Научный метод. Его основные особенности

1. Научный метод. Его основные особенности.
2. Место современной биологии среди естественных наук.
3. Основные свойства живого.
4. Современные представления о понятии «жизнь».
5. Основные особенности органических и биоорганических соединений.
6. Функциональные группы.
7. Строение и функции углеводов.
8. Строение и функции жиров.
9. Строение и функции белков
10. Уровни организации белков.
11. Строение и функции нуклеиновых кислот.
12. Репликация ДНК. Молекулярные механизмы возникновения мутаций.
13. Причинно-следственные связи между геном и признаком.
14. Процесс реализации генетической информации. Его важнейшие этапы.
15. Организм как единица живого. Унитарные и модульные организмы.
16. Клетка как единица живого.
17. Основные отличительные особенности прокариот.
18. Основные отличительные особенности эукариот.
19. Разнообразие органоидов эукариотической клетки.
20. Условные единицы живого. Их разнообразие.
21. Таксономические единицы. Их разнообразие.
22. Современные представления о разнообразии царств.
23. Внутривидовые естественные группировки организмов. Их разнообразие.
24. Единицы строения многоклеточных организмов.
25. Жизненные формы.
26. Общебиологический принцип разделения функций.
27. Принцип структурно-функционального соответствия.
28. Биологический смысл питания. Типы питания.
29. Молекулярные механизмы энергообеспечения клетки.
30. Молекулярные механизмы развития на примере дрозофилы.
31. Молекулярные механизмы дифференциальной транскрипции генов.
32. Разнообразие типов бесполого размножения.
33. Разнообразие типов клеточных делений.
34. Клеточный цикл, его основные этапы.
35. Биологический смысл и механизмы полового размножения.
36. Разнообразие типов оплодотворения.
37. Жизненные циклы. Их разнообразие.
38. Молекулярные основы медленных биологических ответов.
39. Молекулярные механизмы быстрых биологических ответов.
40. Молекулярные механизмы формирования нервного импульса.
41. Молекулярные механизмы передачи нервного импульса через синапс.
42. Рецепторные белки. Принципы их функционирования.
43. Вирусы. Следует ли считать их живыми существами?
44. Концепция эгоистичной ДНК.
45. Интрон-экзонное строение генов, его роль в эволюции.
46. Современные представления о возникновении жизни.
47. Современные представления о механизмах макроэволюции.

Научный метод. Его особенности.

Наука - это вид человеческой деятельности, направленный на получение и систематизацию новых для всего человечества объективных знаний, т.е таких, которые были получены многократными исследованиями и обсуждены и приняты разными людьми.

Объективность заключается:

Воспроизводимость эксперимента - центральное условие научного подхода. Но полных совпадений результатов не будет никогда.

Статистическая обработка. Т.к, даже при идеальном повторении эксперимента, результаты в любом случае будут разниться, объективные данные не могут быть весомы без адекватной статистической обработки.

Обмен данными. Научные знания не могут принадлежать одному человеку, их необходимо публиковать.

Научный метод состоит из 2ух частей:

Научный анализ;

Научный синтез;

Научный анализ заключается в раздроблении, изучении по частям. Синтез осуществляется на 2ом этапе. Вышеперечисленные являются фундаментальными подходами в любой области науки, так как мир сложен и его невозможно описать одной наукой.

Виды классификации наук:

1) по объектам изучения:

А. Естественные, объектом которых является природа;

Б. Точные - математика

В. Гуманитарные, объектом является человечество и все, что его касается

2) по степени практической приложимости:

А. Прикладная;

Б. Фундаментальная;

Место современной биологии среди естественных наук

Биология ( от греч. bios -жизнь и logos - познание, учение)- это наука, изучающая живые материи, следовательно в классификации наук по объектам изучения относится к естественным.

Как наука ( в полном смысле) возникла в середине 19 в, когда была создана клеточная теория. До того времени шло накопление материала, т.е биология была сугубо описательной. Начиная с 50х годов начала становиться закономерной, изменилась суть этой науки. На данный момент биология идет по доказательному пути и находится почти в одном ряду с химией и физикой.

Развитие биологии, как и любой другой науки, шло по пути последовательного разложения сложного предмета исследования на составляющие его части. Так возникли многочисленные ветви биологии ( например анатомия, ботаника, физиология, микробиология и т.д)

Редукционизм - метод познания, при котором изучают не единое целое, а отдельные его части.

Витализм ( в биологии) метод познания, при котором жизнь рассматривают как особенное и уникальное явление, которое нельзя объяснить на основе одних только законов физики и химии, т.к многие проявления жизни присуще лишь системе как целому.

 

Что такое жизнь. Основные свойства живых систем

Живые системы обладают рядом общих свойств и признаков, которые отличают их от неживой природы. Живые организмы отличаются высокоупорядоченным… Для живых систем характерно такое свойство, как дискретность (прерывистость).… И то же время любая живая система характеризуется целостностью — составляющие ее дискретные части интегрированы в…

Жизнь.

Ж –с современно точки зрения – это особая форма существования материи, связанная с черезвычайно интенсивными процессами самоупорядочивания. Иногда утверждат.что живые объекты, в отличие от неживых сочетают в себе сразу все перечисленные св-ва(см.билет 3) . к сожалении, и эта попытка не слишком удачна. Дело в том,что у целого ряда живых существ хотя б на отдельных этапах их развития отсутствует то или иное из рассмотренных св-тв. В частности, взрослые стадии некоторых насекомых не имеют пищеварительной с-мы и не могут питаться (они живут в течение всего лишь нескольких дней и выполняют одну единственную задачу- размножаться). Напротив, рабочие пчелы, шмели и муравьи успешно питаются, но полностью лишены способности к размножению.

Итак, попытка понять, что такое жизнь не дает результата при использовании аналитического подхода. Это значит, что одного анализа здесь недостаточно, и нам неоходимо прибегнуть к научному синтезу. Т.е. свести все свойства живого воедино. В конечном итоге мы получаем след определение жизни: жизнь- это особая форма существования материи, связанная с интенсивыными процессами самоупорядочивания.

Действительно, даже самая примитивно организованная бактерия содержит десятки тысяч различных в-тв, причем их молекулы расположены не хаотично.более того.в процессе своей жизнедеятельности ( напр при питании,дыхании или размножении) актерия постепенно поддерживает этот порядок и время от времени вносит в него надлежащие изменения. Таким образом, она сама себя упорядочивает:

-поглощает определенные в-ва из окруж среды, синтезирует из них необходимые ей молекулы и затем неслучайно распределяет их по организму

-уничтожает часть своих молекул для получения энергии и в дальнейшем исользует эту энергию на свои нужды

-удаляет из себя побочные продукты жизнедеятельности

-увеличивает размер и массу за счет накопленных в-тв.

-формирует новые структуры и разрушает старые

-дает начало своим потомкам,каждый из которых тоже способен к самоупорядочиванию

-копирует имеющуюся у нее программу жизнедеятельности. И если в этой программе возникают ошибки, измененные копии могут достаться потомкам

-перестраивает себя в ответ на определенные воздействия

-и умирает, когда поддерживать порядок становится невозможным

То же самое характерно и для более сложных живых существ.

 

5. Основные особенности органических и биоорганических соединений. (из конспекта)

С – наиболее представленный элемент на земле. 4 валентен – способен вступать в сложные химические соединения. Атомы этого химического элемента способны образовывать прочные, сложные цепочки (кремний очень похож на С, но его цепочки нестабильны, поэтому кремневая жизнь на земле невозможна). Цепочки могут быть разными: по длине, по форме (линейные, разветвленные и кольцевые), по характеру связи (одинарные связи, двойные, тройные). Взаимное соответствие размеров и форм и расположение зарядов определяет углеродный скелет. Углеродный скелет подвижен. С-Н – связь ковалентно полярная. Э. о. не на столько сильно отличается, чтобы на атомах было сильные заряды. Углеродные цепочки на себе особых зарядов не несут. В основе любых химических взаимодействий в основном лежит взаимодействие заряженных частиц. Поэтому на углеродную цепочку «навешивают» другие элементы. В подавляющем большинстве случаев углеводороды не относятся к биоорганическим молекулам. За очень редким исключением живые существа углерод не используют. Биоорганические имеют сильные заряды (благодаря группам заряженных атомов присоединенных к углеродной цепочке).

Органические соединения характеризуются восстановленным состоянием атома С и N. Среди них выделяют биоорганические.
Для биоорганических характерно наличие С-С связей. Сами они неполярны, поэтому в молекуле существуют заряженные группы атомов - функциональные группы (исключение - этилен, фермент у некоторых растений). Свойства биоорганических молекул определяются строением, наличием и взаимодействием функциональных групп. Макроэлементы биоорганических соединений: С, H, N, O, P, S. Также есть микроэлементы (Fe, I, Co, Mg и др.)
Функциональные группы:
-ОН, гидроксильная - притягивает δ- (спирты)
-С=О, карбонильная - притягивает δ+ (альдегиды и кетоны)
-СООН, карбоксильная - придает молекуле сильный отрицательный заряд (кислоты)
-NР2, аминогруппа - придает молекуле положительный заряд (амины)
-SH, тио- (меркато-)группа - обладает сильными восстановительными свойствами (тиоспирты)
-Н2РО4, фосфатная - придает молекуле отрицательный заряд (органические фосфаты)
Чем больше разных функциональных групп содержит молекула, тем сложнее ее свойства и выполняемая в организме функция.

7. Углеводами называют вещества с общей формулой Cm(H2O)m, где m может иметь разные значения(чаще - от 3 до 7), но подобные молекулы могут образовывать олиго- и полисахариды при соединении между собой. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы — одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85—90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

 

· моносахариды или простые сахара;

· Дисахариды

· полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются прежде всего альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус. Глюкоза С6Н12О6, фруктоза, галактоза.

Дисахариды

При гидролизе образуют несколько молекул простых сахаров. В них молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным относятся мальтоза (солодовый сахар - 2 остатка глюкозы), лактоза (молочный сахар - гллюкоза и галактоза) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар - глюкоза и фруктоза). С12Н22О11. По своим свойствам близки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и… Наиболее важными полисахаридами являются следующие. Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой…

Функции углеводов

Структурная. Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок… Механическая/защитная Запасающая - крахмал.

Функции липидов

Энергетическая. При окислении 1 г жиров высвобождается 38,9 кДж энергии, которая идет на образование АТФ. Запасающая. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов… Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке и вокруг некоторых органов (почки, кишечник),…

Функции белков

Белки входят в состав клеточных мембран и органелл клетки. Стенки кровеносных сосудов, хрящи, сухожилия, волосы, ногти, когти у высших животных… Каталитическая (ферментативная). Большинство необходимых для орг-ма реакций самостоятельно либо не идут вообще, либо идут очень медленно.…

Уровни организации белков.

Первичная структура — последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — устойчивые сочетания аминокислотных остатков, выполняющие определённую функцию и встречающиеся во многих белках. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — сочетания аминокислот, играющих ключевую роль в функциях белка. Консервативные мотивы сохраняются в процессе эволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка.)

Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями

β-листы (складчатые слои) — несколько зигзагообразных полипептидных цепей, в которых водородные связи образуются между относительно удалёнными… Третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи. Структурно… · ковалентные связи (между двумя остатками цистеина — дисульфидные мостики);

Четвертичная структура

Четвертичная структура (или субъединичная, доменная) — взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса. В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки. В стабилизации четвертичной структуры принимают участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации третичной. Надмолекулярные белковые комплексы могут состоять из десятков молекул.

Строение и функции нуклеиновых кислот

Количество нуклеотидов в молекуле нуклеиновых кислот бывает разным – от 80 в молекулах транспортных РНК до нескольких десятков миллионов у ДНК.

ДНК

Молекула ДНК – это двухцепочечная спираль, закрученная вокруг собственной оси.

В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и З’-спиртовой группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З’-углеродом одного пентозного цикла и 5’-углеродом следующего. Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа». Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплементарностъю, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены, т. е., если одна цепь имеет направление от З’-конца к 5’-концу, то в другой цепи З’-концу соответствует 5’-конец и наоборот. Это свойство биспирали ДНК называется антипараллельностью. Молекулы ДНК эукариотических организмов линейны. У прокариот ДНК, напротив, замкнута в кольцо и не имеет ни 3’-, ни 5’-концов. Подобно белкам при изменении условий ДНК может подвергаться денатурации, которая называется плавлением. При постепенном возврате к нормальным условиям ДНК ренатурирует. Благодаря своему строению ДНК способна к репликации (полное копирование).

Функции ДНК - хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация о всех белках данного организма, о том, какие белки и в какой последовательности будут синтезироваться.

РНК

Строение молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Однако имеется и ряд существенных отличий. В молекуле РНК вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов входит рибоза. Вместо тимидилового нуклеотида (Т) входит уридиловый (У). Главное отличие от ДНК состоит в том, что молекула РНК представляет собой одну цепь. Однако ее нуклеотиды способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах тРНК, рРНК), но в этом случае речь идет о внутрицепочечном соединении комплементарных нуклеотидов. Цепочки РНК значительно короче ДНК.

РНК принимают участие в синтезе белка клетки, например,транспортные РНК служат для узнавания кодонов и доставки соответствующих аминокислот к месту синтеза белка, а рибосомные РНК служат структурной и каталитической основой рибосом.

Репликация ДНК.

Репликация ДНК — процесс синтеза дочерней молекулы ДНК на матрице родительской молекулы. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Это является молекулярной основой с-ва живых организмов – наследственной изменчивости.

Ферменты (геликаза, топоизомераза) и ДНК-связывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК. Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований и активностью ДНК-полимеразы, способной распознать и исправить ошибку. Репликация у эукариот осуществляется несколькими разными ДНК-полимеразами. Далее происходит закручивание синтезированных молекул по принципу суперспирализации и дальнейшей компактизации ДНК. Синтез энергозатратный.

Цепи молекулы ДНК расходятся, образуют репликационную вилку, и каждая из них становится матрицей, на которой синтезируется новая комплементарная цепь. В результате образуются две новые двуспиральные молекулы ДНК, идентичные родительской молекуле.

Характеристики процесса репликации

· полуконсервативный — одна цепь молекулы ДНК, образовавшейся в результате репликации, является вновь синтезированной, а вторая — материнской; · идёт в направлении от 5’-конца новой молекулы к 3’-концу; · полунепрерывный — одна из цепей ДНК синтезируется непрерывно, а вторая — в виде набора отдельных коротких…

Причинно-следственные связи между геном и признаком.

 

Процесс реализации генетической информации. Его важнейшие этапы.

Реализация генетической информации происходит в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех типов РНК: информационной (иРНК) (ее также называют… Процесс передачи информации может идти: -в направлении ДНК → РНК → белок

Этап бывает

Сплайсинг (от англ. splice — сращивать или склеивать концы чего-либо) — процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК. Наиболее часто этот процесс встречается при созревании информационной РНК (мРНК) у эукариот, при этом путём биохимических реакций с участием РНК и белков из мРНК удаляются участки, не кодирующие белок (интроны) и соединяются друг с другом кодирующие аминокислотную последовательность участки — экзоны. Таким образом незрелая пре-мРНК превращается в зрелую мРНК, с которой считываются (транслируются) белки клетки. Большинство генов прокариот, кодирующих белки, не имеют интронов, поэтому у них сплайсинг пре-мРНК встречается редко. У представителей эукариот, бактерий и архей встречается также сплайсинг транспортных РНК (тРНК) и других некодирующих РНК.

Этап.

Трансляция- синтез белка на матрице иРНК. При трансляции последовательность нуклеотидов в молекуле мРНК переводится в последовательность аминокислот в молекуле белка. Процесс перевода с «языка» нуклеиновых кислот на «язык» белка осуществляется с помощью генетич кода. Генетич код- это способ записи инф-и об аминокислотной последовательности белков с помощью нуклеотидов в ДНК и РНК. Св-ва генетич кода:

---

Триплетность-каждая аминокислота программруется в мРНК сочетанием трех оснований, называемых кодонами(трипетами)

Однонаправленность- последовательность основания считывется в одном направлении, начиная со строго определенной точки

Специфичность- каждому тирплету соответсвует только одна аминокислота

Неперекрываемость- каждый из тирплетов ген кода следует последовательно один за др, не пееркрывая друг друга

Вырожденность- 18 из 20 аминокислот кодируются более чем одним кодоном

Универсальность-для эукориот, прокариот и вирусов ген код одинаков

Наличие терминирующих кодонов-три нонсенс кодона УАА,УАГ,УГАявляются сигналами прекращения синтеза белка.

--

Для синтеза белка необходимо:активированные аминокислоты( связанные с тРНК) и комплекс мРНК-рибосома, в которой выделяют пептидный (П) центр где располагается тРНК с аминокислотной метионин,и аминокислотный центр (А) куда приходит тРНК с аминокислотой, причем антикодон тРНК должен быть комплиментарен кодону на мРНК. тРНК является важным посредником между нуклеиновыми кислотами и белком. Ее структура напоминает клеверный лист, в котором различают антикодон для связывания с мРНК и конец «черешок» для присоединения соответствующей антикодону аминокислоты.

В рибосоме может располагаться только 2 кодона и соответственно две тРНК с аминокислотами; одна в П-центре, другая в А-центре.

С помощь. Фермента (пептидилтрансфераза) происходит замыкание пептидной связи между двумя аминокислотами, причем аминокислота из П-центра переходит в А-центр. На следующем этапе происходит перемещение всей рибосомы на один кодон вперед по мРНК, вследствие чего тРНК с двумя аминокислотами перемещается в П-центр, а новая тРНК с аминокислотой переходит в А-центр. Так осуществляется арастание полипептидной цепи. Биосинтез белка прекращается с помощью «стоп»-кодонов.

 

Унитарные и модульные организмы

Строение унитарных организмов в очень значительной степени предопределено генетически. Идеальный пример унитарного организма человек. В возрасте… У модулярных организмов из зиготы развивается некая единица строения (модуль),… Между модулярными и унитарными организмами существует еще два различия.

Клетка как единица живого

Это означает, что клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм — одноклеточных, многоклеточных и даже… Основными компонентами клетки явл: -наружная мембрана, состоящая из двойного слоя липидов и разнообразных белков. В некоторых случаях (у бактерий,…

Основные отличительные особенности прокариот.

кольцевая двуцепочечная ДНК. не явл хромосомой так как не соединена с гистонами имеют рибосому 70s наличие жгутиков, плазмид и газовых вакуолей (?)

Основные отличительные особенности эукариот.

Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим названием протисты — все являются эукариотическими организмами. Они могут быть… -Генетический аппарат всех эукариот находится в ядре и защищён ядерной… -ДНК эукариот линейная

Разнообразие органоидов эукариотической клетки

1) мембранные: эндоплазматический ретикулум (сеть) (ЭПР, ЭПС), аппарат гольджи (АГ), лизосомы, пероксисомы. это одномембранные. митохондрии (мх) и… 2) немембранные: рибосомы, кл центр и органоиды движения (реснички и… ЭПР. Представляет собой единую мембранную систему. обеспечивает компартментализацию кл. это обеспечивает локализацию…

Условные единицы живого. Их разнообразие

2.единицы биологических сообществ. Формируются засчет объединения особей,живущих в непосредсвтенном контакте между собой. При этом все разнообразие… А)внутривидовые сообщества(семья, стая, популяция) Б)межвидовые сообщества, населящие различные местообитания от маленькой лужи до всй биосферы в целом. Мутации ++,…

Таксономические единицы. Их разнообразие

Таксономич единицы формируются путем объединения сходных друг с другом особей. Важно отметить, что одна и та же особь может быть включена в состав различных таксономических единиц в зависимости от выбранной степени сходства. В соответствии с этим,принято выделять таксономические единицы след рангов:

А)вид. В состав конкретного ивда входят лишь наиболее сходные друг с другом особи( имеется ввиду не только внешние,но и анатомии,физиологич, молекулярное и поведенческое сходство).кроме того, различные особи одного вида,как правило, способны к успешному скрещиванию между собой.

Б)род, т.е. группа наиболее близких видов

В)семейство ,т.е. группа наиболее близких родов.

Г)отряд,т.е. группа наиболее близких семейств

Д)класс,т.е. группа наиболее близких отрядов

Е)тип,т.е.группа наиб близких классов

Ж)царство,т.е. групаа наиболее близких типов.

 

 

Современные представления о разнообразии царств.

1. Бактерии и актиномицеты: внутриклеточных компартментов нет, типы питания - авто- и гетеротрофия, муреиновая клеточная стенка. 2. Растения:… 1930 г. – выделено царство Fungi; 1956 г. – Коупландом после открытия электронного микроскопа воскрешается идея о создании царства протистов;

Внутривидовые естественные группировки организмов. Их разнообразие.

В зависимости от размера и принципа организации их можно называть:

-семья(напр семья лисиц, прайд львов, пара лебедей с выводком, пчелиный рой). Каждую семью составляют особи,находящиеся в близком родстве между собой. 2 стратегии – иметь как можно больше потомков; вкладывать в каждого потомка максимальное количество сил и питательных в-в

-стая(напр стая волков,стадо антилоп,табун уток,косяк сельди).обычно тсая образована несколькими(иногда многими) семьями. Концентрируются наместе большого количества пищи; совместная охота, миграция, безопасность, размножение.

-популяция(крупная совокупность особей одного вида,занимающая некую территорию и относительно изолированная от др аналогичных единиц) имеет определенную степень обмена генетической информации между особями.

 

Единицы строения многоклеточных организмов.

1. эпителиальная(покровная) ткань,отграничивающая организм от окружающей среды или же одни внутренние органы от др. примеры: -верхний слой кожи -слизистая оболочка рот полости

Общебиологический принцип разделения функций.

Принцип реализуется у всех живых объектах на всех уровнях организации живого.

Уровни организации:

-Молекулярный. Разные молекулы выполняют разные функции.

-Молекулярные комплексы – рибосомы, хромосомы, гликоген и т. д.

-Органоидный. Органоиды для того и созданы, чтобы выполнять разные функции.

-Клеточный – яйцеклетка и сперматозоид, ситовидная клетка и клетка спутница.

-Тканевой.

-Органный.

-Система органов: пищеварительная, половая, выделительная, дыхательная, опорно-двигательная, нейро-эндокринная, кровеносная. Очень похоже на основные свойства живого. Термин система органов употребляется в отношение многоклеточных, начиная с плоских червей.

-Организменный. Специальные особи среди общественных животных; самка и самец; индивиды среди людей – профессиональное разделение труда; иерархия.

-Надорганизменный – продуценты, консументы, редуценты, профессии людей, государственные структуры, принцип разделения власти (судебная, исполнительная, законодательная).

-Видовой (продуценты, консументы).

 

 

Принцип структурно-функционального соответствия.

-Челюсти и зубы (у челюстных, точнее челюстноротных) – бывшие жаберные дуги. -Клешни и ногочелюсти, челюсти (членистоногие) – конечности. -Клюв (птицы, головоногие моллюски, черепахи, утконосы, ехидны).

Молекулярные механизмы энергообеспечения клетки.

Живые организмы получают её, используя или внешние источники, например энергию Солнца, или энергию переноса электронов при окислении различных… Общим в их строении является то, что они отделены от цитоплазмы (гиалоплазмы)… Главными функциональными нагрузками пластид и митохондрий являются процессы энергетического характера, приводящие к…

Вопрос 30. Молекулярные механизмы развития на примере дрозофилы.

Дрозофила:

Голова – пять сросшихся сегментов. 1-антенны. 2 – глаза. 3 – максиллы. 4 – мандибулы. 5 – нижняя губа.

Грудь – три сегмента. 1 – ходильные ноги. 2 – ходильные ноги + крылья. 3 – ходильные ноги + жужелица.

Брюшко – восемь сегментов. Производных конечностей нет.

Допустим, что с самого начала развития дрозофила имеет 2 Тф (транскрипционных фактора), по-разному распределённых по яйцу. Транскрипционные факторы определяют экспрессию определённых участков генов, кодирующих определённые белки, обеспечивающие какой-либо строго специфичный вариант развития. Тогда первый ТФ определяет такое развитие сегментов, которое должно быть у переднего конца дрозофилы (голова), а второй - какое должно быть у заднего конца. Оба ТФ распределены по зародышу дрозофилы, но работа ТФ связана с их концентрацией, чем концентрация больше, тем скорее проявится признак, за который этот ТФ отвечает.

Для того, чтобы обеспечивать тонкое, сложное развитие, организму мало двух ТФ, не говоря уже о том, что для трёхмерного организма жизненно необходимый минимум - это 3 ТФ. Чаще всего остальные ТФ синтезируются в зародыше, их транскрипция и синтез определяется концентрацией "предшествующих" ТФ. Допустим, что ТФ 1 и ТФ 2 отвечают за экспрессию ТФ 3. Транскрипция гена 3 не начнётся, пока в нужном порядке на промотер перед РНК-полимеразой не усядутся и ТФ1, и ТФ 2. Экспрессия гена, отвечающая за синтез ТФ 3, будет находится там, где концентрации ТФ 1 и ТФ 2 примерно равны. Это называется "зоной экспрессии гена", в данном случае, гена, кодирующего ТФ 3.

Теперь допустим, что есть ещё ген 4, кодирующий ТФ 4, зависящий от наличия ТФ 1 и ТФ 3; а так же ген 5, кодирующий ТФ 5, зависящий от ТФ 2 и ТФ 3. Аналогично зона их экспрессии будет там, где концентрации необходимых ТФ будут примерно равны. Всё это обеспечивает ещё и регуляцию развития во времени.

Вернёмся к дрозофиле. У многих насекомых на ранних этапах развития происходит быстрое деление ядра зиготы без деления цитоплазмы, зародыш имеет синцитиальное строение - многоядерное, без перегородок. Главную роль в специализации будущих сегментов тела играет концентрация многих ТФ в теле зародыша. Из "генов головы" развивается голова, "генов головы и груди" развивается задняя часть головы (шея), только из "генов груди" развивается грудь, из генов "груди и брюшка" развивается конец груди и начало брюшка, из только "генов брюшка" развивается брюшко. Данная гипотеза, как и прочие гипотезы, связанные с эволюцией и видоизменением органов (происхождением одного органа от другого) в её процессе, доказывается удалением, например, "гена брюшка" в 3-м отделе груди. Новая особь имеет два сегмента с крыльями. Кроме того, существует аномалия развития дрозофилы, при которой у неё вместо антенн развиваются ноги. Таким образом, мутации доказывают множество эволюционных теорий (1798 год - Гёте предположил, что лепестки - это "бывшие" листья). У человека подобные структуры - шейные рёбра, представляющие опасность для жизни новорожденного, 13-е "чёртово" ребро, зубы, мышцы и тому подобные структуры.

Факторы, определяющие нормальное развитие дрозофилы. Если убрать воздействие на третий грудной сегмент первого брюшного, то он будет развиваться так же как второй грудной, т. е. будет иметь две пары крыльев. Но такая муха летает плохо.

Такие вещи в определители не входят. Возникает мысль, что прототипный вариант насекомого без дифференциации грудных сегментов – это шестикрылые насекомые. Эволюция – последовательность из накладывающихся друг на друга программ дифференцировки. Бывает, что конечности на голове – ходильные ноги; также бывает ротовой аппарат расчленяется на структуры, где угадываются конечности – все эти насекомые были получены «отключением» действия одного сегмента на другой.

Дифференциальная экспрессия генов

Дифференцировка клеток обусловливается изменением дифференциальной экспрессии генов в различных клеточных линиях развивающегося зародыша (Дэвидсон 1976). У бактерий экспрессия генов контролируется только регуляторными механизмами, действующими на уровне транскрипции генов, т.е. синтеза мРНК. У эукариот регуляция проходит на уровнях транскрипции и на уровне транспорта мРНК из ядра в цитоплазму.

-В промоторе специфическая последовательность нуклеотидов (АО), которые узнаются РНК-полимеразой.

-РНК-полимераза садится на один край – начало (промотор), чтобы дойти до другого края. Двигается только в одном направление.

-Начало вычленения на основе определенной последовательности нуклеотидов, а они имеют определенные заряды.

-Белки РНК-полимеразы способны двигаться в одном направление.

-Начиная с конца промотора РНК-полимераза начинает синтезировать РНК.

-По окончание кодирующей области гена РНК прекращает синтезироваться. Об этом сигнализирует терминатор.

Если не будет промотора, то РНК-полимераза не будет считывать ген, т. е. ген будет «молчащим». Сама по себе РНК-полимераза не способна распознавать, какие именно гены нужно транскрибировать в данный момент, есть что-то другое, что помогает ей делать это – белки. Эти белки называются транскрипционными факторами. Регуляторные белки способны связывать разные участки гена, закрывать путь РНК-полимеразе (репрессор – подавитель), белки – усилители.

32. Бесполое размножение, или агамогенез — форма размножения, при которой организм воспроизводит себя самостоятельно, без всякого участия другой особи. Бесполое размножение, или агамогенез — форма размножения, при которой организм воспроизводит себя самостоятельно, без всякого участия другой особи.

Деление свойственно прежде всего одноклеточным организмам. Как правило, оно осуществляется путём простого деления клетки надвое. У некоторых простейших (например, фораминифер) происходит деление на большее число клеток. Во всех случаях образующиеся клетки полностью идентичны исходной. В однополом размножении участвует один родительский организм, который способен образовать множество идентичных ему организмов.

Споруляция. Спора - это одноклеточная репродуктивная единица обычно микроскопических размеров, состоящая из небольшого количества цитоплазмы и ядра. Образование спор можно наблюдать у бактерий, простейших, у представителей всех групп зеленых растений и всех групп грибов. Споры могут быть различными по своему типу и функции и часто образуются в специальных структурах. Споры во многих случаях образуются путём митоза (митоспоры), причём иногда (особенно у грибов) в огромных количествах; при прорастании они воспроизводят материнский организм. Очень часто споры образуются в больших количествах, но они имеют ничтожный вес, и это облегчает их распространение ветром, а также животными, но главным образом - насекомыми. Из-за своих маленьких размеров спора обычно содержит лишь минимальные запасы питательных веществ; из-за того, что многие споры не попадают в подходящее место для прорастания, их потери очень велики. Главное достоинство таких спор заключается в возможности быстрого размножения и расселения видов, в особенности это касается грибов. Споры бактерий служат не для размножения, а для того, чтобы выжить при неблагоприятных условиях, потому что каждая бактерия образует только одну спору.

Вегетативное размножение представляет собой одну из форм бесполого размножения, при котором от растения отделяется относительно большая, обычно дифференцированная, часть и развивается в самостоятельное растение.

Почкование. В этом случае происходит митотическое деление ядра. Одно из образовавшихся ядер перемещается в формирующееся локальное выпячивание материнской клетки, а затем этот фрагмент отпочковывается. Дочерняя клетка существенно меньше материнской, и ей требуется некоторое время для роста и достраивания недостающих структур, после чего она приобретает вид, свойственный зрелому организму. Почкование — вид вегетативного размножения. Почкованием размножаются многие низшие грибы, например дрожжи и даже многоклеточные животные, например пресноводная гидра.

Фрагментация. Некоторые организмы могут размножаться делением тела на несколько частей, причём из каждой части вырастает полноценный организм, во всём сходный с родительской особью (плоские и кольчатые черви, иглокожие).

Разнообразие типов клеточных делений.

Митоз – деление клеточного ядна, при котором образуются два дочерних ядра, содержащие наборы хромасом, идентичные наборам родительской клетки. Митоз приводит к увеличиниючисла клеток, обеспечивая процессы роста, регенерации и замещения клеток у эукариот.

Профаза начинается с конденсации хромосом, которые становятся видимыми в световой микроскоп как нитевидные структуры. Ядрышко и ядерная оболочка к концу фазы исчезают. Кариоплазма смешивается с цитоплазмой. Центриоли мигрируют к противоположным полюсам клетки и дают начало нитям митотического веретена. В области центромеры образуются особые белковые комплексы - кинетохоры, к которым прикрепляются некоторые микротрубочки веретена. Остальные микротрубочки веретена называются полюсными, так как они протягиваются от одного полюса клетки к другому.

Метафаза соответствует максимальному уровню конденсации хромосом, которые выстраиваются в области экватора митотического веретена. Хромосомы перемещаются в экваториальную плоскость и удерживаются в ней благодаря сбалансированному натяжению кинетохорных микротрубочек.

Анафаза начинается с синхронного расщепления всех хромосом на сестринские хроматиды (в области центромеры) и движения дочерних хромосом к противоположным полюсам клетки, которое происходит вдоль микротрубочек. Она завершается скоплением на полюсах клетки двух идентичных наборов хромосом.

Телофаза - конечная стадия митоза, в течение которой реконструируются ядра дочерних клеток и завершается их разделение. Вокруг конденсированных хромосом дочерних клеток из мембранных пузырьков восстанавливается кариолемма, с которой связывается формирующаяся ламина, вновь появляются ядрышки, которые образуются из участков соответствующих хромосом. Ядра Клеток постепенно увеличиваются. Одновременно происходит углубление клеточной перетяжки, и клетки в течение некоторого времени остаются связанными суживающимся цитоплазматическим мостиком, содержащим пучок микротрубочек (срединное тельце). Дальнейшая перешнуровка цитоплазмы завершается формированием двух дочерних клеток. В телофазе происходит распределение органелл между дочерними клетками; равномерности этого процесса способствует то, что одни органеллы достаточно многочисленны (например, митохондрии), другие (подобно ЭПС и комплексу Гольджи) во время митоза распадаются на мелкие фрагменты и пузырьки.

Мейоз – процесс деления клеточного ядра с образованием дочерних ядер, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро. Значение – у видов с половым размножением он обеспечивает сохранение постоянного числа хромосом в ряду поколений.

Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

-упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).

- происходит конъюгация — соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых бивалентами и их дальнейшая компактизация.

- в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами (самая длительная стадия).

-происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

-ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки

Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам.

Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится, и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате образуются 4 дочернии клетки. Мейоз создает возможность для возникновения в гаметах новых комбинаций генов, что ведет к генетическим изменениям в потомстве.

34. Клеточный цикл — это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления. Клеточный цикл включает собственно митотическое деление и интерфазу - промежуток между делениями.

Интерфаза – стадия клеточного цикла от конца одного деления до начала следующего. 1. Пресинтетический или постмитотический (G1) период (от англ. gap - промежуток) наступает сразу же после митотического деления клетки и характеризуется активным ростом клетки и синтезом белка и РНК, благодаря чему клетка достигает нормальных размеров и восстанавливает необходимый набор органелл. G1 -период длится от нескольких часов до нескольких дней.

Синтетический (S-) период характеризуется удвоением содержания (репликацией) ДНК и синтезом белков, в частности, гистонов, которые поступают в ядро из цитоплазмы и обеспечивают нуклеосомную упаковку вновь синтезированной ДНК. В результате происходит удвоение числа хромосом. Одновременно удваивается число центриолей. S-период длится у большинства клеток 8-12 часов.

Постсинтетический или премитотический (G2-)период следует за S-периодом и продолжается вплоть до митоза. В течение этого периода клетка осуществляет непосредственную подготовку к делению. Происходит созревание центриолей, запасается энергия, синтезируются РНК и белки (в частности, тубулин), необходимые для процесса деления. Длительность G2-периода составляет 2-4 часа.

Митоз является универсальным механизмом деления клеток. Митоз следует за G2-периодом и завершает клеточный цикл. Он длится 1-3 часа и обеспечивает равномерное распределение генетического материала в дочерние клетки. Митоз включает 4 основные фазы профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Профаза начинается с конденсации хромосом, которые становятся видимыми в световой микроскоп как нитевидные структуры. Ядрышко и ядерная оболочка к концу фазы исчезают. Кариоплазма смешивается с цитоплазмой. Центриоли мигрируют к противоположным полюсам клетки и дают начало нитям митотического веретена. В области центромеры образуются особые белковые комплексы - кинетохоры, к которым прикрепляются некоторые микротрубочки веретена. Остальные микротрубочки веретена называются полюсными, так как они протягиваются от одного полюса клетки к другому.

Метафаза соответствует максимальному уровню конденсации хромосом, которые выстраиваются в области экватора митотического веретена. Хромосомы перемещаются в экваториальную плоскость и удерживаются в ней благодаря сбалансированному натяжению кинетохорных микротрубочек.

Анафаза начинается с синхронного расщепления всех хромосом на сестринские хроматиды (в области центромеры) и движения дочерних хромосом к противоположным полюсам клетки, которое происходит вдоль микротрубочек. Она завершается скоплением на полюсах клетки двух идентичных наборов хромосом.

Телофаза - конечная стадия митоза, в течение которой реконструируются ядра дочерних клеток и завершается их разделение. Вокруг конденсированных хромосом дочерних клеток из мембранных пузырьков восстанавливается кариолемма, с которой связывается формирующаяся ламина, вновь появляются ядрышки, которые образуются из участков соответствующих хромосом. Ядра Клеток постепенно увеличиваются. Одновременно происходит углубление клеточной перетяжки, и клетки в течение некоторого времени остаются связанными суживающимся цитоплазматическим мостиком, содержащим пучок микротрубочек (срединное тельце). Дальнейшая перешнуровка цитоплазмы завершается формированием двух дочерних клеток. В телофазе происходит распределение органелл между дочерними клетками; равномерности этого процесса способствует то, что одни органеллы достаточно многочисленны (например, митохондрии), другие (подобно ЭПС и комплексу Гольджи) во время митоза распадаются на мелкие фрагменты и пузырьки.

35. Половое размножение отличается наличием полового процесса, который обеспечивает обмен наследственной информацией и создает условия для возникновения наследственной изменчивости. Участвуют две особи — женская и мужская, которые образуют гаплоидные женские и мужские половые клетки — гаметы. В результате оплодотворения, т. е. слияния женской и мужской гамет, образуется диплоидная зигота с новой комбинацией наследственных признаков, которая и становится родоначальницей нового организма.

При половом размножение потомок может получить генетическую информацию от двух родителей. Половое размножение дает большое разнообразие потомств, но не дает никакого преимущества непосредственно тем организмам, которые размножаются половым путем, ни их потомкам. Преимущества получает ВИД. На очень многих видах показано, что интенсивность полового размножения резко возрастает, когда организму плохо.

Конъюгация — своеобразная форма полового процесса, при которой оплодотворение происходит путем взаимного обмена мигрирующими ядрами, перемещающимися из одной клетки в другую по цитоплазматическому мостику, образуемому двумя особями. При конъюгации обычно не происходит увеличения количества особей, но происходит обмен генетическим материалом между клетками, что обеспечивает перекомбинацию наследственных свойств. Конъюгация типична для ресничных простейших (например, инфузорий), некоторых водорослей (спирогиры).

Копуляция (гаметогамия) — форма полового процесса, при которой две различающиеся по полу клетки — гаметы — сливаются и образуют зиготу. При этом ядра гамет образуют одно ядро зиготы.

При изогамии образуются подвижные, морфологически одинаковые гаметы, однако физиологически они различаются на «мужскую» и «женскую». Изогамия встречается у многих водорослей.

При анизогамии (гетерогамии) формируются подвижные, различающиеся морфологически и физиологически гаметы. Такой тип полового процесса характерен для многих водорослей.

В случае оогамии гаметы сильно отличаются друг от друга. Женская гамета — крупная неподвижная яйцеклетка, содержащая большой запас питательных веществ. Мужские гаметы — сперматозоиды — мелкие, чаще всего подвижные клетки. Оогамия характерна для животных, высших растений и многих грибов.

Партеногенез – вторичная модификация полового размножения, но по своей суть является бесполым. У растений — апомиксис — так называемое «девственное размножение», одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослый организм без оплодотворения.

Гаметогенез. Процесс образования и развития гамет называется гаметогенезом. У многоклеточных водорослей, многих грибов и высших споровых растений формирование гамет происходит в специальных органах полового размножения — гаметангиях. У высших споровых растений женские гаметангии называются архегониями, мужские — антеридиями. У животных гаметогенез протекает в специальных половых железах —гонадах. Однако, например, у губок и кишечнополостных половые железы отсутствуют и гаметы возникают из различных соматических клеток.

У большинства низших животных гаметы вырабатываются в течение всей жизни, у высших — только в период половой активности, с момента полового созревания до затухания деятельности желез в старости.

 

36. Осеменение и оплодотворение. Процесс, обусловливающий встречу мужских и женских половых клеток у животных, называется осеменением. Различают наружное и внутреннее осеменение.

При наружном осеменении, характерном для большинства водных животных, сперматозоиды и яйцеклетки выделяются в воду, где и происходит их слияние. Для такого осеменения не обязательна непосредственная встреча мужских и женских особей, но необходимо большое количество гамет, так как большая часть их гибнет.

Внутреннее осеменение характерно для обитателей суши, где отсутствуют условия для сохранения и встречи гамет во внешней среде. При таком типе осеменения сперматозоиды вводятся в половые пути самки. У самцов для этого обычно имеются специальные совокупительные органы. Внутреннее осеменение характерно для всех наземных позвоночных (рептилий, птиц, млекопитающих), а также червей, пауков и насекомых.

При достижении сперматозоидами яйцеклеток происходит процесс оплодотворения. Существует два типа оплодотворения: моно- и полиспермия. При моноспермии благодаря особым механизмам в яйцеклетку проникает лишь один сперматозоид. Этот вид оплодотворения широко распространен у животных с наружным осеменением, хотя свойствен также и млекопитающим. При полиспермии в яйцеклетку проникает до нескольких десятков сперматозоидов, однако ядро только одного из них соединяется с женским пронуклеусом, остальные посредством специальных механизмов ооплазмы исключаются из развития. Этот тип оплодотворения присущ животным с внутренним осеменением (членистоногие, моллюски, хордовые). Он, по-видимому, является эволюционно вторичным.

37. Жизненные циклы.
Довольно сложное понятие используется как в широком, так и в узком смысле. Жизненный цикл в строгом смысле слова — совокупность стадий, проходимых видом от оплодотворения до следующего оплодотворения.

1) Гаплофазный с зиготической редукцией: место мейоза практически сразу после оплодотворения. Объекты имеющие данный жизненный цикл = гаплобионты

Примеры: водоросли
2) Гаплодиплофазный — наличие бесполого и полового поколений, спорофита и гаметофита соответственно. Организмы, которым присущ данный жизненный цикл = гаплодиплобионты. Гаметы образуются в результате гаметогенеза, а не мейоза.

Примеры: папоротники

3) Диплофазный — гаметофит редуцирован до одной клетки. Живые объекты — диплобионты.

 

Молекулярные механизмы быстрых биологических ответов.

  40. Молекулярные механизмы формирования нервного импульса. По дендриту нервный импульс идёт к телу нейрона, а по аксону от тела. Аксоны и дендриты могут быть различными по длине…

Молекулярные механизмы передачи нервного импульса через синапс.

Поступление нервного импульса в синаптическую бляшку вызывает деполяризацию пресинаптической мембраны и повышение ее проницаемости для ионов кальция… Молекулы медиатора диффундируют через синаптическую щель (примерно за 0,5 мс)… Промежуток времени между моментом поступления потенциала действия к пресинаптическому окончанию и началом смещения…