ГДЗ до підручника «Біологія і екологія» В.І. Соболь. 10 клас

§ 22. Структури клітин, які забезпечують процеси обміну речовин та енергії

Пригадайте!

Що таке клітина?

Клітина є основною одиницею життя в біології. Це мембранна структура, яка містить фундаментальні молекули життя і є найменшою одиницею, яка може жити сама по собі. Клітини забезпечують структуру тіла, отримують поживні речовини з їжі та виконують багато важливих функцій в організмі. Вони є основними будівельними блоками всіх живих істот і їх можна знайти в кожному організмі, від одноклітинних бактерій до багатоклітинних організмів, таких як людина.

Поміркуйте!

Гепатоцити (від грец. гепар – печінка, цитос – клітина) – клітини печінки, які секретують жовч і беруть активну участь в обміні речовин організму й знешкодженні токсинів. У гепатоцитів є свої способи мембранного транспортування, інтенсивний метаболізм, вони містять ферменти, яких немає в усіх інших клітинах організму. Як у цих клітинах відбувається обмін речовин та енергії?

Обмін речовин і енергії в гепатоцитах відбувається за допомогою кількох механізмів. Перший — це пасивний транспорт, який передбачає рух молекул через клітинну мембрану без потреби в енергії. Це може включати рух таких молекул, як глюкоза, амінокислоти та електроліти. Другий — активний транспорт, який передбачає рух молекул через клітинну мембрану за допомогою енергії АТФ. Це може включати рух молекул, таких як іони, і більших молекул, таких як білки. Нарешті, гепатоцити використовують ендоцитоз і екзоцитоз для транспортування великих молекул у клітину та з неї. Ендоцитоз відбувається, коли клітинна мембрана поглинає частинки, які занадто великі, щоб пройти через клітинну мембрану, тоді як екзоцитоз відбувається, коли клітинна мембрана вивільняє частинки, які раніше були в ній закриті.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Розгляньте ілюстрацію клітини людини із позначеними структурами: 1 – клітинна мембрана; 2 – піноцитозний міхурець; 3 – клітинний центр; 4 – гілоплазма; 5 – зерниста ЕПС; 6 – незерниста ЕПС; 7 – ядерні пори; 8 – секреторні міхурці; 9 – комплекс Гольджі; 10 – мітохондрія; 11 – ядро; 12 – ядерце; 13 – лізосоми; 14 – фагоцитозні міхурці. Визначте роль позначених структур у обміні речовин та перетворенні енергії, заповніть у робочому зошиті таблицю. Зробіть висновок про взаємозв’язок між будовою клітини та процесами її метаболізму.

Виходячи з проведених досліджень, виявляється, що структура клітини відіграє важливу роль у процесах її метаболізму. Наприклад, мітохондрії в клітині відповідають за завершення метаболізму цукрів, а цитоплазматичні відростки клітин відповідають за з’єднання з іншими клітинами. Крім того, ферменти, присутні в клітині, відповідають за метаболізм алкоголю, а хлоропласти в клітині відповідають за процес фотосинтезу. Усі ці фактори демонструють важливість будови клітини в метаболічних процесах клітини.

Існування йонів уперше теоретично передбачив Майкл Фарадей близько 1830 р., описуючи поведінку частинок молекул, що збираються біля катоду та аноду. Однак механізм йонізації не розуміли до 1884 р., аж поки Сванте Арреніус не описав його у своїй докторській дисертації. Що таке йони? В яких процесах метаболізму клітин йони беруть найактивнішу участь?

Йони - це атоми або молекули, які отримали або втратили електрони, надаючи їм позитивний або негативний заряд. Вони зустрічаються в багатьох різних процесах в організмі людини, включаючи клітинний метаболізм. У клітинному метаболізмі іони беруть участь у різноманітних процесах, включаючи поглинання та вивільнення поживних речовин, утворення електричних градієнтів для транспорту молекул і виробництво енергії. Одним із найважливіших процесів, у яких беруть участь йони, є утворення іонних каналів, які є спеціалізованими білками, які дозволяють зарядженим частинкам перетинати клітинну мембрану. Ці канали необхідні для багатьох процесів у клітині, таких як передача електричних сигналів, поглинання поживних речовин і виділення гормонів. Йони також відіграють важливу роль у підтримці кислотно-лужного балансу в клітині, який необхідний для правильного функціонування клітин.

СТАВЛЕННЯ

У печінці мишей виявлено спеціальні клітини, які відповідають за її відновлення. До цих пір залишалося невідомим, унаслідок чого відбувається регенерація цього органа. Нові клітини назвали гібридними гепатоцитами. Виявлені клітини допоможуть науковцям розробити безпечні способи лікування хвороб печінки. Застосуйте свої знання про будову гепатоцитів й поясніть, як відбувається утворення жовчі та відновлення печінки на клітинному рівні.

Гібридні гепатоцити — це особливий тип клітин печінки, які мають здатність ділитися та утворювати нові клітини, таким чином допомагаючи у відновленні печінки. Вироблення жовчі відбувається на клітинному рівні гепатоцитами, які вивільняють жовчні кислоти в жовчні канальці, які є невеликими каналами, що з’єднують два гепатоцити разом. Потім жовч виділяється в жовчні протоки і, зрештою, в кишечник. У той же час гепатоцити також відповідають за відновлення печінки. При пошкодженні печінки гепатоцити можуть ділитися з утворенням нових клітин, які можуть замінити пошкоджені клітини та відновити функцію органу. Цей процес відомий як регенерація гепатоцитів і може допомогти відновити печінку після травми чи хвороби. Крім того, гепатоцити здатні виробляти фактори росту, які можуть стимулювати ріст інших типів клітин, таких як зірчасті клітини печінки та клітини Купфера, які також можуть допомогти у відновленні печінки.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке мембранне транспортування?

Мембранний транспорт означає рух частинок (розчинених речовин) через або через мембранний бар’єр. Мембранні транспортні білки виконують важливу функцію в кожній живій клітині, каталізуючи переміщення розчинених речовин, включаючи іони, поживні речовини та метаболіти, через подвійний ліпідний шар. Ці білки можна розділити на два основні класи: носії та канали. Носії зв’язуються з розчиненою речовиною та використовують енергію для активного транспортування її через мембрану, тоді як канали дозволяють розчиненим речовинам проходити через них, утворюючи пори.

2. Назвіть основні види транспортування.

У біології основними видами транспорту є пасивний транспорт, активний транспорт, полегшена дифузія та осмос. Пасивний транспорт відбувається, коли речовина рухається через мембрану без потреби в енергії, тоді як активний транспорт потребує енергії та передбачає використання спеціальних білків, які називаються переносниками. Полегшена дифузія — це тип пасивного транспорту, який опосередковується білками, а осмос — це тип пасивного транспорту, який включає рух молекул води.

3. Що таке метаболізм?

Метаболізм — це набір хімічних реакцій, які відбуваються в живих організмах, таких як рослини та тварини, для підтримки життя. Ці хімічні реакції включають розщеплення молекул для вивільнення енергії та використання цієї енергії для створення молекул і виконання інших важливих функцій. Процес обміну речовин необхідний для підтримки життя та відповідає за різноманітні функції організму, такі як ріст, відновлення та розмноження.

4. Наведіть приклади структур клітини, що беруть участь у процесах метаболізму.

Приклади клітинних структур, які беруть участь у метаболічних процесах, включають мітохондрії, які відповідають за завершення метаболізму цукрів; цитоплазма, яка відповідає за зв'язок з іншими клітинами; ферменти, які відповідають за метаболізм алкоголю; і хлоропласти, які відповідають за процес фотосинтезу. Крім того, ендоплазматичний ретикулум відповідає за синтез і транспортування білків і ліпідів, а апарат Гольджі відповідає за модифікацію, сортування та упаковку цих молекул для подальшої обробки або секреції.

5. Що таке біотрансформація?

Приклади клітинних структур, які беруть участь у метаболічних процесах, включають мітохондрії, які відповідають за виробництво енергії; ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі, які беруть участь у синтезі та переробці білків і ліпідів; ядро, в якому зберігається генетична інформація; і клітинна мембрана, яка відповідає за регуляцію обміну речовин між клітиною та її середовищем. Крім того, лізосоми, везикули та пероксисоми беруть участь у метаболічних процесах, таких як травлення, детоксикація та виробництво енергії.

6. Наведіть приклади шкідливих для клітин сполук.

Приклади сполук, шкідливих для клітин, включають важкі метали, такі як свинець і ртуть, ряд промислових хімікатів, таких як поліхлоровані біфеніли (ПХБ) і фталати, а також певні пестициди, гербіциди та інші забруднювачі. Крім того, занадто багато деяких необхідних елементів, наприклад заліза, може бути токсичним для клітин. Ці сполуки можуть пошкоджувати клітинні мембрани, порушувати метаболічні шляхи та втручатися в ДНК, що призводить до загибелі клітин.

7. Як відбувається транспортування речовин крізь плазматичну мембрану?

Транспортування речовин через плазматичну мембрану здійснюється за допомогою різних механізмів, включаючи пасивний транспорт, активний транспорт і полегшену дифузію. При пасивному транспорті речовини рухаються через мембрану без потреби в енергії. Активний транспорт вимагає енергії та передбачає використання спеціальних білків, які називаються транспортерами, тоді як полегшена дифузія є типом пасивного транспорту, який опосередковується білками. Осмос - це тип пасивного транспорту, який включає рух молекул води.

8. Які структури клітини забезпечують процеси метаболізму? Як відбувається захист клітин від небезпечних речовин?

До клітинних структур, що забезпечують обмінні процеси, належать мітохондрії, які відповідають за вироблення енергії; ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі, які беруть участь у синтезі та переробці білків і ліпідів; ядро, в якому зберігається генетична інформація; і клітинна мембрана, яка відповідає за регуляцію обміну речовин між клітиною та її середовищем. Крім того, лізосоми, везикули та пероксисоми беруть участь у метаболічних процесах, таких як травлення, детоксикація та виробництво енергії. Клітини захищені від небезпечних речовин різними механізмами. Клітинна мембрана є напівпроникною, що означає, що вона пропускає через себе лише певні речовини. Крім того, клітинна мембрана містить білки, які діють як транспортери, дозволяючи певним речовинам рухатися в клітину та з неї. Нарешті, клітини мають метаболічні шляхи, які розщеплюють шкідливі речовини та детоксикують їх, запобігаючи їх пошкодженню клітини.

10. Доведіть взаємозв’язок між будовою клітини та процесами її метаболізму.

Будова клітини тісно пов'язана з її обмінними процесами. Наприклад, мітохондрії відповідають за виробництво енергії, і їх структура дозволяє їм це робити ефективно. Ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі беруть участь у синтезі та переробці білків і ліпідів, а їх структури сприяють цим процесам. Ядро зберігає генетичну інформацію, а його структура допомагає захистити цю інформацію від пошкодження. Клітинна мембрана регулює обмін речовин між клітиною та її середовищем, а її структура допомагає контролювати цей обмін. Крім того, лізосоми, везикули та пероксисоми беруть участь у метаболічних процесах, таких як травлення, детоксикація та виробництво енергії, і їх структура допомагає забезпечити ефективне виконання цих процесів.