Ответы на билеты по биологии. Жизненный цикл бактериофага
 Скачать 0.72 Mb.
|
         ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19
1. Жизненный цикл бактериофага Существует два пути развития фага в клетке: 1. Литический цикл. При этом, ДНК фага, попав в клетку бактерии, вызывает разрушение ее ДНК и прекращение синтеза РНК и белков. После этого начинает синтезироваться собственная ДНК фага, а также белки оболочки и вещества, необходимые для разрушения бактериальной клетки – лизоцимы. Заключительный процесс – созревание – состоит в соединении фаговой ДНК с белком оболочки и образовании зрелых фаговых частиц. После этого клеточная стенка бактерий размягчается под действием фагового лизоцима и новые фаги освобождаются (200-1000 шт). Жизненный цикл фага составляет 30 мин. Такие бактериофаги называют вирулентными, поскольку заражение бактериальной клетки заканчивается ее разрушением. 2. Лизогенный цикл. При этом фаговая ДНК, оказавшись в клетке, встраивается в ДНК клетки-хозяина и никак не проявляется на протяжении многих поколений. При каждом делении клетки фаговая ДНК копируется вместе с клеточной ДНК. Фаг, находящийся в таком состоянии называют профагом. Клетка, содержащая профаг, называется лизогенной. Затем фаг высвобождается, вызывая гибель клетки-хозяина. Свойство бактериофагов разрушать бактерии используется для лечения бактериальных заболеваний. Через 10-15 минут после введения фага в организм, возбудители чумы, брюшного тифа, сальмонеллиоза – обезвреживаются. Однако бактерии более изменчивы, чем фаги, поэтому относительно быстро становятся нечувствительными к ним.
При половом размножении дочерний организм возникает в результате слияния двух половых клеток (гамет) и последующего развития из оплодотворенной яйцеклетки — зиготы. Половые клетки родителей обладают гаплоидным набором (n) хромосом, а в зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n): каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому. Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате особого клеточного деления — мейоза. Мейоз — разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых желез образуются гаплоидные гаметы (1n). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2n2хр (рис. 1).В профазе мейоза I происходит постепенная спирализация хроматина с образованием хромосом. Гомологичные хромосомы сближаются, образуя общую структуру, состоящую из двух хромосом (бивалент) и четырех хроматид (тетрада). Соприкосновение двух гомологичных хромосом по всей длине называется конъюгацией. Затем между гомологичными хромосомами появляются силы отталкивания, и хромосомы сначала разделяются в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы). Расхождение хроматид постепенно увеличивается, и перекресты смещаются к их концам. В процессе конъюгации между некоторыми хроматидами гомологичных хромосом может происходить обмен участками — кроссинговер, приводящий к перекомбинации генетического материала. К концу профазы растворяются ядерная оболочка и ядрышки, формируется ахроматиновое веретено деления. Содержание генетического материала остается прежним (2n2хр).В метафазе мейоза I биваленты хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. В этот момент спирализация их достигает максимума. Содержание генетического материала не изменяется (2п2хр).В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и расходятся к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна — число хромосом уменьшается вдвое (происходит редукция). Содержание генетического материала становится 1n2хр у каждого полюса.В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы — образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома — две хроматиды (1n2хр).Интеркинез — короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.  Рис. 1. Схема мейоза (показана одна пара гомологичных хромосом). Мейоз I: 1, 2, 3. 4. 5 — профаза; 6 —метафаза; 7 — анафаза; 8 — телофаза; 9 — интеркинез. Мейоз II; 10 —метафаза; II —анафаза; 12 — дочерние клетки. В профазе мейоза II происходят тс же процессы, что и в профазе митоза. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Изменений содержания генетического материала не происходит (1n2хр). В анафазе мейоза II хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки, и содержание генетического метериала у каждого полюса становится lnlxp. В телофазе образуются 4 гаплоидные клетки (lnlxp).Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной материнской клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза I происходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II — случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы являются причиной комбинативной изменчивости. Биологическое значение мейоза: 1) является основным этапом гаметогенеза; 2) обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении; 3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой. Атак же, биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гамет сливаются. Если бы указанной редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Однако это противоречит правилу постоянства числа хромосом. Благодаря мейозу половые клетки гаплоидны, а при оплодотворении в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом (рис. 2 и 3).  Рис. 2. Схема гаметогенеза: à — сперматогенез; á — овогенез  Рис. 3. Схема, иллюстрирующая механизм сохранения диплоидного набора хромосом при половом размножении ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18
1. Строение вирусов Вирусная частица, называемая также вирионом, состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной белковой оболочкой. Эту оболочку называют капсидом. Капсид состоит из субъединиц – капсомеров. Капсид с нуклеиновой кислотой – нуклеокапсид - может быть голым или иметь дополнительную оболочку (вирусы гриппа и герпеса). Самые простые вирусы, например вирус табачной мозаики, имеет лишь белковый капсид. Аналогично устроен вирус бородавок, аденовирусы. Вирусные частицы могут быть палочковидной или нитевидной формы, иметь форму многогранника. РНК походит по желобку, образованному белковыми молекулами Белковая субъед. Вирус табачной мозаики Вирус герпеса Вирус полимиелита Вирус гриппа Вирусы содержат только одну нуклеиновую кислоту – ДНК или РНК (тогда как все остальные организмы - обязательно имеют обе). На этом основании все вирусы делят на две группы: ДНК-содержащие и РНК-содержащие. Взаимодействие вируса с клеткой 1. Опознание вирусом своей клетки. Как правило, проникновению вируса предшествует связывание его с особым белком-рецептором на поверхности клетки. 2. Адсорбция – прикрепление вириона к поверхности клетки. Связывание осуществляется с помощью специальных белков на поверхности вирусной частицы, которые узнают соответствующий рецептор на поверхности клетки. Как ключ к замку. 3. Проникновение через мембрану. Участок мембраны, к которому присоединился вирус, погружается в цитоплазму и превращается в вакуоль, которая затем может сливаться с ядром. 4. «Раздевание» - освобождение от капсида. Происходит либо на поверхности клетки, либо в результате разрушения капсида ферментами клетки в цитоплазме. 5. Копирование (редупликация) вирусной нуклеиновой кислоты. 6. Синтез вирусных белков. 7. Сборка вирионов в ядре или цитоплазме. 8. Выход вирионов из клетки. Для некоторых вирусов это происходит путем «взрыва», в результате чего целостность клетки нарушается и она погибает. Другие вирусы выделяются способом, напоминающим почкование. В этом случае клетки хозяина могут долго сохранять свою жизнеспособность. Вирионы выделяются из клетки с различной скоростью. При некоторых типах инфекции вирионы могут достаточно долго находиться внутри клетки, не разрушая ее. 2.Функциональные группы организмов в сообществах: продуценты, консументы, редуценты. Их роль в круговороте веществ и энергии. Как правило, в любой экосистеме можно выделить три функциональные группы организмов: 1. Продуценты (производители) – это автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических (растения, некоторые бактерии). 2. Консументы (потребители) – это гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество растений (растительноядные – консументы 1-го порядка) или других животных (плотоядные – консументы 2-го порядка). К ним относятся животные, грибы, и большинство бактерий. 3. Редуценты (разрушители) – гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минеральных веществ (некоторые бактерии и грибы). Эти три группы организмов существуют, как правило, в любом сообществе. В каждую группу входит множество популяций, населяющих экосистему. Питаясь друг другом, живые организмы образуют пищевые цепи. Каждое звено цепи соответствует определенному трофическому уровню. В основе цепи питания (первый уровень) лежат зеленые растения – продуценты. Второй составляют растительноядные животные – первичные консументы, третий – плотоядные животные – вторичные консументы. Замыкают цепь микроорганизмы – редуценты – переводящие органические остатки в неорганические вещества, доступные для растений. В сообществах пищевые цепи сложно переплетаются и образуют пищевые сети. Благодаря сложности пищевых связей выпадение какого-то одного вида часто не нарушает равновесия в экосистеме. Таким образом, в экосистеме происходит непрерывный круговорот веществ с участием живых организмов. Поскольку в этот круговорот вовлечена и неживая среда, говорят о биогеохимических циклах. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17
Вирусы Вирусы играют большую роль в жизни человека. Они являются возбудителями ряда опасных заболеваний – оспы, гепатита, энцефалита, краснухи, бешенства, гриппа и др. В 1892 г. русский ученый Д.И. Ивановский описал необычные свойства возбудителя болезни табака – табачной мозаики. Этот возбудитель проходил через бактериальные фильтры и кроме того, не рос на искусственных питательных средах. Таким образом, здоровые растения табака можно было заразить бесклеточным фильтратом сока больного растения. Через насколько лет был обнаружен возбудитель ящура, который также проходил через бактериальные фильтры. В 1898 г. Бейеринк придумал новое слово «вирус» (от лат. Яд), чтобы обозначить инфекционную природу некоторых профильтрованных растительных жидкостей. В 1917 г. Ф. д’Эррель открыл бактериофаг – вирус поражающий бактерии. Однако долгое время структура вируса оставалась загадкой для ученых. Поэтому-то вирусы оказались в числе первых объектов, исследованных под электронным микроскопом сразу же после его открытия в 30-е годы. Отличия вирусов от других организмов: 1. Вирусы – это мельчайшие организмы (в среднем они раз в 50 меньше бактерий), их нельзя увидеть в световой микроскоп. 30-300 нм. 2. Вирусы не имеют клеточного строения. Если считать клеточное строение обязательным признаком живого, то вирусы живыми не являются. Однако они обладают генетическим материалом и способны к самовоспроизведению. Существует предположение, что вирусы это генетический материал, некогда сбежавший из клетки и сохранивший способность к воспроизведению при возвращении в клеточное окружение. 3. Вирусы могут воспроизводить себя только внутри живой клетки и не являются самостоятельными организмами. 4. Вирусы состоят из одной небольшой молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК либо РНК) и окружены белковой оболочкой 5. В отличие от клеточных организмов вирусы не могут самостоятельно синтезировать белки. Вирус вносит в клетку только свою нуклеиновую кислоту, которая отключает хозяйскую ДНК и дает клетке команду синтезировать нужные ему белки (для сборки и высвобождения новых копий вируса). 6. Молекула ДНК вирусов может встраиваться в геном клетки хозяина и существовать в таком виде не проявляя себя долгое время. Таким образом, паразитизм вирусов – это паразитизм на генетическом уровне. 2.Формы размножения организмов. Типы бесполого размножения ФОРМЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ Половое и бесполое размножение. Многообразие способов бесполого размножения (вегетативное, почкование, спорообразование). Образование половых клеток. Мейоз. Особенности образования и строения мужских и женских половых клеток. Оплодотворение. Развитие половых клеток и двойное оплодотворение у цветковых растений. Размножение - это способность всех организмов воспроизводить себе подобных, что обеспечивает непрерывность и приемлемость жизни. Основные способы размножения представлены:  основе бесполого размножения лежит деление клеток путем митоза, при котором из каждой материнской клетки (организма) создаются две равноценные дочерние клетки (два организма). Биологическая роль бесполого размножения заключается в возникновении организмов, идентичных родительским по содержанию наследственного материала, а также анатомическим и физиологическим свойствам (биологические копии). При половом размножении у прокариот две клетки обмениваются наследственной информацией в результате перехода молекулы ДНК из одной клетки в другую по цитоплазматическому мостику.У эукариот половой процесс связан с образованием половых клеток - ГАМЕТ. Мужскими гаметами являются сперматозоиды, женскими - яйцеклетки. Новый организм возникает в результате оплодотворения, СЛИЯНИЯ ЯДЕР ЯЙЦЕКЛЕТКИ И СПЕРМАТОЗОИДА. Образуется ЗИГОТА.Очевидно, что гаметы должны иметь в два раза меньшее число хромосом, чем соматические клетки, так как в противном случае число хромосом в каждом последующем поколении должно было бы удваиваться. Этого не происходит благодаря особому типу клеточного деления МЕЙОЗУ.Мейоз или редукционное деление состоит из двух следующих друг за другом делений. Уменьшение числа хромосом вдвое (редукция) в процессе мейоза обусловленно тем, что за два мейотических деления удвоениеДНК (хромосом) наблюдается только один раз - в интерфазе перед первым делением. Во втором делении происходит только расхождение имеющихся хромосом.Обратите внимание на то, что в первом делении мейоза в дочерние клетки расходятся удвоенные гомологичные хромосомы. Из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку уходит одна (удвоенная в интерфазу). Сравните с поведением хромосом в процессе митоза.Во время профазы первого деления происходит временное соединение гомологичных хромосом - КОНЬЮГАЦИЯ, при этом может происходить обмен гомологичными участками - КРОССИНГОВЕР.БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ МЕЙОЗА В ТОМ, ЧТО ГОМОЛОГИЧНЫЕ ХРОМОСОМЫ ПОПАДАЮТ В РАЗНЫЕ ГАМЕТЫ, А ПРИ ОПЛОДОТВОРЕНИИ ПАРНОСТЬ ГОМОЛОГИЧНЫХ ХРОМОСОМ ВОССТАНАВЛИВАЕТСЯ, то есть два процесса, мейоз и оплодотворение, обеспечивают постоянство хромосомного набора, или постоянный для каждого вида организмов полный (диплоидный) набор хромосом.Происходящий в мейозе перекрест хромосом и обмен участками между ними, а также независимое расхождение каждой пары гомологичных хромосом способствует НАСЛЕДСТВЕННОМУ МНОГООБРАЗИЮ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ.Полностью процесс развития и формирования половых клеток гамет - гаметогенез происходит в половых железах в три этапа: 1) митотическое деление незрелых половых клеток; 2) их рост и созревание (мейоз); 3) формирование гамет. Процесс мейоза у самок и самцов протекает сходно, но есть особенности. У самцов из четырех гаплоидных клеток (при мейозе образуется 4 гаплоидные клетки) формируется четыре сперматозоида. А у самок из четырех гаплоидных клеток формируется одна яйцеклетка, остальные гибнут.Процесс оплодотворения обеспечивает восстановление диплоидного набора хромосом, объединяет в одном организме отцовские и материнские наследственные факторы, обеспечивает непрерывность поколений. |