Биология. ИТОГ БИО. Вопрос 1. Биология. Предмет, цели, задачи. Новые биологические дисциплины
 Скачать 2.54 Mb.
|
|
Аминь леч фак (+ к карме) Вопрос №1. Биология. Предмет, цели, задачи. Новые биологические дисциплины. Значение достижений современной биологии в развитии медицины. Методы. Термин биология (от греч. биос — жизнь, логос — наука) введен в начале XIX в. независимо Ж.-Б. Ламарком и Г. Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом явлении природы. Предметом биологии как учебной дисциплины служит жизнь во всех ее проявлениях: строение, физиология, поведение, индивидуальное (онтогенез) и историческое (эволюция, филогенез) развитие организмов, их взаимоотношение друг с другом и с окружающей средой. Цели и задачи состоят в изучении закономерностей проявления жизни (строения и функции живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); раскрытии сущности жизни; систематизации многообразия живых организмов. В 70-е гг. возникла новая отрасль молекулярной биологии — генная инженерия , задача которой — активная и целенаправленная перестройка генов живых существ, их конструирование, т. е. управление наследственностью. В результате этих работ стало возможным введение генов, взятых из одних организмов или даже искусственно синтезированных, в клетки других организмов (например, введение гена, кодирующего синтез инсулина у животных, в клетки бактерий). Стала возможной гибридизация клеток разных видов — клеточная инженерия. Разработаны методы, позволяющие выращивать организмы из отдельных клеток и тканей. Это открывает огромные перспективы в размножении копий — клонов ценных индивидуумов. Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основные из них следующие: • метод наблюдения и описания — заключается в сборе и описании фактов; • метод измерений — использует измерения характеристик объектов; • сравнительный метод — основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов; • исторический метод — изучает ход развития исследуемого объекта; • метод эксперимента — дает возможность изучать явления природы в заданных условиях; • метод моделирования — позволяет описывать сложные природные явления с помощью относительно простых моделей. Вопрос №2. Основные свойства и уровни организации биологических систем. Выделяются уровни: • молекулярно-генетический • клеточный • организменный (онтогенетический) • популяционно-видовой • биогеоценотический. Элементарная единица — это структура или объект, закономерные изменения которых, обозначаемые как элементарное явление, составляют специфический для соответствующего уровня вклад в процесс сохранения и развития жизни. Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне служит ген — фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записан определенный в качественном и количественном отношении объем биологической (генетической) информации. Элементарное явление заключается прежде всего в процессе редупликации, или самовоспроизведении, с возможностью некоторых изменений в содержании закодированной в гене информации. Клетка, служит элементарной структурой клеточного уровня . Элементарное явление представлено реакциями клеточного метаболизма, составляющими основу потоков энергии, веществ и информации. Благодаря деятельности клетки поступающие извне вещества Аминь леч фак (+ к карме) превращаются в субстраты и энергию, которые используются (в соответствии с имеющейся генетической информацией) в процессе биосинтеза белков и других соединений, необходимых организму. Элементарной единицей организмнного уровня является особь в ее развитии от момента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы, что позволяет также назвать этот уровень онтогенетическим. Закономерные изменения организма в индивидуальном развитии составляют элементарное явление данного уровня. Элементарной единицей популяционно-видового уровня служит популяция — совокупность особей одного вида. Объединение особей в популяцию происходит благодаря общности генофонда, используемого в процессе полового размножения для создания генотипов особей следующего поколения. В процессе совместного исторического развития на определенной территории организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые во времени сообщества — биогеоценозы, которые служат элементарной единицей биогеоценотического (экосистемного) уровня . Элементарное явление на рассматриваемом уровне представлено потоками энергии и круговоротами веществ. Ведущая роль в этих круговоротах и потоках принадлежит живым организмам. Вопрос №3. Морфофункциональная организация прокариотических и эукариотических клеток. Современная клеточная теория. Основные положения клеточной теории: 1. Клетка — наименьшая (элементарная) единица строения, функционирования и развития живых организмов, способная к самовоспроизведению. 2. Клетки всех живых организмов сходны по составу, строению и процессам жизнедеятельности. 3. Клетки образуются путём деления исходной материнской клетки. 4. В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым функциям и образуют ткани, из которых состоят органы и системы органов. Сходство строения и основных свойств клеток разных организмов доказывают их общее происхождение. Вопрос №4. Поверхностный аппарат прокариотических и эукариотических клеток. Особенности строения и функции . См. таблицу из вопроса 3 Аминь леч фак (+ к карме) Клетки многоклеточных организмов, как животных, так и растительных, обособлены от своего окружения оболочкой. Клеточная оболочка , или плазмалемма, животных клеток образована мембраной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10—20 нм. Основными составляющими гликокаликса служат комплексы полисахаридов с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды). Изнутри к мембране примыкает кортикальный (корковый) слой цитоплазмы толщиной 0,1—0,5 мкм, в котором не встречаются рибосомы и пузырьки, но в значительном количестве находятся микротрубочки и микрофиламенты, имеющие в своем составе сократимые белки. Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную, транспортную и рецепторную функции. Благодаря свойству избирательной проницаемости она регулирует химический состав внутренней среды клетки. В плазмалемме размещены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные вещества (гормоны). В удержании (заякоривании) этих веществ на клеточной поверхности участвуют белки кортикального слоя. Наличие в оболочке рецепторов дает клеткам возможность воспринимать сигналы извне, чтобы целесообразно реагировать на изменения в окружающей их среде или состоянии организма. В пластах и слоях соседние клетки удерживаются благодаря наличию разного вида контактов, которые представлены участками плазмалеммы, имеющими особое строение. Аминь леч фак (+ к карме) Вопрос №5. ДНК – материальная основа наследственности и изменчивости. Молекулярная организация, свойства, функции. Практическое значение исследований ДНК. ДНК (или дезоксирибонуклеиновая кислота) – это полимер, представляет из себя двухцепочечную, спирально закрученную молекулу; по своей природе – нуклеиновая кислота. Мономерами ДНК являются нуклеотиды, состоящие из азотистого основания (цитозин, аденин, тимин, гуанин), из сахара дезоксирибозы и из фосфатных групп. ДНК является той молекулой, с которой связано сохранение в клетках биологической (наследственной, генетической) информации. Ею обеспечиваются передача качественно и количественно полноценной информации в ряду клеточных поколений и использование этой информации для организации клеточных функций. Первая задача выполняется путём удвоения ДНК, вторая – путём биосинтеза белка. Возможно, на заре биосинтеза роль хранителя наследственной информации принадлежала рнк, однако выбор эволюции пал на днк, так как она обладает большей стабильностью, а это способствует минимизации искажения информации. Генетическая информация в ДНК записана в форме последовательности нуклеотидов. • Первичная структура – цепь, состоящая из соединённых друг с другом нуклеотидов благодаря 3’-5’фосфодиэфирной связи. Связь образуется за счёт присоединения фосфатной группы, находящейся у 5’ атома углерода первого нуклеотида, к ОН-группе, находящейся у 3’атома второго нуклеотида. Цепь днк – полярна, в начале цепи днк всегда будет находиться первый нуклеотид с остатком фосфорной кислоты, а на другом конце – последний нуклеотид с гидроксилом. Первичная структура необходима при репликации днк, транскрипции, репарации, рекомбинации и ряде других процессов. • Вторичная структура – днк присутствует в клетках в виде комплекса из двух комплементарных антипараллельных молекул. При этом азотистые основания обращены внутрь спирали, а сахарофосфатный остов – наружу. Две цепи (молекулы) днк удерживаются благодаря водородным связям между комплементарными азотистыми основаниями (Аденин и тимин, гуанин и цитозин). • Третичная – двойная спираль днк на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали. Суперспирализация обеспечивает экономную упаковку огромной молекулы днк. Аминь леч фак (+ к карме) Анализ ДНК широко применяют в репродуктивной медицине. Он позволяет узнать, нет ли у плода каких-либо аномалий и предрасположенности к генетическим заболеваниям. Этот тест с высокой долей точности скажет, будет ребенок здоровым или же высок риск таких патологий, как синдром Дауна, гемофилия и других. Если риск очень высок, врач может посоветовать прервать беременность по медицинским показаниям, хотя это решение, разумеется, всегда остается на усмотрение женщины. Еще одна сфера применения ДНК-анализа — установление отцовства. Впрочем, этот тест может определить наличие любых родственных отношений, однако на практике он чаще всего используется именно для выявления таких связей. Подобное исследование стало незаменимым инструментом и в криминалистике — с его помощью можно установить личность человека, опознать тело, выяснить, кому принадлежит биоматериал (например, кровь или волосы), найденные на месте преступления. Этот метод исследования помог раскрыть немало преступлений. И наконец, анализ крови с целью расшифровки ДНК проводят для того, чтобы выяснить, к каким заболеваниям предрасположен человек. На основе этих данных можно разработать схему питания и рекомендации по образу жизни — эти меры, казалось бы, такие простые, действительно могут снизить риск развития болезни. Вопрос №6. Уровни организации наследственного материала у прокариотических и эукариотических клеток: генный, хромосомный, геномный. Геном – совокупность нуклеотидов или генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом. Также в геном включаются цитоплазматические гены, а у прокариот - гены плазмид. В процессе эволюции величина генома увеличивалась. Геном прокариот может содержать несколько сотен генов и менее миллиона пар нуклеотидов (микоплазма). Геном круглого червя Caenorhabditis elegans - 100 млн. п.н., 19 тыс. генов, человека – около 3 млрд. пар нуклеотидов, 25 тысяч генов, из которых 37 - митохондриальные. Основную часть генома прокариот составляют гены и регуляторные участки ДНК. У эукариот такие участки составляют 10%, а 90% - некодирующая спейсерная ДНК. Данные об этой части ДНК, ее строении и функциях постоянно обновляются и уточняются. Показано, что значительная ее часть может транскрибироваться, однако функции этого транскрипта остаются непонятными. Избыточность генома эукариот объясняется также экзон-интронной организацией большинства эукариотических генов, при которой значительная часть транскрибированной РНК удаляется в ходе следующего за синтезом процессинга и не используется для кодирования аминокислотных последовательностей белков Характеризуя наследственный материал прокариотической клетки в целом, необходимо отметить, что он заключен не только в нуклеоиде, но также присутствует в цитоплазме в виде небольших кольцевых фрагментов ДНК — плазмид. Плазмиды — это широко распространенные в живых клетках внехромосомные генетические элементы, способные существовать и размножаться в клетке автономно от геномной ДНК. Описаны плазмиды, которые реплицируются не автономно, а только в составе геномной ДНК, в которую они включаются в определенных участках. В этом случае их называют эписомами . В прокариотических (бактериальных) клетках обнаружены плазмиды, которые несут наследственный материал, определяющий такие свойства, как способность бактерий к конъюгации, а также их устойчивость к некоторым лекарственным веществам. Аминь леч фак (+ к карме) В эукариотических клетках внехромосомная ДНК представлена генетическим аппаратом органелл — митохондрий и пластид, а также нуклеотидными последовательностями, не являющимися жизненно необходимыми для клетки (вирусоподобными частицами). Наследственный материал органелл находится в их матриксе в виде нескольких копий кольцевых молекул ДНК, не связанных с гистонами. В митохондриях, например содержится от 2 до 10 копий мтДНК. Внехромосомная ДНК составляет лишь небольшую часть наследственного материала эукариотической клетки. Например, мтДНК человека содержит 16569 п.н. и на её долю приходится менее 1% всей клеточной ДНК. В отличие от хромосомной ДНК, мтДНК характеризуется высокой «плотностью генов». В них нет интронов, а межгенные промежутки невелики. В кольцевой мтДНК человека содержится 13 генов, кодирующих белки (3 субъединицы цитохром С-оксидазы, 6 компонентов АТФазы и др.) и 22 гена тРНК. Значительная часть белков митохондрий и пластид синтезируется в цитоплазме под контролем геномной ДНК. ГЕННЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА Элементарной функциональной единицей генетического аппарата, определяющей возможность развития отдельного признака клетки или организма данного вида, является ген (наследственный задаток, по Г. Менделю). Передачей генов в ряду поколений клеток или организмов достигается материальная преемственность — наследование потомками признаков родителей. Под признаком понимают единицу морфологической, физиологической, биохимической, иммунологической, клинической и любой другой дискретности организмов (клеток), т.е. отдельное качество или свойство, по которому они отличаются друг от друга. ХРОМОСОМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ наследственного материала характеризуется особенностями морфологии и функций хромосом. ГЕНОМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА. Геномом называют всю совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организмов. Геном видоспецифичен, так как представляет собой тот необходимый набор генов, который обеспечивает формирование видовых характеристик организмов в ходе их нормального онтогенеза. Вопрос №7. Понятие о гене. Геномика, что изучает? Протеомика, что изучает? Значение исследования геномов разных оргазмов в медицине. Ген – участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепочку или молекулу РНК (рРНК, тРНК). Свойства гена: 1. Способен к репликации (самоудвоению) 2. Действие специфично, т.е. отвечает за выработку определенной молекулы 3. Действие гена дозировано, т.е. эффект гена зависит от кол-ва данных генов в клетке 4. Способен к мутациям и, диалектически противоположно, ген стабилен 5. Обладает дискретностью (триплеты не перекрываются) 6. Плейотропия (множественность действия) 7. Способен взаимодействовать с другими генами Строение гена эукариот Регуляторная часть: Аминь леч фак (+ к карме) 1. Энхансеры – усиливают транскрипцию гена 2. Сайленсеры – замедляют транскрипцию гена 3. Промоторы – определяют последовательность нуклеотидов, к которым присоединяется РНК- полимераза 4. Оператор – участок, к которому присоединяются регуляторные белки Структурная часть (несет информацию о структуре молекулы): 1. Экзоны – хранят информацию о структуре молекулы 2. Интроны – не несут подобной информации Терминатор – завершает транскрипцию Строение гена прокариот 1. Гены собираются в комплексы, которые называются опероны. Оперон состоит из регуляторной части, нескольких структурных генов и терминатора 2. Обычно отсутствуют интроны, поэтому ДНК прокариот компактна 3. мРНК прокариот полицистронная, т.е. несет информацию о нескольких молекулах 4. Молекула ДНК включает множество транскриптонов (участков ДНК, ограниченных промотором и терминатором – единиц транскрипции), что обеспечивает возможность независимого считывания разных генов и их индивидуального включения и выключения. Транскриптоны прокариот заключают генетическую информацию нескольких генов. Гено́мика изучает общие принципы построения геномов и их структурно-функциональную организацию. Выделяют структурную, функциональную и эволюционную геномику. Структурная геномика изучает последовательность нуклеотидов в геномах, границы и строение генов, составляет генетические карты организма (физические карты, карты сцепления и т.п.). Функциональная геномика занимается идентификацией функций каждого гена и участка генома, их взаимодействием в клеточной системе. Наконец, эволюционная геномика изучает эволюцию генов, происхождение генетического полиморфизма. Протеомика (англ. proteomics) — наука, изучающая белковый состав биологических объектов, а также модификации и структурно-функциональные свойства белковых молекул. Протеомный анализ направлен на одновременное изучение многих индивидуальных белков, совокупность которых составляет определенную систему, что характеризует исследуемый объект в целом. Предметом изучения протеомики являются синтез, модификация, декомпозиция и замена белков исследуемого объекта. Значение исследования геномов разных оргазмов в медицине. • Возможности генотерапии - замены дефектного гена у человека полноценно функционирующим геном. Создание чистых высокоспецифичных вирусных вакцин. Получение гормонов человека путем встройки в геном прокариот соответствующих генов человека. • Введение микробиологической генной индустрии в промышленность, сельское хозяйство и медицину. • Выведение путем трансгеноза растений устойчивых к болезням, не нуждающихся в удобрениях, загрязняющих окружающую среду нит¬ратами и нитритами. Создание высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, разлагающих нефть, полимерные материалы, отходы животноводства, синтезирующие животные белки, дефицитные ами¬нокислоты, гормоны человека, антибиотики в промышленных мас¬штабах. Аминь леч фак (+ к карме) |