Сущность жизни

Сущность жизни

Живая материя качественно отличается от неживой огромной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью .

· Живая и неживая материя сходны на элементарном химическом уровне, т. е. состоят из одних химических элементов

Определение жизни .

· Жизнь - это качественно особая и высшая форма существования , развития и движения материи . · Жизнь - способ существования белковых тел , существенным моментом которого… · Живые тела , существующие на Земле , представляют собой открытые , саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся…

Уровни организации живой материи

Система - целостность , состоящая из множества элементов , находящихся в закономерных отношениях . Иерархичная система - система , части которой… · иерархический принцип организации живой материи позволяет выделить… Уровень организации - это функциональное место биологической системы в общей системе органического мира

Иерархические уровни организации живой материи

· начальный ( самый низкий ) уровень организации живого · универсален для всех царств живой природы · с этого уровня начинаются обмен веществ и превращение энергии , изменчивость , передача наследственной информации и…

Общие замечания

· для молекулярного и субклеточного ( надмолекулярного ) уровней окружающей средой является внутренняя среда клетки · для клеток , тканей и органов - внутренняя среда организма ( внешняя живая… · для организмов и их сообществ среду составляют другие организмы и условия неживой природы

Химическая организация клетки

· для 27 элементов известно , что они выполняют определённые функции · 53 элемента , вероятно , попадают в организм случайно с водой , пищей ,… · по содержанию в клетке элементы разделяются на три группы :

Химические соединения ( вещества ) клетки

· содержание ( концентрация ) химических веществ в клетке поддерживается на постоянном уровне ( строгий гомеостаз )

I . Неорганические вещества ( в % на сырую массу ) :

вода - 75 - 85 %

минеральные соли-1 - 1,5 % ( находятся в клетке в определённых соотношениях)

II . Органические вещества :

белки -10 - 20 %

жиры-1 - 5 %

углеводы- 0.2 - 2 %

нуклеиновые кислоты - 1 - 2 %

АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества- 0,1 - 0,5 %

· все клетки имеют сходный элементарный и химический состав ( свидетельство общности происхождения )

Неорганические вещества клетки

· на первом месте по массе в клетке ( в среднем составляет 2 \ 3 массы клетки ) · источники воды для клетки : 1) поступление из окружающей среды ( у растений… 2) образование в клетке в результате расщепления органических веществ - жиров , углеводов , белков и из внешней среды…

Физико-химические особенности молекулы воды

2. Несжимаемость (придание формы сочным органам и тканям ) 3. Способность к электролитической диссоциации ( НОН = Н+ + ОН+ ) 4. Дипольная структура ( асимметричное распределение зарядов атомов + и - )

Биологические функции воды

1. Вода - универсальный растворитель ( для полярных молекул и неполярных соединений ) q По степени растворимости вещества разделяются на : Гидрофильные ( хорошо растворимы в воде ) - соли , моно - и дисахариды , простые спирты , кислоты , щёлочи ,…

Минеральные соли ( клеточные электролиты )

Катионы - К+ , Na+ , Са2 +, Mg2+, Fe2 +,Сu2+ и др. Анионы( преимущественно слабых и амфотерных кислот ) – НСО3 - , Н2РО4- , Сl -… Общие биологические функции солей

Биологические функции отдельных химических элементов

· регуляция частоты сердечных сокращений · синтез гормонов К - ( 0 ,25 % ) - только в виде ионов К+

Органические вещества клетки

Углеводы ( сахариды )

· Общая формула С_x ( H₂O )_y , где x и y могут иметь разные значения

( чаще С_n (H₂O )_n , где n - число С - атомов )

· Самое распространённое в природе органическое вещество ( входят в состав клеток всех царств живой природы )

· Больше всего содержится в клетках растений - до 90% сухой массы (клубни картофеля , семена ) , в животных клетках не более 2 - 5%

· Молекулы построены из трёх элементов С , Н , О

· Все углеводы являются либо альдегидами , либо кетонами ( в их молекулах всегда имеются ОН - группы , определяющие их химические свойства )

· Разделяются на два класса - моносахариды и полисахариды

Моносахариды (монозы , простые сахара )

· Бесцветные , твёрдые , сладкие , гидрофильные , кристаллизуются , имеют постоянную молекулярную массу · Нельзя подвергнуть гидролизу · имеют большое структурное разнообразие и высокую химическую активность , относятся к группе редуцирующих (…

Производные моносахаридов

1. Сахарные спирты :

· глицерол (глицерин ) - используется при синтезе липидов (жиров )

· маннитол - запасная форма углеводов в некоторых плодах

2.Сахарные кислоты :

· витамин С (аскорбиновая кислота )

· глюкуроновая кислота- входит в состав смолы , слизи , клеточных стенок

3.Аминосахара :

· глюкозамин - используется в синтезе хитина , входит в состав полисахаридов

· галактозамин - используется при образовании хряща

Полисахариды I порядка ( олигосахариды )

· образуются в результате реакции конденсации между моносахаридами ( обычно гексозами )

· связь между остатками моносахаридов в полисахаридах называют гликозидной связью

· содержат от 2 до 9 остатков моносахаридов, соединённых гликозидной связью

· бесцветные, кристаллические, сладкие на вкус, гидрофильные, имеют постоянную молекулярную массу

· способны к гидролизу с образованием простых сахаров ( чаще всего глюкозы и фруктозы )

· в зависимости от содержания моноз различают ди - , три - , тетра - , пента - и т. д олигосахариды

Дисахариды ( сахароза , мальтоза , лактоза )

· Общая формулаС

Глюкоза + Фруктоза = Сахароза( тростниковый сахар )

· наиболее распространена в растениях , транспортируется по флоэме

· откладывается в качестве запасного питательного вещества

· метаболически инертна

Глюкоза + Глюкоза =Мальтоза (солодовый сахар ) , образуется из крахмала в процессе его переваривания под действием фермента гликозидазы или при прорастании семян

Глюкоза + Галактоза = Лактоза ( молочный сахар ) содержится только в молоке

Трисахариды- раффиноза

Тетрасахарид - стахиоза

Полисахариды ( полиозы )

· мономерами являются моносахариды ( чаще гексозы , очень редко пентозы ) соединеные гликозидными связями · практически нерастворимы в воде ( образуют коллоидный раствор ) , не имеют… · способны гидролизоваться до олиго - и моносахаридов под действием гидролаз ( гликозидазы )

Вещества полисахаридной природы

( сахарные спирты и кислоты ) , основной компонент хряща , костной ткани , входит в состав роговицы · Хитин -нерастворимый в воде линейный гомополимер ,главный волокнистый… · Пектины-разветвлённые полимеры , образующие прочные комплексы с ионами тяжёлых металлов , что используется в…

Функции углеводов

· при окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 к Дж энергии · реализуется , в основном , за счёт окисления простых сахаров , особенно… 2. Запасающая - крахмал и гликоген ( полисахариды ) играют роль резервных источников глюкозы

Аминокислоты . Белки

Аминокислоты .

· Твёрдые , кристаллические , бесцветные , обладают вкусом ( м. б. безвкусные ) , обычно растворимые в воде и нерастворимые в органических… · Обладают амфотерными свойствами ( в растворах действуют как буферы -… · В состав молекулы входят :

Пептиды

· Пептиды - вещества , состоящие из двух или более аминокислотных остатков , связанных пептидными связями

· Разделяются на :

q олигопептиды ( от 2 до 10 аминокислотных остатков ) ; дипептид - карнизон , трипептид - глутатион , некоторые гормоны - окситоцин , вазопрессин , серотонин

q полипептиды - ( от10 до 100 аминокислотных остатков ) ; инсулин , многие антибиотики , важнейшие гормоны человека , противоопухолевые препараты, вакцины и т. д.

q белки - (более 100 аминокислотных остатков )

· Гидролизуются под действием протеолитических ферментов ( протеаз ) до аминокислот

Белки

· Полипептиды , состоящие из соединившихся в определённой последовательности не менее 100 аминокислотных остатков ( может быть более 30 000 остатков )

· Являются нециклическими , информационными биополимерами :

А₁ - А₆ - А₁₈ - А₂₀ - А₄ - ... и т. д . ( где А_n - остатки аминокислот в полипептидной цепи

· Имеют огромную молекулярную массу от нескольких тысяч до нескольких миллионов ( макромолекулы )

· Обладают видовой и индивидуальной специфичностью

· Специфичность белков определяется количеством и последовательностью расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи ( генетически контролируется , т. е. закодирована в ДНК )

· Потенциальное разнообразие белков безгранично ( количество различных комбинаций из 20 разных аминокислот оценивается в 10¹³⁰ )

· Белки определяют все функциональные , химические и морфологические свойства клеток ( на долю белков в протоплазме клеток приходится 50 - 70 % от общей массы органических веществ )

· Могут превращаться в животном организме в жиры и углеводы

Классификация белков

I . Простые белки ( протеины ) -состоят только из аминокислот , молекулярная масса от 8000 до 300 000

· альбумины - нейтральные , растворимы в воде и разбавленных солевых растворах ( яичный белок , белок молока , некоторые белки крови , белки семян злаков и бобовых )

· глобулины - нейтральные , нерастворимы в воде , растворимы в водных растворах некоторых солей , находятся в клетке вместе с альбуминами ( фибрин , антитела крови )

· гистоны - основные , растворимы в воде ( связаны с нуклеиновыми кислотами в нуклеопротеидах клетки )

· склеропротеины - нерастворимы в воде и других растворителях ( кератин волос , кожи , перьев ; коллаген сухожилий и межклеточного вещества костной ткани , эластин связок

· проламины - нерастворимы в воде

II . Сложные белки ( протеиды ) - состоят из глобулярных белков и небелкового компонента - простетической группы

· В качестве простетической группы могут выступать органические вещества ( например витамины ) , некоторые ионы углеводы , липиды , пигменты , нуклеиновые кислоты , металлы , фосфорная кислота и т. д .

· фосфопротеины - ( простетическая группа - фосфорная кислота ) - казеин молока белок яичного белка

· гликопротеины - ( простетическая группа - углеводы ) - муцин ( компонент слюны ) , белки плазмы крови

· нуклеопротеины -( простетическая группа - нуклеиновая кислота) - хромосомы , рибосомы , компоненты вирусов

· хромопротеины - ( простетическая группа - пигмент ) - гемоглобин , фитохром , цитохром ( дыхательный пигмент )

· липопротеины- (простетическая группа - липиды ) - компоненты мембран , транспортная форма липидов в крови

· металлопротеины - ( простетическая группа - металлы ) - некоторые ферменты

Конечные продукты азотистого обмена ( белкового )

I . Аммонотелические организмы : · выделяют в среду в качестве конечного продукта белкового обменааммиак ( в… · аммиак очень токсичен и его использование в качестве конечного продукта возможно только у организмов , получающих…

Структура белка

· В очень малом объёме клетки находится огромное число белковых молекул с огромной молекулярной массой

· Каждому белку присуща своя особая геометрическая форма , или конформация (структура )

· Структурированность белковых молекул обеспечивает необходимую компактизацию и функциональную активность

· Структура белков стабилизируется двумя видами прочных ковалентных связей (пептидными и дисульфидными ) и тремя видами слабых связей (Н- связями , гидрофобными и ионными - электростатическими )

· Установлено , что белки имеют 4 уровня или структуры организации :

Первичная структура белковой молекулы

· каждый вид белка характеризуется строго определённой последовательностью и количеством аминокислотных остатков · поддерживается пептидными связями ковалентного типа , обеспечивающих… · линейные полипептидные цепи могут соединяться между собой дисульфидными связями ( - S - S - )

Третичная структура

· Имеет форму глобулы ( клубка ) - трёхмерное , сферовидное образование · Наиболее сложная , тонкая и часто встречающаяся пространственная структура… · функционально глобулярная структура сокращает общую длину белковой молекулы в 10 раз и сообщает определённое…

Связи, стабилизирующие вторичную и третичную структуру

  С О H N Водородная связь между аминокислотами

Физико - химические свойства белка

· Большинство белков растворимо в воде ( имеют в составе гидрофильные радикалы ) ; растворимость белка обратно пропорциональна его молекулярной… · Растворы , содержащие белки с большой молекулярной массой , образуют… · Белки амфотерны ( как и аминокислоты )

Биологические функции нативных белков

· Могут быть положены в основу классификации белков

· Являются важнейшими по значимости химическими компонентами клетки ( принимают участие во всех процессах в клетке )

1 . Ферментативная

· является главной функцией белков ( 90 % клеточных белков - ферменты )

Ферменты

· ускоряют метаболические реакции в миллионы раз Причины низкой скорости химических реакций в клетке а ) низкая концентрация реагентов

Строение ферментов

· представляют собой глобулярные белки III или IV структуры

· разделяются на простые ( однокомпонентные ) и сложные ( двухкомпонентные )

Простые ферменты (однокомпонентные )

· состоят только из белка ( могут кристаллизоваться )

Сложные ферменты ( двухкомпонентные )

· белковая часть называется апоферментом ( часть не содержащая фермента ) · небелковая часть - кофактор ( простетическая или активная группа ) · кофактор органической природы называют кофермент ( особенно часто в этой роли выступают витамины , НАД , НАДФ ,…

Фермент

Субстрат Субстрат-ферментный комплекс · помимо активного центра в составе ферментов имеется аллостерический центр

Механизм действия фермента

· механизм проведения ферментативной реакции разделяется на три стадии :

I . Распознавание ферментом ( Ф ) субстрата ( С ) и связывание с ним

II . Образование активного фермент - субстратного комплекса ( ФС )

· основная стадия реакции ; самая длительная

· образуется за счёт водородных , ковалентных или гидрофобных связей

· снижает энергию активации , необходимую для начала реакции

III . Образование продекта реакции ( Р ) и отделение его от фермента

· Весь процесс можно представить в виде схемы :

Ф + С => ФС => Ф + Р

Этапы ферментативной реакции

· Пример : в результате реакции из соединения АВ должны получиться два вещества : А и В .

· В присутствии фермента реакции будут иметь следующий вид :

I . АВ + Ф ( фермент ) = АВФ ( фермент - субстратный комплекс )

II . АВФ = ВФ + А

III . ВФ = Ф + А ( продукты реакции по очереди освобождаются от фермента )

Современная классификация ферментов

· основывается на типах катализируемых ими химических реакций :

Гидролазы -ускоряют реакции расщепления сложных соединений ( полисахаридов , жиров , белков , нуклеиновых кислот , АТФ ) на мономеры ( амилаза , целлюлаза , пептидазы , липаза и др .

Оксидоредуктаза- катализируют окислительно - восстановительные реакции

Трансферазы - переносят альдегидные , кетонные , фосфатные , и аминные группы от одной молекулы к другой

Изомеразы - осуществляют внутримолекулярные перестройки ( изомеризация )

Лигазы ( синтетазы ) - катализируют реакции соединения молекул с образованием соответствующих связей , используя энергию АТФ

Лиазы- отщепляют отдельные радикалы от молекул субстрата с образованием двойных связей

Другие биологические функции белка

Структурная

· основной строительный материал клетки

· входят в состав клеточных мембран ( содержат большое количество неполярных аминокислот , стабилизирующих надмолекулярные и надмембранные структуры )

· основа цитоскелета и межклеточного вещества тканей ( соединительной , костной , хрящевой , сухожилия , кожи и др . )

· « обёртка » нуклеиновой кислоты вируса - капсид

· наружный скелет членистоногих

· кожа , перья , волосы , рога , ногти и другие производные кожи

Опорная

· сухожилия , сочленения , кости скелета , выполняющие опорную функцию , имеют в своём составе белки

Регуляторная

· многие гормоны являются белками , принимающими участие в гуморальной регуляции жизненных процессов в организме ( все гормоны гипоталамуса и гипофиза -гормон роста , либерины , статины гипоталамуса , АКТГ ,инсулин , глюкагон , и др . )

Транспортная

· участвуют в переносе веществ через клеточную мембрану ( активный и строго избирательный транспорт внутрь и наружу различных веществ и ионов )

· транспорт кислорода от органов дыхания к клеткам и тканям позвоночных и беспозвоночных ( гемоглобин , миоглобин , гемоцианин )

· транспорт жирных кислот и липидов в организме ( альбумины )

· транспорт гормонов в организме

Рецепторная ( сигнальная )

· основывается на способности белковых молекул изменять конформацию ( пространственную структуру ) при воздействиях среды

· являются элементарными структурными рецепторами ( локализованы на поверхности клеток )

· осуществляют процесс избирательного узнавания отдельных веществ

Двигательная ( сократительная )

· обеспечивает все виды движений , на которые способны биологические объекты разных уровней организации , начиная с цитоплазмы , клеточных органелл , клеток и кончая целым организмом ( движения растений , мышц многоклеточных животных , простейших и т.д. )

· связана с о спецефическими сократительными белками - актин , миозин

Защитная

· осуществляется белками иммунной системы ( антитела ) при попадании в организм чужеродных веществ ( антигенов )

· участвуют в процессе свёртывания крови ( фибриноген , тромбин )

Запасающая

· белки , откладывающиеся в запас ( белок яиц , молока - казеин , семян растений ) , затем используются клеткой или организмом в процессе жизнедеятельности

Энергетическая

· наиболее характерна для растительных организмов , в семенах которых накапливается от 15 - 20 % ( злаки ) до 45 % ( бобовые ) белковых веществ · реализуется в критический период жизни клетки , когда уже использованы все… 11 . Информационная - Т - лимфоциты с помощью белков передают информацию об антигенах В - лимфоцитам

Жиры ( нейтральные жиры . триглицериды )

· неполярны , практически нерастворимы в воде , плотность ниже , чем у воды , поэтому в воде они всплывают · Их принято делить на жиры и масла в зависимости от консистенции при 200… · Представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот ( жирные кислоты вступают в реакцию…

СН О

· Основная функция жиров - служить энергетическим депо и источником метаболической воды

Воски :

· Сложные эфиры жирных кислот и длинноцепочечных спиртов

О

· Имеют общую формулу : R ₁ - О - С - R ₂ ,где R ₁ и R ₂ - длинные углеводородные цепи

· В организме выполняют в основном защитную функцию ( главным образом в качестве водоотталкивающего покрытия )

· Наибольшее значение имеют :

n спермацет , содержащийся в мозге кашалота

n ланолин - смазывающее вещество кожи , шерсти , перьев ( несмачиваемость )

n пчелиный воск

n защитный слой на кутикуле эпидермиса органов растений , например листьев , плодов и семян ( в основном у ксерофитов )

n входят в состав наружного скелета насекомых

Сложные липиды (фосфолипиды , гликолипиды , липопротеины , ганглиозиды)

Фосфолипиды ( фосфотриглицериды )

· в молекуле фосфолипида одна группа -ОН у глицерина замене фосфорной кислотой ( в качестве полярной части ) , а две другие - жирными кислотами ( неполярные углеводородные хвосты )

· образуют упорядоченные структуры на границе любой среды

имеют первоочередное значение для формирования биомембран ( важнейший компонент клеточных мембран )

Гликолипиды

· вещества , образующиеся в результате соединения липидов с углеводами ( особенно их много в составе ткани мозга и нервных волокон )

· включают в себя гидрофобную часть и гидрофильную головку , содержащую остаток сахара ( галактозу )

· функционально аналогичны фосфолипидам и выполняют в основном структурную функцию - входят в состав клеточных мембран ( углеводные компоненты обращены во внеклеточную среду и участвуют в межклеточных взаимодействиях )

Ганглиозиды

· полярная часть представлена сложным полисахаридом

· функционально аналогичны гликолипидам и фосфолипидам

Липопротеины

· липопротеины - продукт соединения липидов с белками

· являются компонентом мембран и транспортной формой липидов в организме ( в форме липопротеинов липиды переносятся кровью и лимфой )

Производные липидов ( липоиды ) - стероиды , стерины , простогладины , воскообразные соединения , терпены , пигменты ( хлорофиллы , каротин ) , жирорастворимые витамины А , D , Е , К

Стероиды :

· половые гормоны , например эстроген , прогестерон , тестостерон

· холестерин ( у растений отсутствует )

· адренокортикотропные гормоны ( кортикостероиды - кортизон , кортикостерон , альдостерон )

· сердечные гликозиды ( гликозиды наперстнянки , применяемые при сердечных заболеваниях )

· желчные кислоты ( входят в состав желчи )

· соли желчных кислот ( способствуют эмульгированию жиров )

· витамин D

Терпены

· натуральный каучук

· гибберелины - ростовые вещества растений

· каротины , хлорофиллы - фотосинтетические пигменты

· витамин К

· вещества , от которых зависит аромат эфирных масел растений ( мята , ментол , камфора )

Простогладины

· синтезируются в клетках человека и животных из ненасыщенных жирных кислот

· регулируют тонус сосудов , функции центра теплорегуляции , различных отделов мозга , сокращение мускулатуры внутренних органов

Функции липидов (жиров)

1 . Запасная энергетическая

· липиды и жиры откладываются в специализированных клетках , откуда они легко вовлекаются в энергетический обмен ( жировые депо , жировое тело насекомых , подкожная жировая клетчатка др .)

· энергетическая ценность липидов выше калорийности углеводов , т.е. данная масса липидов выделяет при окислении больше энергии , чем равная ей масса углеводов (т.к. в липидах по сравнению с углеводамибольше водорода и совсем мало кислорода )

· обеспечивает минимизацию массы энергетического материала и соответственно тела ( актуально для птиц и насекомых , совершающих дальние перелёты )

· в организме животных , впадающих в спячку , водных млекопитающих накапливается избыточный жир ( способствует плавучести )

· семена , плоды и хлоропласты богаты маслами

2 . Энергетическая

· липиды служат источником энергии в клетке (обеспечивают 25 - 30 % всей энергии, необходимой организму)

· очень энергоёмки ( при окислении 1г жира выделяется 39 Кдж энергии , примерно в два раза больше чем при расщеплении 1г углеводов или белков )

· у позвоночных животных и человека примерно половина энергии , потребляемой живыми клетками в состоянии покоя , образуется за счёт окисления жирных кислот , входящих в состав жиров

· у перелётных птиц и у животных в состоянии спячки запасы жира - практически единственный источник энергии ( у птиц до 50% массы тела - жировые запасы )

3 .Защитная

· обеспечивает несмачиваемость покровов и их смазку ( кожа , перья птиц , шерсть млекопитающих )

· защита от чрезмерного проникновения воды внутрь и от её испарения( восковой налёт на эпидермисе листьев и других органов растений )

· предохранение организма от механических повреждений , ударов , сотрясений (жировая прокладка вокруг внутренних органов и под кожей )

4 .Терморегуляция

· защита организма от переохлаждения ( жир является термоизолятором ) ; особенно выражен подкожный жировой слой у млекопитающих , живущих в холодном климате , в первую очередь у водных млекопитающих - киты имеют слой жира 1м

· термогенез (у многих млекопитающих существует специальная жировая ткань , играющая роль термогенератора - « бурая жировая ткань », « бурый жир », окружающая жизненно важные органы - сердце, головной мозг)

5 .Структурная

· в комплексе с белками , углеводами , фосфорной кислотой образуют структурные компоненты мембран и клеточных органоидов всех органов и тканей ; в виде липопротеинов участвуют в транспорте веществ в клетку и организме , а также в межклеточных взаимодействиях

6 .Разграничительная

· гидрофобные участки липидов в составе клеточных мембран отделяют содержимое клетки от окружающей среды , а также делит клетку на относительно изолированные отсеки , препятствуя свободному перемещению молекул

7 .Источник метаболической ( эндогенной ) воды

· при окислении жиров образуется большое количество воды ( при окислении 100 г жира выделяется 107 мл воды ) ; эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустыни ( горб верблюда , песчанки , тушканчики и др . )

7. Регуляторная

· См. простогладины

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные фосфорсодержащие органические соединения , обеспечвающих хранение и передачу наследственной ( генетической ) информации в живых организмах

· впервые описаны в 1869 г . Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов ( впоследствии были обнаружены во всех растительных и животных клетках , вирусах , бактериях и грибах ) ; в клетках обычно связаны с белками в нуклеопротеидные комплексы

· В природе существует два вида нуклеиновых кислот - ДНК ( дезоксирибонуклеиновая ) и РНК ( рибонуклеиновая ) кислота

· Линейные , неразветвлённые апериодичные , информационные биополимеры , состоящие из множества чередующихся в определённом порядке , мономеров - нуклеотидов

Нуклеотид- мономер нуклеиновых кислот , состоящий из азотистого основания , углеводного компонента ( пентозы ) и остатка фосфорной кислоты

Строение нуклеотида

· В состав нуклеотидов входит три компонента : азотистые основания , углевод пентоза и остаток фосфорной кислоты ( фосфат )

Азотистые основания

· важнейшие пуриновые азотистые основания - аденин ( А ) и гуанин ( Г ) - их молекулы состоят из двух колец , одно из которых содержит пять членов ,… · пиримидиновые азотистые основания - цитозин ( Ц ) , урацил ( У ) и тимин ( Т… N

Пентозы

· моносахарид рибоза - С5 Н10 О5 - входит в состав РНК моносахарид дезоксирибоза - С5 Н10 О4 - входит в состав ДНК · название нуклеиновой кислоты определяет название сахара - пентозы , входящего в неё

ДНК ( дезоксирибонуклеиновая кислота )

· Полинуклеотид ( молекулярная масса достигает 100 000 000 ; 6 10 ^{- 12 г .) , длина одной молекулы достигает 4 -5 см . ( гигантская макромолекула )}

· Локализована в хромосомах ядра и исчезающе малых количествах в митохондриях и хлоропластах ( особеннномного содержится в меристемах , регенерирующих тканях , железах секреции , клетках злокачественных опухолей )

· Состоит из четырёх типов нуклеотидов А , Т , Г , Ц

· В клетке имеет сложную пространственную структуру , позволяющую компактно складываться в малом объёме клетки и её органоидов ( имеет несколько уровней структурной организации подобно всем биополимерам с большой молекулярной массой )

Строение ДНК

Первичная структура

· апериодичная линейная последовательность дезоксирибонуклеотидов ( их количество исчисляется сотнями тысяч и миллионами ) ; например : А - Г - Т -… · последовательность нуклеотидов строго определена и постоянна для каждого… · поддерживается фосфодиэфирными связями ( стабильна в организме )

Схематическое изображение вторичной структуры ДНК

· расстояние между цепями равно расстоянию , занимаемому парой оснований (т.е. одним пурином и одним пиримидином )

· каждый виток двойной спирали образуют по 10 пар комплементарных оснований

· направление цепей в двойной спирали ДНК антипараллельно ( её диаметр 20 А^о , шаг спирали 34 А^о ; 1 А^о - ангстрем равен 10 ^-12 м )

· нуклеотидный состав ДНК впервые количественно проанализировал Э . Чаргафф , который сформулировал выводы , известные как « Правила Чаргаффа »

Правила Чаргаффа - сумма пуриновых оснований равно сумме пиримидиновых оснований , т . е . их отношение равно 1 : 1 или А + Г \ Ц + Т = 1

· число остатков аденина равно числу остатков тимина , т.е . А = Т или А \ Т =1

· число остатков цитозина равно числу остатков гуанина , т.е. Ц = Г или Ц \ Г =1

· количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина , т. е. А + Ц = Г + Т

Третичная структураъ

· у эукариот III структура ДНК представляет собой комплекс ДНК с белкомгистоном ( нуклеопротеид ) , в результате чего образуется нуклеосом , имеющая сложную пространственную конфигурацию (нуклеосомная нить)

Нуклеосома - компактное тельце , состоящее из 8 гистоновых белков

· каждая нуклеосома обёрнута двумя витками двойной спирали ( при этом длина ДНК уменьшается в 7 раз , что обеспечивает компактное расположение длинной молекулы ДНК в малом объёме ядра )

· гистоновые белки выполняют структурную и регуляторную функции

· нуклеосомы образуют нуклеосомную нить ( элементарная структурная единица хромосомы ) , которая в электронный микроскоп выглядит как нитка , на которую нанизаны бусинки )

Четвертичная структура

· образуется в результате дальнейшего скручивания нуклеосомной нити , приводящего к формированию фибрилл

· дальнейшая пространственная укладка фибрилл связана с формированием петель и хроматиновой фибриллы ( в результате такой упаковки длина молекулы ДНК уменьшается в 200 раз ) - V структура

· IV и V структуры , образующиеся в результате реорганизации нуклеосомной нити называется спирализацией в результате спирализации молекулы длина ДНК с 5 см . уменьшается до 5 мкм , т.е. примерно в 5000 раз )

· спирализация приводит к образованию хромосом ( в min объёме хромосомы заключается огромное количество генетической информации ) ; хорошо видны в световой микроскоп

· подобно белкам , при резком изменений нормальных условий ДНК подвергается денатурации ( называется плавлением ) , а при восстановлении условий - ренатурирует

Функции ДНК

1. Хранение, воспроизведение ( репликация ) и передача ряду поколений наследственной генетической информации о первичной структуре всех белков и РНК - носитель генетической (наследственной ) информации( единственное исключение - вирусы , у которых отсутствует ДНК ) ; установлено в 1944 году

· функциональной единицей ДНК ( и хромосом ) является ген ( гены располагаются в ДНК и хромосомах линейно , каждый ген занимает определённое место – локус )

Ген - участок ( фрагмент ) молекулы ДНК содержащий информацию о первичной структуре одного белка ( фермента ) или одной молеклы РНК

· в организме ДНК определяет , какие белки ( ферменты ) и РНК и в каких количествах необходимосинтезировать

· ДНК является основой уникальности индивидуального организма

· ДНК обуславливает явление наследственности

Репликация ( редупликация ) ДНК

· редупликация - уникальное свойство молекулы ДНК незвестное ни для одной другой известной молекулы · осуществляется во всех клетках про- и эукариот накануне их деления · связана с большими энергетическими затратами и огромным количеством превращений , поэтому репликация начинается…

РНК ( рибонуклеиновая кислота )

· все молекулы РНК синтезируются на матрице ( генах ) ДНК с помощью фермента ДНК – зависимой фермента РНК - полимеразы ; этот процесс называется… Транскрипция – ферментативный синтез молекул РНК на матрице ( генах ) ДНК · мономеры - рибонуклеотиды : аденозин , уридин , гуанозин , цитидин

Транспортная ( акцепторная ) РНК ( т - РНК )

· содержится в основном в цитоплазме клетки ( составляет около 10 % от общего содержания РНК в клетке) · синтезируется в ядре на матрице ( генах ) ДНК в результате транскрипции и… · функция т-РНК- перенос активированных аминокислот к месту синтеза белка в рибосомы и участие в «считывании»…

Рибосомальные РНК ( р - РНК )

· самые распространённые и крупные РНК ( состоят из 3 - 5 тыс . нуклеотидов ; молекулярная масса 1 - 1.5 млн около 90 % от общего содержания РНК в клетке )

· образуется на генах ДНК ( матрицах ) в ядрышках ядра в процессе транскрипции

· выполняют в клетке структурную функцию ( входят в состав рибосом , образуя их остов , включающий три молекулы р - РНК , прочно связанных с белками рибосомы ) и участвуют в формировании активного центра рибосомы

q Иногда РНК выделяют по месту их локализации : ядерные , цитоплазматические , митохондральные , РНК пластид

q Все типы РНК представляют собой функционально объединённую систему , направленную на осуществление синтеза спецефических клеточных белков в процессе экспрессии генов ( транскрипции и трансляции )

Особенности полинуклеотидов

Общие признаки нуклеиновых кислот

2. Являются линейными , информационными полинуклеотидами 3. Мономером является нуклеотид , включающий : q Азотистые основания – аденин , гуанин , цитозин

АТФ ( аденозинтрифосфорная кислота )

· молекула представляет собой один нуклеотид : q содержит единственное азотистое основание - аденин q в качестве сахара ( пентозы ) - рибозу

Схема гидролиза АТФ

АТФ + Н₂О = АДФ + Н₃РО₄ + 40 кдЖ

АДФ + Н₂О = АМФ + Н₃РО₄ + 40 кдЖ

· соединения , обладающие связями , при разрыве которых выделяется много энергии , называются макроэргами(АТФ - единственный универсальный макроэрг для всех организмов )

· другие нуклеотиды - Г , Ц , У , Т - монофосфаты - также могут присоединять остатки фосфорной кислоты и превращаться в ди- и трифосфаты - макроэрги ( энергия отщепления от трифосфата макроэргического фосфора используется для соединения их в полинуклеотиды

Функции АТФ

· универсальный источник энергии для всех видов клеточной активности ( эндотермические процессы в клетке и организме )

· аккумулятор клеточной энергии , выделяющейся при дыхании ( окислении органических веществ на митохондриях )

· энергетический посредник между источником энергии в клетке ( дыхание ) и её потребителями ( эндотермические процессы в клетке и организме )

Синтез АТФ

· АТФ образуется из АМФ или АДФ и неорганических фосфатов ( Н3 РО4 ) за счёт энергии , освобождающейся при окислении органических веществ на… q около 50 % энергии , выделяющейся при расщеплении углеводов , жиров и белков… q при этом для образования каждой макроэргической связи затрачивается не менее 40 кдЖ \ моль АТФ , которая в них и…

Функции мононуклеотидов

· Строительная - из нуклеотидов построены полимерные цепи нуклеиновых кислот

· Энергетическая - АТФ , АМФ ( см . выше )

· Регуляторная - ц АМФ ( циклический АМФ ) осуществляет связь между гормонами и внутриклеточными ферментами , регулируя активность последних

· Каталитическая- нуклеотиды являются предшественниками ряда витаминов (тиамин , фолиевая кислота , В₁₂ и т . д . ) , выступающих в роли коферментов

Динуклеотиды : НАД и НАДФ

· Молекула состоит из двух нуклеотидов , соединяющихся путём реакции конденсации фосфодиэфирной связью ( прочная ковалентная связь , придающая стабильность молекуле )

· Содержатся в клетках всех живых организмов , что говорит о единстве путей метаболизма в живой природе

НАД (никотинамиддинуклеотид )

· первый нуклеотид - амид никотиновой кислоты т . е . никотинамид ( или витамин РР ) с сахаром рибозой и фосфатом

· второй нуклеотид - АМФ

Р АМФ

Витамие РР

( Никотинамид ) Рибоза

НАДФ ( никотинамиддинуклеотидфосфат )

· отличается от НАД тем , что содержит дополнительную фосфатную группу у второго нуклеотида ( ортофосфат ) для соединения с ферментами

 

Функции динуклеотидов

· типичные коферменты: в ферментативных реакциях они соединяются с белками непрочно и переходят от одного фермента к другому (в живых организмах НАД находится преимущественно в окисленной форме -НАД⁺ , а НАДФ - в восстановленной )

· в восстановленной форме эти коферменты переносят атомы водорода и другие вещества , окисляясь при этом

· участвуют в окислительно - восстановительных реакциях (принимают атоиы водорода и электроны от окисляемых веществ и передают их на другие соединения - транспорт Н ^о и l ^о )

Структурная организация клетки

Методы исследования строения и функций клетки

· применяется для исследования строения клетки и её органоидов · позволяют эффективно исследовать живые , не фиксированные или слегка… · главным методическим приёмом является визуальное наблюдение , в том числе их прижизненное (витальное )…

Электронная микроскопия

n применим только к фиксированным клеткам ( фиксатор убивает клетку , но не вызывает грубых изменений структур ; под действием фиксатора вещества… n в основе действия лежит просвечивание пучком электронов тончайших ,… n применяется для исследования субмикроскопического строения клеток и органелл

Клеточные структуры и их функции

Общий план строения эукариотической клетки

Плазматическая мембрана Цитоплазма ( протопласт ) Ядро ( плазмолемма ) цитозоль ( гиалоплазма ) немембранные компоненты

Клеточные мембраны

· представляют собой поверхностный структурированный слой клетки , образованные цитоплазмой ( обеспечивает связь клетки с окружающей средой, её регуляцию и защиту )

Строение мембран

· Основная модель жидкостно - мозаичная ( жидкокристаллическая ; Сингер , Николсон , 1972 г.) · Основную структуру мембран составляет двойной слой липидов ( в основном… q мембранные липиды по консистенции напоминаюи оливковое масло

Функции мембранных белков

2 . рецепторная - участвуют в распознавании и присоединении веществ 3 . антигенная - определяют специфику поверхности мембраны и её взаимодействие… 4 . ферментативная - катализ метаболических процессов , изменение окружающего субстрата

Плазматическая мембрана

· характерна для всех клеток про - и эукариот ( имеет толщину около 75 А⁰ )

· химический состав плазматической мембраны , покрывающий растительные и животные клетки , практически одинаков

· имеет ассиметричное строение : на наружной стороне её пасположены комплексы белков с углеводами ( гликопротеины ) и полисахаридов с липидами ( гликолипиды ) отсутствующие на цитоплазматической стороне )

· снаружи сплошным слоем покрыта полисахаридным комплексом из ветвящихся молеку полисахаридов, связанных с мембранными белками и липидами ( гликопротеины и гликолипиды ) , который называется гликокаликс ( надмембранный комплекс клеток животных )

Гликокаликс

q Характерной особенностью гликокаликса являетсявысокая скорость обновления составляющих его макромолекул , что обуславливает большую функциональную… Функции гликокаликса : 1 . связь клетки с окружающей средой

Функции мембран

2. Защищает клетку от механических воздействий и проникновения повреждающих биологических агентов ( вирусов , бактерий и проч. ) – защитный… 3. Регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой 4. Участвует в формировании модификаций плазматической мембраны ( микроворсинки , реснички жгутики , отростки нейронов…

Транспорт веществ через мембрану

· Обеспечивает поддержание гомеостаза ( рН , соответствующих концентраций ионов и т д ) , необходимого для эффективной работы клеточных ферментов , поступление питательных веществ - « сырья » для образования клеточных компонентов и источника энергии , выделение из клетки токсичных отходов ,секреция различных полезных веществ , создание ионных градиентов , необходимых для нервной и мышечной активности

· Существует три основных механизма транспорта веществ в клетку и выхода их из клетки : пассивный транспорт - диффузия и осмос , активный транспорт и эндо - или экзоцитоз

q аналогичный характер носит и транспорт через мембраны клеточных органелл ( внутренние мембраны )

Пассивный транспорт

· осуществляется через поры мембран , т . е . белоксодержащие участки или прямо через липидный слой ( через поры транспортируются газы ,… · протекает до тех пор , пока концентрации вещества в двух участках не… · скорость диффузии зависит от размера молекулы и её полярности , т. е. растворимости в жирах (чем меньше молекула и…

Активный транспорт

· Осуществляется только с помощью транспортных мембранных белков - переносчиков , работающих по принципу ферментов ( образуют комплиментарные… q Транспортные белки не перемещаются в двойном липидном слое , а изменяя свою… · Осуществляется всеми клетками и требует значительных энергетических затрат ( используется энергия АТФ , до 25% всей…

Осмос

· Особый вид диффузии

Осмос – переход молекул растворителя из области с более высокой их концентрацией в область с более низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану ( во всех биологических системах растворителем служит вода )

Гипертонический раствор – раствор с высокой концентрацией растворённого вещества

Гипотонический раствор – раствор с низкой конценирацией растворённого вещества

· Молекулы воды будут переходить из гипотонического раствора в гипертонический через мембрану с избирательной проницаемостью путём осмоса ( это будет происходитьт до выравнивания концентраций растворённого вещества по обе стороны мембраны , растворы станут изотоническими )

q При помещении клетки в воду ( гипотонический раствор ) создаётся градиент водного потенциала ; вода приэтом будет поступать внутрь клетки по градиенту своей концентрации( при этом мембрана избирательно пропускает только молекулы воды )

q В гипертоническом растворе ( более концентрированном ) вода под действием осмотических сил выходит из клетки ( при этом клетки сморщиваются , в растительной клетке уменьшаются вакуоли и цитоплазма отстаёт от клеточной стенки – явление плазмолиса , это приводит к завяданию растений

q Морская вода гипертонична для большинства живых организмов , а пресная вода для всех организмов гипотонична

Осмотическое давление – гидростатистическое давление , которое необходимо приложить , чтобы предотвратить осмотическое поступление воды в раствор через избирательно проницаемую мембрану ( чем выше концентрация раствора , тем выше его осмотическое давление и тем сильнее он поглощает воду из окружающей среды через клеточную мембрану )

· Поскольку концентрация ионов и молекул в растительной клетке выше , чем в окружающей среде ( например , в почве ) , то в клетке развивается сосущая сила , котрая приводит к поглощению воды ( клетка в результате набухает и создаёт внутреннее гидростатистическое давление , направленное на клеточную стенку – тургорное даваление , которому противостоит равное ему по величине механическое давление клеточной стенки , направленное внутрь клетки - давление клеточной оболочки )

· По мере поступления воды в клетку осмотическое давление (Р) и сосущая сила (S) уменьшаются , а тургорное давление ( Т ) нарастает ( S = Р – Т ) ; при полном насыщении клетки водой тургорное давление равно осмотическому ( Р = Т ) , вследствие чего сосущая сила становиться равной нулю ( Р – Т = О ) и поступление воды в клетку прекращается

Эндоцитоз и экзоцитоз

· Процесс связан с затратой энергии ; прекращение синтеза АТФ полностью его тормозит · Различают два вида эндоцитоза – фагоцитоз и пиноцитоз ( связаны с активной… Фагоцитоз – захват и поглощение твёрдых крупных частиц мембраной клетки ( иногда даже целых клеток и их частей )

Цитоплазма

· В цитоплазме различают : основное вещество ( цитозоль , гиалоплазма , матрикс ) , клеточные органеллы и включения

Цитозоль ( гиалоплазма , цитоплазматический матрикс , основное вещество )

Цитозоль – растворимая часть цитоплазмы , заполняющая пространствомежду клеточными органеллами и образующая истинную внутреннюю среду клетки ( основная и наиболее важная часть клетки )

· Гомогенна , прозрачна и бесструктурна при рассматривании в электронный микроскоп

· На долю воды в цитозоле приходится около 90 % ; в этой воде в растворённом виде содержаться все основные биомолекулы ( многофазный биоколлоид )

q Истинный раствор - образуют ионы и малые молекулы : соли , сахара , аминокислоты , жирные кислоты , нуклеотиды , витамины и растворённые газы

q Коллоидные растворы – образуют макромолекулы : белки , РНК ( важнейшие из белков представлены ферментами синтеза жирных кислот , аминокислот и нуклеотидов , ферментами гликолиза и брожения , белковыми субчастицами для сборки микротрубочек )

Коллоидная система цитоплазмы

q Коллоидный раствор может быть золем ( невязким ) и гелем ( вязким ) ; внешние слои цитоплазмы по консистенции ближе к гелям ( в случае осаждения на обширных поверхностях макромолекул разнообразных « примесей » возможен физиологический переход агрегатного состояния цитоплазмы из золя в гель и обратно )

q Проявляет одновременно свойства эмульсии и суспензии ( благодаря наличию липидов и и крупных частиц )

Функции цитозоля

2. Образование внутренней среды клетки , среды для существования , функционирования и взаимодействия внутриклеточных структур ( органелл ) –… 3. Среда для протекания метаболических процессов : гликолиза , брожения ,… 4. Внутриклеточные перемещения веществ и структур ( живая цитоплазма активна : заметно движение органелл , везикул ,…

Микрофиламенты

q Цепи полярны – они удлинняются с одного конца и укорачиваются при отщеплении актиновых глобул с другого ( их сборка и разрушение идут непрерывно в… q Отдельные нити с помощью дополнительных белков могут сливаться и… q Сеть микрофиламентов располагается под плазмолеммой , в псевдоподиях

Промежуточные филаменты ( микротрабекулы )

q Нити 2 -3 нм в диаметре , образованные фибриллярными белками разного состава в разных клетках

q Располагаются преимущественно вокруг ядра клетки , образуя сеть (в местах пересечения или соединения концов трабекул сети располагаются хромосомы

q Микротрабекулярная система очень динамична , быстро распадается и вновь собирается при изменении условии , например , температуры

Функции : 1. Образование каркаса клетки и движение клетки

2. Связь внутриклеточных компонентов : микротрубочек , органелл и плазмолеммы

2. Основа клеток эпидермиса кожи хордовых животных ( состоят из белка кератина )

q По мере накопления кератиновых нитей клетки ороговевают и слущиваются , а в некоторых случаях превращаются в волосы , ногти , когти , чешуйки и другие производные эпидермиса кожи

Микротрубочки

q Построенны из спирально упакованных глобулярных субъединиц белка тубулина q Быстро растут и укорачиваются путём добавления или отсоединения субъединиц (… q Параллельно расположенные микротрубочки способны скользить относительно друг друга при наличии ферментов ,…

Реснички и жгутики

q Дублеты способны скользить относительно друг друга , что изгибает ресничку или жгутик q У основания ресничек и жгутиков в цитоплазме лежит базальное тельце (… q Имеются на поверхности клеток многих типов животных ( отсутствуют у всех клеток высших растений , т. к. они имеют…

Рибосомы

· Число рибрсом в цитоплазме живых клетрк весьма велико ( в обычной бактериальной клетке до 10 000 рибосом , а в эукариотических клетках в… · Различают ( по химическому составу , размерам и месту расположения в клетке… q Прокариотные , эукариотные , митохондральные ( локализованы в матриксе митохондрий ) , хлоропластные ( располагаются…

Мембранные органеллы клетки

· Представляют собой отдельные или связанные друг с другом отсеки ( компартаменты ) , содержимое которых отделено мембраной от цитозоля

Клеточное ядро ( ядерный аппарат )

Функции ядра ( определяются локализованной в ядре ДНК ) 1. Хранение и воспроизведение наследственной генетической информации (… q Центр управления обменом веществ т. к. образующаятс на генах ДНК и-РНК определяет , какие белки и ферменты и в какое…

Структурные компоненты ядра

· Форма , размеры и структура ядра изменятся в зависимости от функционального состояния клетки · Ядро может двигаться пассивно с движением цитоплазмы ( возможно… · Включает следующие структурные компоненты :

Ядрышко

q В ядре может быть одно или несколько ядрышек , от 1 до 5 –10 ( иногда , например в в ядрах дрожжевых клеток , их нет совсем ) , что зависит от… q В состав ядрышек входят около 80% белка , 10-15% РНК , что в 3 раза больше ,… q Ядрышко не является самостоятельной структурой , а есть производное хромосом ; оно образуется вокруг участков…

Функции ядрышка

1. Синтез и организация р-РНК ( в ядрышке происходит объединение р-РНК со структурными рибосомными белками и образование рибонуклеопротеинов –… q В переферической области ядрышка начинается свёртывание р-РНК и формирование… q Ядрышко – это скопление р-РНК и рибосом на разных этапах формирования

Митохондрии

· Палочковидные , нитевидные или шаровидные органеллы диаметром около 1мкм и длиной до 7 мкм ( число их разных клетках колеблется от 50 до 5000 и… · Стенка митохондрий состоит из двух мембран ,отличающихся по химическому… q На обращённой в матрикс поверхности расположены субчастицы ( АТФ–сомы ) в форме головки с короткой ножкой , которыми…

Функции митохондрий

1. Ферментативное окисление органических веществ и синтез АТФ в процессе окислительного фосфорилирования

· накопленная молекулами АТФ энергия расходуется на эндотермические процессы в клетке и организме – ростовые процессы , новые синтезы и т. д. , поэтому митохондрии называют энергетическими станциями клетки ) ; количество митохондрий резко увеличивается в клетках с повышенной эндотермической активностью ( до 5000 ) – скелетные мышцы , железы , нейроны , клетки печени и т. д.

q В митохондриях осуществляется обеспечение клеток энергией – преобразование и аккумуляция энергии химических связей питательных веществ, выделяющейся при окислении в энергию макроэргических связей АТФ в процессе клеточного дыхания

Одномембранные органоиды ( вакуолярная система клетки )

Эндоплазматическая сеть , ЭПС (эндоплазматический ретикулум , ЭР , вакуолярная система )

q Внутреннее пространство ЭПС , ограниченное мембранами , называтся полостями ЭПС ( сообщаются с кариоплазмой через поры ) · Увеличивает площадь внутренних , несущих ферменты , мембран и разделяет… · Мембраны ЭПС образуют непрерывную поверхность и соединяются с наружной ядерной мембраной и плазмолеммой , составляя…

Функции ЭПС

Гранулярный ретикулум ( шероховатая ЭПС ) 1 Субстрат для локализации подавляющего количества рибосом , выходящих из… q Плотно упакованные в слоистую структуру цистерны шероховатой сети являются участками наиболее активного белкового…

Агранулярный ретикулум

1. Синтез липидов и полисахаридов ( фосфолипидов плазмолеммы , жиров , предшественников стероидных гормонов углеводов - гликогена- и других веществ небелковой природы )

2. Разрушение и обезвреживание вредных токсичных веществ , некоторых лекарств ( особенно в клетках печени позвоночных – гепатоцитах )

3. Депонирование ионов кальция в канальцах гладкой сети клеток поперечно-полосатой мускулатуры , играющих важную роль в процессе мышечного сокращения

4. Компартаментализация клетки ( разделение клетки на изолированные отсеки )

Комплекс (аппарат) Гольджи ( КГ, пластинчатый комплекс , диктиосома )

· Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков , которые на переферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки ( стенки… · Состоит из трёх структурных компонентов : q Диктиосома – расположенные стопкой одна над другой система (5 – 30 штук) плоских мешочков (цистерн ) ; число…

Лизосомы

· Матрикс ( внутреннее бесструктурное вещество ) содержит набор гидролитических ферментов ( около 60 гидролаз : протеазы , нуклеазы , липазы ,… q Ферменты , входящие в состав лизосом , синтезируются в ЭПС и… · Выделяют три группы этих органоидов ; прелизосомы , собственно лизосомы и постлизосомы

Микротельца

· Образуются в ЭР и КГ · В матриксе содержится кристаллоподобные белковые включения - ферменты ; в… Пероксисомы

Цитоплазматические включения

· Непостоянные структурные образования цитоплазмы , то возникающие , то исчезающие в процессе жизнедеятельности клетки ( иногда встречаются в ядре )

· Все включения – продукты клеточного метаболизма , накапливающиеся в форме гранул , капель и кристаллов

Функции включений

2. Депо ферментов ( в клетках поджелудочной железы ) – зимогеновые гранулы 3. Накопление продуктов , подлежащих выведению из секреторных и железистых… 4. Накопление балластных веществ ( некоторые пигменты – жёлтый и коричневый пигмент – липофусцин , накапливающийся по…

Структуры , свойственные только растительным клеткам

· В клетках высших растений встречаются все органеллы , обнаруживаемые в животных клетках , за исключением центриолей , имеющихся только у низших растений – настоящих водорослей

· В растительных клетках имеются свои особые структуры ( органеллы ) , которых не бывает в животных – это клеточные стенки , вакуоли , пластиды , плазмодесмы )

Клеточная оболочка ( стенка )

· Фунционально клеточная оболочка обеспечивает форму , опору и защиту протопласта клетки , препятствует избыточному поступлению воды в клетку и… · Оболочка растительных клеток – продукт деятельности цитоплазмы ( в её… · Образуется она после деления клетки в результате синтеза и полимеризации целлюлозных фибрилл ( целлюлозы ) –…

Пластиды

· У высших растений образуются из поротопластид – мелких бесцветных недифференцированных телец , обнаружтваемых в спорах , яйцеклетках , эмбриональных клетках

· Оболочка образована двойной элементарной мембраной

· Из протопластид – в завистмости от их местонахождения в растении – могут образовываться три типа пластид : хлоропласты ( пластиды зелёного цвета ) , хромопласты ( пластиды красные , оранжевые и жёлтые ) и лейкопласты ( бесцветные пластиды )

Хлоропласты

· Имеют линзовидную или сферическую форму оптимальную для улавливания и усиления света ( у водорослей могут быть спиралевидными , сетчатыми ,… · Отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой – наружной и… · Способны к репродукии путём деления ( могут очень быстро образовываться из лейкопластов при их освещении и…

Лейкопласты

· Бесцветные пластиды , не содержащие пигментов

· Содержат ферменты , превращающие избыток глюкозы , образованной в процессе фотосинтеза , в крахмал ( имеют приспособления для хранения запасов питптельных веществ , ипотому их сосбенно много в запасающих тканях и органах – клубнях , корневищах , корнях , плодах , семенах , молодых листьях

· В зависимости от природы накапливающихся веществ лейкопласты делят на группы :

q Амилопласты – запасают крахмал в виде крахмальных зёрен

q Липидопласты ( олеопласты ) – запасают липиды в виде масел или жиров , например , плоды ореха или семена подсолнечника

q Протеинопласты – запасают белки в форме кристаллов ( характерны для некоторых семян )

· При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры

Хромопласты ( каротиноидопласты )

· Являются производными хлоропластов , реже – лейкопластов

· Нефотосинтезирующие окрашенные пластиды , содержащие красные , оранжевые и жёлтые пигменты – каротиноиды

q созревание плодов шиовника . перца , помидоров , корнеплода моркови сопровождается превращением хлоро- и лейкопластов клеток мякоти в каротиноидопласты , в которых интенсивно синтезируются жёлтые пластидные пигменты – каротиноиды , окрашивающие липидные капли , твёрдые глобулы или кристаллы белка ( хлорофилл при этом разрушаеися ) ; лепестки цветов и другие окрашенные части растений имеют постоянные хромопласты и служат для привлечения насекомых , птиц и других животных , опыляющих и распространяющих семена растений

Вакуоли

· В растительных клетках , особенно в зрелых , имеется одна очень крупная центральная вакуоль , мембрана которой называется тонопластом ( по мере… · После смерти клетки вакуольпревращается в полость , заполненную воздухом … · Содержимое вакуоли называтся клеточным соком ( это концентрированный раствор , содержащий минеральные соли , сахара…

Функции вакуолей

2. Развитие в клетке тургорного давления , определяющего : q форму и упругость клетки , q растяжение клеток во время их роста

Сравнение растительной и животной клетки

Общие признаки

1. Структурно- функциональное единство ( сходный набор мембранных и немембранных органоидов цитоплазмы , ядро )

2. Структура и функции биологических мембран , плазмолеммы

3. Сходство ферментативных процессов обмена веществ и энергии ( редупликация , биосинтез белка )

4. Единство принципа генетического кода

5. Единство химического состава

6. Сходство процесса деления клеток ( митоз , мейоз )

7. Единство процессов жизнедеятельности ( питание , дыхание , выделение , раздражимость и т. д. )

8. Виды размножения ( половое , бесполое )

 

Клеточная теория

· Исторически первая , с которой связано возникновение биологии как самостоятельной науки ( на фундаменте этой теории выросла специальная наука о клетке – цитология )

· Сформулирована немецким анатомом и физиологом Т. Шванном в в 1839 г.

· соавтором клеточной теории является ботаник М. Шлейден, работами которого широко пользовался Шванн при создании теории ; использованы также работы Р. Вирхова о делении клеток

Истоки клеточной теории

· А. Левенгук ( голл.) в 1674 году открыл и детально описал одноклеточные организмы - бактерии эритроциты крови , сперматозоиды , многие водоросли… · М. Мальпиги ( итал.) и н. Грю ( англ.) – углубили и обобщили представление… · Ш. Брисс – Мирбе ( франц.) в 1802 , 1808 г. установил , что все растительные организмы образованы тканями , которые…

Основные положения современной клеточной теории

2. Клетки одноклеточных и многоклеточных животных и растительных организмов сходны ( гомологичны ) по строению , химическому составу , принципам… 3. Сходные по строению , функциям и происхождению клетки объединяются в ткани… 4. Каждая клетка образуется только в результате деления исходной ( материнской ) клетки ; все живые организмы…

Клеточная теория

 

· Клетка – элементарная открытая биологическая система , способная к самообновлению , самовоспроизведению и развитию

· К социальным предпосылкам клеточной теории относятся потребности в научном обосновании медицины и сельскохозяйственного производства , а также появление интереса к естественнонаучным исследованиям

История создания клеточной теории

q Возрождение философской идеи структурности , атомизма , корпускулярности , дискретности ( П. Гассенди , 1658 ) q Учение о монадах ( Г. Лейбниц , 1714 г. ) ; монады – взаимодействующие… q Идеи единства и непрерывности природы ( французские энциклопедисты , ХVIII в. )

Основные положения современной клеточной теории

· жизнь существует только в форме клетки , т. к. только она способна использовать энергию и материю из внешней среды , хранить и реализовывать… 2. Клетки всех организмов сходны по строению ( всем клеткам присуще мембранное… 3. Новые клетки возникают только путём деления ранее существовавших клеток ( непрерывность цепи клеточных делений –…

Обмен веществ и превращение энергии в клетке

· Все живые организмы , обитающие на Земле , представляют собой открытые системы , способные активно организовывать поступление энергии и веществ… · Все живые организмы нуждаются в органических соединениях , которые… · Живые существа способны использовать только два вида энергии – световую ( энергия солнечной радиации ) и химическую…

Типы гетеротрофного питания

· В зависимости от источника пищи выделяют два основных способа гетеротрофного питания : голозойный и голофитный Голозойный тип питания – посредством захвата твёрдых пищевых частиц внутрь… · К голозойным животным относится большинство животных и насекомоядные растения

Сапрофитный тип питания

Сапрофиты , сапрофаги ( от греч . sapros – гнилой и phyton – растение ) организмы , использующие в качестве пищи готовые органические вещества мёртвых или разлагающихся органических материалов ( трупы , навоз , растительный опад и т. д. )

q Все сапрфитные организмы ( бактерии брожения , гнилостные бактерии , шляпочные грибы , дрожжевые и плесневые грибы ) выделяют ферменты непосредственно на потенциальный продукт питания , который под их воздействием переваривается вне организма ; растворимые конечные продукты такого переваривания всасываются и ассимилируются сапрофитом

q Деятельность сапрофитов является важным звеном в круговороте веществ , обеспечивая возвращение необходимых для жизни элементов от мёртвых организмов к живым

Паразитический тип питания

Паразит ( от греч. para – около и sitos – пища ) – организм , обитающий внутри или на поверхности тела другого организма , называемого хозяином , и использующих в качестве пищи его органические вещества ( болезнетворные бактерии , вирусы , фаги , паразитические грибы и черви , цветковые растения-паразиты : омела , повилика , заразиха )

Симбиотический тип питания

  Способы питания     Показатели Автотрофные организмы Гетеротрофные организмы …

Поток энергии в клетке

v Автотрофы и гетеротрофы неразрывно связаны между собой пищевыми цепями и энергетически , создавая круговороты веществ и поток энергии в… v Первичным источником энергии для всего живого служит солнечная радиация ,… v Поток энергии обеспечивается двумя клеточными механизмами : питанием и дыханием

Общая характеристика метаболизма ( обмена веществ )

·Метаболизм – вся совокупность ферментативных химических превращений (реакций) в клетке · Метаболизм состоит из двух взаимносвязанных и противоположных по…

Функции анаболизма

2. Образование первичной продукции экосистем ( фотосинтез и хемосинтез ) 3. Образование строительного материала клетки и организма 4. Образование запаса органических веществ ( органических депо )

Функции катаболизма

q Чем больше организм испытывает физических нагрузок и состояний стресса , тем больше энергии должна содержать пища тем интенсивнее диссимиляция 2. Образование низкомолекулярных веществ ( сырья ) для ассимиляционных… 3. Источник энергии для пополнения запасов АТФ ( ресинтез , окислительное фосфорилирование )

Схема взаимодействия поцессов метаболизма и их связи с внешней средой

ферменты ,сложные вещества

продукты синтеза

Внешняя среда Анаболизм КатаболизмВнешняя среда

энергия , продукты гидролиза конечные продукты СО₂ , Н₂О , NН₃

органогенные элементы органические вещества

неорганические вещества О₂ , Н₂О

· Для всех живых существ первичным источником энергии является солнечная радиация , в частности видимый свет ; свободная энергия видимого света улавливается зелёными растениями ( фотоавтотрофами ) в процессе фотосинтеза , которые трансформируют её в химическую энергию , запасаемую в химических связях органических веществ , через пищу делая её доступной для использования хемотрофами ( животными , грибами и микроорганизмами )

Метаболизм , обмен веществ и энергии ( греч . «метаболе » – превращение ) – совокупность ферментативных реакции ассимиляции ( анаболизма ) и диссимиляции ( катаболизма ) , связанных между собой и внешней средой , протекающих в живых организмах

· Метаболизм растений ( фотосинтезирующие автотрофы ) и животных ( гетеротрофы ) существенно различается

· В живом организме анаболизм и катаболизм должны быть уравновешены , если один процесс существенно преобладает над другим , то обмен веществ и энергии нарушается , что вызывает нарушение жизнедеятельности клеток и всего организма

Значение метаболизма

1. поглощение энергии Солнца ( растением ) и создание органического вещества и пищи ( животным )

2. Расщепление пищевых веществ до молекул ( мономеров ) – будущего « сырья » для синтеза

3. Синтез белков , жиров , углеводов , нуклеиновых кислот и других веществ ( ферментов , гормонов , витаминов )

4. Расщепление органических веществ до неорганических – СО₂ и Н₂О , что обеспечивает непрерывность миграции атомов и биотического круговорота элементов и веществ

q Ассимиляция и диссимиляция , хотя и противоположны по результатам , являются неразрывно связанными и взаимно обусловленными процессами , т. е. являются двумя сторонами единого процесса – обмена веществ

Значение АТФ в обмене веществ и энергии

· Выделяющаяся энергия аккумулируется ( запасается ) в высокоэнергетических макроэргических связях соединений ( макроэргах ) , чаще всего в… v Известно , что в условиях нейтральной среды клетки АТФ находится не в виде… · Такая молекула является нестабильной и под влиянием специфических ферментов легко гидролизуется , последовательно…

Энергетический обмен в клетке . Синтез АТФ

· У анаэробов , обитающих в среде , лишённой кислорода , или у аэробов при его недостатке протекает лишь два первых этапа с образованием… Первый этап – подготовительный

Механизм аэробного дыхания

С3Н6О3 + 3 Н2О = 3СО2 + 12Н q СО2 ( диоксид углерода выделяется из митохондрий во внешнюю среду , а атомы… · Эти реакции идут в такой последовательности :

Этапы аэробного окисления ПВК

v Кислотный остаток уксусной кислоты ( ацетил ) соединяется с коферментом А ( КоА ) , образуя комплекс ацетил КоА , который осуществляет… v С ацетил КоА начинается фаза аэробного расщепления ПВК  

Синтез АТФ в митохондрии клетки.

Фотосинтез

· Относится к реакциям анаболизма · В процессе фотосинтеза происходит преобразование световой энергии в… Значение фотосинтеза ( космическая роль зелёных растений )

Пигменты хлоропластов

· В растениях встречаются пигменты трёх классов – хлорофиллы , каротиноиды и фикобилины Хлорофиллы · Высшие растения содержат два зелёных пигмента : хлорофилл а ( его формула С55Н72О5N4Mg ) и хлорофилл b (…

Фотосистемы ( ФС , квантосомы )

q Представляют собой пигментно-белковые комплексы , расположенные в мембранах тилакоидов гран q Каждая фотосистема содержит : 1. реакционный центр - РЦ , образованный одной молекулой хлорофилла а ( выполняет основную фотохимическую работу )

Протонная теория фотосинтеза

· Происходит только на свету в мембране тилакоидов гран хлоропластов при участии двух фотосистем ( ФС-I и ФС-II ) 1. Под действием кванта света электроны наружного слоя хлорофилла возбуждаются… 2. Место вышедших электронов в молекулах хлорофилла занимают электроны воды l -- , т. к. вода внутри полостей…

Темновая фаза

· В ходе темновой фазы происходит фиксация углерода , т.е. происходит образование органического вещества ( углеводов ) из неорганического (СО ) · В строму поступают АТФ и НАДФ Н2 от тилакоидов гран и СО2 из воздуха ,… · Процессы темновой фазы осуществляются за счёт химической энергии АТФ и НАДФ Н2 , образовавшихся в световую фазу …

Схема механизма фотосинтеза

Световая фаза Темновая фаза

2С3 С6 С6Н12О6 НАДФ+ С3

Теория фотосистем

· При этом электроны перемещаются по ЭТЦ в одном направлении на более низкий энергетический уровень , при этом избыток энергии не рассеивается , а… · В РЦ ФС I энергия принесённого электрона способствует выбиванию более… · Выбитый электрон подхватывается специальным переносчиком ферридоксином ( из группы цитохромов ) и может быть…

Световая фаза в фотосистемах

Повышение 2е-- энергетического уровня Ферридоксин

Бактериальный фотосинтез

· Такой бактериальный фотосинтез , который происходит без выделения кислорода , называется фоторедукцией или фотовосстановлением · Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды ,…  

Сопоставление фотосинтеза и дыхания эукариот

 

Хемосинтиез

· Источником водорода для восстановления углекислого газа в ходе хемосинтеза является вода · Хемосинтез открыт русским учёным С. Н. Виноградским в 1887 г. · Хемосинтез осуществляют аэробные бактерии , усваивающие СО2

Экологическая роль хемосинтеза

· Серобактерии , образуя серную кислоту , способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород , разрушению каменных и металлических… · Многие виды серобактерий , окисляя до сульфатов различные соединения серы… · В результате деятельности железобактерий образуется Fе(ОН)3 , скопления которого образуют болотную железную руду …

Отличия ( особенности ) процессов фотосинтеза и дыхания

Сходства процессов дыхания и фотосинтеза

1. Реакции фотосинтеза и дыхания являются ферментативными реакциями метаболизма ( обмена веществ )

2. Осуществляется у аэробов

3. Связаны с двумембранными органоидами клетки ( хлоропласты и митохондрии )

4. Процессы протекают при наличии мембранной электронно-транспортной цепи, связаны с функционированием протонных каналов ( АТФ-синтетазы)

5. Осуществляется синтез АТФ

6. Участвуют в поддержании постоянства газового состава атмосферы

Связь фотосинтеза и дыхания

1. При дыхании расщепляются органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза

2. При дыхании используется кислород, выделяющийся при фотосинтезе

3. При фотосинтезе используется углекислый газ, выделяющийся при дыхании

 

Отличия фотосинтеза от хемосинтеза

 

Фотосинтез	Хемосинтез
1. Для синтеза органических веществ используется световая энергия     2. Осуществляется в хлоропластах клеток эукариот ( растения)   3. Для синтеза необходимы фотосинтезирующие пигменты: хлорофилл, каротиноиды 4. Донором водорода для синтеза является вода	1. 1. Для синтеза органических веществ используется химическая энергия, выделяющаяся при окислении неорганических веществ 2. Осуществляется в цитоплазме некоторых прокариот ( нитрифицирующие, серо-, железобактерии ) 3. Для синтеза пигменты не нужны 4. Донором водорода для синтеза являются Н2О, Н2S, NH3, Н2

 

Биосинтез белка

· Относится к важнейшим реакциям анаболизма

· Всё многообразие свойств и биологических функций белков определяется их первичной структурой представляющей линейную последовательность аминокислот в полипептидных макромолекулах

· Информация о первичной структуре белков ( полипептидов ) является генетической и наследственной ; функция хранения и передачи генетической информации осуществляется нуклеиновыми кислотами - ДНК и РНК

 

Ген – единица генетической информации – участок молекулы ДНК ( РНК у вирусов и фагов ) , расположенный в определённом участке ( локусе ) хромосомы и содержащий наследственную информацию о первичной структуре одного белка ( полипептида , фермента ) , молекулы тРНК или рРНК

· Наследственная информация о первичной структуре белков записана в гене в виде генетического кода

Генетический код

Генетический код – свойственный живым организмам единый принцип записи наследственной информации о последовательности аминокислот в полипептиде ( белке ) в виде последовательности нуклеотидов ДНК и м-РНК ( расшифрован в 1966 г. )

Свойства генетического кода

Кодон (триплет) – дискретная ( структурно - функциональная ) единица генетического кода , состоящаяиз трёх последовательных нуклеотидов в молекуле… q Поскольку в каждом виде нуклеиновой кислоты существуют 4 типа нуклеотидов ,… q Триплет АУГ является стартовым триплетом : с него начинается синтез всех белковых молекул эукариот

Транскрипция

· В результате возникает три типа РНК : - матричная ( мРНК ) - рибосомальная ( рРНК ) - транспортная ( тРНК )

Механизм транскрипции

· В процессе транскрипции образуется локальный гибрид ( комплекс ) одноцепочечной ДНК с РНК , который существует короткое время и очень быстро… · Цикл транскрипции состоит из трёх последовательных стадий : инициации ,…  

Созревание РНК

Экзон – информативная последовательность нуклеотидов ДНК, кодирующая аминокислоты первичной структуры белка Инторон – последовательность нуклеотидов ДНК эукариотов , не несущая… v Значение интронов до конца не ясно ; предполагается , что интроны играют роль сигналов , регулируют поток информации…

Схема транскрипции и процессинга мРНК в эукариотических клетках

 

ДНК

5 3

Промотор Экзон I Интрон Экзон 2 Интрон Экзон 3 Стоп- сигнал , терминатор

3 5

Старт Кодирующая цепь

РНК-полимераза

Инициация Транскрипция

 

Экзон I Интрон Экзон 2 Интрон Экзон 3

Предшественник мРНК – пре-мРНК

Процессинг

 

Интрон Интрон

Экзон 1 Экзон 2 Экзон 3

 

Сплайсинг

 

Экзон 1 Экзон 2 Экзон 3

Функционально активная , зрелая мРНК транспорт в цитоплазму

 

 

Трансляция

Трансляция – процесс перевода генетической информации в виде последовательности нуклеотидов мРНК в последовательность аминокислот в полипептиде ,… · Осуществляется на рибосомах · Многостадийный процесс , требующий больших затрат энергии АТФ и участия большого числа ( до 300 ) вспомогательных…

Механизм трансляции

Подготовительный этап q На этом этапе происходит присоединение аминокислот к соответствующим тРНК (… q тРНК имеет структуру , состоящую из четырёх петель : антикодоновой , акцепторной и двух боковых

Энергетика биосинтеза

v На включение одной аминокислоты в растущую полипептидную цепь затрачивается энергия , соответствующая расщеплению 4 молекул АТФ до АДФ , однако непосредствено используется лишь около 10 % выделяющейся энергии , остальная же её часть (90 % ) рассеивается в виде тепла

Регуляция генной активности

· Клетки разных тканей и органов отличаются по набору имеющихся в них белков ; даже в одной клетке на разных этапах онтогенеза синтезируются и… · Разные типы клеток кроме белков , необходимых любой клетке организма ,… · Клеточная дифференцировка обусловлена изменением набора экспрессируемых генов

Концепция оперона

· В состав оперона входят структурные гены и регуляторные элементы ( не путать с геном-регулятором ) Структурные гены – гены , кодирующие белки – ферменты , осуществляющие… q Этих генов может быть один или несколько

Оперонная регуляция синтеза белка

Ген-регулятор О п е р о н              

Регуляция на уровне трансляции

· Количество определённого фермента ( белка ) в клетке может регулируется наличием реактивного субстрата ( веществ , взаимодействие между которыми катализирует данный фермент ) , т. е. синтез ( трансляция ) фермента идёт активно только в случае эти вещества присутствуют в клетке и прекращается , когда они удаляются из клетки

· Такой тип регуляции синтеза фермента называется индукцией , а вещество , вызывающее этот синтез - индуктором

Реакции маиричного синтеза

Реакции матричного синтеза – ферментативнее реакции быстрого синтеза макромолекул , происходящие тольков живых клетках ( в настоящее время осуществлён in vitro )

· К реакциям матричного синтеза относятся реакции репликации молекул ДНК , трнскрипция ( синтез РНК ) , биосинтез белка – трансляция

· Протекают при следующих условиях :

1. Информационная матрица – молекула , присутствущая в процессе в единственном числе и содержащая информацию о порядке и последовательности синтеза

2. Ферменты ( зависимые синтетазы , полимеразы )

3. Сырьё – низкомолекулярные органические вещества ( нуклеотиды , аминокислоты )

4. Источник энергии –АТФ , макроэрги

5. Соответствующий органоид клетки ( ядро , рибосомы )

Воспроизведение ( деление ) клеток

Жизненный цикл клетки

Жизненный ( клеточный ) цикл – жизнь клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до окончания её собственного деления или смерти

· Жизненный цикл включает :

1. Период покоя ( ближайшая судьба клетки не определена , возможна подготовка к следующему делению или функциональная дифференцировка )

2. Период дифференцировки и специализации ( приобретения клеткой тканевой видоспецифичности )

Период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций

4. Подготовка к предстоящему делению ( митозу )

5. Деление клетки - митоз

· Биологический смысл этих процессов – преемственность структурно-функциональной организации материнской клетки в ряду клеточных делений

· Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл

Митотический ( пролиферативный )цикл – комплекс процессов подготовки клетки к делению и самого деления ( интерфаза и митоз )

· В митотическом цикле выделяют интерфазу и митоз (М)

Интерфаза – совокупность процессов , подготавливающих клетку к предстоящему делению

 

Процессы интерфазы

1. Пресинтетический , или постмитотический – G1 - следует непосредственно за делением клетки , самый продолжительный по… - осуществляется рост клетки ( увеличение объёма цитоплазмы и количества органелл )

Деление клетки

1. кариокинез – деление ядра 2. цитокинез – деление цитоплазмы с органоидами · Описано три способа деления эукариотических клеток : митоз ( непрямое деление ) , амитоз ( прямое деление ) , мейоз…

Биологическое значение митоза

· Обеспечивает увеличение числа клеток многоклеточного организма ( клеточный механизм роста и эмбрионального развития , компенсация гибели клеток ,… · Бесполое размножение одноклеточных организмов · Нарушение митоза приводят к повреждениям структуры или числа хромосом в соматических клетках организма ( мутациям )…

Старение и гибель клетеи

В стареющих клетках накапливается специальный пигмент « старения » , что является следствием ухудшения с возрастом выделения из клетки плохо… v Подсчитано , что организм взрослого человека ежедневно теряет 1 –2 % своих…  

Амитоз ( прямое деления ядра клетки , простое деление )

· Накануне деления ДНК ядра реплицируется · Сохраняется морфология интерфазного ядра : - сохраняются ядрышко и ядерная оболочка

Эндорепродукция

v Происходит многократная репликация хромосом без их расхождения , без деления ядра и клетки

v В клетке возникают крупные ядра , в которых содержится множество гаплоидных наборов хромосом ( ДНК ) , так в гигантских нейроцитах моллюска тритонии содержится более 2 · 10⁵ гаплоидных наборов ДНК

v Приводит к образованию полиплоидных клеток , отличающихся кратным гаплоидному увеличением количества ДНК ; прапорционально увеличению количества ДНК ( генов ) увеличивается масса клеток , что повышает функциональные возможности органа

v Различают эндомитоз и политению

Эндомитоз

v При эндомитозе после репликации хромосом деления ядра и клетки не происходит ( хромосомы спирализуются , начинается митоз , но нарушается веретено деления , сохраняется ядерная оболочка , хромосомы не расходятся и деспирализуются внутри ядерной оболочки)

v Приводит к увеличению размеров клетки и числа хромосом в ней , иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором , т. е. возникновению полиплоидных клеток

v Встречается в интенсивно функционирующих клетках различных тканей , например в клетках печени

Политения

v Хромосомы остаются деспирализованными и многократно редуплицируются . не расходясь v Приводит к образованию многонитчатых ( политенных ) хромосом ( количество… v Политения наблюдается в клетках слюнных желёз двукрылых ( дрозофил ) , что используется для построения…

Интерфаза I

· Аналогична интерфазе митоза :

- происходит редупликация ДНК – репликация хромосом ( формула ядра 2n4c , хромосомы становятся . двухроматидными )

- запас энергии ( АТФ ) и необходимых веществ ( белков , РНК и проч. )

Первое мейотическое деление ( мейоз I , редукционное деление )

· Приводит к уменьшению вдвое числа хромосом , в результате из одной диплоидной клетки (2n4c) образуется две гаплоидные (n2c) клетки

Профаза I

· Происходит конъюгация , или синапсис гомологичных хромосом и кроссинговер ( исключительно важны в биологическом отношении ) Конъюгация ( или синапсис ) – процесс тесного сближения и переплетения… q две полностью проконьюгировавшие гомологичные хромосомы образуют бивалент ( в диплоидной клетке образуется n…

Метафаза I

· Формируется метафазная пластинка ( центромеры бивалентов устанавливаются в экваториальной плоскости клетки

· Нити веретена деления от каждого полюса прикрепляются к центромере только одной из гомологичных хромосом бивалента

Анафаза I

· Гомологичные хромосомы , состоящие из двух дочерних хроматид , соединённых одной центромерой , расходятся к противоположным полюсам клетки (… q На полюсах клетки собирается по одной из гомологичных хромосом каждой пары (… q В связи с тем , что ориентация бивалентов по отношению к полюсам веретена в метафазе I случайна в анафазе I в каждом…

Телофаза I

· Обособление ядер ( завершение кариокинеза )

· Цитокинез ( деление цитоплазмы )

· Образование двух дочерних клеток , содержащих гаплоидный набор хромосом : 2n4c--> n2c ( клеточная формула дочерних клеток - n2c ) ; каждая из образовавшихся клеток подвергается второму мейотическому делению

Интерфаза II ( интеркинез )

· Очень короткая , неясно выраженная ( часто редуцирована и телофаза I прямо переходит в профазу II , или даже метафазу II )

· Хромосомы часто не деспирализуются

· Отсутствует синтетический период (S) , т. е. не происходит редупликации ДНК и удвоения хромосом )

Второе мейотическое деление ( мейоз II , эквационное деление )

· Протекает как типичный митоз ( клетки вступающие в мейоз II гаплоидные )

Профаза II

· Аналогична профазе митоза

Метафаза II

· Образование метафазной пластинки ( по экватору выстраивается гаплоидное число хромосом )

· Клеточная формула - n2c

Анафаза II

· Центромера каждой из двухроматидных хромосом делится , обеспечивая каждую новую хромосому собственной центромерой (хроматиды , обладающие собственной центромерой, называются дочерними хромосомами)

· В результате сокращения нитей веретена дочерние хромосомы отходят к разным полюсам клетки

· Клеточная формула 2n2c , по nc у полюсов ( n двухроматидных хромосом ( n2c) , расщепляясь , образуют n однохроматидных хромосом (nc)

Телофаза II

· Аналогична телофазе митоза

· Обособление дочерних ядер ( завершение кариокинеза )

· Цитокинез ( разделение клеток )

· Образование двух гаплоидных дочерних клеток (nc)

q В результате двух последовательных мейотических делений из одной клетки с диплоидным набором двухроматидных хромосом (2n4с) образуются четыре клетки с гаплоидным набором однохроматидных хромосом (nc)

Биологическое значение мейоза

2 Поддержание постоянства кариотипа вида в ряду поколений организмов ( регулятор , препятствующий непрерывному увеличению числа хромосом при… 3 Обеспечивает чрезвычайное генетическое разнообразие гамет в результате… 4 Возможно образование аномальных гамет , приводящих к гибели организма или развития у потомков ряда хромосомных…

Отличия ( особенности ) митоза от мейоза

Сходства митоза и мейоза

1. Образуются дочерние клетки

2. Одинаковые фазы ( про-, мета-, ана- и телофаза )

3. Редупликация ДНК осуществляется только один раз

4. Вызывают мутации ДНК, образование аномальных клеток

Размножение и индивидуальное развитие организмов

Размножение – общее и обязательное свойство всех живых организмов воспроизведения себе подобных

v В известном смысле существование организма ( все процессы жизнедеятельности ) является подготовкой к участию в размножении – главной биологической задачи

· Размножение возникло в ходе исторического развития организмов на самом раннем этапе вместе с клеткой

Значение размножения

2. Сохранение складывающихся в эволюции типов структурно - функциональной организации ( при размножении осуществляется передача в ряду поколений… 3. Биологическая роль размножения состоит в обеспечении смены и… q Продолжительность жизни особи короче продолжительности существования вида , поэтому история вида – это история…

Формы размножения организмов

· Различают два основных типа размножения : бесполое и половое

Общая характеристика бесполого и полового размножения

Чередование форм размножения ( гаплоидной и диплоидной фазы жизненного цикла )

  Гаплоидная фаза ( гаплофаза ) Диплоидная фаза ( диплофаза ) 1. Клетки имеют гаплоидный набор хромосом (n) … · Для многих организмов , включая и млекопитающих , характерно чередование гаплоидной и диплоидной фаз и часто это…

Бесполое размножение

 

· Различают следующие основные типы бесполого размножения :

- деление

- споруляция

- фрагментация

- почкование

- вегетативное размножение

- клонирование

Деление

· Исходная клетка делится митотически на две или несколько дочерних клеток , каждая из которых достигнув величины материнского организма , также… q Монотомия – деление материнской клетки , при котором образуются две дочерних… q Однако возможно , что за первым делением не следует рост и увеличение объёма дочерних клеток , а происходит…

Споруляция ( спорообразование )

· Споры представляют собой одноклеточные образования из небольшого количества цитоплазмы , ядра и минимальных запасов питательных веществ ( главное… · Спора – одна из стадий жизненного цикла , служащая для размножения , «… · При благоприятных условиях споры прорастают , давая начало новому организму

Вегетативное размножение многоклеточных животных

· Формирование нового организма осуществляется из группы клеток , отделяющихся от материнского организма

· Встречается лишь у наиболее примитивных из многоклеточных животных : губок , кишечнополостных , плоских и некоторых кольчатых червей

Почкование

· Заключается в том , что на поверхности материнской особи образуется небольшой бугорок - почка , увеличивающийся в размерах , затем в нём… q У многих морских кишечнополостных ( гидроидных и коралловых полипов )… q У губок бесполое размножение осуществляется посредством внутренних почек , которые называются геммулами

Фрагментация

· В основе фрагментации лежит способность некоторых организмов восстанавливать утраченные органы или части тела ( явление регенерации ) ;… · Иногда способность к регенерации развита настолько хорошо , что некоторые… · Ресничные и кольчатые черви делятся перетяжками на несколько частей ; в каждой из них восстанавливаются недостающие…

Вегетативное размножение у растений

· Происходит за счёт частей вегетативных органов или специально предназначенных для этой цели структур – луковиц , корневищ , клубней , клубнелуковиц , почек и др. ( принципиально практически не отличается от фрагментации или почкования у животных )

· Чрезвычайно широко распространено у растений в связи с чрезвычайно высокой их способностью к регенерации

· Разновидностью вегетативного размножения является прививка , то есть пересадка части тела одного организма ( привой ) на другой организм ( подвой ) ; делается это в случае необходимости сохранения полезных для человека свойств растений , не закреплённых на генетическом уровне и не передающихся по наследству при половом размножении ( например , при получении межвидовых или межродовых химерных форм , прививки кактусов , сортов яблонь , абрикосов и др. )

Клонирование

· Это искусственный способ размножения , не встречающийся в естественных условиях ( получил распространение в хозяйственных целях только в последние 20-30 лет в связи с развитием биотехнологии – особой отрасли биологических знаний и производства )

Клон – генетически идентичное потомство , полученное от одной особи в результате того или иного способа бесполого размножения ( существует ряд методик позволяющих клонировать некоторые растения и животных )

· Из отдельных клеток или кусочков тканей на искусственных питательных средах , содержащих гормоны , стимуляторы роста и другие биологически активные вещества , удаётся получить целые , нормально развитые организмы , обладающие всеми свойствами донорского организма

Половое размножение

· Носит универсальный характер , т. е. свойственно практически всем живым организмам ( возможно что у организмов , не размножающихся половым путём… · Предполагают , что в процессе эволюции половому размножению , которое…  

Организация яйцеклеток животных

q Алецитальные – имеют микроскопически малые размеры , желтка очень мало или совсем лишены его и распределён он в цитоплазме неравномерно ( у… q Гомолецитальные – имеют много желтка и он равномерно распределён , заполняя… q Телолецитальные – крупные яйцеклетки , имеющие много желтка и распределён он неравномерно , образуя в яйцеклетке два…

Оболочки яйцеклеток

· Выполняют следующие функции :

7. связь зародыша с окружающей средой

8. механическая защита и защита от проникновения микроорганизмов , обезвоживания

9. терморегуляция , газообмен

· Оболочки по их происхождению делят на первичные , вторичные и третичные

q Первичная оболочка – представляет собой производное цитоплазмы и носит название желточной оболочки ( характерна для всех яйцеклеток животных )

q Вторичные оболочки – образуются за счет деятельности клеток , питающих яйцеклетку – хитиновые оболочки яиц насекомых и других членистоногих

q Третичные оболочки- возникают в результате деятельности половых путей – это скорлуповая , подскорлуповая и белковая оболочки яйца птиц и рептилий , студенистая оболочка яйцеклеток земноводных

 

Гаметогенез у животных

Гаметогенез – процесс образования и развития половых клеток ( гамет ) протекающий в половых железах ( гонадах )

· Разделяется на :

Сперматогенез – образование зрелых мужских гамет ( сперматозоидов ) в мужских гонадах ( семенниках )

Овогенез ( оогенез ) – процесс образования и развития женских гамет ( яйцеклеток или ооцитов ) в яичниках

· Условно обе формы гаметогенеза делят на несколько фаз : размножения , роста , созревания и выделяемую только при сперматогенезе фазу формирования ( каждая фаза протекает в одноимённой зоне гонад )

Фаза размножения

· Характеризуется многократными митотическими делениями диплоидных соматических клеток стенки семенника или яичника ( гонадоцитов или гоноцитов – 2n2c )

· В результате образуются многочисленные мелкие диплоидные клетки - предшественники гамет – сперматогонии и овогонии – 2n2c

Фаза роста

· Происходит увеличение объёма цитоплазмы клеток , накопление ряда веществ , необходимых для дальнейших делений , репликация ДНК и удвоение хромосом ( клеточная формула 2n4с )

· В фазе роста клетки получают название сперматоцитов и овоцитов I порядка

q Фаза роста более выражена в овогенезе , поскольку овоциты I порядка накапливают значительные количества питательных веществ ( ооциты при этом увеличиваются в размерах в сотни и даже в тысячи раз

Фаза созревания

· Осуществляется мейоз – два последовательных деления созревания – редукционное ( мейоз I ) и эквационное ( мейоз II )

· После первого мейотического деления ( редукционного ) образуются сперматоциты и овоциты II порядка , имеющие редуцированное вдвое число хромосом ( формула клетки n2c )

· После второго мейотического деления ( эквационного ) из сперматоцитов II порядка образуются гаплоидные сперматиды , а из овоцита II – зрелая яйцеклетка ( клеточная формула nс )

q В результате делений на стадии созревания ( мейоза ) из каждого сперматоцита I порядка образует ся 4 гаплоидных сперматиды

q Каждый овоцит I порядка в результате мейоза образует только одну полноценную яйцеклетку и три редукционных ( направительных ) тельца – мелких клетки , которые погибают и не участвуют в размножении

Сперматогенез

· Происходит в мужских половых железах – семенниках ( постоянно или периодически , сезонно ) Фаза размножения q Специализированные соматические диплоидные клетки стенки семенника (2n4c) – примордиальные клетки , которые…

Схема гаметогенеза

Сперматогенез ( в семенниках ) Овогенез( в яичниках )

Первичные половые клетки мигрируют в область будущих гонад

♂ Гоноцит (2n , 2с ) Фаза размножения ♀ Гоноцит ( 2n ,2 с )

Сперматогонии ( 2n2c ) Митоз Овогонии (2n2с )

2n2с Ового

Сперматоцит I порядка Фаза роста Овоцит I порядка

2n , 4c

Фаза созревания

Сперматоцит II порядка (n ,2c) n , 2с Полоцит I Овоцит II порядка(n ,2с )

Мейоз Оплодотворение

Сперматиды (n , с)

n,сПолоциты Полоцит II Зрелая яйцеклетка

3 полярных тельца (n ,с ) (nc )

( гибнут )

Фаза формирования

 

Зрелые сперматозоиды ( n , с )

 

Отличия ( особенности ) митоза от мейоза

Сходства митоза и мейоза

5. Образуются дочерние клетки

6. Одинаковые фазы ( про-, мета-, ана- и телофаза )

7. Редупликация ДНК осуществляется только один раз

8. Вызывают мутации ДНК, образование аномальных клеток

 

Развитие половых клеток у покрытосеменных растений

 

· Состоит из двух этапов : спорогенеза и гаметогенеза

q при формировании мужских гамет – микроспорогенез и микрогаметогенез

q при формировании женских гамет – макроспорогенез и макрогаметогенез

· В основе спорогенеза лежит мейоз

Образование мужских гамет

· Микроспорогенез происходит в специальной ( археспориальной ) ткани пыльника тычинок

q Клетки археспориальной ткани пыльника многократно делятся путём митоза –образуются многочисленные материнские клетки микроспор – микроспороцисты (2n 2c )

q Первичные клетки пыльцы осуществляют мейоз ; после двух мейотических делений образуются четыре гаплоидных микроспоры – пыльцевые зёрна ( n c )

v Каждое пыльцевое зерно покрыто двумя оболочками : внутренней ( интина ) и наружной ( экзина )

· Внутри пыльцевого зерна начинается микрогаметогенез , состоящий из двух последовательных митотических делений :

q После первого деления образуются две клетки – вегетативная и генеративная ( ♂ гаметофит покрытосеменных растений )

q Второе деление осуществляет только генеративная клетка , при её делении образуются две собственно половые клетки – спермии

Образование женских гамет

q Крупная клетка делится путём митоза несколько раз , образуя первичные клетки макроспор q Первичные клетки макроспор осуществляют мейоз ; после двух мейотических… · При макрогаметогенезе макроспора осуществляет три последовательных митотических деления

Оплодотворение у животных

· Зигота – клетка , представляющая собой дочернюю особь на наиболее ранней стадии развития · Оплодотворение влечёт : - активацию яйца , т. е. побуждение его к развитию ( является следствием значительных сдвигов в обмене веществ…

Значение оплодотворения

1. Образование зиготы – одноклеточного зародыша

2. Поддержание постоянства кариотипа вида - формирование в зиготе ( и будущем организме ) диплоидного набора хромосом

2. Объединение гаплоидных геномов отцовского и материнского организмов и формирование уникальной комбинации генов в генотипе диплоидной зиготы потомка , т. е. основадля возникновения комбинативной наследственной изменчивости , являющейся элементарным эволюционным фактором ( материал для естественного отбора )

 

Нерегулярные типы полового размножения

Партеногенез ( гр. parthenos – девственница , genos – рождение ) – развитие организма из неоплодотворённого яйца ( без слияния её со сперматозоидом )

· В настоящее время различают естественный и искусственный партеногенез

Естественный партеногенез

q Факультативный партеногенез – любое яйцо способно развиваться как без оплодотворения , так и после него ( встречается у пчёл , муравьёв ,… v Факультативный партеногенез бывает женским и мужским : - женский партеногенез часто встречается у пчёл , муравьёв , коловраток , у которых самцы развиваются только из…

Биологический смысл партеногенеза

q Приспособление к размножению у видов организмов , которые погибали в большом количестве ( дафнии, тли ) или у которых была затруднена встреча особей различного пола

q Широко распространён партеногенез у у личиночных стадий сосальщиков и других паразитов , что обеспечивает им интенсивное размножение и выживание несмотря на массовую гибель на различных этапах жизненного цикла

Искусственный партеногенез

v Для развития яйца необходима активация , которая является тех сдвигов в обмене веществ , которые в естественных условиях возникают в результате… v В эксперименте активация достигается разнообразными воздействиями (… v Оказалось , что сравнительно легко поддаются активации яйца иглокожих , червей , моллюсков , амфибий и даже…

Гиногенез ( псевдогамия )

· Сперматозоид проникает в яйцеклетку и активирует её ( стимулиреют начало дробления ) , но не оплодотворяет её , а погибает ( не происходит кариогамии ) ; развитие яйцеклетки происходит без участия ядра сперматозоида , а появляющееся потомство состоит только из женских особей ( свойственен для некоторых рыб , круглых червей – нематод )

v Так , например , у серебристого карася самцы отсутствуют , а самки мечут икру в тех же местах , где и другие карповые рыбы ; сперматозоиды других видов рыб активируют яйцеклетки карася

v Гиногенез можно вызвать искусственно у тутового шелкопряда , рыб и амфибий

Апомиксис

· Является нерегулярным типом полового размножения у растений

· Под апомиксисом понимают либо развитие из неоплодотворённой яйцеклетки , либо возникновение зародыша вообще не из гамет( например , у цветковых , из различных клеток зародышевого мешка )

Онтогнез , его типы и периодизация

Основные закономерности эмбрионального развития

Онтогенез ( от греч . ontos – существо , genesis- развитие ) – цикл индивидуального развития организма ( животного или растения ) , начинающийся с… · Онтогенез есть категория индивидуальная · В основе онтогенеза лежит реализация наследственной информации особи , на всех стадиях её существования

Типы онтогенеза

· Различают следующие типы онтогенеза : непрямой и прямой · Непрямое развитие встречается в личиночной форме , а прямое в яйцекладной (… Непрямой ( личиночный )тип развития

Периодизация онтогенеза

v В случае человека , а иногда и высших животных , период развития до рождения называют пренатальным , или антенальным , а после рождения –… v В пределах пренатального периода выделяют начальный ( первая неделя развития…  

III. Дробление

q Митотические деления при дроблении в отличие от обычных делений не имеют постмитотического периода ( G1 ) и роста образующихся клеток ; в процессе… q образующиеся в процессе дробления клетки называются бластомерами q Характер дробления у разных групп организмов различен и определяется типом яйцеклетки , т. е . количеством и…

IV. Гаструляция

· Суть гаструляции состоит в перемещении клеточных масс эмбрионального материала с образованием двух или трёх ( в зависимости от вида животных )… Зародышевые листки – пласты клеток , имеющих сходное строение , занимающих… · Различают

Образование двуслойного зародыша

1 . Инвагинация ( впячивание) – один из участков бластулы ( вегетативный полюс ) впячивается внутрь бластоцеля ; при этом бластоцель либо исчезает ,… q Инвагинация характерна для яиц с полным равномерном дроблении ( у ланцетника… v У первичноротых ( к ним относятся большинство типов беспозвоночных ) бластопор превращается в дефинитивный (…

V. Гистогенез и органогенез

· Из эктодермы развиваются эпителиальная и нервная ткани · Из мезодермы развиваются мышечная и группа соединительных тканей · Из клеточного материала энтодермы отдельные ткани не образуются ; она участвует в месте с эктодеомой и мезодермой в…

Механизм нейруляции хордовых

q нервная трубка отделяется от эктодермы , которая над ней смыкается , соединяясь с будущей кожной эктодермой нервной пластинкой - нервным гребнем… q Одновременно с формированием нервной трубки происходит образование хорды ,… q Хорда располагается под нервной трубкой , а вторичная кишка под хордой

Эмбриональная индукция

· На любых стадиях эмбрион представляет собой интегрированную единую целостную систему , все части которой находятся в тесном взаимосвязи и… · В процессе эмбриогенеза одни части зародыша стимулируют к развитию ,… q Данные о таком взаимодействии были получены в опытах по пересадке частей зародыша , проведённых на зародышах амфибий…

Критические периоды развития

· Критические периоды – это периоды наименьшей резистентности ( устойчивости ) к факторам внешней среды · Различают критические периоды в развитии отдельных органов и общие для… · В критические периоды у зародыша сильно меняется метаболизм , усиливается дыхание , понижается иммунитет , меняется…

Целостность онтогенеза

q Генетические факторы запрограммированы в ядре ; в любой клетке большинство генов репрессировано и только часть их активно функционирует ; условно… 1. Гены функционирующие во всех клетках ( гены , кодирующие структуры общие… 2. Гены , функционирующие в тканях только одного типа ( например , синтез миозина во всех клетках мышечной ткани ,…

Провизорные органы зародышей позвоночных

· Недоразвитые органы самого зародыша ещё не способны функционировать по назначению , хотя обязательно играют роль в системе развивающегося… · Время образования провизорных органов зависит от того , какие запасы… · К провизорным органам зародышей высших позвоночных животных амниот ( рептилий , птиц и млекопитающих ) относятся –…

Постэмбриональное ( постнатальное ) развитие

· Характеризуется интенсивным ростом органов и частей организма , переходом функциональных систем на режим взрослого организма v Постэмбриональный онтогенез человека можно разделить на следующие периоды :… · Рост проявляется в прогрессивном увеличении массы и размеров организма , вследствие деления клеток (…

Старость как этап онтогенеза

· Старость характеризуется существенными структурными , функциональными и биохимическими изменениями в организме , ограничивающими его… · Процесс старения распространяется на все функциональные системы и… v У человека различают хронологический ( календарный ) и биологический ( физиологический ) возраст ( людей ,…

Основные гипотезы старения

q Стохастические гипотезы – причина старения – накопление повреждений , случайно ( стохастически ) возникающих в процессе жизнедеятельности ( прежде… q Программные гипотезы – старение детерминировано ( причинно обусловлено)… q Гипотеза А . А . Богомольца – причина старения – нарушение межтканевых системных отношений , особенно соединительной…

Царство бактерии

· Бактерии ( греч. bakterion – палочка ) открыты А. Левенгуком ( голл .) в 1675 году ( имеют около 5000 тыс. видов )

Царство бактерии

    Подцарства Эубактерии Риккетсии Микоплазмы Хламидобактерии Миксобактерии . ( настоящие бактерии )

Внешние структуры бактериальной клетки

11. Капсула – слизистые и клейкие выделения , состоящие из полисахаридов или полипептидов с содержанием воды до 90% , предохраняющие клетку от… - толщина может во много раз превосходить диаметр клетки 12. Клеточная стенка

Внутренние структуры бактериальной клетки

Цитоплазма

· Отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной

· В цитоплазме различают основное вещество – матрикс , рибосомы , мембранные структуры и клеточные включения в виде гранул ( капли жира , крахмал , гликоген , зёрна волютина )

· В цитоплазме прокариот отсутствует цитоскелет ( микрофиламенты , микротрубочки )

 

Ядерный аппарат бактерий ( генетический материал )

· Генетический материал ( наследственная информация ) представлен единственной молекулой ДНК , которая имеет вид замкнутого кольца и называется… · Бактериальная хромосома локализована в ядерной области клетки – нуклеоиде … Нуклеоид – ядерная область прокариотической клетки , содержащая её генетический ( наследственный ) материал ,…

Другие внутренние структуры прокариотической клетки

Рибосомы

- по химическому составу рибосомы бактерий на 65% состоят из РНК и на 35% из белка - образуют особый тип рибосом – прокариотные ( аналогичные рибосомы -70S в…

Мембранные структуры бактериальной клетки

· Не имеют внутренних мембранных органелл

· Имеют слабо развитую систему внутриклеточных мембран ( нет хлоропластов , митохондрий , эндоплазматической сети , комплекса Гольджи , лизосом , вакуолей , микротелец , клеточного центра )

· У некоторых бактерий плазматическая мембрана образует впячивания ( инвагинации ) внутрь клетки и образует т. н. мезосомы ( хондриоиды ) и ( или ) фотосинтетические мембраны

Мезосомы

· Многофункциональный органоид , выполняющий функции митохондрий , ЭПС и комплекса Гольджи ( основная функция мезосом – энергетическая – процессы… · Во время клеточного деления мезосомы связываются с ДНК , что облегчает… · У фотосинтезирующих бактерий в мешковидных или трубчатых впячиваниях плазматической мембраны находятся…

Жизнедеятельность бактерий

 

· Возраст Земли – 4,5 млрд. лет ; через 1,5 млрд. лет после её образования возникли бактерии и течение почти 3млрд. лет были доминирующей формой жизни и только в последние 600млн. лет , после появления высших организмов господство бактерий закончилось

 

Распространение бактерий

· Бактерии освоили самые разнообразные среды : они живут в почве , пыли , воде , воздухе , внешних покровах животных и растений и внутри организма ( в полости рта человека более 100 видов , а в 1 г содержимого толстого кишечника содержится 250 млрд. бактериальных клеток ) ; их можно встретить в горячих источниках при температуре свыше100^оС ( экстремальные термофилы ) счвыуц32, в атмосфере на высоте 10 км. , в рассолах с концентрацией солей 250 г/л , сохраняются после пятидневного кипячения в условиях глубокого вакуума и в холоде до – 190 ^оС ,

· Как правило , любая экологическая ниша занята не одним видом микроорганизмов , а несколькими видами и родами – микробным сообществом

· Движение – с помощью жгутиков , ресничек , реактивным способом ( за счёт выбрасывания слизи ), при участии газовых вакуолей ( почвенные бактерии )

Дыхание бактерий

· При дыхании освобождается больше энергии , чем используют бактерии ( большая часть этой энергии – до 75% - выделяется в окружающую среду в виде… · По отношению к кислороду бактерии делятся на : - аэробные – существующие только в кислородной среде ( туберкулёзная полочка )

Питание бактерий

БАКТЕРИИ автотрофные гетеротрофные фотоавтотрофные хемоавтотрофные фотогетеротрофные хемогетеротроные

Фотосинтезирующие бактерии ( фотоавтотрофы , фотогетеротрофы )

· Для синтеза органических веществ используют световую энергию ( способность к фотосинтезу определяется наличием особого пигмента – бактериохлорофилла )

· Фотосинтез протекает без выделения свободного кислорода ( анаэробный тип фотосинтеза )

· Для ассимиляции СО₂ в качестве доноров водорода используется сероводород , сера , тиосульфат

( например , зелёные , пурпурные серные и несерные бактерии )

 

Сравнение фотосинтеза у прокариот и эукариот

  Хемосинтезирующие бактерии ( аэробные нитрифицирующие , азотофиксирующие ,… Хемосинтез – синтез органических соединений из неорганических за счёт химической энергии, получаемой при окислении…

Рост и размножение бактерий

· Отношение поверхность/объём у бактериальных клеток очень велико , что способствует быстрому поглощению питательных веществ из окружающей среды за счёт диффузии и активного транспорта

· В благоприятных условиях бактерии растут очень быстро ; достигнув определённых размеров , бактерии переходят к бесполому размножению

Бесполое размножение бактерий

· Переход к делению определяется отношением объёма ядра – нуклеоида к объёму цитоплазмы

· Происходит путём простого бинарного деления ( амитоз ) с образованием двух дочерних клеток через каждые 20 – 30 минут ( дочерние клетки расходятся или остаются связанными , образуя характерные колонии ) ; интервал между делениями называется временем генерации

· Перед клеточным делением происходит репликация ДНК ( удвоение бактериальной хромосомы ) , во время которой мезосомы удерживают геном в определённом положении

· У некоторые бактерий возможно бесполое размножение путём почкования

Половое размножение , или генетическая рекомбинация у бактерий

· Происходит в самой примитивной форме ( не образуются гаметы и не происходит слияния клеток ) · Осуществляется обмен генетическим материалом – генетическая рекомбинация … · Суть генетической рекомбинации состоит в том , что часть ДНК клетки-донора переносится в клетку-реципиент , ДНК…

Трансформация

· Из клетки-донора выходит небольшой фрагмент ДНК , который активно поглощается клеткой-реципиентом и включается в состав её ДНК , замещая в ней… 2. Конъюгация – это перенос ДНК между клетками , непосредственно… · При конъюгации может обмениваться значительная часть донорской ДНК

Трансдукция

· При трансдукции небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК попадает из клетки-донора в клетку-реципиент вместе с бактериофагом ( одна из форм вирусов ) ; фаг служит посредником , передающим часть генома одной бактерии ( донора ) другой ( реципиенту )

Приспособления бактерий к неблагоприятным условиям внешней среды

q Споры возникают при недостатке питательных веществ , нагревании , ионизирующих излучениях , избытке токсичных продуктов обмена и других… q Спорообразование начинается с отшнуровывания части цитоплазмы от материнской… q Споры отличаются исключительной устойчивостью к различным неблагоприятным воздействиям

Значение бактерий в природе и жизни человека

· Формирование земной коры и образование осадочных горных пород · Почвообразование · Образование и распад гумуса ( повышение плодородия почвы )

Меры борьбы с бактериями

· Пастеризация – уничтожение микроорганизмов в жидких пищевых продуктах ( молоке , вине , пиве и др. ) путём длительного (15 –30 мин. )… · Консервирование – повышение концентрации соли или сахара · Стерилизация – полное уничтожение микроорганизмов в пищевых продуктах , предметах и средах с помощью высоких…

Значение цианобактерий

q Первыми осваивают безжизненные места обитания – вулканические острова , лавовые потоки ( первичное почвообразование )

q Способны очищать воду , минерализуя продукты гниения ( некоторые виды живут в местах загрязнения органическими веществами , питаясь миксотрофно )

q Азотофиксация

q Встречаются в качестве симбионтов во многих лишайниках

q Входят в состав планктона и бентоса ( начальное звено в цепях питания ; первичные продуценты в биогеоценозах )

q « Цветение » воды в водоёмах , что отрицательно сказывается на жизни их обитателей

q Искусственно разводятся человеком цинобактерии рода анабена на рисовых полях в тропиках с целью обогащения почвы соединениями азота

· Биоиндикация чистоты водоёмов

Архебактерии

· Архебактерии включают несколько групп организмов , живущих в экстремальных условиях : q Метаногенные бактерии ( метаногены ) - живут в пресных и солёных водах , в болотах , стволах деревьв , желудочно-кишечном тракте жвачных животных , а…

Значение архебактерий

· Глобальный биологический метаногенез значительно превосходит геологическую продукцию метана , что возвращает на Землю около 80% энергии… · Коферменты биомассы метаногенных бактерий используются в медицине · Препарат метаногенов КВМ-12 содержит витамин В12 и используется в качестве витаминной добавки к кормам с\х…

Структурные, метаболические и генетические отличия прокариот и эукариот

Общие признаки прокариот и эукариот

1. Клеточная форма жизни 2. Функционирование дискретного организма в виде одной клетки или колонии 3. Единство процессов жизнедеятельности ( питание , дыхание , выделение , раздражимость и т. д. )

Вирусы

· Открыты русским ботаником Д.И. Ивановским в 1892 г. в результате пропускания инфекционного экстракта из растений табака через фарфоровый фильтр с наименьшими порами ( отфильтрованная жидкость сохраняла инфекционные свойства ) ; термин « вирус » ввёл в 1898г. голландец Бейеринк (лат.virus. – яд )

· Относятся к империи неклеточных форм жизни , образуя отдельное царство вирусов ( Vira ) ; описано около 500 видов вирусов

· Представляют собой субмикроскопические объекты , видны только в электронный микроскоп ; размеры от 15 до 1200 нм , в среднем в 50 раз меньше бактерий ( проходят через любые мембраны , клеточные стенки , оболочки и фильтры )

Вирусология – научная дисциплина , исследующая вирусы ( возникла в конце ХIХ века )

· Вирион – зрелая вирусная частица , или элементарное тело вируса в покоящемся состоянии , вне клетки ( внеклеточная неинфекционная фаза существования вируса )

· Вирусы – внутриклеточные облигатные генетические паразиты , способные к функционированию (воспроизведению , наследственности и изменчивости ) только внутри клеток других организмов (вне клетки-хозяина у вирусов не наблюдается каких-либо жизненных проявлений )

· Занимают пограничное положение между живой и неживой материей

· Признаки неживой материи :

q Неклеточное строение ( не имеют ни цитоплазмы , ни органелл )

q Отсутствие обмена веществ и энергии ( метаболизма )

q Отсутствие процессов жизнедеятельности ( питания , дыхания , выделения , раздражимости и проч.

q Не способны к самостоятельному синтезу белка

q Способность большинства вирусов ( вирус табачной мозаики ) к кристаллизации во внешней среде (формы кристаллов вирусов присущи неорганическим кристаллам ) ; в таком недеятельном вирионном состоянии вирусы могут пребывать сколь угодно долго , не теряя способности повреждать живые клетки

q Не имеют воды в составе тела

· Признаки живой материи :

q Наличие в составе тела структурированных белков и нуклеиновой кислоты ( ДНК или РНК )

q Способность репродуцироваться ( только внутри клетки – хозяина )

q Наследственность и изменчивость

 

Строение вирусов

- центральной части – макромолекула нуклеиновой кислоты ( ДНК или РНК ) - наружного белкового слоя – капсида · Вирусная частица – автономный нуклеопротеид

Белковая оболочка вируса ( капсид )

v Капсид вируса табачной мозаики ( ВТМ ) состоит из двух типов белковых молекул – гемагглютининов ( с их помощью вирус прикрепляется к клеточной… v Вирусы способны менять белки капсида на протяжении нескольких лет , т. е.… Функции капсида :

Внешнее строение вирусов

q Спиральная симметрия ( большинство вирусов растений и некоторые бактериофаги ) - капсид имеет форму продолговатых палочек , внутри находится спирально… тая спирально расположенными идентичными капсомерами , образуя с НК единую целостную структуру – нуклеокапсид

Бактериофаги ( фаги )

· Из всех вирусов имеют наиболее сложное строение · Живут и размножаются только в клетках бактерий , вызывая их гибель ( холеры… · Имеют капсид , включающий :

Действие вируса на клетку

1. Проникновение вируса внутрь клетки – хозяина ( начало инфекционного процесса ) ; имеются различные механизмы этого процесса : q Рецепторный механизм ( путём эндоцитоза – фаго- и пиноцитоза ) ; характерен… - связывание вируса с белком рецептором на поверхности мембраны клетки и образование комплекса вирус – рецептор…

Репродукция ( размножение ) вируса внутри клетки-хозяина

- инактивация генома ( ДНК ) клетки и прекращение экспрессии генов ( синтеза клеточных белков ) - изменение обмена веществ клетки под действием генома вируса ( происходит… - синтез ферментов ( РНК-зависимой РНК полимеразы или ДНК-зависимой РНК-полимеразы ) репликации вирусов на основе НК…

Происхождение вирусов

· Поскольку вирусы не содержат рибосом , ни АТФ и не могут существовать вне клеток , считают , что они возникли позднее клеток · Наиболее правдоподобной является гипотеза о том , что вирусы и фаги… · Вирусы быстро эволюционируют ( мутации НК и перестройка белкового слоя , возможность обмена фрагментами НК ) , что…

Значение вирусов

q у человека к вирусным заболеваниям относятся : оспа , бешенство , жёлтая лихорадка , энцефалиты , инфекционные гепатиты , корь , краснуха , грипп… q у животных : ящур и оспа крупного рогатого скота , рожистое воспаление… q у растений : мозаика и скручивание листьев ( табака , турнепса ) , карликовая кустистость , бронзовость томатов ,…

Вирус иммунодефицита человека ( ВИЧ )

· Вирус иммунодефицита человека относится к ретровирусам ; геном ВИЧ представлен одноцепочечной молекулой РНК · В инфицированной клетке с помощью вирусного фермента – обратной… · В состоянии провируса ВИЧ может сосуществовать в инфицированном организме долгое время ( несколько лет ) никак себя…

Пути передачи ВИЧ

· ВИЧ обнаружен в крови , сперме , грудном молоке , секрете шейки матки , слюне , слёзной жидкости , моче человека ; не все эти жидкости могут… · ВИЧ-инфекция не является контагиозной , то есть не передаётся от больного к… · Обычным путём распространения вируса являются :

Мировая эпидемия СПИДа

· В настоящее время говорят о пандемии ВИЧ-инфекции / СПИДа , которая охватила все континенты и представляет реальную угрозу для существования… · Всемирная организация здравоохранения ( ВОЗ ) прогнозирует , что в 2000… · Огромные силы учёных многих стран привлечены для решения проблем лечения и предотвращения распространения…

Способы предохранения от заражения ВИЧ

2. Уменьшение числа сексуальных партнёров , что уменьшает вероятность заражения 3. Борьба с передачей ВИЧ от одного наркомана другому – это в основном борьба… 4. Использование в медицинской практике стерильные одноразовые инструменты ( шприцы , капельницы и др. ) или , если…

Особенности ВИЧ , осложняющие разработку вакцины

2. Длительный латентный ( скрытый ) период ВИЧ-инфекции ( 2 –5 лет ) , когда человек не болеет СПИДом , но является вирусоносителем , заражающим… 3. Репликация генома ВИЧ имеет высокую частоту ошибок , что приводит к… q Первая стадия ВИЧ-инфекции сопровождается интенсивным образованием антител ( гуморальный ) и Т-киллеров ( клеточный…

Основные закономерности наследственности и изменчивости

Наследственность - совокупность механизмов , обеспечивающих структурно-функциональную преемственность организмов в ряду поколений ( т. е.… Наследование - процесс воспроизведения в поколениях общего плана… Этапы развития генетики

Методы генетики

Спецефические методы генетики

1. Гибридологический метод ( открыт Менделем ) - выведение закономерностей наследования на основе количественного учёта ( математической обработки ) гибридного потомства , полученного при скрещивании родителей , отличающихся одним или несколькими признаками

· Мендель выделял и учитывал не весь комплекс родительских признаков и их потомков , а анализировал наследование по отдельным альтернативным признакам ( одному или нескольким : моно- , ди- , тригибридное , полигибридное и т. д. скрещивание)

· Производился точный количественный учёт ( математическая , статистическая обработка ) наследования каждого альтернативного признака в ряду поколений

· Исследовался аналогично характер потомства каждого гибрида в отдельности

2. Генеалогический метод . Составление и анализ родословных

Неспецефические методы генетики

2. Цитогенетический метод - изучение хромосом с помощью микроскопа 3. Популяционно-статистический - изучение распространения отдельных генов или… 4. Мутационный метод - обнаружение мутаций и их наследование в зависимости от способа размножения организма

Материальные основы наследственности

Современное представление о гене

Ген - фрагмент молекулы ДНК , содержащий наследственную информацию о первичной структуре одного белка ( полипептида, фермента ) или о последовательности нуклеотидов одной т-РНК или р-РНК

· Является единицей функционирования наследственного материала , определяющей развитие какого-либо признака ( возможно группы признаков ) или свойства организма ( элементарная структурная и функциональная единица хромосомы )

· первичным продуктом функции гена является и-РНК и далее белок-фермент ( полипептид ) или р-РНК и т-РНК

Современное состояние теори гена ( свойства гена )

1. Выступает как кодирующая система

2. Обладает способностью к ауторепродукции ( репликации )

3. Обладает способностью к мутациям ( элементарная единица мутации гена - мутон )

4. Обладает способностью к рекомбинации ( элементарная единица рекомбинации гена - рекон )

5. Обладает дискретностью действия

6. Существуют структурные , функциональные , регуляторные и модуляторные гены

7. Занимает определённый участок хромосомы – локус

Строение гена

· Ген состоит из многих мутационных мест (сайтов) , разделяемых при рекомбинации Цистрон - наименьший сегмент ДНК ( 800 -1200 пар оснований ) , мутация… · Ген у эукариот состоит из нескольких обязательных элементов :

Классификация генов

1. Структурные гены - гены , кодирующие развитие конкретных признаков ( продуктом первичной активности гена является либо и-РНК и далее полипептид , либо р-РНК и т-РНК )

2. Гены - модуляторы - гены , смещающие развитие признака в ту или иную сторону ( например , частоту мутирования структурных генов ) ; могут быть ингибиторами или супрессорами , подавляющими активность или интенсификаторами - повышающими активность генов

3. Гены - регуляторы - гены, регулирующие активность структурных генов ( время включения различных локусов в онтогенезе )

Генотип - совокупность всех аллелей (генов) организма, полученных от родителей ( вся совокупность наследственной информации организма ) ; совокупность генов диплоидного набора хромосом клетки

n генотип будучи дискретным ( состоящим из отдельных генов ) функционирует как единое целое

Геном - совокупность генов , содержащихся в гаплоидном наборе хромосом клетки

Фенотип - совокупность всех внутренних и внешних признаков и свойств особи , сформировавшаяся на основе генотипа в процессе её онтогенеза, т. е. реализованная часть генотипа

· развивается при взаимодействии генотипа со средой обитания может относительно сильно варьировать у одной особи ) и

Понятие аллели

Аллель - различные формы одного и того же гена( признака ) , расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом ( определяют… · Все аллели данного признака ( гена ) локализуются в одной и той же… Локус - сегмент ( участок ) хромосомы , в котором локализован ген

Взаимодействие аллелей

1. Полное доминирование - явление подавления фенотипического проявления признака доминантным аллелем (геном) действия альтернативного аллеля в гетерозиготе

2. Неполное доминирование - взаимодействие двух аллелей , дающее в гетерозиготе промежуточный фенотип

3. Кодоминантность - независимое друг от друга проявление аллелей в гетерозиготе

 

Моногибридное скрещивание

Моногибридное скрещивание - скрещивание родителей , отличающихся по проявлению одного признака ( одной альтернативной парой аллелей )

· Мендель проводил опыты с горохом ( очень удачный объект для генетического исследования т. к. горох имеет множество сортов , отличающихся только одним , двумя или несколькими признаками способен к само- и перекрёстному опылению , просто разводятся , имеют короткий период развития )

· Для скрещивания использовались экземпляры , относящиеся к чистым линиям , т. е. растениям , при самоопылении которых в ряду поколений не наблюдалось расщепления по изучаемому признаку

· Для записи проведённого скрещивания и его анализа Мендель ввёл буквенную символику

Буквенная символика по Г. Менделю

F - филие (лат.) - дети , гибридное потомство х - скрещивание А -доминантный признак ; а -рецессивный признак ( для обозначения аллелей других признаков используются любые другие…

Наследование некоторых признаков человека

Расщепление ( сегрегация ) генов ( признаков )

· Во втором гибридном поколении ( F2 ) появились особи и с доминантным и с рецессивным признаком т. е. произошло расщепление признака Расщепление - явление распределения доминантных и рецессивных признаков среди… · Во всех подобных случаях соотношение числа потомков с доминантным и рецессивным признаком было близким к 3 : 1 (…

Закон ( правило ) чистоты гамет ( Г. Мендель , 1865 г. )

· Рецессивный ген (а)в гетерозиготе (Аа) не проявляется , но не утрачивается , не изменяется и не смешивается с доминантным геном

· Аллельные гены , находясь в гетерозиготном состоянии , не сливаются , не разбавляются , не изменяют друг друга , поэтому в F₂ прявляются в полном объёме , в « чистом » виде

· Гибриды F₁ - Ааобразуют не гибридные гаметы , а два сорта гамет , каждый из которых несёт либо полный ген А ,либо - а, т.е. несут только один полный ген из аллельной пары

Правило чистоты гамет - при образовании половых клеток аллели не смешиваются , в каждую из гамет попадает только один ген из аллельной пары

Следствие - каждая гамета имеет по одному полному аллелю всех признаков организма и не содержит ( «чиста» ) другого аллеля данного гена

Цитологическое обоснование правила чистоты гамет

· В одинаковых локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены ( у гетерозигот в одной гомологичной хромосоме находится доминантный аллель ,… · При гаметогенезе в мейозе гомологичные хромосомы расходятся по разным… · При оплодотворении гаметы , несущие одинаковые или разные аллели , случайно сливаются друг с другом , принося в…

Неполное доминирование

· В ряде случаев гетерозиготный гибрид F1 - Аа не воспризводит полностью ни одного из родительских признаков и его фенотип носит промежуточный… Неполное доминирование ( промежуточный характер наследования ) - явление… · При срещивании ночной красавицы с красной окраской цветкоа (АА) с растением , имеющим белые цветки (аа) , в F1 у…

Анализирующее скрещивание

· Организмы , имеющие доминантный фенотип , могут обладать доминантным гомозиготным (АА) или гетерозиготным ( Аа) генотипом , т. е. имеют… · Для установления генотипа особи , обладающей доминантным фенотипом( т. е.… · Если от такого скрещивания всё потомство окажется однородным , т. е. расщепления не произойдёт , значит…

Дигибридное и полигибридное скрещиние . Третий закон Менделя

· Законы доминирования и расщепления Менделя, наблюдавшиеся при моногибридном скрещивании сохраняются · Для дигибридного скрещивания Мендель взял гомозоготные растения гороха ,… · Доминантные признаки - жёлтая окраска (А) и гладкая форма (В) семян , соответственно , зелёная окраска (а) и…

Генетика пола

Первичные половые признаки - морфофизиологические особенности организма , обеспечивающие образование гамет , их сближение и соединение при… Вторичные половые признаки - совокупность внешних признаков и особенностей ,… · Подавляющее большинство животных предствлено особями двух полов - мужского и женского

Наследование

Моногенное Полигенное     Аутосомное Сцепленное с половыми хромосомами

III. Мутационный процесс и резерв наследственной изменчивости

· Чаще мутируют рецессивные аллели ( кодируют менее устойчивую к действию мутагенных факторов форму фермента ) · Большинство мутаций носит негативный характер в стабильных условиях внешней… · Мутации рецессивных аллелей фенотипически не реализуются ( не влияют на фенотипы гетерозигот - Аа* ) и не…

VI. Частота аллелей и генотипов ( генетическая структура популяции )

Частота аллеля - фактическая доля аллеля в общем числе аллелей даннго признака · наибольшую ценность имеют рецессивные гомозиготы - а*а* , т.к. связаны с… · при наличии элементарных факторов эволюции идёт эволюционный процесс (адаптациогенез )

Цитоплазматическая наследственность

· Цитоплазма участвует в реализации генетической информации ядерных генов : - синтез белков ( ферментов ) , контролируемых ядерными генами - накопление продуктов деятельности ядерных генов

Плазмогены митохондрий

· Содержит гены : - синтеза т РНК , р РНК и белков рибосом , некоторых ферментов аэробного… - устойчивость к антибиотикам некоторых организмов ( дрожжей )

Плазмиды

· Содержат гены : - устойчивости бактерий к лекарственным препаратам ( антибиотикам , сульфаниламидам и др . ) -способности к синтезу защитных белков - колицинов -плазмидой является половой фактор ( F - фактор ) бактерий , обеспечивающий их коньюгацию и половой процесс

ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Изменчивость     Фенотипическая Генотипическая

Генотипическая изменчивость

Мутационная изменчивость

· Мутационная теория создана Г . де Фризом ( в 1901 г. ввёл термин « мутация » ) Мутационная теория ( основные признаки мутаций ) 1. Мутации - внезепные скачкообразные изменения наследственных факторов ( генотипа и фенотипа )

Значение мутаций

1. Обуславливают генетический полиморфизм природных популяций ( гетерогенность )

2. Морфологические , физиологические , биохимические и др . аномалии клеток и организма

3. Наследственные болезни человека ( ферментопатии, синдромы)

4. Являются элементарным эволюционным фактором естественного отбора , поставляя материал для адаптациогенеза и формообразования

5. Материал для селекции

Причины мутаций

· Усиливают интенсивность естественного мутационного процесса в 10 - 100 раз ( наиболее мощные химические супермутагены в тысячи раз ) · Мутагены универсальны , т. е способны вызывать мутации во всех живых… · Мутагены не имеют нижнего порога мутационного действия , т. е. способны вызывать мутации в любых малых дозах

Мутагенные факторы внутренней среды

1. Процесс мейоза при гаметогенезе и спорогенезе ( кроссинговер, расхождение хромосом в анафазе )

2. Процесс митоза ( для соматических клеток )

Частота мутаций

· Частота спонтанного мутирования генов невелика и исчисляется единицами , реже десятками и совсем редко сотнями случаев на 1 млн. гамет ( учитывая… · Средняя частота мутаций сопоставима у широкого круга существ (от бактерий… · У человека на каждый гаплоидный набор генов за поколение возникает от одной до десяти новых мутаций

Генные мутации ( точковые , истинные )

* генные делеции - выпадение пары или нескольких нуклеотидов * генные дупликации - добавки пары или нескольких нуклеотидов * генные инверсии - перестановки положения нуклеотидов внутри гена

Хромосомные мутации ( хромосомные перестройки , аберрации )

· Во всех случаях возникают в результате разрывов хромосом ( чаще в гетерохроматиновых участках ) под действием мутагенных факторов или вследствие… · Изменяют дозу некоторых генов , перераспределение генов в группах сцепления… · Диагностируются по изменению морфологии метафазных хромосом под микроскопом

Геномные мутации

Геномные мутации – мутации, связанные с изменением числа хромосом в клетке, вследствие нарушения функций ахроматинового веретена в мейозе ( приводит к образованию аномальных гамет )

· Идентифицируются в световой микроскоп

· Вызывают значительные изменения фенотипа и реализуются в первом поколении

· Выделяют : полиплоидию, анеуплоидию и гаплоидию

Полиплоидия

· Полиплоиды с многократным повторением одного и того же основного набора хромосом (одного биологического вида) называются автополиплоидами Причина возникновения автоплоидов : 1. Инактивация веретена деления в мейозе1 , приводящая к образованию гамет с нередуцированным числом хромосом ( 2 n )…

Значение полиплоидии

· Распространена в основном у растений ( более трети всех цветковых растений полиплоидны , до 80% растений северных широт , высокогорных растений и… · Более высокая устойчивость полиплоидных форм растений к неблагоприятным… · Растения , имеющие нечётный набор геномов - 3n , 5n характеризуются резким снижением плодовитости и гибелью в связи…

Анеуплоидия ( гетероплоидия )

Причина - инактивация отдельных нитей веретена деления в мейзе - 1 и , как следствие , образование гамет , в которых некоторые хромосомы отсутствуют… ( n + 1 ) + n = 2n +1- трисомия по определённой хромосоме ( носители мутации -… ( n - 1 ) +n =2n - 1- моносомия по определённой хромосоме ( носители мутации - моносомики)

Гаплоидия

Гаплоидия - уменьшение числа хромосомных наборов по сравнению с диплоидным в два раза

· Клетки таких организмов имеют по одной хромосоме каждой гомологичной пары ( все рецессивные алллели проявляются в фенотипе , что снижает жизнеспособность гаплоидов )

· Гаплоидные растения отличаются от диплоидных меньшими размерами , что связано с пониженной вдвое дозой генов

· У гаплоидных организмов нарушается процесс мейоза , что делает их бесплодными

· В естественных условиях обитания обнаруживаются в основном у растений в том числе у высших ( дурман , пшеница , кукуруза ) ; в эксперименте воздействием резких колебаний температуры на икру получены гаплоидные тритоны , отличающиеся пониженной жизнеспособностью

Соматические мутации

· Различают генные , хромосомные и геномные соматические мутации · Механизмы развития и частота возникновения соматмческих мутации сходны с… · Соматические мутации наследуются потомками только той клетки , в которой они произошли , поэтому распространение её…

Значение соматических мутаций

· Соматические мутации могут иметь эволюционную ценность , если возникшие в их ходе мозаичные организмы будут иметь адаптивное преимущество в селективном размножении

· У растений , использующих бесполое или вегетативное размножение , могут иметь важное значение , особенно для селекции

· Вызывают появление аномальных мозаичных фенотипов со сниженными функциональными и социальными ( у человека ) возможностями

· У животных и человека в определённых органах , например печени , закономерно имеются полиплоидные клетки , число которых увеличивается с возрастом ( учитывая более крупные размеры таких клеток , избирательная соматическая полиплоидия является полезной ,т. к. способствует увеличению функциональных возможностей органа

· Изменение числа хромосом и их морфологии типично для клеток злокачественных новообразований ( раковых ) животных и человека

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

5.Мутационный процесс у генетически близких видов и родов протекает параллельно , в результате у разных форм возникают сходные мутации , образующие… · Причиной данной закономерности является сходная реакция генотипов… Закон гомологических рядов наследственной изменчивости - генетически близкие виды и роды характеризуются сходными…

Комбинативная изменчивость

· Приводит к получению бесконечно большого количества новых , уникальных сочетаний (комбинаций) родительских генов в гибридных генотипах организмов… · Достигается в результате трёх процессов : 1. Независимое и случайное расхождение гомологичных хромосом в анафазе первого мейотического деления

Значение комбинативной изменчивости

1. Поставляет эволюционный материал ( до 80% ) для адаптациогенеза и формообразования в результате естественного отбора ( отмечалась Ч. Дарвиным в качестве важнейшего фактора видообразования )

2. Материал для получения новых форм в селекции

Фенотипическая изменчивость ( модификационная или ненаследственная )

Модификации - фенотипические изменения организма , развивающиеся без изменения генотипа , в результате воздействия условий развития или факторов… · Связана с изменением ферментативной активности и интенсивности… · Ненаследственна , т. к. не связана с изменением генотипа или кариотипа , т. е. сохраняется только на протяжении…

Значение модификационной изменчивости

2. может вызывать негативные изменения -морфозы - результат резкого отклонения индивидуального развития от нормального пути ) 3. Ведёт к появлению широкого спектра фенотипов в рамках неизменного генотипа… · Размах модификационной изменчивости ограничен нормой реакции

Статистические закономерности модификационной изменчивости

· Частота встречаемости каждого варианта в таком вариационном ряду различна ( чем дальше признак стоит от среднего значения , тем реже он… Варианта - конкретная величина признака или свойства организма Вариационная кривая - графическое выражение модификационной изменчивости данного признака или свойства , т. е. нормы…

Вариационнвя кривая распределения модификаций в вариционном ряд

P    

Различия в проявлении мутаций и модификаций

Общие признаки мутационной и модификационной изменчивости

1. Приводят к изменению фенотипа особей

2. Является неотъемлимой чертой всех живых организмов

3. Характерна для всех признаков всех организмов

4. Причинами изменений фенотипа являются реакции генотипа на условия развития и факторы окружающей среды

5. Могут возникать в любом периоде онтогенеза

6. Могут привести к формированию как адаптивных , так и негативных признаков организма ( вредные мутации и морфозы )

7. Используется в селекции для повышения продуктивности пород и сортов

8. В основе реализации лежит изменение ферментативной активности и особенностей метаболических реакций

9. Возможна их искусственная индукция

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

Цели и задачи :

1. Изучает явления наследственности и изменчивости в популяциях людей

2. Особенности наследования нормальных и патологических признаков

3. Выявление и профилактика наследственных болезнейц ( мониторинг наследственных аномалий )

4. Зависимость заболеваний от генетической предрасположенности и факторов среды

· Составляет важнейшую теоретическую основу современной медицины

· Основные закономероности наследственности и изменчивости человека были открыты благодаря применению гибридологического метода Г. Менделя

Особенности человека как объекта генетических исследований

2. Медленная смена поколений , происходящая в среднем через 25 лет 3. Низкая плодовитость ( невозможность корректного применения статастического… 4. Позднее наступление половой зрелости - 13 -15 лет и значительная продолжительность жизни (даёт возможность генетику…

Методы изучения генетики человека

· В основе метода лежит составление и анализ родословных ( введён в науку в конце XIX в. Ф. Гальтоном ) ; суть метода состоит в прослеживании… · Широко используется для медико - генетического консультирования и… · Родословная составляется по одному или нескольким признакам

Близнецовый метод

· Наиболее ранний , трудоёмкий , широкоприменяемый в настоящее время , высокообъективный метод Однояйцевые ( монозиготные , идентичные ) близнецы : · - развиваются из разъединившихся бластомеров одной оплодотворённой яйцеклетки

Цитогенетический метод

· Основан на методе дифференциального окрашивания хромосом ( Т. Касперсон , 1969 г. ) который позволяет точно идентифицировать хромосомы по… · Обычно делают микрофотографии , а затем вырезают отдельные хромосомы и… · Материалом для исследований служат клетки из разных тканей - лимфоциты , клетки костного мозга , фибробласты ,…

Биохимический метод

· Основан на биохимическом выявлениии первичных генных продуктов ( структурных , ферментативных и циркулирующих белков )

· Метод отличается большой трудоёмкостью , требует специального оборудования , очень достоверен и используется крайне редко

· Применяются также микробиологические тесты выращивания некотрых штаммов бактерий на спецефических аминокислотных питательных средах

· Используется для диагностики болезней обмена веществ ( ферментопатий ) ; открыто около 500 молекулярных болезней , являющихся следствием проявления мутантных генов

Метод дерматоглифики

· На земле нет двух людей с одинаковыми рисунками на пальцах , кроме монозиготных близнецов ; при повреждениях кожи ( ожог , отморожение , травмы )… · Разделы дерматоглифики : - дактилоскопия - изучение узоров на подушечках пальцев

Популяционно - статистический метод

· Применяется закон популяционной генетики Харди - Вайнберга ( вычисление частот аллелей и относительных соотношений генотипов в генофонде… · Используются архивы больниц , родильных домов , опросы , анкетирование (… · Метод позволяет изучить :

Метод гибридизации соматических клеток

· Соматическте клетки содержат весь обьём генетической информации ; на уровне соматических клеток человек стал экспериментальным объектом генетики… · Культуры соматических клеток используют для следующих генетических… - простое культивирование - получение достаточного количества клеточного материала для цитогенетических ,…

Метод моделирования

· Для моделирования определённых наследственных аномалий человека подбирают и изучают мутантные линии животных , имеющих сходные нарушения (… · Метод даёт возможность установить механизм развития данной аномалии · В последнее время используются методы математического моделирования для исследований в популяционной генетике (…

Генетика и медицина ( медицинская генетика )

· Сейчас известно , что от 25 до 50 % числа всех болезней составляют болезни генетической природы ( большинство из них связано с психическими… · Одна из каждых десяти гамет человека несёт ошибочную информацию , около… · Сейчас описано около 3000 наследственных аномалий , что представляет генетический груз человечества

Причины наследственных болезней

· Нарушение в генетическом аппарате половых клеток обоих или одного из родителей под действием мутагенов среды ( ионизирующие излучения , пестициды , формакология , бытовая химия косметика , консерванты , экологические катастрофы , ксенобиотики , канцерогены , наркотики , стрессы и т. д ) ; степень выраженности симптомов зависит от спецефических условий среды

· В настоящее время число наследственных болезней резко увеличивается в связи со значительным повышением мутагенного фона

· На современном уровне развития науки и медицины все наследственные болезни неизлечимы ( возможно ослабление проявления основных симптомов для некоторых генных болезней путём диетотерапии и режима двигательной активности , например , при фенилкетонурии или подагре )

· Условно наследственные болезни подразделяются на хромосомные болезни и генные болезни

Хромосомные болезни

· Составляют 35 - 40 % от числа всех наследственных болезней живорождённых ( 40 - 50 % спонтанных абортов и 6 % мёртворожденных ) ; смертность… · Проявляются ещё во внутриутробном периоде развития · При хромосомных нарушениях развиваются множественные пороки развития , понижение жизнеспсобности и иммунитета ,…

Наследственные аномалии плоидности хромосом

· Мутационные нарушения плоидности хромосом в сторону гаплоидии неизвестны

· Полиплоидия описана в виде триплоидии и тетраплоидии при исследованиях спонтанных абортов и мёртворожденных ( отмечается общее недоразвитие , сращение пальцев кисти и стоп , множественные пороки сердца , уродства мочеполовой и нервной системы )

· около 1% всех зачатий человека приходится на триплоидные зиготы ( описаны единичные случаи рождения три- и тетраплоидных людей , продолжительность жизни которых варьировала от 15 минут до 7 суток ; мозаичная диплоидно-триплоидная форма обнаружена у жизнеспособных детей 9 - 10 лет )

Анеуплоидные ( гетероплоидные ) аномалии человека

Нарушение числа аутосом

· Моносомия по аутосомам приводит к гибели на стадии раннего развития ( уже у спонтанно абортированных эмбрионов такая аномалия не встречается )

Трисомия - 21 ( болезнь Дауна )

· Причина патологии - трисомия по 21 хромосоме - кариотип 47 (21+) или 47, XX+21 ; 47, XY+21

· Наиболее распространённая из всех хромосомных аномалий , частота рождения составляет 1 :500 ( до 40% детей с этой болезнью рождают матери старше 40 лет )

· Диагностические признаки : монголоидность , укороченные конечности , микроцефалия , аномалии лица , психическая отсталость , нарушения строения сердца и крупных сосудов , снижение иммунитета ; 17 % больных умирает в 1-й год жизни

Трисомия - 13 ( синдром Патау )

· Кариотип - 47 (13+) или 47 , XX + 13 ; 47 , XY + 13

· Частота 1 : 14 500 (глухота , аномалии сердца и почек , полидактилия и сращение пальцев , изменение дерматоглифики , умственная отсталость, отсутствие глаз , расщепление нёба , деформации кистей и стоп ; продолжительность жизни таких детей менее года )

Трисомия - 18 ( синдром Эдвардса )

· Кариотип - 47 (18+) или 47, XX+18 ; 47, XY+18

· Частота 1 : 4500 ( множественные пороки многих органов , умственная отсталость , искажённая дерматоглифика , недоразвитие нижней челюсти , аномалии черепа , кистей , ушей ; смерть наступает до 2 - 3 месяцев )

· Трисомии описаны для 8 , 9 , 14 , 22 аутосом ( единичные случаи , все они летальны ещё при внутриутробном развитии ) ; описаны случаи аутосомных тетрасомий и пентасомий , но они тоже летальны

Нарушение числа ( анеуплоидия ) половых хромосом

· Причиной является нерасхождение половых хромосом в мейозе ово - или сперматогенеза , приводящее к образованию гамет с лишней или вообще без гетеросом , которые при оплодотворении их нормальными гаметами приводят к образованию зигот с изменённым количеством гетеросом

Полисомии по половым хромосомам

· Известны у женщин ; частота синдрома 1 : 700 ( 0,1 % ) · Нерезкие отклонения в физическом развитии , нарушения функций яичников ,… Тетрасомия ( 48 , XXXX ) - приводит к умственной недостаточности разной степени

Наследственные болезни генных мутаций

· Всякая мутация гена ведёт к изменениям структуры белка ( фермента ) или его количества , что проявляется биохимически в нарушениях обмена веществ… · Различают аутосомно-доминантные и аутосомно-рецессивные болезни , а также… · Накапливаются в популяциях в связи с частой рецессивностью мутаций и накопительным характером патологических…

Аутосомно - доминантные болезни

Централопатическая эпилепсия

Хорея - непроизвольные движения лица и конечностей , нарушения психики

Глаукома - слепота и дегенерация нервных клеток

Мышечная дистрофия - аномалии функций мышц

Полипоз кишечника - множественные полипы , перерождающиеся в рак

Брахидактилия ( короткопалость ) - укороченные концевые костные фаланги

Ахондроплазия - карликовость

Аутосомно - рецессивные болезни

Серповидно-клеточная анемия- хроническая гипоксия , тромбоз и смерть в начале жизни

Гидроцефалия - накопление жидкости в черепной коробке , физические и психические нарушения

Врождённая глухота

Фенилкетонурия - уменьшение тонуса мышц , депигментация кожи , волос , радужной оболочки , миктоцефалия , умственная отсталость

Цистический фиброз - нарушение функций поджелудочной и других желёз , пневмония и гибель

Болезнь Тея - Сакса -паралич , слепота , нарушения психики и смерть до 3 лет в потомстве двоюродных братьев и сестёр

БолезньНиманна - Пика -накопление липидов в нейронах , нарушение психики , замедление роста , смерть в первые 3 года жизни

Болезни , контролируемые генами , локализованными на X- илиY-хромосоме

Гипофосфатемия - потеря организмом фосфора и недостаток кальция , размягчение костей Мышечная дистрофия -нарушения структуры и функций мышц , начинающиеся в 20 -30… Ночная слепота -неспособность видеть в темноте

Болезни с наследственным предрасположением

· Проявление болезни зависит от действия факторов внешней среды ( стресс , климатические условия , инфекция , спектр питания и т. д. ) ; они могут не проявиться при благоприятных условиях или проявиться в слабой степени

· Имеютсущественно большее накопление повторных случаев болезни среди родственников больных по сравнению с частотой данного заболевания в попляции

· Ряд патологических признаков человека определяется несколькими генами ( полигенные болезни ) Примерами таких заболеваний являются гипертоническая болезнь , атеросклероз , подагра , ишемическая болезнь сердца , язвенная болезнь , дерматиты , некоторые формы диабета , шизофрения

Профилактика наследственных болезней и медико- генетическое консультирование

· Профилактика наследственных аномалий проводится на генотипическом и фенотипическом уровне

Фенотипический уровень профилактики :

1. Генетический контроль за агентами среды - потенциальными мутагенами - загрязнениями среды , стрессами , фармакологией , бытовой химией , пищевыми источниками , ионизирующими излучениями , экологическими факторами и т. д.

2. Ослабление действия мутагенов

n уменьшение дозы облучения от естественных и искусственных источников

n снижение содержания химических мутагеновв окружающей среде ( промышленные отходы , вещества бытовой химии , ядохимикаты , пищевых токсины , косметика и т. д. )

n предупреждение действия биологических мутагенов ( вирусных и инфекционных заболеваний )

Генотипический уровень профилактики

Антимутагены ( протекторы ) - соединения , нейтрализующие мутаген до его реакции с молекулой ДНК или снимающие её поражения , вызванные мутагенами (… n в качестве антимутагенов применяют цистеин , позволяющий переносить… 2. Медико-генетическое консультирование

Лечение наследственных болезней

n диетотерапия, обеспечивающая поступление оптимальных количеств веществ в организм , что снимает проявление наиболее тяжких проявлений болезни -… n введение в организм недостающего фактора и фармакотерапия - периодические… n хирургические методы - удаление органов , коррекция повреждений или трансплантация ( полипоз незаращение верхней…

Взаимодействие генов

Наследование - процесс воспроизведения в ряду поколений структурно-функциональной организации и отдельных признаков у особей биологическогг вида · Наследование признаков описывается тремя схемами : 1. Один ген контролирует развитие только одного признака - моногенное наследование

Взаимодействие аллельных генов ( одной аллельной пары )

1. Полное доминирование 2. Неполное доминирование 3. Сверхдоминирование

Взаимодействие неаллельных генов

· Происходит в случае , если развитие признака признака определяют несколько генов

· Приводит к необычному расщеплению по фенотипу в потомстве дигетерозиготы - 9:3:4 ; 9:7 ; 9:6:1 ; 13:3 ; 12:3:1 ; 15:1( видоизменение общей менделевской формулы 9:3:3:1 )

· Все возникающие отклонения касаются только фенотипических классов и не затрагивают генетических основ наследования ;

· Возможны случаи взаимодействия двух , трёх и большего числа генов

· Известны четыре основных формы взаимодействия неаллельных генов - эпистаз , полимерия , комплементарность и плейотропия

Эпистаз

Эпистаз - вид взаимодействия неаллельных генов , при котором один ген ( ген- супрессор ) полностью подавляет действие другого неаллельного гена ( гипостатический ген ), контролирующщего тот же признак

Эпистатический ген ( ген - супрессор, ингибитор) - ген , подавляющий действие другого неаллельного гена

Гипостатичный ген - ген , действие которого подавляется эпистатичеким геном

· Эпистатичкие гены могут быть как доминантными , так и рецессивными , что определяет тип эпистаза

Типы эпистаза

1. Простой доминантный эпистаз ( А > В ; А > вили В > А; В > а)

· Расщепление по фенотипу в этом случае выражается соотношением 12 : 3 : 1 или 13 : 3

· Примером доминантного эпистаза служит наследование окраски плодов у тыкв , окраски оперения кур

2. Простой рецессивный эпистаз ( а > В ; а > вили в > А ; в > а )

· Расщепление по фенотипу в этом случае выражается соотношением 9 : 3 : 4

· Примером рецессивного эпистаза служит наследование окраски шерсти у домовых мышей

q У человека эпистаз проявляется в наследовании способности к синтезу некоторых специфичеких белков , развитие некоторых видов ферментопатий ( т. е. наследственных болезней , связанных с отсутствием каких-либо ферментов )

 

Комплементарность

Комплементарные гены ( дополнительные гены ) - неаллельные доминаниные гены , при взаимодействии которых возникает новый признак , отсутствующий у… · В присутствии только одного доминантного гена ( аллеля ) признак не… v Примером такого взаимодействия является наследование окраски венчика у душистого горошка ; красный цвет венчика…

Полимерия

Полимерные гены ( множественные гены , полигены ) - гены из разных аллельных пар, контролирующие развитие одного фенотипического признака q Признак ,фенотипическое проявление которого зависит от взаимодействия… · Полимерные гены могут доминантными и рецессивными и обозначаются одной буквой с цифровым индексом - А1 , А2 , А3 ,…

Плейотропия ( множественное действие гена )

· Причина плейотропного влияния гена в действии первичного продукта этого гена (фермента, белка ) на различные процессы в организме , участие его в… · Чем раньше в процессе онтогенеза особи проявится действие плейотропного…  

Основы селекции

· Научные основы селекции развиты в классических трудах Ч. Дарвина « Происхождение видов » и « Изменение животных и растений в домашнем состоянии »… · Теоретической основой селекции является генетика ; используются достижения… Порода , сорт , штамм – созданная в результате селекции искусственная популяция организмов , обладающая специфическим…

Одомашнивание как первый этап селекции

· Движущая сила доместикации – искусственный отбор ( на ранних этапах – бессознательный , направленный на способность особей размножаться в… · Из 250 тыс. видов высших растений человек использует 5000 полностью… · Из растений первыми были введены в культуру хлебные злаки : ячмень , просо , сорго , рожь , рис и пшеница ( они…

Учение об исходном материале . Центры происхождения и многообразия культурных растений

· Разработано выдающимся советским генетиком и селекционером Н. И. Вавиловым и изложено в его работе « Центры происхождения культурных растений »

· Любая селекционная программа начинается с подбора исходного материала

· Основой успеха селекционной работы является генетическое разнообразие исходной группы растений и животных ; в результате более 60 экспедиций по всем обитаемым континентам Н. И. Вавиловым были установлены 8 центров происхождения культурных растений в которых обнаружено их максимальное генетическое разнообразие ( эти районы совпадают с областями древних цивилизаций , очагами первичного земледелия и скотоводства )

Центры происхождения и многообразия культурных растений ( по Н. И. Вавилову )

· После ряда уточнений в настоящее время насчитывают 12 первичных центров происхождения культурных растений ( П. М. Жуковский в 1970 году установил… · В центрах происхождения сортовое многообразие соответствующих культурных… · Н. И. Вавиловым и его экспедиции собрали самую крупную в мире коллекцию семян растений , насчитывающую в настоящее…

Методы селекции

· Основные методами селекции являются искусственный отбор , гибридизация , полиплоидия , мутогенез ( в последние 10 – 15 лет клеточная и генная инженерия )

 

Искусственный отбор ( подбор родительских пар )

Массовый отбор –выделение , сохранение и использование для размножения организмов , обладающих хозяйственно значимым признаком в наибольшей… - применим в селекции перекрёстноопыляющихся растений и при неродственном… - производится только по внешним , фенотипическим качественным признакам ( без проверки генотипа )

Гибридизация ( скрещивание )

· В селекции применяют различные системы скрещивания    

Родственное скрещивание ( инбридинг )

· Приводит к повышению степени гомозиготности организма ( при самоопылении к 7 – 8-му поколению уровень гомозиготности чистой линии достигает почти… · Как правило приводит к депрессии ( вырождению ) ·Депрессия – общее снижение жизнеспособности и продуктивности организмов при инбридинга , вследствие увеличения…

Неродственное скрещивание ( аутбридинг )

· Приводит к объединению разных наследственных свойств в одном гибридном организме · За счёт комбинативной изменчивости появляются гибриды как с лучшим , так и…  

Гетерозис

· Причина гетерозиса - неясны , в генетике предложены несколько гипотез : q высокая степень гетерозиготности генотипа гибрида , наличие большого числа… q гипотеза доминирования – увеличение числа благоприятных доминантных генов

Индуцированный ( искусственный ) мутагенез

· Частота с спектр мутаций резко повышается при воздействии мутагенов (ионизирующих излучений , химических веществ , экстремальных условий внешней… · Применение ионизирующих излучений в селекции растений и микроорганизмов… · Мутации носят ненаправленный характер (наряду с вредными нередко обнаруживаются и полезные ) селекционер отбирает и…

Межлинейная гибридизация у растений

· Заключается в скрещивании чистых ( инбредных ) линий , полученных в результате длительного принудительного самоопыления перекрёстноопыляющихся… · Инбредные линии создаются в течение 5 – 7 лет путём принудительного… · Производится скрещивание полученных чистых линий между собой во всех возможных комбинациях – это несколько тысяч…

Вегетативное размножение соматических мутаций у растений

· Метод основан на выделении и отборе полезных соматических мутаций по хозяйственным признакам у лучших старых сортов ( возможен только в селекции… · Спонтанные хозяйственно ценные вегетативные мутации встречаются крайне… · При вегетативных мутациях изменяется только один признак или часть тела старого сорта ( масса , размеры , окраска ,…

Методы селекционно-генетической работы И. В. Мичурина

1. Систематически отдалённая гибридизация а ) межвидовая : Вишня владимирская х черешня Винклера = вишня Краса севера (… 2. Географически отдалённая гибридизация : Груша дикая усурийская х Бере рояль ( Франция ) = Бере зимняя Мичурина

Полиплоидия

· Полиплоидия – явление кратного основному числу ( n ) увеличения числа хромосом в соматических клетках организма ( механизм образования… · Наиболее эффективным средством искусственного получения полиплоидов… · Для полиплоидных растений характерно увеличение размеров клеток , всех их органов – листьев , стеблей , цветков ,…

Новейшие методы селекции растений

( клеточная инженерия , хромосомная инженерия , генная инженерия )

Клеточная инженерия

· Культивирование отдельных клеток или тканей на искусственных стерильных питательных средах , содержащих аминокислоты , гормоны , минеральные соли… Селективные среды · Если необходимо , например , получить солеустойчивые растения , то составляется специальная питательная среда с…

Хромосомная инженерия

· Возможно уменьшение или увеличение числа хромосом в любой гомологичной паре – анеуплоидия (гетероплоидия ) ; возможна одновременная анеуплоидия… Дисомик – диплоидный организм , имеющий в клетках пары гомологичных хромосом (… Моносомик ( по определённой хромосоме )– диплоидный организм , имеющий в какой – либо паре хромосом только одну…

Селекция животных

· Имеет ряд особенностей по сравнению с селекцией растений , объективно затрудняющих её проведение 1. Характерно в основном только половое размножение ( отсутствие вегетативного… 2. Немногочисленное потомство ; каждая особь имеет представляет большую селекционную ценность

Методы селекции животных

 

Одомашнивание

· Области приручения животных совпадают с центрами происхождения культурных растений , которые находятся в очагах первичного земледелия древнейших… · Тарпан – предок лошади ( был одомашнен в Приднепровье 4300лет назад и… · Тур – предок крупного рогатого скота ( одомашнен в Европе )

Скрещивание ( гибридизация )

· При подборе пары учитывают родословные каждого производителя ( племенные книги , учитывающие признаки и продуктивность предков ) Родственное скрещивание ( инбридинг )– скрещивание животных , находящихся в… · Приводит к развитию и закреплению желательных хозяйственно ценных признаков

Неродственно скрещивание ( аутбридинг )

· Сопровождается эффектом гетерозиса гибридов F1 Отдалённая гибридизация у животных · Скрещивание животных разных видов и родов ( в зоопарках получены гибриды тигра и льва , лисицы и песца , разных…

Проверка племенных качеств производителей по потомству

· Самцы участвуют в формировани этих признаков у дочерей ( необходимо проверять самцов на ценность по этим признакам , скрещивая их с одними и теми… · Если продуктивность дочерей по этому признаку выше среднепородной , то… · Проблема получения максимального потомства от выдающихся производителей решена путём искусственного осеменения ,…

Метод гормональной суперовуляции и трансплантации

· Изъятие неоплодотворённых яйцеклеток высокопродуктивных самок и гормональное стимулирование овуляции , которая продолжается до наступления беременности – суперовуляция ( позволяет получать от лучших коров десятки зигот в год )

· Возможно искусственное осеменение изъятых яйцеклеток in virto ( в пробирке , вне организма ) с последующей имплантацией зиготы или эмбриона в матку самок малоценных пород , используемых в качестве приёмных « сурогатных матерей » ( методами биотехнологии возможно разделение эмбриона коровы на стадии 16 – 32 клеток на несколько частей и из каждой такой части эмбриона у приёмной матери может развиться полноценный телёнок – полиэмбриония )

 

Отбор спонтанных мутаций и индуцированный мутагенез

· Применяется в селекции тутового шелкопряда для маркировки пола на стадии мужских и женских яиц - грен ( мутация гена количества пигмента в оболочке яйца путём облучения гамма-лучами участка аутосомы )

· Путём отбора спонтанных мутации были получены породы тонкорунных каракульских и курдючных овец

· При помощи супермутагенов у кроликов получены мутации по окраске шерсти

 

Метод регулирования пола организма

 

· У самок тутового шелкопряда гусеницы очень прожорливы и образуют коконы , дающие выход шёлка на 30% меньше чем самцы ( очень желательно при промышленных выкормках выращиватьтолько самцов )

· Б. Л. Астауров разработал методы получения у тутового шелкопряда партеногенеза , дающего только самок , и андрогенеза , дающего одних самцов

· Возможно получение фракций Х и Y сперматозоидов путём дифференцировочного центрифугиро- вания спермы производителей с последующим искусственным осеменением нужной фракцией

Селекция микроорганизмов

· Продуктами промышленной микробиологии являются : ферменты , витамины ( В2 , В12 , биотин , никотиновая кислота , провитамины – каротины ) ,… · Ферментативная деятельность микроорганизмов используется в хлебопечении ,… · Микроорганизмы являются биологическими агентами для биотехнологических производств ( генная, клеточная и…

Этапы селекции микроорганизмов

I. Поиски природных штаммов , способных к синтезу необходимых человеку продуктов II.Выделение чистого природного штамма ( происходит в процессе многократного… из центра колонии на агар-агар )

Биотехнология

Биотехнология – область биологической науки и производства , использующая биологические объекты ( микроорганизмы , клетки , ткани ) и процессы для получения разнообразных билогических соединений , необходимых человеку

· Исторически биотехнология возникла на основе традиционных микробиологических ( большей частью бродильных ) производств ; многие биотехнологические технологии неосознанно применялись в древности при получении хлеба , вина , пива , кисломолочных продуктов ( простокваши , сыра )

· Биотехнология возникла на стыке наук с 70-х годов прошлого столетия , неразрывно связана и опирается на достижения молекулярной биологии , биохимии , микробиологии , генетики , селекции , экологии и др

· Является приоритетной наукой XXI века и уже сейчас играет определяющую роль в научно-техническом прогрессе , от успехов которой в значительной степени зависит будущее человечества

Задачи биотехноглгии

2. Получение достаточного количесства и ассортимента антибиотиков для лечения человека , животных и борьбы с болезнями растений 3. Производство ферментов , необходимых для получения многих продуктов питания… 4. Создание организмов с новыми заданными наследственными свойствами ( трансгенных )

Отрасли современной биотехнологии

· Микробиологический синтез

· Генная инженерия

· Клеточная инженерия

· Инженерная энзимология

· Экологическая биотехнология

· Биоконверсия

· Биогеотехнология

Микробиологический синтез

Микробиологический синтез – синтез органических соединений на основе выращивания микроорганизмов на различных питательных средах

· Объектами , используемыми в микробиологическом синтезе являются бактерии , плесневые грибы , актиномицеты , дрожжи

Продукция микробиологического синтеза

q Ферменты ( широко применяются в пищевой , спиртовой , пивоваренной , винодельческой , мясной , рыбной , кожевенной , текстильной и др .… q Медицинские и ветеринарные антибиотики ( выделено более 3000 тыс. ) q Витамины ( более 20 видов различных витаминоподобных веществ : В2 , В12 )

Питательная среда

· В качестве питательной среды используют дешёвое , недифицитное сырьё , включающее все необходимые для жизни организмов вещества (клетки находятся в суспензии во взвешенном состоянии )

Состав питательной среды :

q Стимуляторы роста – вещества , активизирующие рост

q Источники углерода - углеводы , спирты , органические кислоты , отходы производства : гидрол , маласса – отходы сахарной промышленности , кукурузная мука , зелёная патока парафины , молочная сыворотка и др .

q Источники азота – белки , аминокислоты , соли аммония , нитраты , атмосферный азот

q Источники фосфора - фосфаты

Этапы технологического процесса микробиологического синтеза

· Каждый вид хранится в отдельной пробирке и поступает на производство из научно-исследовательского института , где он и был произведён · В заводской лаборатории происходит размножение полученного вида ; для этого… II этап – ферментация ( культивирование микроорганизмов и синтеза органических соединений )

Схема этапов технологического процесса

Хранение культуры Доставка и хранение сырья

 

Размножение посевного материала в Приготовление питательной среды

Стерильный лаборатории

воздух

Цех чистой культуры Стерилизация питательной среды ( сырья )

Основная ферментация Дозировка среды

 

Выделение и концентрация продукта

 

Побочные продукты Упаковка , хранение и реализация

 

· К преимуществам производства продукции методом микробиологического синтеза относятся её высокое качество , относительная безвредность технологии для окружающей среды и дешевизна ( высокотехнологичное наукоёмкое производство – основа промышленной микробиологии )

· Методами микробиологического синтеза возможно получени продуктов , ранее не известных человеку , например полимерные вещества

v Определённые бактерии могут продуцировать из сахара качественный полимер , содержание которого в клетках достигает 80% собственной массы ( образуемый полимер служит клеткам в качестве запасного материала ) ; нити из « биопласта » применяются для наложения швов на послеоперационные раны , причём через некоторое время они разлагаются биологичесикм путём до безвредных продуктов

v Другие микроорганизмы образуют из крахмала полимер пуллулан , из которого изготавливают тонкие плёнки для герметичной упаковки и сохранения свежести пищевых продуктов , причём продукты вместе с упаковкой можноварить , поскольку пуллулан съедобен и растворяется в горячей воде ( подобно крахмалу )

v Возможно получение ткани и бумаги , сотканой из нитей , изготовленными бактериями из сахара

v Бактерии способны производит новые материалы для электроники , например жидкие кристаллы цифровых индикаторов электронных часов , микрокалькуляторов и особоплоских телевизионных экранов

Генная ( генетическая ) инженерия

· Термин « генная инженерия » используется учёными с 1969 года , когда в США впервые был выделен дискретный ген и подвергнут реконструкции ( как… · Методы генной инженерии позволяют конструировать новые гены , внедрять их в… · Возможно получение самых разнообразных комбинаций генов разных организмов , взятых от различных видов , включая…

Цели генной инженерии

· Создание организмов с заданными , полезными для человека наследственными свойствами

· Основное достижение – получение рекомбинаниных ( гибридных ) ДНК , клонирование их и внесение в генетический аппарат клетки-хозяина , которая таким образом приобретает новые свойства и способность продуцировать несвойственный ей белок

Технология гено-инженерного процесса

Стадии получение рекомбинантных ( гибридных ) молекул ДНК

· Необходимый ген может быть получен двумя способами : искусственный синтез или выделение природных генов · Искусствееный синтез генов вне организма возможен двумя способами : q Ферментативный синтез - « вырезание » необходимого гена из донорской ДНК клеток интересующего организма с помощью…

Достижения генной инженерии

· Синтез гормонов , всегда содержащихся у животных и человека в ничтожных количествах , но абсолютно необходимых для лечения широко… q Таким образом в ряде стран , в том числе и России , получают ряд гормонов (… v Гормон роста человека – соматотропин вырабатывается в гипофизе и контролирует рост человеческого тела ; его…

Проблемы и перспективы генной инженерии

· Повышение сопротивляемости организма человека к заболеваниям · Поиски способов лечения рака на основе изучения механизма образования… · Создание трансгенных растений , способных самостоятельно усваивать атмосферный азот , что исключит необходимость…

Хромосомная инженерия у растений

· В клетках каждого диплоидного организма имеются пары гомологичных хромосом ; такие организмы называются дисомиками · При добавлении третьей гомологичной хромосомы возникает организм , в каждой… · При утрате одной из двух гомологичных хромосом в паре остаётся только одна из них , что при водит к возникновению…

Клеточная инженерия

Клеточная инженерия – система методов , позволяющая конструировать и клонировать клетки и клеточные системы нового типа с новыми полезными для человека свойствами , на основе их гибридизации и реконструкции

· При гибридизаци клеток искусственно объединяют целые соматические клетки с образованием гибридного генома , имеющего хромосомы всех гибридизирующихся клеток

· При клеточной реконструкции новая жизнеспособная клетка создаётся из отдельных фрагментов различных клеток ( ядра , цитоплазмы и др . ) ;

· Задачи клеточной инженерии– получение новых клеток и клеточных систем с ранее не известными полезными для человека признаками и свойствами

· В основе работ по клеточной инженерии лежит метод культуры клеток и тканей на специальных искусственных питательных средах

Метод культуры клеток и тканей

· Питательная среда для выращивания ( культивирования ) любых изолированных клеток должна приближаться к условиям жизни целого организма и… · В изолированных от организма клетках и тканях продолжаются клеточные… · В России и США организованы « банки » клеточных линий , обладающих определёнными генными и хромосомными мутациями…

Использование культуы клеток и тканей растений в практике

Клониальное микроразмножение растений

· Метод культуры клеток растений состоит в том , что отдельная клетка или ткань , помещённая в питательную среду начинает размножаться , образуя… v Если необходимо , например , получить солеустойчивые растения , то… · Вегетативное размножение на искусственных питательных средах позволяет почти бесконечно размножать одно растение из…

Гибридизация соматических клеток ( соматическая гибридизация ) у растений

· Даёт возможность получать гибриды между организмами любых видов , родов и даже семейств, которые не возникают естественным путём из-за барьера… · Полученные гибридные протопласты объединяют ценные признаки растений разных… Этапы соматической гибридизации :

Клеточная инженерия у животных

· Выделение от лучших коров десятков яйцеклеток в год способом гормональной индуктивной полиовуляции ( вызывается одновременное созревание сразу до… · Созданы банки замороженных , искусственно оплодотворённых эмбрионов… Получение трансгенных животных

Гибридизация соматических клеток у животных

· Соматические клетки для культивирования и последующей гибридизации у человека получают из кожи , костного мозга , клеток крови ( лимфоциты ) ,… · При выращивании двух клеточных линий в одной питательной среде происходит… · После митоза и последующего разделения цитоплазмы их двухядерного гетерокариона образуются две одноядерные клетки –…

Получение моноклониальных антител

· Антителообразующие клетки ( В – лимфоциты ) не могут расти и размножаться вне организма на питательной среде ; в то же время существуют… · Созданием искусственных гибридов антител занимается новая ветвь… Технология получения моноклониальных антител

Клеточная инженерия у человека

· Открыта и широко используется возможность оплодотворения яйцеклеток человека сперматозоидами в пробирке и дальнейшее развитие образованных таким образом зародышей при имплантации их в матку матери

· В 1993 году разработана методика получения монозиготных близнецов человека in vitro , путём разделения эмбрионов на бластомеры и доращивания последних до 32 клеток , после чего они могли быть имплантированы в матку женщины

Экологическая биотехнология

q Окисление сточных вод на биологических фильтрах q Утилизация органических и неорганических загрязнений , остающихся после… Активный ил – сложный комплекс разных мокрорганизмов и водорослей , способные поглощать из загрязнённых вод различные…

Биоэнергетика

Биоэнергетика – направление биотехнологии , связанное с получением энергии из биомассы при помощи микроорганизмов · Одним из эффективных методов получения энергии из биомассы является… · Биомасса – это дешёвый и возобновляемый источник энергии ( быстрорастущие деревья или сельскохозяйственные культуры…

Биоконверсия

· Целью биоконверсии является использование дешёвых источников сырья для получения ценных соединений и кормовых веществ q В качестве источника сырья можно применять природный газ , метанол , отходы… v Например , при добыче нефти образуется много сопутствующих газов , которые можно использовать для получения…

Инженерная энзимология

Инженерная энзимология – область биотехнологии , использующая ферменты в производстве заданных веществ · Центральным методом инженерной энзимологии является иммобилизация ферментов… v Ферменты чрезвычайно широко используются в промышленном производстве , медицине , науке ; ферменты чрезвычайно…

Биогеотехнология

· С помощью микроорганизмов в нефтяной промышленности производится : 1. Повышение нефтеотдачи пластов на 20 –30% 2. Поиск нефтегазовых месторождений

Биосфера и человек

Биосфера – область существования и функционирования живых организмов , охватывающая нижнюю часть атмосферы ( аэробиосфера ) , всю гидросферу ( гидробиосфера ) , поверхность суши ( террабиосфера ) и верхние слои литосферы ( литобиосфера )

· Термин « биосфера » предложил Э. Зюсс ( австр. ) в 1875 году , но не развил представлений о биосфере и не дал термину определения

· Учение о биосфере создал русский учёный-геохимик В. И. Вернадский ( книга « Биосфера » , где излагались основы учения о биосфере вышла в 1926 году )

· Биосфера объединяет все современные экосистемы Земли и представляет собой глобальную экологическую систему – экосферу

· Биосфера является самым крупным уровнем организации живой материи , в котором элементарной структурной и функциональной единицей являются биогеоценозы

Границы биосферы

1. наличие жидкой воды 2. наличие ряда биогенных элементов ( макро- и микроэлементы ) 3. поступление солнечной энергии ( радиации )

Живое вещество

· Представляет собой совокупность всех живых организмов ( биомассы ) Земли

· Представляет собой открытую систему , для которой характерны рост , размножение , обмен веществ и энергии с внешней средой , накопление энергии и передача её в цепях питания , распространение

· Живое вещество обладает следующими специфическими свойствами :

Свойства живого вещества

2. Скорость протекания химических реакции в живом веществе в миллионы раз быстрее обычных благодаря участию ферментов 3. Белки и нуклеиновые кислоты структурированы , устойчивы и функционально… 4. Живому веществу присуща подвижность

Функции живого вещества

1. Энергетическая – трансформация и усвоение живым веществом солнечной ( световой ) энергии и передача её по трофической цепи ( цепям питания ) q В основе лежит фотосинтетическая деятельность зелёных растений , образующих… 2. Газовая – трансформация ( превращение) газов в биосфере

Биомасса

· Биомасса биосферы составляет 0,1 % массы земной коры и оценивается примерно в 2,4 10¹² т ; биомасса суши – 99,87% , Мирового океана – 0,13%( это связано с меньшей эффективностью фотосинтеза в воде , чем на суше – использование лучистой энергии Солнца в океане равно 0,04% , на суше – 0,1% )

Биомасса суши

· Неоднородность суши выражается наличием широтной зональности и высотной зональностью q Широтная зональность – определяется количеством получаемой солнечной энергии… q Высотная зональность – определяется высотой местообитания над уровнем моря ( хлорофиллоносные растения не могут жить…

Биомасса почвы

· Мощность почвенного слоя зависит от биомассы находящихся на ней растений и коррелирует с последней · Почва , как среда жизни , имеет большую плотность , малую амплитуду… · Живые организмы почвы представлены корнями растений , бактериями ( 500 т\га ) , грибами , зелёными и сине-зелёными…

Биомасса Мирового океана

· Вода обладает особыми свойствами , важными для жизни организмов – высокую теплоёмкость и теплопроводность , относительно равномерную температуру… · В биомассе организмов Мирового океана преобладают животные ( 94% ) ;… · На долю растений океана приходится до 25% первичной продукции фотосинтеза на всей планете ( свет проникает до…

Поток энергии и круговорот веществ в биосфере

 

· Биосфера является открытой системой , способной существовать только при условии непрерывного поступления из окружающей неорганической среды материи ( веществ ) и энергии

· Важнейшей чертой биосферы , определяющей её существование и устойчивость является наличие биотических круговоротов веществ ( положение о круговороте биогенных элементов – основной закон геохимии биосферы )

Биологический ( биотический , биогенный , биогеохимический цикл ) круговорот веществ

Биотический круговорот веществ – непрерывное , планетарное , относительно циклическое , неравномерное во времени и пространстве закономерное… · Общий (глобальный ) круговорот веществ складывается из отдельных… · С появлением биосферы общий круговорот веществ происходит с обязательным участием живого вещества , а в последний…

Общая схема биотического круговорота веществ ( биогенной миграции атомов )

 

 

Аккумуляция в виде

осадочных пород

Органические вещества консументы (гетеротрофы ) ; орг. остатки Редуценты

( биополимеры – белки , липиды , НК ) гетеротрофы

пищевые цепи , трофические уровни ( детритофаги )

 

I Продуценты

Автотрофы органические остатки после смерти

Зелёные растения

Фотосинтез , хемосинтез

Минерализация органических остатков

Неорганические вещества

( СО₂ , Н₂О , минеральные соли )

 

Биогеохимические циклы отдельных химических элементов

· Биохимические циклы элементов существуют благодаря непрерывному потоку энергии от солнца в виде электромагнитного излучения и активной… · Все геохимические циклы в биосфере неразрывно взаимосвязаны , вычленение… · Круговорот совершает не элемент как простое вещество , а его атомы в составе разнообразных соединений ( как…

Круговорот азота

· Связывание атмосферного азота осуществляется в процессе биологической фиксации за счёт деятельности некоторых микроорганизмов – азотофиксаторов (… q Азотофиксация может происходить в результате электрических разрядов молний ,… · Фермент нитрогеназа бактерий азотофиксаторов расщепляет молекулярный азот и используют его атомы для построения…

Круговорот углерода

· Круговорот углерода осуществляется благодаря процессам фотосинтеза и клеточного дыхания · Круговорот начинается с фиксации углерода СО2 в процессе фотосинтеза… · Органические вещества по цепям и сетям питания распространяется по клеткам всех живых организмов

Круговорот кислорода

· Заключается в том , что атмосферный кислород используется растениями и животными при дыхании, в результате которого освобождается энергия , Н₂О и СО₂

· Источником кислорода является процесс фотосинтеза , при котором кислород , входящий в состав

молекул воды освобождается

· Весь кислород атмосферы проходит через живые организмы примерно за 2 тыс. лет

Круговорот воды

· Регулируется со стороны живых организмов : 1. поглощение и испарение растениями 2. фотолиз в процессе фотосинтеза ( разложение на кислород и водород )

Круговорот серы

· Сера в изобилии присутствует в земной коре , в углях , сланцах , нефтях , природных газах ; в природе переходит из неорганических соединений в… · Источником серы для всех растений и микроорганизмов являются растворимые… · При минерализации органических серосодержащих соединений ( отмершие растительные и животные остатки ) сапрофитными…

Поток энергии в биосфере

q 42% солнечной энергии отражается от облаков , атмосферой пыли и поверхности Земли в космическое пространство ; 15% - поглощаются атмосферой ( в… q Оставшиеся 45% поглощается растениями и почвой ; из этого количества Землёй… · Часть ( около 15 % ) попадающей на Землю солнечной энергии ( видимая часть спектра ) преобразуется растениями в…

Возникновение и эволюция биосферы

· Первые формы жизни представляли собой биохимически простые прокариотические одноклеточные или неклеточные гетеротрофные и анаэробные структуры ,… · Факторы эволюции биосферы : 1. Геологические и климатические изменения на планете

Этапы эволюции биосферы

I этап – биогенез – возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом , определяемое исключительно биологическими закономерностями развития

II этап – ноогенез – развитие биосферы в результате возникновения и человеческого сознания , общества в процессе трудовой ( производственной ) деятельности

 

Ноосфера

Ноосфера ( букв. сфера разума ) – высшая стадия развития биосферы , связанная с возникновением и и становлением в ней цивилизованного человечества,… q Понятие « ноосфера » ввел Э. Леруа ( франц.) в 1927 г. ; большое значение в… · Ноосфера – область взаимодействия природы и общества

Признаки современной ноосферы

1. Возрастающее количество извлекаемых материалов литосферы – рост разработок месторождений полезных ископаемых ( сейчас оно превышает 100млрд тонн… 2. Массовое потребление продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох в… 3. Рассеивание аккумулированной до появления человека энергии Земли в процессе её потребления производством , что…

Основные экологические проблемы современности .

Влияние человека на биосферу

Экологический кризис – состояние среды обитания , которое в результате произошедших в ней изменений становится непригодной для жизни людей и высших… q Ожидаемый кризис по своему происхождению является антропогенным · Причиной возникновения экологических проблем является хозяйственная деятельность человека в биосфере , прогрессивно…

Истончение и локальное разрушение озонового экрана в стратосфере

q Причиной разрушения озонового экрана , защищающего живые организмы и людей от губительного действия жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца , является применение в промышленных и бытовых установках т. н. хлорфторуглеродов – газообразного компонента холодильных агрегатов и аэрозолей

q Сокращение количества озона на 1% ведёт к увеличению заболевания раком кожи на 5 - 7% ( ежегодно 9 тыс. человек только на европейской территории России смертельно заболевают раком по этой причине )

q В1990 году принято решение ( Монреальский протокол ) о полном прекращении производства хлофторуглеродов к 2000 г. , выполнение которого не является международным фактом

Изменение климата Земли

q Возникновение и прогрессивное усиление парникового эффекта – повышение среднеземной температуры планеты , вследствие попадания в атмосферу т. н. парниковых газов – СО₂ ( ответственен за половину парникового эффекта ) , СН₄ , N₂О , действующих как стекло в теплице , затрудняя отдачу тепла с поверхности Земли ( за последние 100 лет концентрация СО₂ в атмосфере увеличилось на 12% )

q Повышение температуры планеты приведет и уже приводит к резкому усилению процесса опустынивания земель , подъёму уровня Мирового океана ( за счёт таяния полярных льдов ) и затоплению огромных площадей суши , стран и регионов , находящихся ниже уровня моря

Изменение состава и загрязнение атмосферы

q Причина – выделение газообразных загрязнителей ( СО₂ , угарный газ СО , SО₂ , метан NH₄ , NО₂ , NO , N₂О , парниковых газов , хлорфторуглеродов , бензопирен ) , поступающих при сжигании ископаемого топлива , выжигания лесов и выбросов промышленных предприятий , работе транспорта

Сокращение количества пригодной пресной воды

q Причины – неконтролируемый рост загрязнителей ( промышленных , транспортных , бытовых , с\х )

Рост народонаселения ( демографический взрыв )

q По разным оценкам , к 2025 году население Земли будет достигать 9,4 млрд. человек ; основная доля прироста населения приходится и будет приходится в будущем на слаборазвитые и развивающиеся страны ; ежегодный абсолютный прирост населения достигает 70 млн. человек или 2%

q Рост народонаселения требует увеличения производства продуктов питания и промышленных продуктов , расширения промышленного производства и , следовательно , увеличения антропогенной нагрузки на биосферу

Загрязнение подземных вод

q Неумеренное применение пестицидов и минеральных удобрений приводят к тому , что они в большом количестве оказываются в грунтовых водах , что приводит к тому , что из многих артезианских скважин США , Западной Европы и России сейчас уже нельзя брать воду для питья

Производство энергии

q Производство энергии с помощью ТЭЦ сопровождается опаснейшим загрязнением природной среды миллионы кубометров вредных отходов от работы… q Производство энергии на атомных электростанциях ( АЭС ) – в 2000 г. около…

Производство пищи . Истощение и загрязнение почвы , сокращение площади плодородных почв

q Причина – чрезмерная эксплуатация , несовершенство с\х производства : водная и ветровая эрозия и образование оврагов , в результате неправильной… q Превышение норм и сроков внесения удобрений приводит к накоплению в почве… q Бесконтрольное и неумелое использование химических средств защиты растений - пестицидов гербицидов , дефолиантов ( 2…

Сведение лесов , распахивание новых земель

q Причина – необходимость расширения площади сельскохозяйственных земель с целью увеличения производства пищи и увеличение объёмов промышленного сырья – деловой древесины , топлива , лекарственного сырья и т. д . ( ежегодно площадь лесов на планете уменьшается на 2% , площадь тропических лесов сокращается со скоростью 15 – 20 га в минуту ; практически полностью исчезли степи в Евразии и прерии в США )

q Лес поглощает атмосферное загрязнение антропогенного происхождения , защищает почву от эрозии , регулирует сток поверхностных вод , препятствует снижению уровня грунтовых вод , обеспечивает функционирование природных экосистем , является источником продовольствия и промышленного сырья , украшением планеты , необходимым психологическим компонентом жизни людей

q Уменьшение площади лесов нарушает круговорот кислорода и углерода в биосфере , ведёт к сокращению видового разнообразия и гибели флоры и фауны Земли , разрушению экосистем

Сокращение природного биологического разнообразия

q В настоящее время около 600 видов позвоночных животных находится на грани полного истребления q Главный ущерб разнообразию связан с освоением новых площадей для… v С лица Земли за последние 300 лет исчезло больше видов птиц и млекопитающих , чем за предшествующие 10 000 лет (…

Кислотные осадки

q Кислые осадки снижают урожай , губят естественную растительность и леса , разрушают архитектурные здания и памятники , вызывают коррозию… q Кислотные осадки переводят нерастворимые соединения , находящиеся в почве ,… 12. Экологический кризис Мирового океана и загрязнение природных вод

Производство промышленных материалов

q Сопровождается прогрессирующим расходованием невосполнимых запасов минеральных веществ ( ископаемых осадочных пород литосферы – нефти, угля, природного газа, руд, минералов и солей ) и воды , в том числе пресной и питьевой , а также образованием огромного количества различных отходов ; происходит истощение природных энергоносителей

q Ежегодно в странах , обладающих развитой химической промышленностью , синтезируется около 250 000 новых химических соединений , многие из которых являются чужеродными для живых организмов , никогда ранее не существовавшие на Земле ( их общее название –ксенобиотики ) , вызывающими разнообразные патологии ; только в медицине уже нашли применение около 5 х 10⁵ лекарственных веществ искусственного происхождения

q Многие искусственно синтезированные соединения ( полимеры ) не разлагаются в природе естественным путём и являются опасными загрязнителями окружающей среды

Незамкнутость биотических круговоротов

q Возникает вследствие извлечения из биосферы сырья ( химических элементов ) в огромных всё возрастающих количествах , производства и применения в промышленности и сельском хозяйстве веществ не используемых другими видами организмов , насыщении среды избыточными количествами чистых веществ ( металлизация биосферы ) и ксенобиотиками

Ограниченность и истощение невосполнимых естественных ресурсов Земли ( горючие и рудные полезные ископаемые )

Изменение химического состава и загрязнение атмосферы Земли

Деградация и разрушение естественных экосистем и биогеоценозов

Загрязнение ближнего космоса

21.21. Локальные вооружённые конфликты , войны , испытания ядерного и обычного оружия , функционирование вооружённых сил

22.22. Отсутствие последовательной экологической политики многих государств мира , слабая экологическая интеграция , несоблюдение международных договорённостей

Ослабление здоровья человечества , вырождение его генофонда

Пути решения экологических проблем

· Человек в дальнейшем будет эксплуатировать ресурсы биосферы во всё более возрастающих масштабах , поскольку эта эксплуатация – непременное и… q Человек – составной компонент биосферы , адаптировался к окружающей среде не… · Сохранять биосферу ( природу ) – не значит сохранять её в нетронутом виде ; проблема состоит в путях достижения…

Основные методы решения экологических проблем

 

Сдерживание роста населения Земли

q Общая численность людей на Земле уже превышает допустимую в несколько раз из-за высоких темпов роста населения , в основном , за счёт стран со слабо развитой экономикой , не способной обеспечить достойное человека качество жизни ; увеличение численности населения неизбежно влечёт усиление удельного давления на биосферу со всеми негативными экологическими последствиями

q Может быть достигнуто благодаря программам планирования семьи , регулированию и контролю рождаемости , повышению уровня жизни ( отмечена закономерность снижения рождаемости параллельно росту благосостояния населения )

Генетический мониторинг популяций человека

q Заключается в создании чувствительных тест- систем для оценки мутагенной активности загрязнителей окружающей среды , позволяющих анализировать динамику генетического груза ( оценка частоты мутаций генов и хромосом , накопленными в процессе эволюции и индуцированными загрязнителями )

q Тест-методами могут служить медико-статистические показатели ( частота спонтанных абортов , частота мертворождений , масса тела при рождении , вероятность выживания , частота наследственных заболеваний , показатели роста и развития детей и т.д . ) или цитогенетические исследования абортированных эмбрионов , мёртворожденных и детей с врождёнными пороками

Рациональное потребление и управление природными ресурсами

q Рекультивация ( восстановление ) земель после использования месторождений q Экономное и безотходное использование сырья в производстве q Глубокая очистка и технологичесокое использование отходов производства

Экологическая стратегия развития сельского хозяйства

q Повышение урожайности с\х культур без негативных экологических последствий может быть достигнуто следующими мерами : 1) Выведение и возделывание новых более продуктивных , устойчивых к болезням и… 2) Орошение засушливых земель ( при дефиците водных ресурсов производится капельное орошение непосредственно к…

Сохранение природных сообществ , экосистем , биогеоценозов ( природного биоразнообразия )

q Местный ( локальный ) и глобальный экологический мониторинг состояния геосфер и биоценозов

q Сохранение и восстановление пригодной для жизни и размножения среды обитания организмов

q Восстановление и охрана лесов от пожаров , вредителей и болезней

q Создание и расширение заповедных зон и зон с ограниченным хозяйственным использованием ( резерватов , заказников , национальных парков , памятников природы , охраняемых уникальных природных комплексов и т. д. )

q Охрана и разведение редких видов растений и животных

Разумное использование биологических ресурсов экосистем

q Поддержание продуктивности популяций путём сбалансированности изъятия биомассы биоценозов

q Искусственное получение естественной продукции экосистем ( рыбоводческие хозяйства , пушные зверофермы , фермы животных , промышленное возделывание лекарственных растений , разработка биотехнологических методов получения необходимого сырья )

7. Широкое просвещение , экологическое образованиеи воспитание населения ; увеличение объёма экологичесой , природоохранной информации , совершенствование способов агитации и пропаганды экологизация сознания и всей человеческой деятельности.

8. Понижение уровня вооружённого противостояния , разоружение

Проведение последовательной экологической политики государств , совершенствование законодательной базы , международная интеграция в решении экологических проблем

10. Решающей мерой для решения всех экологических проблем , в конечном итоге , является развитие духовности человека , осознание им уникальности и уязвимости природы , чувства ответственности за её будущее

« Законы » экологии Б. Коммонера

1. Всё связано со всем

· Отражает существование в биосфере сложнейшей сети взаимодействий , предостерегает человека от необдуманных воздействий на отдельные части экосистем , что может привести к непредвиденным последствиям

2. Всё должно куда-то деваться

· Вытекает из фундаментального закона сохранения материи ; огромные количества вещества извлечены из Земли , преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде , накапливаясь там , где они могут принести большой вред экосистемам и человеку

3. Природа « знает » лучше

· Структура организмов , современных био- и экосистем – результат длительного эволюционного отбора и является оптимальной в сложившихся условиях среды , не требуя улучшения со стороны человека

4. Ничто не даётся даром

· Объединяет три предыдущих закона ; биосфера – единое целое , в рамках которого ничего не может быть выиграно без ущерба в другой составной части ( всё изъятое из биосферы человечским трудом должно быть компенсировано )

 

Происхождение жизни

· Жизнь - … есть способ существования белковых тел , существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой , причём с прекращением этого обмена прекращается и жизнь , что приводит к разложению белка ( Ф. Энгельс )

· Современное определение жизни М. В. Волькенштейна , 1965 г.

Живые тела , существующие на Земле , представляют собой открытые , саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы , построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот

Свойства живой материи

2. Единство биохимического состава – все живые организмы состоят в основном из белков , липидов , углеводов и нуклеиновых кислот 3. Единство структурной организации – элементарной единицей строения ,… 4. Обмен веществ и энергии ( метаболизм ) , состоящий из ассимиляции и диссимиляции , обеспечивающие относительное…

Гипотезы происхождения жизни на Земле

q абиогенез – возникновение живых организмов из веществ неорганической природы q биогенез – возникновение жизни на Земле путём заноса из Космоса живых… q Археобиоз – постепенное возникновение и развтие жизни в течение длительного периода времени

Современные представления о возникновении жизни

Теория абиогенеза ( химическая, коацерватная ) ( А. И. Опарин в 1924 г. , Д. Холдейн в 1928 г. )

· Жизнь - одна из стадий эволюции Вселенной ( закономерный переход химической формы движения материи в биологическую )

· Суть теории в том , что появлению жизни на Земле предшествовал абиогеннный синтез органических соединений ( образование первых органических веществ из веществ неживой природы ) ; на базе этой теории основаны все современные представления о происхождении жизни

· Жизнь – неизбежное следствие длительной химической эволюции соединений углерода , происходившей в процессе эволюции планеты

· Жизнь на Земле возникла естественным путём , существует путь экспериментального решения проблемы

· Для перехода от химической эволюции биологической необходимые естественный отбор целостных, обособленных от среды, но взаимодействующих с ней многомолекулярных систем

Основные положения химической теории

1. Органические вещества образовались из неорганических под действием физических факторов среды

2. Низкомолекулярные органические вещества взаимодействовали ( конденсировались ), образуя всё более сложные высокомолекулярные вещества: белки нуклеиновые кислоты и полисахариды; в результате возникали ферменты и самовоспроизводящиеся системы – гены

3. Гены соединялись с белками в сложные комплексы –открытые системы - коацерваты , вокруг которых образовывались белково- липидные мембраны ( возникла клетка )

Стадии развития Земли ( химические предпосылки возникновения жизни )

q Геологическая история Земли началась более 6 морд. лет назад , когда Земля представляла собой раскалённый свыше 10000 шар , образованный в… q Все химические элементы находились в виде атомов ; вследствие вращения и… Первичная атмосфера - воздушная оболочка Земли , образовавшаяся около 6 млрд. лет назад из газов , поднимавшихся от…

III. Возникновение процесса самовоспроизведения молекул (биогенного матричного синтеза биополимеров )

2. Все необходимые компоненты процесса биогенного матричного синтеза : - ферменты - белки - программа синтеза ( информационная матрица ) – ДНК, РНК

Предпосылки возникновения эволюционной теории Ч. Дарвина

1. В первой половине XIX в. Англия стала одной из самых развитых в хозяйственном отношении стран мира с высоким уровнем урбанизации за счёт… 2. Бурное развитие промышленности и сельскохозяйственного производства ;… 3. Установление факта влияния севооборота , применения удобрений и обработки почвы на морфологию и продуктивность…

Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина

· Изложены в книге Ч. Дарвина « О происхождение видов путём естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь » ,… · Состоит из учения об искусственном отборе и учения о естественном отборе … Проблематика дарвинизма

Логическая структура эволюционного учения Ч. Дарвина

 

Изменчивость

· Для обоснования положения об изменчивости живых существ Ч. Дарвин воспользовался распространёнными примерами из практики растениеводства и… v Не случайно первая глава книги « Происхождение видов » посвящена анализу этой проблемы и называлась « Изменчивость в…

Коррелятивная ( соотносительная ) изменчивость

q Например , согласованно изменяются длина шеи и ног у болотных птиц , длина клюва и языка , мощность мышц и размер костных гребней , которым они… Компенсационная изменчивость · Состоит в том , что развитие одних органов или функций , часто является причиной угнетения других , т. е.…

Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина

1. Все виды живых существ , населяющих Землю , никогда и никем не были созданы , а возникли естественным путём 2. Возникнув естественным путём , виды медленно и постепенно преобразовывались… 3. Факторами создания сортов и пород является наследственная изменчивость и искусственный отбор

Концепция вида. Критерии вида

· Понятие вида – наиболее важное понятие в биологии

· Виды возникли в процессе микроэволюционных преобразований ; особи одного вида имеют общую генетичечскую программу и возникли в ходе предшествующей эволюции

· Между видами невозможен обмен генетической информацией ; виды генетически и экологически изолированы

· Разнообразие форм на Земле представлено видами;явление « вида » универсально для живой природы

· Понятие вида разрабатывается и устанавливается наукой систематикой

 

Развитие представлений о виде

· Д. Рэй ( 1628- 1705 г.) , англ. – первым разработал представление о виде, как систематической единице · К. Линней ( XVIII в. ) – признавал реальное существование вида, как… Вид – совокупность особей , сходных по строению, свободно скрещивающихся друг с другом и дающих плодовитое потомство …

Современная концепция вида

Вид – исторически сложившаяся совокупность популяций, сходных по морфофизиологическим и генетическим свойствам, сободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство в пределах ареала

· Вид – надорганизменный уровень организации живой материи

Критерии вида ( признаки идентификации видовой принадлежности )

I. Морфологический – сходство морфологических наследственных признаков у особей одного вида ( сходство внешнего и внутреннего строения ) 1. разные виды морфологически изолированы 2. использовался в ранней систематике ( К. Линней )

Популяции

Популяция - исторически сложившаяся совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида , длительное время обитающая на части ареала , относительно обособленно от других таких же совокупностей ( способная к самовоспроизведению территориальная группировка особей одного вида ) .

6.определение относится только к двуполым перекрёстно оплодотворяющимся особям.

7.популяция - основная структурная , репродуктивная и эволюционная единица вида ( предмет изучения генетики , экологии , эволюционной теории )

8.формируется исторически в определённых экологических условиях

Виды популяций

2. Клониальные- из особей , размножающихся только бесполым путём . 3. Клониально-панмиктические - половое размножение сочетается с бесполым . … 4. Перманентные - устойчивые в пространстве и времени , способные к неограниченно длительному самовоспроизведению (…

X. Миграция

1. в среднем 0,01% особей в год

2. приводит к объединению генофондов популяции в единый генофонд вида

3. ведёт к освоению новых сред обитания ( возникновение новых популяций )

 

Элементарные факторы эволюции

Элементарные факторы эволюции - процессы , происходящие в популяциях и приводящие к изменению их генофондов

· К эволюционным факторам относятся : мутационный процесс , генетические рекомбинации , изоляция , миграции , популяционные волны , дрейф генов , естественный отбор

· Общим признаком и свойством элементарных факторов эволюции является их способность изменять частоты аллелей и генотипов в генофонде популяций

· Все элементарные факторы эволюции ( за исключением естественного отбора ) являются ненаправленными , т. е. меняют частоты аллелей и генотипов в генофондах популяций случайным образом и способны как существенно ускорить , так и замедлить или временно прекратить эволюционные процессы адаптациогенеза , формо- и видообразования

Мутационный процесс

· Наибольшее значение имеют генные мутации , имеющие наибольшую частоту и способные накапливаться в гетерозиготном состоянии , образуя резерв… · Генные мутации при переходе в гомозиготное состояние ( аа ) проявляются… · Генные мутации приводят к возникновению серии аллелей по каждому признаку ( множественный аллелизм ) и…

Генетическая рекомбинация

· Рекомбинация генетического материала в результате полового размножения ( скрещивание , гибридизация ) приводит к появлению новых сочетаний генов у потомков , часть которых может иметь большее приспособительное значение и подвергается селекции в процессе естественного отбора , что приводит к направленному изменению генофонда популяции - элементарному эволюционному явлению

· Значение рекомбинации - являясь разновидностью наследственной изменчивости ( комбинативная ) поставляет материал для естественного отбора

· Ненаправленный фактор эволюции , поскольку поставляет разные по значению комбинации генов

Изоляция

· Значение изоляции как фактора эволюции : 1. Прекращение потока генов из популяции в популяцию , ограничение обмена… 2. Ограничение свободы скрещивания особей вида ( панмиксии )

Первичная изоляция

· Приводит к резкому снижению или прекращению миграции особей из других популяций · Является пусковым механизмом видообразования · В зависимости от изолирующих причин разделяется на пространственную и экологическую

Экологическая изоляция

v Например , форели озера Севан распадаются на шесть популяций , имеющих различные места нереста в реках , ручьях , питающих озеро · Популяции пространственно не разобщены и имеют единый ареал · Приводит к ограничению миграции и скрещивания особей разных популяций , обитающих в разных экологических нишах

Вторичная изоляция ( биологическая , репродуктивная )

· Возникает вследствие внутривидовых различий организмов · Возникла в результате эволюции · Имеет два изолирующих механизма : презиготический и постзиготический

Постзиготические механизмы

· Включают :

- гибель гибридных эмбрионов

- слабость , нежизнеспособность межвидовых гибридов

- стерильность ( бесплодие ) гибридов

Миграции

· Общее свойство большинства популяций · Противостоит изоляции · Ведёт к обмену генами между популяциями , величина которого зависит от степени изоляции ; чем интенсивнее миграция…

Популяционные волны

· В разной степени характерны для всех видов животных , растений и микроорганизмов · Причины - изменение абиотических и биотических факторов среды · Особенно сильно выражены у насекомых и мелких животных , размер весенней популяции у которых обычно в 1000 раз…

Значение популяционных волн

2. Ненаправленное изменение количества эволюционного материала ( наследственно изменённых особей ) для естественного отбора 3. Ведут к изменению скорости адаптациогенеза и формообразования ( возможно… q При росте численности :

Дрейф генов ( генетико-автоматические процессы )

· Впервые открыли Н. П. Дубинин (рус.), Д. Д. Ромашов (рус.) , С. Райт (амер.) , Р. Фишер (англ.) · Действует только в малых популяциях · Исходная причина дрейфа генов - популяционные волны , приводящие к образованию малых популяций

Результат дрейфа генов ( для малых популяций )

2. Возрастание генетической однородности популяции 3. Может привести к быстрому возрастанию частоты эволюционно ценного аллеля и… 4. В популяциях могут фиксироваться аллели , снижающие жизнеспособность особей , что может привести к гибели…

Естественный отбор - направляющий фактор эволюции

· Учение Ч. Дарвина о естественном отборе имеет основополагающее значение в эволюционном учении , в том числе и современной синтетической… · Естественный отбор - главный , единственный направляющий , движущий фактор… q Направляющая сила естественного отбора заключается в действии его исключительно на повышение приспособленности ,…

Борьба за существование Формы естественного отбора

Движущий отбор - отбор в условия изменения среды обитания в пользу особей с уклоняющимися от ранее установившейся в популяции нормы реакции гена ,… · Происходит при длительном изменении внешних условий в определённом… q Особи с прежней нормой реакции гена ( признаком ) теряют свою адаптивность в новых условиях существования и…

Стабилизирующий отбор

· Теорию стабилизирующего отбора разработал русский акад. И. И. Шмаьгаузен ( 1946 ) Стабилизирующиё отбор - отбор , действующий в стабильных условиях среды… · Осуществляется в малоизменчивах условиях внешней среды

Другие формы естественного отбора

· Такие особи вносят наибольший вклад в генофонд популяции и в большей мере участвуют в эволюционных преобразованиях популяции и вида · Является первичным процессом в эволюционных преобразованиях , лежащим в…  

Основные особенности естественного и искусственного отбора

Общие признаки естественного и искусственного отбора

2. Осуществляются по фенотипу 3. Элементарная структура - популяции ( осуществляется в популяциях ) 4. Осуществляется селективное ( выборочное ) размножение и элиминация непригодных

Борьба за существование - важнейший фактор эволюции

q Термин « борьба за существование » следует понимать в широком , метафорическом смысле , поскольку оно включает и случаи взаимной помощи , симбиоза… Причина возникновения борьбы за существование - 1. Несоответствие между огромным числом особей , возникающих следствие потенциальной способности всех организмов к…

Интенсивность размножения

v С одного растение мака можно получить до 32 тыс. семян , в плоде кукушкиных слёзок не менее 186 300семян, пастушьей сумки - более 70 тыс. , белены…   · Борьба за существование происходит как между собой и другими живыми организмами , так и с физико-химическими…

Межвидовая борьба за существование

· Менее острая , чем внутривидовая , но её напряжённость увеличивается , если разные виды занимают сходные экологические ниши и обладают сходными… · Включает : q Прямое одностороннее использование одного вида другим ( хищник и жертва , паразит и хозяин )

Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами окружающей среды

· Обостряет внутри- и межвидовую борьбу за существование · Результат - выживание в экстремальных условиях наиболее приспособленных… v Примеры у животных : изменение зимой окраски , густоты шерсти , впадение в спячку

Основные открытия в области биологии после создания СТЭ

2. Расшифровка генетического кода (его триплетности, вырожденности и универсальности) 3. Выяснение механизма синтеза белка и регуляции генной активности 4. Открытие внеядерной (внехромосомной) наследстенности – плазмогенов (плазмона)

Эндокринная система ( железы внутренней секреции )

Эндокринные железы ( железы внутренней секреции ) – органы, вырабатывающие и выделяющие в жидкие среды организма специфические биологически активные вещества – гормоны

Эндокринная система – совокупность органов и тканей, вырабатывающих гормоны

К железам внутренней секреции человека и высших животных относятся : гипофиз, эпифиз, щитовидная железа, около- (пара )щитовидные железы, надпочечники, тимус ( вилочковая железа ), поджелудочная железа, половые железы ( яичники и семенники )

Органы эндокринной системы

Центральные :гипоталамус , гипофиз, эпифизПериферические :щитовидная, паращитовидные, надпочечники, тимус, поджелудочная железа, половые железы,

Признаки органов эндокринной системы

2. Анатомически не связаны между собой 3. Синтезируют гормоны 4. Имеют обильную сеть кровеносных и лимфатических сосудов ( кровь приносит сырьё для синтеза гормонов и уносит…

Характеристика ( признаки ) гормонов

2. Высокая биологическая активность – способность быстро и сильно изменять интенсивность метаболизма ( реакция организма осуществляется при… 3. Образуются в микродозах ( микро- и миллиграммах, нанограммах - ) 4. Небольшой размер молекул , позволяющий легко проникать через эндотелий капилляров и мембраны клеток

Химическая природа гормонов

2. Сложные белки – тиреотропин, лютропин 3. Производные аминокислот ( тироксин, трийодтиронин, адреналин и… 4. Стероиды ( гормоны коры надпочечников - кортикостероиды, половые – андрогены, эстерогены )

Гормоны средней ( промежуточной ) доли

Гормоны задней доли ( нейрогипофиза ) – окситрцин, вазопрессин Все гормоны нейрогипофиза синтезируются в гипоталамусе и транспортируются по…  

Гормоны щитовидной железы ( тироксин , трийодтиронин )

1. Тироксин – 1. Повышение основного обмена и образование тепла 2. Усиление окислительных процессов в тканях(расщепление белков, жиров,… 3. Усиление поглощения клетками О и выделение СО , воды и солей

Гипофункция щитовидной железы ( гипотериоз )

Недостаток секреции гормонов компенсируется за счёт разрастания ткани железы и значительное увеличение её объёма 1.Миксидема – тяжёлое заболевание при понижении активности железы у взрослых :… 2. Эндемический зоб – дефицит гормона вызывает значительное увеличение объёма железы, развитию симптомов миксидемы,…

Гиперфункция щитовидной железы ( гипертериоз )

Развивается при избыточном выделении гормонов, вызывает увеличение массы железы ( зоб )

1. Базедова болезнь ( пучеглазие, гипертиреоз ) – резкое повышение основного обмена и теплопродукции, чрезвычайно быстрое расщепление белков и жиров, учащение ЧСС, пучеглазие, сильное исхудание, прожорливость, повышенная возбудимость нервной системы, неврозы, быстрое выведение воды из тканей, сухость кожи

Базедова болезнь лечится хирургически путём иссечением части железы

 

Паращитовидные железы ( околощитовидные )

1. Расположены под капсулой поверхности долей щитовидной железы, по две с каждой стороны, всего их 4 ( по 3-5 мм, общая масса 0,9 г. ); клетки группируются в фолликулы, содержащих коллоид, бедный йодом

Гормон паращитовидных желёз

1. Паратгормон – регулирует содержание кальция и фосфора в организме ( гомеостаз кальция в крови )

Гипофункция( недостаток паратгормона ) – заболевание тетания – снижение Са в крови и увеличение количества фосфатов и калия, освобождение кальция из костей и размягчение костей, повышение возбудимости ЦНС, судороги

Гиперфункция ( избыток паратгормона ) – заболевание остеопороз - разрушение костной ткани, вследствие активизации клеток костной ткани- остеокластов; отложение кальция в необычных местах – сосудах, аорте, почках

 

Надпочечники

1. Парный орган, прилегающий к верхушкам почек (общая масса- 15 г. )

2. Покрыты плотной соединительной капсулой

3. Состоят из двух слоёв: коркового и мозгового вещества ( отделены друг от друга капсулой; имеют разное происхождение, строение и функции – функционируют как две самостоятельные железы )

Гормоны коркового слоя ( минералкортикоиды, глюкокортикоиды, половые гормоны )

Активность коркового слоя и уровень поступления гормонов в кровь регулируется аденокортикотропным гормоном гипофиза – АКТГ( удаление гипофиза ведёт… При удалении коркового слоя надпочечников животное немедленно погибает 1. Минералкортикоиды ( альдостерон ) – регулируют минеральный и водный обмен ( содержание натрия и калия в организме…

Гипофункця коркового слоя ( недостаток кортикоидов)

1. Адиссонова болезнь ( бронзовая болезнь ) – сильное исхудание, мышечная слабость, быстрое утомление, пониженная сопротивляемость организма, отсутствие аппетита, бессонница, бронзовая окраска кожи- меланоз, заканчивается смертью через 2-3 лет ( инъекции кортикостерона активно устраняет эти явления )

Гормоны мозгового слоя надпочечников ( адреналин, норадреналин )

- По своей химической природе относятся к котехоламинам ( в эту же группу входит их предшественник–дофамин ) - Действуют на органы и ткани через находящиеся в них адренорецепторы - При удалении мозгового слоя надпочечников животное не погибает, т. к. отсутствие этого слоя компенсируется усилением…

Поджелудочная железа

1. Является железой смешанной секреции ( мезокринной ), т. е. имеет внешне- и внутрисекреторные функции; расположена в брюшной полости слева, под желудком

2. Внешнесекреторная функция заключается в образовании и выделении в двенадцатиперстную кишку поджелудочного ( панкреатического ) сока с комплексом гидролитических (пищеварительных) ферментов (см. тему « Поджелудочная железа » в разделе « Пищеварени » )

3. Эндокринную функцию выполняют островки Лангерганса (около 3% массы железы ) , состоящие из альфа- ( 25% )и бета- ( 75% ) клеток

Гормоны поджелудочной железы ( инсулин, глюкагон, соматостатин )

Функции: 1. Регуляция углеводного обмена ( единственный сахаропонижающий гормон ) 2. Снижение содержание сахара ( глюкозы ) в крови ( избыток глюкозы, превышающий гомеостазную концентрацию 0, 12%, в…

Половые железы

 

1. Органами внутренней секреции у мужчин являются яички ( семенники ), а у женщин – яичники

2. Являются железами смешанной секреции

3. Внешнесекреторная функции - гаметогенез – сперматогенез и овогенез ( образование мужских и женских гамет – сперматозоидов и яйцеклеток)

4. Внутрисекреторная функция - синтез половых гормонов ( по химической природе являются стероидами )

5. Регулируются гонадотропным гормоном гипофиза

Семенники

10. Парные органы, снаружи покрыты двумя оболочками : серозной и белочной

11. Перегородки белочной оболочки разделяют семенники на дольки

12. В дольках расположены семенные канальцы- ( структурно- функциональные единицы ), впадающие в семявыносящий проток – семяпровод

13. Стенки канальца содержат крупные интерстициальные клетки( клетки Лейдига ), вырабатывающие мужской половой гормон

Гормоны семенников ( андрогены – тестостерон, андростерон )

1. Мужские половые гормоны носят название андрогенов ( истинным мужским половым гормоном является тестостерон, в меньшей степени- андростерон ); наряду с андрогенами семенники вырабатывают небольшое количество женских половых гормонов - эстерогенов

Тестостерон

2. Рост и развитие органов размножения 3. Половое созревание 4. Половое поведение, половое влечение, половая потенция

Яичники

2. Состоят из большого числа ( 300 -400 тыс.) т. н. фолликулов – структурно-функциональных единиц - пузырьков, внутри которых происходит овогенез –… - Созревший фолликул со зрелой яйцеклеткой называется граафовым пузырьком; он… - Из остатков фолликула образуется временная железа внутренней секреции – жёлтое тело ( клетки накапливают жёлтый…

Эстрадиол

2.Формирование вторичных половых признаков женского пола ( телосложение, фигура, отложение жира, волосы, голос, особенности женской психики идр. ) … 3. Половое поведение 4. Регуляция функций добавочных желёз

Железы внутренней секреции ( эндокринная система ) и их гормоны

Нервная система

Функции нервной системы

1. Нервная регуляция регуляция метаболизма ( обмена веществ )

2. Регуляция и координация работы мышц и систем внутренних органов

3. Приспособление ( адаптация ) организма к изменениям внешней и внутренней среды

4. Нервная регуляция гомеостаза

5. Связь организма с внешней средой с помощью органов чувств ( восприятие и обработка информации об изменениях внешней и внутренней среды )

6. Рефлекторная и высшая нервная деятельность ( мышление, поведение , речь, сон и т. д. )

7. Интегрирующая функция – объединение всех клеток, тканей органов и систем органов в единую целостную систему – организм

8. Нейроэндокринная – синтез гормонов ( нейромедиаторы синапсов и гормоны гипоталамуса )

Особенности нервной ткани

· Структурно-функциональной единицей нервной системы является нервная клетка – нейрон ( нейроцит )

· В процессе эмбриогенеза формируется из нейроэктодермы и зародышевой мезенхимы

· В состав нервной ткани входит нейроглия – межклеточное вещество, обладающее глиоцитами ( клетки нейроглии ) ; количественное соотношение : 90% нейроглии и 10% нейронов

· Общие физиологические свойства нервной ткани – возбудимость и проводимость

Общий план строения нервной системы

Нервная система

Центральная нервная система Переферическая нервная система

1. Головной мозг 1. Нервные окончания - рецепторы

2. Спинной мозг 2. Нервные узлы (ганглии ЦНС, ядра за пределами ЦНС)

3. Нервы

 

Соматическая нервная система Вегетативная нервная ситема

1. 12 пар черепно-мозговых нервов 1. Симпатический отдел

2. 31 пара спино-мозговых нервов 2. Парасимпатический отдел

Рефлекс. Рефлекторная дуга

v Основоположником представлений о рефлексах, как бессознательных автоматических актах, связанных с низшими отделами нервной системы, является… · Время от момента нанесения раздражения до появления ответной реакции… · Путь, по которому осуществляется рефлекс, называется рефлекторнрй дугой – структурно -функциональная единица…

Структурно-функциональные особенности компонентов рефлекторной дуги

1. Рецептор (сенсор) - чувствительное нервное окончание дендрита или специализированные клетки, воспринимающие раздражения внешней и внутренней среды

· Функции рецепторов – трансформация (преобразование) энергии раздражителей в электрическую энергию возбуждения (серию электрических нервных импульсов) ; особенности раздражения «зашифповываются» частотой и амплитудой электрических потенциалов

v Рецепторы обладают специализацией (избирательной чувствительностью) , т. е. могут раздражаться толь ко определённым (адекватным) видом раздражителя (энергии): зрительные – светом, слуховые – звуком, тактильные – прикосновением хеморецепторы – действием химических веществ, барорецептроры – давлением и т. д.

v Рецептроры обладают порогом раздражения – минимальной величиной энергии раздражения , ниже которой рецептор не возбуждается

Классификация рецепторов

- по характеру среды раздражения :

экстерорецепторы – воспринимают раздражения внешней среды (рецепторы органов зрения, слуха, вкуса, обоняния, кожные – тактильные, температурные, болевые)

интерорецепторы (висцерорецепторы) – воспринимают раздражения внутренней среды – рецепторы внутренних органов ( хемо-, баро-, осмо- , механо- , вестибуло- , проприорецепторы – рецепторы опорно-двигательного аппарата, раздражающиеся при движении)

2. Чувствительный (афферентный, центростремительный) нервный путь (является дендритом чувствительного нейрона)

Функция – проведение информации от рецептора (серии электрических импульсов) в мозг (чувствительный нейрон)

3. Чувствительный (афферентный) нейрон

· Локализован в ЦНС (спинномозговом нервном узле утолщений задних корешков)

Функция – трансформация нервной (электрической) информации от рецепторов в чувства, ощущения ( именно здесь возникает зрительные, звуковые, вкусовые и др. ощущения)

4. Вставочный ( промежуточный, ассоциативный) нейрон

· Локализован в ЦНС (задних рогах серого вещества спинного мозга); соединяется с чувствительным нейроном с помощью аксона

· Чаще всего мультиполярный, т.е. имеет множество дендритов, с помощью которых соединяется синапсами со множеством других вставочных и двигательных нейронов, обеспечивая интегрированный (объединённый) ответ на любое раздражение (интегрированный ответ включает весь организм, все физиологические показатели и метаболизм, являясь по этой причине максимально эффективным)

· Возможно в одной рефлекторной дуге наличие множества вставочных нейронов, что делает ответную реакцию более интегрированной и эффективной

· Аксон вставочного нейрона передаёт возбуждение в передние рога серого вещества спинного мозга, к двигательному нейрону (мотонейрону)

Функция – соединение чувствительного и двигательного нейронов

5. Двигательный (эфферентный, центробежный) нейрон - мотонейрон

· Локализован в передних рогах серого вещества спинного мозга (ЦНС)

Функция – выработка (генерация) ответной команды на раздражение в виде серии электрических импульсов

6. Двигательный (центробежный) нервный путь – двигательный нерв (аксон мотонейрона)

Функция – проведение команды двигательного нейрона в рабочий орган (эффектор)

7. Эффектор (рабочий орган – ткань, мышца, орган или железа)

Функция – выполнение команды двигательного нейрона (мышца сокращается ,железа выделяет секрет)

Механизм обратной связи

· Совокупность рецепторов рабочих органов (эффекторов) , чувствительного нервного пути и чувствительного нейрона ЦНС носит название механизма… Функция обратной связи – информация мозгу о выполнении рефлекса и его точности… · В случае недостаточной точности и эффективнеости рефлекторного ответа ЦНС по механизму обратной связи получает…

Классификация рефлексов

- по происхождению : безусловные (видовые) и условные (приобретённые)

- по биологическому значению : оборонительные, пищевые, половые, ориентировочные, локомоторные, позно-тонические

- по расположению рецепторов: экстерорецептивные (рецепторы поверхности тела), интерорецептивные (висцерорецептивные) – рецепторы внутренних органов , проприорецептивные ( рецепторы мышц, сухожилий, суставов, раздражающиеся при движении)

- по органам : сердечные, дыхательные, сосудистые и др.

- по характеру ответных реакций : секреторные, трофические (связаны с изменением обмена веществ), двигательные и др.

- по отделам ЦНС : спинальные (спинномозговые), бульбарные ( продолговатый мозг), мезенцефалические ( средний мозг), диэнцефалические (промежуточный мозг), кортикальные ( кора больших полушарий)

- по числу синапсов : моносинаптические (имеют один синапс), полисинаптические ( имеют более чем один синапс)

 

Центральная нервная система

· Все нейроны Ц Н С мультиполярные

Спинной мозг

2. В процессе эмбриогенеза развивается из нервной трубки 3. Располагается в костном позвоночном канале 4. Состоит из 31-33 сегментов, т. е. имеет метамерное строение ( соответствует числу позвонков )

Функции спинного мозга ( рефлекторная и двигательная )

I. Рефлекторная функция( осуществляется серым и белым веществом )

· Все рефлексы спинного мозга врождённые, безусловные

· Рефлексы спинного мозга можно разделить на скелетно-моторные и вегетативные

Скелетно-моторные рефлексы

2. Ахиллов рефлекс ( в поясничном сегменте ) 3. Подошвенный рефлекс ( сокращение мышц подошвы при раздражении их кожных… 4. Сокращение брюшных мышц при внезепном ударе

Вегетативные рефлексы

· В боковых рогах грудных и поясничных сегментов расположены вегетативные спинальные центры симпатической нервной системы, иннервирующие сердце, сосуды, потовые железы, пищеварительный тракт, все органы и ткани организма, рефлексы которых невозможны без спинного мозга

· В крестцовом отделе – вегетативные центры парасимпатического отдела

12. Мочеиспускание и дефекация – опорожнение кишечника ( в крестцовом отделе )

13. Расширение зрачка ( в верхнем грудном сегменте )

14. Потоотделение

15. Сосудодвигательные рефлексы – изменение диаметра кровеносных сосудов.

16. Половые рефлексы: эрекция, эякуляция, оргазм ( в крестцовом отделе )

v Рефлексы присущие только самому спинному мозгу можно изучить только после отделения спинного мозга от головного, например у спинальной лягушки .

II. Проводниковая функция

· Связь осуществляется восходящими и нисходящими путями белого вещества ( восходящие пути проходят в задних и боковых столбах белого вещества, а… 1. Восходящие проводящие пути проводят в средний мозг, потом в кору мозжечка и… 2. Нисходящие проводящие пути ( состоят из аксонов ) соединяют эфферентные нейроны ствола мозга и двигательной зоны…

Головной мозг

· Располагается в полости мозгового черепа · Покрыт ( как и спинной мозг ) тремя оболочками – соединительнотканной… Функции оболочек: опорно-механическая, защитная, амортизирующая, участие в образовании ликвора

Продолговатый мозг

3. Является продолжением спинного мозга ( нижней границей между ними является место выхода корешков первой пары спинномозговых нервов, верхней –… 4. Внутри проходит центральный канал, заполненный ликвором, образующий полость… 5. Состоит из серого и белого вещества

Функции продолговатого мозга ( рефлекторная и проводниковая )

I. Рефлекторная функция

2. Пищевые рефлексы : сосание, глотание, сокоотделение пищеварительных желёз, моторика и перистальтика желудочно-кишечного тракта ( пищевой,… 3. Сердечно-сосудистые рефлексы : частота и глубина работы сердца, просвет… 4. Дыхательные рефлексы( дыхательный центр, обеспечивающий акт вдоха и выдоха – вентиляцию лёгких )

Мост

· Вместе с мозжечком относится к заднему мозгу; развивается из 4 мозгового пузыря нервной трубки

· Имеет продолжающийся из продолглватого мозга центральный канал, покрыт белым веществом, волокна которого идут поперечно к ножкам мозжечка и продольно к продолговатому и спинному мозгу ; внутри расположены собственные ядра серого вещества и ретикулярная формация. В мост заходит полость 4 мозгового желудочка

· В мосте расположены ядра 4 пар перпномозговых нервов ( V – VIII пары )

· Выполняет рефлекторную и основную - проводниковую функцию

Средний мозг

2. Покрыт белым веществом, серое вещество – внутри в виде ядер 3. Имеет следующие структурные компоненты : · Полость среднего мозга представлена продолжением центрального канала , образующая мозговой водопровод ( Сильвиев…

Функции среднего мозга ( рефлекторная и проводниковая )

1. Регуляция мышечного тонуса при движении, ходьбе, стоянии 2. Ориентировочный рефлекс – поворот головы, глаз, ( ушей у животных ) на… · лежит в основе реакции настораживания, которая мобилизует организм на быстрый ответ; И. П. Павло называл этот…

Промежуточный мозг

1. В процессе эмбриогенеза сформировался из второго мозгового пузыря нервной трубки эмбриона

2. Расположен под мозолистым телом , срастается боками с большими полушариями

3. Имеет следующие структурные элементы : таламус ( зрительный бугор ), эпиталамус ( надбугорная область), метаталамус (забугорная область- коленчатые тела) и гипоталамус (подбугорная область)

4. Имеет центральный канал, образующий полость третьего мозгового желудочка и ретикулярную формацию

5. Снаружи мозг состоит из белого вещества, серое вещество в виде ядер находится внутри

6. От ядер серого вещества промежуточного мозга отходят 2 пары чарепномозговых нервов ( IV и III пары )

- Иногда к структурам промежуточного мозга относят бледный шар, эндокринные железы – эпифиз (шишковидная железа) и даже гипофиз

7. Осуществляет рефлеторную и проводниковую функцию

Таламус ( зрительные бугры )

· Все ядра таламуса афферентные, чувствительные Функции таламуса 1. Коллектор всей афферентной информации от рецепторов(кроме обонятельных) – собирает и интегрирует чувствительную…

Гипоталамус ( подбугорная область )

· Имеет нейроны обычного типа и нейросекреторные клетки, вырабатывающие нейрогормоны( вазпрессин, окситоцин, рилизинг-гормоны и т. д. )

· Соединён с гипофизом нервными связями и общей сосудистой сетью, образуя единый гипоталамо-гипофизарный комплкс ( по аксонам нейрогормоны гипоталамуса стекают в гипофиз, где накапливаются и поступают в кровь и лимфу )

· Является высшим подкорковым центром вегетативной нервной системы – высший центр регуляции вегетативных функций

· Является центром интеграции нервной и гуморальной регуляции метаболизма и функций организма в единую нейроэндокринную систему

Функции гипоталамуса

2. Центр терморегуляции 3. Регуляция водно-солевого баланса организма( осмотического давления крови и… 4. Регуляция метаболизма : белкового, жирового и углеводного обмена

Функции мозжечка

· Функции мозжечка исследуют путём раздражения, частичного или полного удаления и отведением биопотенциалов · Выполняет двигательные и вегетативные фенкции 1. Регуляция тонуса и позы

Конечный мозг ( большой мозг, большие полушария переднего мозга )

2. Состоит из двух полушарий (правого и левого), разделённых глубокой продольной щелью и соединённых в средней части пластинкой белого вещества –… · Под мозолистым телом находится свод из изогнутых волокнистых тяжей белого… · Поперечная щель отделяет затылочные доли полушарий от мозжечка

Кора больших полушарий (плащ)

· имеет толщину до 4 мм(2-5 мм в разных участках) и состоит из 10 -14 млрд. нейронов, образующими 6 слоёв, отличающихся функциями, числом и… v кора ( неокортекс, новая кора – филогенетически наиболее молодой и самый… v Увеличение объёма полушарий преднего мозга –цефализация – прогрессивное направление эволюции хордовых животных,…

Базальные ядра серого вещества

1. Представляют собой скопления серого вещества внутри полушарий в толще белого вещества

2. Основные ядра: полосатое тело, миндалевидное тело, бледный шар, хвостатое ядро, чечевицеобразное ядро, скорлупа

· функции : 1. переключение информации, идущей в кору от нижележащих отделов ЦНС на противоположную сторону (перекрёст)

2. 2. участие в регуляции движений

Белое вещество больших полушарий

1. Занимает пространство под корой , между базальными ядрами

2. Состоит из нервных волокон, образующих три системы :

- ассциативные – соединяют части одного и того же полушария

- комиссуральные – соединяют симметричные части правого и левого полушария

- проекционные (проводящие пути – чувствительные и двигательные) – соединяют полушария с нижележащими отделами головного мозга и спинным мозгом

Функции коры больших полушарий

1. Электрическое раздражение отдельных участков (метод «вживления» электродов в зоны мозга) 3. 2. Удаление (экстирпация) отдельных участков (хирургические операции в… 4. 3. Клинические наблюдения ( изучение аненцефалов – людей без больших полушарий)

I. Сенсорные зоны(области) коры больших полушарий

· Занимают небольшую часть коры полушарий ( до 20%) v Размер зоны зависит от количества нейронов, воспринимающих раздражение от… v При разрушении сенсорных областей коры наступает нарушение чувствительности (слепота, глухота и др.) при сохранении…

III. Ассоциативные зоны коры больших полушарий

· Локализуются в пределах каждой доли (главным образом, теменной, височной и лобной) коры рядом с сенсорными зонами

· Состоит из ассоциативных ( промежуточных, вставочных) мультиполярных нейронов, не связанных ни с органами чувств, ни смышцами и внутренними органами

· Возбуждение в этих зонах возникают при поступлении импульсов в сенсорные зоны

· Достигают максимума развития у человека, занимают большую часть коры больших полушарий (до 70%)

Функции ассоциативных зон

2. Объединение (интеграция) всей чувствительной информации, поступающей в кору с памятью и эмоциями 3. Решающее значение в осуществлении самых сложных проявлений высшей нервной и… 4. Биологическая, смысловая оценка поступающей информации, пространственное восприятие и взаимосвязь явлений…

Центры речи

1. Центр Брока – центр моторной (разговорной) речи – локализуется только в лобной доле левого полушария

v При повреждении этого центра больной понимает речь, но сам говорить не может

v У обезьян в этой зоне расположены центры мимики

2. Центр Вернике – центр сенсорной (слуховой) речи (понимание значения слов) – локализуется только в височной доле левого полушария

v При повреждении этого центра больной речи не понимает

3. Центр зрительной речи – центр письменной речи – локализуется в затылочной доле коры (при повреждении этой зоны больной не понимает письменного текста)

 

Функции лобных долей больших полушарий

· Достигают максимального развития у человека, связаны многочисленными связями с лимбической системой мозга

1. Высший центр эмоций (в том числе и их сдерживания)

2. Целеполагание и мотивация поведения, программирование сложных поведенческих актов, сравнение и предвидение их результатов- экстраполирование

3. Центр высших психических функций и разума (абстрактного мышления), памяти, чувство времени, самосознание, символизация явлений

4. Центры моторной (разговорной) речи и письма

Функциональная асимметрия больших полушарий

· Левое и правое полушария отличаются специфическими функциями

· Функциональная асимметрия ярко проявляется и изучается у больных с перерезкой мозолистого тела

Левое полушарие - вербально символическое -отвечает за словесные операции и речь, аналитическое, логическое и математическое мышление, последовательность действий, взаимосвязь явлений, оценку временных параметров, дедукцию (от общего к частному), интропретацию символических понятий, абстрактное обобщение, установление сходств

Правое полушарие – пространственно синтетическое - отвечает за невербальные (несловесные) операции, распознавание предметов, установление различий, интропретацию зрительных образов, пространственное, целостное восприятие, геометрическое воображение, звуковые образы, восприятие музыки, живописи, индукцию (от частного к общему), конкретное узнавание

 

Лимбическая система

· Локализуется в виде колца на внутренней поверхности больших полушарий между стволом мозза и корой

· Включает древнюю (архикортекс), старую (палеокортекс- обонятельный мозг) кору, часть новой (неокортекс) коры и подкорковые структуры (морфофункциональная система ядер серого вещества и проводящих путей)

· Включает следующие структурные элементы : гиппокамп, поясная извилина (вокруг мозолистого тела), маммилярные тела гипоталамуса, перегородка, миндалевидные ядра

· Соединена круговыми двусторонними связями с собственными структурами, корой больших полушарий, гипоталамусом, таламусом, стволом мозга и ретикулярной формацией, что обеспечивает циркуляцию возбуждения по кругу

Функции лимбической системы

1. Формирование эмоций (страха, ярости, радости, голода, сытости, удовольствия, оборонительные реакции, пищевое поведение)

2. Участие в механизме памяти

3. Координация двигательных и вегетативных функций

4. Смена сна и бодрствования

5. Распределение по коре чувствительной (афферентной) информации от рецепторов

6. Обучение на ранних стадиях

7. Половые функции организма – регуляция половых желёз, уход за потомством, тонус и сокращение матки

8. Влияние на вегетативные функции – частота и глубина сердечных сокращений, тонус сосудов, часта и глубина дыхания, функции почек, пищевое сокоотделение, участие в регуляции эндокринной системы

9. Корковый центр обонятельного анализатора

 

Вегетативная (автономная) нервная система

· Часть переферическое нервной системы (вместе с соматической нерний системой); вегетативная и соматическая нервные системы тесно взаимосвязаны между собой

· Иннервирует весь (без исключения) организм, все ткани и органы, в том числе головной и спинной мозг

Функции вегетативной нервной системы

1. Поддержание и регуляция постоянства внутренней среды организма - гомеостаза

2. Регуляция и координация работы всех тканей, внутренних органов и систем

3. Регуляция работы гладких мышц внутренних органов

3. Регуляция обмена веществ (метаболизма) во всех тканях и органах

4. Адаптация систем внутренних органов к потребностям организма и изменениям окружающей среды

· Второе своё название – автономная – получила потому, что не подконтрольна нашему сознанию

Особенности вегетативной нервной системы

2. Не имеет собственных афферентных (чувствительных) нервных путей ; все нейроны и волокна вегетативной нервной системы только эфферентные… 3. Вегетативные нервы очень тонки (2 -3 мкм) в диаметре и лишены мякотной… 4. Вегетативные нервы (безмякотные) мало возбудимы, возбуждение по ним распространяется с меньшей, чем по соматическим…

Особенности отделов вегетативной нервной системы

Функции вегетативной нервной системы

· Оба отдела оказывают на органы три рода действий – сосудодвигательное, адаптационно- трофическое, функциональное v Трофическое влияние выражается в регуляции обмена веществ в органах, что… v Регуляция обмена веществ осуществляется вследствие изменения активности ферментов путём регуляции гомеостаза и…

Влияние симпатического и парасимпатического отдела вегетативной нервной системы

· Согласование моторных (двигательных) и вегетативных (обмен веществ, кровообращение, дыхание, пищеварение, выделение и др.) функций осуществляется…

Основы учения о высшей нервной деятельности

Высшая нервная деятельность (ВНД) – комплекс нервных процессов, протекающих в высших отделах ЦНС (коре и подкоковых центров больших полушарий) и обуславливющих приспособительное поведениек изменяющимся условиям среды

· К проявлениям высшей нервной деятельности относятся :

Высшая нервная деятельность человека

Психические механизмы отражения : Психические механизмы проектирования будущего - ощущения - внимание, обучение - восприятие - эмоции и чувства

Заслуги И. П. Павлова в изучении ВНД

1. Создал учение об условных рефлексах

2. Создал физиологию больших полушарий

v Метод условных рефлексов является основным при изучении физиологии больших полушарий (процессов в коре)

3. Создал учение о высшей нервной деятельности

v В основу учения положены три материалистических принципа :

1. Принцип детерминизма – причинная обусловленность психической деятельности

2. Принцип анализа и синтеза – анализ раздражений , действующих на рецепторы и следующий всегда за анализом синтез, соединяющий отдельные раздражения в целостные информационные комплексы о явлениях среды

3. Принцип структурности – всякий нервный (психический) процесс происходит в определённых морфологических образованиях (рефлекторных дугах нервных субстратов)

Условные и безусловные рефлексы

Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение рецепторов ( внешней и внутренней среды), осуществляемое с участием нервной системы

· Рефлексы разделяются на безусловные и условные (термины предложены И. П. Павловым в 1903 г.)

Особенности ( признаки) безусловных и условных рефлексов

Общие признаки безусловных и условных рефлексов

1.Имеютприспособительное (адаптивное) значение

2. Осуществляются по единому механизму – рефлекторной дуге

3. Причинно обусловлены (детерминированы) изменениями условий внешней и внутренней среды

4. Начинаются с раздражения и заканчиваются мышечным движением или физиологическим процессом

5. Осуществляются на нервном субстрате ЦНС

6. Имеют эволюционное происхождение

7. Осуществляются в постэмбриогенезе

Инстинкт – комплекс генетических (врождённых) адаптивных поведенческих реакций ( безусловных рефлексов )

· Отражает полезный опыт предыдущих поколенй вида, реализуемый в адаптивных поведенческих реакциях

· Строится на врождённых связях подкорковых центров с корой больших полушарий

Методика выработки (образования) условных рефлексов

· Подопытное животное помещалось в пустую, изолированную, звуконепроницаемую камеру и закреплялось в стенке, обеспечивающем его относительную… · Все раздражители внешней и внутренней среды разделяются на индифферентные… Индифферентные (безразличные) раздражители – это все раздражители которые не вызывают в организме каких-либо изменений…

Условия выработки условных рефлексов

2. Средняя сила индифферентного раздражителя ( при малой и большой силе рефлекс может не образоваться) 3. Достаточная физиологическая сила безусловного раздражителя (должна… 4. Многократное повторение действия индифферентного и безусловного раздражителей

Классификация условных рефлексов

1. По виду анализаторов, рецепторы которых воспринимали раздражители: зрительные. слуховые, вкусовые, кожные

2. По характеру реакции : пищевые, половые, оборонительные, и др.

3. По характеру эффектора: секреторные, двигательные, с желудочные, кишечные, с мочевого пузыря и проч.

4. По виду рецепторов: экстерорецептивные – образуются пр раздражении внешних рецепторов – кожи, глаза, уха --- интерорецептивные – образуются при раздражении рецепторов внутренних органов - проприорецептивные – образуются при раздражении рецепторов мышц, сухожилий, суставов, связок

5. По эфферентному звену (рабочему органу): соматические , вегетативные

v Существуют условные рефлексы первого порядка и высших порядков

Условный рефлекс первого порядка( классический) – образуются при при сочетании индифферентного и безусловного раздражителей (на базе безусловного рефлекса)

Условный рефлекс второго порядка(вторичные) – образуются при сочетании индифферентного и условного раздражителя первого порядка (на базе условных рефлефлеса первого порядка)

v На основе рефлекса 2-го порядка можно выработать условный рефлекс 3-го порядка

v У животных удаётся выработать условные рефлексы не выше 3-го порядка; у детей может быть выработан условный рефлекс 5-го и 6-го порядков; у взрослых людей – до 20-го порядка

v Таким образом, в процессе эволюции нервной системы возникла возможность построения цепных нервных временных связей, когда на один условный раздражитель образуется целесообразная многоступенчатая поведенческая реакция

Значение условных рефлексов

2. Тонкое приспособление вегетативных, соматических и психических реакций к условиям среды 3. Передача информации от одного поколения к другому (с помощью подражательных… 4. Динамический стереотип – объединение условно-рефлекторных действий для оптимизации осуществления относительно…

Торможение условных рефлексов

· Нормальная деятельность мозга и условно-рефлекторных механизмов основана на взаимодействии возбуждения и торможении ; возбуждение ведёт к выработке и проявлению условных рефлексов, а торможение - к их подавлению

Торможение – активный нервый процесс, ведущий к регуляции и подавлению возбуждени , ослаблению и исчезновению услоных рефлексов

Фнкции торможения

1. Один из основных механизмов образования условных рефлексов (без торможения их образование не возможно)

2. Регуляция (уточнение, координация) и подавление процессов возбуждения

3. Тонкое различение раздражителей, предметов и явлений, оценка их биологической значимости

4. Регуляция интенсивности условных рефлексов (вплоть до исчезновения)

5. Адаптация поведения (нервной деятельности) к изменяющимся условиям среды обитания

6. Основа обучения и воспитания

7. Оптимизация энергетических затрат нервных субстратов

- Выделяют два вида торможения условных рефлексов : безусловное(внешнее) и условное (внутреннее)

Безусловное (внешнее) торможение

Безусловное (врождённое, внешнее) торможение – врождённое, генетически запрограммированное торможение, которое вызывается посторонним для данного рефлекса внешним раздражителем

· Возникает быстро, без предварительной выработки и удерживается недолго

· Различают два вида безусловного (внешнего) торможения: индукционное (внешнее) и запредельное (охранительное)

Индукционное (внешнее) торможение

v Сильный голод, переполненный мочевой пузырь, боль или половое возбуждение тормозит у обученных животных и человека ранее выработанные условные… o В качестве постороннего раздражителя внешней среды могут выступать любые… o Внешнее торможение начинается с ориентировочного безусловного рефлекса

Условное (внутреннее) торможение

· Возникает не сразу, требует специальной выработки, сохраняется относительно долго

· Причина условного торможения – систематическое неподкрепление условного раздражителя безусловным, вызывающее образование в коре больших полушарий т.н. тормозногоцентра, замыкающего на себе временную связь

v Тормозной центр образуется внутри дуги условного рефлекса из центра условного (индифферентного) раздражителя, поэтому этот вид торможения и называют внутренним

Биологическое значение

1. Точный анализ действующих на организм раздражителей, различение предметов и явлений среды

2. Основа процесса обучения и воспитания

3. Тонкое приспособление поведения к изменениям ситуации, оптимизация энергетических затрат мозга

· Различают четыре вида условного торможения : угасательное, дифференцировочное, запаздывающее и условный тормоз

Угасательное условное торможение

v Если условный раздражитель повторять через короткие промежутки времени без подкреплениея его безусловным, то величина условного рефлекса будет… v Например, если животному с устойчивым слюноотделительным рефлексом подавать… v Если систематически не отпускать учащихся после звонка с урока на перерыв, они перестанут реагировать на него

Дифференцировочное условное торможение

v Если использовать раздражитель, сходный по своим параметрам с условным, то он вызовет условный рефлекс такой же величины, как и условный раздражитель. Но если данный раздражитель применить несколько раз без подкрепления, то он перестаёт вызывать условный рефлекс

v Явление реализации условного рефлекса на все сходные с условным раздражители назывется генерализация

v Развивается при повторном подкреплении одного раздражителя и неподкреплении другого; чем ближе по своим параметрам раздражители, тем тоньше дифференцировка

v Дифференцирование раздражителей лежит в основе анализа раздражителей, их тонкого различения (в лаборатории И. П. Павлова было установлено, что собаки способны отличить 100 ударов метронома в минуту от 96, отличить 50 оттенков от белого до чёрного)

v Дифференцировочное торможении является физиологической основой различения биологически значимой информации, обучения и воспитания человека и животных

Запаздывающее торможение

v Если между началом действия условного раздражителя и его подкреплением проходит значительное время (2-3 мин), то осуществление условного рефлекса отодвигается к моменту безусловного подкрепления (запаздывать во времени)

v Эффкт действия условного раздражителя состоит из двух фаз: начальной – недеятельной и второй – деятельной. В недеятельную фазу в корковом центре условного раздражителя развивается внутреннее торможение – запаздывающее

v Если при выработке слюноотделительного рефлекса на звонок подкрепление производить через 3 мин после звонка , то слюноотделение будет начинвться тоже через такое же время

Условный тормоз

v Развивается, когда к условному раздражителю, на который выработан прочный условный рефлекс, добавляется одновременно какой-то индифферентный раздражитель, и этот новый комплекс раздражителей не подкрепляется безусловным

v Например, если учитель приходит на урок один, урок всегда происходит, а если - с посторонним человеком, то урока, как правило, не бывает ( посторонний человек – условный тормоз, затормаживающий условные рефлексы подготовки к уроку у учащихся)

Взаимоотношене возбуждения и торможения в коре больших полушарий

· Примером иррадиации процесса возбуждения служит генерализация условных рефлексов (в начале выработки условного рефлекса не только условный… · Процессы иррадиации, достигнув определённой границы распространения, могут… · При дальнейшей выработке условного рефлекса иррадиация всё больше и больше ограничивается и возбуждение…

Сон

Сон - периодически наступающее жизненно необходимое функциональное состояние организма, характеризующееся специфическим комплексом соматических и вегетативных проявлений

· Является приспособительным проявлением циркадного биоритма сон – бодрствование, приуроченный к суточной смене дня и ночи

· Сон – универсальное явление в живой природе; он присутствует не только у высших, но и у низших животных, не имеющих центральной нервной системы

· Во время сна меняется деятельность всех органов и систем организма

Физиологические изменения во время сна

1. Выраженная обездвиженность

2. Понижения мышечного тонуса, тонуса сосудов, коры больших полушарий

3. Понижается частота и глубина дыхания, сердечной деятельности (пульса), величина кровяного давления

4. Изменение интенсивности метаболизма (усиление ассимиляционных процессов, снижение энергетического обмена)

5. Понижение возбудимости нервной системы

6. Активация парасимпатического отдела вегетативной нервной системы

7. Повышение температуры тела

8. Нарушение координации движения и равновесия (координация движений глазных яблок)

9. Отсутствие реакции на чувствительную информацию анализаторов (экстерорецепторов)

10. Ослабление или исчезновение реакции на условные раздражители (отсутствие условнорефлекторной и высшей нервной деятельности)

Значение сна

1. Абсолютно необходим для поддержания жизнедеятельности организма (при длительном отсутствии сна наступают патологические изменения, приводящие к смерти)

2. Охранительная функция (сохранение нервных субстратов мозга ); освобождение мозга и тканей организма от токсичных продуктов обмена веществ и избыточной информации

3. Перевод информации из кратковременной в долговременную память

4. Восстановление метаболических и энергетических запасов в тканях и мозге, мобилизованных в период бодрствования (синтез РНК, белков, АТФ)

5. Адаптация организма к ритмическому характеру изменения абиотических факторов внешней среды (циркадным ритмам – периодической смене дня и ночи)

Причины возникновения сна

Химическая гипотеза – причиной сна является отравления клеток мозга токсичными продуктами жизнедеятельности, образующимися во время бодрствования (… Нейронная теория (теория торможения) – создатель теории И. П. Павлов · В работающих нейронах коры головного мозга при определённой степени утомления возникает процесс…

Механизмы сна. Структура сна

· Электроэнцелаграфическими исследованиями установлены два типа сна : медленный (ортодоксальный) и быстрый (парадоксальный), которые последовательно сменяют друг друга в течение ночи

· Совокупность одного периода медленного и быстрого сна образует цикл сна (продолжительность одного цикла – 90 -100 мин) ; в стуктуре сна осуществляется 4 -5 циклов за ночь

Медленный (ортодаксальный) сон

· С этого вида начинается сон человека

· Продолжается 50 - 80 мин , а затем сменяется быстрым сном ; повторяется в течение 4 -5 раз

· Характеризуется полной неподвижностью, понижением температуры и уровня обмена веществ, снижением артериального давления, урежением дыхания и пульса, медленными волнами на электроэнцефалографическом экране, регистрирующем биотоки мозга

· Физиологическое значение медленного сна заключается в восстановительных процессах в нервноых структурах, прежде всего биосинтезе РНК, белков, ферментов и АТФ

Быстрый (парадоксальный) сон

· Характеризуется быстрыми движениями глазных яблок (БДГ-сон), повышением температуры, двукратным увеличением мозгового кровотока, снижением тонуса… · При быстром сне создаются условия для галлюцинаций, бреда, возможны… v Причина сновидений – возникновение повышенной активности в перевозбуждённых отделах коры, активация подкорковых…

Гигиена сна

1. Достаточная продолжительность сна ( потребность взрослого человека во сне индивидуальна и составляет 7-8 часов в сутки; у детей она несколько выше,а с возрастом (у пожилых) продолжительность сна уменьшается

2. Режим сна, т. е. начало сна в одно и тоже время, которое становиться условным раздражителем, облегчающим засыпание

3. Ограничение умственной и физической активности и действия внешних раздражителей (звуков, запахов, движений и т.д.)

4. Ритуал подготовки ко сну, когда процедуры и принадлежности становятся условным раздражителями

5. Прогулки перед сном и занятия, не требующие напряжения и внимания

6. Свежий воздух, ровная твёрдая постель, сохраняющая осанку во время сна, сон на спине, умеренная температура помещения

7. Последний приём пищи за 2 часа до сна, что обеспечивает свободные движений диафрагмы

Причины нарушения сна

1. Отсутствие физического утомления, гиподинамия, перегрузка информацией и эмоциями, нарушение нормального суточного ритма, отсутствие режима сна и бодрствования, возрастные и паталогические изменения мозга

Особенности высшей нервной деятельности человека

· Каналы получения информации о факторах внешней и внутренней среды называются сигнальными системами · Выделяют первую и вторую сигнальные системы (теорию о первой и второй… Первая сигнальная система – получение информации о внешней и внутренней среде с помощью органов чувств (анализаторов)…

Значение речи

1. Канал получения информации о состоянии внешней и внутренней среды

2. Является основой для т. н. отвлечённого (абстрактного) мышления, свойственного только человеку

3. Средство коммуникации(общения, обмена информацией);освоение информации, накопленной человечеством

4. Осуществление ВНД (обучения, воспитания, памяти, самосознания , характера и т. д.)

Особенности высшей нервная деятельность человека и животных

Сознание – свойственная человеку форма психического отражения, заключающаяся в воспроизведении окружающей действительности в мышлении и понимании…

Память, как компонент высшей нервной деятельности

v Основные прцессы памяти : запоминание, сохранение, воспроизведение и забывание (амнезия) v Память является системной функцией мозга и реализуется на различных уровнях… v Виды памяти : - по характеру информации : словесно-логическая (вербальная), образная, эмоциональная, двигательная …

Анализаторы

v Понятие об анализаторах ввёл в науку И. П. Павлов, предложивший заменить им названеи «орган чувств» Анализатор– информационная часть нервной системы воспринимающая, проводящая и… · Названия анализаторов соответствуют названиям органов чувств, т. е. выделяют зрительный, слуховой, обонятельный,…

Строение и функции анализаторов

· Повреждение одной из частей анализатора ведёт к невозможности различать раздражители I. Переферический отдел – рецептор ( орган чувств) · Функция – восприятие адекватного раздражения ( т. е. преобразования энергии раздражителя в энергию нервных…

II. Проводниковый отдел

· Представлен отходящими от рецептов чувствительными нервами ( афферентные нервные пути, например зрительный, слуховой, обонятельный, вестибулярный нервы и т. д. )

Функция – проведение нервных импульсов от рецептора в нервный центр ( центральный отдел анализатора)

v Проводящие пути проходят несколько уровней переключения ( в спинном мозге, стволе, таламусе и головном мозге )

III. Центральный отдел ( корковый конец анализатора, сенсорный центр )

· Располагается в соответствующих участках коры больших полушарий

Функция – идентификация, анализ и синтез раздражения, возникновение чувственных ощущений

v Согласно исследованиям И. П. Павлова в корковом отделе следует выделять центральное ядро и переферию, включающую т. н. рассеянные элементы. При удалении центрального ядра становится невозможным сложный анализ и синтез раздражений

Значение анализаторов

2. Возникновение ощущений и формирование на их основе понятий и представлений об окружающем мире,т. е. познавательная деятельность ( богатство… v Повреждение или ограничение одного анализатора частично компенсируется… 3. Основа процессов саморегуляции гомеостаза, метаболизма и работы внутренних органов ( на основе информации от…

Зрительный анализатор

· Является самым важным органом чувств, обеспечивающим человеку до 90% информации

· Переферическая часть представлена глазным яблоком, локализоанном в глазнице черепа

· Имеет вспомогательный аппарат из бровей, век, ресниц, слёзных желёз, 6 поперечнополосатых глазодвигательных мышц

v Слёзная железа расположена у верхнего наружного угла глаза. Слёзная жидкость омывает, увлажняет, согревает и защищает глаз, содержит бактерицидное вещество – лизоцим, облегчает движение век, уменьшая трение. Слёзы скапливаются во внутреннем углу глаз и через носослёзные каналы попадают в носовую полость

v Брови защищают глаза от остекающего со лба пота и влаги, ресницы и веки защищают глаз от пыли

v Глазодвигательные мышцы (4 прямые и 2 косые ) обеспечивают синхронные повороты глаз в глазнице ( сокращаются произвольно )

Строение глазного яблока

· Стенка глазного яблока состоит из трёх оболочек : наружной фиброзной, средней сосудистой и внутренней светочувствительной , или сетчатой ( сетчатки )

Фиброзная оболочка ( наружная )

· Состоит из двух частей : задней – склеры и передней – роговицы

Склера ( белочная оболочка ) – плотная соединительнотканная непрозрачная оболочка белого цвета , имеющая защитное значение и служащая для прикрепления глазодвигательных мышц

Роговица – выпуклая, прозрачная, лишённая кровеносных сосудов. Содержит большое количество чувствительных рецепторов, необходимых для обеспечения защитных рефлексов слёзотечения, моргания , смыкания век при малейшем раздражении. Функция – рефракция ( преломление световых лучей )

v Склеру до роговицы покрывает прозрачная слизистая оболочка , переходящая на внутреннюю поверхность век и выполняющая защитные функции – коньюктива

Сосудистая оболочка ( средняя )

Радужка ( радужная оболочка ) – круглый диск напротив роговицы с отверстием в центре – зрачок o Вокруг зрачка в радужке располагаются кольцевые ( циркулярные ) и… v Зрачок способствует чёткости изображения предметов на сетчатке, пропуская только центральные лучи и устраняя и…

Сетчатка ( внутренняя оболочка, сетчатая оболочка, глазное дно )

· Покрывает изнутри сосудистую оболочку и состоит из нескольких слоёв

· Наружный слой образован пигментным эпителием и содержит пигмент фусцин, поглощающий свет, уменьшая отражение и рассеяние света, затем два слоя биполярных и мультиполярных нейронов

v При сильном освещении зёрна пигмента перемещаются из эпителиальных клеток и заслоняют палочки и колбочки, защищая их от яркого света

· К пигментному слою прилежат фоторецепторные клетки – палочки и колбочки, содержащие зрительный пигменты ( ретинол – зрительный пурпур )

Особенности фоторецепторных клеток сетчатки

v Родопси и ёодопсин – соединения белковой природы. Родопсин ( зрительный пурпур ) на свету теряет свою красную окраску и становится жёлтым, а потом… v Цветовое зрение возникает вследствие наличия трёх видов колбочек,… · От каждой фоторецепторной клетки отходит отросток, соединяющийся синапсами с нейронами, аксоны которых ( 500 -1…

Хрусталик

v Помутнение хрусталика, вследствие нарушения метаболизма, приводит к катаракте – затуманенному изображению · Способен изменять свою кривизну под влиянием натяжения или ослабления… Аккомодация – приспособление к чёткому видению предметов на разном расстоянии путём изменения кривизны хрусталика…

Стекловидное тело ( цилиарное тело )

· Прозрачная бессосудистая студенистая масса, заполняющая полость глазного яблока между хрусталиком и сетчаткой ; плотно соединено с сетчаткой

· Является частью светопреломляющего аппарата глаза ( диоптрической системы )

Функции стекловидного тела

1. Преломление (рефракция ) световых лучей ( формирование изображения на сетчатке )

2. Поддержание внутриглазного давления ( аномальное повышение внутриглазного давления – глаукома )

3. Поддержание формы глазного яблока

Общие принципы организации глазного яблока

Светопреломляющий аппарат ( оптическая,диоптрийная система глаза ) – роговица, влага передней камеры, хрусталик, стекловидное тело ( главные преломляющие среды глаза – роговица и хрусталик )

Аккомодационный аппарат ( изменяет кривизну хрусталика, приспособление к чёткому изображению разноудалённых объектов на сетчатке ) – хрусталик, ресничное тело ( ресничная мышца, циииновы связки ), радужная оболочка

Фоточувствительный аппарат – сетчатая оболочка ( сетчатка ), фоторецепторы – палочки и колбочки

Трофический аппарат – сосудистая оболочка, водянистая влага передней и задней камеры ( для питания оптической системы )

Защитный аппарат – белочная оболочка (склера ), веки, ресницы, слезная железа, коньюктива

Функционирование глаза

· В силу двояковыпуклости хрусталика световые лучи от верних частей объектов преломляются в нижнюю область сетчатки, а нижних – в верхнюю. В… v Опыт с очками, в которых оптическая система стёкол переворачивает… · Человек обладает стереоскопическим ( бинокулярным ) зрением, при котором объект воспринимается одновременно…

Проводниковый отдел зрительного анализатора

· Путь, по которому проходит зрительное возбуждение : фоторецепторная клетка (палочка, колбочка) --- биполярный нейрон сетчатки ---мультиполярный нейрон сетчатки --- нейрон передних бугорков четверохолмия ( средний мозг ) --- нейрон таламуса ( промежуточный мозг )---нейрон затылочной доли коры

· Зрительный нерв формируется из множества ( до 1млн. ) аксонов мультиполярных нейронов сетчатки и отходит от сетчатки в области «слепого пятна»

· На нижней поверхности мозга зрительные нервы перекрещиваются ( причём перекрещиваются только волокна, идущие от носовой половины сетчатки ) – зрительный перекрёст ( приспособление к объёмному зрению )

Корковый отдел зрительного анализатора

· Зрительные нервы несут информацию в коллектор всей афферентной ( чувствительной ) информации - таламус ( промежуточный мозг ), а оттуда в затылочную долю коры больших полушарий ( корковый отдел ), где располагается высший центр зрения, анализирующий и интегрирующий зрительную информацию, осознающий её биологическое значение

v Часть волокон зрительного нерва несёт импулься в нейроны верхних бугорков четверохолмия среднего мозга, обеспечивающих адаптивное изменение диаметра зрачка, аккомодацию хрусталика и повороты глазных яблок при ориентировочном рефлексе

 

Аномалии и гигиена зрения

· Существую три главных аномалии преломления световых лучей ( рефракции ) : близорукость, дальнозоркость и старческая дальнозоркость. Очень редко встречается астигматизи

Близорукость ( миопия )

· Причина–удлинённое глазное яблоко при нормальной преломляющей силе хрусталика ( врождённая аномалия ). При этом лучи сходятся перед сетчаткой в стекловидном теле, а на сетчатке вместо изображения возникает круг светорассеяния

· Коррекция ( реабилитация ) миопии – использование вогнутых линз очков с отрицательными диоптриями ( при этом происходит уменьшение преломляющей силы глаза )

Дальнозоркость ( гиперметропия )

· Причина – укороченное глазное яблоко, что ведёт к фокусировке изображения позади сетчатки и расплывчатому изображению

· Коррекция дальнозоркости – применение выпуклых линз с положительными диоптриями, ведущее к созданию дополнительной преломляющей силы

Старческая дальнозоркость ( пресбиопия )

· Причина - длина глазного яблока остаётся нормальной, но хрусталик с возрастом утрачивает эластичность и при ослаблении натяжения цинновых связок его выпуклость не меняется , что мешает чётко видеть на близком расстоянии

· Исправление ( коррекция ) с помощью очков с двояковыпуклыми линзами

Астигматизм

· Причина – врождённое нарушение кривизны роговицы или неправильная форма хрусталика, вызывающее искажение изображения ; при этом возникают эффекты и близорукости, и дальнозоркости и комбинированные аномалии, а также нарушение прапорций объектов

· Для коррекции используют сфероцилиндрические линзы

Дальтонизм – наследственная болезнь неспособности различения некоторых цветов ( обычно красного и зелёного, кажущихся серыми ); объясняется отсутсвием в сетчатке глаза колбочек одного или нескольких типов

Катаракта– помутнение хрусталика, вследствие нарушения обмена веществ, ведущее к затуманиванию изображения, влоть до полной слепоты

Глаукома– утрата переферического (бокового) зрения, вследствие повышения внутриглазного давления

Гигиена зрения

2. Защита глаз от слишком яркого света – солнце, электоросварка и проч. ( солнцезащитные очки ) 3. Профилактика гноеродных заболеваний ( трахома, коньюктивит ) с помощью… 4. Профилактика авитаминоза А путём употребления содержащих витамин А продуктов и препаратов ( рыбий жир, чечень…

Слуховой анализатор

Слуховой анализатор – совокупность механических, рецепторных и нервных структур, воспринимающих и анализирующих звуковые колебания

· Орган слуха воспринимает механическую энергию колебаний воздуха, трансформируя её в электрические потенциалы (нервные импульсы)

· Орган слуха и равновесия ( вестибулярный аппарат ) у человека объединены между собой в единую сложную систему перепончатого лабиринта

Переферический отдел слухового анализатора

· Состоит из трёх частей : наружного , среднего и внутреннего уха

Наружное ухо

· Ушная раковина – свободно выступающая на поверхности головы складка кожи с эластическим хрящём внутри ( имеет рудиментарные мышцы, хорошо… · Наружный слуховой проход – узкая трубка в височной кости, длинной 35 мм,… v Серные железы являются видоизменением потовых желёз, секрет которых имеет бактерициды

Среднее ухо ( барабанная полость )

· Заполнено воздухом и сообщается с носоглоткой через трубку, длиной 3,5 см. и диаметром 2 мм – евстахиеву трубу Функция евстахиевой ( слуховой ) трубы – выравнивание давления по обе стороны… v Эффект выравнивания давления в ушах многим знаком по неприятным ощущениям заложенности в ушах во время взлёта…

Внутреннее ухо

· Включает костный лабиринт, представляющий собой сложно устроенные каналы · Внутри костного лабиринта, как в футляре, находится перепончатый лабиринт,… · Костный лабиринт состоит из трёх отделов : преддверия, улитки и полукружных каналов( оргна равновесия )

Строение кортиевого органа

o Основная (базиллярная) мембрана состоит из основного вещества и коллагеновых волокон – струн, натянутых внутри среднего канала. У основания улитки струны более короткие и натянуты сильнее и по направлению к вершине их длина увеличивается ( общее число волокон – около 24 тыс. )

o На волокнах расположены рецепторные клетки с волосками – микроворсинками (волосковые клетки), соединённые с отростками слухового нерва – это и есть рецепторные клетки кортиевого органа

o Основная мембрана образует неподвижный вырост – студенистую покровную (тектриальную) мембрану, « нависающую» над рецепторными волосковыми клетками не касаясь их

Функции кортиевого органа – звуковая рецепция т. е. трансформация механической энергии колебаний воздуха в электрические потенциалы ( нервные импульсы )

Восприятие звуковых колебаний

· При низких звуках эндолимфа вызывает колебания длинных нитей верхушки улитки, а при высоких - коротких нитей у основания, при этом громкость… v Резонирующим субстратом служит не волокно основной мембраны, а столб… · Колебания перилимфы и эндолимфы возможно благодаря наличию круглого окна у основания нижнего канала (барабанной…

Схема основных принциппов функционирования слухового аппарата

v Звуковые волны --- колебания барабаннй перпонки --- движения слуховых косточек --- колебания мембраны овального окна --- колебания перилимфы верхнего и нижнего каналов улитки --- колебания эндолимфы среднего канала --- резонирующие колебания нитей кортиевого органа основной мембраны --- контакт волосков рецепторных клеток с покровной мембраной --- генерация электрических потенциалов в мембране рецепторных (волосковых) клеток

v Человек воспринимает звуки с частотой 16 – 20 000 Гц ( звуки речи имеют частоту 150 – 2500 Гц; к старости человек воспринимает звуки только до 5 000 Гц; собаки воспринимают до 80 000 Гц, кошки – до 70 000 Гц )

v Если звуковой раздражитель действует на слух длительное время (часами ), то слуховая чувствительность понижается в связи с перенапряжением слуховых рецепторных клето, наступает утомление, т. е. временное функциональное нарушение чувствительности слухового анализатора и вредно действует на психику человека, вызывая психо-эмоциональный стресс

Проводящий отдел слухового анализатора (афферентное звено )

· Информация от волосковых клеток кортиевого органа передаётся по дендритам в нейроны, образущие спиральный ганглий стержня улитки. От спирального ганглия аксон в сосотаве слухового (улиткового) нерва напрвляется к стволу мозга ( промежуточному мозгу ), где происходит переключение на следующие нейроны, отростки которых идут в височный отдел коры больших полушарий

· Общая схема проведения слуховой информации следующая : волосковые клетки кортиевого органа --- биполярный нейрон спирального ганглия --- нейрон таламуса промежуточного мозга --- нейрон височной доли коры

· Большинство слуховых путей перекрещивается на уровне ствола мозга

Корковый отдел слухового анализатора –височные доли колры больших полушарийВ слуховой зоне коры нервные импульсы декодируются в слуховые ощущения

Гигиена слуха

2. Защита органов слуха от чрезмерной силы или продолжительности звуковых раздражений – т. н. «шумового загрязнения», особенно в условиях шумного… 3. Регулярная очищение наружного слухового прохода от ушной серы с… 4. Открывать рот при врывах или выстрелах из орудий для профилактики разрыва барабанной перепонки

Молекулярный 3 , 7 , 9 , 11 , 14 , 21 , 22 , 23 , 24

Субклеточный 1 , 7 , 14 , 23 , 24

Клеточный 5 , 7 . 14

Тканевый 2 , 4 . 7 . 10

Органный 2 , 7 , 16 , 17 , 25 ,

Организменный 2 , 7 , 19 , 20 , 25 , 26

Популяционно-видовой 7 , 8 , 15 , 27

Биогеоценотический 7 . 8 . 13 , 18

Биосферный 6 , 7 . 8 . 12

2. Биологические мезосистемы 3. Возможны мутации 4. Гистологический метод исследования

Проверочный тематический цифровой диктант по теме

9. Органоид клетки, содержащие ДНК 10. Имеет поры 11. Выполняет в клетке компартаментальную функцию

Плазмолемма 2, 3, 9, 17, 20, 22, 28, 35, 37, 38, 48, 52, 53, 60, 67, 73, 74, 75

Цитоплазма 4, 8, 12, 16, 20. 21, 22, 36, 37, 41, 42, 56, 59, 63, 65

Ядро 1, 2, 5, 8, 13, 24, 25, 28, 43, 45, 62, 63, 64

Митохондрии 1, 5, 7, 8, 19, 31, 34, 51, 65, 68, 76

Хлоропласты 1, 5, 7, 8, 18, 19, 27, 30, 31, 50, 63, 65, 66, 68, 78

ЭПС 3, 4, 6, 8, 10, 14, 15, 23, 26, 28, 32, 36, 44, 70, 71, 72

Комплекс Гольджи 4, 6, 10, 14, 15, 28, 36, 39, 40, 46, 47, 63, 69, 72

Лизосомы 10, 14, 29, 33, 58

Рибосомы 11, 13, 54, 55, 61

Клеточный центр 12, 22, 49, 57, 61, 77

  1. Осуществляется в цитоплазме клетки 2. Требует специфических ферментов

Тематический цифровой программированный диктант

1. Осуществляются реакции гидролиза 2. Конечные продукты – СО2 и Н2 О 3. Конечный продукт – ПВК

Подготовительный этап 1, 9, 15. 17, 18, 22, 25, 30, 35, 44, 45, 49, 50, 51, 53, 56, 57, 58, 59

Бескислородный этап 3, 4, 6, 7, 10, 12, 13, 14, 18. 20, 21, 23, 28, 30, 31, 32, 33, 35, 36, 38, 39, 41, 43, 44, 45, 46, 48, 49, 52, 55, 60

Кислородный этап 2, 5, 6, 8. 10, 11, 12, 13, 16, 19, 24, 26, 27, 28, 29, 30, 33, 34, 35, 37, 40, 41, 42, 45, 47, 48, 49, 54

Тематический цифровой программированный диктант по теме « Фотосинтез »   1. Осуществляется фотолиз воды

Экзаменационное цифровое тестирование по теме

1. Осуществляется у автотрофов 52. Осуществляется транскрипция 2. Связан с функционированием протонных каналов 53. Реакция пластического… 3. Происходит в двумембранных органоидах 54. Генетический код

Бактерии 3, 4, 5, 6, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 23, 25, 27, 28, 29, 30,31, 33, 34, 36, 38, 43, 44, 45, 46,47, 48, 49, 51, 52, 54, 55, 56, 57, 59, 61, 62, 64, 66, 67, 71, 72,73, 76, 80, 81, 82, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 95

Животные 1, 2, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 24, 26, 27, 28, 31, 32, 33, 35, 37, 39, 42, 43, 46, 48, 49, 50, 52, 54, 55, 59, 61, 62, 66, 68, 69, 70, 74, 75,77, 78, 85, 89, 91, 94, 96

Растения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 14, 19, 21, 22, 26, 31, 33, 37, 40, 46, 49, 50, 54, 55, 56, 60, 61, 62, 63, 65, 68, 69, 70, 74, 75, 78,79, 80, 83, 84, 86, 89, 91, 92, 93, 94,

Грибы 1, 3, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 18, 19, 20. 24, 26, 27, 28, 31, 33, 35, 37, 41, 42, 46, 48, 49, 50, 52, 53, 54, 55, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 68, 69, 70, 71, 74, 75, 77, 78, 79, 82, 83, 85, 86, 91, 92, 94

Проверочный цифровой диктант по теме « Деление клеток: митоз, мейоз »

 

1. Деление соматических клеток

2. Образуются дочерние клетки

3. Осуществляется при гаметогенезе

4. Вызывает мутации ДНК и образование аномальных клеток

5. Происходит уменьшение числа хромосом у дочерних клеток вдвое

6. Включает про-, мета-, нна- и телофазу

7. Дочерние клетки идентичны материнской клетке

8. Включает кариокинез и цитокинез

9. Включает две интерфазы

10. Происходит рекомбинация генетического материала хромосом

11. Осуществляется во всех клетках и тканях организма

12. Происходит коньюгация гомологичных хромосом

13. Из одной материнской клетки образуется четыре дочерних

14. Происходит при спорогенезе

15. Приводит к преемственности структурно-функциональной организации материнской клетки дочерними

16. Необходимо для поддержания постоянства кариотипа вида в ряду поколений

17. Происходит процесс кроссинговера

18.Завершается образованием дочерних клеток с ядерной формулой 2n2c

19. Включает интеркинез

20. В анафазе к полюсам клетки расходятся дочерние хромосомы

21. В интерфазе происходит редупликация ДНК

22. Запускается изменением ядерно-плазматических отношений

23. Осуществляется в клетках эукариот

24. В анафазе к полюсам клетки расходятся целые гомологичные хромосомы

25. Происходит в гонадах животных

26. Сопровождается спирализацией хромосом

27. Является видом бесполого размножения одноклеточных организмов

28. Является клеточным механизмом роста и эмбрионального развития многоклеточных организмов

29. Ядерная формула дочерних клеток nc

30. В метафазе к хромосомам гомологичной пары нити веретена деления прикрепляются с двух сторон

31. В анафазе осуществляется независимое расхождение родительских хромосом в разных клетках

32. Происходит в антеридиях и архегониях растений

33. Включает эквационные ( уравнительные ) процессы

34. Завершается образованием двух дочерних клеток

35. Ядерная формула исходной ( материнской ) клетки 2n4c

36. Сопровождается образованием бивалентов и тетрад хромосом

37. Является источником комбинативной наследственной изменчивости организмов

38. Может привести к развитию наследственных болезней организма

39. Приводит к чередованию поколений жизненного цикла

40. Имеет большое значение в эволюции ( адаптациогенезе ) организмов

41. Деление открыто И. Д. Чистяковым

42. Сопровождается образованием синапсисов, хиазмов

43. Сопровождается обменом гомологичными участками хромосом

 

Митоз : 1, 2, 4, 6, 7, 8, 11, 15, 18, 20, 21, 22, 23, 26, 27, 28, 30, 34, 35, 41,

Мейоз : 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 121, 13, 14, 16, 17, 19, 21, 23, 24, 25, 26, 29, 31, 32, 33, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 42, 43

 

Проверочный цифровой диктант по теме « Половое и бесполое размножение »

1. Ведёт к компенсации снижения численности популяции.

2. Ведёт к территориальной экспансии.

3. Относительно мало продуктивно по числу потомков

4. Является источником комбинативной наследственной изменчивости

5. Первично в эволюции организмов на Земле

6. Осуществляется в любых условиях

7. Обеспечивает смену поколений жизненного цикла ( гапло-и диплофазы )

8. Сохраняет сложивший в ходе эволюции тип организации

9. Высокоэнергоёмкое

10. Характерно для всех организмов

11. Ведёт получению идентичного потомства

12. Сопровождается клеточным механизмом мейоза

13. Ведёт к преемственности структурно-функционального уровня организации родительских форм

14. Один из видов – коньюгация

15. Ведёт к появлению генеративных мутаций

16. Для осуществления требуются все процессы жизнедеятельности организма

17. Один из видов – почкование

18. Осуществляется в благоприятных условиях среды

19. Новый организм может появиться вследствие деления одной клетки

20. Актуально явление гермафродитизма

21. Осуществляется у прокариот

22. Способ размножения спорофитов растений

23. Поставляет материал для движущего естественного отбора

24. Один из видов – копуляция

25. Осуществляется у грибов

26. Осуществляется на основе специфических функций ДНК

27. Ведёт к сохранению биологических видов во времени

28. Один из видов – спорообразование

29. Сопровождается изо-, гетеро- или овогамным процессом

30. Имеет решающее значение в адаптациогенезе ( эволюции ) видов

31. Осуществляется в неблагоприятных условиях

32. Нуждается в специализированных органах и клетках

33. Один из видов – шизогония

34. Осуществляется исключительно на основе клеточного механизма митоза

35. Осуществляется у кишечнополостных животных

36. Способ размножения гаметофита растений

37. Клонирование

38. Имеет эволюционное происхождение

39. Осуществляется на основе регенерации

40. Необходимы гонады

41. Необходимы архегонии и антеридии растений

42. Партеногенез

43. Осуществляется практически у всех организмов

44. Необходим гаметогенез

45. Новый организм появляется из группы клеток

46. Сопровождается редукцией числа хромосом

47. Осуществляется у насекомых

48. Главный способ размножения лишайников

49. Основывается на способности ДНК к редупликации

50. Является предпосылкой к освоению организмами новых сред обитания и экологических ниш

51. Осуществляется у водорослей

52. Один из видов – полиэмбриония

53. Осуществляется у моллюсков

54. Сопровождается эмбриогенезом

55. Ведёт к началу онтогенеза особи

Бесполое : 1,2, 5, 7, 8, 11, 13, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 25, 26, 27, 28, 32, 33, 34, 35, 37, 38, 39, 45, 48, 49, 51, 52, 55

Половое : 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 12,13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 25, 26, 27, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 38, 40, 41, 42,43,44, 46, 47, 49, 50, 51, 53, 54,

Основные признаки царств эукариот

· Образуют два подцарства : 1. Низшие грибы – имеют одноклеточный многоядерный ( нечленистый ) мицелий 2. Высшие грибы – имеют многоклеточный ( членистый ) мицелий, клетки одноядерные

Особенности видов искусственного отбора в селекции

 

Общие признаки массового и индивидуального отбора

2. К дальнейшему размножению допускаются толко особи с наиболее выраженным желаемым признаком 3. Может быть многократным 4. Ведёт к образованию нового сорта ( породы )