Лекция 2 СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ СОВРЕМЕННЫЕ

. . . Лекция 2. СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ.

МУТАЦИИ Мутации – это редкие, случайно возникшие стойкие изменения генотипа, затрагивающие весь геном, целые хромосомы, их части или отдельные гены. Они могут быть полезны, вредны и нейтральны для организмов

МУТАЦИИ Геномными называют мутации, приводящие к изменению числа хромосом. Полиплоидия. Структурные изменения хромосом АБВГДЕ – нормальный порядок генов АБВВГДЕ удвоение, ДУПЛИКАЦИЯ АБВДЕнехватка участка, ДЕЛЕЦИЯ АБГВДЕ поворот на 180 град. , ИНВЕРСИЯ АБВГМК – перемещение на другую хромосому, ТРАНСЛОКАЦИЯ

МУТАЦИИ Генные мутации – изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Генеративные и соматические мутации. Мутации в клетках половых зачатков и зрелых половых клетках, получили название генеративных. Мутации, возникающие во всех клетках тела, за исключением половых, называют соматическими.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МУТАЦИОННОЙ ТЕОРИИ - мутации – это дискретные изменения наследственного материала; - мутации – редкие события; - мутации могут устойчиво передаваться из поколения в поколение; - мутации возникают ненаправленно (спонтанно) и не образуют непрерывных рядов изменчивости

БЕЛКИ: СОСТАВ Гетерополимеры, состоящие из 20 различных мономеров – аминокислот. Общее строение аминокислот можно представить так – R – CNH 2 – COOH кислотные свойства обусловлены наличием в их молекулах карбоксильной группы —COOH основные свойства обусловлены аминогруппой — NH 2 Амфотерность - способность некоторых соединений проявлять как кислотные, так и осно вные свойства.

БЕЛКИ: СОСТАВ Аминокислоты: Заменимые (синтезируются в самом организме) Незаменимые (животный организм получает с пищей) Среди белков различают протеины – состоят только из аминокислот протеиды – содержат небелковую часть (например, гемоглобин, который состоит из белка глобина и порфирина – гемма) В процессе метаболизма молекула белка гидролизуется до отдельных аминокислот, из которых может быть синтезирована новая белковая молекула. Между соединившимися аминокислотами возникает связь (—CO—NH—), называемая пептидной, а образовавшееся соединение нескольких аминокислот называют пептидом.

БЕЛКИ: СТРУКТУРА Первичная структура – полипептидная цепь из аминокислот Вторичная структура – полипептидная цепь, закрученная в виде спирали

БЕЛКИ: СТРУКТУРА Третичная структура представляет собой причудливую, но для каждого белка специфическую конфигурацию – глобулу Четвертичная структура образуется благодаря соединению нескольких молекул белка между собой. Если пептидные цепи уложены в виде клубка, то такие белки называются глобулярными. Если полипептидные цепи уложены в пучки нитей, они носят название фибриллярных белков.

ФУНКЦИИ БЕЛКОВ Защитная (интерферон усиленно синтезируется в организме при вирусной инфекции) Структурная (коллаген входит в состав тканей, участвует в образовании рубца) Двигательная (миозин участвует в сокращении мышц) Запасная (альбумины яйца) Транспортная (гемоглобин эритроцитов переносит питательные вещества и продукты обмена) Рецепторная (белки-рецепторы обеспечивают узнавание клеткой веществ и других клеток) Регуляторная (регуляторные белки определяют активность генов); Белки-гормоны участвуют в гуморальной регуляции (инсулин регулирует уровень сахара в крови) Белки-ферменты катализируют все химические реакции в организме Энергетическая (при распаде 1 г белка выделяется 17 кдж энергии).

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА Источником энергии при синтезе белка является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) АТФ +Н 2 О = АДФ + Н 3 РО 4 + 40 к. Дж/моль Ген – участок ДНК, где содержится информация о структуре белка Каждой аминокислоте белка в ДНК соответствует последовательность из трех расположенных друг за другом нуклеотидов — триплет. Синтез белка происходит в цитоплазме клетки, на рибосомах Из ядра в цитоплазму информация о структуре белка поступает в виде информационной РНК (и-РНК)

ТРАНСКРИПЦИЯ Информация о последовательности нуклеотидов какого-либо гена ДНК «переписывается» в последовательность нуклеотидов и-РНК. Для синтеза и-РНК участок ДНК деспирализуется, затем по принципу комплементарности на одной из цепочек ДНК синтезируются молекулы РНК. Например, напротив гуанина молекулы ДНК - цитозин молекулы РНК, аденина молекулы ДНК — урацил молекулы РНК, тимина молекулы ДНК — аденин модекулы РНК цитозина молекулы ДНК — гуанин молекулы РНК

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА В цитоплазме обязательно должен быть набор аминокислот, необходимых для синтеза белка. Аминокислота может попасть к месту непосредственного синтеза белка, т. е. в рибосому, только прикрепившись к специальной транспортной РНК (т-РНК). Для переноса каждого вида аминокислот в рибосомы нужен отдельный вид т-РНК. Так как в состав белков входит около 20 аминокислот, существует столько же видов т-РНК.

ПРОЦЕССИНГ - СОЗРЕВАНИЕ МОЛЕКУЛЫ РНК Молекулы т-РНК образуют своеобразные структуры, напоминающие по форме лист клевера. Виды т-РНК обязательно различаются по триплету нуклеотидов, расположенному на «верхушке» , антикодону. Каждый антикодон по генетическому коду соответствует той аминокислоте, которую предстоит переносить этой т-РНК. К «черешку листа» специальный фермент прикрепляет обязательно ту аминокислоту, которая кодируется триплетом, комплементарным антикодону.

ТРАНСЛЯЦИЯ —ПЕРЕВОД ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НУКЛЕОТИДОВ МОЛЕКУЛЫ И-РНК В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ АМИНОКИСЛОТ СИНТЕЗИРУЕМОГО БЕЛКА. На конец и-РНК, с которого начинается синтез белка, нанизывается рибосома. Рибосома перемещается по молекуле и-РНК прерывисто. За мгновение одна т-РНК способна «опознать» своим антикодоном триплет, на котором находится рибосома. И если антикодон комплементарен этому триплету и -РНК, аминокислота отсоединяется от «черешка листа» и присоединяется пептидной связью к растущей белковой цепочке. Эта операция повторяется столько раз, сколько аминокислот должен содержать «строящийся» белок. Когда в рибосоме оказывается триплет «стоп-сигнал» между генами, синтез белка заканчивается.

УГЛЕВОДЫ Соединения углерода, водорода и кислорода с принципиальной формулой Cm(H 2 O)n К этому классу относятся сахара: моно C 6 H 12 O 6 , дисахариды C 12 H 24 O 12, и полисахариды, в которых молекулы простых сахаров объединяются в сложные комплексы. Наиболее важен из полисахаридов крахмал (характерен для растений), гликоген (характерен для животных) и клетчатка (целлюлоза), составляющая основу растительных клеток

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ Энергетическая (при распаде 1 г углеводов выделяется 17, 6 кдж энергии) Структурная (целлюлоза, входящая в состав клеточной стенки у растений) Запасающая (запас питательных веществ в виде крахмала у растений и гликогена у животных).

ЛИПИДЫ (ЖИРЫ) Содержат те же элементы, что и углеводы, но в несколько ином соотношении. Жиры – это триглицериды жирных кислот. Простые и сложные Молекулы простых липидов состоят из трехатомного спирта глицерина и трех остатков жирных кислот. Сложные липиды являются соединениями простых липидов с белками и углеводами.

ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ Энергетическая (при распаде 1 г липидов образуется 38, 9 кдж энергии) Структурная (фосфолипиды клеточных мембран, образующие липидный бислой) Запасающая (запас питательных веществ в подкожной клетчатке и других органах) Защитная (подкожная клетчатка и слой жира вокруг внутренних органов предохраняют их от механических повреждений) Регуляторная (гормоны и витамины, содержащие липиды, регулируют обмен веществ) Теплоизолирующая (подкожная клетчатка сохраняет тепло)

ГЕНЕТИКА — НАУКА О ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ Наследственность — свойство организмов передавать свои признаки от одного поколения к другому. Изменчивость — свойство организмов приобретать новые по сравнению с родителями признаки. Признак — любая особенность строения, любое свойство организма. Каждая отдельно взятая особь обладает набором признаков, характерных только для нее. Ген — функционально неделимая единица генетического материала, участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомной РНК Фенотип — совокупность всех внешних и внутренних признаков организма. Генотип — совокупность генов организма

Локус — местоположение гена в хромосоме Аллельные гены — гены, расположенные в идентичных локусах гомологичных хромосом Гомозигота — организм, имеющий аллельные гены одной молекулярной формы Гетерозигота — организм, имеющий аллельные гены разной молекулярной формы Рецессивный ген — аллель, определяющий развитие признака только в гомозиготном состоянии; такой признак будет называться рецессивным Доминантный ген — аллель, определяющий развитие признака не только в гомозиготном, но и в гетерозиготном состоянии; такой признак будет называться доминантным

МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ Гибридологический метод — система скрещиваний. Отличительные особенности метода: 1. целенаправленный подбор родителей, различающихся по одной, двум, трем и т. д. парам контрастных (альтернативных) стабильных признаков; 2. строгий количественный учет наследования признаков у гибридов; 3. индивидуальная оценка потомства от каждого родителя в ряду поколений. Скрещивание, при котором анализируется наследование одной пары альтернативных признаков, называется моногибридным, двух пар — дигибридным, нескольких пар — полигибридным.

МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ Генеалогический — составление и анализ родословных Цитогенетический — изучение хромосом Близнецовый — изучение близнецов Популяционно-статистический метод — изучение генетической структуры популяций.

ХРОМОСОМНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛА Кариотип - совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д. ) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида Хромосомы, одинаковые у обоих полов, — аутосомы, хромосомы, по которым женский и мужской пол отличаются друг от друга, — половые хромосомы.

ХРОМОСОМНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛА У человека «женскими» половыми хромосомами являются две Ххромосомы. Пол, у которого образуются гаметы одного типа, несущие Ххромосому, называется гомогаметным. «Мужские» половые хромосомы у человека — Х-хромосома и Yхромосома. Пол, у которого образуются гаметы разного типа, называется гетерогаметным. Если образуется зигота, несущая две Х-хромосомы, то из нее будет формироваться женский организм, если Х-хромосому и Y-хромосому — мужской.

БИОТЕХНОЛОГИЯ: КЛЕТОЧНАЯ И ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ Клеточная инженерия – это выращивание клеток какоголибо организма на искусственных питательных средах, где клетки размножаются, растут, и выделяют необходимые человеку вещества. Например, делаются попытки выращивания культуры клеток желез внутренней секреции для получения гормонов.

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ Генная инженерия –совокупность биотехнологических методов, позволяющих создавать синтетические системы на молекулярно-биологическом уровне Цель генной инженерии в конструировании генетических структур по намеченному плану в возможности преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ Методы генной инженерии позволяют конструировать молекулы ДНК с заданным и свойствами. Кодирующую белок последовательность и регуляторные участки берут обычно у различных организмов. Созданная таким образом ДНК является гибридной, или рекомбинантной. Основные направления генетической модификации организмов: – придание устойчивости к ядохимикатам (например, к определенным гербицидам); – придание устойчивости к вредителям и болезням; – повышение продуктивности (например, быстрый рост трансгенного лосося); – придание особых качеств (например, изменение химического состава).

Структурно-функциональная организация прокариотических клеток Клеточная стенка Плазматическая мембрана Гиалоплазма Наследственный аппарат: Одна крупная «голая» , лишенная защитных белков, молекула ДНК, замкнутая в кольцо, – нуклеоид. Плазмиды. Мембранные органеллы: мезосомы, ламелы и ламелосомы – фотосинтетические мембраны Немембранные органеллы. Рибосомы. Органеллы движения – жгутики, органеллы узнавания Непостоянные включения: гранулы белка, капли жиров, молекулы полисахаридов, соли. Размножаются они путем деления без выраженного полового процесса. Митоз у прокариотов отсутствует.

Структурно-функциональная организация эукариотических клеток Ядро, в котором заключен отграниченный от матрикса ядерной мембраной генетический материал. Плазмалемма (цитоплазматическая мембрана и гликокаликс) Ядро (мембрана, ядерный сок, ядрышко и хроматин). Цитоплазма. Ядрышко – это структура, где происходит образование и созревание рибосомальных РНК (р. РНК).

ОРГАНЕЛЛЫ Органеллы общего значения Митохондрии. Обеспечивают клеточное дыхание и синтез АТФ. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – сеть каналов, пронизывающих цитоплазму. Гладкая и гранулярная Комплекс Гольджи - вещества накапливаются, синтезируются и транспортируются по ЭПС.

ОРГАНЕЛЛЫ Лизосомы –содержат комплекс ферментов, которые обеспечивает расщепление жиров, углеводов и белков. Рибосомы – субмикроскопические органоиды, синтез белков. Группы образуют полисомы. В растительных клетках есть еще и хлоропласты, в которых протекает фотосинтез. Органеллы специальные (в клетках, выполняющих специфические функции: микроворсинки всасывающего эпителия кишечника, миофибриллы мышечных клеток и т. д. ).

Обмен веществ и энергии на клеточном уровне: аэробное и анаэробное дыхание. Клеточное дыхание — это окисление : органических веществ, приводящее к получению химической энергии (АТФ). Большинство клеток использует в первую очередь углеводы. Жиры составляют «первый резерв» и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Белки используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА Подготовительный. Расщепление высокомолекулярных веществ на мелкие молекулы Бескислородный – окисление: гликолиз, молочнокислое, спиртовое брожение Кислородное расщепление (аэробное дыхание) С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О + энергия

ФОТОСИНТЕЗ 6 СО 2 + 6 Н 2 О = 6 С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 СВЕТОВАЯ ФАЗА: Во время световой фазы энергия солнечного света улавливается зелеными растениями и превращается в химическую энергию, заключенную в органических веществах, богатых энергией (АТФ и т. д. ) ТЕМНОВАЯ ФАЗА фотосинтеза связана с использованием макроэргических веществ для синтеза различных органических соединений (главным образом, углеводов).

ХЕМОСИНТЕЗ Хемосинтез — тип питания бактерий, основанный на усвоении СO 2 за счет окисления неорганических соединений Реакции . хемосинтеза 1. нитрифицирующие бактерии 2 NH 3 + 302 → 2 HN 02 + 2 H 20 + Q 2 HN 02+02 → 2 HN 03 + Q 2. серобактерии 2 H 2 S + O 2 → 2 H 20 + 2 S + Q S+ 302 + 2 H 20 → 2 H 2 S 04 + Q 3. железобактерии 4 Fe(HCO 3)2 + 6 H 2 O + O 2 → 4 Fe(OH)3 + 4 H 2 CO 3 +4 CO 2 + Q

ТКАНИ Ткань - устойчивые, закономерно повторяющиеся комплексы клеток, сходные по происхождению, строению и приспособленные к выполнению одной или нескольких функций. Ткань называется простой, если все ее клетки одинаковы по форме и функциям (паренхима, склеренхима, колленхима). Сложные ткани (покровные, проводящие) состоят из клеток, неодинаковых по форме, внутреннему строению и функциям, но связанны общим происхождением. У растений выделяют 6 видов тканей, у животных – 4.

ГРУППЫ ТКАНЕЙ РАСТЕНИЙ Образовательные ткани или меристемы (боковая меристема, камбий, перицикл) Меристематические ткани: 1 — в зародыше семени, 2 — в проростке растения, 3 — в кончике корня; Основная ткань, или паренхима (ассимиляционная, запасающая, воздухоносная и водоносная паренхима). Паренхимные ткани: 1— 3 — хлорофиллоносная; 4— запасающая (клетки с зернами крахмала); 5 — воздухоносная, или аэренхима

ГРУППЫ ТКАНЕЙ РАСТЕНИЙ Покровные ткани (кожица, перидерма, корка) Перидерма (А), внешний вид чечевичек (Б), чечевичка на поперечном срезе ветки бузины (В): 1 - остатки эпидермы, 2 - пробка (феллема), 3 - феллоген (пробковый камбий), 4 - феллодерма, 5 - чечевичка, 6 - выполняющая ткань. Проводящие ткани (ксилема, флоэма, проводящие сосудисто -волокнистые пучки) Элементы ксилемы (а) и флоэмы (6): 1— 5 — кольчатая, спиральная, лестничная и пористая (4, 5) трахеи соответственно; 6 — кольчатая и пористая трахеиды; 7 — ситовидная трубка с клеткой-спутницей.

ГРУППЫ ТКАНЕЙ РАСТЕНИЙ Механические ткани прочность, ориентация Выделительные ткани выделение продуктов обмена или воды