Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.11: Висновок тематичного дослідження: втомився та резюме глави

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5741

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Висновок тематичного дослідження: Більше, ніж просто втомився

    Жасмін виявила, що її надзвичайна втома, біль у м'язах, проблеми із зором та блювота були пов'язані з проблемами в її мітохондріях. Мітохондрії - це невеликі мембранно-зв'язані органели, що знаходяться в еукаріотичних клітині, які забезпечують енергією клітини організму. Вони роблять це шляхом проведення останніх двох етапів аеробного клітинного дихання, циклу Кребса та транспорту електронів, що є основним способом, яким людський організм розщеплює глюкозу цукру з їжі на форму енергетичних клітин, а саме молекулу АТФ.

    640px-Diagram_of_a_human_mitochondrion.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Мітохондріальні структури. Ви можете побачити зовнішню мембрану, внутрішню мембрану з кристами, міжмембранний простір та матрикс з гранулами, рибосомами та мітохондріальною ДНК. АТФ-синтаза розташовується у внутрішній мембрані.

    Оскільки мітохондрії забезпечують енергію для клітин, ви, ймовірно, можете легко зрозуміти, чому Жасмін відчував надзвичайну втому, особливо після бігу. Її пошкоджені мітохондрії не могли встигнути за її потребою в енергії, особливо після інтенсивних фізичних вправ, які вимагають багато додаткової енергії. Що, можливо, не так очевидно, - це причини її інших симптомів, таких як розмитість зору, м'язові спазми та блювота. Але всім клітинам в організмі потрібна енергія для того, щоб нормально функціонувати. Мітохондріальні захворювання можуть викликати проблеми в мітохондріях в будь-якій клітині організму, включаючи м'язові клітини і клітини нервової системи, до складу якої входять мозок і нерви. Нервова система та м'язи працюють разом, щоб контролювати функції зору та травної системи, такі як блювота, тому, коли вони не функціонують належним чином, можуть виникнути різноманітні симптоми. Це також пояснює, чому племінниця Жасміна, яка також має мітохондріальну хворобу, має симптоми, пов'язані з функцією мозку, такі як судоми та порушення навчання. Наші клітини мікроскопічні, а мітохондрії ще дрібніші, але вони необхідні для правильного функціонування нашого організму, і коли вони пошкоджені, можуть виникнути серйозні наслідки для здоров'я.

    Здавалося б, заплутаним аспектом мітохондріальних захворювань є те, що тип симптомів, вираженість симптомів та вік виникнення можуть сильно відрізнятися між людьми - навіть у межах однієї сім'ї! У випадку Жасмін вона не помічала симптомів до повноліття, тоді як її племінниця мала більш важкі симптоми, починаючи з набагато молодшого віку. Однак це має сенс, коли ви знаєте більше про те, як працюють мітохондріальні захворювання.

    Успадковані захворювання мітохондрій можуть бути обумовлені пошкодженням або ДНК в ядрі клітин, або ДНК в самих мітохондріях. Нагадаємо, що мітохондрії, як вважають, еволюціонували з прокаріотичних організмів, які колись були вільними, але потім інфіковані або були охоплені більшими клітинами. Одним із доказів, що підтверджують цю ендосимбіотичну теорію, є те, що мітохондрії мають власну окрему ДНК. Коли мітохондріальна ДНК пошкоджена або мутується, це може призвести до деяких видів мітохондріальних захворювань. Однак ці мутації зазвичай не впливають на всі мітохондрії в клітці. Під час поділу клітин органели, такі як мітохондрії, реплікуються і передаються новим дочірнім клітинам. Якщо деякі мітохондрій пошкоджені, а інші ні, дочірні клітини можуть мати різну кількість пошкоджених мітохондрій. Це допомагає пояснити широкий спектр симптомів у людей з мітохондріальними захворюваннями, навіть тих, що знаходяться в одній родині, оскільки різні клітини в їх тілі впливають в різній мірі. Племінниця Жасмін сильно постраждала, і її симптоми були помічені рано, тоді як симптоми Жасміна були більш м'якими і не стали очевидними до повноліття.

    Існує ще набагато більше, що потрібно виявити про різні типи мітохондріальних захворювань. Але дізнавшись про клітини, їх органели, як вони отримують енергію і як вони діляться, тепер ви повинні краще зрозуміти біологію, що стоїть за цими захворюваннями. Застосовуйте своє розуміння клітин до власного життя - чи можете ви думати про інші захворювання, які впливають на клітинні структури або функції, можливо, навіть впливають на людей, яких ви знаєте? Оскільки все ваше тіло складається з клітин, коли вони пошкоджені або не функціонують належним чином, це може спричинити найрізноманітніші проблеми зі здоров'ям.

    Резюме глави

    У цьому розділі ви дізналися багато фактів про клітини. Зокрема, ви дізналися, що:

    • Клітини є основними одиницями будови і функції живих істот.
    • Перші клітини, з пробки, були помічені Гуком в 1600-х роках. Незабаром після цього ван Леувенгук спостерігав інші живі клітини.
    • На початку 1800-х років Шванн і Шлейден теоретизували, що клітини є основними будівельними блоками всього живого. Приблизно в 1850 році Вірхов побачив, як клітини діляться і додав, що живі клітини виникають тільки з інших живих клітин. Ці ідеї привели до клітинної теорії, яка стверджує, що всі організми складаються з клітин, всі життєві функції відбуваються в клітині, а всі клітини походять з інших клітин.
    • Винахід електронного мікроскопа в 1950-х роках дозволило вченим вперше побачити органели та інші структури всередині клітин.
    • Існує варіація клітин, але всі клітини мають плазматичну мембрану, цитоплазму, рибосоми та ДНК.
      • Плазмова мембрана складається в основному з бішару молекул фосфоліпідів і утворює бар'єр між цитоплазмою всередині клітини і навколишнім середовищем поза клітиною. Він дозволяє лише певним речовинам проходити всередину або виходити з клітини. Деякі клітини мають розширення своєї плазматичної мембрани з іншими функціями, такими як джгутики або вії.
      • Цитоплазма являє собою густий розчин, який заповнює клітину і укладений клітинною мембраною. Він допомагає надати клітині форму, утримує органели і забезпечує місце для багатьох біохімічних реакцій всередині клітини. Рідка частина цитоплазми називається цитозолем.
      • Рибосоми - це невеликі структури, де виробляються білки.
    • Клітини, як правило, дуже малі, тому вони мають досить велике співвідношення поверхні до об'єму для підтримки нормальних клітинних процесів. Клітини з різними функціями часто мають різну форму.
    • Прокаріотичні клітини не мають ядра. Еукаріотичні клітини мають ядро так само, як і інші органели. Органела - це структура всередині цитоплазми клітини, яка укладена в мембрану і виконує певну роботу.
    • Цитоскелет - це високоорганізований каркас білкових ниток і канальців, які перетинають цитоплазму клітини. Він надає клітинну структуру і допомагає утримувати на місці клітинні структури, такі як органели.
    • Ядро є найбільшою органелою в еукаріотичної клітині і вважається центром управління клітиною. Він містить ДНК і контролює експресію генів, включаючи те, які білки виробляє клітина.
    • Мітохондріон - органела, яка робить енергію доступною клітинам. Відповідно до широко прийнятої ендосимбіотичної теорії, мітохондрії еволюціонували з прокаріотичних клітин, які колись були вільноживими організмами, які інфікувалися або були охоплені більшими прокаріотичними клітинами.
    • Ендоплазматичний ретикулум (ЕР) - органела, яка допомагає виробляти та транспортувати білки та ліпіди. Грубий ендоплазматичний ретикулум (РЕР) шипований рибосомами. Гладкий ендоплазматичний ретикулум (SER) не має рибосом.
    • Апарат Гольджі - це велика органела, яка переробляє білки і готує їх до вживання як всередині, так і зовні клітини. Він також бере участь у транспорті ліпідів навколо клітини.
    • Везикули та вакуолі - це мішкоподібні органели, які можуть використовуватися для зберігання та транспортування матеріалів у клітці або як камери для біохімічних реакцій. Лізосоми та пероксисоми - це везикули, які руйнують чужорідні речовини, відмерлі клітини або отрути.
    • Центриоли - це органели, розташовані поблизу ядра, які допомагають організувати хромосоми перед поділом клітин, тому кожна дочірня клітина отримує правильну кількість хромосом.
    • Існує два основних способи, за допомогою яких речовини можуть перетнути плазматичну мембрану клітини: пасивний транспорт, який не вимагає енергії; і активний транспорт, який вимагає енергії.
    • Для пасивного транспорту не потрібна енергія, оскільки вона виникає, коли речовини рухаються природним шляхом з області більш високої концентрації в область меншої концентрації. Види пасивного транспорту в осередках включають:
      • Проста дифузія, яка являє собою рух речовини через відмінності в концентрації без будь-якої допомоги з боку інших молекул. Ось так дуже малі, гідрофобні молекули, такі як кисень і вуглекислий газ, потрапляють і залишають клітину.
      • Осмос, який являє собою дифузію молекул води по всій мембрані.
      • Полегшена дифузія, яка є переміщенням речовини через мембрану через різницю в концентрації, але лише за допомогою транспортних білків у мембрані, таких як білки каналів або білки-носії. Так потрапляють і виходять з клітини великі або гідрофільні молекули і заряджені іони.
    • Активний транспорт вимагає енергії для переміщення речовин через плазмову мембрану, часто тому, що речовини рухаються з області меншої концентрації в область більш високої концентрації або через їх великих розмірів. Два приклади активного транспорту - натрієво-калієвий насос і транспорт везикул.
      • Натрій-калієвий насос переміщує іони натрію з клітини і іони калію в клітину, як проти градієнта концентрації, щоб підтримувати належні концентрації як іонів всередині, так і зовні клітини і тим самим контролювати мембранний потенціал.
      • Транспорт везикул використовує везикули для переміщення великих молекул в клітини або з них.
    • Енергія - це здатність виконувати роботу і потрібна кожній живій клітині для здійснення життєвих процесів.
    • Форма енергії, яка потрібна живим істотам, - це хімічна енергія, і вона надходить з їжею. Їжа складається з органічних молекул, які зберігають енергію в своїх хімічних зв'язках.
    • Організми в основному використовують глюкозу і АТФ для отримання енергії. Глюкоза - це компактна, стабільна форма енергії, яка переноситься в крові і засвоюється клітинами. АТФ містить менше енергії і використовується для живлення клітинних процесів.
    • Клітинне дихання - це аеробний процес, за допомогою якого живі клітини розщеплюють молекули глюкози, виділяють енергію і утворюють молекули АТФ. Цей процес включає гліколіз, трансформацію пірувату, цикл Кребса та окислювальне фосфорилювання. Загалом, в цьому процесі глюкоза та кисень реагують з утворенням вуглекислого газу та води.
      • Перша стадія клітинного дихання, звана гліколізом, проходить в цитоплазмі. На цьому етапі ферменти розщеплюють молекулу глюкози на дві молекули пірувату, який виділяє енергію, яка передається АТФ.
      • Піруват перетворюється в ацетил КоА на проміжній стадії
      • Другий великий етап клітинного дихання, званий циклом Кребса, проходить в матриксі мітохондріона. Під час цього етапу два повороти циклу призводять до того, що всі атоми вуглецю з двох молекул пірувату утворюють вуглекислий газ, а енергія з їх хімічних зв'язків зберігається в цілому 16 енергонесучих молекул (у тому числі 4 від гліколізу).
      • Третя стадія клітинного дихання, окислювальне фосфорилювання, проходить на внутрішній мембрані мітохондріона. Електрони транспортуються від молекули до молекули по електронно-транспортному ланцюгу. Частина енергії від електронів використовується для перекачування іонів водню через мембрану, створюючи електрохімічний градієнт, який керує синтезом ще багатьох молекул АТФ.
      • У всіх трьох стадіях аеробного клітинного дихання об'єднані, цілих 36 молекул АТФ виробляються всього з однієї молекули глюкози.
    • Деякі організми можуть виробляти АТФ з глюкози шляхом анаеробного дихання, яке не потребує кисню. Багато клітин людини виконують ферментацію, яка також не потребує кисню. Він виконується для переробки NADH назад у NAD +. Існує два види: спиртове бродіння і молочнокисле бродіння. Обидва починаються з гліколізу.
      • Спиртове бродіння здійснюється одноклітинними організмами, включаючи дріжджі і деякі бактерії. Ми використовуємо спиртову ферментацію в цих організмах для виготовлення біопалива, хліба та вина.
      • Молочнокислотне бродіння здійснюється певними бактеріями, включаючи бактерії в йогурті, а також нашими м'язовими клітинами, коли вони працюють наполегливо і швидко.
      • Анаеробне дихання виробляє набагато менше АТФ, ніж аеробне клітинне дихання, але воно має перевагу в тому, що воно набагато швидше.

    Розділ Резюме Огляд

    1. Для наступних питань виберіть, чи застосовується опис до клітин еукаріотів, прокаріотичних клітин або обох.
      1. Має ядерну мембрану
      2. Має плазмову мембрану, виготовлену з фосфоліпідного бішару
      3. Може перебувати в багатоклітинному організмі
      4. Має рибосоми
      5. Має ендоплазматичний ретикулум
      6. Його ДНК реплікується до поділу клітин
      7. Має єдину кругову хромосому
      8. Має цитоплазму, яка розщеплюється на дві дочірні клітини під час поділу клітин
      9. Має клітинний цикл, що включає інтерфазу і мітоз
      10. Тип клітини, яка, швидше за все, еволюціонувала, щоб стати мітохондріями
    2. Назвіть один приклад прокаріотичного організму і один приклад еукаріотичного організму.
    3. Нейрони - це клітини нервової системи, які передають повідомлення. Вони використовують енергію для підтримки балансу іонів натрію і калію всередині і зовні від них, що критично важливо для їх здатності відправляти повідомлення.
      1. Який транспорт це підтримання концентрації іонів натрію та калію — активний чи пасивний? Поясніть свої міркування.
      2. Що створює бар'єр між внутрішньою і зовнішньою стороною цих клітин?
      3. Яка молекула використовує енергію для підтримки балансу іонів натрію і калію всередині і зовні нейронів? Опишіть дві причини, за якими потрібна така молекула.
      4. Яка форма енергії використовується в цьому процесі?
      5. Коротко поясніть, як енергія в їжі, яку ви їсте, потрапляє туди і забезпечує енергію для ваших нейронів у формі, необхідній для живлення цього процесу.
    4. Поясніть, чому внутрішня частина плазматичної мембрани, сторона, яка звернена до цитоплазми клітини, повинна бути гідрофільною.
    5. Правда чи брехня. Анаеробне та аеробне клітинне дихання виробляють АТФ.
    6. Правда чи брехня. Клітинну мембрану також можна назвати плазматичною мембраною.
    7. Правда чи брехня. Кожна молекула фосфоліпідів в клітинній мембрані має дві головки і хвіст.
    8. Правда чи брехня. Для клітин менший розмір, як правило, більш ефективний.
    9. Правда чи брехня. ДНК знаходиться в ядрі прокаріотичних клітин.
    10. Правда чи брехня. Вії і джгутики стирчать з клітинної мембрани, але самі не виготовлені з клітинної мембрани.
    11. Яке твердження про клітинну мембрану помилкове?
      1. Він охоплює цитоплазму
      2. Він захищає і підтримує клітку
      3. Він утримує всі зовнішні речовини поза клітиною
      4. Жодне з перерахованих вище
    12. Під час дифузії речовини переміщаються з області X? концентрація до області Y? концентрація.
      1. вище, нижче
      2. нижче, вище
      3. вище, рівне
      4. нижня, рівна
    13. Який тип дихання передбачає перенесення електронів?
      1. Де відбувається цей транспорт електронів всередині клітини?
      2. Енергія електронного транспорту використовується для перекачування іонів водню через мембрану. Це активний або пасивний транспорт іонів водню? Поясніть свою відповідь.
      3. Після процесу, описаного в частині B, іони водню потім перетікають з області більш високої концентрації в область меншої концентрації. Це активний або пасивний транспорт іонів водню? Поясніть свою відповідь.

    Атрибуції

    1. Мітохондріон Біледі капелюхів, суспільне надбання, через Wikimedia Commons
    2. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0