Строение клетки и её энергия
Клетка - это основная единица жизни. В ядре хранится ДНК. Клеточная мембрана решает, что входит в клетку и что выходит. Рибосомы строят белки. Митохондрии освобождают энергию из пищи.
Клеточное дыхание и АТФ
Клетки не могут использовать глюкозу напрямую. При дыхании глюкоза расщепляется шаг за шагом (гликолиз идёт в цитоплазме, затем цикл Кребса и перенос электронов - в митохондриях). Энергия запасается в молекуле АТФ. С кислородом одна глюкоза даёт примерно 30-32 АТФ. Без кислорода получается только 2 АТФ (брожение).
Фотосинтез
Растения улавливают свет в хлоропластах и делают глюкозу из углекислого газа и воды, а кислород выделяют. Это источник пищи и энергии почти для всей жизни.
Регуляция и защита
Организм поддерживает постоянство внутренней среды (гомеостаз) с помощью отрицательной обратной связи. Когда сахар в крови растёт, поджелудочная железа выделяет инсулин, клетки забирают сахар, и уровень возвращается к норме. Нервы действуют мгновенно, а гормоны - медленно, но дольше.
Иммунная защита
Кожа и слизь - первая стена. Если микроб проник внутрь, на него нападают белые клетки крови. В-клетки делают антитела - белки Y-образной формы, которые подходят к одной форме (антигену) на микробе. Часть В- и Т-клеток остаётся как клетки памяти, поэтому при следующей инфекции организм борется быстрее. Вакцина тренирует эту память без болезни.
Непрерывность жизни: ДНК и наследственность
ДНК - это двойная спираль из двух цепей, соединённых парами оснований: A с T и C с G. Ген - это участок ДНК с инструкцией для одного белка.
Репликация ДНК
Перед делением клетки спираль расплетается, как молния. Каждая старая цепь служит шаблоном, и к ней подстраиваются новые основания. Получаются две одинаковые молекулы ДНК, в каждой по одной старой и одной новой цепи (полуконсервативный способ).
Передача признаков
Клетки тела делятся митозом и дают одинаковые клетки. Половые клетки образуются мейозом и несут половину хромосом, поэтому потомок получает по одному набору от каждого родителя. Ошибки при копировании - это мутации, один из источников разнообразия.
Биотехнологии
Биотехнология использует живые клетки или их части, чтобы делать полезные вещи. Старые примеры - приготовление простокваши, хлеба и вина. Современная генная инженерия переносит ген из одного организма в другой.
Этапы клонирования гена
- Вырезать нужный ген рестриктазами (молекулярными ножницами).
- Разрезать плазмиду тем же ферментом, чтобы концы подошли друг к другу.
- Вшить ген в плазмиду лигазой (молекулярным клеем).
- Ввести плазмиду в бактерии. Они растут и делают много копий гена и его белка.
Применение: инсулин, вакцины, устойчивые к болезням культуры, генетическая дактилоскопия в расследованиях и тестах на родство. Безопасность, справедливость и природа требуют внимательных правил.
Попробуй сам: как работа тела расходует АТФ
Посчитай свои вдохи за одну минуту в покое. Сделай 30 прыжков с разведением рук и ног и посчитай снова. Мышцы потратили больше АТФ, им понадобилось больше кислорода, и дыхание участилось. В 3D подвигай ползунок глюкозы и смотри, как вместе с ним растёт число АТФ.
Главные формулы и определения
- Дыхание: глюкоза + кислород -> углекислый газ + вода + энергия (около 30-32 АТФ)
- Фотосинтез: углекислый газ + вода + свет -> глюкоза + кислород
- Пары оснований: A-T и C-G
- Репликация полуконсервативна: в каждой новой ДНК одна старая и одна новая цепь
Разобранные примеры
1. Клетка получила 4 молекулы глюкозы и полностью расщепила их с кислородом. Сколько примерно АТФ образуется, если каждая глюкоза даёт 30 АТФ?
4 x 30 = 120 АТФ.
2. Одна цепь ДНК читается A-T-G-C. Какая цепь ей соответствует?
A образует пару с T, а C - с G, поэтому парная цепь: T-A-C-G.
3. Почему повторное заражение тем же микробом обычно проходит легче?
Клетки памяти помнят этот микроб. Они очень быстро делают нужные антитела, и микроб останавливается раньше, чем успевает распространиться.
Частые ошибки
- Говорить, что АТФ - это сама энергия. АТФ - это молекула, которая переносит энергию.
- Думать, что растения не дышат. Они дышат днём и ночью, а фотосинтез идёт только на свету.
- Путать пары A-T и C-G или ставить A в пару с C.
- Думать, что антитело подходит к любому микробу. Каждое антитело подходит только к одному антигену.