергетикалы қ процестеріне қатысады. Мысалы, көк-жасыл балдырлардыңмембранақұрылымындахлор офиллболады және оларфотосинтезпроцесін жүзеге асырады. Кейбір микроорганизмдердемембранақұрылымда ры аэробты тыныс алу процестеріне катысады. Негізінен, прокариоттар клетканың жай екіге бөлінуі арқылы көбейеді, яғни аналық клетка екі жас клеткаға тікелей бөлінеді. Прокариот клеткаларының эукариот жасушаларынан айырмашылығы - олардың генетикалық материалы - сақиналы ДНҚ құрамына ақуыздар кіретін күрделі хромосомаларға жинақталмаған және де мембранамен қапталмаған. Прокариоттарда белгілі бір қызметтер атқаратын мембраналық құрылымдары болмайды. Бактериялар екіге жай бөліну арқылы көбейеді, сондай-ақ екі клетка арасында генетикалық ақпарат алмастыру түрінде жүретін жыныстық көбеюді байқауға болады. Прокариоттар клеткаларының пішіндеріне сәйкес ұсақ болып келеді. Олардың көлемі шамамен 1-10 мкм. Прокариот клеткаларының құрылымы мен химиялық құрамдарында өздеріне тән ерекшеліктері болады. Цитоплазмалық мембранадан тыс орналасқан құрылымдары (жасуша қабықшасы, капсула, сілемейлі қап, талшықтар, ворсинкалар) көбінесебеттік құрылымдар деп аталады. Цитоплазмалық мембрана мен цитоплазма протопласт деп аталады.
Эукариоттар (грек. еu - жақсы, толығымен және karyon - ядро) - құрамында ядросы бар организмдер. Эукариоттарға барлық жоғары сатыдағы жануарлар мен өсімдіктер, сондай-ақ бір немесе көп жасушалы балдырлар, саңырауқұлақтар және қарапайымдар жатады. Эукариоттар жасушалары прокариоттармен салыстырғанда күрделі келеді. Эукариот жасушалары көптеген ішкі мембраналармен жеке бөліктерге бөлінеді. Бұл бөліктерде бір мезгілде бір-біріне тәуелсіз әр түрлі химиялық реакциялар жүреді. Бұл жасушаларда ядро мен түрлі органеллалар (митохондрия, рибосома, Гольджикешені) қызметтері жақсы жіктеледі. Клетка ядросы, митохондриялар, пластидтер цитоплазмадан екі қабат мембрана арқылы шектеледі. Ядрода жасушаның генетикалық материалдары (ДНҚ, онымен байланысқан заттар) шоғырланады. Өсімдік жасушаларының хлоропластары негізінен Күн сәулесін сіңіріп, оны фотосинтез нәтижесінде органикалық заттардың химиялық энергиясына айналдырса, митохондриялар көмірсулар, майлар, белоктар, т.б. органикалық қосылыстарды ыдыратып энергия түзеді. Эукариот жасушалары цитоплазмасының мембраналық жүйесі (эндоплазмалық тор,Гольджикешені) - жасуша әрекетін қамтамасыз ететін макромолекулаларды түзіп, жинақтайды. Эукариот жасушалары митоз жолымен бөлінеді. Эукариот клеткаларының прокариоттардан негізгі ерекшелігі - олар жеке-жеке компоненттерге бөлшектенген, яғни көптеген мембраналық органеллалары болады. Эукариоттардың ақуызбен байланысқан ДНҚ-ы хромосомаларға жинақталып, қос мембранамен қапталған ядрода орналасады. Эукариот клеткаларының пішіндері прокариоттарға қарағанда ірі келеді. Прокариот пен эукариот клеткаларының негізгі ерекшеліктері төменде нақты көрсетілген.
Өсімдік және жануар клеткаларының ұқсастықтары:
- өсімдік және жануар клеткаларының жалпы құрылыстары ортақ, яғни екеуінің де беттік кешені, цитоплазмасы және ядросы бар;
- мембраналық құрылымдары ортақ;
- химиялық құрамдары ұқсас;
- зат пен энергия алмасу үрдістері ұқсас жүреді, цитоплазма мен ядрода жүретін көптеген химиялық үрдістерінің жолы ұқсас, мысалы, ақуыз синтезі, ДНҚ репликациясы және т.б.;
- клетканың бөлінуі кезінде тұқымқуалаушылық ақпаратын ұрпаққа берулері бірдей;
- бөліну үрдістері бірдей.
Жануар клеткасында пластидтер, клетка орталығы болмайды, пішіні әр түрлі болып, клетканың сыртын қатты қабық глюкокаликс қаптайды .Ал, өсімдіктер клеткасында өсімдіктерге түс беріп тұратын пластидтері болып, клетка қабығы целлюлозадан тұрады.
Өсімдіктер клеткасының негізгі ерекшеліктері:
1. Әрбір клеткада өзіндік сыртқы қаңқа- клетка қабықшасының болуы;
2. тұрақты вакуольді жүйенің болуы;
3. өсімдіктердің жоғары синтездік қабілеттілігіне байланысты протопласта арнайы органелла - пластидтердің болуы;
4. эргастикалық қосындылардың жиналуы: әртүрлі қоректік қор заттары (клетканың барлық бөлімдерінде) және зат алмасудың зиянды өнімдері (вакуольде);
5. кариокинезде центриольдің болмауы және фрагмопластың цитокинезде пайда болуы.
Модуль 2 Микроорганизмдер, өсімдіктер және жануарлар биотехнология нысаналары ретінде
Дәріс 7,8.Микроорганизмдер мен олардың метаболизм өнімдері биотехнологиялық объекті ретінде
Микробиотехнология өндірісінің негізгі объектілері болып микробтар мен вирустар (вироидтар мен фагтарды қоса алғанда), бактериялар мен зең саңырауқұлақтары, протозоа туыстары есептелінеді. Кейбір жағдайларда микробиотехнология өндірісінің биообьектісі ретінде, микробтардың біріншілік өнімі болып табылатын қайсібір ферменттер де бола алады.
Өсімдіктер мен хайуандар жасушаларына қарағанда, микробтар өте тез көбею қабілеттіліктеріне ие болуы себебінен, олардағы барлық зат алмасу реакциялары да өте жоғары қарқында жүреді. Микроорганизмдердің биообъект ретіндегі басқалармен салыстырғандағы артықшылықтары қатарына:
1) олардың геном құрылымының қарапайымдылығы;
2) табиғи немесе жасанды орта жағдайына тез бейімделгіштіктері (лабильділіктері);
3) бұларда жүретін ферментативті реакцияларының қарқынды жүруі нәтижесінде қысқа мерзімде олардың массасының тез артуы жатады.
Жоғарыда аталған басымдылықтарының ішінде біріншісіне тоқталатын болсақ, яғни олардың геном құрылымының қарапайымдылығы, микробтық жасушаларының тұқым қуалаушылық аппаратына оңай өзгертулер жүргізу мен қайта құру мүмкіндіктеріне, мысал алғанда олардың құрамына басқа ген ендіру, жасушаға плазмида енгізу немесе керісінше одан оны элиминациялау және т.б. мүмкіндіктеріне қол жеткіздіреді.
Екінші артықшылықтарын бактериялар мен зең саңырауқұлақтарын мысалға ала отырып көрсетуге болады. Мысалы, температураға төзімділіктеріне байланысты микробтар психрофильді (тіршілік ету аясы 200С-тан төмен), мезофильділер (тиісінше 20-450С аралығы ) және термофильділер (450С-тан жоғары ортада тіршілік ете алады) деп бөлінетіндіктері белгілі. Бірақ та жоғарыда келтірілген температуралық шамалардан асып кететін жағдайлар да кездеседі. Атап айтсақ, Xanthomonas pharmiicola туысына жататын психрофильді бактериясы 0-ден +400С дейінгі температуралық орталықта өсе алса, мезофильді бактериясына жататын lactobacillus lactis 20 мен 500С аралықтарында, ал термофильді Bac. Coaculans бактериясы 20-дан 650С аралықтарында да өмір сүре алады екен.
Микроорганизмдер жасушаларының үшінші үлкен ерекшеліктері - олардағы зат алмасу үдерістерінің қарқынды жүруі екендігі жоғарыда айтылды. Бір микробтық жасушасы минутына 10-100000 дейін ақуыз молекуласын синтездей алады. Көптеген микроорганизмдер массасының 2 еселену уақыты 0,3-2 сағат арасында болады. Бұл ең жоғарғы өнімді өсімдіктермен салыстырғанда 500 рет, ал жоғарғы өнімді асыл тұқымды малдардан 1000-5000 рет жылдам екенін көрсетеді. Тағы бір үлкен көңіл қоятын мәселе, кейде жасушалардың барлық биохимиялық активтілігі өздерінің өсуі мен көбеюіне ғана бағытталмай, керісінше адамдарға қажет заттарды ситездеуге жұмсалады және микроорганизмдердің мұндай қабілетін реттеп, оның қарқындылығын арттыруға да болады.
Микробиологиялық синтездің тиімділігі субстрат ретінде меласса, сүт сарысуы, мұнай және т.б. өнімдердің қалдықтары мен екіншілік шикізат көздерін қолдану мүмкіндігімен артады.
Микроорганизмдер қолданылатын өндірістерді шартты түрде 2 топқа бөледі :
1. Тамақ және ашу өндірісі. Тамақ және ашу өндірісінде, ауылшаруашылық шикізаттарын өңдеуде микроорганизмдердің қолданылуы технологиялық циклдың белгілі бір сатысында шектеледі. Яғни, микроорганизмдердің жоғарғы биомассасын дақылдау және олардың метаболизмінің өнімдерін жинау мен тазартуды қажет етпейді, мұндай өндіріс орындарын микробиологиялық өнеркәсіпке жатқызбайды.
2. Микробиологиялық өнеркәсіп. Микробиологиялық өнеркәсіптің негізгі технологиялық сатысы микроорганизмдерді дақылдау болып табылатын өндіріс.
Микробиологиялық өнеркәсіпті өз кезегінше технологиялық белгілері бойынша екі топқа бөледі:
Көп тоннажды өндіріс. Оның өнімдері органикалық қышқылдар, спирттер, микробтық биомасса болып табылады. Олардың негізгі белгілері терең, яғни суспензиялық өсіру, ал қоректік орта компоненттері қанттар, спирттер, мұнайдың көмірсутектері көптеген микроорганизмнің өсуін тежейтін концентрацияда болады, кейбір жағдайда аэрацияны қажет етпейтін анаэробтар және т.б. қолданылады. Мұндай жағдайлар биотехнологиялық үдерістерді бөгде микрофлорадан сақтауды және көп мөлшердегі сұйықтықты мұқият залалсыздандыруды, ауаны терең тазалау мен қондырғыларды герметизациялау сияқты талаптардың орындалу қажеттігін жояды.
Ал көп тоннажды өндірістің негізгі ерекшеліктері қатарына - өнімді бөліп алу сатысының қарапайымдылығы, олардың сұйық түрде өндірілуі және өнімдердің термотөзімділігіне байланысты жылумен кептіруге болатындығын жатқызуға болады.
Микробиологиялық өндірістің технологиялық үдерістері жалпылай алғанда келесі сатылардан тұрады:
* себінді материялды дайындау;
* қоректік орталарды дайындау және залалсыздандыру;
* микроорганизмдерді дақылдау (микроб синтезі);
* қажетті (соңғы, құнды) өнімді бөліп алу;
* дәрмектердің тауарлы өнімдерін алу (кептіру, ұнтақтау, стандарттау және қаптау).
Аз тоннажды өндірісі - жоғарғы физиологиялық қасиеттерге ие (дәрумен, фермент) күрделі құрылымдық заттар мен бактериялық заттар алуға байланысты жүретін микробиологиялық синтез үдерісіне негізделген. Аз тоннажды өндірісте микроорганизмді терең дақылдау әдісі пайдаланылады, сондықтан қолданылатын қоректік орталарды, қоспаларды, аэрацияланатын ауаны залалсыздандыру, жұмыс орындарының гермитизациялануы жоғары талаптарға сай орындалуы қажет.
Микробиологиялық синтездердің өнімдерін 3 түрге бөледі:
1. Негізгі активті компоненті ретінде тіршілік етуге қабілетті, тірі микроорганизмдерден тұратын биологиялық дәрмектер (өсімдіктерді қорғайтын заттар, бактериялы тыңайтқыш заттары, ұйытқылары және т.б.).
2. Инактивирленген жасушалар және олардың өңделген өнімдерінен құрылған биологиялық дәрмектер (азықтық, ашытқылар, саңырауқұлақтың мицеллиялары).
3. Микроорганизмдер метаболизмінің тазаланған өнімдері негізіндегі биологиялық өнімдер (дәрумендер, амин қышқылдары, ферменттер, антибиотиктер).
Бұл өнімдерді химиялық табиғатына және өндіруші түріндегі (продуцент) микробтық жасушалар үшін мәніне байланысты 3 топқа бөледі:
1. Молекулалық массасы 10000-нан бірнеше мыңға дейінгі үлкен молекулалық заттар (ферменттер, полисахаридтер).
2. Бірінші реттік метоболиттер, яғни микрооргизмдер өсуі үшін қажетті қосылыстар (амин қышқылдары, дәрумендер, пуринді және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz