Вопрос №1 Критерии живого. Уровни организации и изучение жизни.
1. Единство химического состава – соотношение химических элементов в живом и неживом неодинаково, в живых организмах 98% приходится на биогенные элементы (углерод, водород, азот, кислород, фосфор, серу), из которых состоят углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты..
2. Обмен веществ и энергии. Живые организмы – открытые системы, их жизнедеятельность осуществляется в результате процессов синтеза веществ (ассимиляции, анаболизма) и их распада (диссимиляции, катаболизма).
3. Самовоспроизведение. В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, т.е. образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК. Следовательно, самовоспроизведение – одно из основных свойств живого, тесно связанное с явлением наследственности.
4. Наследственность – способность организмов передавать из поколения в поколение признаки, свойства, особенности развития.
5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые свойства, видоизменяться и существовать в различных формах.
6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой природы. В результате развития возникает новое качественно состояние объекта, вследствие которого изменяется его состав и структура.
7. Раздражимость – способность организма отвечать на внешнее воздействие специфическими ответными реакциями.
8. Способность к движению. Способность активно передвигаться характерна в основном для животных, но и растения, и грибы осваивают новое пространство за счет процессов роста и распространения семян, спор или вегетативных органов.
9. Саморегуляция тесно связано с понятием «гомеостаз». Гомеостаз – поддержание относительного постоянства внутренней среды организма.
10. Дискретность. Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство
В связи с этим можно выделить следующие уровни организации живой материи:
1. Молекулярный – представлен молекулами биополимеров: белков и нуклеиновых кислот; на этом уровне происходит копирование и передача наследственной информации.
2. Субклеточный – представлен структурами клетки – органеллами, цитоплазмой, мембраной и т.д.
3. Клеточный. Клетка – структурно-функциональная единица живого.
4. Тканевой. Ткань – совокупность клеток, объединенных общностью строения, происхождения, выполняемыми функциями.
5. Органный. Данный уровень представлен органами и их системами.
6. Организменный. Элементарная единица этого уровня – особь.
7. Популяционно-видовой. Популяция – совокупность особей одного вида, обитающих на общей территории и дающих плодовитое потомство. Вид – совокупность особей, обладающих сходным строением, единством генетического состава и возможностью самовоспроизведения.
8. Биоценотический. Биоценоз (сообщество) – совокупность популяций разных видов, обитающих на одной территории и вступающих в определенные отношения друг с другом. Биоценоз в совокупности с биотопом (неживые условия среды) образуют биогеоценоз, или экосистему.
9. Биосферный. Биосфера – глобальная экосистема, совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания.
Вопрос №2 Методы изучения клетки.
1. Метод световой микроскопии.
Разрешающая способность светового микроскопа 0,1 — 0,2 микрометра.
Разновидности световой микроскопии: фазовоконтрастный, флеристцентная и поляризационная микроскопия.
2.Метод электронной микроскопии. Разрешающая способность
0,10 нанаметра. Методы изучения фиксированных клеток.
3.Гистологические методы.
Методы фиксации, приготовления препаратов с последующей их окраской.
4.Цитохимические методы — это избирательное окрашивание различных химических элементов ( компонентов ) клетки ( ДНК, белок… ).
5.Морфологические методы — это количественный метод, изучающий параметры основных клеточных структур.
6.Метод меченых изотопов.
Используют тяжелые атомы углерода или водорода. Эти меченные атомы включают в предшественники синтеза определенных молекул. Например: при синтезе ДНК используют меченый тимидин Н3 - предшественник тимина.
7.Для обнаружения метки в цитологии используют метод авторадиографии. Изготавливают гистологические препараты и покрывают их фотоэмульсией в темноте, определенное время выдерживают при определенной температуре, затем препараты проявляют с использованием фотореактивов, при этом метка выявляется в виде зерен серебра. Таким методом были определены параметры митодического цикла.
8.Метод фракционирования клеток позволяет изучать внутриклеточные компоненты. Разрушают клетки, помещают их в специальные центрифуги и разные клеточные компоненты осаждаются при разной скорости цинтрифугирования.
9.Метод рентгеноструктурного анализа используют для изучения кристаллической решетки ядра атома.
Методы изучения живых клеток.
10.Метод клеточных структур позволяет изучать живую клетку.
11.Метод микрохирургии. Например: вживление микроэлектрода.
12.Методы клонирования.
Вопрос №3 Неорганические вещества клетки.
К ним относятся вода и минеральные соли.
Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее содержание составляет 70-80% от массы клетки. Основные функции воды:
представляет собой универсальный растворитель;
является средой, в которой протекают биохимические реакции;
определяет физиологические свойства клетки (упругость, объем);
участвует в химических реакциях;
поддерживает тепловое равновесие организма благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности;
является основным средством для транспорта веществ.
Минеральные соли присутствуют в клетке в виде ионов: катионы К+, Na+, Ca2+, Mg2+; анионы – Cl-, HCO3-, H2РО4-.
Вопрос №4 Клеточная теория. Современная формулировка клеточной тории.
— основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838).
Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка происходит от другой клетки).
Положения клеточной теории
1. Все животные и растения состоят из клеток.
2. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.
3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток.
Современное состояние клеточной теории
1. Клетка - элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.
2. Клетка - единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов.
3. Клетки всех организмов гомологичны.
4. Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.
5. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.
6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны.
Вопрос №5 Органические в-ва клетки. Липиды. Функции жиров.
Липиды - выполняют функцию естественных растворителей. Они обеспечивают всасывание в кишечнике незаменимых жирных кислот и жирорастворимых витаминов.
Функции липидов в организме:
Энергетическая – наряду с углеводами являются основным энергетическим топливом клетки. При сжигании 1 г липидов выделяется 38,9 кДж (или 9,3 ккал).
Структурная – липиды (фосфолипиды, гликолипиды) вместе с белками входят в состав биологических мембран.
Защитная – функция механической защиты, роль которой выполняет подкожная жировая клетчатка.
Терморегуляторная – реализация этой функции осуществляется благодаря двум аспектам: а) жир плохо проводит тепло, поэтому является теплоизолятором; б) при охлаждении организма на генерирование тепла за счёт выделения энергии расходуются липиды.
Регуляторная – ряд гормонов (половые, гормоны коры надпочечников) являются производными липидов.
Липиды являются источником ненасыщенных высших жирных кислот – витамина F, одного из незаменимых факторов питания.
Жир является источником эндогенной воды в организме. При окислении 100 г липидов образуется 107 г воды.
Липиды выполняют функцию естественных растворителей. Они обеспечивают всасывание в кишечнике незаменимых жирных кислот и жирорастворимых витаминов.
Вопрос №6 Органические в-ва клетки. Улеводы. Функции углводов.
Углево́ды — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп.
Углеводы делят на три группы: моносахариды (включают одну молекулу сахара - глюкоза, фруктоза и др.), олигосахариды (включают от 2 до 10 остатков моносахаридов: сахароза, лактоза) и полисахариды (высокомолекулярные соединения – гликоген, крахмал и др.).
Функции углеводов:
Служат исходными элементами для построения разнообразных органических веществ, например, при фотосинтезе - глюкоза;
Основной источник энергии для организма, при их разложении с использованием кислорода выделяется больше энергии, чем при окислении жира;
Защитная (например, слизь, выделяемая различными железами, содержит много углеводов; она предохраняет стенки полых органов (бронхи, желудок, кишечник) от механических повреждений; обладая антисептическими свойствами);
Структурная и опорная функции: входят в состав плазматической мембраны.
Вопрос №7 Органические в-ва клетки. Белки. Пространственная структура белков.
Белки – высокомолекулярные (с большой молекулярной массой) органические вещества. Структурной единицей их молекулы является аминокислота. В образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят только определенные аминокислоты в свойственном этому белку порядке расположения. Аминокислота имеет следующую формулу: H2N – CH – COOH
Структура белков:
Первичная структура — последовательность аминокислот в полипептидной цепи.
Вторичная – структура таких фрагментов полипептидной цепи в которой образуются регулярные водородные связи
Третичная – пространственная трёхмерная структура белка (водородные связи, ионные, ковалентные, дисульфидные связи, гидрофобно-гидрофильные взаимодействия)
Четвертичная – характерна для белков содержащих в своём составе несколько полипептидных цепей. Белки отличаются видовой специфичностью: для каждого вида животных характерен набор определенных белков.
Различают белки простые и сложные. Простые состоят только из аминокислот (например, альбумины, глобулины, фибриноген, миозин и др.). В состав сложных белков, кроме аминокислот, входят и другие органические соединения, например, жиры и углеводы (липопротеиды, гликопротеиды и др.).
Вопрос №8 Функции белков. Примеры белков, выполняющих определённые функции.
Функции белков:
Каталитическая функция
Структурная функция (придают форму клеткам и многим органоидам и участвуют в изменении формы клеток)
Защитная функция (к защитным белкам относят прежде всего белки, участвующие в иммунной защите организма.)
Регуляторная функция (Многие процессы внутри клеток регулируются белковыми молекулами, которые не служат ни источником энергии, ни строительным материалом для клетки.)
Сигнальная функция (способность белков служить сигнальными веществами, передавая сигналы между тканями, клетками или организмами)
Транспортная функция (Растворимые белки, участвующие в транспорте малых молекул)
Рецепторная функция
Каталитическая функция:
Трансферазы, катализирующие перенос химических групп с одной молекулы субстрата на другую;
Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей;
Лиазы, катализирующие разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов;
Защитная функция:
Физическая защита.
Химическая защита.
Иммунная защита.
Вопрос №9 Ферменты. Активный центр фермента.
Ферменты – биологические катализаторы белковой природы, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в организме, но сами не входящие в состав конечных продуктов реакции.
Вещества, на которое действует фермент, называют субстратами.
Активный центр ферментов – это локальный участок молекулы фермента, который участвует в акте катализа. В однокомпонентных ферментах активный центр образуется в результате определенной ориентации аминокислотных остатков полипептидной цепи. Обычно в его формировании принимает участие небольшое количество аминокислот, в пределах 12-16. Функциональные группы этих аминокислот могут принадлежать звеньям полипептидной цепи, удаленным друг от друга. Их сближение связано с формированием третичной структуры ферменты.
В двухкомпонентных ферментах активный центр представляет собой комплекс кофактора и некоторых примыкающих к нему аминокислотных остатков.
Белковые ферменты синтезируются на рибосомах, а РНК — в ядре.
Вопрос №10 Азотистые основания. Правило Чаргаффа.
Азо́тистые основа́ния — гетероциклические органические соединения, производные пиримидина и пурина, входящие в состав нуклеиновых кислот. Для сокращенного обозначения пользуются большими латинскими буквами. К азотистым основаниям относят аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), которые входят в состав как ДНК, так и РНК. Тимин (T) входит в состав только ДНК, а урацил (U) встречается только в РНК.
Аденин и гуанин являются производными пурина, а цитозин, урацил и тимин — производными пиримидина.
Тимин, который присутствует только в ДНК, и урацил, который встречается только в РНК, обладают сходной химической структурой. Урацил отличается от тимина отсутствием метильной группы у 5-го атома углерода.
.
Пра́вила Ча́ргаффа — система эмпирически выявленных правил, описывающих количественные соотношения между различными типами азотистых оснований в ДНК. Были сформулированы в результате работы группы биохимика Эрвина Чаргаффа в 1949—1951 гг.
До работ группы Чаргаффа господствовала так называемая «тетрануклеотидная» теория, согласно которой ДНК состоит из повторяющихся блоков по четыре разных азотистых основания (аденин, тимин, гуанин и цитозин). Чаргаффу и сотрудникам удалось разделить нуклеотиды ДНК при помощи бумажной хроматографии и определить точные количественные соотношения нуклеотидов разных типов. Они значительно отличались от эквимолярных, которых можно было бы ожидать, если бы все четыре основания были представлены в равных пропорциях. Соотношения, выявленные Чаргаффом для аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц), оказались следующими:
Количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.
Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А+Г = Т+Ц.
Правила Чаргаффа, наряду с данными рентгеноструктурного анализа, сыграли решающую роль в расшифровке структуры ДНК.
Вопрос №11 Пространственная структура ДНК. Самоудвоение (репликация) ДНК.
ДНК — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.
Реплика́ция — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15—20 различных белков, называемый реплисомой
ДНК состоит из нуклеотидов, в состав которых входят сахар - дезоксирибоза, фосфат и одно из азотистых оснований – аденин, гуанин, тимин, цитозин. Молекулы ДНК включают две полинуклеотидные цепи, связанные между собой определенным образом. Уотсон и Крик предположили, что эти цепи соединяются друг с другом водородными связями между их азотистыми основаниями по принципу комплементарности. Аденин одной цепи соединяется двумя водородными связями с Тимином другой цепи, а между гуанином и цитозином разных цепей образуются три водородные связи. Такое соединение азотистых оснований обеспечивает прочную связь двух цепей и сохранение равного расстояния между ними на всем протяжении. Другой важной особенностью двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК является их антипараллельность:5-конец одной цепи соединяется с 3-концом другой и наоборот. Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекула ДНК, состоящая из двух цепей, образует спираль, закрученную вокруг своей оси. Диаметр спирали 2 нм, длина шага 3,4 нм. В каждый виток входит 10 пар нуклеотидов. Т.о. в структурной организации молекулы ДНК можно выделить первичную структуру - полинуклеотидную цепь, вторичную - две комплементарные и антипараллельные цепи и третичную структуру - трехмерную спираль.
Вопрос №12 РНК. Виды РНК.
РНК — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.
Так же, как ДНК, РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы. Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы используют РНК (мРНК) для программирования синтеза белков.
Клеточные РНК образуются в ходе процесса, называемого транскрипцией, то есть синтеза РНК на матрице ДНК, осуществляемого специальными ферментами — РНК-полимеразами. Затем матричные РНК (мРНК) принимают участие в процессе, называемом трансляцией. Трансляция — это синтез белка на матрице мРНК при участии рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим модификациям, и после образования вторичной и третичной структур выполняют функции, зависящие от типа РНК.
Геномы ряда вирусов состоят из РНК, то есть у них она играет роль, которую у высших организмов выполняет ДНК. На основании разнообразия функций РНК в клетке была выдвинута гипотеза, согласно которой РНК — первая молекула, которая была способна к самовоспроизведению в до биологических системах.
|
Скачать 64.42 Kb.