Растителни и животински клетки - устройство и клетъчен цикъл

Question 1

Кои са двете фундаментални
събития в еволюцията, в следствие на които са се обособили животинското и растителното царство?

Answer 1

1. Придобиването на способността да се включва в метаболизма въглеродната киселина посредством фотосинтезата;
2. Оформянето на твърда клетъчна стена в прародителите на днешните растителни видове.

Question 2

Какво представлява протоплазмата?

Answer 2

Високоорганизирана система от морфологични и биохимични компоненти, които се намират в състояние на постоянно взаимодействие.

Question 3

Какво представлява обвивката на растителната клетка?

Answer 3

Плътна, еластична, целулозопектинова обвивка. Пектиновите вещества служат за връзка между стените на отделните клетки.
В процеса на стареене на клетките в техните стени могат да се открият лигнин и други циклични съединения.

Question 4

Какво представлява обвивката на животинската клетка?

Answer 4

Еластична фосфолипидна клетъчна мембрана, в която са интегрирани белтъци, които са в основата на активния транспорт на различни йони – натрий,калий,калций,хлор.

Question 5

Химичен състав на растителната клетъчна стена

Answer 5

90% въглехидрати и 10% белтъци.
1. Целулоза
2. Хемицелулоза
3. Пектини
4. Структурни белтъци

Question 6

Структура на целулозата

Answer 6

Основен ВГХ в растителната КС, неразклонен полимер, изграден от молекули D-глюкоза, свързани помежду си чрез β-1,4 връзки. Всяка глюкозна молекула е завъртяна на 180° спрямо съседните, оформяйки дълги вериги от до 25 000 глюкозни остатъка. 36 такива вериги се интегрират чрез водородни връзки и образуват микрофибрили, които са относително устойчиви на химично и биологично деградиране (някои бактерии, най-вече в стомашно-чревния тракт на преживните животни синтезират целулази).

Question 7

Структура на хемицелулозата

Answer 7

Хетерогенна група, обединяваща разклонените полизахариди на матрикса; Свързват се нековалентно, но много здраво, с повърхността на целулозните микрофибрили, а също и помежду си, оформяйки около всяка микрофибрила особена обвивка. Молекулата представлява осова дълга верига от захарни остатъци от един тип, съединени с β-1,4 връзки, от които излизат къси странични вериги, изградени от захари от друг тип. Захарните остатъци в хемицелулозата са различни – ксилоза, галактоза фруктоза и т.н. Растителните клетки синтезират набор хемицелулоза в зависимост от вида на растението и стадия на неговото развитие.

Question 8

Структура на пектините

Answer 8

Хетерогенна група от силно разклонени хидратирани полимери, съдържащи много отрицателно заредени остатъци от галактуронова киселина. Някои от карбоксилните групи са естерифицирани с метилни групи. Свободните карбоксилни групи от близкостоящи вериги се свързват чрез Са++ и Mg++ йони. Отсъствието на Са++ и Mg++ йони прави пектина водоразтворим. Са++ / Mg++ соли на пектина формират гел, способен да набъбва (в хранителната индустрия за производството на различни видове желета).

Question 9

Структурни белтъци на КС

Answer 9

Формират глюкопротеини с разклонени полизахаридни вериги чрез гликозидни връзки (хидроксипролинови и серинови остатъци).

Question 10

Разлика между първична и вторична КС

Answer 10

Стените на растящите клетки се наричат първични КС. Зрелите клетки могат да съхранят първичната стена, понякога значително увеличавайки нейната дебелина или в повечето случаи да синтезират вторична КС - допълнително удебеляващи слоеве с различен химичен състав. Формирането на вторичната КС се осъществява чрез лигнификация на първичната КС.

Question 11

Устройство на ядрото (нуклеоплазмата)

Answer 11

Частта от протоплазмата, заключена от ядрената мембрана се нарича клетъчно ядро. Нуклеоплазмата е свързана с цитоплазмата посредством ядрените пори, чиято функция е контролиран транспорт на РНК и белтъци. Вътрешната част на ядрото е основно изградена от хроматин (деспирилизирани хромозоми, които се спирализират по време на митозата). Синтеза на рибозомната РНК и биогенезата на рибозомите са структурно отделени в ядърце.

Question 12

Устройство и функция на рибозомите

Answer 12

Изградени от две субединици – голяма и малка, всяка със собствен микс от белтък и рРНК. Откриват се като самостоятелни структури в цитоплазмата, групирани в полирибозоми, или „закачени” към ЕПР. Основната им функция е синтез на белтък.

Question 13

Елементи на ендомембранната система

Answer 13

Ядро, ЕПР, АГ и везикули - създава условия за осъществяването на специфични ензимни реакции в точно определени региони на клетката. Органелите, изграждащи системата са свързани непосредствено или тази връзка се осъществява чрез транспортни везикули.

Question 14

Устройство и функции на ЕПР

Answer 14

Интегрирана триизмерна система, изградена от плоски и тубуларни клетъчни мембрани. Грапавият ЕПР е покрит с рибозоми от страна на цитоплазмата, където се синтезират белтъците и се транспортират във вътрешността, където белтъчните молекули претърпяват вторична
модификация, най-често чрез гликозидиране.
Гладкият ЕПР е продължение на грапавия. В него се синтезират фосфолипидите, които изграждат клетъчните
мембрани или др. молекули, в зависимост от конкретните клетки и техните физиологични нужди (напр. тестостерон в тестесите или детокс в черния дроб).

Question 15

Устройство и функции на АГ

Answer 15

Полярна структура от цистерни: от регенериращата страна включват мембранни везикули, продуцирани от съседните цистерни на ЕПР и отделят везикули от страната на секреция. В животинските клетки Цис страната е откъм ЕПР, а транс страната е ориентирана към цитоплазмената мембрана. По време на своето движение през АГ белтъчните молекули се гликозидират и когато процесът завърши се отделят, пакетирани в изходящите везикули. Дали една везикула ще бъде секреторна или ще остане в клетката е процес строго контролиран на молекулярно ниво в зависимост от етапа на развитие на клетката и конкретните метаболитни нужди.

Question 16

Устройство и функции на лизозомите

Answer 16

Мембранни структури, произхождащи от АГ и съдържащи хидролитични ензими. Могат да се сливат с везикули, които се формират от плазмената мембрана и съдържат различни субстрати от извънклетъчното пространство, които биват разградени от лизозомните хидролитични ензими.

Question 17

Устройство и функции на мирохондриите

Answer 17

Двойна мембрана - външна, съдържаща порин, способен да формира пори и да пропуска молекули с маса от 6 до 10 kDa, и вътрешна, почти непропусклива, силно нагъната. Основна функция - окислителна дисимилация (крайно деградиране на пирувата до СО2 при аеробни условия). Други метаболитни функции, свързани с метаболизма на мастните киселини.
Прехвърлят се по време на клетъчното делене към
дъщерните клетки. Генетично полу-автономни системи, способни да се делят самостоятелно - притежават
собствена ДНК, рибозоми и всички други компоненти от генно-експресния механизъм.

Question 18

Устройство на растителните пластиди

Answer 18

Имат собствен геном и двойна мембрана. Всички пластиди съдържат множествени копия на своя геном и се размножават чрез делене вътре в самата растителна клетка.
Развиват се от пропластиди - относително малки органели, съществуващи в меристемните клетки.

Question 19

Превръщане на пластидите от един вид в друг

Answer 19

Извършва се в зависимост от нуждите на едни или други диференцирани клетки и се регулира от ядрения геном:
1. на тъмно: пропластиди -> етиопласти (вътрешните мембрани на етиопластите образуват кристалоподобна структура, съдържаща вместо хлорофил протохлорофил - негов жълт предшественик;
2. на светло: етиопласти -> хлоропласти (протохлорофил -> хлорофил и синтез на нови мембрани, пигменти, фотосинтетични ензими и компоненти на електронотранспортната верига;
3. хромопласти - натрупват каротеноидни пигменти (жълто-оранжев цвят на някои плодове;
4. лейкопласти - с по-големи размери, но иначе сходни с пропластидите и се
намират в много епидермални и вътрешни тъкани, недобиващи зелена окраска и неспособни да фотосинтезират; амилопласти - форма на лейкопластите, които служат като складове на нишесте в запасяващите тъкани.

Question 20

Как се осъществява автотрофното хранене на растенията?

Answer 20

При зелените растения фотосинтезата протича в хлоропластите, които представляват постоянен вътрешен източник на хранителни вещества. Органичните продукти от фотосинтеза могат непосредствено да се използват от клетките за различни процеси на биосинтеза, да се запасяват под формата на осмотично инертни полизахариди (обикновено нишесте), или да се превръщат в сравнително нискомолекулни захари (като правило захароза), които се транспортират до други тъкани на растението в съответствие с конкретните метаболитни нужди.

Question 21

Устройство и формиране на вакуолите

Answer 21

Обградени от единична мембрана - тонопласт. Заемат 5 до 95% от обема на клетката. Първоначално се образуват в младите делящи се клетки, чрез сливане на все по-голям брой мехурчета, отделящи се от ЕПР и АГ. Съдържат множество различни хидролитични ензими.

Question 22

Функции на растителните вакуоли

Answer 22

1. Транспорт и натрупване на хранителни вещества, метаболити и ненужни продукти на обмяната;
2. Хидролиза;
3. Запълване на вътреклетъчното пространство;

Question 23

Как вакуолите допринасят за големия обем на растителните клетки?

Answer 23

Чрез поглъщане на вода и разпъване на КС от създаденото тургурно налягане. Водата се натрупва в малки вакуоли, които след това се сливат, образувайки една по-голяма вакуола.

Question 24

Какви субстанции могат да се натрупват във вакуолите?

Answer 24

1. Молекули, които са необходими за клетката, но са потенциално опасни ако постъпят в цитоплазмата в по-високи концентрации (каучук, опиум);
2. Na+ за поддържане на тургура. Натриевите помпи в тонопласта подържат ниски концентрации на Na+ в цитозола за сметка на създаване на 4-5 кратен излишък на тези йони във вакуолите;
3. СО2 - поглъща се през нощта и се съхранява във вакуолите, а през деня с помощта на слънчевите лъчи се превръща в захар;
4. Резервните белтъци на семената;
5. Сигнални молекули: антоциани (окраска на растенията, привличаща опрашващи насекомите), отровни вещества (освобождават се при нарушаване на клетъчната цялост за защита от животни).

Question 25

Каква е разликата между цитоплазмената мембрана и тонопласта?

Answer 25

Различна пропускливост, обуславяща разлика в състава на разтворимите компоненти на цитоплазмата и съдържанието на вакуолата. Пропускливостта им се регулира от тургурното налягане и зависи от наличните мембранни транспортни белтъци. Тъй като тонопласта няма механична здравина, хидростатичното налягане в цитоплазмата и във вакуолата трябва да бъде приблизително еднакво. Следователно цитоплазмата и вакуолата имат еднакъв осмотичен баланс.

Question 26

Определение за "клетъчен цикъл"

Answer 26

Поредица от събития, водещи до разделянето на растителната клетка на две идентични дъщерни клетки, чийто смисъл е да се възпроизведат точно всички структури в клетката.

Question 27

Кои са основните периоди на клетъчния цикъл?

Answer 27

ИНТЕРФАЗА (G1, S и G2 - клетки с висока метаболитна активност; хромозомите са диспергирани в клетъчното ядро, което ясно се разграничава от цитозола) и МИТОЗА

Question 28

Определение за "митоза"

Answer 28

Процес на делене на клетъчното ядро, чрез който от една клетка се получават две дъщерни клетки, всяка с хромозомен набор, еднакъв с хромозомния набор на родителската клетка. Митозата е един много кратък отрязък от живота на една клетка.

Question 29

Какво представлява G1 (предсинтетичната) фаза?

Answer 29

Най-продължителният период от жизнения цикъл на повечето клетки. Започва синтеза на повечето органели, за което са необходими структурни белтъци и ензими (висока метаболитна активност).

Question 30

Какво представлява S (синтетичната) фаза?

Answer 30

Периодът от клетъчния цикъл между G1 и G2, по време на който се осъществява репликацията на ДНК. Прецизността при удвояването на ДНК е необходимо условие за да се предотвратят генетични аномалии, които често водят до клетъчна смърт или различни заболявания.

Question 31

Какво представлява G2 (постсинтетичната) фаза?

Answer 31

Синтез на белтъците, необходими по време на митозата, и интензивен растеж на растителната клетка.

Question 32

Какво представлява регулацията на клеъчния цикъл?

Answer 32

Силно консервативен механизъм, водещ до образуването на две идентични дъщерни клетки.

Question 33

Как става преминаването на клетката от една фаза на клетъчния цикъл в друга?

Answer 33

Чрез Циклин-свързана-протеин-киназа (CDK) в комбинация с друг белтък, наречен циклин, и АТФ: Циклините са нестабилни и тяхната наличност се регулира от други белтъци, прибавящи убиквитинови полимери към циклините. Балансът между протеин киназите и фосфатазите определя дали CDK-циклин комплексите са активни или неактивни. CDK-циклин комплексите са активни във фосфорилирана (осъществява се от протеин киназа). В зависимост от това кой треонин е закачил фосфата CDK-циклин комлекса е активен или неактивен. Разрушаването на циклините инактивира CDK белтъците.

Question 34

Клетъчен цикъл (подробен преглед)

Answer 34

1. През G1 се синтезират неактивни CDK белтъци. 2. След края на цитокинезата се синтезират и синтетичните циклини. 3. След повишаване на концентрациите на двата белтъка те се комбинират, в следствие на което се променя конформацията на CDK, така че се формира вторичен център, където се осъществява фосфорилирането с АТФ и растителната клетка преминава от G1 в S. 4. Репликацията на ДНК. 5. Когато завърши синтеза на ДНК CDK-циклин комплексът се разрушава от 26S протеозомите. Това предпазва клетката от повторен синтез на ДНК преди цялостното завършване на клетъчния цикъл. Деактивираният CDK е свободен за следващата контролна точка. 6. Синтез на нов циклин (митотичен), който се свързва с CDK, променяйки тяхната конформация. Това дава възможност за фосфорилиране и активиране на CDK-циклин комплекса, което е сигнал клатката да премине от G2 в митоза. 7. В митозата се синтезира анафазен промотиращ комплекс (АРС), който маркира митотичните циклини чрез свързване с убиквитинови полимери и 26S протеозомите разрушават маркирания митотичен циклин. Това предпазва растителната клетка да повтори митозата преди да е завършен клетъчния цикъл. APC включва също ензими, деградиращи белтъците, разрещаващи отделянето на сестринските хроматиди от центромера.

Question 35

Как може да се влияе върху контролните точки на клетъчния цикъл?

Answer 35

1. Ауксините и цитокинините в комбинация със захароза стимулират синтеза на синтетичните циклини. 2. Цитокинините стимулират синтеза на митотичните циклини. 3. Абцисната киселина има роля при синтеза на CDK–циклин комплексите.

Question 36

Кои са стадиите на митозата?

Answer 36

профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза

Question 37

Характеристики на профазата на митозата

Answer 37

Ядрената мембрана е все още цяла. Хроматинът в ядрото започва да се спирализира, компактизира, без отделните хромозоми да могат да се наблюдават ясно. Удвоения през G2 - периода клетъчен център започва да се движи към двата полюса. В края на профазата процес на деполимеризация на ядрената периферия.

Question 38

Характеристики на прометафазата на митозата

Answer 38

Двата клетъчни центъра са стигнали двата полюса, оформило се е делителното вретено. Ядрената периферия е пръсната в цялата клетка. Хромозомите силно спирализирани, но все още не са специфично ориентирани по отношение на полярните нишки на делителното вретено.

Question 39

Характеристики на метафазата на митозата

Answer 39

Хромозомите точно се ориентират в екваториалната плоскост. Делящата се клетка е добре оформена сфера.

Question 40

Характеристики на анафазата на митозата

Answer 40

Придвиждане на двете хроматиди на всяка хромозома към двата срещуположни полюса.

Question 41

Характеристики на телофазата на митозата

Answer 41

Завършва движението на хроматидите към двата клетъчни центъра. Започва процес на деспирализация на всички хроматиди. Клетъчния център остава извън очертанията на новото ядро. Започва синтез на РНК в новото ядро (до този момент по време на цялата митоза няма синтез на РНК), поради необходимостта от белтъци за регулацията на процесите от следващия етап.

Question 42

Обща характеристика на цитокинезата на митозата

Answer 42

Последният етап от клетъчното делене. Завършва с разделянето на цитоплазмените компоненти към двете дъщерни клетки.Двете дъщерни ядра са напълно оформени, хроматина е напълно деспирализиран, ясно са очертани ядърцето и ядрената периферия.

Question 43

Как протича цитокинезата при растителните клетки?

Answer 43

След края на телофазата между двете дъщерни ядра остава сноп от МТ, успоредно на оста на вретеното. Краищата на МТ се прикрепват в дискообразна област в плоскостта на екватора на бившото делително вретено, наречена фрагмопласт. Транспортните мехурчета от АГ, съдържащи различни предшественици на КС (напр. пектин) се поместват по дължината на тези МТ и се сливат помежду си, образувайки централна пластинка. Тя се разширява за сметка на все нови и нови мехурчета, насочвани от МТ. По-централно разположените МТ се разпадат. В края на този процес растящата клетъчна пластинка се слива със стената на майчината клетка, което е края на цитокинезата и води до образуването на двете дъщерни клетки, с образувани де ново първични КС.

Question 44

Как протича цитокинезата при животинските клетки?

Answer 44

В екваториалната зона на майчината клетка се формира пръстен от актинови филаменти. Този пръстен се свива и чрез прищъпване разделя майчината клетка на две нови клетки.

Question 45

Какъв е биологичният смисъл на цитокинезата?

Answer 45

Да разпределя наполовина всички цитоплазмени компоненти, тъй като някои от цитоплазмените органели не притежават собсвен генетичен материал и следователно не могат да се самовъзпроизвеждат, а трябва да дойдат от майчината клетка.

Question 46

Как се получава лигнин?

Answer 46

Чрез полимеризация на следните "монолигноли: фенилпропановите деривати, кумарилов алкохол, кониферилов алкохол и синапилов алкохол, при което се получава структура с изключителна твърдост.