Ląstelės biologija: praktiniai klausimai su paaiškinimais

1Kas yra ląstelė

Ląstelė yra mažiausias gyvybės vienetas. Ląstelių teorija teigia, kad visi gyvi organizmai sudaryti iš ląstelių ir kad kiekviena ląstelė atsiranda iš jau esamos ląstelės.

Yra du pagrindiniai tipai:

• Prokariotinės ląstelės, pavyzdžiui, bakterijų, yra mažos ir paprastos. Jų DNR laisvai išsidėsčiusi ląstelėje; jos neturi branduolio ir kitų membranomis apsuptų organelių.
• Eukariotinės ląstelės, pavyzdžiui, gyvūnų, augalų ir grybų, yra didesnės. Jų DNR laikoma branduolyje, o organelių – mažų skyrių, turinčių savo užduotį – yra daug.

Augalų ląstelės turi tris dalykus, kurių neturi gyvūnų ląstelės: celiuliozės ląstelės sienelę, fotosintezei skirtus chloroplastus ir didelę centrinę vakuolę.

Įsivaizduokite eukariotinę ląstelę kaip gamyklą. Branduolys yra planus saugantis biuras, ribosomos – staklės, mitochondrijos – elektrinė, o membrana – vartai.

2Organelės ir membrana

• 1 Ląstelės membrana: fosfolipidų dvisluoksnis su baltymais. Ji kontroliuoja, kas patenka į ląstelę ir iš jos išeina.
• 2 Branduolys: laiko DNR. Jame esantis branduoliukas gamina ribosomas.
• 3 Šiurkštusis ER: membranų tinklas, padengtas ribosomomis, kurios gamina baltymus. Lygusis ER, neturintis ribosomų, gamina lipidus.
• 4 Goldžio aparatas: modifikuoja, rūšiuoja ir pakuoja baltymus į pūsleles.
• 5 Mitochondrija: aerobinio kvėpavimo metu gamina didžiąją dalį ląstelės ATP – jos energijos valiutos.
• 6 Lizosoma: fermentais skaido susidėvėjusias dalis ir prarytą medžiagą.

Medžiagos per membraną pereina įvairiais būdais:

• Difuzija: dalelės juda iš didesnės koncentracijos į mažesnę be energijos sąnaudų. Taip pereina mažos nepolinės molekulės, pavyzdžiui, O₂ ir CO₂.
• Osmosas: vanduo juda per membraną link pusės, kurioje daugiau ištirpusių dalelių.
• Palengvintoji difuzija: difuzija per kanalo ar nešiklio baltymą, vis dar be energijos. Gliukozė į daugumą ląstelių patenka šitaip.
• Aktyvusis pernešimas: siurblys naudoja ATP medžiagoms judinti prieš jų gradientą, pavyzdžiui, natrio ir kalio siurblys.

3DNR, baltymai ir ląstelių dalijimasis

DNR yra dviguba spiralė iš dviejų nukleotidų grandinių. Kiekvienas nukleotidas turi cukrų (dezoksiribozę), fosfatą ir vieną iš keturių bazių. Bazės poruojasi: A su T, o C su G.

Prieš ląstelei dalijantis, ji nukopijuoja savo DNR. Replikacija yra pusiau konservatyvi: kiekviena nauja dviguba spiralė turi vieną senąją ir vieną naująją grandinę.

Genas paverčiamas baltymu dviem etapais:

1. Transkripcija branduolyje: RNR polimerazė nukopijuoja geną į mRNR. RNR turi uracilą (U) vietoj timino.
2. Transliacija ties ribosoma: kiekvienos trys mRNR bazės, kodonas, koduoja vieną aminorūgštį. tRNR atneša aminorūgštis, o grandinė susilanksto į baltymą.

Ląstelės dalijasi dviem būdais:

• Mitozė: viena ląstelė sukuria dvi genetiškai vienodas ląsteles su pilnu chromosomų rinkiniu (žmogaus – 46). Naudojama augimui ir atsinaujinimui.
• Mejozė: viena diploidinė ląstelė sukuria keturias genetiškai skirtingas haploidines ląsteles su perpus mažiau chromosomų (23). Naudojama kiaušialąstėms ir spermatozoidams gaminti. Variaciją sukuria krosingoveris ir nepriklausomas kombinavimasis.

Mitozės fazės yra profazė, metafazė, anafazė (chromatidės atskiriamos) ir telofazė, po kurių vyksta citokinezė.

4Metodas žingsnis po žingsnio

Daugumoje klausimų tikrinama viena iš keturių temų: struktūra, pernaša, informacijos srautas (DNR → RNR → baltymas) arba dalijimasis.

1. Raskite klausimo temą ir pagrindinį žodį: organelė, pernašos tipas, fermentas, fazė.
2. Prisiminkite jai priklausančią funkciją vienu sakiniu.
3. Procesui sekite žingsnius iš eilės: kur jis prasideda, pro kokias struktūras praeina, kur baigiasi.
4. Atvejui paklauskite, kas pasikeičia: kokia struktūra ar žingsnis sutrikęs ir kas iš to išplaukia.
5. Eliminuokite variantus, kuriuose painiojami panašūs terminai: mitozė ir mejozė, transkripcija ir transliacija, difuzija ir aktyvusis pernešimas.

5Išspręstas pavyzdys

Sekite kiekvieną žingsnį. Pabandykite nuspėti kitą, prieš jį atidarydami.

6Dažnos klaidos

• Mitozės ir mejozės painiojimas. Mitozė: 2 vienodos diploidinės ląstelės. Mejozė: 4 skirtingos haploidinės ląstelės.
• Transkripcijos (DNR → mRNR, branduolyje) ir transliacijos (mRNR → baltymas, ties ribosoma) painiojimas.
• Manymas, kad prokariotai neturi DNR. Jie turi DNR, bet neturi branduolio.
• Manymas, kad osmosas perneša ištirpusią medžiagą. Osmosas yra vandens judėjimas.
• Palengvintosios difuzijos vadinimas aktyviąja. Ji naudoja baltymą, bet ne energiją ir vyksta pagal gradientą.
• A poravimas su U DNR. DNR A poruojasi su T; U pasitaiko tik RNR.

7Kaip atrodo egzamino uždaviniai

• Lengvas: pagrindinės sąvokos ir faktai. Organelės funkcija, bazių poravimasis, kas yra difuzija ar mitozė, augalų ir gyvūnų ląstelės.
• Vidutinis: sąvokų taikymas. Osmosas duotame tirpale, mitozės ir mejozės fazės, kodonai ir mutacijos, glikolizė ir kvėpavimas.
• Sunkus: atvejai ir analizė. Klasikiniai eksperimentai (Meselsono ir Stalio, Hershey ir Chase), ląstelės lygmeniu paaiškinamos ligos, ląstelių signalizacija, ląstelės ciklas ir vėžys.

Atvejo klausime įvardykite struktūrą ar procesą, kuris sutrinka pirmas. Teisingas variantas yra tiesioginė to sutrikimo pasekmė.