Обмен веществ и энергии (метаболизм) осуществляется на всех уровнях организма: клеточном, тканевом и организменном. Он обеспечивает постоянство внутренней среды организма - гомеостаз - в непрерывно меняющихся условиях существования. В клетке протекают одновременно два процесса - это пластический обмен (анаболизм или ассимиляция) и энергетический обмен (фатаболизм или диссимиляция).
Пластические обмен- это совокупность всех процессов синтеза, когда из простых веществ образуется сложные при этом затрачивается энергия.
Энергетический обмен- это совокупность всех процессов расщепления, когда из сложных веществ образуется простые и при этом выделяется энергия.
Гомеостаз- поддерживается балансом между пластическим и энергетическим обменом. Если этот баланс нарушается, то в организме или его части возникают патологии(болезни).
Метаболизм- происходит при нормальной температуре, давлении и определенной РН среде
11.Энергетический обмен в клетке.
Энергетический обмен — это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Синтезированная АТФ становится универсальным источником энергии для жизнедеятельности организмов.
Этапы энергетического обмена:
1. Подготовительный- на нем сложные вещества расщепляются до простых, например полисахариды до моносахарид. Этот этап происходит в цитоплазме, при нем выделяется энергия, но очень мало поэтому энергия рассеивается в виде тепла.
2. Безкислородный- в лизосомах, на этом этапе продолжается расщепление веществ до более простых без участия кислорода с выделением двух молекул АТФ
3. Кислородный- на нем продолжается расщепление веществ с участием кислорода до конечных продуктов (углекислый газ и вода) с выделением 36 АТФ. Этот процесс происходит в митохондриях.
Питание клетки. Хемосинтез
Питание клетки происходит в результате ряда сложных химических реакций, в ходе которых вещества, поступившие в клетку из внешней среды (углекислый газ, минеральные соли, вода), входят в состав тела самой клетки в виде белков, сахаров, жиров, масел, азотных и фосфорных соединений.
Все живые организмы можно разделить на 2 группы:
1. Автотрофный тип питания- к ним относятся организмы, которые сами себе синтезируют органические соединения из неорганических.
2 вида автотрофов:
+Фотосинтетики- это автотрофы которые используют энергию солнечного света (растения, цианобактерии, простейшие)
+ Хемосинтетики — это организмы, которые используют энергию химических связей. К этому типу относятся практически все бактерии (азотофиксаторы, серобактерии, железобактерии)
Хемосинтез был открыт Виноградовым.
Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями.
2.Гетеротрофный тип питания - характерен для организмов которые питаются готовыми органическими соединениями.
- Сопрофиты -это гетеротрофы которые питаются мертвыми тканями или организмами(вороны, стервятники, гиены..)
-Паразиты- это гетеротрофы которые питаются органическими соединениями ргуих организмов паразитируя на них (клещи, черви)
-Растительно ядные- гетеротрофы которые писаются растительными организмами (травоядные)
-Плотоядные (хищники)- гетеротрофы, которые отлавливают и поедают другие организмы(насекомоядные)
-Всеядные- употребляют растительную и животную пищу
3.Миксотрофный тип питания- объединяет автотрофный и гетеротрофный тип питания (росянка, евглена зеленая)
Фотосинтез
Фотосинтез-это сложный процесс образования их неорганических веществ засчет энергии солнечного света. Главным органом фотосинтеза является лист т. к. в нем больше всего хлоропластов и его форма подходит больше всего для восприятия солнечного света.
Фазы фотосинтеза:
1.Световая фаза-включает в себя 2 основных процесса фотолиз воды и нециклическое фосфорилирование.
Тилакоиды- это уплощенные мембранные мешочки на которых располагаются пигменты хлорофилы и особый переносчик электронов который называется цитохром.
На тилакоидах распологаются 2 фото системы:
+Фотосистема 1 содержит хлорофилл а1 который воспринимает квант света длиной 700 нанометров
+Фотосистема 2 содержит хлорофилл а2 который воспринимает квант света длиной 680 нанометров
Когда квант света попадает на фотосистему 1, электроны хлорофилла а1 возбуждаются и передаются на такой процесс как фатолиз воды т. е. Вода расщепляется до водорода и гидроксогруппы. Водород идет на восстановление вещества. Образовавщаяся гидроксогруппа накапливается и преобразуется в воду и кислород который покидает клетку.
Когда квант света попадает на фотосистему 2 электроны хлорофилла под воздействием света возбуждаются и к молекуле АДФ засчет энергии присоединяется остаток фосфорной кислоты в итоге получается молекула АТФ.
Световая фаза происходит на тилакодах, где образуется энергия необходимая для образования органических веществ.
Темновая фаза — протекает в строме независимого от солнечного света. Здесь в ходе сложных реакций засчет образовавшейся энергии углекислый га преобразуется в глюкозу. Эти реакции называются цикл Кальвина.
Генетический код
Это свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов
В состав ДНК могут входить 4 азотистых основания:
Аденин, Гуанин, Тимин, Цитозин
ДНК может кодировать 64 аминокислоты
Свойства:
1. Вырожденность- повышает надежность хранения и передачи генетической информации при делении клеток
2. Специфичность — 1 триплет всегда кодирует только 1 аминокислоту
Генетический ко универсален для всех живых организмов от бактерии до человека
15. Транскрипция и трансляция
Синтез белка включает в себя 2 этапа:
1. Транскрипция- это перепись информации с молекулы ДНК на информационную РНК
Этот процесс протекает в ядре с участием фермента РНК полимеразы. Данный фермент определяет начало и конец синтеза. Началом является специфическая последовательность нуклеотидов которая называется промотором. Конец также является последовательностью нуклеотидов которая называется терминатор.
Транскрипция начинается с определения участка молекулы ДНК, откуда будет списываться информация
Затем этот участок раскручивается по принципу комплементарности к одной цепочке ДНК строится информационное РНК. После завершения синтеза ДНК снова закручивается.
2. Трансляция- это перевод последовательности туклеотидов информационной РНК в последовательность аминокислот
Транспортное РНК переносит информационную РНК к рибосоме. Здесь информационное РНК встраивается в малую субъединицу рибосомы, но в нее помещается только 2 триплета поэтому в ходе синтеза информационное РНК передвигается в большую субъединицу, транспортное РНК переносит аминокислоты, если аминокислота подходит, то она отделяется от транспортной РНК и присоединяется к другим аминокислотам по принципу пептидных связей.
Транспортное РНК покидает рибосому, а в большую субъединицу входят новые транспортные РНК
Если же аминокислота не подходит по принципу комплементарности к информации в малой субъединице,то это транспортное РНК с аминокислотой покидает рибосому
Начало синтеза белка обозначается аденин, урацил, гуанин, а заканчиваются стоп кадоном
Когда синтез белка заканчивается, первичная структура белка отделяется от рибосомы и белок принимает нужную структуру
Жизненный цикл клетки
Клеточный цикл — это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели.
Интерфаза - фаза в жизненном цикле между двумя делениями клетки. Она характеризуется активными процессами обмена веществ, синтезом белка, РНК, накоплением питательных веществ клеткой, ростом и увеличением объема. В середине интерфазы происходит удвоение ДНК (репликация). В результате каждая хромосома содержит 2 молекулы ДНК и состоит из двух сестринских хроматид, которые сцеплены центромерой и образуют одну хромосому. Клетка подготавливается к делению, удваиваются все ее органоиды. Продолжительность интерфазы зависит от типа клеток и в среднем составляет 4/5 от общего времени жизненного цикла клетки. Деление клетки. Рост организма осуществляется за счет деления его клеток. Способность к делению - важнейшее свойство клеточной жизнедеятельности. Делясь, клетка удваивает все свои структурные компоненты, и в результате возникают две новые клетки. Наиболее распространенным способом деления клетки является митоз - непрямое деление клетки. Митоз - процесс образования двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке. Он обеспечивает возобновление клеток в процессе их старения. Митоз состоит из четырех последовательных фаз:
1.Профаза- образование хромосом с двумя хроматидами, разрушение ядерной оболочки.
2.Метофаза-образование веретена деления, укорочение хромосом, формирование экватериальной клетки
3.Анафаза- разделение хроматид, расхождение их к полюсам вдоль волокон веретена деления
4.Телофаза- Исчезновение веретена деления, образование ядерных мембран, диспирализация хромосом.
Митоз. Амитоз
Митоз — это процесс непрямого деления соматических клеток эукариот, в результате которого наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками. Он является основным способом деления клеток эукариот. Продолжительность митоза у животных клеток составляет 30—60 мин, а у растительных — 2—3 ч. Состоит из 4 основных фаз:
1. Профаза- начинается со сперализации цепочек ДНК до хромосом, разрушается ядрышки и ядерная оболочка, хромосомы начинают свободно плавать в цитоплазме.В конце профазы начинает формироваться веретено деления
2. Метофаза- хромосомы выстраиваются строго на экваторе в виде метофазной пластинки. Нити веретена деления, которое уже полностью сформировалось, проходят через цинтромеры хромосом деля хромосому на 2 хроматиды
3. Анафаза- Здесь нити веретена деления разделяют и расстягивают к различным полюсам хроматиды. Веретено деления начинают разрушаться.
4. Телофаза Здесь на полюсах клетки хроматиды диспералицируются, покрываются ядерной оболочкой и начинается деление цитоплазмы и самой клетки.
В итоге митоза образуется 2 одинаковые диплоидные клетки.
+ Кариокенез- это деление ядра
+Цитокенез- это деление цитоплазмы и самой клетки
Амитоз- это прямое деление ядра в реультате которого образуется клетка с двумя ядрами, такой тип характерен для клеток мышц и соединительных тканей
Это необходимо для полноценной организации работы клетки
Если вдруг такая клетка разделится, то новые клетки будут содержать неполный генетический набор, что приведет к их гибели или сделает патогеном.
Мейоз
Это непрямое деление половых клеток в результате которого образуется 4 гаплоидных дочерних клетки с различными генетическими материалами. Это основной этап образования половых клеток.
Биологическое значение мейоза:
1. Благодаря мейозу образуется генетически разные гаметы
2. Поддерживается постоянство диплоидного набора хромосом в соматических клетках
3. Благодаря мейозу из 1 клетки получается 4 новых клетки
Мейоз включает в себя 2 деления:
+ Редукционное- во время этого деления уменьшается количество хромосом
+Эквационное- протекает также как митоз
Интерфаза проходит также как и у митоза т е удваивается ДНК в ядре делящейся клетки.
1 деление мейоза
Профаза -самая сложная и долгая фаза мейоза т к здесь появляется 2 дополнительных процесса.
1- Коньюгация -это тесное сближение гомологичных хромосом в результате чего образуется 4 хроматиды объедененных 1 центрамерой и такая структура будет называться бивалентом. Затем между хромосомами которые объеденены в бивалент идет кроссинговер.
2- Кроссинговер- обмен участками хромосом. В результате этих процессов идет 1 рекомбинация генов
Метофаза — здесь на экваторе клетки биваленты образуют метофазную пластинку, через центромеры которых также проходят нити веретена деления
Анафаза- в отличии от митоза здесь к полюсам клетки расходятся целые хромосомы. Здесь проходят 2 рекомбинации генов
Телофаза -у животных и некоторых растений начинает раскручиваться хромосомы, на полюсах покрываться ядерной оболочкой и расщепляться на 2 клетки(только у животных)
У растений после анафазы сразу идет профаза 2
Интерфаза — характерна только для животных, в отличии от интерфазы митоза здесь не идет увеличение наследственной информации
2 деление мейоза включает в себя профазу, метофазу, телофазу, анафазу, которые протекают точно также как в митозе но с меньшим количеством хромосом.
Бесполое размножение.
Это тип размножения, который характеризуется:
1. самая древняя форма размножения
2. участвует 1 особь
3. происходит при благоприятных условиях
4. все организмы получаются одинаковыми
5. сохраняет свойства и признаки стабильно не изменяющихся условий
Биологическое значение:
1. необходимо для возникновения организмов с идентичными анатомическими свойствами
2. в эволюционном плане бесполое размножение не выгодно, но благодаря этому размножению в короткие сроки увеличивается количество особей внутри популяции
3. Позволяет сохранить полезные признаки ценных сельскохозяйственных соротов растений.
Типы бесполого размножения:
- Митотическое деление- происходит благодаря митозу (амеба,водоросли,бактерии..)
-Спорообразование- осуществляется посредством спор- специализированные клетки грибов и растений. Если у споры есть жгутик, то ее называют зооспорой и она характерна для водной среды (споровики, грибы, лишайники..)
-Кочкование- на материнской особи происходит образование выроста- почки (содержит дочернее ядро) из которого развивается новая особь.Почка растет и достигает размеров материнской особи, только затем отделяется от нее(Гидра, дрожжевые грибы, сосущая инфузория)
- Вегетативное -характерно для многих групп растений, новая особь развивается либо из особых структур либо из части материнской особи.
У некоторых многоклеточных животных также есть вегетативное размножение (губки, морские звезды, плоские черви)
Половое размножение
Характеристика:
1.участвует 2 организации
2.участвуют половые клетки
3. дети получаются разнообразными
4. в эволюционном плане появилось позже бесполого
5. происходит при неблагоприятных условиях
Биологическое значение:
1. потомство лучше приспасабливается к изменяющимся условиям окружающей среды и более жизнеспособное
2. возникают новые организмы
Патеногенез(девственное размножение)
Дочерние организмы развиваются из не оплодотворенных яйцеклеток.
Значение патеногенеза:
1. Размножение возможно при редких контактах разнополых организмов
2. Необходимо для максимального увеличения численности в популяциях с высокой смертностью
3. Для сезонного увеличения численности в некоторых популяциях
ВИДЫ
1. Облигатный(обязательный)- встречается в популяциях, где исключительно женские особи.(кавказская скалистая ящерица)
2. Циклический(сезонный)- характерен для тли, планктона, дафний, Встречается в популяциях которые истерически вымирают в определенный сезон.
3. Фокультативный(не обязательный) — встречается у общественных насекомых. Из неоплодотворенных яйцеклеток появляются самци т е рабочие насекомые из оплодотворенных появляются самки.
Развитие половых клеток
Гаметогенез
Гаметы- это половые клетки при слиянии которых образуется зигота из которой развивается новый организм.
Отличие соматических клеток от половых:
1 гаметы несут гаплоидный набор хромосом, а соматические диплоидный
2.гаметы не делятся, а соматические делятся
3. гаметы, особенно яйцеклетки более крупные чем соматические клетки
Гаметогенез- это образование половых клеток, которые протекают в половых железах-генадах(яичники, семянники)
Оогенез- гаметогенез, который происходит в женском организме и приводит к образованию женских половых клеток(яйцеклетки)
Сперматогенез- гаметогенез, который происходит в мужском организме и приводит к образованию мужских половых клеток (сперматозоиды)
Гаметогенез состоит из нескольких стадий:
1. Размножение- Здесь из первичных половых клеток, которые называются сперматогонии и овогонии, путем митоза увеличивается кол-во будущих гамет. Сперматогонии размножаются в течении всего репродуктивного периода в мужском организме.
В женском организме 1 стадия протекает между 2 и 5 месяцами внутриутробного развития.
2. Рост- первичные половые клетки увеличиваются в размерах и превращаются в овоциты 1 порядка и сперматоциты. Эти клетки образуются в интерфазе. На этой стадии начинается мейоз.
3. Созревание — происходят в два последавательных деления- редукционное и эквационное. В результате 1 деления мейоза образуется овоциты второго порядка и сперватоциты, после 2 деления мейоза из сперматоцитов образуется 4 спермотиды.
Из овоцитов второго порядка образуется 1 крупная яйцеклетка и 3 редукционных тельца. Это связано с тем, что вся энергия и питательные вещества идут на формирование 1 крупной гаметы и на оставшиеся 3 клетки не хватает сил для образования.
Поэтому 3 редукционных тельца в коде размножения расщепляются
4. Формирование — на этой стадии сперматиды т е сформировавшиеся до конца половые клетки растут, развиваются, преобретают жгутик и форму взрослой половой клетки. Из сперматид получаются сперматозоиды.
Сперматозоиды образованы головкой, шейкой и хвостиком.
Яйцеклетка похожа на соматическую клетку, только имеет более крупные размеры и дополнительные оболочки.
Оплодотворение
Это процесс слияния половых клеток в результате которого образуется зигота- это первая клетка нового организма
Типы:
1. Наружное- при этом типе оплодотворения самка откладывает игру, а самец поливает ее семенной жидкость. Этот тип происходит только в водной среде. Не требуется специальных половых структур, вырабатывается большое кол-во наследственного материала и выживаемость потомства минимальна.
2.Внутреннее- при этом типе мужские половые клетки помещаются в половые пути самки. Для этого типа необходимы специальные половые структуры. Вырабатывается меньше наследственного материала. Выживаемость потомства повышается. Как только мужские половые клетки попадают в половые пути самки, они целенаправлено движутся к яйцеклетке, когда 1 из сперматозоидов проникает в яйцеклетку, оболочки ее уплотняются и она становится не досигаемой для других сперматозоидов. Это необходимо для поддержания диплоидности организмов.
Двойное оплодотворение
Характерно только для покрыто семянных растений. В тычинках первичные мужские половые клетки делятся путем мейоза, образуя 4 мкироспоры, каждая микроспора еще раз делится на 2 клетки(вегетативную и генеративную)
Эти клетки покрываются двойной оболочкой, образуя пыльцевое зерно
В пестике из первичной женской клетки путем мейоза формируется 1 мегаспора и 3 клетки отмирают. Получившаяся мегаспора еще делится на 2 клетки, 1 занимает центральное место в завизи, а 2 опускается вниз
Пыльцевое зерно попадает на рыльцо пестика, вегетативная клетка прорастает, образуя пыльцевую трубку до завизи. По этой трубке спускается генеративная клетка, причем она делится на 2 спермия. 1 спермий оплодотворяет центральную клетку из которой формируется эндосперм.
2 спермий оплодотворяет вторую клетку из которой развивается зародыш.
Онтогенез
Это индивидуальное развитие зиготы(организма) до его смерти. Термин был установлен в 1866 г Эрнестом Геккелем
У млекопитающих отногенез регулируется нервной и эндокринной системой
Типы:
1. Личиночное- при этом типе выходя из яйцевых оболочек организм какой-то период находится на стадии личинки, затем подвергается метаморфозу(превращение во взрослую особь)
2. Яйцекладный- при этом типе развития организм долгое время находится в яйцевых оболочках и здесь отсутствует личиночная стадия
3. Внутриутробное- здесь развитие организма протекает внутри материнского организма
Периоды онтогенеза:
1. Эмбриональный(внутриутробный) от зачатия до рождения
2. Постэмбриональный- от рождения о смерти
Эмбриональный период
3 стадии развития
1. Дробление
Начинается спустя несколько часов после оплодотворения. Здесь зигота начинает делиться митотически на 2 клетки(бластомеры) Эти клетки не расходятся и не растут. Затем эти клетки снова делятся и образуют 4 клетки так продолжается до тех пор пока не образуется 32 клетки, пока не сформируется морула- это зародыш, состоящий из 32х мелких клеток напоминающий ягоду малину и размером такая как зигота.
Эта морула спускается по яйцеводу в полость матки и инплонтируется в ее стенку. Это происходит спустя 6 часов после оплодотворения.
Затем клетки морулы продолжают делиться и образуется бластула- это зародыш, состоящий из нескольких сотен клеток, расположенных в 1 слой, Бластула имеет полость и размер ее такой же как у зиготы
2. Гаструляция
Содержит бластулу и гаструлу
+Бластула продолжает делиться и на одном конце деление клеток идет более интенсивно. Это приводит к впячиванию этих клеток во внутрь бластулы т е образуется гаструла
+Гаструла- это двуслойный зародыш имеющий первичный рот который у млекопитающих и высших организмов в ходе развития превращается в анальное отверстие. А истинный рот формируется с другого конца. Полость гаструлы является первичной клеткой.
Наружний слой клеток-это эКтодерма(1 зародышевый лист)
Внутренний слой клеток это эНтодерма(2 зар лист)
Затем между эКтодермой и эНтодермой симметрично с двух концов от первичного рта формируется 3 зародышевый лист(мезодерма)
3.Органогенез
На этой стадии формируется нейрула, на спинной части зародыша наружний слой клеток формирует желобок, который смыкается и формирует нервную трубку. Параллельно с этим процессом из эНтодермы образуется кишечная трубка. А из мезодермы формируется хорда. Из эКтодермы формируется нервная система и органы чувств, также похробный эпителий и его производные (волосы, ногти)
эНтодерма -образует пищеварительную систему и пищеварительные железы, дыхательную систему, щитовидную железу.
4. Мезодерма
Образуется опорно двигательный аппарат, кровеносная, выделительная,половая системы.
Постэмбриональный период
Постэмбриональное развитие может идти двумя путями:
Прямым и непрямым: с полным и неполным превращением
Прямое развитие- характерно для птиц, рыб, млекопитающих, человека. Новая особь рождаясь выходя из яйцевых оболочек похожа на взрослую особь, но небольших размеров, с другими пропорциями, с недоразвитой нервной и половой системой, а также могут отличаться покровы.
Во время постэмбрионального развития доразвиваются нервная и половая системы. Изменяется покров и организм подвергается обучению и воспитанию.
Непрямое развитие- при этом типе в постэмбриональном развитии присутсвует стадия личинки. Личинка мало похожа или вовсе не похожа на взрослую особь. Она интенсивно растет, развивается и употребляет много пищи.
+ При этом типе непрямого развития организм выходя из яйца проходит стадию личинки, которая превратится в куколку и личинка полностью разрушится до органических соединений из которых будет строиться новый организм.Из куколки выходит взрослая особь(имаго)
яйцо-личинка-куколка-имаго
+ С неполным превращением развитие идет амфибий и некторых насекомых
Здесь отсутствует куколка и метаморфоз происходит в течении стадии личинки.
Яйцо-личинка-взрослая особь
26.Положение человека с системе животного мира.
Антропология-это наука о происхождении и эволюции человека.
Методы антропологии:
1.Полеантологические-выявление причин гоминизации
2.Анатомоморфологические-установление сходства и различия между особями, популяциями и расами
3. Группа антропометрических-это изменение тела:
+Соматометрия-измеряет живого человека(вес,рост,объем мышц)
+Остеометрия- измерение костей скелета
+Кранометрия- измерение черепа
