В экологии.Предмет экологии – совокупность связей между организмом и средой. Экология – наука изучающая взаимодействия организмов с окружающей средой и друг с другом. Задачи экологии: разработать стереотип устойчивости экосистемы, изучение механизмов адаптации к среде, регуляция численности популяций, изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания, исследование продуктивности процессов в экосистеме, исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости, моделирование состояния биосферы и экосистем с учетом глобальных биосферных процессов. В экологии широкое распространение получил метод математического моделирования как средство изучения и прогнозирования природных процессов. В построении математических моделей сложных процессов выделяются следующие этапы: 1. Прежде всего, те реальные явления, которые хотят смоделировать, должны быть тщательно изучены: выявлены главные компоненты и установлены законы, определяющие характер взаимодействия между ними. 2. Разрабатывается математическая теория, описывающая изучаемые процессы с необходимой детальностью. На ее основе строится модель в виде системы абстрактных взаимодействий. Установленные законы должны быть облечены в точную математическую форму. Конкретные модели могут быть представлены в аналитической форме или в виде логической схемы машинной программы. Экологические факторы: биотические — связанные с деятельностью живых организмов: фитогенные — влияние растений, микогенные — влияние грибов, зоогенные — влияние животных, микробиогенные — влияние микроорганизмов. Деятельность человека как
экологический фактор: важное значение имеет деятельность человека в борьбе с вредной энтомофауной и животными, отрицательно влияющими на жизнь древесно-кустарниковой растительности. В настоящее время разработан комплекс мер по повышению санитарного состояния лесов, а также по ликвидации очагов вредителей и болезней. В лесном хозяйстве создана специализированная служба по защите лесов от вредителей и болезней. Путем рубок ухода за лесом человек создает особые экологические условия для роста и развития одних пород в ущерб другим и т. д. Комплексное воздействие факторов на организм. Ограничивающие факторы: несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей. Здоровый организм постоянно обеспечивает оптимальное функционирование всех своих систем в ответ на любые изменения окружающей среды, например, перепады температуры, атмосферного давления, изменение содержания кислорода в воздухе, влажности и т.д. Неблагоприятное воздействие факторов окружающей среды на организм зависит от природы и интенсивности факторов, от «готовности» организма и его защитно-приспособительных возможностей противостоять им. С этой позиции выделяют 3 группы факторов: 1) факторы, в отношении которых хорошо известна их этиологическая роль в развитии определенных заболеваний;2) факторы среды, которые, не являясь непосредственной причиной болезни, служат условиями для их развития;3) факторы, которые опосредованно влияют на организм, снижая его защитные, приспособительные возможности. Фотопериодизм. Вид, его экологическая характеристика: Реакция организмов на сезонные изменения длины дня получила название фотопериодизма. Его проявление зависит не от интенсивности освещения, а только от ритма чередования темного и светлого периодов суток.Существует много видов с нейтральной фотопериодической реакцией, у которых физиологические перестройки в цикле развития не зависят от длины дня. У таких видов либо развиты другие способы регулирования жизненного цикла (например, озимость у растений), либо они не нуждаются в точном его регулировании. Например, там, где нет резко выраженных сезонных изменений, большинство видов не обладает фотопериодизмом. Цветение, плодоношение и отмирание листьев у многих тропических деревьев растянуто во времени, и на дереве одновременно встречаются и цветки и плоды. В умеренном климате виды, успевающие быстро завершить жизненный цикл и практически не встречающиеся в активном состоянии в неблагоприятные сезоны года, также не проявляют фотопериодических реакций, например многие эфемерные растения. Популяция. Факторы, вызывающие изменение численности популяции, способы её регулирования: популяция - это совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории. Этот термин используется в различных разделах биологии, экологии. Численность популяций в природе редко остается постоянной. Изменение численности популяции происходит в результате изменений рождаемости и смертности. Но в большинстве случаев ключевым фактором, регулирующим численность популяции, является фактор, влияющий на смертность. Факторы, влияющие на рождаемость и смертность популяции, действуют более эффективно при увеличении плотности популяции. Такие факторы называют зависимыми от плотности популяции. К их числу относятся, например, нехватка пищи, возрастание численности врагов, заболеваемость. При высокой плотности популяции ее члены бывают слабее физически и мельче. Другой зависимый от плотности фактор, который может влиять на величину плотности популяции, - это миграция. Существуют и факторы, не зависимые от плотности популяции. Примером может служить воздействие неблагоприятной погоды (суровая зима, засуха) и природные катаклизмы (пожар, землетрясение, наводнение, ураган и др.). Рациональное использование видов, сохранение их разнообразия: понятие биологического разнообразия включает в себя все виды растений, животных и микроорганизмов, а также экосистемы, составной частью которых они являются. Сохранение биологического разнообразия — это не только сохранение экосистемы, но, самое главное, это сохранение тех условий природной среды, в которой возможна нормальная жизнь и деятельность человека. Очевидно что наиболее целесообразно сохранение достаточно больших, богатых видами экосистем, в составе которых сохранятся и все входящие в них виды. Такие территории называют заповедниками. Еще одна возможность сохранения редких видов заключается в увеличении числа зоопарков и ботанических садов, разведении исчезающих видов в условиях неволи с последующим возвращением размножившегося вида в природную среду. При достаточно бережном отношении к диким животным многие из них оказываются способными жить рядом с человеком. Биогеоценоз. Взаимосвязи популяций в биогеоценозе: биогеоценоз - взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией. Биогеоценоз - одна из наиболее сложных природных систем. Биогеоценоз - это целостная система. Выпадение одного или нескольких компонентов биогеоценоза может привести к разрушению целостности биогеоценоза в круговороте веществ, что часто ведет к необратимому нарушению равновесия и гибели биогеоценоза как системы. Структура биогеоценоза меняется в ходе эволюции видов: виды в биогеоценозе действуют друг на друга не только по принципу прямой, но и обратной связи. Цепи питания. Правило экологической пирамиды: цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим образует трофическую цепь или цепь питания. Правило экол. пирамиды: весьма приближенно можно считать, что при передаче от одного пищевого уровня к следующему количество доступной энергии уменьшается на порядок. Количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую. Хотя основанный на этом правиле подход широко используется в задачах по экологии, не следует забывать, что эти расчеты являются достаточно условными и, в общем, довольно далеки от действительности. Саморегуляция: саморегуляция - свойство системы сохранять внутреннюю стабильность в результате реакций, компенсирующих влияние внешнего воздействия. Смена биогеоценозов: несмотря на то что биогеоценоз является устойчивой, саморегулирующейся системой, в нем постоянно изменяется численность отдельных видов и популяций. Рано или поздно на смену одному биогеоценозу приходит другой. Смены экосистем могут происходить быстро, на глазах одного поколения людей: зарастание мелких водоемов, восстановление лесов после пожара, восстановление лесных экосистем после их распашки. В большинстве случаев изменение и развитие биогеоценозов под влиянием самих живых организмов длятся тысячи лет. Главную роль в развитии биогеоценоза играют растения. Вызываемые ими изменения в почве являются основой для изменения видового состава экосистемы. Постепенно число видов живых организмов, входящих в экосистему, растет. Биогеоценоз становится все более сложным, его пищевая сеть все более разветвленной, сообщество все полнее использует ресурсы среды. Агроценоз: биогеоценоз, созданный человеком (искусственная экосистема). Обладает определённым видовым составом и определёнными взаимоотношениями между компонентами окружающей среды. Их высокая продуктивность обеспечивается интенсивной технологией подбора высокоурожайных растений, удобрений. Повышение продуктивности агроценозов на основе мелиорации земель, внедрения новых технологий выращивания растений: агроценоз не способен длительно существовать без вмешательства человека, не обладает саморегуляцией, и в то же самое время характеризуется высокой продуктивностью и позволяет собирать большой урожай (значительно превосходящий таковой у естественных сообществ) одного или нескольких видов (сортов) растений либо пород животных. Один из путей повышения продуктивности агроценозов — мелиорация почв. Она оказывает долговременное воздействие на почву, создает благоприятные условия для роста растений, улучшает водный режим и т. д. Мелиорация включает в себя очистку земель от камней, мусора, вспашку, известкование кислых почв, внесение удобрений, борьбу с эрозией, осушение переувлажненных почв, постройку оросительных систем, природоохранные мероприятия. Охрана биогеоценозов: в комплекс мер по восстановлению биогеоценозов входит поддержание в естественном состоянии болот, страдающих от непродуманной мелиорации, осушения, загрязнения и нерационального использования их ресурсов. Другая важная задача многих регионов – это восстановление и уход за старовозрастными лесами. Вопреки своему названию эти леса не исчерпали своих ресурсов: они полны жизни, богаты видами млекопитающих, птиц и насекомых, поддерживают высокий уровень продуктивности.
6. Основы учения о биосфере. Биосфера, её границы: биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли. Границы: верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов. Нижняя граница влитосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами. Граница между атмосферой и литосферой вгидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения. Биомасса поверхности суши, мирового океана, почвы: биомасса поверхности суши – соответствует биомассе наземно-воздушной среды. Она увеличивается от полюсов к экватору. Вместе с тем возрастает количество видов растений. Биомасса почвы. Почва - рыхлый поверхностный слой земной коры, изменяемый атмосферой и организмами, и постоянно пополняемый органическими остатками. Мощность почвы, наряду с биомассой, и под её влиянием увеличивается от полюсов к экватору. Биомасса Мирового океана. Гидросфера Земли, или Мировой океан занимает более 2/3 поверхности планеты. Объём воды в мировом океане в 15 раз > суши, возвышающейся над уровнем моря. Живое вещество, его газовая, концентрационная, окислительная и восстановительная функции: живое вещество - вся совокупность живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Рассмотренные четыре функции живого вещества являются главными, определяющими функциями: — газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. — окислительно-восстановительнаяфункция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). Концентрационная функция -так называется избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ для построения тела организма или удаляемых из него при метаболизме. В результате концентрационной функции живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы окружающей среды. Круговорот и превращение энергии в биосфере: Поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. В процессе фотосинтеза растения используют лучистую энергию солнечного света для превращения веществ с низким содержанием энергии в более сложные органические соединения, где часть солнечной энергии запасена в форме химических связей. В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы — в живые организмы, а из них — в окружающую среду, пополняя таким образом неживое вещество биосферы. Эти процессы повторяются бесконечное число раз. В.И.Вернадский о возникновении биосферы: центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И.Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Согласно представлениям Вернадского, биосфера состоит из нескольких разнородных компонентов. Главный и основной — это живое вещество, совокупность всех живых организмов, населяющих Землю. В процессе жизнедеятельности живые организмы взаимодействуют с неживым (абиогенным) - косным веществом. Следующий компонент - биогенное вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами. Еще одно составляющее биосферы - биокосное вещество — результат совместной деятельности живых организмов (вода, почва, кора выветривания, осадочные породы, глинистые материалы) и косных (абиогенных) процессов. В настоящее время этот вывод Вернадского называется законом константности.
7. Основы цитологии. Основные положения клеточной теории: 1. Клетка – элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов. Многоклеточный организм – сложно организованная система, состоящая из функционирующих и взаимодействующих клеток. 2. Клетка может быть самостоятельным организмом, осуществляющим всю полноту процессов жизнедеятельности. 3. Клетки всех живых организмов гомологичны, едины по строению и происхождению. Основные структурные элементы клетки принципиально сходны как у эукариот, так и у прокариот. 4. Единство клеточного строения подтверждается сходством анатомо-морфологического строения различных клеток и сходством химического строения и метаболических процессов. 5. Основные функциональные характеристики клеток: обмен веществ, свойства раздражимости и возбудимости, способность к движению, размножению и дифференцировке. 6. В процессе индивидуального развития новые клетки образуются только путем деления ранее существовавших клеток. 7. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюции от безъядерных форм (прокариот) к ядерным (эукариотам). Клетка – структурная и функциональная единица живого: клетку считают открытой элементарной живой системой. Клетка отграничена от окружающей среды клеточной мембраной, а внутри нее выделяется более плотное ядро, находящееся в полужидкой цитоплазме. Клетка обладает всеми признаками живого: самовоспроизведением, саморегуляцией, историческим развитием, информационным отражением. В клетках происходят процессы обмена веществ и превращения энергии. Новые клетки могут возникать только из исходных клеток в процессе их деления. Процесс деления клеток называется митозом. Длительность его зависит от типа ткани, физиологического состояния клетки, внешних факторов, особенно от температуры. Митоз протекает так, что из материнской клетки образуются две дочерние с тем же самым набором хромосом и с той же генетической информацией, как и у материнской клетки. Строение и функции ядра, цитоплазмы и её основных органоидов: строение и функции ядра: 1) состоит из наружной и внутренней мембран, разделенных перинуклеарным пространством, и сходных по строению с наружной цитоплазматической мембраной. 2) в области соединения наружной и внутренней ядерных мембран формируются ядерные поры, обеспечивающие избирательный транспорт веществ в ядро и из ядра. 3) ядерная оболочка отграничивает содержимое ядра от цитоплазмы. Функции цитоплазмы: Цитоплазма. - обязательная часть клетки, заключенная между плазической мембраной и ядром и представляющая собой вязкое бесцветное основное вещество цитоплазмы, органоиды — постоянные компоненты цитоплазмы и включения — временные компоненты цитоплазмы. Строение: Цитозоль, цитоскелет. Функции: включает различные органоиды, внутренняя среда клетки. Она может находится в состоянии золя и геля. Органоиды:
Органоиды {органеллы) — постоянные клеточные структуры, обеспечивающие выполнение клеткой специфических функций. Различают: мембранные органоиды — имеющие мембранное строение, причем они могут быть а) одномембранными: аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли растительных клеток; б) двухмембранными: митохондрии, пластиды, ядро; в) не имеющие мембранного строения: хромосомы, рибосомы, клеточный центр. Особенности строения клеток эукариот, прокариот: эукариоты - клетки эукариот включают около десятка видов различных структур, известных как органоиды, из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами. Клетки в среднем намного крупнее прокариотических, разница в объёме достигает тысяч раз. Прокариоты - доядерные организмы, клетки которых не имеют оформленого ядра. Размеры клеток прокариот, как правило, значительно меньше, чем у эукариот и находятся в пределах 0,2 — 10 мкм. Форма клеток прокариот разнообразна: шаровидная (кокки), палочковидная (бациллы), в виде изогнутой (вибрионы) или спирально закрученной (спириллы) палочки. Содержание химических элементов в клетке: каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке — одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других — меньше. Клетка содержит множество химических элементов. Эти элементы участвует в разных реакциях. Например, кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий, сера, фосфор, хлор, магний, натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %). Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки: Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Роль воды в клетке определяется ее уникальными химическими и физическими свойствами, связанными главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью ее молекул и с их способностью образовывать друг с другом водородные связи. Минеральные соли. Неорганические вещества в клетке, кроме воды, прецспавлевы минеральными солями. Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения. Органические вещества: липиды, АТФ, биополимеры (углероды, белки, нуклеиновые кислоты), их роль в клетке: липиды. Гидрофобные соединения, нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных органических растворителях. К липидам относятся нейтральные жиры, фосфолипиды, воски, стероиды и некоторые другие соединения. Белки. Это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В образовании белков участвует 20 аминокислот. Аминокислоты в молекулах белка соединены ковалентными пептидными связями. В молекулу белка может входить до нескольких тысяч аминокислот. Нуклеиновые кислоты. Это носители генетической информации. Это биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара пентозы и остатка фосфорной кислоты. АТФ — единое универсальное энергоемкое вещество в клетках растений, животных и микроорганизмов. С помощью АТФ осуществляется накопление и транспорт энергии в клетке. Функции АТФ — перенос энергии. Нуклеиновые кислоты — фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. В природе существует два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра, а также в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав рибосом; молекулы РНК содержатся также в цитоплазме, матриксе пластид и митохондрий. Ферменты, их роль в процессах жизнедеятельности: Ферменты (энзимы) — это специфические белки, которые присутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов. Все процессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с участием ферментов. Например, под их действием составные компоненты пищи (белки, углеводы, липиды) расщепляются до более простых соединений, из которых синтезируются новые, свойственные данному виду макромолекулы. Поэтому нарушения образования и активности ферментов нередко ведут к возникновению тяжелых болезней. Самоудврение ДНК: такое уникальное свойство, как самоудвоение ДНК, больше не встречается ни у каких других молекул. Оно объясняет, как тождественные клетки размножаются и почему происходит наследование физических признаков. Открытию этого свойства предшествовал вывод ученого Корнберга о том, что так называемая затравочная ДНК может служить матрицей, которая определяет не только количественное сходство, но и определяет последовательность нуклеотидов в цепочке. При участии определенных ферментов ДНК начинает раскручиваться, и слабые водородные связи между парами рвутся. При этом свободные нуклеотиды в это время соединяются с образовавшимися свободными участками ДНК, за счет чего и происходит построение новой цепочки. Обмен веществ и превращение энергии – основа жизнедеятельности клетки: Обязательным условием существования любого организма является постоянный приток питательных веществ и постоянное выделение конечных продуктов химических реакций, происходящих в клетках. Питательные вещества используются организмами в качестве источника атомов химических элементов (прежде всего атомов углерода), из которых строятся либо обновляются все структуры. В организм, кроме питательных веществ, поступают также вода, кислород, минеральные соли. Энергетический обмен в клетке и его сущность: Совокупность реакций диссимиляции, сопровождающихся выделением энергии, называется энергетическим обменом. Наиболее энергетическими веществами являются белки, жиры и углеводы. Энергетический обмен начинается с изготовительного этапа, когда белки распадаются на аминокислоты, жиры на глицерин и жирные кислоты, полисахариды на моносахариды. Образующаяся энергия на этом этапе незначительна и рассеивается в виде тепла. Из образовавшихся веществ основным поставщиком является энергии глюкоза. Расщепление глюкозы в клетке, в результате которого происходит синтез АТФ, происходит в две стадии. Все начинается с бескислородного расщепления – гликолиза. Вторую стадию называют кислородным расщеплением. Значение АТФ в энергетическом объеме: По химической структуре АТФ относится к нуклеотидам. Одна из важнейших функций клетки – функция обмена веществ – обеспечение клетки энергией. Совокупность реакций, обеспечивающих клетки энергией, называется энергетическим обменом. АТФ служит энергетической «валютой» клетки и используется во всех реакциях обмена, требующих затраты энергии. Богатые энергией молекулы не перемещаются свободно из одной клетки в другую, а образуются в том месте, где они должны быть использованы. Запас АТФ в клетке невелик. Так, в мышце запаса АТФ хватает на 20 – 30 сокращений. Но ведь мышца может работать часами и производит тысячи сокращений. Вот почему наряду с распадом АТФ необходим непрерывный её синтез. Пластический обмен: Пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии. Синтез белков из аминокислот, жиров из глицерина и жирных кислот — примеры биосинтеза в клетке. Значение пластического обмена: обеспечение клетки строительным материалом для создания клеточных структур; органическими веществами, которые используются в энергетическом обмене. Фотосинтез: Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов. Фотосинтез - это процесс, от которого зависит вся жизнь на Земле. Он происходит только в растениях. В ходе фотосинтеза растение вырабатывает из неорганических веществ необходимые для всего живого органические вещества. Энергию, необходимую для синтеза органических веществ из неорганических, поставляет Солнце; эта энергия поглощается пигментами растений, главным образом хлорофиллом. В клетке синтез органических веществ протекает в хлоропластах, которые содержат хлорофилл. Свободный кислород, также образующийся в процессе фотосинтеза, выделяется в атмосферу. Пути повышения продуктивности с/х растений: основываясь на механизмах влияния внутренних и внешних факторов, действующих на показатели фотосинтетической активности растений, в практике сельского хозяйства используют ряд приемов, позволяющих увеличить интенсивность фотосинтеза и повысить урожайность с/х культур. Прежде всего это точное соблюдение оптимальной технологии: соблюдение режима орошения, соблюдение режима минерального питания, использование необходимых внекорневых подкормок микроэлементами, повышение в защищенном грунте концентрации углекислого газа за счет применения органических удобрений (внесение навоза), использования сухого льда, поддымление парниковых рам. При этом у огурцов не только повышается интенсивность фотосинтеза, но и увеличивается количество женских цветков. Биосинтез белков: Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии. Этапы: транскрипция— процесс биосинтеза всех видов РНК на матрице ДНК, который протекает в ядре. После синтеза иРНК она выходит из ядра и направляется в цитоплазму к месту синтеза белка на рибосомы. Трансляция— процесс синтеза полипептидных цепей, осуществляемый на рибосомах, где иРНК является посредником в передаче информации о первичной структуре белка. Ген и его роль в биосинтезе: биосинтез белков – очень энергоемкий процесс. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре определенного полипептида, называется ген. Код ДНК: код ДНК - это система кодирования аминокислот нуклеотидами ДНК. Нуклеотид состоит из азотистого основания, моносахарида (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты; азотистые основания могут быть различными: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) или цитозин (Ц). Каждая аминокислота закодирована последовательностью из 3 нуклеотидов (триплетом = кодоном), например, ТАЦ - метионин, ТГЦ - треонин и т. п. Всего из 4 нуклеотидов можно составить 64 различных комбинации-триплета. Таким образом, в случае замены некоторых нуклеотидов все равно будет закодирована та же аминокислота, и ошибка в биосинтезе белка исключается. Реакции матричного синтеза: при реакциях матричного синтеза образуются полимеры, строение которых полностью определяется строением матрицы. В основе реакций матричного синтеза лежит комплементарное взаимодействие между нуклеотидами. Репликация (редупликация, удвоение ДНК):матрица – материнская цепочка ДНК; продукт – новосинтезированная цепочка дочерней ДНК; Комплементарность между нуклеотидами материнской и дочерней цепочек ДНК. Транскрипция (синтез РНК): матрица – кодирующая цепочка ДНК; продукт – РНК; Комплиментарность между нуклеотидами кДНК и РНКе. Взаимосвязь процессов пластического и энергетического обмена: сущность обмена: обмен веществ и превращения энергии в клетке — совокупность химических реакций образования органических веществ с использованием энергии и расщепления органических веществ с освобождением энергии. Взаимосвязь: пластический обмен поставляет для энергетического обмена органические вещества и ферменты, а энергетический обмен поставляет для пластического — энергию, без которой не могут идти реакции синтеза. Нарушение одного из видов клеточного обмена ведет к нарушению всех процессов жизнедеятельности, к гибели организма. Вирусы, особенности их строения и жизнедеятельности: Вирусы – это мельчайшие формы субмикроскопических инфекционных агентов. Вирусы похожи на живые организмы в том, что они имеют свой набор генов и эволюционируют путём естественного отбора, а также в том, что способны размножаться, создавая собственные копии путём самосборки. Вирусы имеют генетический материал, однако лишены клеточного строения, а именно эту черту обычно рассматривают как фундаментальное свойство живой материи. У вирусов нет собственного обмена веществ, и для синтеза собственных молекул им необходима клетка-хозяин, по этой причине они не способны размножаться вне клетки.
8. Размножение и индивидуальное развитие организмов. Деление клетки, мейоз и оплодотворение – основа размножения и индивидуального развития организмов. Деление клетки — биологический процесс, лежащий в основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов. Мейоз— это деление в зоне созревания половых клеток, сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое. Он состоит и двух последовательно идущих делений, имеющих те же фазы, что и митоз. Половое размножение характеризуется обменом генетической информации между женскими и мужскими особями. В процессе оплодотворения можно наблюдать различные варианты соединения гамет. Если же в гаметах гены представлены различными аллелями — образуется гетерозигота. При оплодотворении образуется новая комбинация диплоидного набора. Следовательно, образование нового организма начинается со слияния двух половых клеток, образующихся в результате мейоза. Во время мейоза происходит перераспределение генетического материала у потомков или обмен аллелями и их соединение в новых вариациях, что и определяет появление нового индивида. Подготовка клетки к делению: митоз – непрямое деление соматических клеток, в результате которого сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками. Биологическое значение митоза: в результате митоза образуются две клетки, каждая из которых содержит столько же хромосом, сколько их было в материнской. Дочерние клетки генетически идентичны родительской. Число клеток в организме увеличивается, что представляет собой один из главных механизмов роста. Многие виды растений и животных размножаются бесполым путем при помощи одного лишь митотического деления клеток, таким образом, митоз лежит в основе размножения. Митоз обеспечивает регенерацию утраченных частей и замещение клеток, происходящее в той или иной степени у всех многоклеточных организмов. Удвоение молекул ДНК: Молекулы ДНК обладают поразительным свойством, не присущим ни одной другой из известных молекул, - способностью к удвоению. С помощью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК, разрываются, нити расходятся, и к каждому нуклеотиду каждой из этих нитей последовательно пристраиваются комплементарные нуклеотиды. Разошедшиеся нити исходной (материнской) молекулы ДНК являются матричными - они задают порядок расположения нуклеотидов во вновь синтезируемой цепи. В результате действия сложного набора ферментов происходит соединение нуклеотидов друг с другом. Таким образом, в результате удвоения создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из них имеет одну нить, полученную от материнской молекулы, и одну нить, синтезированную вновь. Хромосомы, их диплоидный и гаплоидный набор, постоянство числа и формы: хромосомы - структурные элементы ядра клетки эукариот, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма. Диплоидный набор хромосом - Этот набор является таким собранием хромосом, при котором у каждой из них есть двойник, т.е. эти нуклепротеидные структуры расположены попарно. Диплоидный набор хромосом характерен для всех животных, в том числе и человека. У здорового человека их 46, т.е. 23 пары. Гаплоидный набор хромосом - Он представляет собой скопление совершенно разных хромосом, т.е. в организме-гаплоиде есть несколько этих нуклеопротеидных структур, непохожих друг на друга. Гаплоидный набор хромосом характерен для растений, водорослей и грибов. Деление клетки и его значение: различают несколько видов деления клеток: амитоз, митоз, мейоз. 1. Амитоз, или прямое деление. В этом случае ядро делится без видимых предварительных изменений. Амитоз встречается довольно редко. 2. Митоз, или непрямое деление. Это сложный поэтапный процесс. Вся подготовка к делению происходит во время интерфазы: удваивается генетический материал; увеличивается число органоидов клетки; синтезируются белки, необходимые для деления; запасается энергия для деления. 3. Мейоз – способ деления, при помощи которого у животных образуются гаметы с уменьшенным в два раза, т.е. гаплоидным, набором хромосом; у растений мейоз идет при образовании микро- и мегаспор. Мейоз представляет собой два последовательных деления: во время первого к полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, а во время второго деления к полюсам клеток расходятся хроматиды. Таким образом, в результате мейоза получаются четыре клетки, каждая из которых содержит один (гаплоидный) набор хромосом. Половое и бесполое размножение организмов: половое - с помощью гамет, сперматозоидов и яйцеклеток. Гермафродит – это организм, который образует и женские, и мужские гаметы (большинство высших растений, кишечнополостные, плоские и некоторые кольчатые черви, моллюски). Бесполое – 1. Деление одноклеточных; 2. Спорообразование (споры грибов); 3. Почкование (очерние особи формируются из выростов тела материнского организма (почек) – у кишечнополостных (гидра), дрожжей); 3. Фрагментация (материнский организм делится на части, каждая часть превращается в дочерний организм). Половые клетки. Мейоз: образование половых клеток, как правило, связано с прохождением мейоза на какой-либо стадии жизненного цикла организма. В большинстве случаев, половое размножение сопровождается слиянием половых клеток, или гамет, при этом восстанавливается удвоенный, относительно гамет, набор хромосом. В зависимости от систематического положения эукариотических организмов, половое размножение имеет свои особенности, но как правило, оно позволяет объединять генетический материал от двух родительских организмов и позволяет получить потомков с комбинацией свойств, отсутствующей у родительских форм. Развитие яйцеклеток и сперматозоидов: в половых железах (гонадах) взрослого организма — семенниках и яичниках — некоторые клетки размножаются посредством мейоза, образуя соответственно сперматозоиды и яйцеклетки, то есть гаплоидные клетки. Эти гаметы содержат по одному набору из 23 хромосом. При оплодотворении образуется зигота с двойным набором хромосом; а при митотическом делении из нее вырастает взрослый организм, и цикл начинается сначала. Оплодотворение: оплодотворение — это процесс объединения мужской и женской гамет, который приводит к формированию зиготы и последующему развитию нового организма. В процессе оплодотворения происходит установление диплоидного набора хромосом в зиготе, что определяет выдающееся биологическое значение этого процесса. В зависимости от видовой принадлежности организмов у животных, размножающихся половым путем, различают наружное и внутреннее оплодотворение. Наружное оплодотворение происходит в окружающей среде, в которую поступают мужские и женские половые клетки. Внутреннее оплодотворение обеспечивается переносом сперматозоидов из мужского организма в женский в результате полового акта. Такое оплодотворение встречается у млекопитающих, причем центральным моментом здесь является исход встречи между половыми клетками. Развитие зародыша (на примере животных): В характере и длительности зародышевого развития разных животных существуют заметные различия, связанные гл. обр. с биологией размножения (тип осеменения и др.) и приспособленностью каждого вида к определённым условиям среды. Напр., у некоторых земноводных вылупление личинок происходит рано, и основное развитие протекает в послезародышевый период в водной среде. Вместе с тем у большинства многоклеточных животных развитие зародыша проходит через одни и те же стадии. При этом зародыши разных групп организмов более сходны между собой (особенно на ранних стадиях), чем взрослые особи. Главные этапы зародышевого развития – дробление, гаструляция и образование органов (органогенез) и тканей (гистогенез). В результате дробления зиготы образуется бластула, первая многоклеточная стадия зародыша, имеющая определённое строение. Путём т. н. гаструляции бластула переходит в гаструлу. В зародыше на стадии гаструлы происходит перемещение клеточных масс (т. н. морфогенетические движения) и выделение клеточных слоёв – зародышевых листков, наружного – эктодермы и внутреннего – энтодермы. Затем различными способами у зародышей (кроме губок и кишечнополостных) закладывается средний зародышевый листок – мезодерма. С обособлением зародышевых листков определяется общий план строения организма, сходный даже у эволюционно далёких групп животных. Так, у всех позвоночных из эктодермы развивается эпителий кожи, её производные (волосяной покров, перья), нервная система, из энтодермы – пищеварительный тракт и связанные с ним органы, из мезодермы – скелет, мышцы, кровеносная и выделительная системы. Процессы органогенеза и гистогенеза – следующий после гаструляции этап зародышевого развития. Для этого периода характерна активная дифференцировка, т. е. возникновение специализированных клеток и формирование из них специализированных органов и тканей. Постэмбриональное развитие: в развитие человека выделяют следующие периоды: детство, отрочество, юность, молодость, зрелость, старость. Каждый период характеризуется рядом изменений в организме. Старение и смерть – последние этапы индивидуального развития. Старение характеризуются многими морфологическими и физиологическими имениями, ведущими к общему понижению жизненных процессов и устойчивости организма. Причины и механизмы старения до конца не изучены. Смерть завершает индивидуальное существование. Она может быть физиологической, если наступает в результате старения, и патологической, если вызвана преждевременно каким-нибудь внешним фактором (ранение, болезнь). Вредное влияние никотина и алкоголя на развитие человека: курение табака – одна из самых распространенных вредных привычек, приводящая иногда к серьезным нарушениям здоровья. Ядовитые свойства никотина доказываются просто: пиявка, поставленная курильщику, вскоре отваливается в судорогах и погибает от высосанной крови, содержащей никотин. Продолжительность жизни курильщиков на 7 – 15 лет меньше, чем их некурящих собратьев. Подсчитано, что курение ответственно за 90% случаев смерти от рака легкого, 75% — от бронхита и 25% — от ишемической болезни сердца у мужчин в возрасте до 65 лет. Алкоголь является не только наркотическим веществом, но и ядом для печени. Он оказывает отрицательное влияние на различные виды обмена веществ в организме. Наряду с расстройствами обменных процессов (углеводного, жирового и др.) страдают и функции эндокринных органов (половые железы и др.). У людей, злоупотребляющих спиртными напитками, нарушается способность печени обезвреживать токсически действующие продукты, участвовать в обмене веществ, иммунологических и других защитных реакциях организма.
