Учебное пособие для студентов 1 курса краткий курс лекций по дисциплине Биология
 Скачать 170.5 Kb.
|
|
Министерство образования и науки краснодарского края государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Анапский сельскохозяйственный техникум» Краснодарского края (ГБОУ СПО АСТ КК) УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ для студентов 1 курса КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ по дисциплине «Биология» (для подготовки к зачету) Составитель: Матвеева Т. В. 2012 г. СОДЕРЖАНИЕ Общая биология Химический состав клетки. Роль органических веществ в ее строении и жизнедеятельности. Фотосинтез и хемосинтез. Клеточная теория. Структура и функции клетки. Строение и жизнедеятельность растительной и животной клетки. Гены и хромосомы как материальные основы наследственности. Их строение и функционирование. Биосинтез белков. Транскрипция и трансляция. Прокариоты и вирусы, их строение и функционирование. Вирусы - возбудители опасных заболеваний. Индивидуальное развитие организмов. Эмбриональное и послезародышевое развитие. Генетика Основы генетики. Гибридологический метод. Законы Менделя. Генотип и фенотип. Половые хромосомы и аутосомы. Сцепленное с полом наследование. Генетика человека. Методы изучения наследственности человека. Наследственные заболевания, их профилактика. Наследственная изменчивость, ее виды. Виды мутаций, их причины. Роль мутаций в эволюции органического мира и селекции. Разнообразие сортов растений и пород животных - результат селекционной работы ученых. Закон Н. И. Вавилова о гомологических рядах в наследственной изменчивости. Гибридологический метод изучения наследственности. Первый и второй законы Менделя. Цитологические основы закономерностей наследования. Дигибридное скрещивание. Второй закон Менделя. Сцепление наследования генов. Генетика пола. Наследственные болезни человека, их лечение и профилактика. Эволюция Развитие эволюционных представлений. Доказательства эволюции. Эволюционное учение Ч. Дарвина. Его основные положения и значение. Вид, критерии вида. Популяции. Видообразование. Борьба за существование и естественный отбор. Приспособленность организмов - результат действия факторов эволюции. Относительный характер приспособленности. Искусственный отбор и селекция. Образование новых видов. Макроэволюция. Возникновение жизни на Земле. Эволюция человека. Доказательства происхождения человека от млекопитающих животных. Движущие силы эволюции человека. Биологические и социальные факторы эволюции. Основные стадии эволюции человека. Экология Основы экологии. Экологические факторы. Биогеоценоз как экологическая система, его звенья, связи между ними. Саморегуляция в биогеоценозе. Многообразие видов, их приспособленность к совместному обитанию. Биомасса. Поток энергии и цепи питания. Экологическая пирамида. Изменения в биогеоценозах. Причины смены биогеоценозов. Агроценоз. Биосфера, ее границы. Учение В. И. Вернадского о биосфере. Ведущая роль живого вещества в преобразовании биосферы. Круговорот веществ в экосистеме. Основной источник энергии, обеспечивающий круговорот. Живое вещество, его роль в круговороте веществ и превращении энергии в биосфере. Изменения в биосфере под влиянием деятельности человека, сохранение равновесия в биосфере как основа ее целостности. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ. 1. Химический состав клетки. Роль органических веществ в ее строении и жизнедеятельности. В клетках живых организмов содержится несколько тысяч веществ, участвующих в разнообразных химических реакциях. В состав живых клеток входят: Кислород, водород, азот. В сумме эти элементы составляют почти 98 % всего содержимого клетки. Неорганические соединения (вода, соли). Около 2/3 массы человека составляет вода. Соли создают среду, ускоряют реакции, способствуют выведению веществ. Органические вещества – сложные углеродсодержащие вещества (углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты и АТФ). Углеводы и жиры способны в организме превращаться друг в друга. Белки также могут преобразовываться в жиры и углеводы. Функции углеводов: энергетическая (кислородное расщепление глюкозы); структурная (входят в состав покровов, хрящей); участвуют в синтезе других органических веществ (например, жиров); являются источником метаболической воды в организме (при расщеплении глюкозы до конечных продуктов). Функции жиров: входят в состав внутриклеточных структур; выделяют энергию в результате процессов диссимиляции; защищает клетку и организм от резких колебаний температуры и механических повреждений запасают необходимое клетке вещество и энергию являются источником метаболической воды Функции белков в клетке: строительная, синтез собственных специфических белков; каталитическая, ускоряют химические реакции; регуляторная, осуществляется с помощью гормонов; двигательная, мышечные белки, с помощью которых осуществляется работа мышц; транспортная, перенос кислорода и углекислого газа с помощью белка – глобина; защитная, выработка белков – антител. 2. Фотосинтез и хемосинтез. Фотосинтез – это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии света. Фотосинтез в растительных клетках идет в хлоропластах. Суммарная формула фотосинтеза: 6СО2 + 6Н2О + СВЕТ = С6Н2О6 + 6О2 Световая фаза фотосинтеза идет только на свету: квант света выбивает электрон из молекулы хлорофилла, лежащей во внутренней мембране тилакоида; выбитый электрон либо возвращается обратно, либо попадает на цепь окисляющихся друг друга ферментов. Цепь ферментов передает электрон на внешнюю сторону мембраны тилакоида к переносчику электронов. Мембрана заряжается отрицательно с наружной стороны. Положительно заряженная молекула хлорофилла, лежащая в центре мембраны, окисляет ферменты, содержащие ионы марганца, лежащие на внутренней стороне мембраны. Эти ферменты участвуют в реакциях фотосинтеза воды, в результате которых образуется Н+; протоны водорода выбрасываются на внутреннюю поверхность мембраны тилакоида, и на этой поверхности появляется положительный заряд. Когда разность потенциалов на мембране тилакоидов достигает 200 мВ, через АТФ – синтетазы начинают проскакивать протоны, за счет энергии движения которых синтезируется АТФ. В темновую фазу из СО2 и атомарного водорода, связанного с переносчиками, синтезируется глюкоза. Суммарное уравнение темновой стадии. 6СО2 + 24Н = С6Н2О6 + 6Н2О Тилакоид – вырост внутренней мембраны хлоропласта. Для темновых реакций в хлоропласт непрерывно поступают исходные вещества и энергия. Оксид углерода поступает в лист из окружающей атмосферы, водород образуется в световую фазу фотосинтеза в результате расщепления воды. Источником энергии служит АТФ, которая синтезируется в световую фазу фотосинтеза. Все эти вещества транспортируются в хлоропласт, где и осуществляется синтез углеводов. Хемосинтез – синтез органических соединений за счет энергии реакций окисления неорганических соединений. Хемосинтез свойственен для железобактерий и серобактерий. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты. 3. Клеточная теория. Клетка – элементарная единица живой системы. Клетка осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она важнейшая составная часть всех живых организмов. Клетка: Основная единица строения и функционирования живого организма. Саморегулирующая открытая система. Клетки всех организмов в принципе сходны по химическому составу, строению и функциям. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток. Все новые клетки образуются при делении исходных клеток. В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани. Дальнейшее совершенствование микроскопической техники, создание электронного микроскопа и появление методов молекулярной биологии открывают широкие возможности проникновения в тайны клетки, познании ее сложной структуры, многообразии протекающих в ней биохимических процессов. 4. Структура и функции клетки. Органоиды – различные структуры живой клетки, которые отвечают за выполнение той или иной функции. Клеточные структуры: Цитоплазма. Обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром. Большинство химических и физиологических процессов клетки проходят в цитоплазме. Плазматическая мембрана. Каждая клетка животных, растений, грибов ограничена от окружающей среды или других клеток плазматической мембраной. Липиды в мембране образуют двойной слой, а белки пронизывают всю ее толщину. Функции: Cохранение формы клетки, защита от повреждений, регулятор поступления и удаления веществ. Лизосомы – это мембранные органоиды. Осуществляя переваривание различных органических частиц, лизосомы обеспечивают дополнительным «сырьем» химические и энергетические процессы в клетке. Комплекс Гольджи. Поступающие в просветы полостей и канальцев эндоплазматической сети продукты биосинтеза концентрируются и транспортируются в аппарате Гольджи. Здесь осуществляется накопление, упаковка, выведение органических веществ, образование лизосом. Эндоплазматическая сеть – система синтеза и транспорта органических веществ. Рибосомы. Прикреплены к мембранам эндоплазматической сети или свободно находятся в цитоплазме, на них синтезируются белки. Митохондрии – энергетические органоиды. Здесь происходит преобразование энергии пищевых веществ в энергию АТФ, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целом. Пластиды (лекопласты, хлоропласты, хромопласт). Функция: накопление запасных органических веществ, привлечение насекомых-опылителей, синтез АТФ и углеводов. Клеточный центр (два цилиндра и центриоли, расположенные перпендикулярно друг другу). Является опорой для нитей веретена деления. Клеточные включения – непостоянные образования. Плотные, в виде гранул включения содержат запасные питательные вещества (крахмал, белки, сахара, жиры) или продукты жизнедеятельности клетки, которые пока не могут быть удалены. Ядро (две мембраны, ядерный сок, ядрышко). Хранение наследственной информации в клетке и ее воспроизводство, синтез РНК – информационной, транспортной, рибосомальной. 5. Строение и жизнедеятельность растительной и животной клетки. В строении и жизнедеятельности растительной и животной клеток много общего. Общие черты растительных и животных клеток: Принципиальное единство строения. Сходство в протекании многих химических процессов в цитоплазме и ядре. Единство принципа передачи наследственной информации при делении клетки. Сходное строение мембран. Единство химического состава. У растительной клетки: способ питания автотрофный, присутствуют пластиды – органы, содержащие пигменты. В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Черты сходства указывают на близость их происхождения. Признаки различия говорят о том, что клетки вместе с их владельцами прошли длительный путь исторического развития. 6. Гены и хромосомы как материальные основы наследственности. Их строение и функционирование. Ген – участок молекулы ДНК, определяющий наследование того или иного признака. Это участок хромосомы. Хромосомы – носители наследственной информации. Они содержат ДНК в комплексе с основным белком, РНК, кислые белки, липиды, минеральные вещества и фермент ДНК – полимераза, необходимый для репликации. Функция хромосом – контроль над всеми процессами жизнедеятельности клетки. Число, форма и размеры хромосом – главный признак, генетический критерий вида. Изменение числа, формы или размера хромосом – причина мутации. Ген – матрица для синтеза и-РНК, а и-РНК матрица для синтеза белка. Матричный характер реакций самоудвоения молекул ДНК, синтеза и-РНК, белка – основа передачи наследственной информации от гена к признаку, которая определятся молекулами белка. Многообразие белков, их специфичность, многофункциональность – основа формирования различных признаков у организма, реализации заложенных в генах наследственной информации. Наследственная информация передается путем репликации молекулы ДНК. Транскрипция_и_трансляция.'>7. Биосинтез белков. Транскрипция и трансляция. Процесс биосинтеза белка включает в себя ряд последовательно протекающих событий: В ядре клетки: репликация ДНК (транскрипция) информационная РНК В цитоплазме с помощью рибосом: Информационная РНК (трансляция) белок Синтез информационной РНК (и-РНК) происходит в ядре. Транскрипция – процесс переписывания информации, содержащейся в генах ДНК на синтезируемую молекулу и-РНК. Трансляция – процесс сборки молекулы белка, идущий в рибосомах. Молекулы и-РНК выходят из ядра клетки через поры оболочки ядра и направляются в цитоплазму к рибосомам. Сюда же доставляются аминокислоты. Рибосома по цепочке и-РНК делает шаг, равный трем нуклеотидам. Аминокислота отделяется от т-РНК и становится в цепочку мономеров белка. Освободившаяся т-РНК уходит в сторону и через некоторое время может снова соединиться с определенной кислотой, которую будет транспортировать к месту синтеза белка. Таким образом, последовательность нуклеотидов в триплете ДНК соответствует последовательности нуклеотидов в триплете и-РНК Прокариоты и вирусы, их строение и функционирование. Вирусы – возбудители опасных заболеваний. Делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты). Прокариоты (к ним относятся бактерии): нет организованного ядра; в клетке содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. В ней записана вся наследственная информация; в цитоплазме находятся многочисленные мелкие рибосомы. функциональную роль митохондрий и хлоропластов выполняют специальные, довольно простые мембранные складки клетки покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Прокариоты являются типичными независимыми клетками. Вирусы (неклеточные формы жизни): нет цитоплазмы и других клеточных органоидов, собственного обмена веществ; свои основные свойства живого (обмен веществ и размножение) они проявляют только внутри других клеток, вне клеток могут находиться в форме кристаллов; состоят из многочисленных молекул белка и генетического материала, который может быть представлен ДНК или РНК. Белковая оболочка узнает клетки мишени и защищает генетический аппарат; являются на внутриклеточном уровне паразитами, которые используют биохимический аппарат клетки для размножения. Биологическое значение вирусов определяется их способностью вызывать различные заболевания. К числу вирусных инфекций человека относятся, например, грипп, корь, оспа, СПИД, вирусные гепатиты. 9. Индивидуальное развитие организмов. Эмбриональное и послезародышевое развитие. Онтогенез – индивидуальное развитие организма от момента образования зиготы до конца жизни организма. После оплодотворения наступают стадии: - дробление (зигота делится митозом на две клетки). Две образующиеся клетки разъединяются, затем каждая клетка опять делится также на две и получается зародыш; - гаструла – зародыш двухслойный, у него появляется кишечная полость, первичное ротовое отверстие, два слоя клеток – эктодерма и эндодерма; - поздняя гаструла (у всех животных, кроме губок и кишечно-полостных). На этой стадии появляется третий слой клеток – мезодерма; - нейтрулы (в зародыше хордовых) – формируется осевой комплекс, состоящий из хорды и нервной пластинки. В дальнейшем идет дифференцирование клеток: из эктодермы образуется покровный эпителий, эмаль зубов, нервная система, органы чувств, из энтодермы – эпителий кишечника, пищеварительные железы, легкие. Из мезодермы – скелет, мышцы, кровеносная система, выделительные органы, половая система. Постэмбриональное развитие: Прямое. Организм сразу после рождения сходен с взрослым, но меньшего размера. Непрямое. Организм после рождения проходит промежуточные стадии (личинки, куколки и т.д.). Различают непрямое развитие: с неполным метаморфозом; с полным метаморфозом. ГЕНЕТИКА |