Особенности дей-я законов термодинамики в биосистемах

59. Особенности дей-я законов термодинамики в биосистемах.

Энтропия открытых систем. ТД с-ма – это совокупность макроскоп объектов, тел, полей, к-е обмениваются энергией м/у собой и окр-й средой.

Существуют 3 сис-мы:

· изолированная (не обменивается с внешней средой ни Е ни m),

· замкнутая (обмен с окр. средой Е, обмена в-вом не происходит),

· открытая (обмен Е и в-вом).

Процессы, протекающие в сис-ме и изменяющие ее состояние м.б.:

равновесные или обратимые (протекают т.о. что вызывают и изменяют состояние сис-мы и при прохождении в обратной последовательности происходит без допол. изменений в окр. среде и наоборот);

неравномерные или необратимые при их протекании в обратном направлении сопровождается с остаточными явлениями в окр. среде.

ТД ф-ии – к-е зависят от m или кол-ва микрочастиц в сис-ме наз-ся экстенсивные или фактор ёмкости (объем, Е, энтальпия). Ф-ии к-е не зависят от массы наз-ся интенсивными или фактор потенциала (давление, t, скорость энтропии).

Изменение биол. сис-м – рассматривает взаимодействие 4 форм Е (тепловую, хим,электр, электромагнитную).

1-й закон ТД – кол-во Е, поглощенное сис-й идет на увеличение внутренней Е сис-мы и на совершение работы против внешних сил. Q=ΔU+A (Q-это внешняя Е), следует, что работа может изменятся за счет изменения внутр. Е сис-мы или за счет сообщения сис-ме некоторого кол-ва тепла.

Если значение энтальпии «+» идет поглощение теплп, а если «-», то выделение тепла в ходе реакции, если ТД эффект р-ции выражается ч/з Q, то знаки меняются.

2-й закон ТД: положения

1) теплота не может самопроизвольно переходить от менее к более нагретому;

2) самопроизвольно могут протекать процессы связанные с переносом Е от более высокого к низкому уровню, т.е. по градиенту;

3) ограничивает превращение Е в работу, при совершении работы какая то часть Е бесследно рассевается в виде тепла, трения. Согласно 2-му з. ТД тепло никогда не может полностью перейти в работу. Ее КПД опред-ся разностью м/у начальной и конечной t процесса. Потеря находится по А = Q^.(Т₁-Т₂/Т₁). В живых процессах хим. Е, к-я переходит в тепло рассеивается и этот процесс не обратим, а в замкнутых энтропия может оставатся неизменной.

Понятие энтропии связано с градиентом, т.е. при необратимых процессах энтропия растет с уменьшением градиента. Биолог. процессы необратимы с т.з. ТД критерия. При этих процессах в замкнутой сис-ме энтропия всегда возрастает. 2-й з. ТД для необратимых процессов указывает направление процесса, т.е. необратимые процессы протекают в направлении энтропии. При стремлении сис-мы к равновесной величине энтропийного фактора возрастает свободная энергия уменьшается и = 0 при равновесии, т.о. термодинамическое равновесие харак-ся мак. энтропией и мин. свободной Е.

Стационарное состояние, если параметры сис-мы в течении времени не изменяются. Открытая сис-ма не может находится в состоянии ТД равновесия т.к. противоречит определению открытой сис-мы. Стационарное состояние: открытая сис-ма, свободная Е не мин. энтропия не мах, работа совершается, необратимые р-ии, скорость протекания больше скорости др. р-ий, ds=ds_i+ds_e.

Теория открытых сис-м предпологает случай уменьшения энтропии за счет взаимоотношений с окружающей средой. При равенстве ds_i=-ds_e общее изменение энтропии = 0 это стационарное состояние. Стационарная сис-ма во времени сохраняет свои основные параметры, не находится в деградируемом состоянии и при выведении из равновесия способна совершать работу. В стационарном состоянии орг-ма скорость созданная энтропией внутри орг-ма = скорости обмена энтропии с окруж. средой. В стационарном сос-ии приращении энтропии внутри сис-мы не = 0, и скорость прямых р-ий может превышать скорости обратных р-ий, но разность скоростей должно поддерживатся постоянно во времени.

Пригожин сформулировал основное свойство стационарного сос-я, при неизменении внешних условий частично равновесно открытой сис-ме в стационарном сос-ии, значение скорости прироста энтропии за счет внутреннего необратимого процесса достигает отличного от 0 постоянно мин, + значение. Принцип мин. прироста энтропии – это кол-й критерий для определения общего направления самопроизвольного изменения в отк-й сис-ме или явл-ся критерием ее эволюции, т.е. по изменению величины ежесекундного прироста энтропии можно предсказать переход сис-мы конечного состояния, если процессы протекают вблизи равновесия.

60. Нулеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты состоят из последовательности химически связанных нуклеотидов. Каждый нуклеотид содержит гетероциклическое кольцо из атомов С и N (это азотистое основание), пятиуглеродное сахарное кольцо и фосфатную группу. АО и пентоза образуют нуклеозид, при присоединении к нему фосфата получается нуклеотид. В качестве сахара, может выступать рибоза (в РНК) и дезоксирибоза (у нее отсутствует гидроксил по 2-му атому пентозного кольца: ДНК).

Азотистые основания:

1. пуриновые - являются производными пурина - аденин-гуанин

2. Пиримидиновые производные пиримидина-цитозин-тимин (в ДНК) - урацил (в РНК, в урациле отсутствует метильная группа при пятом атоме углерода в кольце). Азотистые основания соединены с пентозным кольцом гликозидной связью (первый атом С пентозного кольца соединен с третьим атомом N в пуриновом основании или с девятым N в пиримидиновом).

ДНК содержится в ядре и митохондриях эукариот и организована в виде нуклеоида у прокариот. РНК присутствует как в ядре, так и в цитоплазме. Нуклеотиды соединены в полинуклеотидную цепь. Остов цепи образован из перемежающихся остатков сахара и фосфатов.5-й углерод пентозного кольца соединен с 3-м углеродом следующего пентозного кольца через фосфатную группу. Между пентозой и фосфатом - фосфодиэфирная связь.— ДНК Уотсон и Крик в 1953 году на основании данных рентгено - структурного анализа установили, что молекула ДНК имеет форму регулярной спирали, делающей полный оборот каждые 34 ангстрема своей протяженности, диаметр витка - около 20 ангстрем. Т.о. на 1 виток спирали приходились 10 нуклеотидов. Плотность ДНК свидетельствовала о том, что спираль должны состоять из 2-х полинуклеотидных цепей. Две антипараллельные полинуклеотидные цепи соединены в спираль благодаря водородным связям:А=Т, G-(тройная связь)-С. Углеводно-фосфатные группы распологаются снаружи спирали. АО имеют плоскую форму, располагаются парами перпендикулярно оси спирали внутри ее. Вдоль спирали АО как бы уложены стопками друг на друга.Энергия, необходимая для поддержания спиральной структуры, обеспечивается гидрофобными межплоскостными взаимодействиями оснований (стеккинг-взаимодействия).

ФОРМЫ ДВОЙНЫХ СПИРАЛЕЙ ДНК:

-правозакрученные формы (если смотреть вдоль оси спирали, витки по часовой стрелке)

А - характерна при относительной влажности 75 %.

11 пар оснований на виток, диаметр спирали 23 ангстрема.

В - влажность 92 %. Это основная форма содержания ДНК в клетке.

10 пар оснований на 1 виток, угол вращения одной пары 36 градусов, расстояние между парами 3,38 ангстрем, диаметр спирали 19 ангстрем.

С - влажность 66%, необходимо присутствие ионов Li+.

9 пар на виток, диаметр спирали 19 ангстрем.

-левозакрученная (как зигзаг) Z-форма.

12 пар оснований на виток, угол вращения одной пары оснований относительно другой минус 30 градусов, диаметр спирали 18 ангстрем.

Она наблюдается в участках, богатых Г - Ц парами.

Таким образом:

-первичная структура ДНК - последовательность чередования нуклеотидов.

-вторичная структура - двойная спираль.

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА

· В частицах вирусов, клетках бактерий, в ядрах эукариот ДНК плотно упакована.

· Линейные молекулы ДНК свернуты в плотный клубок.

· У бактерий, митохондрий, пластид ДНК - кольцевая.

· Кольцевая ДНК находится в суперспирализованном состоянии.

СВОЙСТВА ДНК

ДНК обладает свойством денатурации, когда при повышении температуры (около 85 градусов, зависит от количества тугоплавких связей Г - Ц) ее цепи расходятся. Возможна обратная ренатурация при нормализации температуры.

Отмечено также, что гетероциклы ДНК поглоают ультрафиолетовый свет с близким максимумом 260 нм.

У большинства микроорганизмов ДНК присутствует в суперспирализованном состоянии (а именно отрицательно спирализована)

-две цепи ДНК зацеплены друг относительно друга

Lk = число зацеплений релакцированной ДНК

-при раскручивании цепей относительно друг друга изменяется число оборотов одной цепи относительно другой:

Tw

-а значит изменяется и суперскрученность молекулы – Wr Т.о. Lk = Tw + Wr

У эукариот - уровни упаковки ДНК:

Для упаковки хроматина используются белки-гистоны (H1, Н2А, Н2В, Н3, Н4 - 5 классов).

Белки гистоны выполняют регуляторную и структурирующую функцию

УПАКОВКА ДНК

1. нуклеосома (гистонный октамер, вокруг него обвернута ДНК в почти 2 витка - 146 пар оснований). Между нуклеосомами линкерные участки.

2.фибриллярный уровень. Образуются фибрилли толщиной около 30 нм, компактизированная цепочка нуклеосом.

3. петли (домены). Выделяются хромомеры диаметром около 100 нм. В центре - плотный сгусток, от него отходят петли, представляющие собой цепочки фибрилл

4. хромонемный уровень. Фибриллы диаметром до 0,2 мкм.

5. гетерохроматин

РНК

Существует несколько типов РНК, в зависимости от выполняемых функций:

рРНК

Это основа, на которой располагаются белки, составляющие рибосому.

рРНК имеют V-образную форму.

Вторичная структура рРНК создается за счет коротких двуспиральных участков - шпилек, к остальной части прикреплены белки.

тРНК

транспортируют аминокислоты в рибосомы и ставят их в определенные участки полипептидной цепи при биосинтезе белка.

Имеет вид клеверного листа, на одном конце которого антикодоновый стебель с 3'-свободным концом (к нему присоединяется аминокислота)

противоположно ему располагается антикодоновая петля.

мРНК

образуется в процессе транскрипции на матрице ДНК.

В свою очередь она служит матрицей для синтеза белка в рибосоме.

Н/кислоты – высокомол - ные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того какой у-вод входит в состав нуклетида –дезоксирибоза или рибоза-различают ДНК или РНК. Нукл-д из 3 частей: остаток фосфорной к-ты, пентоза (дезоксирибоза/рибоза) и азотистых оснований. Азотистые основания:пуриновые-аденин и гуанин;пиримидиновые-цитозин, урацил, Тимин.

Первичная стр-ра: линейная последоват-ть нукл-в. РНК содержит от нескольких десятков нуклеотидных звеньев до 10⁵, ДНК-неск тыс до 10⁸. ДНК относительно стабильная, устойчивая к разрцшениям, способна к редупликации. РНК менее уст-ва, не спос. К редупликации. Вторичная стр-ра ДНК-двойная спираль (была предложена 1957 году Уотсоном и Криком).

Пр-пы построения:

1)правило Чаргоффа-сумма пуриновых оснований = сумме пиримидиновых. Кол-во А=кол-ву Т, Г=Ц;

2)пр-п комплементарности-2 цепочки антипараллельны, удерживаются за сч. Водородных связей м/у парами А-т-2 связи, м/у Г и Ц -3 связи. За сч этого обр-ся расстояние-ширина спирали-20 ангстрем. Сущ-т несколько форм ДНК-

B-форма-правозакрученная, длина полного витка 34 ангстрема, ширина 20 А, полный виток спирали-10 пар нуклеотидов. Плоскости оснований параллельны др другу и перпендикулярны оси спирали. Снаружи-дезоксирибоза и остатки фосф. Кислоты.

А-форма: 11 пар оснований в витке, угол наклона 20°,

С-форма-9.3 пары оснований, угол наклона 6°.

Третичная форма-укладка в пр-ве. Исходная кольцевая форма у бактерий, хлроропластов, митох. Способ укладки – сверхспирализация. Кольцевая мол-ла спирализуется относительно оси 2-ной спирали. Если направление спирализации совпадает с направлением спирали мол-лы à положительная спирализация. Если нет-отрицательная. При положительной спир - ции плотность повышается. Сверхспирализация – способ запасания энергии. Биологич.

Значение 2-ой спирали:

1)защита ген. Кода-азот. Основания оказываются внутри мол-лы;

2)Воспр-ние нал. Инф-ции-расхождение 2 цепей для матричного с-за, пр-дит репликация)

3)Обеспечение точности передачи инф-ции-инф-ция 1-ой цепи кодируется 2 раза.

Если в одной цепи мутация-вост-ние по второй, если мутац в обеих-вост-ние по гомологичной хромосоме. ДНК в Кл находится в ядре, хл-тах, митох. РНК-3 вида-мРНК, рРНК, тРНК. Вместо Т-Урацил, вместо дезоксирибозы-рибоза. мРНК нестабильна, время жизни 2-3 минуты. Имеет линейную стр-ру. Есть синтезирующая посл-ть, открывается инициаторными кодонами УАГ, УАА, УГА. Вторичная стр-ра-короткие спирали 2-3 витка. Образуется шпилька или черешковая форма. ?0% мРНК спирализованны. Третичная стр-ра-детально не установлена. Обр-ся при вз-ии мРНК с белком (эукариоты). Эти компл-сы называют информосомы - продлевают время жизни мРНК. Ф-я- являются матрицами для с-за пептидной цепи. тРНК-низкомол-я форма. Ф-я- трансп. а/к к месту с-за белка. тРНК:антикодоновая шпилька- 3 антикодона, соотв кодонам мРНК;Т-шпилька из 2-ной спирали(5 пар нукл-в) и петли из 7 нукл-в(вз с рибосомой);D-шпилька образована спиралью из 3-4 пар и петли из 8-11 нуклеатидов.- вз с аминоацилсинтетазойàобр-е компл-са а/к-тРНК. Третичная стр-ра-L-форма под углом 90°ветви с более плотным ядром в центре-акцепторная ветвь и антикодоновая ветвь. рРНК-80-90% всей РНК Кл-ки.-образуют рибосомы, высокомол-е и стабильные. Каждая субъединица рибосомы имеет рРНК. Эукар-80S=60 S+40S, прокар-70S=30S+50S. В состав рибосом входят рибосомные белки. Известна форма укладки, но не изв мех-мы. Ос-ти- 50% всех нукл-в вовлечены в короткие 2-е спирали. Есть стр-е домены 16S и 18S по 3 домена, 28S-5-6 доменов. Ф-ии-уч-т в пр-сах трансляции

61. Ядро и кл центр. Строение интерфазн ядра. Ядерн оболочка. Ядрышко.

Ядро – обязат, постоян компонент эукариот Кл (искл эритроциы крови). Я меняет состоян на протяжении жизни Кл (деление, интерфаза).

Строен интрф ядра: схема: занимаент центр кл, 10% от объема, за искл кл с вакуолью (там расположен постенное), ядерная оболочк (кариотека), внутри ядерный сок(нуклеоплазма, кариоплазма), хроматин, ядрышко(одно или неск).

Ядерн обол – двумембран м/у кот межмембран п-во (перенуклеарное). Наружн связана с цистернами ЭПС и несет рибосомы. Места смыкания наружн и внутрен мембр – поры. Функц: связь м/у цитоплазм и кариоплазмой.

Ядрышко: различ число ядрк зависит от физиол ак-ти кл. ультраструкт ядрышка: выдел 3 основн части:

1. Слабоокрашен компонент, часть мол ДНК, кот отвеч за синтез рибосом.

2. Фибриллярный компонент – РНК.

3. Гранулярный комп – субчастицы рибосом, функц: синтез риб.

Ядрышко на 70-80% сост из белка, остальное нук, следовательно это самая плотная с-ра. Хроматин: сост из ДНК и белков-гистонов(тольк у эукар). Б-гистоны – основн белки структурно связан с ДНК. 80% от общ объема белков.

5 типов гитонов: Н1,Н2А,Н2В,Н3,Н4. Есть эухроматин –диффузн раб хроматин, гетерохроматин – плотно упакованный хроматин. У-ни компактиз:

1. Нуклеосома. Основн структурн ед хроматина. Белковой сердцев явл гистоновый кор, кот сост из 8 мол б-гистонов по 2 кажд типа, кроме Н1. На гистнов кор накручив ДНК, есть линкерные уч-ки (связывающие). у-нь компактиз в 6-7 раз.

2. Фибрилла. Стягив нуклеосомы (линкерный уч-к) белком Н1, где ДНК входит на гистоновый кор и выходит с него. у-нь комп в 40р.

3. петлевые домены ДНК. Хромомеры – образ петлевые розетковидн с-ры с e-нем компактиз в 400р.

4. Хромосомы. Максим скомплект конденс хроматин, функц в период деления кл.

клеточн центр (центросома): 3 ко мпонента:

1.две центриоли (цилиндр орг, стенка кот образ 9 триплетв трубочек. Новые возник путем удвоения уже существ) функц: вход в состав базального тельца, в основан жгутиков и ресничек прост уч в образован веретен делен

2.центросфера,

3.микротрубочки (сост. из тубулина, образ астросферу). Микротруб образ в интерф кл сист волокон, проник ц/пл. в митозе микротр распад, затем регенирируют. Они появл в околоядерной зоне, формир лучитую звезду. Центром звезды явл центросома. Микротруб полярны, есть + - концы (быстрораст) и – концы (медлен раст)

62. Митох. Дых.цепь. АТФ. Гип.Митчелла.

Мит.-эн. станции кл-ки. Осн. ф-я с-з АТФ. Есть практич. во всех эукар. кл-ках. Меняют свою форму и распол-е. Обыч. скапл-ся в тех уч-ках ц/пл. где возн-ет потреб-ть в АТФ.

Стр-е: 2 замкнутые мембр. они делят пр-во митох. на два отдела (компартмента)-межмембранное пр-во и матрикс. Наруж. мембр. содержит много мол-л белка-порина. Он обр-ет в билипидном слое гидрофильн. каналы и=>наруж. мембр. пропуск. мол-лы массой до 10тыс. Да. Внутр. мембр. сод-т ф-ты, кот. уч-ют в метаболизме (ф-т, превращающий ПВК в ацетил КоА)->цикл Креб.->АТФ). Внутр. мем. обл-ет в 5 раз> площ. чем внеш. Она обр-ет складки-кристы.

Матрикс-сложн. биохим. среда: содержит сотни белков, ф-ты, ДНК, РНК, рибосомы =>в митох. происх. реализ-я наследственн. инф-ии. Митох. - полуавтономн. структуры с собственными наследств. и белоксинтезирующими аппаратами. С-з ДНК в мит. не зав. от с-за ядерн. ДНК.

С-з АТФ происх. в рез-те окисл-я орг. субстратов и фосфорилир-я АДФ. В пр-ссе гликолиза происходит неполное окисл-е субстрата. Глюкоза распад-ся до триоз. при эт. тратится 2АТФ и получ-ся 4АТФ. ПВК вовлек-ся в дальнейше окисл-е, в рез-та цикла Кр. электроны, освобождающиеся в пр-ссе окисл-я, перенос-ся на акцепторные мол-лы коферментов (НАД), кот. вовлек. их в цепь переноса эл-ов -> в ЦТК (цикл Кр.) нет с-за АТФ, а идет окисл-е мол-л, перенос эл-ов на акцепторы и выдел-е СО2. Эл-ны, акцептированные на коферм-ах, перенос-ся на дых. Цепь (цепь переноса эл-ов), где они прис-ся к О2-> Н2О.

Дых. цепь-главная сила превр-я эн. в митох-ях. В ее сост. вх. 2 ферм. (сукцинатдегидрогеназа и НАДдегидрог.), 4 цитохрома и кофермент Q. Здесь происходит восстановление эл-тов этой цепи, в рез-те чего освобожд-ся эн. За счет этой эн. из АДФ и фосфата обр-ся АТФ, т.е. происх. пр-сс окисл-го фосфорилир-я. В матриксе локализованы ф-ты цикла Кр., окисления жир. к-т. Осн-ым продуктом их ок-я явл-ся ацетил КоА. В матриксе происх. ок-е нек-х а/к-т. Эл-ты цепи переноса эл-ов локализ-на во внутр. мемб. митох-й. У прокар. эл-ты ЦТК локализ. в цитопл. а ф-ты дых. цепи и окисл-го ф-рилир-я – в плазм. мембр.

КоQ (убихинон) - витаминопдобное соед-е –это переносчик ат. Н. Цитохромы-белки, переносят эл-ны. Синтез АТФ: осущ-ся АТФ-синтетазным комп-сом. АТФаза-белок, сост. из субъединиц. Шляпка образована 6-ю субъед-ми. Мех-м с-за АТФ. Гип-за Митчелла. По мере движ-я эл-ов по дых. цепи происх перекачка Н из матр. в цитопл. Измен-ся [ ], обр-ся трансмембр. град-т протонов ∆μН, созд-ся эл. поле ∆μН= ∆ φ- ∆рН , где ∆ φ-раз-ть пот-лов, а ∆рН – изменение [Н]. ∆μН - первичная генерированная форма эн-ии. Источник эн. для переносчиков - движение эл-ов. Активирование ф - тов – за счет поступл-я 2Н + из цитопл. Н2О отщепл-ся, а фосфат в активном сост-ии. Гидроксил оттяг-ет Н от АДФ и обр-ся Н2О, в рез-те этого отшепл-я АДФ активизир-ся. АДФ+Ф=АТФ.

63. Клеточная теория:

4 постулата:

Клетка – элементарная единица живого. Ей свойств: рост, воспроиз, наслед, изменчив. Только кл отвеч определ живое. Прокариот кл им метабол анна или аэробн, органеллы немногочис или отсут, кольц ДНК в цитопл, РНК и белки синтез в 1м корпантменте нет цитоскел, нет движ цитопл, эндо и экзоцитоза, деление перетяжкой.

Эукариот кл все аэробы, полн набор органелл,длин ДНК,организ в хромасом и в ядре. Синтез РНК в ядр, белк в цитопл. Цитоскел из белк волокон, движ цитопл,экзо и эндоцитоз, митоз/мейоз. У многокл есть кл диф-ка.

Гомологичность клеток - единый план строен, разв из одинак зачатков, но им морф отл. Живая кл сост из один набора хим элт-ов.испол 4 осн типа молекул:БЖУ,НК.все кл в кач наслед мат ДНК,един ген код и сход в строен. Тотипатентность.

Клетка от клетки Вирхов. процесс деления описать. Амитоз – делен кл перед смертью.

Клетка и организм: Организм-сложная сист клеток объед в тк и органы. Развитие многокл прив к интегр кл-узкоспец компл, гр кл специал на вып опред функ-и и де как ед целое - сист кл 1поряд (долька печ,легоч пузыр), вней сильны межкл контакты, выполн нов финкции (эмерджентные). Сист 2го пор - ткани=>органы и т.д. Появл гуморал и нерв связи.

ПРОКАРИОТЫ

-нет обособленного ядра

-имеются плазмиды

-большинство генов в единственном экземпляре

-генотип не содержит интронных некодируюзих вставок

-рибосомы 50+30=70S

-мембранных органоидов нет (их функции выполняют выросты ЦПМ)

-клеточный центр отсутствует

-клеточная стенка у бактерий содержит муреин, у цианобактерий- целлюлозу, пектиновые вещества, немного муреина

ЭУКАРИОТЫ

-морфологически обособленное ядро, есть ядрышки

-есть мембранные органоиды - митохондрии, пластиды, они содержат бактериальную ДНК с плазмидами и самостоятельно размножаются, содержат бактериальные рибосомы

-Доля генов, представленных в нескольких копиях, может достигать 45 %,

-геном экзонно-интронного типа (содержит интроны - некодирующие вставки)

-рибосомы 60+40+80S.

-клеточный центр имеется в клетках животных и грибов, у растений - в клетках водорослей и мхов.

-клеточная стенка у растений целлюлозная, у грибов - хитиновая, у животных отсутствует.

64. Эндоплазматическая сеть. Гольджи.

Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулюм) имеет сетчатую структуру, расположен в цитоплазме эукариотической клетки. Образует ветвистую цепь и состоит из сложной системы канальцев, вакуолей и цистерн, ограниченныхх мембраной. Полость ЭПС составляет до 10% общего объема клетки. Это одномембранный органоид. Мембрана образует складки, изгибы и отделяет от цитозоля внутреннее пространство ЭПС.

ЭПС отсутствует в половых кл, эритроцитах, меристемах.

Выделяют 2 типа:

1) ШЕРОХОВАТАЯ – комплеи кс уплощенных цистерн, расположенных параллельно друг другу, одна сторона обращена к цитоплазматической мембране. Покрыта рибосомами. Полость ЭПС содержит 20 белков, которые отсутствуют в гладкой ЭПС. Часть белков - это рецепторы для прикрепления рибосом, функции: - на шероховатой ЭПС рибосомы осуществляют синтез всех белков клетки, входящих в состав мембраны, цитозоля;- транспорт веществ из 1кл в др (КЛетки соединены своими ЭПС). Белковые цепочки образуются на рибосомах со стороны цитоплазмы и через мембрану ЭПС транспортируются в полость ЭПС.

Для этого транспорта служат специальные сигнальные белки: а) стартпептиды – сигнал о начале переноса белковой цепи;б) стоппептиды – сигнал об окончании переноса.

Сигнальные белки встраиваются в обрезанную белковую цепь, если белковая молекула несет только стартпептиды, то полипептидная цепь переносится полностью в полость ЭПС, молекулы стартпептидов отщепляются. Если белковая молекула содерж оба типа сигнальных белков, то перенос полипептидной цепи внутрь ЭПС идет до тех пор пока молекла стоппептида не окажется в бислое мембраны, далее стоппептид отщепляется и белок встраивается в мембрану ЭПС.

2) ГЛАДКАЯ – имеет трубчатое строение, не несет рибосомы. Трубочки имеют просвет 30-60 нм. Функции:

а) синтез липидов и углеводов. В специлизированных клетках, синтезирующих липиды и углеводы (клетки печени) значительную долю составляет гладкая ЭПС. Все липиды мембраны образуются в гладкой ЭПС. Ферменты, катализирующие синтез липидов, локализованы на мембране гладкой ЭПС, их активный центр обращен к цитозолю.

б) расщепление веществ, вредных для клетки. Детоксикации.

ПРИМЕР: обезвреживание лекарственых препаратов и вредных соединений, образующихся в процессе метаболизма в гепатоцитах.

Производные ЭПС: вакуоли растительных клеток, сферосомы – мембранные пузырьки, встречающиеся в растительных клетках. в поепречнополосат. мышцах ЭР выполняет роль депонирование ионов Са-приводит к расслаблен. мышеч. волокна.

Откр Гольджи 1898г., органид кл, в виде сети или свободно располож палочек, крючочков – это диффузионное располож. Присут во всех кл. В бол-ве кл заним околоядер располож. Сост из набора уплощен-х цистерн, оуруж-х 1 мемб, напомин стопку тарелок. Это стопки Г (диктиосомы – струк - ая ед - ца ап. Г), в стопку вх-т до 4-6 цистерн у раст и 20 цистерн в жив кл. Число стопок в Кл зависит от типа Кл. М.б. 1стопка, в др 100 маленьких. На концах цистерним пузыревид вздутия – это ампулярные расширения, со стопкой цистерн связана с-а пузырьков, окруж-х 1 мембр. Эти пуз-ки нах на стороне, примык к ЭПС и по переферии стопки, недалеко от расширен-х концов цистерн. Пузырьки перенос б и лип в ап Г и из него и му остальн цистернами.

Ап. Г поляризован. М. выдел 2 разние стороны:

1) формирующиеся – циссторона – проксимальный полюс. Обращен к ядру кл и связан с переход эл-ми ЭПС.

2) Зрелая – трансторона – дистальный полюс. Обращен к мембр Кл, расшир-ся в труб ретикулюм (транссеть Г.).

Эти полюса отлич не то-ко по располож, но и по струк самой диктиосомы. На проксим полюсе нах-ся более корот цистерны, толщина их мемеб 6-7нм. С ними связаны мелкие пузырьки. На дистал полюсе нах более круп цистерны, толщ мембр около 10 нм и с ними связ более круп пуз.

Средняя часть диктиосомы – это переход элемент нах-ся му ЭПС и проксимал полюсом ап.Г. Эта обл ЭПС, почти лишенная рибосом, от нее отпочков-ся пузырьки d50-100нм, кот слив-ся с мембр-ми ап.Г. В рез-те мембр пузырька стан-ся частью мембр диктиосомы. На электр фотограф проксимал полюс выгляд уплощ или вогнутым, а дистальн – выпуклым. Поляризация диктиос связ - на с ее f, выдел 3 f-но различ-х компартмента: цисткомпартмент, промежуточный, транскомпартмент.

1) f:

1) происх модификация в-в предварительно синтез-х в ЭПС. Из более простых в-в образ слож соед это гликопротеины, протеогликаны, слизи, полисахариды. Пуз-ки отщепл от переход зоны ЭПС, слив-ся с мембр ап.Г, постепен-ая их модифик-я проис-т при перемещ из 1 компартмента в др.

2) секреторная – вывед из кл синтез-х в-в. В-ва предварит-но упак-ся в транспорт пузырьки, кот перемещ - ся в др уч кл или в сосед кл – это секретор кл. Проц секреции регулир-ся, происх с отдельной периодичностью.

3) в раст кл в ап Г синтез - ся гемицел - за и пектины, кот идут на образ фрагмопласта,

4) в кл н. раст образ-ся Сократ вак это расширен цистерны ап.Г,

5) формир-е лизосом (приним уч в расщеплении).

65. Фазы жизнен. цикла кл-ки. Хар-ка митоза.

Клеточный цикл – период жизни кл от 1-го дел до др. Включает 4 периода (интерфазу (3 фазы) и Митоз). Периоды клет цикла различ-ся по общему содерж-ю в кл белка, ДНК, РНК и по уровню их синтеза.

ИНТЕРФАЗА – промежуток времени му дел-ми.

В это время кл растет, f-ет и готов-ся к дел-ю.

Вкл 3 периода:

1) G1 – пресинтетич-й

набл-ся актив синтез белка, рост кл. Кол-во белка непрерывно и пост увелич, активность кл нарастает до тех пор пока она не перейдет в точку рестрикции, после чего Кл будет обязательно дел-ся. Подготовка к синтезу ДНК.

2) S – синтет-й.

Удвоение наслед материала. Синтез идет с разной скоростью.

Параллельно синтезу ДНК идет синтез гистонов в цитоплазме и происходит их миграция в ядро, где они связываются с ДНК.

Т.о. после окончания S-фазы кажд хр-ма представлена 2-мя копиями, кот остаются до наступления митоза.

3) G3 – постсинте-я (премитотическая)

идет подготовка к делению. Образ-ся белки участвующие в образ-ии веретена дел. Это белок – тубулин.

Происходит видоизмен белков, их активация фосфолированием. Эти белки необх-мы для конденсации хроматина.

МИТОЗ – непрямое дел кл.

Суть: - точное распределение генетического материала му дочерними кл.

Длительность стадий различна зависит от типа клетки, физиолог-го сост орг-ма, наиболее продолжит-ны 1 и послед-яя.

Стадии:

-Профаза –

кл поляризуется (формируется 2 полюса), полярность создается расхождением центриолей к противополож концам кл и образованием му центриолями веретена, к концу профазы исчезает ядрышко.

Хроматиновые нити благ-ря спирализ-ции хромос-м стан-ся более толстыми, позднее хромосомы утолщ-ся и стан-ся в виде отдельных нитей.

В это время уже заметно что хромосомы двойные.

-Прометафаза –

нач-ся с момента распада ядер обол на отдельные мелк мембр пузырьки.

Происх вз-е хромосом с нитями веретена дел.

Хром прис-ся к митотич веретену с пом кинетохора (первичной перетяжки) (т.е. на хромосоме 2 кинетохора) – они образ-ся на центромерах, т.к. они сост из 2 сестринских хроматид. Кинетохоры обращены в противоположные стороны и к ним прикрепл кинетохор-е микротрубочки.

Центромерные уч-ки хр (10 пн) остаются не реплицироваными.

От полюса отходят +концы микротруб, кот прикреп к кинетох-ам, кинетохор действует как колпачок, предохраняя +концы от деполяризации.

-Метафаза –

хромосомы выстраиваются на экваторе кл, образуя метафазную пластинку.

Микротрубочки:

1. полюсные (непрерывные) нити отходят от полюсов и в области экватора сшиваются спец - ми белками

2. хромосомные (кинетохорные) нити – прикрепляются к кинетохор хром.

3. Астральные – вход в состав астросферы и не включаются в собственно веретено дел.

-Анафаза –

хромос движ-ся к противопол-м полюсам. Сигналом служит повыш концентр Са(2+) в цитозоле. Не реплиц-ые уч-ки хром реплиц-ся, сестр хроматиды обосабливаются др от др и стан-ся дочерн хромосомами.

Микротруб нач укорач-ся, т.к. кинетохоры отсутствуют, концы микротрубочек и дочерние хром нач переем-ся к полюсам кл. Движ-е дочерн хром явл-ся результ-ом 2 проц-в, происх-х в веретене, поэтому выдел анаф А и В.

Анафаза А – расхожд дочерн хр за счет укорачивания кинетох-х микротруб, заверш-ся по достиж-ю хром полюсов.

Анафаза В – раздвигание полюсов за счет удлинен полюсных нитей.

-Телофаза –

1) деспирализ-я и декомпактизация хром,

2) появл ядрышек,

3) восстан ядер обол.

Фрагменты ядер обол в виде мембр пезырьков связ с отдельн хром сливш-ся др с др частично окружая хром,

4) дефосфолир-е ламиллы вновь агрегируя образ ядер ламиллы.

-Цитокинез–

Деление цитозоля.

Начин во время анаф и продолж до конца митот цикла. В живот кл во время анаф в плоскости экватора появл бороздка деления, ее образ связано с сокращением кольцевого участка поверх-го слоя цитопл. В месте смыкания кольцевой борозды остается крошечное тельце, представляющее остаток нитей веретена.

У кл раст в плоскости экватора обнаруж пузырьки, кот постепенно сливаясь, образ-т мембраны обеих кл. Затем на этих мембр строятся целлюлозные оболочки.

В месте контакта 2 разделивш-ся кл формир-ся тельце – фрагмопласт, остаток нитей веретена.

Значение митоза:

1) ген стабил. Митоз не может внести измен в ген инф. Образ-ся 2 ядра, содержащие столько же хр сколько в родителе.

2) рост в проц митоза, происх увелич числа кл в орг-ме.

3) бесполое размн, регенер, замещ Кл. Митоз обеспеч регенер утрач частей тела. Замещ кл у всех многокл орг-в. Многие жив и раст размн бпол путем при пом митот дел кл.

Размножение прокариот

Размножение прокариот происходит путем деления клеток, которое называется дроблением. У некоторых прокариот (актиномицеты) бесполое размножение происходит с помощью спор (конидий).При размножении бактерий в искусственных условиях (в ограниченном объеме питательной среды) в развитии культуры выделяется 4 периода, или фазы.

1 фаза – лаг-фаза. Численность бактерий увеличивается очень медленно (иногда даже снижается). Бактерии как бы осваивают новую среду.

2 фаза – фаза экспоненциального роста. Численность бактерий увеличивается лавинообразно, в геометрической прогрессии.

3 фаза – стационарная фаза. Численность бактерий стабилизируется.

4 фаза – фаза отмирания. Численность бактерий начинает уменьшаться и вскоре активных бактерий не остается. Наличие стационарной фазы и фазы отмирания связано с уменьшением концентрации питательных веществ и накоплением вредных продуктов обмена.

66. Биологических мембран.

БМ - надмолекул-е сист-мы. Тощина около 10 нм.

БМ обеспечивают:

1. активн трансп-т вещ-в

2. в них локализ-ы основные био-энергетич-е про-цесы (фотосинт., дыхание)

3. в БМ происх: генерация биопотенциалов, распространение нервн имп-в и т.д.

БМ представляет из себя липидный бислой, в который погружены белковые молекулы. Фосфолипиды мембран совершают латеральное перемещение (в пределах 1 монослоя) и переходы флип-флоп (из 1 слоя в другой)

ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ МЕМБРАНЫ.

ЛИПИДЫ

Св-ва лип-в:

1) большинство полярные (им гидрофоб и гидрофобный участок), что обусловливает их характерное поведение в водной среде: гидрофильные головки наружу, а гидрофобные хвосты жирных кислот внутрь, поэтому - бислой липидов.

2) жирн. к-ты входящие в состав липидов БМ имеют от 14 до 22 углер-х ато-мов. Жирн. кислоты имеют по 1 или несколько (в зависимости от температурных условий) ненасыщенных связей, что обусловливает текучесть мембран, при понижении температуры текучесть возрастает

3) почти все явл-ся диглицеридами, т.е. 2 ост-ка ЖК-ты

4) имеют остат фосфорной к-ты (т.е. фосфолипиды)

БЕЛКИ

3 типа организации:

1. полное погру-жение в липи-дный слой

2. г-фоб часть Б погружена в М-ну пересекая всю толщину М-ны. Г-фильн часть Б находится в водной среде

3. «г-фоб якорь». Б проникает только на расстояние 1 фосфолипидного слоя.

4. Наиболее слабо связаны с М периферические Б,

По Функциям белки:

1. ферментативные,

2. транспортные,

3. регуляторные,

4. структурные

Функц плазм мембр:

1.барьерная,

2.соед кл,

3.траспотр в-в,

4.рецепция.

Барьерная - мех уст-ть мембр м. опр-ся доп стр-рами

1.Гликокаликс-внешний рыхловолокнистый слой

2.Кортикальный слой цитоплазм - не содерж рибосоми мембр пузырьков,здесь микрофиламенты и микротрубочки. Соед. Кл - ок - за адгезию отвеч спец САМ-белки:

а) кадгерины - трансмембр фибрилл белки, отд домены кот-ых связ с ионами Са-доп жёстк.

б) Молекулы адгезии нервн Кл - ок N-CAM

3.Селиктины-трансмем белки, участв в соед кл эндотнлия.

4.Интегрины - гетеродимеры с альфа и бета цепями. Уч - ют в соед кл с внеклет субстр.

Сущ - ет 3 гр межклет контактов: Запирающие, прикрепительные, коммуникативные.

Транспорт в - в_- пассивный транспорт (диффуз), Облегчёная дифф - со спец трансп белками (каналообразующие и белки-переносчики), Активный транспорт-перенос в-в против хим градинта с затратой Е, осущ белками-переносч (унипорт, симпорт, антипорт) Рецепция - с пом спец белк молекул – рецепторов.

67. Ультрафиоле́товое излуче́ние (ультрафиолет, УФ, UV)

— электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением (380 — 10 нм, 7,9×1014 — 3×1016 Гц). Диапазон условно делят на ближний (380—200 нм) и дальний, или вакуумный (200—10 нм) ультрафиолет, последний так назван, поскольку интенсивно поглощается атмосферой и исследуется только вакуумными приборами. Воздействие на здоровье человека: Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:

· Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315—400 нм),

· УФ - B лучи (UVB, 280—315 нм),

· Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100—280 нм)

Практически весь UVC и приблизительно 90 % UVB поглощаются озоном, а также водным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA, и, в небольшой доле — UVB.

Ионизи́рующее излуче́ние — в самом общем смысле — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим.

Биологическое действие ионизирующих излучений

Ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.

Из-за того, что разные типы ионизирующего излучения обладают разной ЛПЭ, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятия относительной биологической эффективности (коэффициента качества) излучения по отношению к излучению с низкой ЛПЭ (коэффициент качества фотонного и электронного излучения принимают за единицу) и эквивалентной дозы ионизирующего излучения, численно равной произведению поглощённой дозы на коэффициент качества.

После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. Например, порог появления симптомов острой лучевой болезни у человека составляет 1-2 Зв на всё тело. В отличие от детерминированных, стохастические эффекты не имеют чёткого дозового порога проявления. С увеличением дозы облучения возрастает лишь частота проявления этих эффектов. Проявиться они могут как спустя много лет после облучения (злокачественные новообразования), так и в последующих поколениях (мутации)

Лучевая болезнь. Острая лучевая болезнь представляет собой самостоятельное заболевание, развивающееся в результате гибели преимущественно делящихся клеток организма под влиянием кратковременного (до нескольких суток) воздействия на значительные области тела ионизирующей радиации. Причиной острой лучевой болезни могут быть как авария, так и тотальное облучение организма с лечебной целью - при трансплантации костного мозга, при лечении множественных опухолей.

В патогенезе острой лучевой болезни определяющую роль играет гибель клеток в непосредственных очагах поражения. Сколько-нибудь существенных первичных изменений в органах и системах, не подвергавшихся непосредственному лучевому воздействию, не наблюдается. Под влиянием ионизирующей радиации гибнут прежде всего делящиеся клетки, находящиеся в митотическом цикле, однако в отличие от эффекта большинства цитостатиков (за исключением миелосана, который действует на уровне стволовых клеток) погибают и покоящиеся клетки, гибнут и лимфоциты. Лимфопения является одним из ранних и важнейших признаков острого лучевого поражения. Фибробласты организма оказываются высокоустойчивыми к воздействию радиации. После облучения они начинают бурный рост, что в очагах значительных поражений способствует развитию тяжелого склероза. К важнейшим особенностям острой лучевой болезни относится строгая зависимость ее проявлений от поглощенной дозы ионизирующей радиации.

68. Пластиды, Общая Характеристика. Типы Пластид.

Пластиды – это мембр органоиды, встреч у фотосинтезирующих эукар орг (в р, н вод, некот однокл.)

У в раст сущ комплекс различных пластид, отлич строением и функц.

Всем пластидам свойствен ряд общих черт. Они имеют свой генетический аппарат и окружены оболочкой, сост из двух концентрических мембран. Все пластиды развиваются из пропластид, кот предст собой мелкие органеллы, присутствующие в кл меристемы, судьба кот определяется потребност дифференц кл. Выделяются три основных типа пластид:

· лейкопласты,

· хлоропласты и

· хромопласты.

Все они представляют собой генетически связанный ряд:

ЛЕЙКОПЛАСТЫ - бесцветные пластиды, кот содержатся в кл растит органов, лишенных окраски (клубни картофеля, моркови, свеклы и др запа сающие органы и ткани) Окружены оболочкой, состоящей из двух мембран, внутри кот находится белковая строма (содержит небольшое число пузырьков и плоских цистерн – ламелл). Лейкопласты способны развиваться в хлоропласты, также способны переходить в хромопласты.

ХРОМОПЛАСТЫ — это пластиды растит кл, имеющие окраску желто-оранжевой гаммы. Их можно определить как сенильные, деградирующие органоиды клетки, они образ при разрушении хл.

ХЛОРОПЛАСТЫ. Высш раст представляют собой линзовидные образования. Х. водорослей могут быть чашевидными, лентовидными, спиралевидными, звездчатыми. Ультраструктура Х. сходна с митохондриями, прежде всего, в строении оболочки Х. - перистромия. Он окружен двумя мембранами, которые разделены узким межмембранным пространством. Наружная мембрана обладает высокой проницаемостью (непроницаема для АТФ), внутренняя - менее проницаема и несет специальные транспортные белки, она окружает большую центральную область - строму.

Строма Х. содержит разнообразные ферменты, рибосомы, ДНК и РНК. Х. значительно крупнее митохондрий. Их внутренняя мембрана не образует крист и не содержит цепи переноса электронов. Все важнейшие функциональные элементы Х. размещены в третьей мембране, которая образует группы уплощенных дисковидных мешочков - тилакоидов.

Тилакоидная мембрана включает в свой состав пигмент - белковые комплексы, основной пигмент высших растений - хлорофилл; а также пигменты из группы каротиноидов (каротин и ксантофилл). Тилакоидная мембрана включает компоненты электрон-транспортных цепей.

Внутренние полости тилакоидов создают третий внутренний компартмент Х.- тилакоидное пространство. Тилакоиды собраны в стопки - граны. Кроме тилакоидов в граны входят участки ламелл стромы. Это плоские, протяженные, перфорированные образования. Они не пересекаются и замкнуты. Ламеллы стромы связывают отдельные граны. При этом полости тилакоидов и полости ламелл стромы не сообщаются. Функция хлоролластов - фотосинтез, образование органических веществ из углекислого газа и воды за счет энергии солнечного света. Суммарная реакция фотосинтеза: nСО2 + nН2О = (СН20)n+n02. Образование Х. у высших растений происходит за счет преобразования лейкопластов. В ходе этого процесса усложняется внутренняя ламеллярная структура пластиды, возникают граны, увеличиваются их число и размер. Одновременно происходит увеличение размеров пластиды.

(здесь пропущено 2 вопроса (ответа=)). Вот они:

· Генетический код. Регуляция действия генов. Оперон. Генетический анализ лактозного оперона.

· Хранение и реализация генетической информации. Репликация ДНК. Биосинтез белка. Транскрипция. Трансляция. Рибосомы, Их структура и функции.

69. Хромосомы, их строение. Кариотип и идиограмма. Хромосомы человека. Денверская классификация хромосом человека.

В области первичной перетяжки располагается центромера – это пластинчатая структура, имеющая форму диска. Она связана с тонкими фибриллами и телом хромосомы в области перетяжки. Обычно хромосома имеет только 1 центромеру, но может встречаться дицентрические и полицентрические. Те к-е хромосомы имеют вторичную перетяжку, к-я обычно располагается вблизи дистального конца хромосомы и отделяет маленький участок – спутник. Вторичные перетяжки называют, кроме того, ядрышковыми организаторами, т.к. имеют на этих участках хромосом в интерфазе происходит образование ядрышек. Здесь же локализована ДНК, ответственная за синтез р-РНК. Плечи хромосом оканчиваются теломерами, конечными участками. Длина хромосом может колебаться от 0,2 до 50 мкм. Число хромосом у различных объектов значительно колеблется, но характерно для к-го вида животных или растений.

Совокупность числа, величины и морфологии хромосом называется кариотипом данного вида. Идеограммы – рисунки или снимки хромосом расположенные в ряд в порядке убывания размера. Такой простой морфологический анализ может убедительно показать различия в кариотипе даже у близких видов. Точное число хромосом человека и метод их подсчета в лейкоцитах периферической крови был создан в 1956г.

В 1959 принята международная классификация хромосом человека, получившая название Денверской. Согласно этой классификации все хромосомы человека делятся на две неравные группы: 22 пары аутосом и группа гетерохромосом включающая половые хромосомы (XX и XY). Аутосомы распределяются на 7 групп в соответствии с их размером и морфологией. Группы с А до G. А-3 пары меиацентрич, В-2 пары субметацентрич, С- 7 пар субметацентрич (сюда и х-хром) D-3 пары акроцентрич Е-3 пары субмеацент F-2 пары маленьк метацентрич. G-2 пары сам мал акроцентрич.(сюда близкаУ-хром)

70. Генетическая рекомбинация у прокариот. Конъюгация у бактерий. Половой фактор у кишечной палочки, его роль. Плазмиды, их роль в переносе генетической информации.

Генетическая рекомбинация - общебиологическое явление, свойственное всем живым организмам, начиная от вирусов и бактерий и кончая человеком. Это взаимодействие между 2 - мя геномами, те между ДНК, обладающими разл. Генотипами. Оно ведет к образаванию рекомбинаций ДНК, формированию дочернего генома сочетающего гены обоих родителей.

Отсутствие истинного полового процесса и мейоза у прокариот, а также гаплоид. набор определяет особеность рекомбинации бактерий. Клетки - доноры передают генет. материал, а клетки - реципиенты воспринимают. В клетку-реципиент проникает только часть хромосомы клетки-донора, те 1 или несколько генов. Обр. только 1 рекомбинант, генотип которого представлен генотипом реципиента с включением фрагментов хромосомы донора. Идет перераспределение генов или их составных частей и в конечном итоге - изменение наследственных свойств потомства.

Большая роль генетической рекомбинации как одной из движущих сил в эволюции прокариот. Рекомбинация может происходить путем обмена клеточными ядрами, целыми молекулами ДНК или частями молекул ДНК.

Рекомбинация бывает гомологичной (в процессе разрыва и воссоединения ДНК происходит обмен между участками ДНК, облад. высокой степенью гомологии. Сайт-специфическая рекомбинация – только в определ. участках (сайтах) генома и не требует высокой степени гомологии ДНК, например, включение плазмиды в хромосому бактерии. Рекомбинация – конечный этап процесса передачи и обмена генет. материала между бактериями.

Эволюционное значение процесса рекомбинации в том, что существенно увеличивает генетическую изменчивость вида в целой популяции. Это дает возможность виду приспосабливаться к среде обитания. Преимущества рекомбинации настолько велики, что этот процесс характерен для всех живых организмов: вирусов, бактерий, растений и животных. Передача генетической информации у микроорганизмов происходит 3 механизмами:

· трансформация,

· трансдукция и

· конъюгация.

Конъюгация-передача генет.материала от клетки-донора в клетку-рецепиент путем непосредственного контакта клеток. Соединение клеток противоположного пола( мужских f⁺ и женских f^-) посредством протоплазматических мостиков,через которые в течении 1,5ч.передается генетический материал из донорских клеток (мужских)в реципиентные (женские). т.о.конъюгацию у бактерий можно рассматривать как аналогию полового процесса у высших организмов.этот процесс условно можно разделить на 5 стадий:

соединение клеток и образование конъюгационного канала (его создают трасмиссивные плазмиды, они кодируют половые пили, которые создают мостик);

соединение гомологичных участков хромосом (синапис) и образование частичной зиготы;

взаимодействие молекул днк родителей и образование рекомбинантных структур;

сегрегация стабильных гаплоидных геномов. Для установления клеточных контактов необходимо наличие специальных генетических факторов, которые лурия назвал ’’конъюгонами’’.

клеточный контакт является необходимым условием для последующей передачи днк и половой рекомбинации.

Трансдукция – передача бактериал. ДНК посредством бактериофага. 2 типа:

а) общая – перенос бактериофагом фрагмента любой части бактериал. хромосомы. Этот процесс идет вследствие того, что бактДНК фрагментируется после фаговой инфекции и кусочек бактДНК того же размера, что и фаговая ДНК, проникает в вирусную частицу с частотой 1 на 1000 фаговых частиц.

Б) специфическая – когда фаговая ДНК интегрирует в бактериальную с образованием профага.

Трансформация – передача генет. информ. через выделенную из клетки-донора ДНК. Данный процесс может самопроизвольно происходить в природе у некоторых видов бактерий, чаще грамположительных, когда ДНК, выделенная из погибших клеток, захватывается реципиентными клетками.

Половой фактор у e.coli (фактор f)

Для образования рекомбинантов необходимо сохранение жизнеспособности одного из родителей, в то время как другой может погибать. Это позволило различать два половых типа f⁺ (донорные или мужские штаммы) и f^- (женские штаммы). Рекомбинанты от скрещивания f⁺ х f^- всегда принадлежат к типу f⁺, приобретая Фактор f. Для такой инфекционной передачи фактора f в клетки f^- необходим клеточный контакт(конъюгация).фактор f по своей природе является днк ,колличество днк в факторе f сходно с содержанием днк в бактериофаге.

Плазмиды - внехромосомные генетические элементы бактерий. Устойчивость клеток к действию различных повреждающих агентов,их спонтанная и индуцируемая мутабильность,репликация и рекомбинация хромосомной днк контролируются хромосомными и плазмидными генами. Бактериальные плазмиды могут нести гены, ответственные за разнообразные признаки клетки-хозяина, вклюцая рост клеток, метаболизм рнк, углеводов и углеводородов, образование пигментов и антибиотиков.

Генетическое картирование - это картирование, основанное на методах классической генетики - определении групп сцепления, частоты рекомбинации и построении генетических карт, где единицей измерения служат проценты рекомбинации, или сантиморганы. Генетической картой хромосомы называют относительное положение генов, находящихся в одной группе сцепления. Первым шагом на пути построения генетических карт является формирование групп сцепления генов и исследование их взаимного расположения. Основным методом построения карт сцепления является классический генетический анализ, т.е. анализ наследования признаков в родословной, а также изучение частоты рекомбинации генных локусов в мейозе.

Карты сцепления показывают порядок линейного расположения генов и маркеров на хромосоме и генетическое расстояние между ними, выраженное в процентах рекомбинации - сантиморганах (сМ). Считается, что два гена на хромосоме находятся на расстоянии 1 сМ, если вероятность рекомбинации между ними в процессе мейоза составляет 1%. Карта генетического сцепления составляет около 2809 сМ для мужчин и 4782 сМ для женщин. Меньший "размер" мужского генома объясняется тем, что частота рекомбинации в сперматогенезе меньше, чем в оогенезе. Средняя длина генома человека в единицах генетического расстояния составляет около 3300 сМ. Сопоставив эту величину с размером гаплоидного генома человека, оцениваемым примерно в 2,91 млрд.п.н., можно заключить, что на 1 сМ генетической карты приходится в среднем немногим менее 1 млн.п.н. ДНК на физической карте генома.

Методы генетического картирования при конъюгации.

Искусственно прерывая процесс конъюгации, можно по возникшим типам рекомбинантов установить, какие гены успели перейти в клетку-реципиент. Каждый ген в хромосоме передается в определенный момент времени. Эта временная последовательность переноса генов соответствует порядку их расположения в бактериальной хромасоме.

При переносе генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиента при конъюгации кольцевая хромосома разрывается и образующаяся линейная структура переносится из одной бактериальной клетки в другую (у кишечной палочки в течение 100 мин, при температуре инкубации около 37⁰С).

71. Гибридол. Метод. Моно - ,Ди- ,F1.

Его суть: изучение наслед-я отдельно взятых признаков и св-в. При этом исп-ся формы только одного вида, которве отл-ся небольшим кол-вом призн. Ведется точный учет образующихся гибрид. особей и индивидуальный ан-з их пот-ва. Гибриды-потомки, полученные в рез-те скрещ-я родителей, отличающихся по признакам. В зав-ти от кол-ва призн. у подит-лей различают: моно-, ди-,полигибрид. скрещ-я. Мендель сформул. 1и2 з-н в рез-те опыта с моногибр. скещив-ем. Объект-горох с желт. или зел. семенами.

1 з-н: закон единообразия признака в первом поколении.

2-й-з-н: о расщеплении признаков во 2 поколении 3:1, при усл-ии, что гены не смешив-ся и каждая гамета имеет 1ген из пары-з-н чистоты гамет

P: ♀AAх♂aa

жел. зел.

F1: Aa-все желт.-1 з-н.

F2: AA Aa Aa aa

3:1 - 2 з-н

Неполное доминир-е: скрещивали ночную красавицу красые цвет. с бел. цв.(аа) 2- розовые. 1:2:1

Анализир. скр-е: проводят чтобы установить-явл-ся ли орг-м гомо- или гетерозиг. Скр-ют неизв. генотип с гомозиг. рецесс. Если неизв. гоиоз.-в F1 расщепл. не будет и наоборот.

Возвратное скр-е-родители с детьми.

Дигибридное скрещив-это скрещивание родительских форм отличающихся по 2-м парам признаков. Горох с гладкими желтыми семенами (доминантные признаки) был скрещен с горохом, имеющим семена морщинистые и зеленые (рецессивные признаки).

Пр: Р: ♀ААВВ (желт.гладк) х ♂ааbb (зел.морщ.). F1: все АаВb (жел.глад. генотип – дигетерозигота). Установить, что гибриды F1 действительно являются гетерозиготами и образуют гаметы 4-х типов, можно с помощью анализирующего скрещивания. Для этого гибрид F1 скрещивают с формой, имеющей зеленые морщинистые семена (рецессивная гомозигота)

АаВb х ааbb

Fв: AaBb Aabb aaBb aabb

ж.г. ж.м. з.г. з.м.

Образование 4 фенотипических классов в равном соотношении свидетельствует об образовании 4-х типов гамет, также в равном соотношении (это определяется механизмом мейоза и независимым свободным комбинированием аллелей). Установлено, что гибрид F1 образует 4 типа гамет можно определить, каким будет второе поколение гибридов с помощью решетки Пеннета, позволяющей быстро определить все возможные сочетания гамет, возникающих при оплодотворении.

Расщепление по генотипу: 1ААBB:2AABb:2Aabb:4AaBb:1AAbb:2Aabb:1aaBB:2aaBb:1aabb: - всего 9 генотипических классов.

Расщепление по фенотипу 9 ж.г.(A_B_):3ж.м.(А_bb):3з.г.(ааВ_):1з.м.(ааbb).

Расщепление по цвету семян и по их форме происходит независимо одно от другого – на 12желтых: 4зеленых, на 12 гладких: 4морщинистых. Такой результат мог быть получен лишь при независимом поведении аллелей во время мейоза и при равновероятном сочетании их в процессе оплодотворения. Именно поэтому желтый и зеленый цвет семян сочетаются с равной вероятностью как с гладкими, так и с морщинистыми семенами. Эта закономерность получила название независимого комбинирования признаков при дигибридном и полигибридных скрещиваниях во втором поколении гибридов.

Это 3 закон Менделя – наследование пары аллелей по 1-му признаку независим от наследования др. признаков.

Неполное доминирование при дигибридном скрещивании, как и при моногибридном, дает совпадение расщепления по фенотипу и генотипу. Так, при скрещивании кур, имеющих курчавое оперение и черную окраску (ААВВ), с курами, имеющими нормальное оперение и разбрызганную окраску (аавв), в II поколении появляются 9 генотипических и 9 фенотипических классов. Гетерозиготы будут иметь промежуточные проявления признаков (АаВв - волнистое перо и голубую окраску).

В ряде случаев расщепление по фенотипу при дигибридном скрещивании не соответствует Менделеевскому 9:3:3:1. Исследование таких случаев привело к открытию взаимодействия генов, которые могут носить различный характер. Между геном и феном (признаком) не существует однозначной прямой связи. Чаще всего фенотипическое выражение большинства признаков и свойств формируется в результате взаимодействия многих генов в процессе индивидуального развития. Это взаимодействие отражается на характере расщепления как в моногибридных, так и полигибридных скрещиваниях.

В с/х – все семена, кот мы покупаем этто гибр 1 покол. У них явление гетерозиса -наиб хор проявл признаки. Масляничн сорта подсолн, Гибридн сем мат-л-это гетерозиготы. А Селекцион сорт - это гомозигота

72. Сцепление генов. Генетический анализ сцепленных генов. Сцепление и перекрест в экспериментах Т. Моргана с дрозофилой.

Число хромосом у разных видов невелико по сравнению с числом генов. У дрозофилы более тысячи генов на 4 пары хромосом. Если гены находятся в хромосомах, то каждая из них должна нести целую группу генов. Эти гены, объединенные в одной хромосоме, не могут подчиняться правилу о независимом наследовании. 1911 г. Морган показал, что гены, находящиеся в одной хромосоме, образуют единую группу сцепления.

На дрозофиле было поставлено дигибридное скрещивание, в котором исследовалось наследование следующих признаков:

Р ♂ серое тело (b⁺b⁺) х ♀ черное тело (b b)

норм кр (vg⁺vg⁺) зачаточн. кр. (vg vg)

В F1 были получены особи, дигетерозтготные по обоим признакам, т.е. они были нормальные по обоим признакам в соответствии с правилом доминирования и законом единообразия F1.

Далее провели 2 анализирующих скрещивания:

1) ♂ F1 (b⁺b vg⁺vg) х ♀ (b b vg vg)

b b vg vg 50% и b⁺b vg⁺vg 50%

черное тело серое тело

зачаточн. кр. норм кр

Анализирующее скрещивание показало, что гибрид образует только два типа гамет, в которых сочетание генов не изменилось и осталось таким же, как у родительских особей. Такое наследование было названо сцепленным. В реципрокном скрещ, когда самец гетерозигота- 1:1. Т.е. у него кроссинговера не происх и происх полное сцепление.

2) ♀ F1 (b⁺b vg⁺vg) х ♂ (b b vg vg)

· черное тело зачаточн. кр. (41,5%)

· серое тело норм. крылья (41,5%)

· серое тело зачат. кр. (8,5%)

· черное тело норм. кр (8,5%)

Т.о. в скрещивании появилось помесь фенотипического класса, что указывает на образование 4 классов гамет у гибридной самки. Но вместо равенства классов, как при дигибридном скрещивании, появились потомки с комбинациями признаков, свойственных родительским формам – 83%, т.е. наблюдалось сцепление генов, а в 17% случаев это сцепление оказалось нарушенным.

В другом эксперименте в качестве родителей были использованы мухи, обладающие теми же признаками, но в другом сочетании:

Р ♂ серое тело х ♀ черное тело

зачаточн. кр. норм кр

F1 серое тело, норм кр

Затем вновь провели 2 анализирующих скрещивания. В первом случае использовали самцов F1, во втором – самок F1. В обоих случаях их скрещивали с двойным гомозиготным рецессивом (bb vgvg). И вновь были получены те же результаты, что и в предыдущем опыте.

Т.о. если из F1 брали самцов, то наблюдали только родительские комбинации признаков, а если из F1 брали самок, то появлялись родительские (83%) и рекомбинантные (17%) сочетания признаков.

Гаметы с хромосомами, перетерпевшие кроссинговер, называются кроссоверными, особи с новыми сочетаниями признаков, возникшие в результате слияния кроссоверных гамет – кроссоверы или рекомбинанты.

Кроссоверные классы – результат взаимного обмена участниками хромосом, поэтому они всегда возникают попарно и числено равны между собой. Частота кроссинговера определяется как отношение числа кроссоверов к общему числу потомков в анализирующем скрещивание и выражается в процентах. 1% перекреста является единицей расстояния между гаметами и называются морганидой. Эта частота различна. Сочетание генов постоянно. Это говорит о том, что гены занимают в хромосоме постоянное место, расположение генов в хромосоме линейно, частота кроссинговера отражает расстояния между генами: чем ближе расположены гены в хромосоме, тем меньше вероятность кроссинговера (выше силы сцепления генов). Чем дальше стоят гены друг от друга, тем вероятнее кроссинговер (меньше силы сцепления).

Основные положения хромосомной теории наследственности.

Согласно хромосомной теории наследственности гены расположены в хромосомах в линейной последовательности и таким образом именно хромосомы представляют собой материальную основу наследственности, т.е. преемственности свойств организмов в ряду поколений.хр- мат осн сцепления, Хр- отд мат ед-ца, функц-я в мейозе.Число гр сцепл+гапл числу хром

73. Мутационная теория зародилась в 1901-1903г. году в работах Де Фриза.

По Де Фризу мутация - это скачкообразное прерывистое изменение наследст-го признака. Суть мутац-й теории:

1)мутация возникает дискретно, без переходов.

2)новые формы константны.

3)мутации явл-ся качественным изменением.

4)мутации разнонаправлены, т.е. полезные и вредные.

5)выявляемость мутаций зависит от размеров выборки изуч-х орган-в.

6) одни и теже мутации могут возникать повторно. Мут-и м.б. морфолог-и, физиол-ми, биохим-и и др.

Известно много принципов классификации мутаций, наиболее чёткой явл-ся Классификация мутации по характеру изменений генотипа:

1) генные (изменения затрагивают структуру отдельных генов);

2) хромосомные мутации или хромосомные перестройки, затрагивающие структуру хромосомы.

3) геномные мутации, изменяющиеся число хромосом.

Генные мутации можно разделить на 2 класса. К первому классу относ-ся те, кот-е связаны с заменой оснований в ДНК. Мутации второго типа обусловлены сдвигом рамки считывания. Последние включают вставки или выпадение одной или нескольких нуклеотидных пар. Замены оснований составляют не более 20% спонтанных мутаций, большинство остальных мутаций происходит в рез-те выпадения (делеций) и вставок различной протяжённости.

Хромосомные мутации-изменения в размере и организации хром-м. Их можно классифицировать:

1)Делеция, или нехватка. Утрачке участок хромосомы.

2) Дупликация или удвоение. Один участок хромосомы предст-н более одного раза.

3) Инверсия. В одной из участков хромосомы гены расположены в последов-ти, обратной по сравн-ю с нормальной.

4) Транслокация. Обмен участками негомологичных хромосом.

Геномные мутации - это мутации, затрагивающие число хромосом, изменяющие геном. Сюда относятся анеуплоидия и полиплоидия.

Анеуплоидия-это измен-е числа хром-м, некратное гаплоидному, возникает в рез-те нарушения мейоза, когда из-за нерасхождении хром-м в гаметах возн-т кл-ки с лишними хром-ми или с их недостатком. Пр: Трисомия (3 хром-ы) у риса, кукур-ы, пшен-ы; у чел-ка-трисомия приводит к бол-ни Дауна.)

Полиплоидия - это явление изменения числа хромосом в клетке, кратное гаплоидному. Умножение одного и того же гапл-го числа хром – м (генома) наз-т автополиплоидией (ААА, АААА). Объед-е неск - х различ - х геномов при гибридиз - ии наз - ся аллополиплоидией (ААВ, ААВВ)

· По хар. изм фенотипа (морф, летальн, биохим, физиол., повед.)

· По проявл в гетерозиготе (домин, рецесс)

· Поусл возникнов (спонтанные, идуц)

· По полож в кл (ядер, цитопл)

· По воз-ти наслед (генерат, цитоплазм)

· По степ отклон от норм фенотипа (гипоморфные, аморфные, антиморфные, неоморфные, гиперморфные.)

· Прямы и обратные.

Количественные м-ды учёта мутации. Первые методы были предложены Меллером для определения частот образования мутаций у дрозофилы.

Метод CIB учитывают частоту возник - я рецессивных летальных мутаций, кот-е в гомозиготе приводят к смерти орг-ма. Генетич-я стр-ра CIB характ-ся тем, что х-хромосома помечена доминантным геном Bar (В) и инверсией, названной С. Эта инверсия препятствует кроссенговеру и облад-т летальным эф-том –l; поэтому линия наз-ся CIB. Самок из этой линии скрещивают с самцами дикого типа. В первом поколении отбирают самок CIB/+ гетерозиготных по мутации Bar и скрещивают в отдельной пробирке с самцом. Если в опытной хромосоме нет мутаций, то в потомстве будет 2 класса самок и один класс самцов (В+), т.к. самцы CIB гибнут из - за наличия летали, т.е. общее расщепление по полу будет 2:1. Если в опытной хромос есть мутац, то самцов не будет.

Меллер-5

В 1927 г. Меллер разработал быстрый и простой способ выявления сцепленных с полом летальных мутаций в хромосоме в целом. Для этого метода была создана специальная линия дрозофил. Её особенностью является то, что Х - хромосома содержит две инверсии. Первая очень крупная, захватывающая большую часть Х - хромосомы (sc ⁸), вторая меньше и расположена внутри первой. Эти две инверсии запирают кроссинговер. Самки гомозиготны. Х-хромосомы помечены так же геном apricot (w^а) – абрикосовые глаза и yellow- жёлтое тело. Гомозиготные самки скрещиваются с самцами дикого типа, спермии которых исследуются на предмет присутствия рецессивных летальных мутаций. Дочери от такого скрещивания обладают одной хромосомой Меллер-5 и одной исследуемой хромосомой, каждая из самок F₁ скрещивается индивидуально в отдельной пробирке с самцом F₁, который имеет единственную х-хромосому типа Меллер-5.

Появление самцов дикого типа в F₂, свидетельствует о том, что в анализируемой пробирке нет ни одной рецессивной летальной мутации. Отсутствие самцов дикого типа в F₂ указывает на то, что исследуемая хромосома содержит по меньшей мере одну вновь возникшую летальную мутацию. Меллер показал, что частота возникновения мутаций резко возрастает при облучении рентгеновскими лучами и действии отравляющего вещества иприта.

74.Полиплоиды.

- орг - мы, у кот произ умножение целых гапл наборов. У кот число не яв-ся кратным гаплоидному - анеуплоиды. Полиплоидия возник - т в следующих случаях: неравномерное расхождение хр - м к полюсам в анофазе, деление ядра без деления кл-ки, удвоение хром-м без их разделения.

1/3 всех покрытосем-х раст-й явл-ся полиплоидами. Класс прим - полиплоидн ряд - группа родств видов, у кот набор хром сост ряд возрастающ кратного увелич. Пщеница (triticum)t/monococcum,durum,aestivum (2n=14,4n=28,6n=42). Умножение одного и того же гапл-го числа хром-м (генома) наз-т автополиплоидией (ААА,АААА). Особ мейоза у автополипл - в норме у диплоидов в профазе мейоза обр-ся биваленты. У тетраплоида кроме бивалентов обрся три, уни и квадриваленты.

Р: ААаа х ААаа

Гаметы: 4Аа:1АА:1аа

F1: АААА квадриплекс

АААа триплекс

ААаа дуплекс

Аааа симплекс

аааа нулюплекс

35: 1

Шиповат гладк.

При скрещ тетра с диплоидом, получ три плоиды (55%, а ост стерильны) - бананы, осина, свёкла.

Анеуплоидия - засчёт нерасх хромос 2п - 2-нулисомиу, 2п-1-моносомик, 2п+1-трисомик, 2п+2-тетрасомик. Нуллисомик ипочти всегда летальны. Даун-трисомия по 21 хром.

Аллополиплоиды - кратно умнож различ геномы, пример-рожь и пшеница, при их скрещ- 2 генома-по 7 хромос в каждом. В мейозе обр униваленты, т.к. в наборе хромос одного вида нет гомологов, т.е. 14 унивалентов. Они беспорядочно расходятся к полюсам. Гаметы с 14 хр - нередуцированные, при их объед ообр-ся зигота с удвоен набором.-это аллотетраплоид(амфидиплоид). Он фертилен. Первым получил фертильные аллопол-ы Карпеченко на растениях. Скрещивал капусту и редьку. У обоих 2n=18. В рез-те гибрид имел 18 хром-м, был крупный, сильно цвёл, но семян не давал. Отдельные гаметы были не редуцированы. Дальше получили амфидиплоид (ААВВ) с удвоен - м числом хром-м (36 хр-м). Он был фертильный.

Ресинтез видов - синтез это создание нового вида, а ресинтез уже существующего. Напр. Мюнтцинг Скрещивал галеопсис специоза и галеопсис пубесценс у кажд 2п=16.Получил амфидиплоид п=2.Оказалось, что этот амфидиплоид похожна галеопсис тетрахит, его с ним скрестил , они далипотомство. След-но он ресинтезировал вид. Ресинтез сливы из тёрна и алычи.

75. Методы изучения генетики человека. Наследственные

Человек как объект генетики сочетает в себе следующие свойства:

1) высокая численность популяции,

2) наличие множества различных мутаций,

3) полноценные данные о норме и патологии физиологических и биохимических процессов.

Изучение генетики человека затруднено следующими свойствами:

1) невозможность направленных скрещиваний

2) невозможность экспериментального получения мутаций

3) позднее половое созревание

4) малочисленное потомство

5)невозможность обеспечения равных условий для развития потомков разных браков

6) недостаточная точность регистрации наследственных признаков.

Генетика человека сочетает методы общей генетики, законы наследования признаков со специфическими методами:

1. Анализ родословных.

Позволяет установить тип наследования признака у человека - доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом, моногенный или полигенный.

При доминантном аутосомном наследовании признак проявлятся фенотипически в каждом поколении у всех гетерозигот и не зависит от пола, т.е. носителями могут быть мужчины и женщины.

Подобным образом наследуется, например, резус-фактор.

Большинство наследственных заболеваний человека наследуется по рецессивному типу.

У гетерозигот болезнь может отсутствовать, но через несколько поколенийй ее проявлению способствуют родственные браки между фенотипически нормальными гетерозиготами.

Так наследуется пигментная ксеродерма, глухонемота, альбинизм, серповидно-клеточная анемия.

При рецессивном наследовании, сцепленным с полом, по родословным легко проследить крисс-кросс-наследование (от матери к сыну, от отца кдочери).

Сцепленно с Х-хромосомой наслелуется около 60 болезней, в их числе дальтонизм, атрофия зрительн нерва.

2. Близнецовый метод

Метод является ведущим в определении наследственных средовых факторов.

-Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы (имеют 100 % общих генов)

-Дизиготные близнецы развиваются в случае оплодотворения двух яйцеклеток (50 % общих генов).

В Евроне регистрируется от 6 до 10 рождений близнецов на 1000. 1/3 часть всех рождений составляют монозиготные близнецы. Метод заключается в сопоставлении признаков партнеров в близнецовых парах, сравнивают монозиготных и дизиготных близнецов.

Стадии исследования:

-подбор близнецовых пар

-определение зиготности (анализы крови и др.)

-сопоставление групп моно - и дизиготных.

Важные показатели при исследовании близнецовым методом:

а) Конкордантность - степень сходства (дискордантность - различие)

б) критерий Н - обеспечивает объективность суждения о роли среды и наследственности в развитии признаков, рассчитывается на основании конкордантности.

Н = 0 - 0,4 (признак развивается од действием факторов среды)

Н = 0,4 - 0,7 (признак развивается под действием факторов внешней среды на фоне генетической предрасположенности)

Н = 0,7 - 1 (развитие признака определяется большей частью генетическими факторами).

3. Цитогенетический метод.

Основан на знании строения хромосом человека.

Для любой болезни характерна смена симптомов и состояний: период предвестников заболевания, начало болезни, развитие, исход.

При хромосомной болезни в клинике имеет место только исход. Причиной развития хромосомных болезней является нарушение мейоза (как правило, нерасхождение хромосом). Особенно проявляют тенденцию к нерасхождению акроцентрические хромосомы. В результате появляется трисомия, моносомия зигот.

Факторами, способствующими нарушению хода мейоза, являются ионизирующее излучение, воздействие химических веществ, алкоголь, загрязнение окружающей среды.

Хромосомные аномалии являются причиной около 50 % спонтанных абортов, мертворождений, патологий новорожденных.

3 типа хромосомных нарушений:

=избыток генетического материала (полисомия, полиплоидия),

=утрата части генетического материала (нулисомия, моносомия, делеция),

=перестройка хромосом (транслокация).

Наиболее часто встречаются

-синдром Дауна (трисомия по 21-й паре хромосом). Его частота среди новорожденных 1-2 случая на 700 рождений.

-Синдром Тернера-Шерешевского

(моносомия по X-хромосоме (ХО)).

Частота его появления 1/2500 рождений девочек.

4 Биохимический метод

Исследования в 2-х направлениях - на уровне генов и на уровне клеточных структур. С помощью него диагностируются наследственные болезни обмена веществ, изменения ферментативной активности и т.д.

Используются короткоживущие клеточные культуры (культуры лимфоцитов), а также длительноживущие (фибробластовые культуры).

5. Прентальная диагностика

Важное место в диагностике наследственных болезней. Используется биохимический метод и метод анализа хромосом (амниоцентез и биопсия хориона),

6. Популяционный метод

Необходим для понимания этиологии наследственных болезней, планирования мероприятий, кот могут предупреждать неблагоприятные воздействия на генетический аппарат человека.

Исследования в области генетики популяций человека можно условно разделить на 2 группы:

1) описание популяций и их генетического состава,

2) анализ причин измения генофонда человека.

Эти подходы тесно связаны между собой. Для анализа популяций человека используются общие теоретические основы популяционной генетики.

76. Закон гомологических рядов наследственности Н.И. Вавилова.

Крупнейшим обобщением работ по изучению изменчивости в начале ХХ в. стал закон гомологических рядов в наследст изменч Н. И. Вавилова, который он сформулировал в 1920 г. в докладе на III Всероссийёком селекционном съезде в Саратове.

Согласно этому закону близким видам и родам организмов свойственны сходные ряды наследственной изменчивости. Чем ближе таксономически рассматриваемые организмы, тем большее сходство наблюдается в ряду (спектре) их изменчивости. Справедливость этого закона Н И. Вавилов проиллюстрировал на огромном ботаническом материале. Закон Н. И. Вавилова находит подтверждение в изучении и изменчивости животных и микроорганизмов и не только на уровне целых организмов, но и отдельных их структур - достаточно вспомнить эволюционный принцип параллелизма в развитии тканей, сформулированный затем А. А. Заварзиным.

Очевидно, что закон Вавилова стоит в ряду научных достижений, приведших к современным представлениям об универсальности многих биологических структур и функций. Закон Н. И. Вавилова имеет большое значение для селекционной практики, поскольку прогнозирует поиск определенных форм культурных растений и животных. Зная характер изменчивости одного или нескольких близких видов, можно целенапраиленно искать формы, еще не известные у данного организма, но уже открытые у его таксономических родственников. Своим законом гомологических рядов Н. И. Вавилов фактически заложил основы нового направления — сравнительной генетики.

77 Генетика популяций.

-раздел генетики, изучающий наследственную преемственность в группах организмов-популяция, а также их генетическую структуру.

Популяция самоопылителей представляют собой смесь чистых линий, на которые распадается исходная популяция уже через несколько поколений инбридинга. При скрещивании гетерозигод Аа х Аа популяция распадается на две чистые линии, доля гетерозигот в популяции уменьшается до минимума:

F1: АА,аа, Аа

50% 50%

F2: АА,аа, Аа

50%+25% 25%

F3: АА,аа, Аа

50%+25%+12,5% 12,5%

В популяциях самоопылителей рецессивные гены быстро переходят в гомозиготное состояние и подвергаются действию отбора, отмечаются вредные летальные или вызывающие стерильность мутации. Воздействие естественного отбора на самоопылители состоит в том, что одни чистые линии поддерживаются отбором и усиленно размножаются, другие численно уменьшаются и исчезают.

Самоопыляющиеся популяции обладают комплексом положительных свойств:

1. независимость опыления от деятельности насекомых или ветра,

2. эффективность действия естественного отбора в связи с наследственной устойчивостью всех линий,

3.быстрая элиминация рецессивных мутаций.

Селекция самоопылителей: На основе законов Менделя были созданы учения о чистых линиях, линейной селекции и ряд приёмов синтетической селекции. Учение о чистых линиях разработано Иогансеном (в 1903) и завершено Нильсоном-Эле(1909). На основе учения были получены линейные сорта ячменя, овса, пшеницы.

Суть линейной селекции заключается в том, чтобы в популяции самоопылит-й выделить отдельные лучшие раст - я, получить их потомство и размножить. Исходный сорт разделяется на гомозиготные линии, кот. сравнив-ся между собой, выделяются наиболее ценные, и размножаются в качестве сорта. Этот метод не создаёт новый сорт, а выявляет то, что заложено в исходном материале. Если сорту нужно придать новые св-ва, то обращаются к синтетической селекции - здесь создаются новые формы, сочетающие положит-е св-ва двух различных исходных форм. Если родительские формы не значительно отлич-ся др. от друга, например, представляют различные сорта одного вида, то расщепление гибридов простое, подчиняется правилам дигибридных, тригиб-х скрещ-ий.

Полученные сорта незначит-но превосходят своих родителей. Для получ-я значит-х результ-в использ-ся скрещивание далёких форм. Расщепление носит сложный хар-р, во втором и третьем поколении большое многообразии. К 8 поколению гомозиготность попул-и повыш-ся, многообр-е сохран-ся, уменьш-ся объем популяции и можно закладывать линии. Это метод накопления, но недостатки - затрата времени и потеря части ценного генотипа. При скрещив-и далёких географ-х рас или культур-х сортов с дикими сородичами применяется ступенчатая гибридиз-я.

Суть: улучшение сортов происх-т непрерывно, и они приобретают все новые и новые св-ва (таким образом были выведены сорта озимой пшеницы). Существует ещё метод-отдалённая гибридизация, кот. включает скрещивание отдалённых форм, часто имеющих разные числа хромосом, межвидовые и межродовые скрещивания. (Используя этот метод, при скрещивании твёрдых и мягких пшениц был получен сорт Саратовская 29,ему нет равных по качеству муки).

Панмиктические (или Менделеевские) популяции (основной тип популяции в жив. природе)-их образуют раздельнополые животные, раздельнополые растения, обоеполые растения с системой самонесовместимости и человек. В таких популяциях предполагается:

· свободное, неизбирательное скрещивание-панмиксис.

· Для них характерны высокая степень гетерозиготности и хорошо выраженная гибридная мощность - гетерозис.

· Также имеют высокую экологич-ю пластичность (свобод-й обмен генами). Вместе с тем, следствием высокой гетерозиготности является высокое содерж-е и длительное сохранение в популяции летальных и сублетальных генов.

Закон Харди-Вайнберга. В панмиктич-й популяции существуют равновесные частоты генов, которые не изменяются из поколение в поколение. Равновесные частоты генотипов являются произведением частот соответствующих аллелей. Если имеются два аллеля А и а с частотами p и q, то частоты трёх возможных генотипов выражаются уравнением: p²АА+2рqAa+q²aa=1; (p+q)²=1. Из него следует, что количество гомозигот в популяции равно квадратам их концентраций. Это уравнение сформулировали в1980г. Харди и Вайнберг и рассмотрели это на примере идеальной популяции, в кот-й 5 условий:

1.новые мутации не появляются.

2. попул. Полностью изолирована, т.е. нет миграции особей - носителей генов.

3. попул. бесконечно велика.

4. скрещив-я случайны

5. все аллели равно влияют на жизнеспособность гамет, т.е. нет различий в репродуктивном успехе.

Закон Харди-Вайнб.- это идеальное представление о популяции, и он никогда не реализуется в чистом виде, т. к. на популяцию действ-т многочисл-ые факторы, нарушающие её генетическое равновесие. К ним относятся: мутации, миграции, дрейф генов, естеств. и искусств. отбот, волны жизни и ассортативное скрещивание.

78. Генетика пола. Пол хромос. Типы хромос опред пола. Гомо- и гетерогамет пол. Наслед сцеплен с полом, генет анализ.

Генет пола - раздел генетики, изуч роль мех-ов насл-ти и наслед-ой изм-ти в процессе опред и дифференц пола. При этом им знач как определ набор хромос, так и действие ряда генов, одни из кот располож на пол хром, другие — на аутосомах. Пол наслед-ся генет-ки. Пол-сов-ть морфол, физиол, биол и поведенческих пр-в орг-ма, обеспеч-х репродукцию. Хромосомы одинаков у обоих полов – аутосомы. Хромосомы, по кот мужской и женский пол отличаются друг от друга, называют половыми.

Пол, образующий одинаковые гаметы по половой хромосоме называют - гомогаметным.

Пол образующий разные гаметы по половой хромосоме называют – гетерогаметным.

Гетеро- и гомогаметность имеют разную половую принадлежность.У подавл больш-ва эукариот пол заклад в момент оплодотв и опред генотип-ки хромос набором, который зигота получает от родителей. Половые хромосомы принято обозначать как Х- и Y-хромосомы. В зависимости от их сочетания у жен и муж организмов различают 5 типов хромосомн опред пола:

1) XX, ХО (O обозначает отсутствие хромосом) встречается у видов Protenor (нек баб, плос и кр. черви);

2) XX, XY — Ligaeus (он характерендля дрозофилы, человека);

3) XY, XX — этот тип определения пола характерен для бабочек, птиц, рептилий;

4) ХО, XX — наблюд у тли;

Наследование признаков, гены которых расположены в половых хромосомах называют наследование сцепленное с полом. Явление сцепленного с полом наследования было открыто Морганом, который обнаружил, что наследование окраски глаз у дрозофилы находится во взаимосвязи с полом родителей — результаты прямого и обратного скрещивания были неодинаковы. При скрещивании мух с белыми глазами и мух с обычными темно-красными глазами были обнаружены различия результатов реципрокного скрещивания. Два скрещивания, различающиеся по тому, кто из родителей вносит в зиготу доминантную (или рецессивную) аллель – реципрокные.

Наследствование этого признака выявленное в регулярных скрещиваниях обнаружило интересную зависимость.

Р ♀ х ♂ ♀ х ♂

бел глаза красн. глаза. красн. глаза бел глаза

F1 ♀ ♂ ♀ ♂

красн глаза бел глаза все красн глаза

1 : 1

F2 ♀ ♂ ♀ ♂ ♀ ♂ ♂

красн глаза бел глаза красн глаза бел глаза

1 : 1 : 1 : 1 2 : 1 : 1

Обращает на себя внимание то, что:

1. реципрокное скрещивание дает разный результат, т.е. имеет значение направления скрещивания.

2. В F1 белоглазые только самцы, т.е признак сцепления с определенным полом.

3. признак распределяется крест-накрест, т.е. от матери – сыну, от отца – дочери.

4. Единственный рецессивный аллель, не гомозигота и не гетерозигота. Такое состояние называется гемизиготность. Признак определяется единственным рецессивным аллелем.

Проведя ряд экспериментов, ученый пришел к выводу, что в Y - xpoмосоме самца не содержится участка, кодирующего окраску глаз. У чел наслед-ся ряд рецес пр-в (дальтонизм, гемофилия, мышечн дистрофия), сцеплен с Х-хромос.

Доменантно сцепл с полом наслед-ся недостаток орг-го фосфора в крови Þ рахит; ген потемнения эмали зубов.

Наслед сцепл с Y-хромос от отца к сыну отмечено лишь для небольш числа пр-в (синдактелизм-сросш пальцы, гипертрихоз - волосат уши).

Выводы:

1) пол наслед как люб др пр-к;

2) расщепл пола 1:1, т.к. обр 2 типа гамет у гетерогамет пола;

3) гетерогамет м/б и муж и жен пол;

4) наслед пр-в сцепл с пол идет по типу крис-крос (крест-накрест) от матери к сыну, от отца к дочери;

5) пр-ки муж пола м/б располож в аутосомах.

79. проблемы происх жизни.

Им огр мировозренч и методолиг-е знач. Согласно взг-ам Вернадского возн-е жиз – закономер рез-т разв всех ф. дв-я материи. В историч плане:

1) субстрат подход, жизнь опр-ся чз стр-ру субстрата – важ соед-е белков, нукл к-т, фосфор-орг соед (богаты энерг).

2) функционал подход, жизн опр-ся чз ее функц опр-е – живые с-мы опр-ся как открыт с-мы кот обмен-ся с окр ср в-вом и энерг.

3) соврем 1)+2).=> - жив орг-мы сущ-щие на земле пр-ют соб откр самоорган-ся и саморег-ся с-мы, веществ основу кот сост Б, нукл к, фосфоорг соед-я.

М. выд-ть 4 подхода:

1) теологический согл-но религ пр - ям воз-е ж – это рез-т деят-ти творца. Все жив сущ-ва сотвор богом. Эв разв-сь по з-нам пр ды. Бутдисткие вар-ант: жизнь была создана миров разумом.

2)о самопроизвольном зарожд жизни. Шир распр в др Китае, Египте. Основ разв получ в 16в – счит-сь, что м. происх-ть самопр зарожд орг-ов. (рыбы из чел, червь из почвы). Аристот, Гарвей, Парацельс, Гетте, Декарт. Их авторитет во мн опр-т то, что идея спонтанного зарожд-я просущ-ла долго. Самозарожд-е жив орг-в невозможно.

3)гипотеза о панспермии о возм-ти переноса жизни в косм пр-ве с 1-го косм тела на др. В узс смысле: о занесении жизни на З. из косм. Аррениус. Зарожд жизни орг м. попасть вместе с метеоритами и космич пыли положило нач эВ проц. Вернадский. Невозможно. Но эта гипотеза не дает реш - я проблемы возник жизни.

4) эв г-за происх-я живого из неживиго

Жизнь м. возн-ть: Н. был целый компл усл:

1 ) наличие опр хим эл-ов – хим эВ происх на основе 21 эл-та, из них наиб важн 6: С, О2 ,Н2 ,N ,Р ,S . Жизнь возн-ла на основе С. Возник-е жизни это закономер рез-т хим эВ соед-я С. С облад-ет уник св-ми:

1СП-бен обр-ть соед-я с сопряж св. С чередованием дв и одинар св, это дает мол-лам особые св-ва: увелич хим акт-ть и стабмл-ть. В хим отнош-ии С наиб слож эл-т. Облад наивысш пот-алом хим разв.

2) налич внеш ист-ками энерг: УФ, Эл разряды, ударные волны.

3) оте-е своб О2, в прис О2 наиб вероят стан-ся пр-сы распада мол, а не их синетз.

4) вывод синтез-хся соед-й из зоны обр-я – это необх т.к. равновесие р-ции сдвинуто в сторону распоз, а не синтеза орг соед.

5) возник-е самовоспр-хся с-м

6) возник-е ген кода

7) появл-е ко-ферментов, катализ небелков прды –>субстратспецифич ферментов – СП-али биоген синтезам.

8)возн-е мембр стр-р

Хим. эв-ции

1.абиогеннное (хим) образ-е биол мономеров. возраст З. 4,6 млрд лет. Жизнь возникла 3,8-4 млрд л.н. Атм. З в нач период носила восстан-й хар-р – не им своб О2, сод-ла Н2 и его производ (СН4, пары воды, окись СО2)Му ними разл р-ции –цианистый Н2, формальдегид, мурав к-та , дан р-ции –в ходе хим эВ возник такие мономеры как ак-ты и нуклеотиды.

Юрии, Миллер: синтез орг соед шел преим-но на З.

Бернар: синтез происх в осн в космосе.

2. обр-е биол полимеров биополимеры обнар-ны в нек-х метеоритах, вх в гр хондритов (вферич обр-я) – пурины, пиримидины, парфирин, ак-ты. Метеориты – осколки астероидов=>биоргономеры были синтез-ны в усл ран-х этапов эВ нашей планет с-мы. Обр-ся биомак-ры м. ассоц-ть, м. соед-ся в дальн-м. (2 ак-ты м. соед-ся пептид св)= > происх-ло обр-е биополимеров, шло формир-е примит-х полипиптидов, полинуклеотидов, полисахар-ов–> все эти соед-я конц-сь в первобыт океане. Некотор-е обр-ся полипеит м. обладпть каталитич актив-ью. Но полипептиды не облад СП-ью к самовоспр-ю. Нукл к-ты в отл от Б, СП-бны к репликации. В ходе дан. эв. В рез-те хим отб возникли слож высокополимерн м-лы, они явились осн-й для ф-е 1ых самоорг-хся с-м – пробионты (предшеств первич живых орг-ов.) возникли в рез-те предбиол отб.

3. преобиолог эВ. Разл. учения выдвигают разн с-мы самоорг.

Опарин: коацерватные капли им неодин внутр стр-ры, отл-ли уст обмен. С окр внеш ср м. ассим-ть в-ва из окр ср, м. синтез-ть из них нов соед-я. Разл коац капли отл-сь по Ур-ню о.в.= > создали усл для действ предбиол отб. Предбиол отб подверг-сь не отд белк фер, не отд полинукл-ды, а пробионты и 1ые жив орг-змы.=> не части опр-ли целое, а целлон в своем разв опр-ло эВ частей.

Фокс: протегеноидные микросферы – это неб сферич капельки 2мкн, внутри них нах-ся в-ва белков прды и они были окружены двойным слоем фосфолипидов. Сод-ли мембр кот ограни-ла их от окр ср. Различ в обм мсфер прив-ли к действ предбиол отб.

Энгель, Руденко: гиперцикл. Автокаталитич цикл. Гиперцикл 1го пор-ка – 1автокат. цикл замык-ся и прив-т к тоиу что обр-ся 2 автока цикла и т.д. > знач-е для эВ – гиперцикл 2го пор. Носитель инф обеспеч-ет собствен воспри образ белк ферм …приводит к тому что обр-ся … По мнен Энгеля возн-е гиперциклов обуслов-но тем что н. к-ты необх-ы для реализ-ии проц самоорг-ции в ф. матрич синтеза. Роль автокаталит ф-ра … Эти гиперц м. обеспеч отб макром-л необх-ые для возник-я живых систем.

4. появл-е 1 жив-х орг-ов. Появл-е 1 жив орг-ов положило нач биол эВ. С т.зр проц глоб разв – возник-е жизни – закон рез-т хим эВ углеродист-х соед. Некотор ученые: жизнь – незакономер обуслов явл-е, а счастливая случ-ть (Моно).Винер, Эшби, Бир ЭВ на основе случ-ти возн-ла бы долго.Возник жизни за 3,8-4 млрд лет невозможно. Уголев: биол или модульн принцып орг-ции биополимеров. Слож мол возникли за счет объед-я первич мол, кот обл-ли опр функцией – основы для образ-я более слож мол.

Биол. эв-ции

История З подразд-ся на кр вр промеж-ки – геол эры.

1. архейская,

2 протерозойская,

3. Палеозойская,

4. мезозойская,

5. Кайнозойская

все дел-ся на периоды:

3 дел - ся: кембрий, ордовик, силур, девон, карбон, Пермь;

4 дел: триас, юра, мел;

5 дел: палеоген, неоген, антропоген.

Палеоген дел на 3 эпохи: палеоцен, эоцен, олигоцен.

Антропоген дел: плейстоцен, голоцен.

Археозой+протерозой=криптозой > 3,4 млрд (период скрытой жизни) Палеозой + мезозой+кайнозой=фанерозой

Как шла эВ. Прокариоты – орг-мы не им ядро-ок 4млрд л.н. Сущ-ли в восстан-ой ср и были гетеротрофами. Анаэробы. Пост-но Арх эра - кол-во орг в-в в первобыт океане уменьш. Появ-сь автотроф орг-мы – синтез орг в-в из неорг, исп-ли энерг хим св или солн энерг=>возник хемосинт, возник ФС. Возн ФОС – круп ароморф в разв жизни на З. В ходе дальнейш эВ – возн-е низш ф. ж и р – они возникли не менее 650 млн л.н. Соврем в.ж. – Кайнозой. Дальнейш эВ – возник чел общ-ва. В отн происх эукар им-ся 2 т.зр.:

1. возник-ли в проц длительн прогресс эв из прокар кл.

2. симбиотич т.зр. – из прим кл предш-в возникло неск-ко типов гетеротроф и автотроф прокар кл, кот вступили в симбиоз.

Пр-я о предопред-сти возн-я жизни –

Бх предопред-е – хим предраспол-сти метаб-ов к опр хим реакц к обр-ю опр полимеров.

В абиоген синтезах обр-ся те же соед-я еот вх-т в состав живых огр-ов.

Эти пр - я получ-ли разв в виде антропного принципа – возн-е жизни и возник чел возможно только в эВ. Все константы физической вселенной приспособлены на возникновение жизни и человека.

80. Вид как этап и результат эволюции. Критерии их характеристики. Определение понятия вида. Вид у агамных, обигатно-партеногенетических и самооплодотворяющихся форм. Политипические и монотипические виды. Структура вида.

На понятие вид опираются: систематика, генетика, эв. теория.

Эйдология – наука изуч. виды. Вид – (логическом смысл)– выражение сходства у ряда единичных параметров. В истории создавались многие концепции понимания вида.

Первый Аристотель – группа сходных между собой организмов.

Дж. Рейн – это мелкие совокупности организмов, которые воспроизводят себе подобных.

Линней – как системная категория для классификации (основной критерий – морфологическое сходство), предлагалось сравнивать особь с музейными экземплярами – типологическая концепция.

Существовала номинилистическая концепция – вил абстрактен.

Политипическая концепция – в. состоит из 2ух и более подвидов. Монотипическая - не разделяет на подвиды. Пеночка тинькофка – европейская, сибирская, алтайская.

Современная - Биологическая концепция - (Майр, Довжанский, Завадский, Тимофеев-Ресовский).

1) репродуктивная единица – т.е. особи данного вида скрещиваются му собой и репродуктивно изолированы от представителей других видов.

2) экологическая единица – каждый вид им. свою эк. нишу популяции одной экологически заменяемы.

3) генетическая единица–им. общ. генофонд, в котором каждая особь им. Небольшой участок.

Вид – это группа реально (или потенциально) скрещивающихся популяций репродуктивно изолированных от популяций других видов. В основе лежит способность к скрещиванию.

Но она не применима для особей с бесполым размножением для палеонтологических.

Вид реален т.к. происходит из исходной популяции, которая обладает унаследованным от предков генофондом и которая определяет дальнейшее развитие, они экологически заменяемы, т.е. имеют общую экологическую нишу.

Критерии вида – это совокупность определенных признаков, кот. позволяют определять вид, отделить его от других видов – что определяет место видов в общей системе оган. мира.

Основные критерии.

Морфологический – сходство внешнего и внутреннего строения особей. но половой деформизм, виды двойники (они внешне сходны, но генетически изолированы не скрещиваются) полевка обыкновенная 1в.–5пв.

Генетический - вид это генетически закрытая система. Они не скрещиваются др. с др.

Экологический – своя экол. ниша (жив. пространство и пищевые ресурсы.) он может быть потенциальным и реальным.

Географический - занимает определенный ареал – исторически сложившаяся область распр., где вид встречается в течении всей жизни. Он бывает сплошным, дезъюктивным (разорванный) в зависимости от величины ареала - Космополиты, Эндемики, Реликтовые, Замещающие.

Физиологический – сходство процессов жизнедеятельности особей 1 вида – это причина репродуктивной изоляции.

Дополнительные:

1) кариологический – структура и количество хромосом.,

2) Бх – отличие по составу белков алколоидов, гликозидов.

3) критерий нуклеотидной специфики – соотношение Т+Ц к А+Т определяют коэффициент.

4)молекулярная гибридизация – выделяют ДНК у двух видов. Раскручивают и 1 цеп. Охлаждают и смотрят как идет образование дуплексов (скорость).

5) иммунологический – по реакция образования осадка, судят о родстве видов.

6) этологический – сходство поведенческих реакция.

7) палинологический – анализ спор, пыльцевых зерен.

8) альбуминовый индекс – сывороточный белок крови по котором группы организмы сильно отличаются.

9) теплоустойчивость клеток и тканей (у полевок). Но чтобы описать вид нужен комплексный подход.

Структура вида. Не решен вопрос о структурной единице, т. к. сложно и много переходных форм.

Полувид – экологическая или географическая раса почти достигаемая положения самостоятельного вида. Это группа особей внутри вида, которая почти изолирована от др. особей. скрещивания почти не происходит.

Подвид –группа морфологически сходных особей, занимающую определенную часть видового ареала и фенотипически отличается от др. подобных групп т.е. –по внешн. Диагностическим признакам, - занимат разобщенные ареалы, являются частью более крупных структурных образований. Лисица обыкновенная – 20 подвидов.

Экологическая раса – экотип – группа особей, которая хорошо приспособлена к локальным условиям существования. (муравей – лесной, олуговой, у растений на юж. И сев. Склонах).

Популяция группа особей объединенная единством жизнедеятельности внутри популяции.

У животных внутри популяции – раса, племя, абберация – отлич, по морфолог. и физиолог.

Чем более структурирован вид, более эволюционно выгоден. И это свидетельствует о видообразовании.

Вид – группа особей, сходных по морф. И генетическим признакам, занимающая определенный ареал, и способная скрещиваться др. с др.

Но для агамных видов – агамос – безбрачие, виды размножающиеся без оплодотворения,

- партеногенетические (партенос – девственница – женская половая клетка развивается без оплодотворения),

- самооплодотворяющиеся – для них вид – группа фенотипически сходных особей, обладающих близкородственным генотипом, и связанные общностью эволюционной судьбы – отсутствует генетическая комбинаторика.

Вид противоречивое понятие как этап эволюционного процесса, то для него нельзя выделить все критерии, некоторые размыты или как результат эволюции – все критерии проявляются очень ярко.

81. проблема прогресса.

Одна из самых сложных. Дарвин: противоречивое представление. Считал, что критерием прогресса явл-ся степень диф-ии и специал-ии орг-ов, степень развития мозга. С др. стороны увеличение уровня организации – не обязат-ый рез-ат эволюционного процесса. Выживают наиболее приспособ-ые формы не зависимо от их уровня орг-ии.

Северцов: 2 типа прогресса: биол и морфофиз-ий. Биолог-ий прогресс более широкое понятие,(повыш приспособл потомков по отнош к предк) морфофизиол-ий его часть. Северцев 3 критерия биолог-го прогресса:

· увеличение числа особей;

· расширение ареала;

· образование новых таксон-их категорий в данной сиситемной группе.

Пути биолог-го прогресса по Шмальгаузену:

1)ароморфоз

2)алломорфоз - приспособление к локальным условиям существования

3)различные формы специализации (теломорфоз, катоморфоз, гипермарфоз, гипомарфоз)

Критерии прогресса (Хаксли,завадский) показ-ют на эволюцию продвинутого вида.

Системные критерии. Степень сложности структур и функций, увеличение степени дифференциации орг-ов, увеличение уровня гомеостаза, олигомеризация частей. Эволюция идет в направлении от простой сложности к сложной простоте.

Пр.: цветки кологольчика и водяной лилии. Цветки колокольчика прошли более длительный путь эволюции, структура менее сложная, но более продвинутая.

Энергетические критерии. Херек-ет степень эффектив и эконом. функц-я организмов. Более совершенны организмы, которые используют пищевые ресурсы с большой энергетич-ой отдачей, меньшей потерей тепла в окружающую среду.

Информац-ые критерии. Отражают уровень накопления унформации. Его можно видеть на примере увеличения генетической информации по мере прогресса эволюции животных. Увеличение общей массы ЦНС относительно массы тела, увеличение массы переднего мозга относит-но др отделов. В рез-те возникает более сложное поведение и более успешная адоптеция к среде.

Неогри огр прогресс. Неогр-ый прогр – основная магистраль развития живой природы – возникновение социальной формы материи. Неогран-ый прогресс мог осуществ-ся благодаря ограничен-му прогрессу различных филогенет-их ветвей.

Арогенез - это приспособ-ие котор способствует возникновению новых сиситемных групп. Ароморф-ые особи идут по пути арогенеза- это направление эволюц-го прогресса, при котором у групп развив-ся новые признаки, которые позволяют данной группе перейти в новую адаптивную зону- это комплекс эколог-их условий, представляющих возможную среду жизни для данной группы ог-ов. Ароморфозы не связывают орг-мы с данной ограничевающей средой. Приспособления широкого значения позволяют выйти за пределы первонач-ой среды и занять новые среды с иными свойст-ми. В рез-те аромор-ых преобр-ий увелич-ся средняя выживаемость особей. Типичной аромарф-ой реакцией явл. не избегание, а активное преодоление неблагопр-ых условий. Идет усложнение орган-ии. Аром-з происходит редко. Группа идущая по пути арогенеза идет на путь аллогенеза – разные группы орг-ов приспосаб-ся к неодин-ым условиям среды в пределах одной адаптивной зоны – возникновение близких форм.

Аллогенез

Это эволюционный процесс, при кот изменения происходят внутри адаптивной зоны. При этом пути происходит возникновение близких форм, кот отличаются адаптациями 1-го масштаба. Пример – происхождение скатов от акуловых рыб. Алломорфоз хар-ся тем, что не происходит увеличения уровня организации (прим: разные типы ротовых аппаратов у насекомых). Группы орг-мов, идущие по пути аллогенеза могут перейти на путь специализации, или ароморфоза. или идти по своему пути. Алломорфоз – самое распространенное изменение.

Формы специализации.

Теломарфоз – узкая специализация. При существовании орг-ов в более узкой среде происходит редукция ф-ий и органов, которые не имеют значения в данной среде. Всего 3 рез-та теломарфоза:

1) персистирование - постоянство видов на протяжении больших промежутков времени (гаттерия).

2) вымирание

3) создание условий для возникновения новых ароморфозов.

Катоморфоз – вторичное упрощении орг-ии или общая деген. Связано с упрощением условий существования. Явления редукции выражены более ярко, чем при теломарфозеПр._асцидии.

Гиперморфоз – увеличение резмеров тела. Увеличение разменров тела приводит к увел-ию актив-ти орг-ов в захвате пищевых ресурсов, в борьбе с конкурентами, к снижению плодовитости. Но этим орг-ам требуется большое кол-во тепла и энергии. Вымирают при резком изменении условий среды.

Гипомарфоз – направ-ие эволюции которое приводит к неотении. Связано с тем, что личиночная форма нах-ся в условиях более обеспеченных. Срены, протеи, аксолотль.т.

Педоморфоза- на основе гипоморфоза м возн нов ароморфозы

Основные формы естественного отбора. Примеры и результаты их действия. Роль отбора в эволюции.

Шмальгаузен внес вклад в разработку Выдвинул представления о стабилизирующем и движущий отборах. Еще дизруктивный, дестабилизирцющий, частотнозависимый, К- и R –отбор.

1. Стабилизирующий – если условия среды относительно постоянны способствует элиминации особей с отклонениями от среднего значения признака и свойства, т.е. которые заметно отклоняются от нормы.

А) Нормализующий – приводит к элиминации уклонений от норм. Результатом является создание слаженного функционирующего генома. Стаб.отб. выбраковывает – плохо адаптивные ген. Варианты к внешним факторам. – гене-е варианты, которые характеризуются понижением плодовитости.

Пример: установленные размеры и формы у цветков у насекомоопыляемых растений, они соответствуют строению и форме тела насекомого – опылителя.

Б) Канализирующий – означает выживание организмов с более устойчивым механизмом онтогенеза. В результате стабилизируются процессы развития организма. Сохранились кистеперая рыба, гаттерия, гинго. Такое постоянство Генсли назвал – персистирование – т. е. эволюция без изменения. При авторегуляторном развитии накапливаются мутации. Они сохраняются в гетерозиготном состоянии, тем создают мобилизационный фонд изменчивости. Т.о. происходит – автономизация – меньшая зависимость развития от внешних факторов. ПР: фотопериодизм растений – отвечают на изменения фотопериода, на внешние факторы – нет.

2. Движущий – проявляется в закономерно меняющихся условиях средыю сохраняются особи с отклонениями от среднего значения только в одну сторону, не благоприятен для представлителей средней нормы.

А) направленный – действует когда идет медленное изменение среды и идет постепенное преобразования популяции. Или при быстром и идет тоже быстрее. Пр: возникновение устойчивости насекомых к ядохимикатам. У них возникает резистентность. Механизмы неодинаковые. В одних случаях определена доминирующим геном., в др. – рецессивным.Пр: выработка иммунитете к вирусу устриц. В результате осталось 10 % популяции. Однако постепенно численность стала восстанавливаться. И за 25 лет стала больше первоначальной. Размножились стойкие особи.

Б) Транзитивный – действие его можно проследить на пример изучения промышленного меланизма. Светлая окраска бабочек делала их незаметными ночью на стволах деревьев. После затемнения и они постепенно стали темной окраски, т.к. светлые истреблялись хищникам. В условиях загрязнения выпускали и светлые и темные формы, преимущественно стали получатся темные формы. Оказалось что они отличаются генетически.

Отличие от направленного – стартует от исходных форм.

3. Дизруктивный – разрывающий - благоприятствует сохранению особей с крайним выражением признаков и элиминирует промежуточные формы. Пр: океанические острова и наличие на них насекомых либо с сильными либо без крыльев.

4. Дестабилизирующий – направлен на повышенную изменчивость. В разных условиях среды.

5. Частотнозависимый – зависит от частоты встречаемости генов. В пользу редких генотипов. Пр: Соотношение имитаторов и моделей насекомых. Чем больше имитаторов, тем отбор более неэффективен. Мигранты получают преимущество при скрещивание как представители редких генотипов.

6. К- и R- существуют два подход к воспроизводству видов. Продуцируя большое количество яиц. Затрачивают организмом мало энергии. И наоборот. К- и R - стратегия. К- благоприятствует более медленному равитию, большей конкурнетноспособности, позднему размножению, более крупным размерам тела, не большому числу потомков.

R – благоприятствует быстрому развитию, максимальная скорость увеличения популяции, раннему размножению, небольшим размерам тела, большое чило мелких потомков.

R – большее количество особей, К- способность более эффективн. Использование ресурсов среды.

В природе они проявляются вместе. Пр: Тропические муравья сначала R- стратегия - захват новых территорий, колонизация, после насыщения ареала направление отбора изменяется. Обостряется внутри видовая конкуренция. И действует К- отбор (Устрица – 500 млн. в год, шимпанзе – 1 дет в 5 лет).

7. Половой – касается признаков особей одного пола. Результат приспособления, которое обеспечивает успех особей в оставлении после себя потомства. Пр: яркая окраска муж. (орудие турнирного боя и др.)

Роль естественного отбора. Давление отбора может привести к определенным результатам лишь в рамках определяющих физических и химических законов. Природа ифункция животных ограничены в конечном счете фундаментальными свойствами тех элементов и молекул из которых они состоят.

1 – Поддерживающая. – определенный уровень приспособленности, позволяя ее существовать в данных условиях.

2 – накапливающий – отбор сохраняет уклонения повышающее адаптивности. Они накапливаются в популяции. Фенотипическое выражение признаков усиливаются. Отбор по данному признаку действует в одном направлении, то признак усиливается.

3 – Творческая роль проявляется – изменяет фенотипическое выражение мутации, создает генные комплексы которые обеспечивают адаптивность следующих поколений;

· способствует образованию новых видов;

· происходит процесс приспособления органов к условиям окр. Ср. и совместному существованию с др. организмами; - к автономизации развития от внешних факторов; - к прогрессивной эволюции, определяя темп эволюционных преобразований.

Является саморегулирующимся процессом. Аналогия с автоматически регулируемым устройством. Регулятор, объект, каналы прямой и обратной связи. В качестве регулятора – внешняя среды (биогеоценоз), управляемый объект – популяция, прямая связь – к популяции, обратная – от популяции к биогеоценозу.

Генет теор ест отбора теор ест отб

Ест отб всегда идет по фенотипу и если генопит. разл-я не проявл-ся в фенотипе (гетерозиг.сост.), то такие генот изм-я не доступны отбору.Т.о отб… 1) идет по фенотипу, 2) отбир-ся целостные генотипы,

Макроэв.

М-ды изучения: Палеонтолог методы позвол установить облик ископ форм. Палеоботан м-д – дает возмож-ть изучить остатки или отпеч ископ р-ий., изч спор, пыльцы. Палеоботан данные позвол…

Осн. напр-я филогенеза: дивиргенция, конвергенция, параллелизм и филетическая эволюция.

На микроэволюц. уровне процессс обратимый (2 популяции могутскрещиваться и существовать как одна). На макроуровне пр-с необратимый. Новый вид не… 1) дихотомическое ветвление (образуются две формы), 2) адаптивная радиация (много форм). Дивергенция –осн. форма филогенеза.

Изоляция это необходимый фактор т.к. невозможен процесс видообразования.

- горы (наземные животные); - барьеры суши (для гидробионтов); - реки, равнинные пустыни.

Экология как наука. Место в системе наук, ст-ра, методы иссл.

I. Охрана окруж среды: 1.эколог чела, 2. Охрана окрж среды (наука изуч природн и технич среды обитн),

Факторы среды. Классификация факторов.

Абиотические – совокупность факторов неживой среды, обитания живых организмов.

Химические-(состав атмосф. воздуха, вод, почвы, донных отложений)

Физические- (температура воздуха, воды, радиационный фон, ветры, течения, инсоляция).

Численность и распр. Видов часто зависит от лимитирующих абиот. Факторов. З-н Лейбиха: изменчивость организма определ-ся самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Но: организмы в результате развития в конкретных условиях приспосабливаются к комплексу факторов и в процессе жизнедеят. сами изменяют абиотическую среду (поддерживают соотношение O2 и СО2 в атмосфере, животные - фильтраторы- очищают воду от взвесей).

К основным абиотическим факторам среды относят : солнечное излучение(свет); влажность; совместное действие темп-ры и влажности; температуру воздуха.

Тепловой режим – важнейшее условие существования живых организмов т.к. все физиологические процессы протекают при определенных условиях. Главный источник тепла- солнечное излучение(сила и характер зависит от географического положения региона). Пределы в которых может существовать жизнь – от-200, до +100градусов, но >во видов приурочены к > узкому диапазону (0-50 градусов Цельсия), для температуры характерны сезонные и суточные колебания (регуляция сроков активности организмов). По отношению к температуре орг-мы делятся: холодолюбивые – криофилы, не выносят сравнительно высок температур-8-10 градусов, (бактерии, грибы, моллюски, черви, членистоногие; у растений весьма различно). Теплолюбивые – ТЕРМОФИЛЫ – обитатели жарких, тропических районов земли. Пресмыкающиеся, некоторые виды жуков и бабочек переносят Температуру до 52 градусов. Диапазон ограничен: < и > летальной температурой. Температура наиболее > благоприятная для жизнедеятельности – оптимальная (у б-ва – 20 – 25градусов). В зависимости от ширины интервала температур живые орг-мы бывают: Эвритермные – выносят широкий перепад температур., Стенотермные- выносят узкие перепад температур.

Правило Бергмана: при продвижении на Север средние размеры тела в популяциях эндотермных животных- увеличиваются.

Правило Глогера: окраска животных в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном.

Приспособление к низким температурам: запас жира, поведенческие адаптации.

Биотические факторы среды: совокупность влияние ж/деят-ти одних организмов на других.: зоогенные, фитогенные, антропогенные. Гомотипические – между особями 1 вида. Гетеротипические – между особями разных видов.(хищничество, симбиоз ,комменсализм, паразитизм, аменсализм и т.д.).

Действие факторов на организм: прямое, сигнальное.

З-н Шелфорда: процветание организмов ограниченных зонами максимума и минимума определенных экологических факторов, между ними- зона оптимума. Толерантность – способность переносить отклонения экологических факторов от оптимальных.

В генетике популяция

1) поп-ции самооплодотворяющихся организмов (растения-самоопылители). Поп-ции самоопылителей предст-т собсй смесь чистых линий, на кот. расп-ся… 2) панмиктические поп-ции - поп-ции перекрёстно оплодотвор-ся организмов со… В экологии популяция – совокупность организмов одного вида, обитающих в данном месте в данное время. Поп-ции хар-ся…

Типы в/отношений м/у организмами.

хищничество(--:+), Паразитизм(-:+) Положит : Коменсализм(мелкие орг исп-ют более крупные в кач-ве дома, рыбки… 0:+)Протокооперация(необязательность взаимодействия, рак и актиния +:+), Мутуализм(++:++Обязательное взаимдействие,…

Учение о биосфере.

Вернадский полагал жизнь космическим явлением, естественным этапом развития материи. Он начал систематическое исследование влияния жизни на развитие… За счет энергии Солнца возникали так называемые геохимические циклы, или… 1. "Человек как и все живые есть определенная функция биосферы ".

Классификация природных ресурсов. Проблемы использования и сохранения растительных и животных ресурсов.

Природные ресурсы (ПР) - это элементы природы, которые используются (или могут быть использованы) при данном уровне развития производительных сил для удовлетворения разнообразных потребностей общества и общественного производства. Это естественные ресурсы, часть всей совокупности природных условий существования человечества и важнейшие компоненты окружающей его естественной среды, используемые в процессе общественного производства для целей удовлетворения материальных и культурных потребностей общества.

Больш-во классиф-ий антропоцентрич. Делят на Исчерпаемы (нефть, газ), Возобновляемы (Растительность-способны к самовозобновл) и Неисчерпаемы (в посл время их всё меньше азот и кремний).

Так же делят на Заменимые и Незаменимые (О2 для животн). В кол-ве ресурсов знач имеет миним кол-во рес. Закон либиха-жизнедеят-ть орг-ма опр-ся ресурсом, потребность в котором удовлетворяется менее всего- бочка Либиха.

Проблема: Одни виды обычно массовые, другие – редкие, одиночные. Тривиализация фауны обычная на всем земном шаре, обилие растений – горец птичий, пастушья сумка, марь белая, мокрица, мятлик, папоротник орляк. Животные – серая крыса, домовая мышь, домовой воробей, тля, таракан. Постепенно разнообразие животного мира снижается → фауна становится тривиальной. Проблема использования растительных ресурсов включает два основных аспекта: охрану и рациональное использование растительных сообществ, сохранение редких и исчезающих растений. Первый подразумевает разумное сочетание территорий с разным характером природопользования, чтобы воздействие промышленных, сельскохозяйственных и селитебных ландшафтов компенсировалось санирующими ландшафтами: естественной растительностью лесов и лугов, искусственными насаждениями санитарно-защитных, рекреационных и водоохранных зон, полезащитных лесопосадок. Значение второго аспекта в последние десятилетия было переосмыслено в связи с развитием генетики и необходимостью поиска генетического материала для выведения более продуктивных сортов.

Проблема редких видов.

^ÞТерритории малы по размерам или редко встречаются (минеральные источники с серой t≈80^о – серные бактерии). На Урале есть серпентиниты – породы, богатые химическими элементами.

^ÞЭфемерность (не долговременность мест обитания; кенгуровый прыгун, недолговечная стадия пустырника)

^ÞПрепятствия биотических факторов (конкуренция, хищничество)

^ÞТупиковые ветви эволюции, которые слабо приспособлены к среде.

Проблемы интенсивности использования среды:

^ÞМожет не хватить ресурса (крупные хищники -тигр)

^Þ Низкая наследственная изменчивость (растения размножаются вегетативно). Экземпляры идентичные родителям (непластичность).

^ÞБиотические факторы, ограничивающие численность.

Антропогенного загрязнения.

1) стойкие неразлагающиеся загрязняющие вещества и яды (аллюминий, ДДТ, фенольные соединения) Основополагающий эффект действия ксенобиотиков - мембранотоксический, т.е. они… 2) биодеградабельные загрязнения.-сточные воды.

Народонаселение.

Согласно теории устойчивости биосферы (Горшков) как живой саморегулирующейся системы биосфера устойчива при условии, что население не превышает 1… продолжающееся нарастание скорости роста численности населения (за посл. 20… Если темпы роста численности населения сохранятся, то уже к 2030 году оно может составить 11 млрд жителей.