Биология – наука о закономерностях и механизмах жизнедеятельности и развития организмов

ВОПРОС №1(II)

БИОЛОГИЯ – НАУКА О ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ И МЕХАНИЗМАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМОВ

Биоло́гия (греч. βιολογία — βίος, биос, «жизнь»; др.-греч. λόγος — учение) — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Термин введен Жаном Батистом Ломарком в 1802 г. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.

Предметом изучения биологии служит жизнь во всех ее проявлениях: строение живых организмов, физиология, поведение, онтогенез, филогенез, их взаимоотношения друг с другом и окружающей средой.

Основными задачами биологии являются: 1) раскрытие сущности жизни и ее проявления с целью познания ее; 2) изучение живых существ и закономерности их в живой природе.

Основные методы исследования в биологии являются:

Эмпирические – наблюдение, эксперимент. Теоретические – сравнительный, исторический, моделирования, статическая обработка, формулировка гипотез, законов и теорий и др. Наблюдение дает возможность описать биологические объекты и явления. При этом используются инструментальные методы (микроскопия, электрография, рентгенография и др) Эксперимент – исследователи искусственно создают ситуации, которые помогают изучать свойства биологических объектов. Также используются инструментальные методы: электрофорез, хроматография, культивирование тканей и др. Сравнение и обобщение – позволяют найти общие закономерности для нескольких явлений. С помощью этого метода была основана систематика, создана клеточная теория. Исторический метод – позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития природы. Моделирование – имитирует отдельные биологические процессы. Например аквариум – модель природной экологической системы.

История биологии

Линней и Бюффон совершили огромную работу по классификации форм живых и ископаемых существ. Микроскопия открыла для наблюдения ранее неведомый мир микроорганизмов, заложив основу для развития клеточной теории. Лавуазье и другие химики и физики начали сближение представлений о живой и неживой природе. Натуралисты, такие как Александр Гумбольдт, исследовали взаимодействие организмов с окружающей средой и его зависимость от географии, закладывая основы биогеографии, экологии и этологии. В XIX веке развитие учения об эволюции постепенно привело к пониманию роли вымирания и изменчивости видов, а клеточная теория показала в новом свете основы строения живого вещества. В сочетании с данными эмбриологии и палеонтологии эти достижения позволили Чарльзу Дарвину создать целостную теорию эволюции путём естественного отбора. В начале XX века Томас Морган и его ученики заново открыли законы, исследованные ещё в середине XIX века Грегором Менделем, после чего начала быстро развиваться генетика. К 1930-м годам сочетание популяционной генетики и теории естественного отбора породило современную эволюционную теорию или неодарвинизм. Благодаря развитию биохимии были открыты ферменты и началась грандиозная работа по описанию всех процессов метаболизма. Раскрытие структуры ДНК Уотсоном и Криком дало мощный толчок для развития молекулярной биологии. За ним последовало постулирование центральной догмы, расшифровка генетического кода, а к концу XX века — и полная расшифровка генетического кода человека и ещё нескольких организмов.

 

ВОПРОС №2(II)

ВОПРОС №3(II)

СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ

Первое научно правильное определение дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". При прекращении процесса обмена веществ между живыми организмами и окружающей средой белки распадаются, и жизнь исчезает. Опираясь на современные достижения биологической науки, русский ученый М. В. Волькенштейн дал новое определение понятию жизнь: "Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот".

Жизнь называется открытой системой, на что указывает непрерывный процесс обмена веществ и энергии с окружающей средой. На основании последних научных достижений современной биологической науки дано следующее определение жизни: "Жизнь — это открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы совокупностей живых организмов, построенные из сложных биологических полимеров — белков и нуклеиновых кислот".

Основой всего живого считаются нуклеиновые кислоты и белки, так как они функционируют в клетке, образовывают сложные соединения, которые входят в структуру всех живых организмов. Живые организмы, в отличие от тел неживой природы, характеризуются рядом свойств, которые являются, по сути, атрибутами жизни: упорядоченность и специфичность структуры, целостность и дискретность, саморегуляция и гомеостаз, самовоспроизведение и самовосстановление, наследственность и изменчивость, обмен веществ и энергии, рост и развитие, раздражимость, движение, саморегуляция, специфическая взаимосвязь с окружающей средой, старение и смерть, вовлечённость в непрерывный процесс исторических изменений живого (эволюционный процесс)

ВОПРОС №4(II)

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО И ИХ СОДЕРЖАНИЕ

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду. Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием - метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определенной последовательности и регулируются множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция). Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки. Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно б г/день).

Раздражимость (возбудимость) — способность реагировать на внешнее воздействие изменением своих физико-химических и физиологических свойств. Раздражимость проявляется в изменениях текущих значений физиологических параметров, превышающих их сдвиги при покое. Раздражимость является универсальным проявлением жизнедеятельности всех биосистем. Таким образом, раздражимость - это способность организмов реагировать на биологически значимые внешние воздействия некими изменениями. Эти изменения могут включать в себя широкий репертуар реакций, начиная с диффузных реакций протоплазмы у простейших и кончая сложными, высокоспециализованными реакциями у человека.

Раздражимость — фундаментальное свойство живых систем: её наличие — классический критерий, по которому отличают живое от не живого. Минимальная величина раздражителя, достаточная для проявления раздражимости, называется порогом восприятия

Размножение — присущее всем живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни[1] Для организмов, обладающих клеточным строением, в основе всех форм размножения лежит деление клетки [1] Разные способы размножения подразделяются на три основных типа: бесполое, вегетативное и половое

Насле́дственность — способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа (растения, грибы, или бактерии) сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей их генетической информации. Носителями наследственной информации у организмов являются гены.

Изме́нчивость свойство организмов изменять свою морфофизиологическую организацию, обусловливающее разнообразие индивидов, популяций, рас и т.д. Изменчивость присуща всем организмам и наблюдается даже у генетически близкородственных особей, имеющих сходные или общие условия жизни и развития. например у близнецов, членов одной семьи, штаммов микроорганизмов и вегетативно размножающихся организмов.

Онтогене́з (от греч. οντογένεση: ον — существо и γένεση — происхождение, рождение) — индивидуальное развитие организма от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до смерти.

Филогене́з, или Филогения (др.-греч. φῦλον, phylon — «племя, раса» и др.-греч. γενετικός, genetikos — «имеющий отношение к рождению») — историческое развитие организмов

Дискретность (от лат. discretus — разделённый, прерывистый) — свойство, противопоставляемое непрерывности, прерывность

Целостность, обобщённая характеристика объектов, обладающих сложной внутренней структурой

ВОПРОС №5(II)

ВОПРОС №6(II)

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ

1665 год — английский физик Р. Гук в работе «Микрография» описывает строение пробки, на тонких срезах которой он нашёл правильно расположенные пустоты. Эти пустоты Гук назвал «порами, или клетками». Наличие подобной структуры было известно ему и в некоторых других частях растений. 1670-е годы — итальянский медик и натуралист М. Мальпиги и английский натуралист Н. Грю описали в разных органах растений «мешочки, или пузырьки» и показали широкое распространение у растений клеточного строения. Клетки изображал на своих рисунках голландский микроскопист А. Левенгук. Он же первым открыл мир одноклеточных организмов - описал бактерий и протистов (инфузорий)(1674г). Исследователи XVII века, показавшие распространённость «клеточного строения» растений, не оценили значение открытия клетки. Они представляли клетки в качестве пустот в непрерывной массе растительных тканей. Грю рассматривал стенки клеток как волокна, поэтому он ввёл термин «ткань», по аналогии с текстильной тканью. Исследования микроскопического строения органов животных носили случайный характер и не дали каких-либо знаний об их клеточном строении.

Клеточная теория — основополагающая для общей биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка из клетки).

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что:

1.Всем животным и растениям свойственно клеточное строение (т. е. клетки животных и растений сходны по строению).

2. Растут и развиваются растения и животные путем появления новых клеток.

3. Клетка - структурная единица всего живого.

Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

№1 Клетка - единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет;.

№2 Клетка - единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование;

№3 Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям;

№4 Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток;

№5 Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток;

№6 Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но отличаются друг от друга тем, что у них работают различные группы генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток - дифференцировка.

Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей всем живым организмам, кроме вирусов. Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития как у растений, так и у животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов.

ВОПРОС №7(II)

УЧЕНИЕ О КЛЕТКЕ

Работы Вирхова оказали неоднозначное влияние на развитие клеточного учения:

Клеточная теория распространялась им на область патологии, что способствовало признанию универсальности клеточного учения. Труды Вирхова закрепили отказ от теории цитобластемы Шлейдена и Шванна, привлекли внимание к протоплазме и ядру, признанными наиболее существенными частями клетки.

Вирхов направил развитие клеточной теории по пути чисто механистической трактовки организма.

Вирхов возводил клетки в степень самостоятельного существа, вследствие чего организм рассматривался не как целое, а просто как сумма клеток.

Прокариоты (лат. Procaryota, от греч. προ «перед» и κάρυον «ядро»), или доядерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром. Прокариоты разделяют на два таксона в ранге домена (надцарства): Бактерии (Bacteria) и Археи (Archaea).[источник не указан 218 дней] Для клеток прокариот характерно отсутствие ядерной оболочки, ДНК упакована без участия гистонов. Тип питания осмотрофный. Генетический материал прокариот представлен одной молекулой ДНК, замкнутой в кольцо, имеется только один репликон. В клетках отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение.

Эукарио́ты, или Я́дерные (лат. Eukaryota от греч. εύ- — хорошо и κάρυον — ядро) — домен (надцарство) живых организмов, клетки которых содержат ядра. Эукариотические клетки в среднем намного крупнее прокариотических, разница в объёме достигает тысяч раз. Клетки эукариот включают около десятка видов различных структур, известных как органоиды (или органеллы, что, правда, несколько искажает первоначальное значение этого термина), из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами. В прокариотических клетках всегда присутствуют клеточная мембрана, рибосомы (существенно отличные от эукариотических рибосом) и генетический материал — бактериальная хромосома, или генофор, однако внутренние органоиды, окруженные мембраной, встречаются редко. Ядро — это часть клетки, окружённая у эукариот двойной мембраной (двумя элементарными мембранами) и содержащая генетический материал: молекулы ДНК, «упакованные» в хромосомы. Ядро обычно одно, но бывают и многоядерные клетки.

Происхождение. Этот крупнейший ароморфоз произошел, по-видимому, не позднее, чем 2,6 – 2,7 млрд. лет назад, на рубеже Архея и Протерозоя (это определили по биомаркерам – остаткам хим. соединений, свойственных только эукариотам, см. наш обзор "древнейшие следы жизни"). Появление эукариот (точнее, тот момент, когда их присутствие становится заметным в летописи) совпадает по времени с самой крупной за всю историю Земли геофизической перестройкой. Первопричиной этой перестройки, по одной из последних моделей, стало выделение у Земли железного ядра, которое привело к целому комплексу последствий: исключительно сильным конвективным течениям в мантии, образованию "Моногеи" (единого континента), максимуму тектонической активности, смене тектоники тонких базальтовых пластин тектоникой литосферных плит, резкому снижению CO2 в атмосфере и резкому похолоданию (кислород в атмосфере стал накапливаться гораздо позже). Такие катастрофические события могли способствовать развитию эукариот двумя способами. Во-первых, они не могли не привести к разрушению, хотя бы частичному, сложившихся ранее прокариотных сообществ, в частности, цианобактериальных "матов". В ходе кризиса и после стали складываться новые микробные сообщества, уже не чисто прокариотные, а смешанные – прокариотно-эукариотные. Такие сообщества были более устойчивыми. Таким образом, возможно, величайший в истории Земли кризис "помог" эукариотам занять прочное положение в биосфере точно так же, как "массовое вымирание" на рубеже Мезозоя и Кайнозоя помогло млекопитающим и птицам занять множество ниш, которые раньше были заняты рептилиями (пока Мезозойские динозавровые сообщества не были разрушены кризисом, млекопитающие и птицы были вынуждены оставаться второстепенными, подчиненными группами). Во-вторых, очевидно, что в эпоху чрезвычайно резких (катастрофических) колебаний внешних условий более приспособляемые формы должны были получить огромное адаптивное преимущество, должен был идти "отбор на приспособляемость".

ВОПРОС №8(II)

ВОПРОС №9(II)

ВОПРОС №10(II)

Вопрос№11

А)Химический состав и биологическая роль ДНК. Биологический код

ДНК – сложное органическое соединение, являющееся материальным носителем наследственной информации. Структура ДНК была смоделирована в 1953 г. в США учеными Д. Уотсоном и Ф. Криком. ДНК представляет собой двойной неразветвленный полимер, закрученный спирально, за исключением одноцепочечной молекулы ДНК вирусов и кольцевой молекулы ДНК бактерий, пластид, митохондрий. Мономерами ДНК являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, остатка фосфорной кислоты и углевода дезоксирибозы. В одной молекуле ДНК насчитывается 10-25 тыс. нуклеотидов четырех типов, различающихся по азотистому основанию: в адениновый нуклеотид входит аденин, в гуаниновый – гуанин, в тиминовый – тимин, в цитидиловый – цитозин. Нуклеотиды двух цепочек ДНК соединены комплементарно через азотистые основания водородными связями: А=Т, Г Ц, а внутри одной цепочки – через остатки фосфорной кислоты. ДНК существует в трех формах: ядерная (в хромосомах), митохондриальная и пластидная. Количество ДНК в ядре строго постоянно. Молекулы ДНК во много раз больше макромолекул белка. Длина одной молекулы составляет десятки и сотни микрон. Уникальное свойство молекулы ДНК – репликация, т. е. способность к самоудвоению. Структура ДНК каждой особи постоянна, стабильна. Изменение молекулы ДНК (генная мутация) приводит к появлению новых признаков и свойств организма, так как вызывает синтез новых белков.

Биологический код (генетический)- единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Генетический код триплетен. Триплет – последовательность трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту. Поскольку в состав белков входит 20 аминокислот, то очевидно, что каждая из них не может кодироваться одним нуклеотидом. Избыточность (вырожденность) кода является следствием его триплетности и означает то, что одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Кроме того, некоторые триплеты выполняют специфические функции. Так, в молекуле иРНК три из них УАА, УАГ, УГА – являются терминирующими кодонами, то есть стоп-сигналами, прекращающими синтез полипептидной цепи. Одновременно с избыточностью коду присуще свойство однозначности, которое означает, что каждому кодону соответствует только одна определенная аминокислота. Код коллинеарен, то есть последовательность нуклеотидов в гене точно соответствует последовательности аминокислот в белке. Генетический код неперекрываем и компактен, то есть не содержит знаков препинания. Это значит что процесс считывания не допускает возможности перекрывания кодонов и начавшись на определенном кодоне, ситывание идет непрерывно триплет за триплетом вплоть до стоп-сигналов – терминирующих кодонов. Генетический код универсален, то есть ядерные гены всех организмов одинаковым образом кодируют информацию о белках вне зависимости от уровня организации и систематического положеня этих организмов.

Б)Химический состав и биологическая роль РНК. Виды РНК

РНК – сложное органическое соединение относящееся к группе нуклеиновых кислот. Известна в четырех формах: информационная, рибосомальная, транспортная и генетическая (у некоторых вирусов). Количество РНК в клетке непостоянно, так как она синтезируется по мере необходимости на молекуле ДНК. В клетке РНК находится в ядре, цитоплазме, митохондриях и пластидах. Все формы РНК принимают участие в биосинтезе белка, поэтому играют роль посредников генами и белковыми молекулами, синтезируемыми в соответствии с генетической программой. По строению РНК представляет собой одинарную полинуклеотидную цепочку, которая может образовывать спираль или спаренные спиральные участки. РНК – полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. В состав РНК входят нуклеотиды четырех типов, различающиеся по азотистому основанию: аденин входит в состав аденилового основания, гуанин – гуанилового, урацил – уридилового, цитозин – цитидилового. Кроме того, в каждом нуклеотиде имеются углевод рибоза и остаток фосфорной кислоты.

Каждый вид РНК выполняет свою функцию, поэтому их молекулы различаются по строению, размеру, молекулярной массе. Но в любом случае молекула РНК меньше ДНК. Транспортные РНК образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму. Их функция – транспортировка аминокислот к рибосомам, где идет сборка белковой молекулы. Информационная РНК синтезируется также в ядре на молекуле ДНК по принципу комплементарности (транскрипция), после чего она переходит в цитоплазму. Здесь иРНК образует комплекс с рибосомами, и осуществляется сборка молекул белка (трансляция). Рибосомальная РНК так же синтезируется на ДНК и, войдя в состав субъединиц рибосом, входит в цитоплазму. Ее молекулы самые крупные. Все виды РНК, за исключением генетической РНК вирусов, не способны к самоудвоению и самосборке.

В) Ауторепродукция ДНК

Ауторепродукция – то же самое что и репликация – удвоение молекулы ДНК путем достройки на каждой из продольных половинок точных копий по принципу комплементарности. Этот процесс происходит в синтетический период интерфазы.При репликации молекула ДНК постепенно разделяется специальным ферментом на две половины в продольном направлении. По мере того как открываются нуклеотиды разделяемой молекулы, к ним тут же присоединяются свободные нуклеотиды, ранее синтезируемые в цитоплазме. Согласно принципу комплементарности эти новые нклеотиды присоединяются к сторого определенным местам. Таким образом, каждая половина спирали снова становится целой и вместо одной молекулы ДНК получаются две. В каждой из образовавшихся молекул одна половина – бывшая матрица, вторая – вновь образованная, комплементарная первой. Одна из молекул ДНК остается в материнской хроматиде, вторая образует дочернюю, в результате чего хромосома становится двухроматидной.

Г) Транскрипция

К рибосомам – местам сборки белков – высылается из ядра несущий информацию посредник, способный пройти через поры ядерной оболочки. Таким посредником является иРНК. По принципу комплементарности она синтезируется на ДНК при участии фермента, называемого РНК-полимеразой. Процесс синтеза РНК, осуществляемый РНК-полимеразой по матрице ДНК, называют транскрипцией. иРНК является копией не всей молекулы ДНК, а только части ее – одного гена у эукариот или группы рядом расположенных генов, несущих информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции, к прокариот. Такую группу генов называют опероном. В начале каждого оперона находится своего рода посадочная площадка для РНК-полимеразы, называемая промотором. Это специфическая последовательность нуклеотидов ДНК, которую фермент узнает благодаря химическому сродству. Только присоединившись к промотору РНК-полимераза способна начать синтез РНК. Дойдя до конца оперона, фермент встречает сигнал,означающий конец считывания. Готовая иРНК отходит от ДНК и наравляется к месту синтеза белков. В процессе транскрипции можно выделить четыре этапа. 1) Связывание РНК-полимеразы с промотором. 2) Инициация – начало синтеза. Она заключается в образовании первой фосфоэфирной связи между АТФ или ГТФ и вторым нуклеотидом синтезирующейся молекулы РНК. 3) Элонгация – рост цепи РНК то есть последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке,в котором стоят комплементарные им нуклеотиды в транскрибируемой нити ДНК. 4) Терминация – завершение синтеза РНК

Д) Явление процессинга и сплайсинга. Их биологическая роль в организации информации

Процессинг – процесс формирования зрелых молекул РНК из их предшественников. Это совокупность реакций, ведущих к превращению первичных продктов транскрипции в функционирующие молекулы. Процессинг т- и рРНК в основном сводится к удалению лишних фрагментов с концов молекул. Что касается иРНК, то у эукариот ее процессинг осуществляется многоступенчато. Основными его событиями являются следующие:

- модификация концов молекулы иРНК,в ходе которой к концам молекулы присоединяются специфические короткие последовательности нуклеотидов, обозначающие место начала и место конца трансляции

- сплайсинг – удаление неинформативных последовательностей РНК, соответствующих интронам ДНК.

У всех организмов процессинг РНК происходит в ядре. Для каждого типа молекул он осуществляется специальным ферментом

Сплайсинг – удаление последовательностей нуклеотидов РНК, соответствующих интронам ДНК, и соединение участков с транскрибируемыми последовательностями экзонов. В результате сплайсинга молекулярная масса иРНК уменьшается примерно в 10 раз.

Вопрос №12

А) процесс трансляции

Трансляция – синтез полипептидных цепей по матрице иРНК, происходящий в рибосомах. Аминокислоты из которых синтезируются белки, доставляются к рибосомам с помощью специальных РНК, называемых транспортными. Эти небольшие структуры способны сворачиваться таким образом, что образуют структуры, напоминающие по форме клиновый лист. На вершине листа каждой тРНК имеется последовательность трех нуклеотидов, комплементарнх нуклеотидам кодона в иРНК. Ее называют антикодоном. Специальный фермент – кодаза – опознает тРНК и присоединяет к черешку листа аминокислоту – только ту,которая кодируется триплетом, комплементарным антикодону. Для того, чтобы аминокислота включилась в полипептидную цепь, она должна оторваться от тРНК. Это становится возможным когда тРНК поступает на рибосому и антикодон узнает свой кодон в иРНК. В рибосоме имеются два участка для связывания двух молекул тРНК. В один из этих участков, называемым акцепторным, поступает тРНК с аминокислотой и присоединяется к своему кодону. Эта аминокислота присоединяет к себе растущую цепь белка, между ними образуется пептидная связь. тРНК перемещается вместе с кодоном иРНК в донорный участок рибосомы. В освободившийся акцепторный участок приходит новая тРНК, связанная с аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном. Из донорного участка сюда вновь переносится оторвавшаяся полипептидная цепь и удлиняется еще на одно звено. Аминокислоты в растущей цепи соединены в той последовательности, в которой расположены шифрующие их кодоны в иРНК. Когда на рибосоме оказывается один из трех триплетов (УАА, УАГ, УГА) ни одна тРНК не может занять место в акцепторном участке. Дело в том что не существует антикодонов, комплементарных последовательностям этих нуклеотидов. Оторвавшейся в донорном участке полипептидной цепи не к чему присоединяться в акцепторном участке, и она покидает рибосому. Синтез белка завершен.

Б) Структурно-функциональная организация и-РНК и т-РНК

Т-РНК. Молекулы данной РНК самые короткие. Они состоят всего из 80 – 100 нуклеотидов. Транспортные РНК в основном содержатся в цитоплазме клетки. Функция их состоит в переносе аминокислот в рибосомы, к месту синтеза белка. Из общего содержания РНК клетки на долю тРНК приходится около 10%.

И-РНК или матричная, содержится в ядре и цитоплазме. Функция ее состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Размер иРНК колеблется в широких пределах от 100 до 10000 нуклеотидов.

Г) Уровни организации белковых молекул

Первичной, самой простой структурой является полипептидная цепь, то есть последовательность аминокислот, связанных между собой пептидными связями. В первичной структуре все связи между аминокислотами являются ковалентными и следовательно прочными. Вторичная структура. При ее образовании белковая нить обычно закручивается в виде спирали. Между кислотами С=О-групп находящихся на одном витке спирали и водородами N – H-групп на другом витке образуются водородные связи. Водородные связи слабее ковалентных, но при большом их числе обеспечивают поддержание прочной структуры. Спираль полипептида далее свертывается, образуя или клубок или фибриллу. Таким образом возникает сложная пространственная структура, называемая третичной структурой. Связи поддерживающие третичную структуру белка так же слабые. Они возникают в частности в результате гидрофобных взаимодействий. Гидрофобные радикалы некоторых аминокислот в водном растворе сближаются, слипаются и стабилизируют таким образом структуру белка. Соединение нескольких молекул полипептидов между собой образует четвертичную структуру белка. Если пептидные цепи уложены в виде клубка то такие белки называют глобулярными. Если полипептидные цепи уложены в пучки нитей, они носят название фибриллярных белков.

Вопрос№ 13

Вопрос № 19. Гаметогенез

А) общая характеристика процесса. Его биологическая роль

Гаметогенез – процесс образования половых клеток. Подразделяется на ряд стадий

Б)стадия размножения

Диплоидные клетки из которых образуются гаметы называют сперматогониями и овогониями. Эти клетки осуществляют серию последовательных митотических делений в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются на протяжении всего периода половой зрелости мужской особи. Размножение овогоний приурочено главным образом к периоду эмбриогенеза.

В) стадия роста

Происходит увеличение клеточных размеров и превращение мужских и женских половых клеток в сперматоциты и овоциты 1 порядка. Важным событием этого преиода является редупликация ДНК при сохранении неизменным числа хромосом. Генетическая формула сперматоцитов и овоцитов1 порядка приобретает вид 2n4с.

Г) стадия созревания

Основными событиями являются два последовательных деления: редукционное и эквационное – которые вместе составляют мейоз. После первого деления образуются сперматоциты и овоциты 2 порядка а после второго – сперматиды и зрелая яйцеклетка. В результате образуются 4 сперматиды, одна полноценная яйцеклетка и редукционные тельца, которые в размножении не учавствуют

Д) стадия формирования

Процесс сперматогенеза завершается этой стадией. Ядра сперматид уплотняются вследствие сверхспирализации хромосом, которые становятся функционально инертными. На этой стадии почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, так чо головка зрелого сперматозоида практически ее лишена

Вопрос №20 мейоз

А) общая характеристика мейоза

Особая форма клеточного деления.мейоз состоит из двух делений происходящих в периоде созревания

Б) первое деление мейоза.

Оно приводит к образованию из диплоидных клеток гаплоидных.

В профазе1 наблюдается компактная упаковка генетического материала. Одновременно происходит конъюгация – гомологичные хромосомы тесно сближаются соответствующими участками. В результате образуются хромосомные пары или биваленты. Профаза1 состоит из следующих стадий: лептотена – стадия в которой начинается спирализация хромосом. Зиготена – начало конъюгации гомологичных хромосом. Пахитена – стадия на которой между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер – перекрест с обменом соответствующими участками. Диплотена - характеризуется возникновением сил отталкивания между гомологичными хромосомами. Диакинез – стадия в которой гомологичные хромосомы удерживаются лишь в отдельных участках

Метафаза1 завершает формирование веретена деления.

Анафаза1. Ослабляются связи между гомологичными хромосомами в бивалентах и они отходят друг от друга направляясь к разным полюсам веретена деления. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящих из двух хроматид

Телофаза1. У полюсов веретена деленя собирается одинарный гаплоидный набор хромосом

В) второе деление мейоза

Приводит к образованию клеток в которых содержание генетического материала в хромосомах будет соответствовать их однонитчатой структуре. Это деление протекает как митоз только клетки вступающие в него несут гаплоидный набор хромосом

Г) особенности мейоза

В отличие от митоза сохраняющего в клетках постоянное диплоидное число хромосом, мейоз приводит к образованию из диплоидных клеток гаплоидных гамет. При последующем оплодотворении гаметы формируют организм нового поколения с диплоидным кариотипом.

Д) биологическое значение мейоза

Одна из главных задач мейоза – создание клеток с гаплоидным набором однонитчатых хромосом. Процессы протекающие в редукционном делении обеспечивают также не менее важное следствие – генетическое разнообразие гамет, образуемых организмом

ВОПРОС №1(II)

БИОЛОГИЯ – НАУКА О ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ И МЕХАНИЗМАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМОВ

Биоло́гия (греч. βιολογία — βίος, биос, «жизнь»; др.-греч. λόγος — учение) — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Термин введен Жаном Батистом Ломарком в 1802 г. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхожд