Закон Харді-Вайнберга для ідеальної популяції.

Закон Харди–Вайнберга – основной закон популяционной генетики. Он гласит, что в идеальной популяции существует постоянное соотношение относительных частот аллелей и генотипов, которое описывается уравнением:

(p _A + q _a)² = р² _АА + 2∙р∙q _Aa + q² _aa = 1

Если известны относительные частоты аллелей p и q и общая численность популяцииN_общ, то можно рассчитать ожидаемую, или расчетную абсолютную частоту (то есть численность особей) каждого генотипа. Для этого каждый член уравнения нужно умножить наN_общ:

p² _AA · N_общ + 2·p·q _Aa · N_общ + q² _aa · N_общ = N_общ

В данном уравнении:

p² _AA · N_общ– ожидаемая абсолютная частота (численность) доминантных гомозигот АА

2·p·q _Aa · N_общ – ожидаемая абсолютная частота (численность) гетерозигот Аа

q² _aa · N_общ– ожидаемая абсолютная частота (численность) рецессивных гомозигот аа

Практическое значение закона Харди–Вайнберга:

1. В здравоохранении – позволяет оценить популяционный риск генетически обусловленных заболеваний, поскольку каждая популяция обладает собственным аллелофондоми, соответственно, разными частотами неблагоприятных аллелей. Зная частоты рождения детей с наследственными заболеваниями, можно рассчитать структуру аллелофонда. В то же время, зная частоты неблагоприятных аллелей, можно предсказать риск рождения больного ребенка.

2. В селекции – позволяет выявить генетический потенциал исходного материала (природных популяций, а также сортов и пород народной селекции), поскольку разные сорта и породы характеризуются собственными аллелофондами, которые могут быть рассчитаны с помощью закона Харди-Вайнберга. Если в исходном материале выявлена высокая частота требуемого аллеля, то можно ожидать быстрого получения желаемого результата при отборе. Если же частота требуемого аллеля низка, то нужно или искать другой исходный материал, или вводить требуемый аллель из других популяций (сортов и пород).

3. В экологии – позволяет выявить влияние самых разнообразных факторов на популяции. Дело в том, что, оставаясь фенотипически однородной, популяция может существенно изменять свою генетическую структуру под воздействием ионизирующего излучения, электромагнитных полей и других неблагоприятных факторов. По отклонениям фактических частот генотипов от расчетных величин можно установить эффект действия экологических факторов. (При этом нужно строго соблюдать принцип единственного различия. Пусть изучается влияние содержания тяжелых металлов в почве на генетическую структуру популяций определенного вида растений. Тогда должны сравниваться две популяции, обитающие в крайне сходных условиях.Единственное различие в условиях обитания должно заключаться в различном содержании определенного металла в почве).

 

 

 

Закономірності мінливості, модифікаційна мінливість.

Модифікайна мінливість — результат не змін генотипу, а його реакції на умови навколишнього середовища. Тобто структура генів не змінюється, — змінюється експресія генів.

Внаслідок цього під дією факторів навколишнього середовища на організм змінюється інтенсивність ферментативних реакцій, що обумовлюється зміною інтенсивності їх біосинтезу. Деякі ферменти, наприклад, МАР-кіназа, обумовлюють регуляцію транскипції генів, яка залежить від факторів навколишнього середовища. Таким чином, фактори навколишнього середовища здатні регулювати активність генів та вироблення ними специфічного білка, функції якого найбільше відповідають середовищу

Основні характеристики модифікаційної мінливості.
Зміни не успадковуються і мають фенотиповий характер.
Зміни, як правило, пристосувальні і виявляються у багатьох особин в популяції, тобто носять масовий характер. Наприклад, у зайців зимове забарвлення шерсті стає білим.
Зміни носять поступовий характер. Вони адекватні змінам умов середовища.
Зміни сприяють виживанню особин, підвищують життєздатність і спричинять утворення модифікацій.

 

Значення генетики для розвитку еволюційного вчення. Генетика популяцій.

Генетика Популяції-розділ генетики, що вивчає генетичну будову і динаміку генетичного складу популяцій . Чинниками, що визначають в популяціях зміни частот окремих генів і генотипів, є мутаційний процес (див. Мутації ) , характер внутрішньопопуляціях схрещуванні і міграції (див. Ізоляція ) міжпопуляцій , випадкові флюктуациі (див. Генетіко-автоматічні процеси ) і єдиний направляючий чинник еволюції — природний відбір . В природних умовах ефективність цих чинників зростає унаслідок їх взаємодії.

Еволюційне вчення(біол.), комплекс знань про історичний розвиток (еволюції) живої природи. Е. в. займається аналізом становлення адаптації (пристосувань), еволюції індивідуального розвитку організмів ( онтогенезу ), чинників, що направляють еволюцію, і конкретних доріг історичного розвитку ( філогенезу ) окремих груп організмів і органічного світу в цілому. Основу Е. в. складає еволюційна теорія. ДО Е. в. відносяться також концепції походження життя і походження людини.

 

39. Історія становлення еволюційниї ідей. Еволюційна теорія Ж.Б.Ламарка.

Ламаркізм — еволюційна концепція, що грунтується на теорії, висунутій на початку XIX століття Жаном Батистом Ламарком в трактаті Філософія зоології

 Логіка Ламарка -. Головним для нього було питання: прогресивна еволюція. Придумати переконливий механізм прогресивної еволюції Ламарк не зміг і обмежився твердженням, що жива природа має властивість самовдосконалення. Так вже вона влаштована. Іншими словами, існує якийсь невідомий Ламарку механізм, який змушує живі істоти з покоління в покоління поступово підніматися по сходах і ставати все більш досконалими, точно так само, як досконалішою з часом стає психіка зростаючої дитини. А нещасне успадкування результатів тренування - це не рушійна сила, це, за Ламарком, швидше гальмо еволюції. Нужда змушує живі істоти односторонньо розвивати якісь свої частини, і це заважає їм підніматися по сходах все вище і вище. Точно так само, як перевантаження домашніми турботами заважає жінці повною мірою розкрити свої таланти

Ідея еволюції, у свою чергу, безпосередньо пов'язана з уявленнями про єдність природи й загальність руху, які вперше з'являються у творах мислителів Стародавнього Сходу (Єгипет, Індія, Китай) наприкінці II — на початку І тис. до н.е. Згодом вони формулюються більш окреслено у філософських школах матеріалістичного напрямку Стародавньої Греції (VII-VI ст. до и. е.). Відповідно до уявлень античних філософів, увесь навколишній матеріальний світ виник з "першоматерії" (природне походження), основу якої складали первинні субстанції: вогонь, повітря, вода й земля, здатні до взаємоперетворення (єдність природи)- Істотним доповненням до уявлень про єдність матеріального світу стало атомістичне вчення Левкіппа й Демокріта (V-IV ст. до н.е.).

Також можна згадати Чарлза Да́рвіна - англійський науковець, що створив теорію еволюції і запропонував разом зАльфредом Расселом Воллесом принципи природного добору. Дарвін опублікував книгу «Походження видів шляхом природного добору», в якій пояснював еволюційний процес принципами природного й статевого добору. Його теорія викликала жорстокі суперечки, оскільки суперечила Книзі Буття Біблії (див. Креаціонізм).

№40. Клітина як структурно – функціонал. біологічна одиниця.

 Кліти́на (від лат. cellula — комірка) — структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, для якої характерний власний метаболізм та здатність до відтворення. Від середовища, яке її оточує, клітина відмежована плазматичною мембраною (плазмалемою). Розрізняють два основні типи клітин: прокаріотичні, що не мають сформованого ядра, характерні для бактерій та архей, таеукаріотичні, в яких наявне ядро, властиві для всіх інших клітинних форм життя, зокремарослин, грибів та тварин. До неклітинних форм життя належать лише віруси, але вони не мають власного метаболізму і не можуть розмножуватись поза межами клітин-живителів.

Усі організми поділяються на одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні. До одноклітинних належать бактерії, археї, деякі водорості і гриби, а також найпростіші. Колоніальні та багатоклітинні організми складаються з великої кількості клітин. Різниця між ними полягає в тому, що колоніальні організми складаються з недиференційованих або слабо диференційованих клітин, які можуть виживати одна без одної. Клітини багатоклітинних організмів більш-менш спеціалізовані на виконанні певних функцій і залежні одна від одної в процесах життєдіяльності. До багатоклітинних організмів належить зокрема і людина, тіло якої складається приблизно з 10¹³ клітин.

40. Клетка, как структурно-функциональная биологическая единица.

Клетка - это открытая, ограниченная активной мембраной, структурированная система биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом. Клетке принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы. Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм - одноклеточных, многоклеточных и даже неклеточных. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обусловливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка отличается сложным строением. При этом определенные черты обнаруживаются во всех без исключения клетках, характеризуя наиболее важные стороны клеточной организации как таковой.

На Земле существует две группы организмов. Первая представлена вирусами и фагами, не имеющими клеточного строения. Вторая группа, самая многочисленная, имеет клеточное строение. Среди этих организмов выделяют два типа организации клеток: прокариотический (бактерии и сине-зеленые водоросли) и эукариотический (все остальные).

 

41. Код ДНК. Св-ва кода.

Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

В ДНК используется четыре нуклеотида — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.

Белки практически всех живых организмов построены из аминокислот всего 20 видов. Эти аминокислоты называют каноническими. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот, соединённых в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства.

Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов.

Благодаря процессу транскрипции в клетке осуществляется передача информации от ДНК к белку: ДНК - и-РНК - белок. Генетическая информация, содержащаяся в ДНК и в и-РНК, заключена в последовательности расположения нуклеотидов в молекулах. Каким же образом происходит перевод информации с "языка" нуклеотидов на "язык" аминокислот? Такой перевод осуществляется с помощью генетического кода. Код, или шифр,- это система символов для перевода одной формы информации в другую. Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в информационной РНК. Насколько важна именно последовательность расположения одних и тех же элементов (четырех нуклеотидов в РНК) для понимания и сохранения смысла информации, можно убедиться на простом примере: переставив буквы в слове код, мы получим слово с иным значением - док. Какими же свойствами обладает генетический код?

1. Код триплетен. В состав РНК входят 4 нуклеотида: А, Г, Ц, У. Если бы мы пытались обозначить одну аминокислоту одним нуклеотидом, то 16 из 20 аминокислот остались бы не зашифрованы. Двухбуквенный код позволил бы зашифровать 16 аминокислот (из четырех нуклеотидов можно составить 16 различных комбинаций, в каждой из которых имеется два нуклеотида). Природа создала трехбуквенный, или триплетный, код. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью трех нуклеотидов, называемых триплетом или кодоном. Из 4 нуклеотидов можно создать 64 различные комбинации по 3 нуклеотида в каждой (4*4*4=64). Этого с избытком хватает для кодирования 20 аминокислот и, казалось бы, 44 кодона являются лишними. Однако это не так.

2. Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (от двух до шести). Исключение составляют аминокислоты метионин и триптофан, каждая из которых кодируется только одним триплетом. (Это видно из таблицы генетического кода .) Тот факт, что метионин кодируется одним триплетом АУТ, имеет особый смысл, который вам станет понятен позже ( 16 ).

3. Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту. У всех здоровых людей в гене, несущем информацию о бета-цепи гемоглобина , триплет ГАА или ГАГ, I стоящий на шестом месте, кодирует глутаминовую кислоту. У больных серповидноклеточной анемией второй нуклеотид в этом триплете заменен на У. Как видно из таблицы, триплеты ГУА или ГУГ, которые в этом случае образуются, кодируют аминокислоту валин. К чему приводит такая замена, вы уже знаете из раздела о ДНК.

4. Между генами имеются "знаки препинания". В печатном тексте в конце каждой фразы стоит точка. Несколько связанных по смыслу фраз составляют абзац. На языке генетической информации таким абзацем являются оперон и комплементарная ему и-РНК. Каждый ген в опероне кодирует одну полипептидную цепочку - фразу. Так как в ряде случаев по матрице и-РНК последовательно создается несколько разных полипептидных цепей, они должны быть отделены друг от друга. Для этого в генетическом коде существуют три специальные триплета - УАА, УАГ, УГА, каждый из которых обозначает прекрдщение синтеза одной полипептидной цепи. Таким образом, эти триплеты выполняют функцию знаков препинания. Они находятся в конце каждого гена. Внутри гена нет "знаков препинания". Поскольку генетический код подобен языку, разберем это свойство на примере такой составленной из триплетов фразы: жил был кот тих был сер мил мне тот кот. Смысл написанного понятен, несмотря на отсутствие "знаков препинания. Если же мы уберем в первом слове одну букву (один нуклеотид в гене), но читать будем также тройками букв, то получится бессмыслица: илб ылк отт ихб ылс ерм илм нет отк от Нарушение смысла возникает и при выпадении одного или двух нуклеотидов из гена. Белок, который будет считываться с такого испорченного гена, не будет иметь ничего общего с тем белком, который кодировался нормальным геном.

6. Код универсален. Генетический код един для всех живущих на Земле существ. У бактерий и грибов, пшеницы и хлопка, рыб и червей, лягушки и человека одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.

 

42. Комбинативная изменчивость: механизм возникновения новых комбинаций генов. Явление гетерозиса.

Комбинативная (комбинационная) изменчивость. Это наследственная изменчивость, возникающая в потомстве в результате новых сочетаний признаков и свойств при скрещиваниях. Она не ведет к возникновению новых наследственных признаков, а происходят лишь комбинация и рекомбинация генов, имеющихся у родительских форм. На основе комбинативной изменчивости выведено много пород животных: орловская рысистая порода лошадей, костромская порода крупного рогатого скота, алтайская тонкорунная порода овец и т. д. Например, в результате скрещивания зебу с европейскими породами скота был создан австралийский молочный зебу. В новой породе сочетаются устойчивость к клещам, жаре, как у зебу, и высокая молочная продуктивность, как у европейского скота.

Зная характер наследования признаков и свойств, можно создать желаемое их сочетание. Если селекционер ставит перед собой цель получить сапфировую окраску меха у норок, то он должен скрестить алеутских норок (генотип ааРР) с платиновыми (ААрр). Первое поколение норок имеет коричневый мех. При скрещивании гибридов первого поколения между собой в F2 получают 1/16 сапфировых норок (аарр). При разведении сапфировых норок появляются только сапфировые норки.

 увеличение жизнеспособности гибридов вследствие унаследования определённого набора аллелей различных генов от своих разнородных родителей. Это явление противоположно результатам инбридинга, или близкородственного скрещивания, приводящего к гомозиготности. Увеличение жизнеспособности гибридов первого поколения в результате гетерозиса связывают с переходом генов в гетерозиготное состояние, при этом рецессивные летальные и полулетальные аллели, снижающие жизнеспособность гибридов, не проявляются. Также в результате гетерозиготации могут образовываться несколько аллельных вариантов фермента, действующих в сумме более эффективно, чем поодиночке (в гомозиготном состоянии). Механизм действия гетерозиса ещё не окончательно выяснен. Явление гетерозиса зависит от степени родства между родительскими особями: чем более отдалёнными родственниками являются родительские особи, тем в большей степени проявляется эффект гетерозиса у гибридов первого поколения.

Явление гетерозиса наблюдалось ещё до открытия законов Менделя И. Г. Кёльрейтером, термин «гетерозис» (в переводе с греческого языка — изменение, превращение), в 1908 Г. Шулл описал гетерозис у кукурузы.

У растений (по А. Густафсону) выделяют три формы гетерозиса: т. н. репродуктивный гетерозис, в результате которого повышается плодородность гибридов и урожайность, соматический гетерозис, увеличивающий линейные размеры гибридного растения и его массу, и приспособительный гетерозис (называемый также адаптивным), повышающий приспособленность гибридов к действию неблагоприятных факторов окружающей среды.

 

43. Человек как объект действия эволюционных факторов.

Эволюционные факторы воздействуют на человека. Афирканцы чёрные, а европейцы белые. Азиаты низкорослые, а северные народы – наоборот, высокие. И т. д.

 

44. Мейоз, его биологическое значение.

Мейоз (от греч. meiosis — уменьшение) или редукционное деление клетки — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом — образованием специализированных половых клеток, или гамет, из недифференцированных стволовых.

С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.

В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.

Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет. Определенные ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).

 

45. Мейоз. Половые клетки. Развитие половых клеток.

Мейоз, представленный на рис. 2.10 и 2.11, — процесс образования половых клеток, или гамет. Половые клетки содержат только одну хромосому из каждой пары и предназначены для слияния с половой клеткой другого родителя, чем обеспечивается генетическая уникальность образующегося потомства. Клетки, которые содержат только одну хромосому из каждой пары, принято называть гаплоидными, то есть содержащими одинарный набор хромосом, тогда как соматические клетки диплоидны, то есть содержат двойной набор хромосом. Яйцеклетки представляют собой половые клетки, образующиеся у представителей женского иола, а сперматозоиды являются половыми клетками у представителей мужского пола. Образование половых клеток на первый взгляд объяснить вроде бы легко: просто только одна из хромосом из каждой пары попадает во вновь образующуюся клетку.

В действительности мейоз состоит из двух последовательных делений, результатом чего является уменьшение числа хромосом вдвое. При мейозе образуются четыре гаплоидные клетки. Почему это дает какие-то преимущества? Почему клетка не может просто поделиться без удвоения генетического материала?

Ответ на эти вопросы заключается в том, что при половом размножении именно такой процесс обеспечивает возможность рекомбинации генов, в результате чего поддерживается генетическое разнообразие. По большому счету, генетическое разнообразие определяется тем, что наши хромосомы образуют пары, причем по одной от каждого родителя. Представим себе теоретически, что ваш геном, например, включает ген, ответственный за образование фермента, разрушающего определенный токсин, который образуется в клетке в качестве побочного продукта метаболизма. Вам следует иметь две копии этого гена. Если одна из этих копий повреждена, другая возьмет на себя функцию поврежденного гена, и система будет работать нормально. В процессе мейоза происходит обмен гомологичными участками хромосом (кроссинговер), в результате чего дополнительно создается генетическое разнообразие в популяции. Увеличение генетического разнообразия делает популяцию более приспособленной к изменению условий окружающей среды но сравнению с популяцией, в которой генетическое разнообразие выражено в меньшей степени.

 

46. Методика изучения митотической активности клеток. Цитостатики.

Опухоль состоит из трансформированных клеток, которые благодаря мутации растут бесконтрольно (см. с. 384). Большинство трансформированных клеток распознаются и устраняются иммунной системой (см. с. 286). Ослабление защитных сил организма влечет за собой быстрое развитие опухоли. Можно пытаться подавить рост опухоли методами физио- или химиотерапии. Для этих целей используют рентгеновское облучение, которое благодаря мутагенному действию блокирует размножение клеток (см. с. 252). Еще большее применение получило подавление опухолевого роста с помощью химиотерапии. Применяющиеся для этих целей вещества носят название цитостатиков. К сожалению, как облучение, так и химиотерапия — методы недостаточно избирательные, т. е. при таком воздействии на организм повреждаются и нормальные клетки, вследствие чего часто наблюдаются побочные эффекты.

Большинство цитостатиков прямо или косвенно подавляют удвоение ДНК в S-фазе клеточного цикла (см. с. 380). Первая группа веществ (A) взаимодействует с молекулами ДНК, блокируя при этом процессы транскрипции и репликации. Вторая группа цитостатиков (Б) подавляет синтез предшественников ДНК.

Митотический индекс (Mitotic index,MI, %) — процент делящихся клеток от общего числа проанализированных клеток. Данный индекс можно вычислить используя световой микроскоп, просчитав в поле зрения клетки с видимыми хромосомами и разделив его на общее число клеток в поле зрения.

Если вы управляете колхицином или другим лекарством — производным колхицина (например, colcemid), вы можете остановить клеточный цикл в этот момент и оставить хромосом в их видимой формы. Колхицин нарушает образование микротрубочек, которое необходимы для шпинделя волокон отдельных хромосом в анафазе.

 Рост клеточной культуры происходит когда клетки проходят через интерфазу и митоз для завершения клеточного цикла. Многие клетки теряют способность делиться когда стареют или делятся реже. Другие клетки способны к быстрому делению. Например, как корни растений, клетки вблизи от кончика корня, в апикальной меристемt, делятся быстро внедряя корень в почву. Корневой чехлик определяет направление гравитации и устремляет свою вершину с интенсивно делящимися клетками вниз.

Количественное мы можем сравнить группы клеток по их способности к делению. В экспериментальных условиях мы можем изменять условия среды и количественное определить это воздействие на пролиферативную способность клеток.

 Для группы клеток, редко совершающих клеточный цикл мы прогнозируем что значительная часть будет находиться в стадии покоя клеточного цикла (G1). Однако в быстро делящейся клеточной культуре мы можем ожидать увидеть большую долю клеток в стадии митотического деления. Одним из верных способов количественного анализа интенсивности деления служит митотический индекс.

 

47. Методика приготовления фиксированных препаратов.

Для приготовления фиксированных (сухих) окрашенных препаратов необходимы реактивы:

1. Жидкость Шаудина. Одну часть по объему спирта 90° и 2 части по объему насыщенного водного раствора сулемы смешивают и к полученной смеси добавляют 3—5% ледяной уксусной кислоты. Этот реактив надо готовить непосредственно перед употреблением.

Насыщенный раствор сулемы: 7 г сулемы растворяют в 100 мл дистиллированной воды при нагревании. Остывшую жидкость надо профильтровать. Этот раствор можно приготовить заранее.

2. Спирт 96°, 85° и 70°.

3. Спирт-йод: к 70° спирту добавляется йодная настойка до получения жидкости золотисто-коричневого цвета.

4. 4% водный раствор железо-аммиачных квасцов для протравы и 2—2,5% раствор этих же квасцов для дифференцирования. Квасцы должны быть бледно-лилового цвета и не иметь желтого налета.

5. Карболксилол и ксилол. Карболксилол готовят из одной весовой части кристаллической карболовой кислоты и трех весовых частей ксилола.

6 Канадский бальзам.

7. Раствор гематоксилина. 1 г кристаллического гематоксилина растворяют в 10 мл 95 спирта и затем доливают дистиллированной воды до 100 мл.

Бутылку с приготовленной краской прикрывают слегка ватой и ставят в теплое помещение на свет на 3—4 недели для созревания, после чего ее можно употреблять, предварительно фильтруя.

Нужное количество разводят наполовину дистиллированной водой. Отработанную краску сливают в другую посуду. Она пригодна для многократного употребления.

 

48. Митоз, фазы митоза. Биологическое значение митоза.

Различают следующие четыре фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. В профазе хорошо видны центриоли — образования, находящиеся в клеточном центре и играющие роль в делении дочерних хромосом животных. (Напомним, что у высших растений нет центриолей в клеточном центре, который организует деление хромосом). Мы же рассмотрим митоз на примере животной клетки, поскольку присутствие центриоли делает процесс деления хромосом более наглядным. Центриоли делятся и расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей протягиваются микротрубочки, образующие нити веретена деления, которое регулирует расхождение хромосом к полюсам делящейся клетки.

 В конце профазы ядерная оболочка распадается, ядрышко постепенно исчезает, хромосомы спирализуются и в результате этого укорачиваются и утолщаются, и их уже можно наблюдать в световой микроскоп. Еще лучше они видны на следующей стадии митоза — метафазе.

 В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. При этом хорошо видно, что каждая хромосома, состоящая из двух хроматид, имеет перетяжку — центромеру. Хромосомы своими центромерами прикрепляются у нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида становится самостоятельной дочерней хромосомой.

 Затем наступает следующая стадия митоза — анафаза, во время которой дочерние хромосомы (хроматиды одной хромосомы) расходятся к разным полюсам клетки.

 Следующая стадия деления клетки — телофаза. Она начинается после того, как дочерние хромосомы, состоящие из одной хроматиды, достигли полюсов клетки. На этой стадии хромосомы вновь деспирализуются и приобретают такой же вид, какой они имели до начала деления клетки в интерфазе (длинные тонкие нити). Вокруг них возникает ядерная оболочка, а в ядре формируется ядрышко, в котором синтезируются рибосомы. В процессе деления цитоплазмы все органоиды (митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и др.) распределяются между дочерними клетками более или менее равномерно.

 Таким образом, в результате митоза из одной клетки получаются две, каждая из которых имеет характерное для данного вида организма число и форму хромосом, а следовательно, постоянное количество ДНК.

 Весь процесс митоза занимает в среднем 1-2 ч. Продолжительность его несколько различна для разных видов клеток. Зависит он также от условий внешней среды (температуры, светового режима и других показателей).

 Биологическое значение митоза заключается в том, что он обеспечивает постоянство числа хромосом во всех клетках организма. Все соматические клетки образуются в результате митотического деления, что обеспечивает рост организма. В процессе митоза происходит распределение веществ хромосом материнской клетки строго поровну между возникающими из нее двумя дочерними клетками. В результате митоза все клетки организма получают одну и ту же генетическую информацию.

Митоз лежит в основе роста и вегетативного размножения всех организмов, имеющих ядро - эукариот. Благодаря митозу поддерживается постоянство числа хромосом в клеточных поколениях, т.е. дочерние клетки получают такую же генетическую информацию, которая содержалась в ядре материнской клетки.

 

49. Митохондрии и пластиды. Филогенез митохондрий. Гипотеза эндосимбиоза.

Митохондрии - система энергообеспечения клеток. Структура митохондрий: мембраны, кристы, матрикс. Роль митохондрий в синтезе и накоплении АТФ. Пути синтеза АТФ в клетке: анаэробный гликолиз и окислительное фосфорилирование. Строение крист, локализация в липопротеидных мембранах звеньев окислительного фосфорилирования. Изменение структуры митохондрий в зависимости от их функционального состояния. Матрикс митохондрий: РНК, ДНК, белки митохондрий. Проблема происхождения митохондрий. Аналоги митохондрий у бактерий. Хондриом - его типы и функциональные особенности,

Пластиды. Тонкое строение хлоропластов, и развитие. Функции пластид. Лейкопласты, хромопласты. Проблема происхождения пластид.

Согласно гипотезе эндосимбиоза, они являются потомками прокариот, сходных с бактериями или сине-зелеными водорослями, которые, вероятно, в результате фагоцитоза проникли в гетеротрофные анаэробные клетки и стали в них жить как симбионты.

Моделью может служить явление эндоцитоза у некоторых грибов, жгутиковых и амеб: клетки сине-зеленых водорослей фагоцитируются, окружаются двумя мембранами (собственной внутренней и наружной, происходящей из плазмолеммы клетки-хозяина) и сохраняют способность к фотосинтезу.

Согласно другим представлениям, митохондрии и пластиды происходят из выпячиваний плазматической мембраны, которыми были окружены либо части еще примитивного генома, либо плазмиды.

Гипотеза эндосимбиоза (симбиогенеза) была выдвинута еще в конце XIX - начале XX в. Современный этап ее развития связан с работами американского биолога Линн Маргелис, которая объясняет происхождение эукариотической клетки результатом нескольких последовательных эндосимбиозов (симбиотического существования одной клетки внутри другой) каких-то анаэробных прокариот , способных к процессу брожения, с различными прокариотическими аэробами. Согласно одному из вариантов теории, клетки эукариот сформировались в результате симбиоза между чрезвычайно далекими друг от друга видами прокариот: нуклео- и цитоплазма образовались из организмов-хозяев, митохондрии - из бактерий, дышащих кислородом, пластиды эукариот - из разных групп бактерий, способных к оксигенному фотосинтезу. Ундулиподии (жгутики эукариотических клеток) возникли из спирохет , прикреплявшихся к поверхности клетки-хозяина. Митотическое деление эукариотической клетки выработалось после того, как клетки-хозяева стали поглощать спирохеты, структурные элементы которых образовали систему микротрубочек митотического веретена.

На первом этапе эндосимбиоза возникли различные одноклеточные эукариотические простейшие, которые в процессе эволюции дали начало многоклеточным эукариотам из царств грибов , растений и животных .

 

50. Молекулярная структура биологических мембран. Св-ва мембран.

Строение биологических мембран. Одной из основных особенностей всех эукариотических клеток является изобилие и сложность строения внутренних мембран. Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндр-плазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, — наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) пленку, покрывающую всю клетку. Плазмалемма состоит из молекул белков и фосфолипидов (рис. 1.6).

Молекулы фосфолипидов расположены в два ряда — гидрофобными концами внутрь, гидрофильными головками к внутренней и внешней водной среде. В отдельных местах бислой (двойной слой) фосфолипидов насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки). Внутри таких белковых молекул имеются каналы — поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы пронизывают бислой липидов наполовину с одной или с другой стороны (полуинтегральные белки). На поверхности мембран эукариотических клеток имеются периферические белки. Молекулы липидов и белков удерживаются благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям.

В состав плазматической мембраны эукариотических клеток входят также полисахариды. Их короткие, сильно развлетвленные молекулы ковалентно связаны с белками, образуя гликопротеины, или с липидами (гликолипиды). Содержание полисахаридов в мембранах составляет 2-—10% по массе. Полисахаридный слой толщиной 10—20 нм, покрывающий сверху плазмалемму животных клеток, получил название гликокаликс.

Свойства и функции мембран. Все клеточные мембраны представляют собой подвижные текучие структуры, поскольку молекулы липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями и способны достаточно быстро перемещаться в плоскости мембраны. Благодаря этому мембраны могут изменять свою конфигурацию, т. е. обладают текучестью.

Мембраны — структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях.

Мембраны разных типов клеток существенно различаются как по химическому составу, так и по относительному содержанию в них белков, гликопротеинов, липидов, а следовательно, и по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип клеток поэтому характеризуется индивидуальностью, которая определяется в основном гликопротеинами. Разветвленные цепи гликопротеинов, выступающие из клеточной мембраны, участвуют в распознава-нии факторов внешней среды, а также во взаимном узнавании родственных клеток. Например, яйцеклетка и сперматозоид узнают друг друга по гликопротеинам клеточной поверхности, которые подходят другкдругу как отдельные элементы цельной структуры. Такое взаимное узнавание — необходимый этап, предшествующий оплодотворению.

Подобное явление наблюдается в процессе дифференциров-ки тканей. В этом случае сходные по строению клетки с помощью распознающих участков плазмалеммы правильно ориентируются относительно друг друга, обеспечивая тем самым их сцепление и образование тканей. С распознаванием связана и регуляция транспорта молекул и ионов через мембрану, а также иммунологический ответ, в котором гликопротеины играют роль антигенов. Сахара, таким образом, могут функционировать как информационные молекулы (подобно белкам и нуклеиновым кислотам). В мембранах содержатся также специфические рецепторы, переносчики электронов, преобразователи энергии, ферментные белки. Белки участвуют в обеспечении транспорта определенных молекул внутрь клетки или из нее, осуществляют структурную связь цитоскелета с клеточными мембранами или же служат в качестве рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды.

Важнейшим свойством мембраны является также избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды через мембрану называется осмосом.

 

51. Мутагенез. Физические и химические мутагены.

МУТАГЕНЕЗ - процесс возникновения в организме наследственных изменений - мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или химическими факторами — мутагенами. В основе Мутагенеза лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек.

Термин «мутация» был предложен голландским ученым де Фрисом (Н. de Vries) в 1901 г. Различают спонтанные мутации, возникающие с относительно низкой частотой, а также индуцированные мутации, вызываемые воздействием мутагенных агентов (мутагенов). Существует три группы мутагенов: физические, химические и биологические. К физическим мутагенам относят нагревание, различные виды ионизирующих излучений (рентгеновское, a- b- и g-лучи, нейтроны, мезоны и другие элементарные частицы, и ионы высоких энергий), а также ультрафиолетовое и микроволновое излучение. Мутагенное действие характерно для Уф - лучей. Первичный эффект ионизирующих и ультрафиолетовых излучений заключается в образовании одиночных или двойных разрывов в молекуле ДНК.

Механизм Мутагенез для разных мутагенов неодинаков. Ионизирующие излучения действуют на нуклеиновые кислоты непосредственно, ионизируя и активируя их атомы. Это приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы и водородных связей между комплементарными нитями ДНК, образованию «сшивок» между этими нитями, разрушению азотистых оснований, особенно пиримидиновых.

Прямое действие ионизирующей радиации на хромосомы и содержащуюся в них ДНК обусловливает почти линейную зависимость между дозой облучения и частотой вызываемых облучением генных мутаций и нехваток (малых делеций); однако для тех типов хромосомных перестроек, которые возникают в результате двух разрывов хромосомы (более крупные делеции, инверсии, транслокации и др.), зависимость между дозой облучения и их частотой имеет более сложный характер.

Мутагенное действие ионизирующих излучений может быть и косвенным, т. к. прохождение их через цитоплазму или питательную среду, в которой культивируются микроорганизмы, вызывает радиолиз воды и возникновение свободных радикалов и перекисей, обладающих мутагенным действием. Ультрафиолетовое излучение возбуждает электронные оболочки атомов, что вызывает различные химические реакции в нуклеиновых кислотах, приводящие к мутациям

Некоторые мутагены нарушают цитоплазматический аппарат митоза, следствием чего является нерасхождение всех разделившихся хромосом или неправильности в распределении их между дочерними клетками; в первом случае возникает полиплоидия, во втором — анеуплоидия.

Известны химические вещества, специфически действующие таким образом (например, алкалоид колхицин). На ход Мутагенеза оказывают значительное влияние различные внешние факторы. Так, частота мутаций, индуцируемых ионизирующими излучениями, возрастает при поступлении в клетку кислорода и падает при его недостатке, например, если облучение происходит в атмосфере азота. Некоторые вещества подавляют Мутагенез. Например, введение в клетку аденозина или гуанозина тормозит мутагенное действие аналогов пуриновых азотистых оснований; фермент каталаза снижает мутагенный эффект ионизирующих излучений и т. д. При действии некоторых химических мутагенов мутации могут возникать как сразу, так и спустя известное время, иногда через несколько клеточных поколений.

 

52. Мутационная изменчивость. Генные и хромосомные мутации.

Мутационная изменчивость - изменения генов, это мутации, новые состояния генов. Они устойчивы, как и гены из которых они возникли, путем ауторепродукции и они передаются потомкам. Причины появления мутации- действия мутогенов и особенности обмена веществ.

Классификация по фенотипу (по внешним проявлениям):

1)гипоморфные мутации- действуют в том же направлении, что и нормальная аллель, но дают более слабый эффект.(Напр. глаза у мухи дрозофилы)

2)аморфные (отрицание того, что было)- неактивны в отношении типичного проявления аллели, ген аллелизма полностью тормозит развитие гометы.

3)Антиморфные- их действие противоположно действию нормального аллеля;

(Напр. Дикая кукуруза, нормальная аллель пурпурного цвета).

4)неаморфные – такие мутации, действие которых совершенно отлично от действия нормального аллеля)

Классификация мутаций по генотипу:

I.генные (кол-во последовательности нуклеотидов)- почковые мутации (касаются нуклеотидов внутри гена)

1)генные ставки (появление новой пары нуклеотидов)

2)выпадение пары нуклеотидов (любое выпадение носит название- делеция)

3)перестановки нуклеотидов внутри (генная инверсия)

4)генные дупликации (удвоение какой-либо пары или нескольких)

II.хромосомные- возникают в результате перестройки хромосом. Возможны внутрихромосомные операции.

1)возможна делеция (потеря участка хромосомы)

2)появление лишнего, дублирующего участка (дубликация)

3)инверсия (когда какой-либо участок инвертируется, поворот на 180градусов при разрыве хромосом)

III.межхромосомные-возникают при перераспределении генного материала между разными хромосомами

1)транслокация (возникает в мейозе, если обмениваются участки, негомологичные хромосомам)

2)трансформация (1944г. Эвери описал ее у бактерий, заключается в том, что участок ДНК переносится из одной хромосомы в другую)

3)трансдукция (перенос и рекомбинация генов у бактерий одного генотипа, с помощью бактериофага,к бактериям другого генотипа)1952г-работа Ледерберга

 IV.геномные – связаны с изменением числа хромосом в кл-ке

1)полиплоидия (увеличение диплоидного числа хромосом, путем добавления целых геномных n-наборов). Имеет значение, кратность добавления наборов.

Причины полиплоидии:

а)нарушение мейоза,связанное с нерасхождением хромосом

   2n♀ x n♂ = 3n

б)удвоение хромосом в S-периоде без деления кл-ки (норма для человека)

в)слияние ядер соматических кл-к

2)Анеуплоидия (число хромосом изменяется внекратно набору)

3)гаплоидия(уменьшение числа хромосом,половинный гаплоидный наборнегомологичных хромосом). Проявляются все рецесивные признаки.

Механизмы мутаций:

На ур-не ДНК:

В результате ультрафиолетового воздействия в момент репликации, появляются таутомерные формы А-Ц; А-Г; Т-Г; Т-Ц.И эти отклонения будут передаваться новым цепям ДНК.             

Эти изменения происходят при неравном кроссинговере; А при кроссинговере происходит обмен равными участками. Но разрыв может произойти в несимметричных точках. В одной хромосоме может удвоится ген,а вдругом можетбыть нехвватка( Делеция 5-ой пары,синдром кошачьего мурлыканья).

На ур-не генома:

Связано с нарушением нормального течения митоза, возникают кл-ки с неравным кареотипом. При овогенезе у женщин старше 35 лет,при нерасхождении хромосом по 21 паре, по 13 паре,и нерасхождения половых хромосом

 

53. Немембранные органоиды: клеточный центр, рибосомы, органоиды движения, их структура и ф-ции.

           К немембранным органеллам клетки относятся центриоли, микротрубочки, филаменты, рибосомы и полисомы.

Центриоли (centrioli), обычно их две (диплосома), представляют собой мелкие тельца, окруженные плотным участком цитоплазмы. От каждой центриоли лучеобразно отходят микротрубочки, получившие название центросферы. Диплосома (две центриоли) и центросфера образуют клеточный центр, который располагается или возле ядра клетки, или возле поверхности комплекса Гольджи. Центриоли в диплосоме расположены под углом друг к другу. Каждая центриоль представляет собой цилиндр, стенка которого состоит из микротрубочек длиной около 0,5 мкм и диаметром около 0,25 мкм. Центриоли являются полуавтономными самообновляющимися структурами, которые удваиваются при делении клетки. Вначале центриоли расходятся в стороны, и возле каждой из них образуется дочерняя центриоль. Таким образом, перед делением в клетке имеются две попарно соединенные центриоли две диплосомы.

Микротрубочки (microtubuli) представляют собой различной длины полые цилиндры диаметром 20-30 нм. Многие микротрубочки входят в состав центросферы, где они имеют радиальное направление. Другие микротрубочки расположены под цитолеммой, в апикальной части клетки. Здесь они вместе с пучками микрофиламентов образуют внутриклеточную трехмерную сеть. Стенки микротрубочек имеют толщину 6-8 нм. Микротрубочки образуют цитоскелет клетки и участвуют в транспорте веществ внутри нее.

Цитоскелет клетки представляет собой трехмерную сеть, в которой различные белковые нити связаны между собой поперечными мостиками. В образовании цитоскелета, помимо микротрубочек, участвуют также актиновые, миозиновые и промежуточные филаменты, которые выполняют не только опорную, но и двигательную функцию клетки.

Рибосомы (ribosomae) имеются во всех клетках, они участвуют в образовании белковых молекул - в синтезе белка. Размер рибосомы 20х30 нм. Это сложные рибонуклеопротеиды, состоящие из белков и молекул РНК в соотношении 1: 1. Различают рибосомы одиночные - монорибосомы и собранные в группы - полирибосомы, или полисомы. Рибосомы располагаются свободно на поверхности мембран, в результате чего образуется зернистая (гранулярная) эндоплазматическая сеть.

Включения (клеточные гранулы) образуются в результате жизнедеятельности клеток. Их появление зависит от характера обменных процессов в клетке. Различают трофические включения: жировые, белковые, которые мотуг накапливаться в гиалоплазме в качестве резервных материалов, необходимых для жизнедеятельности клетки. К этим же включениям относятся полисахариды, находящиеся в клетках в виде гликогена. Секреторные включения, содержащие биологически активные вещества, накапливаются в железистых клетках. Включения мотуг быть пигментными, попавшими в организм (в клетки) извне (красители, пьтевые частицы) или образовавшимися в самом организме в результате его жизнедеятельности (гемоглобин, меланин, липофусцин и др.).

 

54. Основные группы зоофагов.

ЗООФАГИ (от зоо... и ...фаг), животные, пищей к-рых служат др. животные. К 3. относятся и организмы, питающиеся особями своего вида (, а также паразиты животных. От рода пищи и способов её добывания зависят образ жизни 3. и их морфофизиол. и этологич. адаптации. У активных хищников имеются органы захвата, умерщвления добычи, сильно развиты органы движения и органы чувств. Пищеварит. тракт обычно относительно короче, чем у фитофагов.

По характеру питания выделяют три основных группы: зоофагов (хищников и паразитоидов), фитофагов (растительноядных) и миксофагов (обладающих смешанным питанием).

 

55. Основные закономерности наследственности. Опыты Менделя по изучению закономерностей наследования признаков.

Основные закономерности наследования были открыты Г, Менделем. По уровню развития науки своего времени Мендель не мог еще связать наследственные факторы с определенными структурами клетки. В настоящее же время установлено, что гены находятся в хромосомах, поэтому при объяснении закономерностей Менделя мы будем исходить из современных представлений на клеточном уровне. Мендель достиг успеха в своих исследованиях благодаря совершенно новому, разработанному им методу, получившему название гибридологического. Основные черты этого метода следующие:

1)в отличие от своих предшественников Мендель учитывал не весь многообразный комплекс признаков у родителей и их потомков, а выделял и анализировал наследование по отдельным признакам;

2)был проведен точный количественный учет наследования каждого признака в ряду последовательных поколений;

3)был прослежен характер потомства каждого гибрида в отдельности.

Гибридологический метод после вторичного открытия основных законов наследования нашел широкое применение в науке.

Объектом для исследования Мендель избрал горох, имеющий много рас, отличающихся альтернативными признаками. Выбор объекта оказался удачным, так как наследование признаков у гороха происходит очень четко. Горох - самоопыляемое растение, поэтому у Менделя была возможность проанализировать потомство каждой особи отдельно.

Прежде чем начать опыты, Мендель тщательно проверил чистосортность своего материала. Все сорта гороха он высевал в течение нескольких лет и, лишь убедившись в однородности материала, приступил к экспериментам.

Мендель подбирал для скрещивания растения, отличающиеся парами альтернативных признаков. Он проанализировал закономерности наследования как в тех случаях, когда родительские организмы отличались по одному альтернативному признаку, так и в случаях, когда они отличались по нескольким признакам.

Скрещивание, в котором родительские особи различаются по одному признаку, называется многогибридным, по двум признакам - дигибрид-ным, по многим признакам-полигибридпым. Прежде всего следует познакомиться с явлениями наследования на примере моногибридного скрещивания.

Закономерности наследования признаков, установленные Г.Менделем. Гибридологический метод исследования наследственности. Аллельные гены и их локализация. Множественный аллелизм. 1-й закон Менделя - закон доминирования. Неполное доминирование. 2-й закон Менделя - закон расщепления. Закон чистоты гамет и его цитологическое обоснование. Анализирующие скрещивание. 3-й закон Менделя - закон независимого комбинирования признаков (дигибридное и полигибридное скрещивание). Сцепленное наследование. Закон Т.Моргана. Хромосомная теория наследственности. Нарушения сцепления генов в результате кроссинговера. Генетика пола. Наследование признаков, сцепленных с полом. Взаимодействие генов. Генотип как система взаимодействующих генов. Методы генетических исследований.

 

56. Основное направление эволюции.

1. Прогрессивный характер развития живой природы, эволюция ее от низших форм к высшим, а также специализация, приспособление видов к конкретным условиям. Главные линии эволюции живого: 1) подъем общей организации (ароморфоз); 2) мелкие эволюционные изменения, приспособление к определенным условиям обитания (идиоадап-тация); 3) эволюционные изменения, ведущие к упрощению организации (дегенерация).

2. Осуществление подъема общей организации организмов за счет крупных эволюционных изменений, повышающих интенсивность их жизнедеятельности, обеспечивающих преимущества в борьбе за существование, освоение новых сред обитания. Примеры данного направления эволюции: появление многоклеточных организмов от одноклеточных, возникновение легких и легочного дыхания у животных, четырехкамерного сердца у птиц и млекопитающих, коры головного мозга у птиц, млекопитающих у человека; возникновение хлорофилла и хлороплас-тов, фотосинтеза у растений, корней, развитой проводящей системы у папоротников, семени у голосеменных, цветка и плода у покрытосеменных.   

3. Направление эволюции, способствующее развитию органического мира, на основе мелких эволюционных изменений по пути приспособления к жизни в определенной среде обитания. Например, у одних видов птиц сформировались в процессе эволюции приспособления к полету (стриж, ласточка), у других — к плаванию (пеликан, утка), у третьих — к жизни в лесу (глухарь, серая куропатка); приспособления у разных видов покрытосеменных растений к жизни в разных условиях (кувшинка, рогоз, камыш к жизни в водоемах, на болоте, тюльпан, ковыль — в степи, папоротник — в лесу).   

4. Направление эволюции — дегенерация, ведущая к упрощению организации, утрате организмами ряда органов, потерявших свое значение, возникновению приспособлений к специфическим условиям жизни. Наиболее частое проявление дегенерации при переходе к сидячему или паразитическому образу жизни, который не снижает уровень приспособленности организмов к среде обитания, их жизнеспособность. Пример дегенерации: у многих червей-паразитов отсутствует кишечник, но хорошо развиты присоски, при помощи которых они прикрепляются к стенкам кишечника хозяина; хорошо развиты органы размножения, обеспечивающие высокую плодовитость червей-паразитов, большую численность. Растение-паразит — повилика присосками прикрепляется к стеблю других растений, не имеет корней и листьев, питается органическими веществами растения-хозяина.   

5. Эволюция видов по пути увеличения их численности, расширения ареала — биологический прогресс. Примеры: развитие серой крысы, колорадского жука, саранчи. Развитие видов по пути сокращения ареала, уменьшения численности — биологический регресс. Примеры: виды слонов, тигров, львов.

   

57. Основные положения клеточной теории.

Клеточная теория — важнейшее биологическое обобщение, согласно которому все живые организмы состоят из клеток. Изучение клеток стало возможным после изобретения микроскопа. Впервые клеточное строение у растений (срез пробки) обнаружил английский ученый, физик Р. Гук, он же предложил термин «клетка» (1665 г.). Голландский ученый Антони ван Левенгук впервые описал эритроциты позвоночных, сперматозоиды, разнообразные микроструктуры растительных и животных клеток, различные одноклеточные организмы, в том числе бактерии и пр.

В 1831 г. англичанин Р. Броун обнаружил в клетках ядро. В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден пришел к выводу, что ткани растений состоят из клеток. Немецкий зоолог Т. Шванн показал, что из клеток состоят и ткани животных. В 1839 г. вышла книга Т. Шванна «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в которой он доказывает, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ. Основные положения клеточной теории Т. Шванна можно сформулировать следующим образом.

- Клетка — элементарная структурная единица строения всех живых - существ.

Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре.

М. Шдейден и Т. Шванн ошибочно считали, что главная роль в клетке принадлежит оболочке и новые клетки образуются из межклеточного бесструктурного вещества. В дальнейшем в клеточную теорию были внесены уточнения и дополнения, сделанные другими учеными.

Еще в 1827 г. академик Российской АН К.М. Бэр, открыв яйцеклетки млекопитающих, установил, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки, представляющей собой оплодотворенное яйцо. Это открытие показало, что клетка является не только единицей строения, но и единицей развития всех живых организмов.

В 1855 г. немецкий врач Р. Вирхов приходит к выводу, что клетка может возникнуть только из предшествующей клетки путем ее деления.

На современном уровне развития биологии основные положения клеточной теории можно представить следующим образом.

- Клетка — элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов.

- Клетки всех живых организмов сходны по строению и химическому составу.

- Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.

- Клеточное строение организмов — доказательство единства происхождения всего живого.

58. Основные понятия и термины генетики: экзоны, интроны, сплайсинг, процесинг, промотор, оператор, оперон, структурные гены, ген-регулятор.

           - Экзон — это последовательность ДНК, которая представлена в зрелой РНК.

Зрелая РНК может образоваться в результате:

удаления интронов из незрелой мРНК в процессе цис-сплайсинга

или объединения и лигирования двух или более незрелых мРНК в процессе транс-сплайсинга.

Зрелая РНК может кодировать полипептид (мРНК) или выполнять некодирующие функции (входить в состав рибосомы, рРНК или участвовать в трансляции в случае тРНК). В зависимости от контекста, экзон может соответствовать и последовательности нуклеотидов ДНК и транскрипта РНК.

- Интрон — участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот белка.

 Схема нуклеотидной последовательности пре-мРНК гена CDK4 человека. Большую часть последовательности занимают интроны (показаны серым цветом)‎

Последовательность нуклеотидов, соответствующая интрону, удаляется из транскрибированной с него РНК в процессе сплайсинга до того, как произойдёт считывание белка (трансляция). Интроны характерны для всех типов эукариотической РНК, но также найдены в рибосомальной РНК (рРНК) и транспортной РНК (тРНК) прокариот. Число и длина интронов очень различны в разных видах и среди разных генов одного организма. Например, геном рыбы фугу (Takifugu rubripes) содержит мало интронов. С другой стороны, гены млекопитающих и цветковых растений часто содержат многочисленные интроны, которые могут быть длиннее экзонов.

- Сплайсинг (от англ. splice — сращивать или склеивать концы чего-либо) — процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК. Наиболее часто этот процесс встречается при созревании информационной РНК (мРНК) у эукариот, при этом путём биохимических реакций с участием РНК и белков из мРНК удаляются участки, не кодирующие белок (интроны) и соединяются друг с другом кодирующие аминокислотную последовательность участки — экзоны. Таким образом незрелая пре-мРНК превращается в зрелую мРНК, с которой считываются (транслируются) белки клетки. Большинство генов прокариот, кодирующих белки, не имеют интронов, поэтому у них сплайсинг пре-мРНК встречается редко. У представителей эукариот, бактерий и архей встречается также сплайсинг транспортных РНК (тРНК)[1] и других некодирующих РНК.

- Процессинг - синтез белка, сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислотных остатков, происходящий на рибосомах клеток живых организмов с участием молекул мРНК и тРНК.

- Промотор — последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как стартовая площадка для начала специфической или осмысленной транскрипции. У прокариот промотор включает ряд мотивов, важных для узнавания его РНК-полимеразой, в частности так называемые последовательности -10 и -35. Промотор асимметричен, что позволяет РНК-полимеразе начать транскрипцию в правильном направлении и указывает то, какая из двух цепей ДНК будет служить матрицей для синтеза РНК.

Промоторный участок в пределах оперона может частично перекрываться или вовсе не перекрываться с операторным участком цистрона (гена).

То, под каким промотором находится кодирующий РНК участок ДНК, играет решающее значение в интенсивности экспрессии этого гена в каждом конкретном типе клеток. Активация промотора определяется присутствием в каждом типе клеток своего набора транскрипционных факторов

- Оператор — это последовательность нуклеотидов ДНК, с которой связывается регуляторный белок — репрессор или активатор.[1] Впервые оператор был описан в составе лактозного оперона E. coli как участок, перекрывающийся с промотором находящийся перед генами в составе оперона.

- Оперон — функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входят цистроны (гены, единицы транскрипции), кодирующие совместно или последовательно работающие белки и объединенные под одним (или несколькими) промоторами. Такая функциональная организация позволяет эффективнее регулировать экспрессию (транскрипцию) этих генов.

Концепцию оперона для прокариот предложили в 1961 году французские ученые Жакоб и Моно, за что получили Нобелевскую премию в 1965 году.

Опероны по количеству цистронов делят на моно-, олиго- и полицистронные, содержащие, соответственно, только один, несколько или много цистронов (генов).

Характерным примером оперонной организации генома прокариот является лактозный оперон, триптофановый, пиримидиновый и bgl опероны у Escherichia coli

Начинается и заканчивается оперон регуляторными областями — промотором в начале и терминатором в конце, кроме этого, каждый отдельный цистрон может иметь в своей структуре собственный промотор и/или терминатор.

- Структурный ген - участок ДНК, ответственный за синтез определённого белка.

У прокариот гены, выполняющие сходные метаболические функции, часто располагаются в функциональные единицы, называемые оперонами и их экспрессия регулируется совместно (полицистронный механзим регуляции активности генов).

Для эукариот термин «цистрон» не применяется. Для эукариот понятия «ген» и «цистрон» в настоящее время являются синонимами. У эукариот гены, отвечающие за последовательные стадии метаболического пути, могут располагаться как рядом, так и в самых разных участках генома, на разных хромосомах. Полицистронный механизм регуляции активности генов для эукариот не существует, и экспрессия генов, располагающихся рядом, регулируются независимо.

Термин «цистрон» предложен американским генетиком С. Бензером в 1957 году[1].

- Ген-регулятор — ген, кодирующий регуляторный белок активирующий или подавляющий транскрипцию других генов.

59. Основные понятия и термины современной генетики: ген, алели, геном, генотип, фенотип, гомозигота, гетерозигота.

- Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определённого признака или свойства. Совокупность генов родители передают потомкам во время размножения. Однако перенос генов от родителей к потомкам не является единственным способом передачи генов. В 1959 году был описан случай горизонтального переноса генов. В отличие от вертикального переноса, в горизонтальном организм передает гены организму, который не является его потомком. Этот способ передачи широко распространен среди одноклеточных организмов и в меньшей степени среди многоклеточных.

- Алле́ли (аллеломо́рфы) (от греч. ἀλλήλων — друг друга, взаимно) — различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака. В диплоидном организме может быть два одинаковых аллеля одного гена, в этом случае организм называется гомозиготным, или два разных, что приводит к гетерозиготному организму.

Нормальные диплоидные соматические клетки содержат два аллеля одного гена (по числу гомологичных хромосом), а гаплоидные гаметы — лишь по одному аллелю каждого гена. Для признаков, подчиняющихся законам Менделя, можно рассматривать доминантные и рецессивные аллели. Если генотип особи содержит два разных аллеля (особь — гетерозигота), проявление признака зависит только от одного из них — доминантного. Рецессивный же аллель влияет на фенотип, только если находится в обеих хромосомах (особь — гомозигота). В более сложных случаях наблюдаются другие типы аллельных взаимодействий.

- Геном — совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организмов.

Термин «геном» был предложен Гансом Винклером в 1920 г. для описания совокупности генов, заключённых в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома в отличие от генотипа является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова. Большая часть ДНК эукариотических клеток представлена некодирующими («избыточными») последовательностями нуклеотидов, которые не заключают в себе информации о белках и РНК.

- Геноти́п — совокупность генов данного организма, которая, в отличие от понятий генома и генофонда, характеризует особь, а не вид (ещё отличием генотипа от генома является включение в понятие «геном» некодирующих последовательностей, не входящих в понятие «генотип»). Вместе с факторами внешней среды определяет фенотип организма.

Обычно о генотипе говорят в контексте определенного гена, у полиплоидных особей он обозначает комбинацию аллелей данного гена (см. гомозигота, гетерозигота). Большинство генов проявляются в фенотипе организма, но фенотип и генотип различны по следующим показателям:

1. По источнику информации (генотип определяется при изучении ДНК особи, фенотип регистрируется при наблюдении внешнего вида организма).

2. Генотип не всегда соответствует одному и тому же фенотипу. Некоторые гены проявляются в фенотипе только в определённых условиях. С другой стороны, некоторые фенотипы, например, окраска шерсти животных, являются результатом взаимодействия нескольких генов по типу комплементарности.

- Феноти́п (от греческого слова phainotip — являю, обнаруживаю) — совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития. Фенотип формируется на основе генотипа, опосредованного рядом внешне средовых факторов. У диплоидных организмов в фенотипе проявляются доминантные гены.

Фенотип — совокупность внешних и внутренних признаков организма, приобретённых в результате онтогенеза (индивидуального развития).

- Гомозиго́та (др.-греч. ὅμοιος — подобный, похожий, равный; ζυγωτός — спаренный, удвоенный) — диплоидный организм или клетка, несущий идентичные аллели в гомологичных хромосомах.

Грегором Менделем впервые был установлен факт, свидетельствующий о том, что растения, сходные по внешнему виду, могут резко отличаться по наследственным свойствам. Особи, не дающие расщепления в следующем поколении, получили название гомозиготных. Особи, в потомстве у которых обнаруживается расщепление признаков, назвали гетерозиготными.

- Ге́терозиго́тными называют диплоидные или полиплоидные ядра, клетки или многоклеточные организмы, копии генов которых в гомологичных хромосомах представлены разными аллелями. Когда говорят, что данный организм гетерозиготен (или гетерозиготен по гену X), это означает, что копии генов (или данного гена) в каждой из гомологичных хромосом несколько отличаются друг от друга.

60. Особенности строения прокариотической и эукариотической клеток.

У современных и ископаемых организмов известны два типа клеток: прокариотическая и эукариотическая ( рис. 4 , рис. 5 ). Они столь резко различаются по особенностям строения, что это послужило для выделения двух надцарств живого мира - прокариот, т.е. доядерных, и эукариот, т.е. настоящих ядерных организмов. Промежуточные формы между этими крупнейшими таксонами живого пока неизвестны.

Основное отличие прокариотических клеток от эукариотических заключается в том, что их ДНК не организована в хромосомы и не окружена ядерной оболочкой. Эукариотические клетки устроены значительно сложнее. Их ДНК , связанная с белком , организована в хромосомы , которые располагаются в особом образовании, по сути самом крупном органоиде клетки - ядре. Кроме того, внеядерное активное содержимое такой клетки разделено на отдельные отсеки с помощью эндоплазматической сети, образованной элементарной мембраной. Эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических. Их размеры варьируют от 10 до 100 мкм, тогда как размеры клеток прокариот (различных бактерий, цианобактерий - сине- зеленых водорослей и некоторых других организмов), как правило, не превышают 10 мкм, часто составляя 2-3 мкм. В эукариотической клетке носители генов - хромосомы - находятся в морфологически оформленном ядре, отграниченном от остальной клетки мембраной. В исключительно тонких, прозрачных препаратах живые хромосомы можно видеть с помощью светового микроскопа. Чаще же их изучают на фиксированных и окрашенных препаратах.

71. Старі́ння люди́ни — як і старіння інших організмів, це біологічний процес поступової деградації частин і систем тіла людини та наслідки цього процесу. Тоді як фізіологія процесу старіння подібна до фізіології старіння інших ссавців, деякі аспекти цього процесу, наприклад, втрата розумових здібностей, мають більше значення для людини. Крім того, великого значення набувають психологічні, соціальні і економічні ефекти. Фізіологія старіння

Детальніше: Фізіологія старіння людини

 

Фізіологічні зміни, що протікають в тілі людини із віком, перш за все полягають в зниженні біологічних функцій і здатності пристосувати до метаболічного стресу. Ці фізіологічні зміни зазвичай супроводжуються психологічними і поведінковими змінами. Власне біологічні аспекти старіння включають не тільки зміни, викликані старінням, так і погіршення загального стану здоров’я. Людина у пізньому віці характеризується більшою уразливістю до хвороб, багато з яких пов'язані із зниженням ефективності імунної системи у старому віці. Так звані хвороби похилого віку, таким чином, є комбінацією симптомів старіння та хвороб, проти яких організм більше не в силах боротися. Наприклад, молода людина може швидко оправитися від пневмонії, тоді як для особи похилого віку вона може легко стати смертельною.

 

Робота багатьох органів, таких як серце, нирки, мозок та легені, знижують ефективність своєї роботи. Частина цього зниження є результатом втрати клітин цих органів та зниження можливостей їх відновлення у надзвичайних випадках. Крім того, клітини старої людини не завжди в змозі виконувати ті ж функції. Певні клітинні ферменти також знижують свою ефективність, тобто процес старіння відбувається на всіх рівнях. Загальні деталі та причини старіння описані детальніше у статті «Старіння», фізіологічні деталі — у статті «Фізіологія старіння людини». Геронтологія - наука про продовження життя, сьогодні стала актуальною науковою проблемою. Попередження передчасного старіння людини - основне завдання геронтології, як важлива соціальна і біологічна проблема в безпеці життєдіяльності людини. 2.2. Проблеми геронтології

 Процес постаріння населення, пов'язаний з успіхами медичних і соціальних наук, неухильно нарощує темпи в більшості країн Європи, в тому числі в Росії. Вже зараз у багатьох регіонах люди у віці старше 60 років становлять понад 25% населення, а в Росії кількість людей у ​​віці старше 65 років становить 14%. Зростає абсолютна і відносна кількість тих, хто досяг старечого віку (понад 75 років) та довгожителів (90 і більше років). Тому цілком закономірний інтерес медичних працівників, всього населення до проблем геронтології - науки про старіння - і геріатрії, або клінічної геронтології, - тієї складової частини геронтології, яка стосується медичних аспектів старіючого організму. Сьогодні створена і продовжує удосконалюватися ціла система організації медичної та соціальної допомоги літнім і старим людям, видаються посібники з геронтології та геріатрії, написано дуже багато монографій, статей, навчально-методичних посібників. У багатьох медичних вузах Росії організована післядипломна підготовка лікарів з питань геронтології та геріатрії.

 Звичайно, людина хоче жити довго, відчувати себе таким же здоровим і повним сил, як у молодості. У зв'язку з цим літній, старий людина звертається в першу чергу до лікаря-клініцисту.

 Необхідно зауважити, що вивчення безпеки життєдіяльності людини тісно пов'язане з областями фундаментальної, теоретичної геронтології, якою займаються нерідко аж ніяк не медики, а зовсім інші фахівці - біологи, хіміки, генетики та багато інших. Ми не можемо виготовити навіть теоретично будь-якої "еліксир молодості", "еліксир безсмертя", так як не зможемо провести випробування такого еліксиру на людині. Ми ж не знаємо, скільки років здорового життя відпущено тій чи іншій людині, і цілком можлива ситуація, при якій випробуваний набагато переживе дослідника, і останній не зможе зробити достовірних висновків про своє триваючому десятиліттями експерименті. Саме тому геронтологи-теоретики працюють з так званими моделями короткоживучих тварин, середня фізіологічна тривалість життя яких не перевищує 1,5-2 роки. Але тут виникає інша дуже важлива проблема - ці тварини за своєю природою позбавлені того безлічі небезпечних і часом смертельних захворювань, якими природа нагородила людину. І в цих умовах, впливаючи певним чином на так зване фізіологічне старіння, теоретик-експериментатор не може адекватно впливати на процес патологічного старіння, властивий саме людському організму, в якому фізіологічні та численні патологічні, хворобливі процеси переплітаються воєдино і розділити їх просто неможливо.

 Наступна частина проблеми - соціальна геронтологія, про яку в нашій країні судять тільки за ступенем популярності чи непопулярності різного роду пенсійних реформ або ж інших соціальних реформ, в тій чи іншій мірі зачіпають інтереси пенсіонерів. Це питання складне, тому що при практично найнижчому в світі пенсійному віці людина, що виходить на пенсію досить молодим, виявляється позбавленим всіх тих досягнень соціального будівництва, які відбувалися і відбуваються в Росії. Звідси розхожий вислів про те, що Російська Федерація - країна пільговиків. Отже, кількість пенсіонерів зростає, також зростає число належних їм пільг, а виходу із ситуації, при якій пенсіонер на свою пенсію не може утримувати себе, немає. Всі ці питання, також належать до сфери геронтології, потрібно вирішувати і вирішувати якомога швидше.

 У нашій країні намагаються поставити медиків-клініцистів, пояснюючи це найпростішим чином: з віком збільшується кількість захворювань, особливо хронічних, а їх треба лікувати.

 Питання має, ймовірно, розглядатися значно ширше і міждисциплінарне. Все може бути розставлено на свої місця тільки за однієї умови - черговості і взаємодії діяльності фахівців трьох складових геронтології як науки. На початку, як це прийнято у світовій науці і практиці в цілому, теоретичні дослідження, що дають базу як для прикладних соціологічних, так і медичних знань і експериментів. Потім рішення соціальних питань літніх і старих людей, так як переважна більшість так званих хвороб старості носить майже виключно соціальне підгрунтя. І вже тільки потім вирішувати суто медичні проблеми діагностики та лікування з урахуванням психологічних особливостей осіб похилого та старечого віку, про що вже писалося на сторінках журналу.

72. Пластичним обміном називають сукупність реакцій біохімічного синтезу. Внаслідок цих реакцій зі сполук, які надходять у клітину, утворюються потрібні для неї речовини. Основні процеси пластичного обміну - це біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез та хемосинтез.

Розрізняють амінокислоти замінні та незамінні. Перші з них можуть синтезуватись в організмі людини і тварин, другі -надходять лише з їжею. Білки їжі перетравлюються в органах травної системи, а потім надходять до клітин, де і синтезуються певні білки. Для синтезу замінних амінокислот тварини і гриби використовують нітро-генвмісні сполуки. Рослини здатні синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, використовуючи для цього сполуки нітрогену. Серед мікроорганізмів одні здатні синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, а інші -лише деякі з них. Синтез кожної з 20 основних амінокислот - складний багатоступеневий процес, який каталізується багатьма ферментами.

 

В живих організмах утворюється багато різноманітних білків. Інформація про структуру кожного з них має зберігатись у клітинах. Як у клітині зберігається спадкова інформація про будову білків? Єдину для всіх живих організмів систему збереження спадкової інформації названо генетичним кодом. Це певна послідовність нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот, яка визначає порядок введення амінокислотних залишків у поліпептидний ланцюг під час його синтезу. Вчені виявили, що кожна амінокислота в по-ліпептидному ланцюзі кодується певною послідовністю з трьох нуклеотидів, так званим триплетом. Чотири різні нуклеотиди ДНК або РНК можуть утворювати 64 комбінації (43 = 64), тобто 64 різні триплети.

Існує лише 20 основних амінокислот. Тому одна амінокислота може кодуватись кількома різними триплетами (див. таблицю). Це має важливе біологічне значення, оскільки підвищує надійність генетичного коду, тобто випадкова заміна залишку однієї нітратної основи в певному триплеті на інший не завжди супроводжуватиметься змінами у первинній структурі білка. Як відбувається біосинтез білків? Перший етап біосинтезу білків - транскрипція (від лат. транскриптіо - переписування) - пов'язаний з синтезом молекули іРНК. При цьому особливий фермент роз'єднує подвійну спіраль ДНК і на одному з її ланцюгів за принципом комплементарності синтезується молекула іРНК. Потім молекула іРНК з ядра надходить у цитоплазму клітини до рибосом. Спочатку утворюється молекула-попередник іРНК (про-іРНК). Після цього за допомогою спеціальних ферментів з молекули про-іРНК видаляються ділянки, які не несуть генетичної інформації, і вона перетворюється на активну форму іРНК. Етапи біосинтезу білка: На наступному етапі процесу біосинтезу білків, який названо трансляція (від лат. транслятіо — передача), послідовність нуклеотидів у молекулі ІРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.

Розглянемо цей процес детальніше. Спочатку кожна з 20 амінокислот у цитоплазмі приєднується до певної молекули тРНК. У свою чергу, ІРНК зв'язується з рибосомою, а згодом - і з амінокислотним залишком, приєднаним до певної молекули тРНК. Так виникає ініціативний комплекс, який складається з триплету ІРНК, рибосоми і певної молекули тРНК. Цей комплекс сигналізує про початок синтезу молекули білка.

На подальших етапах біосинтезу білків поліпептид -ний ланцюг подовжується завдяки тому, що амінокислотні залишки послідовно зв'язуються між собою за допомогою пептидних зв'язків.

Як визначається порядок надходження тРНК до рибосоми? На верхівці кожної молекули тРНК розташований триплет нуклеотидів (так званий антикодон). Він має утворювати комплементарну пару з відповідним триплетом ІРНК (кодоном) Під час синтезу білкової молекули рибосома насувається на ниткоподібну молекулу ІРНК таким чином, що іРНК опиняється між двома її субодини-цями. Рибосома наче «ковзає» зліва направо по молекулі іРНК і збирає молекулу білка. Кожен крок рибосоми дорівнює одному триплету. Коли рибосома дещо просунеться вперед по молекулі іРНК, на її місце надходить друга, а згодом - третя, четверта тощо і біосинтез нових білкових молекул триває далі. Кількість рибосом, які одночасно можуть бути розташовані на молекулі іРНК, зумовлена довжиною останньої.

Коли рибосома досягає одного з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що сигналізує про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, вона разом із білковою молекулою залишає ІРНК. Згодом вона розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь-яку іншу молекулу ІРНК. Синтезована молекула білка надходить у порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітиниНа заключному етапі синтезований білок набуває своєї природної просторової структури. За участю відповідних ферментів від нього відщеплюються зайві амінокислотні залишки, вводяться небілкові фосфатні, карбоксильні та інші групи, приєднуються вуглеводи, ліпіди тощо. Лише після цих процесів молекула білка стає функціонально активною. Процеси синтезу білкових молекул потребують затрат енергії, яка вивільняється при розщепленні молекул АТФ. Фотоси́нтез (від грец. φωτο- — світло та грец. σύνθεσις — синтез, сукупність) — процес синтезу органічних сполук з вуглекислого газу та води з використанням енергії світла й за участю фотосинтетичних пігментів: (хлорофіл у рослин, хлорофіл, бактеріохлорофіл і бактеріородопсин у бактерій), часто з виділенням кисню як побічного продукту. Це надзвичайно складний процес, що включає довгу послідовність координованих біохімічних реакцій. Він відбувається у вищих рослинах, водоростях, багатьох бактеріях, деяких археях і найпростіших — організмах, відомих разом як фототрофи. Сам процес відіграє важливу роль у кругообігу вуглецю у природі. Фотосинтез є основним джерелом біологічної енергії, фотосинтезуючі автотрофи використовують її для утворення органічних речовин з неорганічних, гетеротрофи існують за рахунок енергії хімічних зв'язків, запасеної автотрофами, вивільняючи її в процесах аеробного та анаеробного дихання. Енергія, отримувана людством при спалюванні викопного палива (вугілля, нафта, природний газ, торф), також є запасеною в процесі фотосинтезу.

 

Фотосинтез є головним методом залучення неорганічного вуглецю в біологічний цикл. Весь кисень атмосфери біогенного походження і є побічним продуктом фотосинтезу. Формування окиснювальної атмосфери повністю змінило стан земної поверхні, зробило можливою появу дихання, а надалі, після утворення озонового шару, дозволило життю вийти на сушу.

73. Смерть — припинення життєдіяльності організму. У теплокровних тварин і людини смерть пов'язана насамперед із припиненнямБільшості клітинам багатоклітинних організмів притаманний апоптоз — запрограмована смерть. Одноклітинні організми припиняють життя двома способами — або гинуть, або діляться на дві клітини. Танатологія — розділ медицини, що вивчає смерть людського організму.

 

У процесі вмирання виділяють декілька етапів:

Передагональний стан — різко виражені розлади гемодинаміки, дихання, розвивається тканинна гіпоксія (киснева недостатність).

Термінальна пауза — раптова зупинка дихання, припиняється активність головного мозку.

Агонія — триває від декількох хвилин до години. Виключаються функції головного мозку. Свідомість втрачається, але може повертатися. Серцебиття — частіше, артеріальний тиск падає до 30 — 40 міліметрів ртутного стовпчика. Змінюється вигляд вмираючого — обличчя бліде чи земляне, ніс загострюється, очні яблука западають, рогівка втрачає блиск, рот привідкривається.

Клінічна смерть — відсутня серцева діяльність та дихання, однак незворотні зміни в організмі ще не наступили — тривалість до 5 хвилин.

Біологічна смерть — незворотні зміни в органах. До 20 годин ростуть волосся, нігті.

Клітинна смерть — припиняється ріст волосся, нігтів, наступають незворотні зміни в тканинах.

Клінічна смерть: Кліні́чна смерть — це стан організму, в якому він перебуває перші 8—10 хвилин після зупинки дихання і кровообігу. Після зупинки дихання серце може працювати 1 хвилину. Стан клінічної смерті може тривати довше в умовах охолодження. Клінічна смерть має дві фази:

перші 4—6 хвилин після зупинки дихання і кровообігу — фаза повністю зворотніх змін в організмі;

після 6—10 хвилин — фаза частково зворотних змін в організмі (духовна смерть, соціальна смерть, декортикація). Це фаза протягом якої має місце відмирання клітин кори головного мозку: людину в цей період можна повернути, але свідомість не відновлюється.

 

За цих обставин пропонується розпочати заходи реанімації, якщо відсутні трупні ознаки (ранні і явні).

Основні ознаки клінічної смерті

відсутність пульсу на магістральних судинах;

відсутність дихання;

розширення зіниці.

Додаткові ознаки клінічної смерті

відсутність свідомості;

зміна кольору шкірних покривів;

атонія;

арефлексія.

Ранні ознаки біологічної смерті

симптом "котячого ока" (через втрату тонусу очного яблука) - після стискання очного яблука форма райдужки не відновлюється, а лишається видовженою, т.ч. нагадуючи спостерігачеві око кота;

висихання рогівки ока.

75. Розмно́ження (відтворення, репродукція) — біологічний процес, за допомогою якого утворюються нові організми, відтворення собі подібних. Розмноження — фундаментальна особливість всіх відомих життєвих форм, кожен індивідуальний організм існує в результаті розмноження. Відомі способи розмноження поділяються на два головних типи: статеве і безстатеве (нестатеве).

 

При безстатевому розмноженні новий індивідуум утворюється за допомогою одного організму, без залучення інших організмів того ж самого виду. Поділ бактеріальних клітин на дві дочірні клітини — приклад безстатевого розмноження. Безстатеве копіювання не обмежується, проте, одноклітинними організмами. Більшість рослин, деякі тварини і деякі інші багатоклітинні організми також мають здатність до безстатевого розмноження.

 

Статеве розмноження вимагає залучення двох індивідуумів, зазвичай різних статей. Розмноження людини — загальний приклад статевого розмноження.

Безстатеве розмноження

 

 Безстатеве розмноження — біологічний процес, у якому організм створює генетично подібну або ідентичну копію себе без вкладення генетичного матеріалу іншого індивідуума. Бактерії та археї діляться безстатево бінарним поділом (який, проте, може бути асиметричним), віруси використовують клітини інших організмів для отримання нових вірусів, проте зазвичай не вкладають у нові віруси генетичний матеріал клітин-хазяїв, багато безхребетних тварин (наприклад, гідри) та дріжджів зазвичай розмножуються брунькуванням, міцеліальні гриби розмножуються за допомогою росту міцелію.

 

Ці організми не мають різних статей і здібні до «розщеплення» себе на два або більше індивідууми. Деякі безстатеві види, подібно до гідри, можуть також розмножатися статевим шляхом. Бактерії також інколи можуть обмінюватися генетичною інформацією за допомогою горизонтального переносу генів, а дріжджі — спаровуватися за допомогою примітивного статевого процесу.

 

Наявність статі не обов'язково заважає безстатевому розмноженню. Наприклад, більшість рослин здатні до вегетативного розмноження без насіння або спор, хоча також можуть розмножуватись статево.

 

Інші шляхи безстатевого розмноження включають партеногенез, фрагментацію і утворення спор, де залучається тільки мітоз. Партеногенез (від грец. παρθένος — «діва», «незаймана» + γένεσις «походження», «утворення») — утворення і розвиток ембріону або насіння без запліднення самцем (іншим організмом). Партеногенез природно відбувається в деяких видів, зокрема в нижчих рослин, безхребетних (наприклад, у водних блох, тлі, деяких бджіл і паразитичних ос) і хребетних (наприклад, у деяких плазунів[1], риб, зокрема в акул[2], та, дуже рідко, у птахів[3]) тваринах. Цей же термін іноді також використовується для опису розмноження в гермафродитних видах, здатних до самозапліднення.

Статеве розмноження

 

Детальніше: Статеве розмноження

 

Статеве розмноження є типом розмноження, при якому організми утворюють нащадків, що мають комбінацію генетичного матеріалу від більш ніж одного (зазвичай двох) різних представників виду. Кожен з двох організмів-батьків надає приблизно половину генетичної інформації нащадкові, продукуючи гаплоїдні гамети. Більшість організмів формують два різних типи гамет. У анізогамних видів гамети різні, у такому випадку розрізняють дві статі — самця (виробляє сперму або мікроспори) і самку (виробляє яйцеклітини або мегаспори). Крайній випадок ізогамії, коли гамети дуже різні, називається оогамією. У ізогамних видів гамети подібні або ідентичні за формою, хоча можуть мати різні окремі властивості і тому мати різні назви. Наприклад, в зеленої водорості Chlamydomonas reinhardtii є так звані «плюс» і «мінус» гамети. Кілька видів організмів, наприклад, ворсинчасті, мають більш ніж два види гамет.

 

Більшість тварин (зокрема людина) і рослин зазвичай розмножуються статевим шляхом. Статеві організми мають два набори генів для кожної ознаки (так звані аллелі). Нащадки успадковують одну аллель для кожної ознаки від кожного з батьків, таким чином, нащадки гарантовано мають комбінацію генів батьків. Наявність двох екземплярів кожного гена часто дозволяє організму гарантувати наявність життєздатного організму, навіть якщо один з генів пошкоджений.

 

Проте, спаровування не обов'язково залучає двох особин, для багатьох організмів можливе і самозапліднення. Для опису першого випадку використовується термін алогамія — запліднення яйця від одного індивідуума сперматозоїдом іншого. Протилежний випадок, аутогамія або самозапліднення, зустрічається у гермафродитних організмах, де зливаються дві гамети одного й того ж організму. Хоча у аутогамії і залучається статевий апарат, нащадок отримує гени лише від однієї батьківської особини, тобто є прикладом безстатевого розмноження.

74.Особливості притаманні нестатевому розмноженню? Нестатеве розмноження організмів відбувається за допомогою окремих нестатевих клітин (їхнім поділом навпіл, множинним поділом, брунькуванням) або за рахунок утворення спор. Нестатеве розмноження спостерігають в одноклітинних і деяких багатоклітинних організмів (водорості, гриби, вищі спорові). У разі поділу клітини навпілутворюються дві дочірні клітини, удвічі дрібніші за материнську. При цьому органели материнської клітини більш-менш рівномірно розподіляються між ними. Якщо ж певна органела наявна в материнській клітині в однині, то вона потрапляє в одну з дочірніх клітин, а в іншій формується заново (наприклад, довгий джгутик у евглени зеленої). Дочірні клітини, що утворилися, живляться, ростуть і, досягнувши певних розмірів, також починають розмножуватись. Під час множинного поділу спочатку багаторазово ділиться ядро материнської клітини, завдяки чому вона стає багатоядерною, а вже потім ділиться її цитоплазма й утворюється відповідна кількість дочірніх клітин Така форма нестатевого розмноження притаманна, наприклад, паразиту крові людини малярійному плазмодію. Клітини певних організмів (наприклад, дріжджів, деяких інфузорій) можуть розмножуватись брунькуванням: при цьому від більшої клітини (материнської) відокремлюється менша (дочірня). Крім нестатевого, одноклітинним притаманне і статеве розмноження. Це урізноманітнює спадкову інформацію і дає змогу організмам краще пристосовуватися до змін умов існування. В одноклітинних організмів статеве розмноження існує в кількох формах. У бактерій — це кон'югація й трансдукція, сутність якої полягає в передачі генетичного матеріалу від одних клітин до Інших фагами. Кон'югація зустрічається також в інфузорій, в яких під час цього процесу відбувається обмін так званими “чоловічими” ядрами. Іншою розповсюдженою формою статевого розмноження в одноклітинних тварин, зокрема в паразитичних споровиків, є копуляція. Статеве розмноження цих одноклітинних тварин полягає в злитті двох особин (гамет) в одну спорову форму, з якої потім розвивається новий організм. Незалежно від способу злиття генетичного матеріалу в одноклітинних організмів істотною особливістю цього злиття є те, що воно супроводжується генетичною рекомбінацією.

76. Біосфе́ра (дав.-гр. βιος — життя та σφαῖρα — куля) — природна підсистема географічної оболонки, що являє собою глобальну планетарну екосистему (населена живими організмами). Маса біосфери — близько 0,05% маси Землі. Біосфери на інших планетах, окрім Землі, невідомі. Вважається, що бактеріальні біосфери або подібні до них можуть існувати на Марсі, Венері, Європі, Титані і ймовірно інших малих планетах. Біосфера охоплює нижні шари атмосфери до висоти близько 11 км, всю гідросферу і верхній шар літосфери до глибини 3-11 км на суші й 0,5-1,0 км під дном океану. Товщина біосфери на полюсах Землі близько 10 км, на екваторі — 28 км[1]. Атмосфера Землі — найбільш легка оболонка Землі, що граничить з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом. Переважні елементи хімічного складу атмосфери: азот — N2 (78%), кисень — O2 (21%), аргон — Ar (1%), вуглекислий газ — CO2 (0,03%)[1]. Гідросфера — водяна оболонка Землі. У наслідок високої рухливості вода проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найбільш чисті атмосферні води містять від 10 до 50 мг/л розчинних речовин. Переважні елементи хімічного складу гідросфери окрім власне води: йони натрію — Na+, магнію — Mg2+, кальцію Ca2+, хлору — Cl-, сірка — S, вуглець — C. Найважливіша роль в житті живих організмів належить таким елементам, як азот — N, фосфор — P, калій — K, магній — Mg та сірка — S, що засвоюються їми. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану[1]. Літосфера — зовнішня тверда оболонка Землі, що складає з осадових і магматичних порід. Поверхневий шар літосфери, у якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральною (неорганічною), являє собою ґрунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази. Педосфера — ґрунтова оболонка планети, повністю просякнута живими організмами та складається з продуктів їх життєдіяльності. Переважні елементи хімічного складу літосфери: кисень — O, кремній — Si, алюміній — Al, залізо — Fe, кальцій — Ca, магній — Mg, натрій — Na, калій — K[1].

78. Онтогене́з (від грец. οντογένεση: ον — буття й γένηση — походження, народження) — індивідуальний розвиток організму з моменту утворення зиготи до природної смерті. У багатоклітинних тварин в складі онтогенезу прийнято розрізняти фази ембріонального (під покровом яйцевих оболочок) і постембріонального (за межами яйця) розвитку, а у живонароджених тварин пренатальний (до народження) і постнатальний (після народження) онтогенез. У багатоклітинних Рослин до эмбріонального розвитку відносять процеси, які відбуваються в зародковому мішку насінневих рослин. Термін «онтогенез» вперше був введений Ернстом Геккелем в 1866 році. В ході онтогенеза відбувається процес реалізації генетичної інформації, отриманої від батьків. Онтогенез ділиться на періоди:

Ембріональний (зародковий) — від утворення зиготи до народження або виходу з яєчних оболонок;

Постембріональний (післязародковий) — від виходу з яєчних оболонок або від народження до набуття організмом здатності до розмноження.

Період статевої зрілості — здатність до розмноження зберігається.

Період старіння — від втрати здатності до розможення і до смерті.

Ембріональний період (ембріогінез) у тварин

У ембріональному періоді виділяють три основні етапи: дроблення, гаструляцію і первинний органогенез. Ембріональний, або зародковий, період онтогенезу починається з моменту запліднення і триває до виходу зародка з яєчних оболонок. У більшості хребетних він включає стадії (фази) дроблення, гаструляції, гисто- і органогенеза.

Дроблення

Дроблення — ряд послідовних мітотичних ділень заплідненого або ініційованого до розвитку яйця. Дроблення є в онтогенезі всіх багатоклітинних тварин і приводить до утворення зародка, званого бластулою (зародок одношаровий). При цьому маса зародка і його об'єм не змінюються, тобто вони залишаються такими ж, як у зиготи, а яйце розділяється на все дрібніші клітини — бластомери. Після кожного ділення клітки зародка стають все більш дрібними, тобто міняється ядерно-плазмові співвідношення: ядро залишається таким же, а об'єм цитоплазми зменшується. Процесс протікає до тих пір, поки ці показники не досягнуть значень, характерних для соматичних клітин. Тип дроблення залежить від кількості жовтка і його розташування в яйці.

 

Якщо жовтка мало і він рівномірно розподілений в цитоплазмі (ізолецитальні яйця: голкошкірі, плоскі черви, ссавці), то дроблення протікає за типом повного рівномірного: бластомери однакові за розмірами, дробиться все яйце.

 

Якщо жовток розподілений нерівномірно (телолецитальні яйця: амфібії), то дроблення протікає за типом повного нерівномірного: бластомери — різної величини, ті, які містять жовток, — більше, яйце дробиться цілком. При неповному дробленні жовтка в яйцях настільки багато, що борозни дроблення не можуть розділити його повністю.

 

Дроблення яйця, у якого дробиться тільки сконцентрована на анімальному полюсі «шапочка» цитоплазми, де знаходиться ядро зиготи, називається неповним дискоїдальним (телолецитальні яйця: плазуни, птахи).

 

При неповному поверхневому дробленні в глибині жовтка відбуваються перші синхронні, ядерні ділення, що не супроводжуються утворенням міжклітинних меж. Ядра, оточені невеликою кількістю цитоплазми, рівномірно розподіляються в жовтку. Коли їх стає достатньо багато, вони мігрують в цитоплазму, де потім після утворення міжклітинних меж виникає бластодерма (центролецитальні яйця: комахи).

Гаструляція

Один з механізмів гаструляції — інвагінація (вкладання частини стінки бластули всередину зародка) 1 — бластула, 2 — гаструла.

 

Гаструляція — процес розділення зародка на зародкові листки. В ході гаструляції клітини зародка практично не діляться і не ростуть. Відбувається активне пересування клітинних мас (морфогенетичні рухи). В результаті гаструляції формуються зародкові листки (пласти кліток). Гаструляція призводить до утвореня зародка, званого гаструлою.

Первинний органогенез

 

Первинний органогенез — процес утворення комплексу осьових органів. У різних групах тварин цей процес характеризується своїми особливостями. Наприклад, у хордових на цьому етапі відбувається закладка нервової трубки, хорди і кишкової трубки.

 

В ході подальшого розвитку формування зародка здійснюється за рахунок процесів зростання, диференціювання і морфогенезу. Зростання забезпечує накопичення клітинної маси зародка. В ході процесу диференціювання виникають різно спеціалізовані клітини, що формують різні тканини і органи. Процес морфогенезу забезпечує придбання зародком специфічної форми.

Постембріональний розвиток

Постембріональний розвиток буває прямим і непрямим.

Прямий розвиток — розвиток, при якому організм, що з'явився, ідентичний по будові дорослому організму, але має менші розміри і не володіє статевою зрілістю. Подальший розвиток пов'язаний із збільшенням розмірів і придбанням статевої зрілості. Наприклад: розвиток рептилій, птахів, ссавців.

Непрямий розвиток, або розвиток з метаморфозами — організм, що з'явився, відрізняється за будовою від дорослого організму, зазвичай влаштований простіше, може мати специфічні органи, такий зародок називається личинкою. Личинка харчується, росте. І з часом личинкові органи замінюються органами, властивими дорослому організму (імаго). Наприклад: розвиток жаби, деяких комах, різних черв'яків.

Ембріональний розвиток супроводжується зростанням.

77. Запліднення. Перiоди онтогенезу у багатоклітинних організмів: ембріогенез і постембріональний розвиток.

 Вплив генотипу та факторів зовнішнього середовища на розвиток організму.

 Діагностування вад розвитку людини та їх корекція.

 Регенерація.

 Життєвий цикл у рослин і тварин.

 Ембріотехнології.

 Клонування.

Запліднення — процес злиття чоловічих і жіночих статевих клітин, в результаті чого утворюється зигота, при цьому відновлюється диплоїдний набір хромосом. Із зиготи розвивається зародок.

 

Існує два способи запліднення: зовнішнє та внутрішнє. При зовнішньому заплідненні самка відкладає яйцеклітини (ікру), а самець поливає їх спермою. Такий спосіб запліднення характерний для водних мешканців (риб, земноводних). При внутрішньому заплідненні злиття гамет відбувається у статевих органах самки, що характерно для наземних та деяких водних мешканців (у ссавців, рептилій, комах, червів). Запліднене яйце може розвиватися в утробі матері, як у ссавців, або у зовнішньому середовищі. При цьому яйця покриваються спеціальною оболонкою або шкаралупою, і самка відкладає їх у найбільш безпечне місце (у комах, птахів, рептилій, молюсків).

 

Біологічне значення запліднення полягає в тому, що при злитті гамет відновлюється диплоїдний набір хромосом, а новий організм несе спадкову інформацію й ознаки обох батьків. Це збільшує різноманітність ознак організмів, підвищує їх життєздатність і пристосувальні властивості.

 

Онтогенез — індивідуальний розвиток організму. Він поділяється на два періоди — ембріональний та постембріональний.

 

Ембріональний період (ембріогенез) починається з моменту запліднення і закінчується народженням організму. Ембріогенез поділяється на декілька етапів.

 

1. Дроблення. Після злиття ядер двох гамет і відновлення диплоїдного набору хромосом починається розвиток зародка. Перша стадія називається дробленням. Зигота шляхом мітозу починає ділитися на 2, потім на 4, 8 і т. д. клітин. Клітини, що утворюються під час дроблення, називаються бластомерами. Основною відмінністю дроблення від звичайного поділу е те, що клітини, які утворюються, не збільшуються в об'ємі, не ростуть, а тільки збільшується їх кількість. Дроблення відбувається завдяки поживним речовинам яйцеклітини.

 

Характер дроблення залежить від яйця. Воно може бути рівномірним, або повним, коли яйце повністю поділяється на бластомери (ланцетник, морський їжак, земноводні). Дроблення може бути неповним, коли жовтка в яйці багато і дробиться тільки верхній диск яйця (птахи, рептилії, риби).

 

Дроблення закінчується утворенням бластули. Бластула — одношаровий кулястий зародок із порожниною всередині. Стінки бластули утворені одним шаром клітин.

 

2. Гаструляція. Після утворення бластули починається друга стадія розвитку зародка — гаструла. Гаструляція починається із вгинання нижніх клітин бластули в середину порожнини. В результаті утвориться 2 шари клітин і вторинна порожнина з отвором — бластопором. Гаструла — двошаровий зародковий мішок, зовнішній шар клітин якого називається ектодермою, а внутрішній — ентодермою.

 

3. Утворення 3 зародкових листків. На наступній стадії між екто- і ентодермою закладається 3-й зародковий листок — мезодерма. Вона утворюється в результаті міграції частини клітин зовнішнього і внутрішнього шарів. На цій стадії утворюється тришаровий зародок.

 

4. Органогенез. Із трьох зародкових листків розвиваються всі тканини й органи майбутнього організму: з ектодерми — шкірні покриви, нервова система, органи чуттів; із ентодерми — травна система, печінка, підшлункова залоза, легені; мезодерма дає початок хрящовому і кістковому скелету, м'язам, кровоносній системі, ниркам, статевим залозам.

 

Закладка органів починається на стадії нейрули. В ентодермі утворюється зародкова хорда, а над нею у клітинах ектодерми — нервова пластинка, що згортається в нервову трубку і занурюється під ектодерму. Справа і зліва від нервової трубки розвивається мезодерма, утворюючи осьовий комплекс. Далі відбувається утворення і розвиток інших органів. Усі клітини зародка розвиваються з однієї вихідної клітини — зиготи і мають однаковий набір хромосом, а також генетичну інформацію. Однак у різних зародкових листках функціонують різні набори генів, що призводить до формування різних тканин і органів. Специфічність роботи клітин виникає не відразу, а на визначеному етапі ембріогенезу. Речовини або група клітин, що стимулюють розвиток органів і тканин зародка, називаються індукторами, а явище стимуляції — ембріональною індукцією. Так, організатором, що скеровує розвиток нервової трубки, є клітини мезодерми і хорда.

 

Постембріональний розвиток. Цей процес починається після виходу організму з яйця або утроби матері, тобто після його народження, коли організм здатний існувати самостійно. Постембріональний розвиток є двох типів: прямий і непрямий.

 

П р я м и й розвиток відбувається без перетворень, коли народжений організм схожий до дорослої особини, наприклад, у птахів та ссавців.

 

Н е п р я м и й розвиток відбувається з метаморфозом — перетворенням у дорослу особину. В такому випадку присутня личинкова стадія, коли народжений організм не схожий на дорослу особину. Личинка — організм, пристосований до активного способу живлення, росту та розвитку, але не здатний до розмноження (в окремих випадках). Наприклад, в жаби личинкова стадія — пуголовок, в метелика — гусениця.

 

Біологічна роль метаморфозу полягає в тому, що личинки і дорослі особини мають різний спосіб живлення, адаптовані до різних умов, що усуває конкуренцію між ними і сприяє виживанню потомства.

 

Партеногенез — різновид статевого розмноження, коди доросла особина розвивається з незаплідненого яйця. Зустрічається у нижчих ракоподібних (дафній), комах (бджіл, попелиць), деяких птахів (індичок) і найчастіше чергується зі звичайним статевим розмноженням. Із незапліднених яйцеклітин з гаплоїдним набором починають розвиватися клітини, в яких під час мітозу спостерігається нерозходження хромосом і диплоїдний набір відновлюється. Партеногенез може відбуватися як за сприятливих умов (у попелиць і дафній розвиваються самки), так і за несприятливих (восени з незапліднених яєць розвиваються самці). У бджіл із незапліднених яєць розвиваються трутні, а з запліднених — самки і робочі бджоли. Партеногенез можна викликати штучно, діючи певним чинником на яйцеклітину.

79. Дезоксирибонуклеї́нова кислота́ (ДНК) — один із двох типів природних нуклеїнових кислот, який забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку й функціонування живих організмів. Основна роль ДНК в клітинах — довготривале зберігання інформації про структуру РНК і білків. У клітинах еукаріотів (наприклад, тварин, рослин або грибів) ДНК знаходиться в ядрі клітини в складі хромосом, а також в деяких клітинних органелах (мітохондріях і пластидах). У клітинах прокаріотів (бактерій і архей) кільцева або лінійна молекула ДНК, так званий нуклеоїд, знаходиться в цитоплазмі і прикріплена зсередини до клітинної мембрани. У них і у нижчих еукаріот (наприклад дріжджів) зустрічаються також невеликі автономні кільцеві молекули ДНК, так звані плазміди. Крім того, одно- або дволанцюжкові молекули ДНК можуть утворювати геном ДНК-вірусів. З хімічної точки зору, ДНК — це довга полімерна молекула, що складається з послідовності блоків — нуклеотидів. Кожний нуклеотид складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) і фосфатної групи (або гомологічної арсеноїдної). Зв'язки між нуклеотидами в ланцюжку утворюються за рахунок дезоксирибози і фосфатної групи. У переважній більшості випадків (окрім деяких вірусів, що містять одноланцюжкові ДНК) макромолекула ДНК складається з двох ланцюжків, орієнтованих азотистими основами один проти одного. Ця дволанцюжкова молекула утворює спіраль. В цілому структура молекули ДНК отримала назву «подвійної спіралі». У ДНК зустрічається чотири види азотистих основ (аденін, гуанін, тимін і цитозин) (виняток становлять випадки пізніших модифікацій нуклеотидів, наприклад метилювання). Азотисті основи одного з ланцюжків сполучені з азотистими основами іншого ланцюжка водневими зв'язками згідно з принципом комплементарності: аденін з'єднується тільки з тиміном, гуанін — тільки з цитозином. Послідовність нуклеотидів дозволяє «кодувати» інформацію про різні типи РНК, найважливішими з яких є інформаційні, або матричні (мРНК), рибосомальні (рРНК) і транспортні (тРНК). Всі ці типи РНК синтезуються на матриці ДНК (тобто за рахунок копіювання послідовності ДНК у послідовність макромолекули, що синтезується) у процесі транскрипції і беруть участь у біосинтезі білків (процесах сплайсингу і трансляції). Крім кодуючих послідовностей, ДНК клітини містить послідовності, що виконують регуляторні і структурні функції. Ділянки кодуючої послідовності разом із регуляторними ділянками називаються генами. У геномах еукаріотів містяться також довгі послідовності без очевидної функції (некодуючі послідовності, інтрони). Також у складі геному досить поширені генетичні паразити — транспозони і вірусні або схожі на них послідовності.

Трансформация — процесс поглощения клеткой организма свободной молекулы ДНК из среды и встраивания её в геном, что приводит к появлению у такой клетки новых для неё наследуемых признаков, характерных для организма-донора ДНК. Иногда под трансформацией понимают любые процессы горизонтального переноса генов, в том числе трансдукцию, конъюгацию и т. д.

Трансдукция (от лат. transductio — перемещение) — процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую бактериофагом. Общая трансдукция используется в генетике бактерий для картирования генома и конструирования штаммов. К трансдукции способны как умеренные фаги, так и вирулентные, последние, однако, уничтожают популяцию бактерий, поэтому трансдукция с их помощью не имеет большого значения ни в природе, ни при проведении исследований. Общая (неспецифическая) трансдукція

Осуществляется фагом P1, существующим в бактериальной клетке в виде плазмиды, фагами P22 и Mu, встраивающимися в любой участок бактериальной хромосомы. После индуцирования профага с вероятностью в 10−5 на одну клетку возможна ошибочная упаковка фрагмента ДНК бактерии в капсид фага, ДНК самого фага в нём в этом случае нет. Длина этого фрагмента равна длине нормальной фаговой ДНК, его происхождение может быть любым: случайный участок хромосомы, плазмида, другие умеренные фаги. Попадая в другую бактериальную клетку, фрагмент ДНК может включаться в её геном, обычно путём гомологичной рекомбинации. Перенесённые фагом плазмиды способны замыкаться в кольцо и реплицироваться уже в новой клетке. В ряде случае фрагмент ДНК не встраивается в хромосому реципиента, не реплицируется, но сохраняется в клетке и транскрибируется. Это явление носит название абортивной трансдукции.

Специфическая трансдукция

 

Наиболее хорошо изучена специфическая трансдукция на примере фага λ. Этот фаг встраивается только в один участок (att-сайт) хромосомы E. coli с определённой последовательностью нуклеотидов (гомологичной att-участку в ДНК фага). Во время индукции его исключение может пройти с ошибкой (вероятность 10−3—10−5 на клетку): вырезается фрагмент тех же размеров что и ДНК фага, но с началом не в том месте. При этом часть генов фага теряется, а часть генов E. coli захватывается им. Вероятность переноса гена в этом случае падает при увеличении расстояния от него до att-сайта. Для каждого специфически встраивающегося в хромосому умеренного фага характерен свой att-сайт и, соответственно, расположенные рядом с ним гены, которые он способен передавать. Ряд фагов может встраиваться в любое место на хромосоме и переносить любые гены по механизму специфической трансдукции. Кроме того, в хромосоме обычно есть последовательности, частично гомологичные att-участку ДНК фага. При повреждении полностью гомологичного att-сайта можно добиться включения фага в хромосому по этим последовательностям и передачу в ходе специфической трансдукции генов, соседних уже с ними. Когда умеренный фаг, несущий бактериальные гены, встраивается в хромосому новой бактерии-хозяина, она содержит уже два одинаковых гена — собственный и принесённый извне. Поскольку фаг лишён части собственных генов, часто он не может индуцироваться и размножиться. Однако при заражении этой же клетки «вспомогательным» фагом того же вида, индуцирование дефектного фага становится возможным. Из хромосомы выходят и реплицируются как ДНК нормального «вспомогательного» фага, так и ДНК дефектного, вместе с переносимыми им бактериальными генами. Поэтому около 50% образующихся фаговых частиц несут бактериальную ДНК. Это явление носит название трансдукции с высокой частотой (HFT от англ. high frequency transduction).

80. тривалість життя — середня (середнє арифметичне) тривалість життя представників певної групи організмів, зазвичай визначена від народження до смерті. Хоча термін часто використовується в популяційнй біології, його чіткого визначення не існує: тоді як у випадку незмінних із часом статистичних характеристик популяції проблем не виникає, у випадку популяції, умови існування або генетичні ознаки якої змінюються швидше за тривалість життя, різні визначення дають різні результати. Так, за умовами покращення умов існування усереднене за довгий період значення тривалості життя буде меншим за тривалість життя організмів, визначене за останній період. Більш того, усереднена тривалість життя організмів, що померли за деякий короткий інтеравл часу відрізнятиметься від усередненої тривалості життя організмів, народжених за цей же період. Найчастіше на практиці використовується саме остання ознака, так звана очікувана тривалість життя при народженні, хоча в деяких дослідженнях можливо використання і середньої тривалості життя, підрахованої за тривалий період. Інші проблеми визначення тривалості життя характерні вже не для популяцій, а й для окремих організмів, наприклад, проблеми визначення момента «народження», що важко у випадку тривалого зберігання насіння та спор або у випадку вегетативного розмноження — ці проблеми спільні з проблемами визначення максимальної тривалості життя. Середня тривалість життя часто протиставляється максимальній. Тоді як перша ознака залежить від числа хвороб та нещасних випадків і багато в чому є характеристикою умов існування (що істотно відрізняються, наприклад, у тварин в природі та в неволі), максимальна тривалість життя майже виключно визначається швидкістю старіння, характерній для даного виду.

Основу математичної моделі виділення ендогенної та екзогенної складових ризику з медико-демографічних даних коефіцієнтів смертності населення склав закон Гомперца-Мейкема, який описує залежність інтенсивності смертності від віку для виділених груп населення.

 

Закон Гомперца-Мейкема відповідає принципу універсальності, оскільки описує розподіл тривалості життя різних біологічних видів, включаючи людину. Дослідження, виконані у роботах [1,6,16], свідчать, що цей закон добре описує статистичні дані для інтенсивності смертності (коефіцієнтів смертності) населення у різних країнах і в різний час.

 

Закон Гомперца-Мейкема для виділення ендогенної та екзогенної складових з медико-демографічних даних про смертність населення має такий вигляд [1,7]:

 

d(t , t) = R(t) + b exp(a t ),

81. Вивчаючи та порівнюючи хромосомні набори самців і самок, учені встановили, що у багатьох випадках визначення статі залежить від генотипу. У соматичних клітинах самця та самки всі пари хромосом, крім однієї, схожі і несуть однакові типи генів. Хромосоми, представлені в обох статей однаковими гомологічними парами, називаються аутосомами. Пара хромосом, за якою відрізняють самця від самки, називається статевою. У людини 22 пари аутосом і одна пара статевих хромосом.  Статеві хромосоми бувають двох типів: X і Y. Стать визначається їхнім сполученням (XX або XY). Стать, яка визначається наявністю XX–хромосом, на­зивається гомогаметною, а наявністю XY– хромосом — гетерогаметною. Гетерогаметні утворюють 2 типи гамет за статевими хромосомами: X, Y; гомогаметні — один тип: X. У більшості організмів (ссавці і людина, рептилії, амфібії, мухи тощо) жіноча стать гомогаметна (XX), чоловіча — гетерогаметна (XY). У птахів, деяких риб, метеликів самці гомогаметні (XX), а самки — гетерогаметні (XY). У деяких випадках стать визначається відсутністю однієї хромосоми у парі: у прямокрилих, павуків самки мають XX– набір, а самці — XО– набір хромосом. Крім хромосомного, є інші механізми визначення статі. Наприклад, у деяких безхребетних (коловерток, черв’яка-динофілюса) стать визначається до запліднення. З яйцеклітин, багатих на жовток і великих, утворюються самки, з дрібніших — самці. На формування статі деяких риб і земноводних впливають умови довкілля — у них закладаються водночас зачатки чоловічих і жіночих статевих залоз, але розвивається тільки один тип. У випадках визначення статі за хромосомним набором співвідношення становить 1:1. Успадкування ознак, зчеплених зі статтю. Є ознаки, на характер успадкування яких впливає стать організму. Це пояснюється неоднаковим генним складом X та Y– хромосом. Втрата X– хромосоми спричиняє загибель зиготи. Y– хромосома зустрічається тільки у особин однієї статі. Більшість ознак у цій парі зосереджені в X– хромосомі, бо в Y– хромосомі кількість генів обмежена. У гетерогаметних особинах деякі гени не мають пари, ці ознаки несе тільки X–NT>хромосома. Тому ознаки, розташовані в статевих хромосомах (зчеплені зі статтю), по-іншому проявляються у різних статей. Так, ген дальтонізму у людини знаходиться в статевій X– хромосомі і є рецесивним. Його носієм може бути жінка, а прояв ознаки спостерігається у чоловіків.

Рецесивна ознака передається від матері синам і виявляється у них, а від батьків — дочкам, але частіше за все не проявляється.

 

Хромосомна теорія спадковості. В основі теорії лежить поведінка хромосом під час мейозу, від якого залежить якість сформованих гамет. Основні положення теорії, сформульовані Г. Морганом, такі:

 

1. Одиницею спадкової формації є ген.

 

2. Гени в хромосомах розташовані лінійно і утворюють групу зчеплення. Гени, розташовані в одній хромосомі, успадковуються разом, зчеплено.

 

3. Зчеплення генів може порушуватися у процесі мейозу в результаті кросинговеру.

 

4. У процесі мейозу гомологічні хромосоми, а отже, і алельні гени, потрапляють в різні гамети. Гамети завжди гаплоїдні (1n).

 

5. Негомологічні хромосоми, а отже, і неалельні гени розходяться довільно, незалежно один від одного й утворюють різні комбінації в гаметах, число яких визначається за формулою 2n, де n – кількість пар гомологічних хромосом. У результаті кросинговеру кількість комбінацій генів у гаметах збільшується.

82. Ферме́нти або ензи́ми — органічні каталізатори білкової або РНК природи. Ферменти каталізують більшість хімічних реакцій, які відбуваються у живих організмах. Вони можуть мати від одного до кількох поліпептидних ланцюгів — субодиниць. Кожен із ферментів має один або більше активних центрів, які визначають специфічність хімічної реакції, що каталізується даним ферментом. Крім активного центру деякі ферменти мають алостеричний центр, який регулює роботу активного центру. Ферментативна реакція також може регулюватися іншими молекулами, як білкової природи, так й іншими — активаторами та інгібіторами. Ферменти РНК-природи називаються рибозимами і вважаються первісною формою ферментів, які були замінені білковими ферментами в процесі еволюції. Терміни «фермент» і «ензим» можна використовувати як синоніми. Але наука про ферменти називається ензимологією, а не ферментологією (ймовірно щоб не змішувати коріння слів латинської і грецької мов).

Класифікація ферментів

Детальніше: Код КФ

 

За типом реакцій, що каталізують, ферменти підрозділяються на 6 класів згідно з ієрархічною класифікацією ферментів (КФ або EC — Enzyme Commission code). Класифікацію було запропоновано Міжнародним союзом біохімії і молекулярної біології (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Кожен клас містить підкласи, так що фермент описується сукупністю чотирьох чисел, розділених крапками. Наприклад, пепсин має код КФ 3.4.23.1. Перше число описує клас реакцій, що каталізує фермент:

КФ 1: Оксидоредуктази — ферменти, що каталізують окислення або відновлення. Приклад: каталаза, алкогольдегідрогеназа

КФ 2: Трансферази — ферменти, що каталізують перенесення хімічних груп з однієї молекули субстрата на іншу. Серед трансфераз особливо виділяють кінази, що переносять фосфатну групу, як правило, з молекули АТФ.

КФ 3: Гідролази — ферменти, що каталізують гідроліз хімічних зв'язків. Приклад: естерази, пепсин, трипсин, амілаза, ліпопротеїнліпаза

КФ 4: Ліази — ферменти, що каталізують розрив хімічних зв'язків без гідролізу з утворенням подвійного зв'язку в одному з продуктів.

КФ 5: Ізомерази — ферменти, що каталізують структурні або геометричні зміни в молекулі субстрата.

КФ 6: Лігази — ферменти, що каталізують утворення хімічних зв'язків між субстратами за рахунок гідролізу АТФ. Приклад: ДНК-полімераза

 

Будучи каталізаторами, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакції, тому, наприклад, ліази здатні каталізувати і зворотну реакцію — приєднання по подвійних зв'язках. Тим не менш напрямок реакції може залучати кілька субстратів і бути таким, що зворотня реакція практично не відбувається.

Ферменти є біологічними каталізаторами, вони присутні у всіх живих клітинах і сприяють перетворенню одних речовин (субстратів) на інші (продукти). Ферменти виступають в ролі каталізаторів практично у всіх біохімічних реакціях, що відбуваються в живих організмах — ними каталізується біля 4000 хімічно окремих біореакцій[3]. Ферменти грають найважливішу роль у всіх процесах життєдіяльності, скеровуючи та регулюючи обмін речовин організму. Подібно до всіх каталізаторів, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію, знижуючи енергію активації процесу. Хімічна рівновага при цьому не зміщується ні в прямий, ні у зворотний бік. Відмінність ферментів від небілкових каталізаторів полягає у їхній високій специфічності — константа дисоціації деяких субстратів з білком-ферментом може досягати менш ніж 10−10 моль/л.

Ферменти широко використовуються і в народному господарстві — харчовій, текстильній промисловості, у фармакології.

 

 

 

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 791; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!