Ответы на билеты по биологии. Жизненный цикл бактериофага
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
Химический состав клетки: строение и функции белков: Белки составляют 50-80% сухой массы клетки. Несмотря на свое разнообразие, все белки построены всего из 20 различных аминокислот. По своему составу белки делятся на простые и сложные. Простые белки состоят только из аминокислот. Сложные белки помимо аминокислот имеют в своем составе другие органические соединения: белки содержащие нуклеиновые кислоты называются нуклеопротеиды, липиды – липопротеиды, углеводы – гликопротеиды Функции белков: 1. Строительная функция: белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки. 2. Каталитическая (ферментативная) функция: практически все химические реакции, протекающие в клетке, катализируются ферментами. По своей природе все ферменты являются белками и, таким образом, именно белки определяют течение всех химических реакций, необходимых для существования организма. 3. Двигательная функция живых организмов обеспечивается специальными сократительными белками (мерцание ресничек, биение жгутиков, сокращение мышц). 4. Транспортная функция белков заключается в переносе химических элементов или биологически активных веществ к различным тканям и органам (белки переносчики обеспечивают перенос необходимых клетке веществ через мембрану, гемоглобин переносит кислород с током крови по всему организму). 5. Защитная функция белков заключается в связывании и обезвреживании чужеродных организму веществ. Например, при поступлении в организм чужеродных веществ или микроорганизмов белые кровяные тельца (лейкоциты) образуют специальные белки – антитела, способные к обезвреживанию чужеродных агентов. 6. Энергетическая функция: белки служат источником энергии в клетке. При расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии, необходимой для большинства жизненно важных процессов, протекающих в клетке. 7. Регуляторная функция: некоторые гормоны имеют белковую природу (инсулин, тироксин). Гормоны оказывают влияние на обмен веществ в организме, развитие тканей и органов. На клеточном уровне многие процессы регулируются специальными регуляторными белками. 8. Токсическая функция: биологические яды (токсины), имеют белковую природу. Токсины вырабатываются некоторыми микроорганизмами, растениями и животными (змеиный яд, дифтерийный токсин). 2Типы взаимоотношений между организмами: нейтрализм, антибиоз, симбиоз: Типы взаимоотношений между организмами Животные и растения, грибы и бактерии существуют не изолированно друг от друга, а вступают в сложные взаимоотношения. Различают несколько форм взаимодействия популяций. Нейтрализм Сожительство двух видов на одной территории, не имеющее для них ни положительных, ни отрицательных последствий. При нейтрализме совместно обитающие популяции разных видов не влияют друг на друга. Например, можно сказать, что белка и медведь, волк и майский жук прямо не взаимодействуют, хотя обитают в одном лесу. Антибиоз Когда обе взаимодействующие популяции или одна из них испытывают вредное, подавляющее жизнедеятельность влияние. Антагонистические взаимоотношения могут проявляться следующим образом: 1. Конкуренция. Форма антибиотических отношений, при которой организмы соперничают друг с другом за пищевые ресурсы, полового партнера, убежище, свет и др. В конкуренции за пищу побеждает вид, особи которого быстрее размножаются. В естественных условиях конкуренция между близкородственными видами ослабевает, если один из них переходит на новый источник пищи (то есть занимают другую экологическую нишу). Например, зимой насекомоядные птицы избегают конкуренции за счет разных мест поиска пищи: на стволе деревьев, в кустарниках, на пнях, на крупных или мелких ветвях. Вытеснение одной популяции другой: При смешанных посевах разных видов клевера они сосуществуют, но конкуренция за свет приводит к уменьшению плотности каждого из них. Таким образом, конкуренция возникающая между близкими видами может иметь два следствия: или вытеснения одного вида другим, или разная экологическая специализация видов, дающая возможность сосуществовать совместно. Подавление одной популяции другой: Так, грибы, вырабатывающие антибиотики, подавляют рост микроорганизмов. Некоторые растения, способные расти на бедных азотом почвах, выделяют вещества, подавляющие деятельность свободноживущих азотфиксирующих бактерий, а также образование клубеньков у бобовых. Таким путем они предотвращают накопление в почве азота и заселение ее видами, нуждающимися в большом его количестве. 3. Аменсализм Форма антибиотических отношений, при которой один организм взаимодействует на другой и подавляет его жизнедеятельность, а сам не испытывает никаких отрицательных влияний со стороны подавляемого (например ель и растения нижнего яруса). Частным случаем является аллелопатия – влияние одного организма на другой, при котором во внешнюю среду выделяются продукты жизнедеятельности одного организма, отравляя ее и делая непригодной для жизни другого (распространено у растений). 4. Паразитизм Это форма взаимоотношений организмов, относящимся к разным видам, при которой один организм (паразит) использует другой организм (хозяина) в качестве среды обитания и источника пищи. Различают паразитов постоянных (облигатных) и временных (факультативных). Постоянные паразиты не могут существовать во внешней среде и всю жизнь обитают в теле или на наружных покровах хозяина (аскарида, бычий цепень, вши и др.). Временные паразиты посещают хозяина только для питания (кровососущие клещи, комары). У некоторых постоянных паразитов все стадии жизненного цикла осуществляются в теле одного хозяина (круглые черви – острицы), у других каждый этап жизненного цикла проходит в теле нового хозяина (некоторые паразитические плоские черви). По месту расположения на теле хозяина различают паразитов наружных – экзопаразиты (вши, клещи, блохи) и внутренних - эндопаразиты, обитающих в тканях или полостях хозяина (аскариды, сосальщики).В теле представителей паразитических видов, в свою очередь, могут обитать паразиты. Это явление получило название сверхпаразитизма .У паразитов в результате естественного отбора развились многочисленные приспособления, способствующие добыванию пищи или удержанию в теле хозяина: колюще-сосущий ротовой аппарат, присоски, крючки и др.Кроме того, естественный отбор идет у них в направлении совершенствования аппарата добывания и хранения пищи и сильного развития половой системы. Так, у кровососущих видов увеличивается вместимость пищеварительной системы за счет образования слепых выростов кишечной трубки (пиявки, клещи). Объем системы размножения у некоторых видов составляет основную часть массы тела. Соответственно и продуктивность паразитов очень велика. Например, свиной цепень за сутки образует до 5 млн яиц. Высокая плодовитость паразитов и устойчивость оплодотворенных яйцеклеток (или зародышей) во внешней среде увеличивают вероятность их контакта с организмом-хозяином.Благодаря питанию за счет хозяина строение многих паразитов упрощается , они утрачивают органы активной жизни: органы зрения, передвижения, упрощается строение органов чувств. У ленточных червей, обитающих в кишечнике человека, отсутствует пищеварительная система и питание осуществляется путем всасывания всей поверхностью тела.Существует своеобразная форма паразитизма, при которой паразит использует для питания не ткани организма хозяина, а пищу, предназначенную для его потомства. Некоторые мухи откладывают яйца в гнезда одиночных ос. Личинки этих мух питаются гусеницами, заготовленными осой для своего потомства. Такая форма паразитизма получила название гнездового. Гнездовой паразитизм свойственен и позвоночным животным. Кукушка откладывает свои яйца в гнезда мелких воробьиных птиц. Птенцы кукушки развиваются быстрее, чем птенцы хозяина. Они выталкивают из гнезда чужие яйца или птенцов и получают всю пищу, приносимую приемными родителями. 5. Хищничество Это форма взаимоотношений, при которой организм одного вида использует представителей другого вида в качестве источника пищи однократно (убивая их). Каннибализм – частный случай хищничества – умерщвление и поедание себе подобных (встречается у крыс, бурых медведей, человека). Симбиоз Форма взаимоотношений, при которой участники извлекают из совместного сожительства пользу или хотя бы не вредят друг другу. Симбиотические взаимоотношения также представлены разнообразными формами. 1. Протокооперация– взаимовыгодное, но необязательное сосуществование организмов, пользу из которого извлекают все участники (например рак-отшельник и актиния). 2. Мутуализм– форма симбиотических отношений, при которой либо один из партнеров, либо оба не могут существовать без сожителя (например травоядные копытные и целлюлозразрушающие микроорганизмы). Лишайники – неразделимое сожительство гриба и водоросли, когда присутствие партнера становится условием жизни каждого из них. Гифы гриба, оплетая клетки и нити водорослей, получают вещества, синтезируемые водорослями. Водоросли извлекают воду и минеральные вещества из гиф гриба. Многие травы и деревья нормально развиваются только тогда, когда на их корнях поселяются почвенные грибы (микориза): корневые волоски не развиваются, а мицелий гриба проникает внутрь корня. Воду и минеральные соли растения получают от гриба, а он в свою очередь – органические вещества. 3. Комменсализм - форма симбиотических отношений, при которой один из партнеров получает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразлично. Различают два вида сожительства: Квартиранство (некоторые актинии и тропические рыбки). Рыба прилипала, присасываясь к крупным рыбам (акулам), использует их как средство передвижения и, кроме того, питается их отбросами. Широко распространено использование построек и полостей тела других видов в качестве убежищ. В тропических водах некоторые рыбы прячутся в полости органов дыхания (водных легких) голотурий (или морских огурцов, отряд иглокожих). Мальки некоторых рыб находят убежище под зонтиком медуз и защищены их стрекательными нитями. В качестве защиты развивающегося потомства рыбы используют прочный панцирь крабов или двустворчатых моллюсков. Отложенные на жабрах краба икринки развиваются в условиях идеального снабжения чистой водой, пропускаемой через жабры хозяина. Растения также используют другие виды в качестве мест обитания. Это так называемые эпифиты – растения, поселяющиеся на деревьях. Это могут быть водоросли, лишайники, мхи, папоротники, цветковые растения. Древесные растения служат им местом прикрепления, но не источником питательных веществ. Нахлебничество (крупные хищники и падальщики). Например, гиены следуют за львами, подбирая остатки недоеденной ими добычи. Между партнерами могут быть различные пространственные отношения. Если один партнер находится вне клеток другого, говорят об эктосимбиозе, а если внутри клеток – эндосимбиозе.
Типы питания живых организмов:  Существует два типа питания живых организмов: автотроф-ное и гетеротрофное. Автотрофы (автотрофные организмы) — организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических — углекислого газа, воды, минеральных солей. Гетеротрофы (гетеротрофные организмы) — организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий). Иначе говоря, это организмы, не способные создавать органические вещества из неорганических, а нуждающиеся в готовых органических веществах. По состоянию источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов. Биотрофы питаются живыми организмами. К ним относятся зоофаги (питаются животными) и фитофаги (питаются растениями), в том числе паразиты. Сап-ротрофы используют в качестве пищи органические вещества мертвых тел или выделения (экскременты) животных. К ним принадлежат сапротрофные бактерии, сапротрофные грибы, сапротрофные растения (сапрофиты), сапротрофные животные (сапрофаги). Среди них встречаются детритофаги (питаются детритом), некрофаги (питаются трупами животных), коп-рофаги (питаются экскрементами) и др. Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному питанию. Организмы со смешанным типом питания называются миксотрофами. Миксотрофы — организмы, которые могут как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.) 2 теория возникновения жизни Проблема происхождения жизни на Земле принадлежат к числу величайших проблем естествознания. Эта проблема привлекала к себе внимание человека с незапамятных времен. Однако в разные эпохи и на разных ступенях развития человеческой культуры эта проблема решалась по-разному. Теории, касающиеся возникновения Земли, да и всей вселенной разнообразны и далеко недостоверны. Вот основные из них:
3. Гипотеза самопроизвольного зарождения, согласно которой жизнь возникает самопроизвольно из неживой материи.
Все эти теории по большей части умозрительны и не имеют прямых доказательств. В настоящее время нет единого мнения по вопросу о происхождении жизни среди ученых. Наиболее широкое признание в современной науке получила гипотеза, сформулированная советским ученым акад. А. И. Опариным и английским ученым Дж. Холдейном.
Теория биохимической эволюции (Опарин, Холдейн). Начальные этапы развития жизни: Теория биохимической эволюции (биохимическая теория происхождения жизни) В 1923 году советский ученый Опарин высказал мнение, что атмосфера Земли была не такой, как сейчас. Исходя из теоретических соображений, он предположил, что жизнь возникла постепенно из неорганических веществ путем длительной молекулярной эволюции. 1. Считают, что Земля и другие планеты солнечной системы образовались из газово-пылевого облака около 4,5 млрд лет назад. На первых этапах своего существования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к центру, а более легкие оставались на поверхности. Например, атомы железа концентрировались в центре (по мнению ученых, в настоящее время ядро земли состоит из расплавленного, разогретого до нескольких тысяч градусов Со железа, по размерам в 2 раза меньше Луны). Менее тяжелые атомы кремния и алюминия образуют земную кору. Самые легкие оставались во внешних слоях облака и формировали первичную атмосферу Земли. Она состояла из свободного Н2 и его соединений: воды, метана, аммиака и НСN и поэтому носила восстановительный характер (соединения водорода легко вступают в химические реакции, отдавая водород и при этом сами окисляются). Компоненты атмосферы подвергались воздействию различных источников энергии: Жесткому, близкому к рентгеновскому коротковолновому излучению Солнца Грозовым разрядам Высокой температуры в области грозовых разрядов и вулканической деятельности (т.е. горячей лавы, горячих источников, гейзеров) Ударным волнам от метеоритов, попадающих в земную атмосферу. В результате этих воздействий химически простые компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, изменяясь и усложняясь. Возникли молекулы сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты (уксусная, муравьиная, молочная) и другие простые органические соединения.Отсутствие в атмосфере кислорода и восстановительная среда являлись необходимым условием возникновения органических молекул небиологическим путем. Кислород взаимодействует с органическими веществами и разрушает их или лишает тех свойств, которые были бы полезны для предбиологических систем. Поэтому, если бы органические молекулы на первобытной Земле соприкасались с кислородом, то они существовали бы недолго и не успевали бы образовывать более сложные структуры.В 1953 году Стенли Миллер в ряде экспериментов моделировал условия, предположительно существовавшие на первобытной Земле. В герметичной колбе были созданы условия атмосферы (пары воды, аммиака, метана, синильной кислоты, углекислый газ). Бесцветное содержимое колбы подвергалось действию высоких температур, электрических разрядов и в результате приобретало красный оттенок, за счет образования жирных кислот, мочевины, сахаров и аминокислот.Другие ученые проводили подобные эксперименты, используя разные источники энергии. Во всех экспериментах при отсутствии кислорода удавалось получить широкий набор различных органических продуктов. Особое внимание у исследователей вызывала возможность образования аминокислот – ведь это строительный материал белковых молекул. В дальнейшем оказалось, что абиогенным путем могут быть синтезированы многие простые соединения, входящих в состав биологических полимеров – белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов.Возможность абиогенного синтеза органических соединений доказывается тем, что они обнаружены и в космическом пространстве. В космосе найдены цианистый водород, формальдегид, муравьиная кислота, метиловый и этиловые спирты и другие простые органические соединения. В некоторых метеоритах заключены жирные кислоты, сахара, аминокислоты. Эти соединения образуются и в настоящее время, когда газообразные продукты извержения вулканов и лава вступают в реакцию в водой.Все это свидетельствует о том, что органические соединения могли возникать чисто химическим путем в условиях, существовавших на Земле около 4 млрд лет назад. Необходимыми условиями этого являются: Восстановительный характер атмосферы (отсутствие О2) Высокая температура Источники энергии (УФ излучение Солнца, грозовые разряды и пр.) 2. Следующим этапом было образование полимеров из мономеров. По мере охлаждения Земли, водяной пар, содержащийся в атмосфере, конденсировался, на поверхность Земли обрушивались дожди, образуя большие водные пространства. Реакция полимеризации первичных звеньев в водном растворе не идет, так как при соединении друг с другом двух аминокислот или двух нуклеотидов отщепляется молекула воды. Реакция в воде пойдет в обратную сторону. Скорость расщепления (гидролиза) биополимеров будет больше, чем скорость их синтеза. Ясно, что биополимеры не могли возникнуть сами в первичном океане. Возможно, первичный синтез биополимеров шел при замораживании первичного океана или же при нагревании сухого его остатка.Американский исследователь Сидней Фокс, нагревая до 130С сухую смесь аминокислот, показал, что в этом случае реакция полимеризации идет (выделяющаяся вода испаряется) и получаются искусственные протеиноиды, похожие на белки, имеющие до 200 и более аминокислот в цепи. Растворенные в воде, они обладали свойствами белков, представляли питательную среду для бактерий и даже катализировали (ускоряли) некоторые химические реакции, как настоящие ферменты.Возможно, они возникали в предбиологическую эпоху на раскаленных склонах вулканов, а затем дожди смывали их в первичный океан. Есть и такая точка зрения, что синтез биополимеров шел непосредственно в первичной атмосфере и образующиеся соединения выпадали в первичный океан в виде частиц пыли.Так возникли прообразы современных белков и нуклеиновых кислот. Среди случайно образующихся полипептидов могли быть такие, которые обладали каталитической активностью и могли ускорять процессы синтеза полинуклеотидов. 3. Образование агрегатов-коацерватов Опарин полагал, что в результате абиотического синтеза в океанах постепенно накапливались органические вещества и образовывался так называемый «первичный бульон». Благодаря особым свойствам (амфотерности) белковых молекул они могли объединяться и образовывать более крупные структуры (коацерваты). Органические молекулы в водном растворе окружены водной оболочкой, толщина которой зависит от величины заряда молекулы. Молекулы, окруженные водной оболочкой, могут объединяться, образуя коацерваты: Такие агрегаты – коацерваты избирательно поглощают из окружающей среды вещества, так, что они накапливаются в них в определенных количествах, создавая внутри свою среду, отличную от окружающей. Некоторые коацерваты могли поглощать нуклеотиды – предшественники нуклеиновых кислот.На границе между коацерватами и внешней средой встраивались липиды, что приводило к образованию примитивной мембраны, обеспечивающей коацервату стабильность.Присутствие в агрегате молекул, катализирующих реакции, которые делали его более стабильным, обеспечивали ему более длительное существование.Так, по мере роста и ассоциации агрегатов, по мнению Опарина, могли возникнуть первые клетки. Каждая отдельная капелька не могла расти беспредельно как одна сплошная масса — она распадалась на дочерние капельки. Но каждая капелька в то же время была чем-то отлична от других и, отделившись, росла и изменялась самостоятельно. В новом поколении все неудачно организованные капельки погибали, а наиболее совершенные участвовали в дальнейшей эволюции материи. Так в процессе возникновения жизни происходил естественный отбор коацерватных капелек. Рост коацерватов постепенно ускорялся.Причем научные данные подтверждают, что жизнь возникла не в открытом океане, а в шельфовой зоне моря или в лагунах, где были наиболее благоприятные условия для концентрации органических молекул и образования сложных макромолекулярных систем. Условия, необходимые для появления жизни: Наличие определенных химических веществ (первичного бульона) Наличие источника энергии (солнечное излучение) Отсутствие кислорода Безгранично долгое время При наличии фермента то или иное превращение вещества завершается за 1-2 секунды, но в отсутствии ферментов, для того же превращения могут потребоваться миллионы лет. Однако при наличии достаточного времени, даже самые маловероятные события могли бы произойти рано или поздно. С точки зрения теории вероятности, возможность синтеза сверхсложных биомолекул при условии случайных соединений их составных частей крайне низка. Костычев (который сам был приверженцем теории панспермии и критиковал Опарина) писал: «Вероятность самопроизвольного возникновения жизни из неорганических молекул, равна вероятности возникновения фабрики – с трубами, котлами, машинами из неорганических веществ путем естественных процессов! А любой простейший организм много сложнее всякой фабрики, значит его случайное возникновение еще менее вероятно». | ||||||||||||