Автотрофы гетеротрофы что это такое

Автотрофы и гетеротрофы: их роль в экосистеме

Содержание статьи

Чтобы понять роль автотрофов и гетеротрофов, нужно понять, что они такое, что такое экосистема, как там распределена энергия, и почему важны пищевые цепочки.

Автотрофы и гетеротрофы

Автотрофы – это бактерии (не все) и все зеленые растения: от одноклеточных водорослей и до высших растений. Высшие растения – мхи, трава, цветы и деревья. Чтобы питаться им нужен солнечный свет и бактерии двух видов: фотосинтезирующие и те, что пользуются химической энергией для усвоения углекислого газа. Такой способ питания называется фотосинтезом.

Но не все автотрофы используют фотосинтез. Есть организмы, которые питаются с помощью хемосинтеза: бактерии, которые получают углекислый газ через химическую энергию. Например, нитрифицирующие и железобактерии. Первые окисляют аммиак до азотной кислоты, а вторые окисляют закисные соли железа до окисных. Есть еще и серобактерии – они окисляют сероводород до серной кислоты.

Третий вид автотрофов делает органику из неорганики – такие организмы называются продуцентами.

Гетеротрофы – все животные, кроме одноклеточной эвглены зеленой. Эвглена зеленая – это эукариотический организм, который не относится ни к животным, ни к грибам, ни к растениям. А по типу питания она миксотроф: может питаться как автотроф и как гетеротроф.

Среди растений тоже есть миксотрофы:

Пример грибов паразитов:

Устройство экосистем

Экосистема – это взаимодействие живых организмов и условий среды. Примеры таких экосистем: муравейник, лесная поляна, ферма, даже кабина космического корабля или вся планета Земля.

Четких границ между экосистемами или биогеоценозами нет. Одна экосистема может постепенно переходить в другую, а большие экосистемы состоят и маленьких. То же касается и биогеоценозов. И чем меньше экосистема или биогеоценоз, тем теснее взаимодействуют организмы, которые входят в их состав.

Пример – муравейник. Там обязанности распределены ясно: есть охотники, охранники и строители. Муравейник – часть лесного биогеоценоза, который – часть ландшафта.

Другой пример – лес. Тут экосистема сложнее, потому что в лесу живет много видов животных, растений, бактерий и грибов. Между ними нет такой тесной связи, как у муравьев в муравейнике, а многие животные и вовсе со временем покидают лес.

Ландшафты – экосистема еще сложнее: биогеоценозы в них связывает общий климат, строение территории и то, что животные и растения расселяются на ней. Организмы тут связаны только переменами газового состава атмосферы и химического состава воды. А все экосистемы Земли связаны атмосферой и Мировым океаном в биосферу.

Энергия в экосистемах

Любая экосистема живет за счет распределения энергии. Это сложный баланс, если в нем будут серьезные нарушения, экосистема погибнет. А распределяется энергия так:

Энергия, которую с едой получили животные, идет на процессы в клетках и выходит с продуктами жизнедеятельности. Та часть биомассы растений, которую не съели животные, отмирает, а накопленная в ней энергия уходит в почву, как детрит.

Детрит едят редуценты – организмы, которые питаются мертвой органикой. С пищей они тоже получают энергию: часть ее копится в их биомассе, а часть – рассеивается при дыхании. Когда редуценты умирают и разлагаются, из них строятся органические вещества почвы. В этих веществах копится энергия, которую они взяли от мертвых редуцентов, а потратят на разрушение минеральных соединений.

Энергия копится на уровне растений, идет через животных и редуценты, попадает в почву и рассеивается, когда разрушает разные почвенные соединения. И такой же поток энергии проходит через любую экосистему.

Пищевые цепочки

Пищевая цепочка – это перенос энергии от ее источника, растений, до почвы через живые организмы.

Пищевые цепочки бывают двух видов: пастбищная и детритная. Пастбищная начинается с растений, идет к травоядным животным, а от них – к хищникам. Детритная берет начало от растительных и животных остатков, переходит к микроорганизмам, а потом к животным, которые питаются детритом, и хищникам, которые этих животных едят.

Пищевые цепочки на суше состоят из 3-5 звеньев:

На суше через пищевые цепочки большая часть энергии, собранная в биомассе, идет в детритные цепи. В водных экосистемах ситуация немного другая: больше биомассы уходит по первому типу пищевых цепочек, а не по второму.

Пищевые цепочки образуют пищевую сеть: каждый член одной пищевой цепочки в то же время является членом другой. И если разрушить любое звено пищевой сети, то экосистема может серьезно пострадать.

У пищевых сетей есть структура, которая отражает число и размер живых организмов на каждом уровне пищевой цепки. От одного пищевого уровня до другого количество организмов уменьшается, а их размер увеличивается. Это называется экологической пирамидой, в основании которой много маленьких организмов, а на вершине – мало крупных.

Энергия в экологической пирамиде распределяется так, что на следующий уровень доходит только около 10%. Поэтому число организмов с каждым уровнем уменьшается, а количество звеньев пищевой цепочки ограничено.

Таким образом, понятно, что энергия и питательные вещества в любой экосистеме циркулируют, и это поддерживает в ней жизнь. Циркуляция энергии и питательных веществ возможна, потому что:

И они не только поддерживают друг друга, но и дают возможность жить экосистеме: автотрофы создают энергию, а гетеротрофы доставляют эту энергию туда, где она больше всего необходима. В этом и есть их роль.

Источник

Гетеротрофы – кто это такие, чем они отличаются от автотрофов и что про них надо знать

Те, кто не может создавать органические вещества из неорганических. И ест тех, кто их создает.

Гетеротрофы – это такие живые организмы, которые не могут сами создавать органические вещества из неорганических. Поэтому им приходится «съедать» органические вещества в готовом виде.

К гетеротрофам относятся почти все живые существа кроме растений. Растения-то как раз умеют создавать органические вещества из неорганических, они продуценты органики на земле. Поэтому растения никого не «едят». Это их все подряд поедают.

Виды гетеротрофов по месту в круговороте веществ

Есть две большие группы гетеротрофов: консументы и редуценты.

То есть гетеротрофы-редуценты – это те, после кого не остается ничего съедобного, есть уже нечего. Они «замыкают» круговорот органических веществ в природе.

Консументы – это организмы, которые поедают других организмов так, что после них что-то остается. Например, экскременты или кости, шерсть, перья. То есть круговорот органики на консументах не завершается, они еще что-то оставляют для грибов и бактерий.

Большинство консументов – биотрофы, то есть они едят живых организмов. Улитки едят живые растения, волки едят живых зайцев. Но есть среди них и сапротрофы – то есть те, кто питается или может питаться падалью. Например, жуки-могильщики, личинки мух и пр.

Гетеротрофы появились после автотрофов

Когда зарождался этот мир, сначала появились автотрофы. То есть растения и некоторые простейшие организмы, которые сами создавали для себя органические вещества. Например, растение получает из земли воду и минеральные соли, создает из них на свету органические вещества, растет и размножается за счет них.

Только потом эволюция породила гетеротрофов – организмов, которые решили не тратить время на производство органики, а поедать ее в уже готовом виде.

Хотя как возникал этот переход и какими были «переходные формы» от автотрофов к гетеротрофам – остается загадкой.

Может ли гетеротроф стать автотрофом

Нет. Чтобы стать автотрофом, надо иметь в клетках специальные органоиды, которые позволяет самостоятельно создавать органические вещества. В первую очередь, это хлоропласты – «зеленые» органоиды, которые придают листьям растений зеленый цвет.

Если их нет – они никогда не появятся. Точно так же, как у автотрофного организма не появятся органоиды, которые сделают его гетеротрофом.

Замечу, однако, что есть организмы, которые занимают промежуточное положение между гетеротрофами и автотрофами. Они называются миксотрофами. У них есть хлоропласты и при этом они могут поглощать готовые органические вещества.

Но таких существ единицы.

Заключение

Это моя первая статья по биологии. Я пытался простыми словами вам объяснить, кто такие гетеротрофы. Напишите, пожалуйста, в комментарии, получилось у меня это или нет. Если нет – покритикуйте статью, я учту вашу критику на будущее.

Я хочу, чтобы все статьи в рубрике Образование были образцовыми, реально полезными и интересными.

Источник

Что такое гетеротрофы в биологии

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Все живые организмы должны тем или иным способом получать энергию.

Но делают они это по-разному, поэтому и различают автотрофов и гетеротрофов.

Сегодня мы поговорим про гетереротрофов, которые получают энергию из органики, выработанной автотрафами и которые являются средним и конечным звеном в пищевой цепочке.

Гетеротрофы — это.

Живущие на Земле организмы обеспечивают своё существование посредством переработки питательных веществ, получаемых извне. Эти вещества организм добывает двумя способами:

В первом случае мы имеем дело с так называемыми автотрофами (что это?), во втором – с гетеротрофами. В данном контексте основное внимание уделяется гетеротрофным представителям биосферы (что это такое?).

Источником энергии для гетеротрофов служит живая либо мёртвая органика, иными словами, автотрофы и/или продукты их жизнедеятельности. То есть, гетеротрофы относятся к категории консументов (кто это?) (потребителей) либо редуцентов (кто это?) (разрушителей).

К консументам относятся:

Редуценты представлены грибами и бактериями, которые разрушают (разлагают) останки живых существ и превращают их в неорганическую материю и простейшие органические вещества.

По способу питания гетеротрофы делятся на:

Усвоение пищи гетеротрофами, как правило, происходит по следующей схеме:

заглатывание ➜ переваривание ➜ всасывание ➜ усвоение ➜ выделение

Следует отметить, что некоторые гетеротрофы при определённых условиях могут применять автотропный тип питания, т.е. относятся к категории миксотрофов.

В качестве примера можно привести венерину мухоловку: это насекомоядное растение получает питание из тел попавших в её ловушки насекомых, однако на свету способно создавать органическое вещество посредством фотосинтеза (это как?).

Гетеротрофы и автотрофы

Как уже отмечалось, организмы, усваивающие неорганические вещества из приготовленных автотрофами органических соединений, составляют семейство гетеротрофов.

Гетеротрофные организмы едят то, что приготовлено другими организмами. Это отражено в их названии (с др. греч. «гетерос» — другой и «трофи» — питание).

В ходе пищеварения гетеротрофы перерабатывают органическую субстанцию и расщепляют её при помощи особых ферментов (что это такое?).

Автотрофы для поддержания жизни используют неорганические вещества, которые содержатся в почве, воде, атмосфере.

Автотрофам не нужно заботиться о поиске пропитания – им достаточно собственных врождённых способностей, позволяющих обеспечить рост и дальнейшее развитие.

К автотрофам относятся почти все зелёные растения, многоклеточные водоросли и некоторые виды бактерий (в частности, цианобактерии), клетки которых содержат хлорофилл.

В нижеследующей таблице приводятся отличительные признаки гетеротрофных и автотрофных представителей биосферы.

Роль гетеротрофов в экосистеме

Гетеротрофы – это среднее и конечное звено в круговороте пищевых веществ: они перерабатывают, усваивают и разлагают созданные автотрофами органические вещества, после чего возвращают их в почву в виде неорганических соединений.

Эти соединения, в свою очередь, становятся пищей для автотрофов. Цепочка замыкается.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (1)

Наверное не зря слово «паразит» оказалось рядом со словом «человек», мы ведь тоже паразитируем, а если что и создаём, то только в собственных интересах, уничтожая экосистемы.

Источник

Автотрофные и гетеротрофные организмы. Примеры

По усвоению углерода все организмы делятся на 2 группы — автотрофные и гетеротрофные организмы. Деление организмов по способу питания.

Определение автотрофных и гетеротрофных организмов

Автотрофные организмы питаются органическими веществами, которые образуют сами. Автотрофы способны к фотосинтезу. Они усваивать углерод из углекислого газа, используя для этого солнечную или химическую энергию, и образуют готовые органические вещества, (подробнее: Как влияют внешние факторы на процесс фотосинтеза).

Гетеротрофные организмы используют готовые органические соединения животного и растительного происхождения, заключающие в себе потенциальную энергию, сами они не способны образовывать органику. Автотрофные и гетеротрофные организмы.

Автотрофные организмы

К автотрофным организмам относятся все зеленые растения, от одноклеточных водорослей до высших растений.

Для получения пищи они используют энергию солнечного света, — это фотосинтетики, а так же фотосинтезирующие бактерии (пурпурные) и бактерии, которые могут использовать химическую энергию для усвоения углекислого газа. Деление бактерий по способу питания.

Хемосинтетики

Усвоение углекислого газа за счет химической энергии в отличие от фотосинтеза называется хемосинтезом. К хемосинтетикам относятся нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотной кислоты, железобактерии, которые окисляют закисные соли железа до окисных, серобактерии, окисляющие сероводород до серной кислоты.

Продуценты

Автотрофные организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических называют продуцентами.

Гетеротрофные организмы

Остальные организмы усваивают углерод из готовых органических соединений и относятся к гетеротрофам. Сюда относятся все животные, кроме одноклеточной евглены зеленой, она является как автотрофом так и гетеротрофом. Среди растений так же есть исключения, которые способны питаться как автотрофно, так и гетеротрофно, например:

Растения гетеротрофы.

Сапрофитные организмы

К гетеротрофам относятся сапрофитные организмы, которые делятся на:

Например, грибы сапрофиты, питающиеся мертвыми органическими остатками, раскладывая их. К ним относятся:

К плесневым грибам сапрофитам относятся:

Грибы сапрофиты. Сапрофиты относятся к категории редуцентов. К грибам паразитам относятся:

Грибы паразиты.

С экологической точки зрения гетеротрофы относятся к консументам. Существуют консументы 1-го порядка — это исключительно фитофаги, то есть животные, которые питаются растительной пищей (продуцентами) и консументы 2-го в порядке — хищники, которые едят консументов 1-го порядка.

Источник

Последовательности биологических процессов

Типы питания живых организмов

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия — для осуществления процессов жизнедеятельности. Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное, и три группы организмов по типу питания: автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы.

Классификация живых организмов по типам питания

В зависимости от источника энергии автотрофы делятся на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.

Классификация автотрофов в зависимости от источника энергии

Тип	Характеристика	Организмы
Фототрофы	Организмы, использующие для биосинтеза световую энергию	Растения, цианобактерии
Хемотрофы	Организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений	Хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.

По способу получения пищи гетеротрофы делятся на фаготрофов (голозоев) и осмотрофов.

Классификация гетеротрофов по способу получения пищи

Тип	Характеристика	Организмы
Фаготрофы (голозои)	Заглатывают твёрдые куски пищи	Животные
Осмотрофы	Поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки	Грибы, большинство бактерий

По состоянию источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов.

Классификация гетеротрофов по состоянию источника пищи

Тип	Характеристика	Примеры
Биотрофы:	Питаются живыми организмами
фитофаги	Питаются растениями	Зебры, зайцы
зоофаги	Питаются животными	Львы, волки
в том числе паразиты	Бычий цепень, повилика, трутовик, вирус гриппа
Сапротрофы:	Используют в качестве пищи органические вещества мёртвых тел или выделения (экскременты) животных
сапротрофные бактерии	Целлюлозоразрущающие, молочнокислые, уксуснокислые бактерии
сапротрофные грибы	Мукор, пеницилл
сапротрофные животные (сапрофаги):
детритофаги	Питаются детритом	Дождевой червь
некрофаги	Питаются трупами животных	Гриф-стервятник, гиены
копрофаги	Питаются экскрементами	Жук-навозник

Понятие метаболизма

Метаболизм — совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией.

Составные части метаболизма

ЧастьХарактеристикаПримерыЗатраты энергииКатаболизм (энергетический обмен, диссимиляция)Совокупность химических реакций, приводящих к образованию простых веществ из более сложныхГидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака и других веществЭнергия выделяетсяАнаболизм (пластический обмен, ассимиляция)Совокупность химических реакций синтеза сложных веществ из более простыхОбразование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтезаЭнергия поглощается

Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.

Роль АТФ в метаболизме

Энергия, высвобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — мононуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, соединяющихся между собой макроэргическими связями.

В этих связях запасена энергия, которая высвобождается при их разрыве:
АТФ + H₂O → АДФ + H₃PO₄ + Q₁
АДФ + H₂O → АМФ + H₃PO₄ + Q₂
АМФ + H₂O → аденин + рибоза + H₃PO₄ + Q₃,
где АТФ — аденозинтрифосфорная кислота; АДФ — аденозиндифос- форная кислота; АМФ — аденозинмонофосфорная кислота; Q₁ = Q₂ = 30,6 кДж; Q₃ = 13,8 кДж.
Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования. Фосфорилирование — присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ (АДФ + Ф → АТФ). Он происходит с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе. АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин).
Энергия, накопленная в молекулах АТФ, используется организмом в анаболических реакциях (реакциях биосинтеза). Молекула АТФ является универсальным хранителем и переносчиком энергии для всех живых существ.

Энергетический обмен

Энергию, необходимую для жизнедеятельности, большинство организмов получают в результате процессов окисления органических веществ, то есть в результате катаболических реакций. Важнейшим соединением, выступающим в роли топлива, является глюкоза.
По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы.

Классификация организмов по отношению к свободному кислороду

Группа	Характеристика	Организмы
Аэробы (облигатные аэробы)	Организмы, способные жить только в кислородной среде	Животные, растения, некоторые бактерии и грибы
Анаэробы (облигатные анаэробы)	Организмы, неспособные жить в кислородной среде	Некоторые бактерии
Факультативные формы (факультативные анаэробы)	Организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него	Некоторые бактерии и грибы

У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, бес- кислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения, еще богатые энергией.

Этапы катаболизма

Пластический обмен

Пластический обмен, или ассимиляция, представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений из более простых (фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка и др.).
Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул:
органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза происходит образование простых органических соединений, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы:
неорганические вещества (СО₂, Н₂О) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических соединений из неорганических за счёт энергии света.

Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой белковоподобные вещества. Наиболее важным является пигмент хлорофилл. У эукариот фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид, у прокариот — во впячивания цитоплазматической мембраны.
Строение хлоропласта очень похоже на строение митохондрии. Во внутренней мембране тилакоидов гран содержатся фотосинтетические пигменты, а также белки цепи переноса электронов и молекулы фермента АТФ-синтетазы.
Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.
1. Световая фаза фотосинтеза протекает только на свету в мембране тилакоидов граны.
К ней относятся поглощение хлорофиллом квантов света, образование молекулы АТФ и фотолиз воды.
Под действием кванта света (hv) хлорофилл теряет электроны, переходя в возбуждённое состояние:

Эти электроны передаются переносчиками на наружную, то есть обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются.
Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, то есть её разложение под действием света:

Образование АТФ в процессе фотосинтеза под действием энергии света называется фотофосфорилированием.
Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами и образуют атомарный водород, который связывается с молекулой-переносчиком водорода НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат):
2Н + + 4е – + НАДФ + → НАДФ·Н₂.
Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФ·Н₂. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ·Н₂ участвуют в процессах темновой фазы.
2. Темновая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований СО₂, поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темновой фазы за счёт энергии АТФ. В цикле Кальвина СО₂ связывается с водородом из НАДФ·Н₂ с образованием глюкозы.
В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и всё живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот

ПризнакФотосинтезДыханиеУравнение реакции6СО₂ + 6Н₂О + энергия света → C₆H₁₂O₆ + 6O₂C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + энергия (АТФ)Исходные веществаУглекислый газ, водаОрганические вещества, кислородПродукты реакцииОрганические вещества, кислородУглекислый газ, водаЗначение в круговороте веществСинтез органических веществ из неорганическихРазложение органических веществ до неорганическихПревращение энергииПревращение энергии света в энергию химических связей органических веществПревращение энергии химических связей органических веществ в энергию макроэргических связей АТФВажнейшие этапыСветовая и темновая фаза (включая цикл Кальвина)Неполное окисление (гликолиз) и полное окисление (включая цикл Кребса)Место протекания процессаХлоропластыГиалоплазма (неполное окисление) и митохондрии (полное окисление)

Генетическая информация у всех организмов хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК (или РНК у РНК-содержащих вирусов). Прокариоты содержат генетическую информацию в виде одной молекулы ДНК. В эукариотических клетках генетический материал распределён в нескольких молекулах ДНК, организованных в хромосомы.
ДНК состоит из кодирующих и некодирующих участков. Кодирующие участки кодируют РНК. Некодирующие области ДНК выполняют структурную функцию, позволяя участкам генетического материала упаковываться определённым образом, или регуляторную функцию, участвуя во включении генов, направляющих синтез белка.
Кодирующими участками ДНК являются гены. Ген — участок молекулы ДНК, кодирующей синтез одной мРНК (и соответственно полипептида), рРНК или тРНК.
Участок хромосомы, где расположен ген называется локусом. Совокупность генов клеточного ядра представляет собой генотип, совокупность генов гаплоидного набора хромосом — гено́м, совокупность генов внеядерных ДНК (митохондрий, пластид, цитоплазмы) — плазмон.
Реализация информации, записанной в генах, через синтез белков называется экспрессией (проявлением) генов. Генетическая информация хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК, а реализуется в виде последовательности аминокислот в белке. Посредниками, переносчиками информации выступают РНК. То есть реализация генетической информации происходит следующим образом:
ДНК → РНК → белок.
Этот процесс осуществляется в два этапа:
1) транскрипция;
2) трансляция.

Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. В результате образуются мРНК, тРНК и рРНК. Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом РНК-полимеразой.

Одновременно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные её отрезки. Такой отрезок (транскриптон) начинается промотором — участком ДНК, куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция, а заканчивается терминатором — участком ДНК, содержащим сигнал окончания транскрипции. Транскриптон — это ген с точки зрения молекулярной биологии.
Транскрипция, как и репликация, основана на способности азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию. На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается, и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК.

В процессе транскрипции последовательность нуклеотидов ДНК переписывается на синтезирующуюся молекулу мРНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка.
Гены прокариот состоят только из кодирующих нуклеотидных последовательностей.

Гены эукариот состоят из чередующихся кодирующих (экзонов) и некодирующих (интронов) участков.

После транскрипции участки мРНК, соответствующие интронам, удаляются в ходе сплайсинга, являющегося составной частью процессинга.

Процессинг — процесс формирования зрелой мРНК из её предшественника пре-мРНК. Он включает два основных события. 1.Присоединение к концам мРНК коротких последовательностей нуклеотидов, обозначающих место начала и место конца трансляции. 2. Сплайсинг — удаление неинформативных последовательностей мРНК, соответствующих интронам ДНК. В результате сплайсинга молекулярная масса мРНК уменьшается в 10 раз.
Трансляция (от лат. translatio — перевод) — синтез полипептидной цепи с использованием мРНК в роли матрицы.

В трансляции участвуют все три типа РНК: мРНК является информационной матрицей; тРНК доставляют аминокислоты и узнают кодоны; рРНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК, тРНК и белок и осуществляют синтез полипептидной цепи.

Этапы трансляции

ЭтапХарактеристикаИнициацияСборка комплекса, участвующего в синтезе полипептидной цепи. Малая субчастица рибосомы соединяется с инициаторной мет-трнк, а затем с мрнк, после чего происходит образование целой рибосомы, состоящей из малой и большой субчастиц.ЭлонгацияУдлинение полипептидной цепи. Рибосома перемещается вдоль мрнк, что сопровождается многократным повторением цикла присоединения очередной аминокислоты к растущей полипептидной цепи.ТерминацияЗавершение синтеза полипептидной молекулы. Рибосома достигает одного из трёх стоп-кодонов мрнк, а так как не существует трнк с антикодонами, комплементарными стоп-кодонам, синтез полипептидной цепи прекращается. Она высвобождается и отделяется от рибосомы. Рибосомные субчастицы диссоциируют, отделяются от мрнк и могут принять участие в синтезе следующей полипептидной цепи.

Реакции матричного синтеза

Все эти реакции объединяет то, что молекула ДНК в одном случае или молекула мРНК в другом выступают в роли матрицы, на которой происходит образование одинаковых молекул. Реакции матричного синтеза являются основой способности живых организмов к воспроизведению себе подобных.
Регуляция экспрессии генов. Тело многоклеточного организма построено из разнообразных клеточных типов. Они отличаются структурой и функциями, то есть дифференцированы. Различия проявляются в том, что помимо белков, необходимых любой клетке организма, клетки каждого типа синтезируют ещё и специализированные белки: в эпидермисе образуется кератин, в эритроцитах — гемоглобин и т. д. Клеточная дифференцировка обусловлена изменением набора экспрессируемых генов и не сопровождается какими-либо необратимыми изменениями в структуре самих последовательностей ДНК.

Деление клеток

Хромосомный набор

Хромосомный набор — совокупность хромосом, содержащихся в ядре. В зависимости от хромосомного набора клетки бывают соматическими и половыми.

Соматические и половые клетки

Тип	Хромосомный набор	Характеристика
Соматические	2n	Диплоидны — содержат двойной набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены парами. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными.
Половые	1n	Гаплоидны — содержат одинарный набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы.

Клеточный цикл

Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) — существование клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до её собственного деления или смерти. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки, её функционального состояния и условий среды. Клеточный цикл включает митотический цикл и период покоя.

В период покоя (G₀) клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу — погибает либо возвращается в митотический цикл. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом, а период покоя отсутствует.
Митотический цикл состоит из четырёх периодов: пресинтетического (постмитотического) — G₁, синтетического — S, постсинтетического (премитотического) — G₂, митоза — М. Первые три периода — это подготовка клетки к делению (интерфаза), четвёртый период — само деление (митоз).

Интерфаза — подготовка клетки к делению.

Периоды интерфазы

Периоды	Число хромосом и хроматид	Процессы
Пресинтетический (G1)	2n2c	Увеличивается объем цитоплазмы и количество органоидов, происходит рост клетки после предыдущего деления.
Синтетический (S)	2n4c	Происходит удвоение генетического материала (репликация ДНК), синтез белковых молекул, с которыми связывается ДНК, и превращение каждой хромосомы в две хроматиды.
Постсинтетический (G2)	2n4c	Усиливаются процессы биосинтеза, происходит деление митохондрий и хлоропластов, удваиваются центриоли.

Деление эукариотических клеток

Основой размножения и индивидуального развития организмов является деление клетки.
Эукариотические клетки имеют три способа деления:

Амитоз — редкий способ деления клетки, характерный для стареющих или опухолевых клеток. При амитозе ядро делится путём перетяжки и равномерное распределение наследственного материала не обеспечивается. После амитоза клетка не способна вступать в митотическое деление.

Митоз — тип клеточного деления, в результате которого дочерние клетки получают генетический материал, идентичный тому, который содержался в материнской клетке. В результате митоза из одной диплоидной клетки образуется две диплоидные, генетически идентичные материнской.

Фазы митоза

Биологическое значение митоза:

Мейоз

Мейоз — тип клеточного деления, сопровождающийся редукцией числа хромосом. В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных, генетически отличающиеся от материнской. В ходе мейоза происходит два клеточных деления (первое и второе мейотические деления), причём удвоение числа хромосом происходит только перед первым делением.

Фазы мейоза

Фазы	Число хромосом и хроматид	Процессы
Профаза I	2n4c	Происходят процессы, аналогичные процессам профазы митоза. Кроме того, гомологичные хромосомы, представленные двумя хроматидами, сближаются и «слипаются» друг с другом. Этот процесс называется конъюгацией. При этом происходит обмен участков гомологичных хромосом — кроссинговер (перекрест хромосом), то есть обмен наследственной информацией. После конъюгации гомологичные хромосомы отделяются друг от друга.
Метафаза I	2n4c	Происходят процессы, аналогичные процессам метафазы митоза.
Анафаза I	1n2c	В отличие от анафазы митоза, центромеры не делятся и к полюсам клетки отходит не по одной хроматиде от каждой хромосомы, а по одной хромосоме, состоящей из двух хроматид и скреплённой общей центромерой.
Телофаза I	1n2c	Образуются две клетки с гаплоидным набором.
Интерфаза	1n2c	Короткая. Репликации (удвоения) ДНК не происходит и, следовательно, диплоидность не восстанавливается.
Профаза II	1n2c	Аналогичны процессам во время митоза.
Метафаза II	1n2c	Аналогичны процессам во время митоза.
Анафаза II	1n1c	Аналогичны процессам во время митоза.
Телофаза II	1n1c	Аналогичны процессам во время митоза.

Биологическое значение мейоза:

Деление прокариотических клеток

У прокариот митоза и мейоза нет. Бактерии размножаются бесполым путём — делением клетки при помощи перетяжек или перегородок, реже почкованием. Этим процессам предшествует удвоение кольцевой молекулы ДНК.
Кроме того, для бактерий характерен половой процесс — конъюгация. При конъюгации по специальному каналу, образующемуся между двумя клетками, фрагмент ДНК одной клетки передаётся другой клетке, то есть изменяется наследственная информация, содержащаяся в ДНК обоих клеток. Поскольку количество бактерий при этом не увеличивается, для корректности используют понятие «половой процесс», но не «половое размножение».

Источник