Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Биология / Конспекты / Сборник лекций по биологии (базовый уровень) для студентов 1 курса (профессиональное образование), высших учебных заведений 1-2 уровня аккредитации, составлен на основе программы МОН Украины 2010г. 31 лекция

Сборник лекций по биологии (базовый уровень) для студентов 1 курса (профессиональное образование), высших учебных заведений 1-2 уровня аккредитации, составлен на основе программы МОН Украины 2010г. 31 лекция

  • Биология

Поделитесь материалом с коллегами:

Сборник лекций по биологии (базовый уровень) для студентов 1 курса (профессиональное образование), высших учебных заведений 1-2 уровня аккредитации, составлен на основе программы МОН Украины 2010г. 31 лекция.

Сборник может использоваться студентами при подготовке и проверке знаний студентов.


Сборник рекомендован также для работы преподавателей при подготовке к занятиям по дисциплине «Биология».


Методическая разработка на основе опыта работы знакомит с изучением таких важных разделов биологии, молекулярный уровень организации жизни клеточный уровень организации жизни организменный уровень организации жизни, надорганизменные уровни организации жизни, историческое развитие органического мира.


Составитель: Поплавская Е.Ф.- преподаватель квалификационной категории «специалист высшей категории» ГПОУ «Донецкий техникум промышленной автоматики». hello_html_m6c675e33.jpg


Лекция № 1

Тема: Система биологических наук. Связь биологических наук с другими науками. Задачи современной биологии. Методы биологических исследований. Основные свойства живого. Уровни организации жизни. Значение исследований биологической науки в жизни человека и общества. Базовые понятия и термины: биология, экология, медицина, фармакология, биотехнология, история биологии, развитие общества, научный факт, теория, гипотеза, метод, эмпиричные методы, теоретические методы, наблюдение, эксперимент, моделирование, математическая обработка, статистика, химический состав, уровни организации, раздражение, размножение, развитие, обмен веществ.

План лекции:

1.Система биологических наук.

2 Связь биологических наук с другими науками.

3.Задачи современной биологии

4 Методы биологических исследований.

5. Основные свойства живого.

6. Уровни организации жизни.

7. Значение исследований биологической науки в жизни человека и общества.

8. Основные этапы развития биологии. История развития биологии.

9. Выдающиеся ученые Украины.

Содержание лекции:

1.Биология – комплексная наука, которая изучает саму жизнь.

Жизнь – это многоуровневая система.

Биология – одна из древнейших наук. Термин "Биология" предложен в 1802 независимо друг от друга двумя учёными — французом Ж. Б. Ламарком и немцем Г. Р. Тревиранусом.

Предмет изучения Биологии — все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, их распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой.

Какие разделы биологии вы уже изучили? Вспомним:

Современная биология — комплексная наука, включающая ряд разделов.

Ботаника и зоология изучают строение и жизнь растений и животных;

цитология, гистология, анатомия — структуру и функции клеток, тканей и органов. Процессы, жизнедеятельности клеток и организмов исследуют физиология и биохимия; закономерности наследственности и изменчивости — генетика; индивидуальное развитие организмов — эмбриология; их историческое развитие — эволюционное учение. Наука о классификации организмов называется систематикой, наука об отношениях организмов и среды — экологией. В последние десятилетия больших успехов достигла молекулярная биология, изучающая химические основы жизни. На стыке биологии и физики сформировалась биофизика, исследующая физические процессы в живых системах.

Выделяют 5 главных биологических дисциплин: таксономия, морфология, физиология, филогения, экология.

Курс общей биологии содержит информацию из:

генетики, эмбриологии, биохимии, биофизики, эволюционного учения, микробиологии и экологии.

2.Связь биологических наук с другими науками.

Современная биология тесно связана в различных аспектах с другими науками и широко применяет их методы, а также знания биологии используют в геологии, географии, метеологии, биотехнологии, моделировании, бионике, информатике (примеры: Эйфелева башня, радары, фотоаппарат, мембрана телефона, ... ) Биология  лежит в основе таких наук, как медицина, экология, генетика, селекция,  ботаника, зоология, анатомия, физиология, микробиология,  эмбриология и др.. Биология совместно с другими науками образовала такие науки, как биофизика, биохимия, бионика, геоботаника, зоогеография и др.  В связи с бурным развитием науки и техники появляются новые направления изучения живых организмов, появляются новые науки, связанные с биологией. Это еще раз доказывает, что живой мир является многогранным и сложным и он тесно связан с неживой природой.

3. Задачи современной биологии.

« В науке часто важно не то кто был первым,

а, кто оказался последним» ( Э.Чаргафф)

Теоретическое и гуманитарное значение общей биологии состоит

прежде всего в формировании материалистического мировоззрения.

Основной вопрос философии - о соотношении материи (бытия) и сознания - по сути вопрос биологический.

Задачи современной биологии:

- изучение био-закономерностей;

-раскрытие сущности жизни и его проявлений с целью познания и управления ими.

Одна из самых сложных задач современной биологии - выяснить механизмы старения и смерти высших организмов, в том числе и человека

4.Методы биологических исследований. ( Это способы, которыми определённая научная дисциплина получает информацию)

Основой научного познания является построение системы достоверного знания, основанного на фактах. Фактом является наблюдение или эксперимент, который может быть воспроизведен и подтвержден. Однако, толковать одно и то же наблюдения разные ученые могут по-разному.

Типичная последовательность этапов научного исследования такова:

накопление определенных фактов;

постановка проблемы;

формирование гипотезы, которая объясняет эти факты;

проверка гипотезы с помощью новых фактов.

Если новые факты не подтверждают выдвинутую гипотезу, то выдвигается новая гипотеза. Если же гипотеза хорошо согласуется с имеющимися фактами и позволяет делать прогнозы, что впоследствии подтверждаются, то она становится научной теорией. Но возникновение научной теории не означает, что она является вечной. Новые данные, полученные в будущем, может нуждаться в ее коррекции.

Для получения новых фактов и формирования гипотез и теорий современная биология использует разнообразные научные методы.

Основными частными методами в биологии являются:

• сравнительно-описательный (наблюдение за биообъектами и описание особенностей жизнедеятельности, организации и т.д.);

• экспериментальный (изучение того или иного явления с помощью опыта с целью проверки научных гипотез, накопления научных данных);

• моделирование (математическое, компьютерное или искусственное создание модели экосистем с целью проведения, развития, и проверки предполагаемых последствий);

• мониторинг (длительные исследования),

статистический (математическая обработка данных) Их можно разделить на две большие группы - эмпирические и теоретические. В случае применения эмпирических методов биологи работают с природными объектами, определяя их свойства. К таким методам относят наблюдение и эксперимент. В ходе наблюдения изучающий только регистрирует ход природных процессов, не вмешиваясь в него. Если наблюдение за биологическим объектом проводится отдельно, то такой тип наблюдения называют описательным. Если же во время наблюдения ученый работает сразу с несколькими объектами, а затем сравнивает результаты, то такой тип наблюдения называют сравнительным. Преимущество описательных исследований в том, что наблюдатель не влияет на объект наблюдений. Но в этом случае ученому трудно определить роль различных факторов на воздействие природных процессов.

Сравнительно-описательный метод был основным способом исследования на ранних этапах развития биологии. Для описания и исследования биологи применяют физические, химические, математические методы. Т.о. возникли биохимия, биофизика, бионика, биокибернетика и др.

В ходе эксперимента исследователь активно вмешивается в природные процессы. Он искусственно формирует условия, в которых происходит эксперимент. Это позволяет создать ситуацию, когда ученый может исследовать воздействие на биологические процессы только одного фактора, оставляя другие факторы неизменными. Недостатком такого подхода является то, что искусственно созданные условия эксперимента могут отражаться на нормальном функционировании биологических объектов.

При теоретических методах исследования ученые не работают с объектом до исследования непосредственно. Они исследуют физические или математические модели природных объектов. В теоретических методах выделяют моделирование и математическую обработку данных (статистический метод). Математическая обработка данных проводится по окончании наблюдения или эксперимента. Она позволяет на основе полученных данных определить связи между отдельными параметрами биологических систем, вычленить влияние отдельных факторов на биологические системы и особенности их взаимодействия. Так же применяют мониторинг (длительные исследования).

Высшей формой эксперимента является моделирование изучаемых процессов. Блестящий экспериментатор И.П. Павлов говорил: «Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет».

Основой моделирования является создание определенной теории относительно той или иной биологической системы, содержащей правила, по которым происходят изменения в биологических системах, которые анализируются. После создания такой теории задаются начальные параметры (т.е. определяется исходное состояние системы). Затем, обычно с использованием мощных компьютеров, делается анализ - как будет меняться система в случае действия правил выдвинутой теории. Результаты сопоставляются с реальными фактами для существующих биологических систем. Если отклонение от привычных процессов значительны, то в теорию и модель вносят небольшие правки и продолжают исследования. Если же отклонения являются существенными, то созданную теорию отвергают и предлагают новую.

Моделирование широко используется в тех ситуациях, когда проведение реального эксперимента невозможно. Так, например, исследуют эволюционные процессы, изменения экосистем в планетарном масштабе и т.д....

Комплексное использование различных методов позволяет наиболее полно познать явления и объекты природы. Происходящее в настоящее время сближение биологии с химией, физикой, математикой и кибернетикой, использование их методов для решения биологических задач оказались весьма плодотворными.

5.Основные свойства живого. (см. таблицу)

Жизнь - это многоуровневая, саморегулируемая система.

Как отличить живую природу от неживой?

Система-это целое, состоящее из взаимосвязанных частей. Свойства системы не сводятся к сумме свойств ее составляющих. Так, живые системы являются живыми лишь как результат взаимодействия их составляющих. А каждый из элементов живой системы, выделен отдельно, живым быть не может. Особенность разноуровневой организации живых организмов заключается в том, что части биологических систем во многих случаях сами являются отдельными системами.

Свойство живого

Характеристика



Определенный химический состав

Для всех живых систем характерно определенное соотношение по содержанию различных химических элементов, которое отличается по содержанию химических элементов в неживых системах, и наличие определенных групп веществ, которые называют органическими веществами.


Многоуровневость организации

Биологические системы имеют несколько уровней организации, каждому из которых присущи определенные черты и особенности


Наличие обмена веществ

Все живые системы могут функционировать только при условии существования обмена веществ и энергии с окружающей средой. Прекращение обмена приводит к прекращению жизнедеятельности живой системы


Способность к саморегуляции

Наличие обмена веществ требует от живых систем осуществления постоянной регуляции своих внутренних процессов и процессов взаимодействия с окружающей средой. Отсутствие или нарушение саморегуляции приводит к прекращению процессов обмена


Раздражимость

Это способность адекватно реагировать на внешние или внутренние воздействия. Раздражимость живой системы является основой ее эффективной саморегуляции, ибо без получения адекватной информации о воздействий любая регуляция невозможна

Способность к размножению

Любая живая система способна к самовоспроизведению.


Способность к развитию

Все живые системы в течение индивидуального существования постепенно видоизменяются (процесс онтогенеза). Кроме того, они изменяются и в процессе эволюции

6. Уровни организации жизни.

Живая природа характеризуется разными структурно-функциональными уровнями организации от молекулярного до биосферного. Все объекты природы являются системами. Живые системы имеют разную степень сложности - от молекул до биосферы - и представляют в совокупности многоступенчатую иерархию уровней организации

Главными уровнями организации живых систем считают следующие:


молекулярный;hello_html_m68bee84b.jpg

клеточный;

тканевый;

органогенный;

организменном;

экосистемный (популяционно

-видовой);

биогеоценотический;

биосферный.





Молекулярный. Этот уровень является глубинным в организации живого и представлен органическими и неорганическими молекулами, находящихся в клетках. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии. Тканевый. Тканевый уровень представлен тканями, объединяющими клетки определённого строения, размеров, расположения и сходных функций. Органогенный. Органный уровень представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счёт различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов.  Организменный. Изучает процессы жизнедеятельности отдельно взятого организма. Экосистемный. Изучает популяцию, вид, законы взаимодействия, экологию и эволюцию вида. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования - процесс микроэволюции. Биогеоценотический. Изучает совокупность популяций разных видов организмов на определённом участке суши или воды. Этот уровень является высшей формой организации живого (живых систем). Биосферный - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.

Интересно, что не всегда в биологических системах можно выделить все из указанных уровней. Так, одноклеточные организмы не имеют органо-тканевого уровня организации, а их организменном уровень совпадает с клеточным. Иногда для удобства ученые выделяют дополнительные уровни организации, например, уровень органелл, уровень систем органов, популяционный уровень и т.п.. Необходимость такого выделения обычно определяется особенностью проведенных до исследований или поставленных задач. Особенности организменного и органо-тканевого уровней организации живых организмов вы подробно изучали в предыдущих классах.

7.Основные этапы развития биологии. История развития биологии.

Историю биологии можно разделить на несколько этапов. Первым этапом можно считать период до появления земледелия и скотоводства. В это время происходило накопление знаний о самом человеке, животных и растениях.

Переход к земледелию и скотоводству способствовал выходу на новую ступень развития биологии. Фактически основы современной биологической науки закладывались именно во времена Древней Греции. С появлением первых государств древнего мира до сих пор разрозненные биологические знания начали систематизироваться. С этого периода нам уже известны первые ученые, которые работали в области биологии. Мы можем назвать Аристотеля, который описал многих животных и попытался систематизировать живые организмы, Теофраста, который был учеником Аристотеля и считается «отцом» современной ботаники, и Галена - выдающегося римского врача, который много сделал для развития медицины.

В средние века составлялись «травники», включавшие главным образом лекарственные растения. Во времена Средневековья развитие биологии затормозилось, и систематическое научные исследования природы началось лишь в эпоху Возрождения. Этому способствовало появление печатного станка и печатной книги.

В эпоху Возрождения интерес к живой природе усилился. Возникли ботаника и зоология. А. Везалий (1514—1564), давший научное описание строения органов и систем человека, У. Гарвей (1578 — 1657), описавший большей и малый круги кровообращения и его механизм, и другие ученые заложили основы анатомии и физиологии человека. Изобретение микроскопа в начале XVII в. Г. Галилеем (1564-1642) раздвинуло границы мира живых существ, углубило представление об их строении Р. Гук (1635-1703), М. Мальпиги (1628-1694), Сваммердам (1637-1680) и А. Левенгук (1632-1723) положили начало изучению клеток тканей. Левенгук впервые увидел под микроскопом бактерий, простейших и сперматозоидов.

Одно из главных достижений XVIII в. — создание системы классификации животных и растений (К. Линней, 1735). В начале XIX в. Жан Батист Ламарк в книге «Философия зоологии» (1809) впервые четко сформулировал мысль об эволюции органического мира. Новые методы исследований, экспедиции в эпоху великих географических открытий обогатили биологию множеством новых фактов, что привело к ее дифференциации. В ботанике и зоологии обособились систематика, эмбриология, гистология, микробиология, палеонтология, биогеография и др.;

Среди важнейших достижений XIX в. — создание клеточной теории М. Шлейденом и Т. Шванном (1838 — 1839), которая в 1855 г. была углублена Р. Вирховым; формируются первые научные эволюционные теории (Ж. Б. Ламарк, Чарльз Дарвин); теория зародышевого сходства (К. Бэр). Вскоре Луи Пастер доказывает невозможность самозарождения жизни в современных условиях и разрабатывает технологии создания вакцин. Д. И. Ивановский открывает вирусы, а И. П. Павлов создает учение о рефлексах и типах высшей нервной деятельности. Были открыты закономерности наследственности (Г. Мендель, 1859). Происходит бурное развитие всех биологических дисциплин.

В XX в. появление новых приборов и технологий привела к формированию новых и значительное развитие старых отраслей биологии. Электронный микроскоп, люминесцентная и фазово-контрастная микроскопия позволили подробно исследовать строение клеток и тканей. Достижения физики и химии вызвали появление молекулярной биологии и предоставили возможность анализировать жизненные процессы на уровне отдельных молекул. Бурное развитие получила генетика. Эта наука возникла в результате переоткрытия К. Корренсом, Э. Чермаком и Г. де Фризом законов наследственности (обнаруженных Г. Менделем, но оставшихся неизвестными биологам того времени) и работам Т. Моргана, экспериментально обосновавшим хромосомную теорию наследственности. Именно развитие генетики обеспечили успехи селекции и резкое увеличение производительности сельского хозяйства в XX веке.

В 50-е годы поразительных успехов достигли исследования тонкой структуры живой материи. Был решен вопрос о материальных основах наследственности, универсальных для всех организмов. Большое значение для развития биологии имело создание современных методов математической обработки научных данных.

Для современной биологии характерна наряду с детальным изучением отдельных структур и организмов тенденция к целостному, синтетическому познанию живой природы, о чем свидетельствует развитие экологии.

В XXI веке одним из главных направлений развития биологии становится биотехнология, которая открывает широкие возможности для улучшения жизни человека и предоставляет новые возможности современной медицине. 8. Значение достижений биологической науки в жизни человека и общества.

Знания биологии широко используется в практической деятельности человека.

Большое практическое значение биологи для сельского, лесного, промышленного хозяйства и медицины.

Знание законов генетики и селекции, а также физиологических особенностей культурных и домашних видов, позволяет выводить более продуктивные сорта растений и породы животных и др.

9. Выдающиеся ученые Украины.

В развитие отдельных направлений бионауки существенный вклад сделали отечественные ученые-биологи: И.И. Мечников (создатель теории иммунитета), В. И. Вернадский (один из организаторов Академии наук Украины, основатель биогеохимии и учения о ноосфере), И.И. Шмальгаузен (выдающийся зоолог и эволюционист), М. Г. Холодный (выдающийся ботаник и микробиолог) Амосов М.И., Богомолец А.Л., Гамалей М.Ф., Вавилов Н.И., Палладин А.В., Ситник К.М., Северцов А.Н., Заболотный, Перемежко П.И., Навашин С.Г., и др.

Выдающиеся врачи Донецка: ГусакВ.К., БондарьГ.В., Бахтеева, ЧайкаВ.С., Овнатанян К.Т. и д.р.

Итог: На сегодняшний день роль биологии в жизни и практической деятельности человека растет. Это связано с обострением экологической ситуации на Земле, вызванной ростом населения, большим потреблением энергии, обострением социальных противоречий. Дальнейшее развитие и даже существование современной цивилизации возможно только в гармонии с окружающей средой, что требует глубокого знания и соблюдения биологических закономерностей, широкого использования биотехнологии

По уровню биоисследований сейчас можно судить о материально-техническом развитии общества; поскольку биология становится реальной продуктивной силой, а также рациональной научной основой отношений между человеком и природой. Только на основе биоисследований возможно решение одной из грандиозных задач, - управлением эволюцией биосферы.

XXI век назван – веком биологии!

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1. Какие особенности имело развитие биологии в древнем мире?

2. Почему эпоха Возрождения привела к интенсивному развитию биологических дисциплин?

3.Какие украинские ученые сделали существенный вклад в развитие мировой биологии?

4.Какие методы исследований использует биология?

5.Как основные свойства живого вам известны?

6.Почему мы можем считать живые организмы системами?

7.Какие главные уровни организации живого выделяют ученые?

8.На каком уровне организации можно изучать комнатное растение?

9.Что общего в живой клетке и в Биосфере?

10.Как можно установить, пригодно ли яйцо к употреблению в пищу?

Домашнее задание: Выучить конспект, подготовить доклад о выдающихся отечественных учёных - биологах, найти информацию о применении бионики в вашей будущей профессии, § 1-3, Лек.№ 1.

Творческое задание: Проект «Ода жизни» (подобрать афоризмы, стихи, песни, посвящённые жизни)





Лекция №2

Тема : Неорганические вещества (вода, кислород, оксиды, кислоты, минеральные соли, щелочи) В жизнедеятельности организмов. Биологическая роль ионов. Базовые понятия и термины: элементарный состав, микроэлементы, макроэлементы, ультрамикроэлементы, органогенные элементы, вода, полярные и неполярные вещества, диффузия, биологические мембраны, осмотическое давление вещества, соли, кислоты, анионы, катионы.

План лекции:

1.Неорганические вещества (вода, кислород, оксиды, кислоты, минеральные соли, щелочи) в жизнедеятельности организмов.

2.Классификация элементов на макроэлементы и микроэлементы.

3.Биологическая роль ионов.

Содержание лекции:

Хотя почти все известные элементы встречаются в живых организмах, но их соотношение в живых и неживых объектах различны. Если в неживых объектах на нашей планете по числу атомов самые более распространенными являются О (63%), Сu (21,2%), А1 (6,5%), Na (2,4%), Fe (1 , 9%) и Са (1,9%), то в живых первые места по содержанию занимают Н (64%), B (25,6%), C (7,5%), N (1,25%) , Р (0,24%), S (0,06%). Такое отличие обусловлено ​​определенными особенностями элементов, которые преобладают в живых объектах. Это напрямую связано с их химическими и физическими свойствам. Так, кислород и водород образуют воду, которая является универсальным растворителем и средой, в которой происходят биохимические реакции. Наличие азота крайне важно для образования важнейших информационных молекул - ДНК и РНК. Фосфор участвует в образовании макроэргических связей, т.е. является важнейшим компонентом систем обеспечения клеток энергией. А Сера играет важную роль в формировании пространственного строения биологических молекул.

Если же взять, например, кремний, которого очень много на нашей планете, то он, как и Карбон, способен связываться с четырьмя другими атомами, но за больший диаметр своего атома, он хуже образует макромолекулярные цепочки.

Классификация элементов на макроэлементы и микроэлементы.

По содержанию в живых организмах химические элементы можно разделить на группы: органогенные, макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Химические элементы в составе живых организмов:

Органогенные


от 0,001 до 0,000001% массы тела.

Меньше 0,000001% массы тела.

С, Н, О, N

Na, К, Мg, Са и Сl

Fe. Cu, Zn, Mn, Co, I, Mo, V, Ni, Cr, F, Se, B, As

U, Rs, Au, Hg, Se


Макроэлементы


К этой группе относят элементы, масса которых составляет от 10 до 0,001% массы тела. Они являются основной массой вещества живых организмов и участвуют в образовании их органических и неорганических соединений. С, Н, О, N входят преимущественно в состав органических соединений. Четыре элемента (С, Н, О, N), которые по общей массе и количеству атомов в органических соединениях значительно превышают все другие, называют органогенными. Na, К, Мg, Са и Сl в живых организмах чаще всего случаются в виде ионов.

Микроэлементы

К этой группе относят элементы, масса которых составляет от 0,001 до 0,000001% массы тела. Они входят в состав ферментов, гормонов и ряда других важных соединений. Например, I входит в состав гормонов щитовидной железы, а Fе - в состав гемоглобина. Некоторые из них имеют большое значение только для определенных систематических групп организмов. Так, бурые водоросли содержат много I, моллюски - много Сu, который входит в состав их дыхательных пигментов, а хвощи - много Si и Сr, которые выполняют защитные функции.

Ультрамикроэлементы

К этой группе относят элементы, масса которых не превышает 0,000001% массы тела. Их биологическая роль мало исследована. Скорее всего, они попадают в организм случайно в виде примесей в составе необходимых веществ. Однако в ряде случаев было отмечено их влияние на организм. Например, препараты, содержащие очень низкие концентрации Аu, установили профилактический эффект в отношении атеросклероза.

Проблемы, связанные с нарушением содержимого элементов.

Нарушение содержания химических элементов в живых организмах довольно часто приводит к негативным для них последствиям. Причиной негативных последствий может быть, как недостаток, так и избыток элемента. Так, недостаток I приводит у человека к нарушению работы щитовидной железы, а избыток тяжелых веществ (Нg, РЬ, Си, Аs т.д.) вызывает тяжелые отравления и нарушает работу печени и почек. Недостаток Fе у человека вызывает анемию, недостаток Р повышает ломкость костей, а его избыток вызывает поражение нервной системы. Дефицит N у растений подавляет их рост, вызывает пожелтение и опадение листьев и уменьшает урожайность. Дефицит Р также вызывает угнетение роста и изменение окраски листьев. Разнообразные нарушения развития растений из-за окраски их отдельных частей вызывает и дефицит таких элементов, как Fe, Мо, Са, Мg т.д.. Избыток Мn вызывает у растений пожелтение листьев, а недостаток В приводит к отмиранию краев листьев.

Воды в живых организмах содержится очень много. В большинстве случаев она составляет более половины массы живого организма, а иногда ее доля в организме составляет 95-99%. Все это обусловлено чрезвычайно большой ролью воды для жизнедеятельности живых организмов. И такое значение обусловлено особыми свойствами воды, которыми она обязана своему строению.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Эти атомы образуют полярные полюса молекулы (положительный полюс - атом водорода, а отрицательный полюс - атом кислорода). Существование полюсов делает возможным образование водородных связей, которые позволяют молекулам воды образовывать между собой и с другими веществами различные комплексы. Подобные комплексы молекул существенно повышают температуру кипения и таяния воды (по сравнению с похожими молекулами) и увеличивают ее теплоемкость. Они же делают воду очень хорошим растворителем и благоприятной средой для протекания целого ряда реакций.

Молекула воды в газообразном, жидком и твёрдом состоянии:

Группа 4












Важнейшими для живых организмов свойствами воды можно назвать следующие:

1. Вода является прекрасным растворителем для полярных и неполярных веществ, которые имеют заряженные участки.

2. Вода способна образовывать агрегатные группы молекул между своими молекулами и с молекулами других веществ. Это значительно усиливает силу поверхностного натяжения, что позволяет воде подниматься по капиллярам почвы и сосудах растений.

3. Из-за наличия между молекулами воды водородных связей ее испарение требует большого количества энергии, а в случае ее замерзания выделяется тепло. Поэтому наличие на нашей планете воды в трех агрегатных состояниях значительно смягчает ее климат. Кроме того, многие организмы использует испарения воды в условиях высоких температур для охлаждения своего организма.

4.Наибольшей плотности вода достигает при 4 ° С. Лед имеет меньшую плотность, чем вода. Поэтому зимой он размещается на поверхности водоемов и защищает организмы, которые в них живут, от переохлаждения.

5.Молекулы органических или неорганических веществ, которые являются полярными или имеют заряженные участки, легко взаимодействуют с молекулами воды и, соответственно, легко в ней растворяются. Такие вещества называют гидрофильными. Если же молекулы органических или неорганических веществ не являются полярными и не имеют заряженных участков, то они практически не взаимодействуют с молекулами воды и, соответственно, в ней не растворяются. Такие вещества называют гидрофобными.

6.Так как вода в жидком состоянии все же не имеет жесткой внутренней структуры, тепловое движение молекул приводит к постоянному перемешиванию молекул водного раствора. Это явление называют диффузией. Вследствие диффузии концентрации растворенных веществ в разных частях раствора выравниваются.

   7. Наличие в живых организмах биологических мембран приводит к появлению явления осмоса. Вследствие того, что биологические мембраны является полупроницаемой, через них не могут проходить крупные органические молекулы, но могут проходить молекулы воды. В случае, когда концентрация крупных молекул по разные стороны мембраны различна, молекулы воды начинают интенсивно перемещаться на ту сторону, где концентрация растворенных веществ является выше. Вследствие этого и выходит избыток веществ по одну сторону мембраны, что можно наблюдать в рассмотрении осмотического давления.

Осмотическое давление является очень важным для живых организмов. Благодаря ему возникает тургор (упругость растительных тканей) и происходит клеточный транспорт.


3.Биологическая роль ионов.


В живых организмах минеральные вещества могут быть представлены в рассмотрении ионов или нерастворимых солей. В виде ионов случаются катионы К +, Са2, Мg2 + и анионы Сl, НСО ~, Н2РО ~, C02 ~ и др.. Нерастворимыми веществами в живых организмах является Са2 (Р04) 2 и СаС03. Ряд живых организмов способен производить неорганические кислоты, например, хлорную и сульфатную.

Значение некоторых минеральных веществ для живых систем:

Минеральное вещество

Значение для живых организмов

Са

Кальций является основным структурным элементом костных тканей, влияет на проницаемость клеточных мембран, участвует в работе многих ферментных систем, передачи нервных импульсов, мышечном сокращении, играет важную роль во всех стадиях свертывания крови. В крови кальций содержится в неорганических соединениях и белковых комплексах. Его ионы, будучи имеющимися в различных белковых структурах, управляют функциями, жизненным циклом клеток. В растительной клетке кальций регулирует физико-химическое состояние цитоплазмы: поддерживает коллоидное состояние, определяет наряду с магнием и другими элементами кислотность среды. Благодаря стабильности состояния цитоплазмы наблюдается тургор растения, идет активный обмен и синтез соединений

К

Cl

Калий входит в состав тканей растительных и животных организмов. Одною из важнейших функций калия является поддержание потенциала клеточной мембраны. Концентрация ионов калия влияет на осмотическое давление в клетках - давление раствора на полупроницаемую перепонку, отделяющую его от растворителя или раствора меньшей концентрации. Конкурентность между ионами калия и натрия обусловливает участие калия в регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме

Хлор в форме хлорид-аниона участвует в регуляции тургора в некоторых растениях. Перемещаясь вместе с Калием, он поддерживает в клетках электронейтральность. Однако содержание хлорида редко достигает такого высокого уровня, как содержимое калия. Известно также, что хлор стимулирует фотосинтетическое фосфорилирование, но его точная биохимическая роль в этом процессе еще не установлена

І

Основной физиологической ролью йода является участие в метаболизме щитовидной железы и гормонов, которые она производит. Недостаток йода приводит к возникновению характерных симптомов: слабости, пожелтение кожи, ощущение холода и сухости. Лечение тиреоидными гормонами или йодом устраняет эти симптомы. Недостаток тиреоидных гормонов может привести к увеличению щитовидной железы. В отдельных случаях образуется зоб. Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей - они отстают в физическом и умственном развитии. Избыток гормонов щитовидной железы приводит к истощению, нервозности, тремора, потери веса и повышенной потливости. Это связано с увеличением пероксидазной активности и, вследствие этого, с увеличением йодирования тиреоглобулином. Избыток гормонов может быть следствием опухоли щитовидной железы. Для лечения используют радиоактивные изотопы Йода, которые легко усваиваются клетками щитовидной железы

Хлоридная кислота

Производится в желудке позвоночных животных. Играет важную роль в процессах пищеварения


Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1. Почему соотношение химических элементов в живых и неживых организмах разная?

2. Какие элементы и почему называют органогенными?

3. Какие элементы и почему называют макроэлементами?

4. Какие элементы и почему называют микроэлементами?

5. Какие элементы и почему называют ультрамикроэлементы? Почему Алюминий и Ферум вошли в состав микроэлементов, а не макроэлементов?

6.Какие минеральные вещества встречаются в живых организмах?

7.Как значение для живых организмов играет Кальций?

8.Какое значение для живых организмов играет Йод?

9.Как значение для живых организмов играет Магний?


Домашнее задание: Выучить конспект. Подготовить доклад, § 4-6, Лек.№ 2




Лекция №3

Тема: Органические вещества, их разнообразие и значение для существования живых существ. История изучения. Малые органические молекулы - липиды. Базовые понятия и термины: органические вещества, белки, жиры, липиды, углеводы, систематизация, реакции, практическое значение. План: 1.История изучения органических веществ. Формирование биохимии.

2.Направления исследований современной биохимии.

3. Общая характеристика органических веществ. Классификация.

4.Липиды. Общая характеристика. Классификация.

5.Функции простых и сложных липидов.

Содержание лекции:

1.История изучения органических веществ. Формирование биохимии. Химический состав живых организмов, вещества, входящие в их состав, и химические процессы, которые происходят в организмах, изучает наука биохимия.

К началу XIX века существовала общая уверенность, что жизнь не поддается физическим и химическим законам, характерным неживой природе. Считалось, что только живые организмы способны производить молекулы, характерные для них. Только в 1828 году Фридрих Велер опубликовал работу о синтезе мочевины, выполненный в лабораторных условиях, доказав, что органические соединения могут быть созданы искусственно. Это открытие нанесло серьезное поражение ученым-виталистам, которые исключали такую ​​возможность.

К тому времени уже существовал фактический материал для первичных биохимических законов, который накапливался в связи с практической деятельностью людей, направленной на изготовление еды и вина, получения пряжи из растений, очистки кожи от шерсти с помощью микробов, на изучение состава и свойств мочи и других выделений здорового и больного человека. После работ Велера постепенно начали устанавливаться такие научные понятия, как дыхание, брожение, ферментация, фотосинтез. Изучение химического состава и свойств соединений, выделенных из животных и растений, становится предметом органической химии (химии органических соединений). Начало биохимии также ознаменовался открытием первого фермента диастазы (сейчас известного как амилаза) в 1833 году Ансельмом Паеном. Сам термин «биохимия» был впервые предложен в 1882 году, однако считается, что широкое применения он приобрел после работ немецкого химика Карла Нойберга в 1903 году. К тому времени эта область исследований была известна как физиологическая химия. После этого времени биохимия быстро развивалась, особенно начиная с середины XX века, прежде всего благодаря разработке новых методов, таких как хроматография, рентгеноструктурный анализ, МР-спектроскопия, радиоизотопное мечение, электронная и оптическая микроскопия и, наконец, молекулярная динамика и другие методы вычислительной биологии. Эти методы позволили открыть и детального анализировать многие молекулы и метаболические пути клетки, такие как гликолиз и цикл Кребса.

2. Направления исследований современной биохимии. Сейчас биохимические исследования проводятся в трех направлениях, которые сформированы Майклом Шугаром. Биохимия растений исследует биохимию преимущественно автотрофных организмов, в том числе такие процессы как фотосинтез. Общая биохимия включает исследование, как растений, так и животных, и человека, а медицинская биохимия специализируется на биохимии человека и отклонениях биохимических процессов от нормы, в частности, в результате болезней. Белки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана де Фуркруа и других ученых, у которых было отмечено свойство белков коагулировать при нагревании или под действием кислот.

К концу XIX века уже было исследовано большинство аминокислот, входящие ​​в состав белков. В 1894 году немецкий физиолог АльбрехтКоссель выдвинул теорию, что аминокислоты являются главными структурными элементами белков. В начале XX века немецкий химик Эмиль Фишер экспериментально доказал, что белки построены из остатков аминокислот, соединенных пептидными связями. После 1926 года также стала понятной центральная роль белков в организмах, когда американский химик Джеймс Самнер (впоследствии - лауреат Нобелевской премии) показал, что фермент уреаза также является белком. Идея о том, что вторичная структура белков образуется в результате формирования водородных связей между аминокислотами, была высказана Уильямом Астбери в 1933 году, но Лайнус Полинг считается первым ученым, который смог успешно предсказать вторичную структуру белков. Позже Волтер Каузман, полагаясь на работы Кая Линдерстрем-Ланга, внес весомый вклад в понимание законов образования третичной структуры белков и роли в этом процессе гидрофобных взаимодействий. В 1949 году Фред Сэнгер определил аминокислотную последовательность инсулина, продемонстрировав таким способом, что белки - это линейные полимеры аминокислот, а не разветвленные (как у некоторых сахаров) цепи, коллоиды или циклолы.

Особенностью исследований в начале XXI века является одновременное получение данных о белковом составе целых клеток, тканей или организмов – протеомика.

3. Общая характеристика органических веществ. Классификация. Основные органические вещества живых организмов можно разделить на следующие большие группы, как липиды, белки, углеводы и нуклеиновые кислоты и АТФ.

Органические соединения - это вещества, имеющие скелеты из ковалентно связанных атомов углерода способные присоединять атомы кислорода, Гидрогену. Изучением углерода и его соединений занимается отдельная отрасль химии - органическая химия. Карбон - один из самых уникальных элементов, который встречается в природе.

Карбон обладает уникальными свойствами, благодаря которым он является основным компонентом подавляющего большинства органических соединений:

1) Его атомы сравнительно малые и атомная масса невелика;

2) Способен образовывать четыре прочные ковалентные связи;

3) Образует углерод - углеродные связи, создавая, таким образом, длинные углеродные скелеты молекул в виде цепей или колец;

4) Образует кратные двойные связи;

Образует ковалентные связи с другими атомами (O, H, N, и др..). Это уникальное сочетание свойств обеспечивает чрезвычайное разнообразие органических молекул.

Чем еще определяется разнообразие органических соединений?

Она зависит от функциональных групп, входящих в эти соединения. Функциональная группа - это часть молекулы, имеет определенный химический состав и функции.

Органические вещества делятся на:

1) малые органические молекулы (мономеры): аминокислоты, глицерин, жирные кислоты, моносахариды, нуклеотиды;

2) макромолекулярные молекулы (биополимеры): белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.

Макромолекулы построены из мономеров. Это относительно крупные структуры с высокой молекулярной массой. (Так, молекулярная масса белков составляет 5000 -1000000)

На биополимеры приходится около 90% сухой массы клетки.

Все эти вещества обычно представлены очень большими молекулами, в состав которых входят тысячи, десятки тысяч или даже миллионы атомов. Их мы можем назвать биополимерами, потому что состоят эти огромные молекулы из небольших компонентов, которые собраны в составе единой структуры.

Так, молекулы нуклеиновых кислот состоят из отдельных нуклеотидов, молекулы белков - из аминокислот, а молекулы олиго-и полисахаридов - из моносахаридов. Большинство липидов образуются из глицерина и жирных кислот. Помимо образования макромолекул малые биологические молекулы выполняют и различные специальные функции.

Особую группу органических веществ составляют биологически активные вещества, ферменты, гормоны, витамины. Они разнообразны по строению и способны влиять на обмен веществ и энергии в организме.

4. Липиды. Общая характеристика. Классификация. Липиды - это жироподобные или жирные вещества, которые могут быть экстрагированные из клеток с помощью неполярных растворителей (например, хлороформом). В состав молекул большинства липидов входят жирные кислоты и спирты. Липиды - это органические соединения с различной структурой, но общими свойствами: они нерастворимыми в воде, хорошо растворимы в неполярных органических растворителях. В живых организмах содержатся различные липиды, в частности фосфолипиды, жиры и стероиды т.д.. Из липидов распространенными и наиболее известными являются жиры. Содержание жира в клетке обычно невелико: 5-10% (от сухого вещества). Однако существуют клетки, в которых около 90% жира. У животных такие клетки содержатся, например, под кожей. Жир содержится в молоке всех млекопитающих. У некоторых растений большое количество жира сосредоточено в семенах и плодах (20-60), например, у подсолнечника, конопли, грецкого ореха. По химической структуре жиры являются сложными эфирами трёхатомного спирта глицерола и высокомолекулярных жирных кислот. Липиды традиционно делятся на простые и сложные. Простые состоят только из остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. Сложные липиды являются комплексом простых липидов с белками, углеводородами или производными фосфорной кислоты. Жирными называют карбоновые кислоты, содержащие в составе своей углеродной «цепочки» от четырех до двадцати четырех атомов углерода. Хотя они могут случаться у живых организмов и в свободном виде, но большинство представлены как компоненты липидов. Особенности строения этих кислот обеспечивают их важными для живых организмов свойствами. Они состоят из карбоксильной группы и углеводородного "хвоста". Карбоксильная группа позволяет реагировать со спиртами, образуя липиды, а углеводородный «хвост» обеспечивает гидрофобные свойства. Жирные кислоты могут быть насыщенными (имеют только одинарные связи между атомами углерода) или ненасыщенными (могут иметь один или несколько двойных связей между атомами углерода). Оба эти типа жирных кислот находятся в природных липидах. Из насыщенных жирных кислот в живых организмах часто содержится пальмитиновая, стеариновая или лауриновая. Из ненасыщенных жирных кислот в живых организмах часто содержится олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая (для человека последняя кислота является незаменимой). Чаще простые липиды жирные кислоты образуются из трехатомного спирта глицерина. Эту группу соединений называют триглицеридами. Группа восков образуется вследствие взаимодействия жирных кислот с одноатомными спиртами. Кроме того, в группу простых липидов включают стероиды и терпены, которые являются производными изопреновых и не содержат в своем составе жирных кислот. Жиры.

Триацилглицеролы - это природные органические соединения, которые являются посредником глицерола и жирных кислот. Триацилглицеролы являются формой накопления жиров в организме и одним из основных источников энергии, это самые распространенные из природных липидов.

Сравнение жиров:

По происхождению:


Животные

Растительные

По физическому составу: Твердые

жидкие

С высокой tпл.

и низкой tпл.

Насыщенные жирные к-ты

и не насыщенные


Калорийность жиров почти вдвое выше калорийности углеводов, поэтому они откладываются в организме животных как запасное питательное вещество. Жиры также служат для теплоизоляции и обеспечивают плавучесть. Масла чаще всего накапливаются в растениях (семена подсолнуха, кокосовой пальмы и др.). Фосфолипиды. Особенно важными жироподобными веществами являются фосфолипиды. Они, как и настоящие жиры, является эстерами глицерола и жирных кислот, но от настоящих жиров они отличаются тем, что содержат остаток ортофосфатнои кислоты. Фосфолипиды благодаря своему строению способны образовывать билипидный слой, являющийся основой биологических мембран. Из всех стероидов в организме человека в наибольшем количестве содержится холестерол. Стероидами также являются половые гормоны (эстрогены, прогестерон, тестостерон), витамин В. Воски используются животными и растениями как водоотталкивающие покрытия (пчелиные соты, покрытие перьев птиц, внешний покров листьев, плодов и семян некоторых растений) 5.Функции липидов:

Липиды очень широко представлены в живой природе и играют чрезвычайно важную роль в клетке и организме.

Строительная функция(структурная). Липиды участвуют в построении мембран всех органов и тканей, а также в образовании многих биологически важных соединений. Энергетическая функция. Липиды обеспечивают 25-30% всей энергии, необходимой для организма. В процессе полного распада 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Функция запасания питательных веществ. Жиры являются своеобразными «энергетическими консервами». Жировыми депо могут быть и капля жира внутри клетки и «жировое тело» у насекомых, и подкожная клетчатка у человека, в которой накапливается жир. Теплоизоляционная функция. Жиры плохо проводят тепло. Они откладываются под кожей, образуя в некоторых животных огромные скопления. Например, у кита слой подкожного жира достигает 1 м. Это позволяет теплокровным животным жить в холодных полярных водах. Защитная функция. Слой жира защищает нежные органы от ударов и сотрясений (например, околопочечная капсула, жировая подушка вокруг глаза). Жироподобные соединения покрывают тонким слоем листья растений, не давая им намокать во время сильных дождей. Гормональная функция(регуляторная). Большинство липидов являются предшественниками гормонов. Например, к липидам относятся половые гормоны человека и животных: эстрадиол (женский гормон) и тестостерон (мужской гормон). У многих млекопитающих существует специальная жировая ткань, которая выполняет преимущественно роль терморегулятора, своеобразного биологического «обогревателя». Эту ткань называют «бурым жиром». В ней вырабатывается энергия, имеющая для млекопитающих большое значение в условиях жизни при низких температура. Узнайте больше:

Из ненасыщенных жирных кислот в клетках человека и животных синтезируются такие регуляторные вещества, как простагландины. Они обладают широким спектром биологической активности: регулируют мускулатуры внутренних органов, поддерживают тонус сосудов, регулируют функции различных отделов мозга, например, центра терморегуляции. Повышение температуры тела при некоторых заболеваниях связано с усилением синтеза простагландинов и возбуждением центра терморегуляции. Широко применяемый в медицине аспирин тормозит синтез простагландинов и таким образом снижает температуру тела. Жир может быть поставщиком, так называемой эндогенной воды. Из 1 кг жира во время его окисления образуется около 1,1 л воды. Благодаря этой воде существует немало пустынных животных, например, песчанки, тушканчики. Жир, который накапливается в горбах верблюда, также является источником воды. Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1.Какие группы органических веществ вы знаете? 2.Какие органические вещества называют моносахаридами, белками, липидами? 3.Какие бывают липиды? Которые их свойства? Функции? 4.Дайте толкование понятия биохимия. Домашние задание: пересказ конспекта, Лек. № 3



Лекция № 4

Тема: Малые органические молекулы: моносахариды. Макромолекулы: полисахариды, строение, свойства, роль в жизнедеятельности организма. Базовые понятия и термины: моносахариды, олигосахариды, полисахариды, запасная функция, структурная функция, целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин.

План лекции:

1.Углеводы, их строение, классификация. Моносахариды: малые органические молекулы.

2.Основные функции моносахаридов.

3.Характеристика полисахаридов и олигосахаридов.

4.Особенности строения и функции олиго-и полисахаридов.

Содержание лекции:

1.Углеводы, их строение, классификация. Моносахариды: малые органические молекулы.

Название «углеводы» отражает тот факт, водород и кислород присутствуют в этих соединениях, как правило, в том же соотношении, что и в молекуле воды.

Углеводы - органические соединения, состоящие из атомов C, H, O. Углеводы являются или альдегидами, или кетонами, и в их молекулах всегда есть несколько гидроксильных групп.

Свойства углеводов зависит от функциональных групп, входящих в их состав.

Углеводы делятся (по количеству структурных единиц) на: простые сахара, моносахариды (мономеры) олигосахариды: дисахариды; полисахариды.

Углеводы по количеству атомов углерода: триозы, тетрозы, пентозы и т.д.

      Содержание углеводов в различных клетках:

У растений - 80-90% всей массы.

У животных -2 % массы тела.

В клетках листьев, семян, плодов - до 70%.

В клубнях картофеля - до 90%.

В клетках печени и мышц -5%.

Моносахариды, или простые сахара, являются органическими соединениями с общей формулой (СН20)n. У моносахаридов n может принимать значения от трех до семи. Все они имеют в своем составе гидроксильные группы, поэтому хорошо растворяются в воде. По количеству атомов углерода в молекуле моносахариды делятся на пять групп - триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы.


Основные функции моносахаридов

Моносахариды

Функции

Триозы (С3Н6О3)

Играют важную роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза

Тетрозы

В живых организмах случаются редко, преимущественно у некоторых прокариот

Пентозы

Входят в состав НК, принимают участие в синтезе некоторых коферментов, полисахаридов и макроэнергетических соединений (АМФ, АТФ, тд), в процессе фотосинтеза

Гексозы

Являются источником энергии, которая освобождается во время реакций окисления в процессе дыхания, входят в состав олиго- и полисахарид.

Гептозы

У растений сем.Толстянковых



3. Характеристика полисахаридов и олигосахаридов. Разделение на олигосахариды и полисахариды является количественным. Обе группы углеводов образуются путем объединения молекул моносахаридов в полимерные структуры. Если количество молекул моносахаридов в полимере является небольшой, то его относят к олигосахаридам. Если же количество молекул моносахаридов в составе полимера достигает сотен и тысяч, то его называют полисахаридом. Чаще всего в живых организмах встречаются дисахариды (образуются из двух молекул моносахаридов), трисахариды (состоят из трех молекул моносахаридов) и полисахариды (состоят из нескольких тысяч молекул моносахаридов).

Кроме того, способность моносахаридов образовывать как линейные, так и разветвлённые молекулы приводит к тому, что один моносахариды может образовать несколько различных полисахаридов, и эти полисахариды могут довольно сильно отличаться по своим свойствам.


Название вещества

Особенности строения

Функции

Сахароза

Дисахарид, состоит из остатков 2 молекул — глюкозы и фруктозы

Очень распространённое вещество,

Лактоза

Дисахарид, состоит из остатков 2 молекул- глюкозы и галактозы

В большом количестве содержатся в молоке млекопитов, могут входить в состав гликолипидов.

Мальтоза

Дисахарид, состоит из 2 молекул глюкозы

Основной структурный компонентный элемент ряда полисахаридов (например, крахмала и гликогена). содержатся в проросших семенах злаковых.

Трегалоза

Дисахарид, состоящий из остатков двух молекул глюкозы, но за другой способ их соединения, отличается по свойствам от мальтозы

Главный углевод гемолимфы многих видов насекомых. встречается в клетках ряда водорослей, грибов и высших растений

Раффиноза

Трисахарид, состоящий из остатков трех молекул - глюкозы, фруктозы и галактозы

Один из основных Запасающий углевод растений. В большом количестве это вещество содержат сахарная свекла и сахарный тростник


Инулин

Полисахарид, состоящий из остатков фруктозы

Запасающий полисахарид растений, откладывается в подземных органах представителей семьи Астровые и некоторых других семей

Крах­мал

Полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Состоит из полимерных молекул двух типов - линейной амилозы (приблизительно на 25%) и разветвленного амилопектина (примерно на 75%)

Основной резервный углевод большинства растений

Гликоген

Полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Имеет сильно разветвленные молекулы

Основной резервный углевод большинства животных и грибов

Целлюлоза

Полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. В отличие от крахмала и гликогена молекулы целлюлозы образованы другим оптическим изомером глюкозы

Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений и покровных структур некоторых животных (например, асцидий)

Хитин

Полисахарид, состоящий из остатков М-ацетил-Б-глюкоза-амина

Основной структурный полисахарид клеточных стенок большинства грибов, основание наружного скелета членистоногих


Все эти вещества, образованные остатками глюкозы. Однако их пространственное строение различно. Молекулы гликогена являются компактными сильно разветвленными структурами. Они не образуют прочных структур, но имеют большое количество «конечных» молекул глюкозы, которые расположены на кончиках. Ферменты животных если нужна энергия, начинают отрывать для использования именно «конечные» молекулы. Концов же в гликогене много, и, соответственно, мобилизация энергетических ресурсов происходит очень быстро. А для животных это имеет решающее значение, потому что их быстрые движения в трудном положении потребуют именно быстрой мобилизации энергетических резервов.

Для растений проблема быстрой мобилизации ресурсов является менее актуальной. А вот хранить линейные молекулы можно в более компактных структурах. Крахмал их вполне удовлетворяет. А целлюлоза вообще в первую очередь играет роль структурной вещества, ее линейные и очень длинные молекулы без разветвлений позволяют создавать чрезвычайно прочные и эффективные клеточные стенки. К тому же расщеплять эти молекулы, созданные из другого оптического изомера глюкозы, ферменты животных не могут. Для того чтобы процессы пищеварения растительной массы происходили более или менее эффективно, животным приходится использовать Прокариотические кишечные симбионты.


Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1.Какие функции выполняет лактоза?

2.Из каких моносахаридов состоит раффиноза?

3.Живые организмы используют хитин?

4.Какие особенности строения гликогена позволяют ему эффективно выполнять свою функцию?

5.Как особенности строения целлюлозы позволяют ей эффективно выполнять?

Домашнее задание: § 8, выучить конспект, Лек.№ 4.




Лекция № 5

Тема: Малые органические молекулы: аминокислоты. Макромолекулы, белки, их строение, свойства; функции.

Базовые понятия и термины: аминокислоты, белки, катализаторы, ферменты; защитная, каталитическая, транспортная, запасающая и структурная функции.

План лекции:

1. Малые органические молекулы: аминокислоты.

2. Макромолекулы, белки, их строение, свойства; функции.

Содержание лекции:

1. Малые органические молекулы: аминокислоты.

Разнообразие органических соединений определяется, в том числе и разнообразием функциональных групп, входящих в них.

Аминокислоты - это малые органические молекулы, в состав которых входят аминогруппа и карбоксильная группа. Содержание в клетке - 0,4% от общей массы.

Общая формула их включает карбоксильную группу СООН, аминогруппу NН2 и радикальную группу. Аминокислоты - мономеры белков. В образовании белковых молекул участвуют так называемые - аминокислоты, в которых карбоксильная группа и аминогруппа находятся у одного атома углерода.

В природе известно 20 аминокислот (основные или Протеиногенные), входящих в состав белков. Всего в природе известно 200 аминокислот.

Как вы думаете, почему в детских садах в рацион питания обязательно включается гречневая каша? Гречка содержит большой набор незаменимых аминокислот.

Аминокислоты:

1) Заменимые (синтезируют животные и растение): аланин, аспарагин, гистидин, глицин, аспарагиновая кислота, глютамин, глютаминовая кислота, пролин, серин, тирозин, цистеин.

2) Незаменимые (синтезируют растения, грибы, бактерии): аргинин, валин, изолейцин, лейцин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.

2.Макромолекулы: Белки.

Белки - важнейший структурный материал клетки.

  В организме человека содержится более 5 млн. типов белков. Содержание белков в организме человека:

- В мышцах - 80%;

- В коже -63%;

- В печени - 57%;

- В костях - 28%.

- Другие примеры белков и где они находятся: перья, шерсть, волосы, ногти, когти, гемоглобин, иммуноглобулин, фибрин, желатин, лизоцим ...

В 1728 г. Я.Бекарри выделил из пшеничной муки белок - клейковину и исследовал его свойства. В 1839 г. Г.Мулльдер назвал белки протеинами (от гр. «Протос» - первый. В 1810 г. Ж.Гей-Люссак и Л.Биспор установили элементарный состав белков.

                 Особенности строения белков

Белки — это высокомолекулярные полимерные молекулы, состоящие из остатков аминокислот. В белках аминокислоты с соединены между собой с помощью пептидной связи, которая образуется при взаимодействии между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой. Это прочная ковалентная связь. С его помощью могут образовываться дипептиды, три пептиды и т.д.. Цепочка более 10 аминокислот - полипептид.

          Уровень структурной организации:

Молекулы белков отличаются сложной пространственной структурой белков это обусловлено количеством и порядком расположения аминокислот в полипептидной цепи карбоксильной и аминогруппы аминокислоты в полипептидной цепи регулярно повторяются. Это позволяет им взаимодействовать между собой, образуя водородные связи. Эти связи определенным образом изменяют положение в пространстве отдельных участков полипептидной цепи, создавая вторичные структуры белковой молекулы в виде спиральных или складчатых участков. Различные спиральные и складчатые участки белковой молекулы также взаимодействуют между собой. Это происходит с помощью гидрофобных или электростатических взаимодействий между ними или в следствии образования водородных или даже ковалентных связей между отдельными радикалами аминокислот. Таким образом, возникает третичная структура белка. Четвертичная же структура (мультимер) белка возникает в результате объединения нескольких белковых молекул в единый структурный - функциональный комплекс.

  Свойства белков. Разнообразие.

        Свойства белков зависит от структуры, состава и последовательности расположения аминокислот. Расположение различных типов аминокислотных радикалов в одной точке пространства создает уникальные условия для протекания биохимических реакций, а складчатые участки белковой цепи проявляют значительную устойчивость к воздействию внешних факторов.

 Высокая молекулярная масса предает белкам свойства, характерные для коллоидных систем.

Белки, как и аминокислоты, имеют амфотерные свойства.

         По форме белковой молекулы белки делят на три большие группы - фибриллярные, глобулярные и промежуточные.

         По химическому составу белки делят: а) простые (в составе только аминокислоты) б) сложные (в составе есть небелковая молекула).

         По происхождению: растительные, животные, бактериальные, вирусные.

         По свойствам: кислые, нейтральные, основные, гидрофильные и т.д..

      Действие различных факторов на белок.

       Пространственная структура белков может нарушаться под влиянием изменения температуры, давления, разного вида облучения, химической среды (кислоты, щелочи, спирты), физических факторов (соли тяжелых металлов). В этом случае сначала разрушается полипептидная цепь. Этот процесс называется денатурацией. Она может быть обратной (ренатурацией), когда после прекращения действия денатурирующего фактора белок самостоятельно восстанавливает свою структуру, и необратимо, когда после прекращения действия фактора восстановление структуры белка не происходит. Деструкция - процесс разрушения первичной структуры белков. Коагуляция - увеличение белковых молекул, их слипание и выпадение в виде осадка.

             Функции белков. Разнообразие.

Именно особая пространственная структура позволяет белкам выполнять большинство их функций.

Актин, миозин


Запасающие белки

Участвуют в создании организма запасающих веществ, которые необходимы для обеспечения дальнейшей жизнедеятельности.

Яичный альбумин, казеин


Токсины

В зависимости от образа жизни организма, который их производит, они могут служить как средством защиты, так и средством нападения.

Змеиный яд, дифтерийный токсин

Защитные белки

Образуют комплексы с чужими белками, инактивируя их. Участвуют в процессе свертывания крови.

Антитела, фибриноген, тромбин

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы: 1.Какие функции в живых системах выполняют белки? 2.Как работают ферменты? 3.Какие защитные белки являются компонентами в живых системах? Домашнее задание: Изучить конспект, § 9-10, Лек. № 5

Лекция № 6

Тема: Малые органические молекулы: нуклеотиды. Макромолекулы: нуклеиновые кислоты, их строение, свойства, функции.

Базовые понятия и термины: Нуклеиновые кислоты, ДНК, РНК, р-РНК, т-РНК, и-РНК, аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил.

       План:

1. История открытия нуклеотидов.

2. Понятия: нуклеотиды.

3. Понятия: нуклеиновые кислоты, и их строение, разнообразие.

4. Правило Е.Чаргаффа.

5. Параметры ДНК. Комплиментарность.

6. Структура ДНК.

7. Свойства и функции нуклеиновых кислот: ДНК, РНК.

  Содержание лекции:

«Нуклеотиды — это те соединения,


которые связывают прошлое с будущим»

1. История открытия нуклеотидов.

В 1868 г. Ф.Миллер выделил нуклеотиды из ядер клеток гноя. Это были органические соединения, содержащие углерод, фосфор, азот и имели они кислотные свойства.

2.Нуклеотиды являются мономерами нуклеиновых кислот, которые состоят из моносахарида: пентоза (рибоза в молекулах РНК и дезоксирибоза в молекулах ДНК), остатка фосфорной кислоты и азотистого основания. Из этих основ в состав РНК входят аденин (А), гуанин (Г), урацил (У) и цитозин (Ц), а в состав ДНК - аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). (Особенности нуклеотидов в основном определяется азотными основами, которые входят в их состав, поэтому условно нуклеотиды обозначают первыми буквами названий основ.)

Особенности нуклеотидов в основном определяются азотными основаниями, входящих в их состав. Поэтому, условно нуклеотиды обозначают первыми буквами названий основ. Нуклеотиды способны к полимеризации. Проявляют амфотерные свойства. Нуклеотиды хорошо растворимы в воде.

Кроме того, что нуклеотиды являются мономерами нуклеиновых кислот, они еще играют роль коферментов, без которых не может работать целый ряд важных ферментов. Еще одна функция нуклеотидов - образование макроэргических соединений путем присоединения остатков фосфорной кислоты. Именно в такой форме сохраняется и используется энергия, получаемая из пищи или, производится путем фотосинтеза или химических реакций живых организмов. Циклические формы нуклеотидов играют важную роль в регуляции целого ряда процессов в клетках и организме в целом.

3. Нуклеиновые кислоты - это линейные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. В живых организмах они представлены рибонуклеиновыми кислотами (РНК) и дезоксирибонуклеиновыми кислотами (ДНК).

В большинстве случаев ДНК имеют вид двойной полинуклеотидной цепи (по данным Д. Уотсон и Ф.Крик, 1953 г.). Нуклеотиды ДНК содержат в своем составе дезоксирибозу и одну из четырех основ - аденин, гуанин, тимин или цитозин. Две нити ДНК соединены между собой водородными связями, образованными основами, которые входят в состав нуклеотидов. Такие связи могут образовывать только определенные пары: гуанин - с цитозином, а аденин - с тимином. Водородные связи между другими компонентами нуклеотидов создают молекуле ДНК форму спирали.

Физические свойства НК (как и типичных полимеров): в основном растворимы в воде и растворах солей, способны образовывать гели.

4. Правило Е. Чаргаффа.

В 1950 г. Е.Чаргафф выявил следующие закономерности:

1) А = Т, Г = Ц: количество адениловых остатков в молекуле ДНК равен числу тиминовых, а гуаниловых - цитозиновых;

2) Сумма А + Г = Т + Ц. 5. Нуклеотиды соединяются между собой в цепь с помощью ковалентных связей, возникающих между остатками ортофосфатной кислоты одного нуклеотида и углеводным другого.

  Расстояние между соседними азотистыми основами (размер одного нуклеотида) - составляет 0,34 нм.

Шаг спирали - 3,4 нм и содержит 10 пар оснований.

       Комплиментарность - это четкое соответствие нуклеотидов в двух цепях ДНК (А - Т; Г - Ц) (водородные связи: 3: А-Т; 2: Г-Ц.).

6. Структура ДНК: I (первичная), II (вторичная), III (третичная). Подобно белкам.

7.Основна функция ДНК - хранение и воспроизведение наследственной информации и передача ее потомкам. Осуществляется это благодаря процессам репликации и транскрипции.

Ген - участок молекулы ДНК и является носителем наследственной информации.

       Рибосомы - органеллы, которая обеспечивает синтез белка.

       В ходе репликации специальные белки-ферменты расплетают ДНК на одинарные нити. После этого другие ферменты на каждой из нитей достраивают ее зеркальную копию, размещая тимин напротив аденина, а гуанин - напротив цитозина. Таким образом, организм получает две одинаковые копии ДНК, которые можно распределить между дочерними клетками после деления материнской клетки.

       Процесс транскрипции отличается тем, что в этом случае расплетается лишь небольшой участок двойной ДНК и копия синтезируется только на одной из ее половин. К тому же в этом случае образуется не ДНК, а РНК.

       ДНК свойственна денатурация и ренатурация.

      Нуклеотиды РНК содержат в своем составе рибозу и одну из четырех основ - аденин, гуанин, урацил или цитозин. РНК в живых организмах выполняет большое количество функций, и делятся на несколько типов. В отличие от ДНК, РНК чаще всего имеет вид одинарной цепи, но разные части этой цепи могут создавать между собой, образуя отдельные двухцепочные участки. Благодаря этому молекула РНК может иметь очень сложную пространственную структуру. Кроме того, она часто образует комплексы с белками (рибонуклеопротеидами).

        Виды РНК: иРНК, рРНК, тРНК:

Важную роль в синтезе белка играет РНК. По выполняемым функциям выделяют несколько видов РНК.

Транспортная РНК (тРНК):

-Состоит из 70 -90 нуклеотидов (16-18 %);

- Имеет вторичную структуру в виде листка клевера и третичную - неправильную форму;

- Находится в цитоплазме;

- Составляет 10% общего количества РНК в клетке;

 - Функция - транспорт аминокислот к месту синтеза (на рибосому).

Информационная РНК (иРНК) или матричная:

- Состоит из 300-30000 нуклеотидов (2-5 %); не стабильная структура;

- имеет вторичную и третичную структуры;

- находится в ядре и цитоплазме;

- составляет 5% общего количества РНК;

- функция - посредник в биосинтезе белка (матрица для синтеза полипептидных цепей).

Рибосомальная РНК (рРНК):

Состоит из 3-5 тыс. нуклеотидов,

- составляет 85% - находится в рибосомах;

- функция – структурная.

Вспомните: Рибосомы - это органеллы, обеспечивающие синтез белка. Все виды РНК синтезируются на ДНК, являются матрицей, то есть основой, для их синтеза.


Контроль знаний и умений:

      Составить сравнительную характеристику ДНК и РНК (расположения в клетке, мономеры, строение молекул, состав нуклеотидов, функции)

  Домашнее задание: изучить § 11, 12, пересказ конспекта, Лек.№ 6

Лекция № 7

Тема: История изучения клетки. Методы цитологических исследований. Общий план строения клеток. Строение клеток прокариот и эукариот.

Базовые понятия и термины: клетка, клеточный уровень организации жизни, клеточная теория, микроскопия, центрифугирование, метод меченых атомов, метод культуры клеток, прокариоты, эукариоты, ядро, органеллы, клеточная стенка, бактерии, грибы, растения, животные, микрофотографии, микропрепараты.

План лекции:

1.История изучения клетки

Открытие клеточного строения Р. Гукком;

Открытие и изучение с помощью светового микроскопа одноклеточных организмов А. Левенгуком;

Изучение ядра растительных клеток Р.Броуном;

Клеточная теория Шлейденна-Швайнна;

2.Современное развитие цитологии.

3.Основные современные методы цитологии. Их характеристика.

4.Основные органеллы клеток эукариот, особенности строения, биологические функции.

5. Основные отличия между прокариотами и эукариотами.

Содержание лекции:

1.История изучения клетки

Клетку открыл Роберт Гук – английский физик, который работал в Оксфордском университете. Он усовершенствовал конструкцию микроскопа и исследовал с его помощью разные объекты, в том числе пробку, пробкового дуба. Рассматривая с помощью микроскопа пробку, Гук увидел ячейки (это были клетки стенки), которые напомнили ему монастырские кельи, и он назвал их английским словам catll (клетка). Свои исследования он описал в статье в 1665 году. Позже Гук наблюдал и описал клетки таких растений как бузина, укроп, морковь, и т.д… Следующий этап формирования цитологии как науки связан с голландцем Антоне ван Левингуком, который работал в конце 17 века – в начале 18 века. Он открыл одноклеточные организмы, эритроциты, сперматозоиды и другие клетки.

В течение 18 века существенных сдвигов в науке о клетках не происходило через несовершенную конструкцию микроскопов. А вот в 19 веке микроскопы значительно усовершенствовали и, к тому же, создали методики окрашивания клеток. Это привело к целому ряду открытий. В 1827 году Карл Бер открывает яйцеклетку млекопитающих. В 1831 году Роберт Броун описывает ядра растительных клеток.

В 1839 году Теодор Шванн, сравнивая клетки растения и животных и опираясь на выводы Шлейдена, сформулировал клеточную теорию.

Основными положениями этой теории были такие: • Все организмы состоят из клеток или разными способами образованные из • Клетки растений и животных подобны основными чертами; • Рост и развитие организмов связаны с образованием клеток.

В 1859 году Рудольф Вирхов доказал, что клетки возникают лишь из клеток-предшественников. Это все привело к тому, что в конце 19 века цитология стала самостоятельной наукой.

2.Современное развитие цитологии.

В 20 веке развитие цитологии интенсивно продолжалось. Этому способствовало появление новых методов исследований – сначала электронной микроскопии, а затем центрифугирования и методов молекулярной биологии.

3.Основными методами современной цитологии являются такие:


Оптическая микроскопия

Электронная микроскопия

Окрашивание клетки

Микротомированне

Центрифугирование

Метод меченых атомов

Метод культуры клеток


Метод исследований

Приборы и средства,

которые используются

Результат использования методов

Оптическая


микроскопия

Оптический микроскоп, бинокуляр, фазово-контрастный микроскоп, люминесцентный микроскоп, темнопольный микроскоп

Метод позволяет исследовать форму и размеры клеток, наибольшие клеточные структуры, органеллы движения, капсулы, и слизевые слои

Электронная


микроскопия


Трансмиссийнный электронный микроскоп, сканирующий электронный микроскоп

Метод позволяет исследовать ультраструктуру клеток и все их органеллы, поверхностные структуры клеток и межклеточные контакты


Окрашивание


клеток


Красители и фиксирующие

вещества

Метод позволяет дифференциальное окрашивать отдельные структуры или клетку в целом для получения качественного изображения во время микрокопирования

Микротоми-

рование

Микротомы

Метод позволяет изготовить ультратонкие препараты для их исследования с помощью всех разновидностей светового и трансмиссийного электронного микроскопов

Центрифуги-

рование

Центрифуги

Метод позволяет разделить содержимое клеток на фракции по форме и размерам отдельных компонентов для дальнейшего отдельного исследования каждой из фракций

Метод

меченых

атомов

Радиоактивные изотопы,

приборы для

радиоавтографии

Метод позволяет отследить путь веществ внутри клетки, механизмы обмена веществ, исследовать функции отдельных органелл

Метод

культуры

клеток


Ламинарии,


питательные среды

Метод позволяет выращивать определенные типы клеток и отслеживать их реакции на действие внешних и внутренних факторов


4. Основные органеллы клеток эукариот, особенности строения, биологические функции.

Характерным признаком, по которым клетки живых организмов можно разделить на два основных типа, является наличие в клетке ядра. Именно поэтому живые организмы разделяют на эукариоты и прокариоты. Этот признак хорошо видно с помощью светового микроскопа. Поэтому подобное разделение возникло достаточно давно. Исследования с использованием самых современных технологий позволили обнаружить намного больше отличий между этими группами.

Прокариотические клетки состоят из поверхностного аппарата и цитоплазмы. В состав поверхностного аппарата обычно входят плазматические мембраны и клетка стенки. Но у некоторых прокариотических организмов клеточная стенка может отсутствовать. Как дополнительные элементы поверхностного аппарата у прокариот могут быть бактериальные жгутики, слизистые капсулы и разнообразные выросты плазматической мембраны.

В отличие от прокариот, эукариотические организмы имеют сложную структуру клетки. Их поверхностный аппарат кроме плазматической мембраны содержит надмембранный и подмембранный комплексы. Некоторые группы эукариот имеют клеточные стенки. У эукариотических организмов также есть поверхностные структуры, которые обеспечивают движение клеток.

Внутренняя составляющая клетки эукариот содержит три важные группы органелл, отсутствующие у прокариотических организмов: неклеточные органеллы, одномембранные органеллы и двумембранные органеллы.

Сложная внутренняя структура клетки, наличие цитоскелета, ядра и мембранных органелл, позволяют эукариотическим клеткам достигать намного больших размеров. Средний размер клетки эукариот – около 100 мкм. Кроме того, они приобрели способность образовывать стойкие комплексы клеток с распределением функциональных обязанностей между отдельными клетками. Это привело к возникновению настоящей многоклеточности и появления больших за размерами организмов – животных, растений и грибов.

Особенности про- и эукариот:

Цитоплазма прокариот представлена полужидким цитозолем, в котором расположены одиночные рибосомы, и нуклеидом (кольцевой молекулой ДНК). Мембранные органеллы в цитоплазме отсутствующие, но плазматическая мембрана клетки может образовывать выпячивания, которые выполняют разнообразные функции. Средний размер клеток прокариот — от 0,1 до 10 мкм.

Известно, что клетки являются достаточно разнообразными, их разнообразие настолько большое, что сначала, рассматривая клетки в микроскоп, ученые не замечали в них похожие черты или свойства. Но потом выяснили, что за всем многообразием клеток кроется их принципиальное единство, общие для них проявления жизни.

В чем же клетки одинаковы?

Содержимое любой клетки отделено от внешней среды особенной структурой — плазматической мембраной (плазмалеммой). Эта отделенность позволяет создавать внутри клетки совсем особенную среду, не похожую на то, что ее окружает. Поэтому в клетки могут происходить те процессы, которые не происходят больше нигде, их называют процессами жизнедеятельности.

Внутренняя среда живой клетки, ограниченная плазматической мембраной, называется цитоплазмой. Она включает гиалоплазму (основное прозрачное вещество) и клеточные органеллы, а также разные непостоянные структуры — включения. К органеллам, которые есть в любой клетке, принадлежат также рибосомы, на которых происходит синтез белка. Единство строения всех клеток является подтверждением единства живого мира.

Строение клеток эукариот.

Эукариоты — это организмы, клетки которых, в отличие от клеток прокариот, имеют ядро. Ядро — это наибольшая органелла эукариотической клетки, в которой хранится и из которой переписывается наследственная информация, записанная в хромосомах. Хромосома — это гигантская молекула ДНК, интегрированная с белками.

В ядре содержится ядрышко — место, где образуются другие важные органеллы, которые берут участие в синтезе белка, - рибосомы. Но рибосомы лишь формируются в ядре, а работают они (то есть синтезируют белок) в цитоплазме. Часть из них находится в цитоплазме свободно, а часть прикрепляется к мембранам, которые образуют сетку, которая называется эндоплазматической. Рибосомы — немембранные органеллы. Эндоплазматическая сеть — это сеть канальцев, ограниченных мембранами. Существует два типа эндоплазматической сети: гладкая и гранулярная. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети расположены рибосомы, потому в ней происходит синтез и транспортировка белков. А гладкая эндоплазматическая сеть — это место синтеза и транспортирования углеводов и липидов. На ней рибосом нет.

Для синтеза белков, углеводов, и жиров необходима энергия, которую в эукариотической клетке производят «энергетические станции» клетки — митохондрии.

Митохондрии — двумембранные органеллы, в которых осуществляется процесс клеточного дыхания. На мембранах митохондрий окисляются органические соединения, и накапливается химическая энергия в виде особенных энергетических молекул (АТФ).

В клетке также есть место, где органические соединения могут накапливаться и откуда они могут транспортироваться, — это аппарат Гольджи, система плоских мембранных мешочков. Он принимает участие в транспортировании белков, липидов, углеводов. В аппарате Гольджи образуются также органеллы внутриклеточного пищеварения — лизосомы.

Лизосомы — одномембранные органеллы, которые являются характерными для клеток животных, содержат ферменты, которые могут расщеплять белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды.

Все органеллы клетки работают совместно, принимая участие в процессах обмена веществ и энергии.

В клетке могут быть органеллы, которые не имеют мембранного строения, например, рибосомы и цитоскелет. Цитоскелет — это опорно-двигательная система клетки, которая включает микрофиламенты, реснички, жгутики, клеточный центр, который продуцирует микротрубочки и центриоли.

Существуют органеллы, характерные только для клеток растений, - пластиды.

Пластиды бывают трех типов: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. В хлоропластах, как вы уже знаете, происходит процесс фотосинтеза.

В клетках растений есть также вакуоли — продукты жизнедеятельности клетки, которая является резервуарами воды и растворенных в ней соединений.

К эукариотическим организмам принадлежат растения, животные и грибы.

Строение клеток прокариот.

Прокариоты— одноклеточные организмы, в клетках которых нет оформленного ядра и многих других органелл, которые есть у эукариот. Для всех прокариотических клеток характерными являются малые размеры (не более чем 10 мкм), сохранение генетического материала в форме кольцевой молекулы ДНК (нуклеоида). К прокариотическим организмам принадлежат бактерии и цианобактерии, которые раньше называли сине-зелеными водорослями. Если у прокариот происходит процесс аэробного дыхания, то для этого используются специальные выпячивания плазматической мембраны — мезосомы. Если бактерии фотосинтезируют, то процесс фотосинтеза происходит на фотосинтетических мембранах — тилакоидах.

Синтез белка у прокариот происходит на рибосомах, но они меньшие за размерами, чем рибосомы эукариот.

В прокариотической клетке мало органелл, ни одна из них не имеет двумембранного строения, внутренние мембраны случаются редко. Если они есть, то на них происходят процессы дыхания или фотосинтеза.

Гипотезы происхождения органелл эукариотических клеток: Прокариотические клетки появились на Земле раньше, чем эукариотические. Общепризнанным является тот факт, что эукариоты появились в результате симбиоза нескольких разновидностей прокариот (бактерий). Симбиотическая гипотеза объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотической клетки — митохондрий и фотосинтезирующих пластид. Вероятно, митохондрии происходят от аэробных эубактерий, пластиды — от цианобактерий, а основная клетка — от каких-то форм архебактерий. Другая гипотеза — инвагинацийонная — утверждает, что происхождение эукариотической клетки выходит из того, что формой предка был аэробный прокариот. Органеллы в нем возникли в результате впячивания и отслаивания частей оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты других органелл.

Проблема происхождения органелл остается открытой.

Важнейшее отличие эукариотических организмов от прокариотических заключается в более совершенной системе регуляции генома. Этому способствовало появление клеточного ядра: участок активного обмена веществ — цитоплазма — отделилась от участка сохранения, передачи и реализации генетической информации.

В итоге у эукариотических организмов резко повысилась способность адаптироваться к переменчивым условиям среды, без внесения наследственных изменений в геноме.

Контроль знаний и умений: Дать ответы на вопрос: 1.Что с помощью микроскопа открыл А.Левингук? 2.Кто создал клеточную теорию? 3.Какими методами пользуется современная цитология? 4.Какие особенности строения клеток про-та эукариотических организмов? Домашнее задание: Выучить конспект, § 14,23, Л.№ 7





Лекция № 8

Тема: Ядро. Строение ядра. Функция ядра клеток эукариот. Рибосомы: химический состав, строение и функция. Синтез белка. Клеточный центр. Базовые понятия и термины: клетка, ядро, нуклеоид, кариоплазма, ядерный матрикс, хроматин, ядрышко.

План:

1.Ядро. Строение ядра. Функция ядра клеток эукариот. 2.Рибосомы: химический состав, строение и функция. 3.Синтез белка.

    Содержание лекции:

1.Ядро. Строение ядра. Функция ядра клеток эукариот.

 Нуклеоид прокариотических клеток находится внутри клетки и содержит кольцевую молекулу ДНК. Он не отделен мембраной от содержимой клетки, а ДНК нуклеоида образует комплекс с положительно заряженными молекулами и ионами. Вместе ДНК и присоединенные к ней молекулы образуют так называемую «прокариотическую хромосому», которая существенно отличается от хромосом ядер эукариот. Бактериальная хромосома всегда связана с внешней мембраной. Главная функция нуклеоида - воспроизведение ДНК во время размножения клетки и обеспечение процессов транскрипции в ходе синтеза белка. Ядра эукариотических клеток выполняют фактически те же функции, что и нуклеоид, но работа их намного сложнее и ее эффективность обеспечивается особенностями строения ядер. Чаще всего в клетках эукариот расположено одно ядро, однако встречаются двухъядерные (например, во многих грибов и инфузорий) и многоядерные (у ряда грибов и некоторых простейших) клетки. Форма ядра чаще всего сферическая или эллипсовидные, но случаются и ядра неправильной формы. Ядерная оболочка состоит из двух мембран. Во многих местах она пронизана порами, на краях которых внутренняя мембрана переходит во внешнюю. В зависимости от функционального состояния клетки количество пор на поверхности ядра может изменяться. Каждая пора закрыта специальной структурой - поросомою, которая регулирует обмен веществ между ядром и цитоплазмой. К внутренней мембране ядра прикреплена белковая ядерная пластинка, которая обеспечивает форму ядра и является местом прикрепления хромосом. Важной функцией оболочки является недопущение к ДНК внутри ядра веществ, которые могут ее повредить. К тому же, в ядре существует система репарации, которая позволяет с уцелевшим цепью ДНК воспроизводить поврежденную цепь. Во время деления клетки ее оболочка разбирается на отдельные молекулы и снова собирается после завершения разделения. Внутри ядра расположены кариоплазма, хроматин, ядрышки, различные фибриллы и гранулы. Ядро управляет синтезом белков и физиологическими и морфологическими процессами, происходящими в клетке. Оно обеспечивает хранение и воспроизведение наследственной информации. Кариоплазма является полупрозрачным внутренней средой клетки, в которой происходят все биохимические реакции. В ней расположены комплексы ДНК с белками, упорядоченное расположение которых достигается за счет ядерного матрикса (нитевидных структур белковых фибрилл толщиной 2-3 нм., которые распределены по всему ядру и образуют его внутренний каркас). Кроме опорной ядерный матрикс выполняет еще и регуляторную функцию благодаря ферментам, которые расположены на нем. Кариоплазма объединяет в одно целое все структуры ядра. Во время деления клетки в ней легко заметить палочковидные структуры - хромосомы. Хромосомы являются сложными комплексом ДНК и специальных белков. В период между делениями хромосомы деспирализуются и имеют вид длинных нитей с отдельными неспирализованными участками в форме гранул. Такие гранулы называются хроматином. Концы хромосом всегда конденсированные и присоединяется к ядерной пластинке. Хромосомы находятся в ядре очень упорядоченно, ибо длина нитей ДНК очень велика и без упорядоченного размещения она не сможет функционировать. Вследствие транскрипции в ядре с РНК и белков образуются рибонуклеопротеидные комплексы (РНП - комплексы). Крупнейшим таким комплексам является ядрышко. Обычно в ядре расположено одно ядрышко, но иногда их может быть и несколько. Внешне ядрышко имеет вид плотного упругого тельца округлой формы. Большую его часть составляют предшественники рибосом. Ядрышки формируются на определенных участках отдельных хромосом (ядрышковых организаторах).

Функция ядрышка - формирование основных компонентов для создания рибосом. Другие РНП - комплексы содержат в своем составе различные виды РНК (и - РНК, т - РНК и т.п.).

2.Взаимосвязь строения рибосом с выполняемой функцией:

Органоид: Рибосомы. Обязательные структуры цитоплазмы клеток растений и животных, хлоропластов, митохондрий. Образуются в ядрышко. Строение: Имеют вид сферических или грибовидных гранул, состоят из двух неодинаковых по размеру частиц и могут делиться на эти два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому. Отдельные рибосомы могут объединяться в группы, создавая так называемые полисомы. Содержат р-РНК и белки, образуя рибонуклеопротеидные комплексы. Функция: Функционируя в одиночку или в комплексе, осуществляют уникальную функцию синтеза белковых молекул из аминокислот. Рибосомы являются органеллами клеток, имеющих сложную форму, и состоят из двух субъединиц (большой и малой). Эти субъединицы могут распадаться и объединяться вновь. В цитоплазме эукариотических клеток расположены рибосомы эукариотического типа, а в митохондриях, пластидах и цитоплазме прокариотических клеток - рибосомы прокариотического типа. Эти типы рибосом отличаются по некоторым РНК и белкам, которые входят в их состав. Функцией обоих типов рибосом является синтез белков. Прокариотические - три типа РНК и меньшее количество белков. 3.Синтез белка. Для синтеза белка информацию, которая содержится в молекуле ДНК, надо перевести в последовательность соединенных между собой аминокислот. Для этого используются молекулы РНК. Сначала в результате транскрипции информация о последовательности аминокислот в белке переносится на информационную РНК. В состав РНК входит только четыре типа нуклеотидов (аденин, урацил, гуанин и цитозин), а в состав белков входят двадцать аминокислот. Поэтому каждая аминокислота кодируется с помощью трех нуклеотидов. Такая тройка (триплет) нуклеотидов, которая соответствует определенной аминокислоте, называется кодоном. Соответствие между всеми возможными вариантами триплетов и аминокислотами называется генетическим кодом. Возможных вариантов триплетов 64, а аминокислот - 20. Поэтому большинству аминокислот соответствует по несколько триплетов (в теории информации такие коды называют вырожденными), но каждый триплет кодирует только одну аминокислоту (т.е. код однозначен). Границы между триплетами специальными средствами в генетическом коде не отражаются (код непрерывный). Кроме того, три кодона генетического кода аминокислот не кодируют. Они обозначают конец процесса трансляции (так называемые стоп-кодоны). Одной из важнейших особенностей генетического кода является то, что он универсален - одинаковый для всех живых организмов.

Следующим после транскрипции этапом синтеза белка является трансляция. Во время трансляции информация с и-РНК переводится в последовательность аминокислот синтезируемого белка соответствии с генетическим кодом. Происходит этот процесс в рибосомах. Начинается он с первого старт-кодона, который одинаков для всех и-РНК. Это кодон АУГ, кодирующий аминокислоту метионин. Субъединицы рибосомы распознают его и присоединяются к нему. Транспортная РНК, которая отвечает за транспорт метионина (всего существует 20 типов т-РНК по количеству аминокислот), подходит к рибосоме и взаимодействует со старт-кодоном с помощью своего антикодона УАЦ. После этого с помощью собственных белков-моторов и цитоскелета рибосома перемещается вдоль и-РНК на один триплет. К следующему триплету присоединяется соответствующая т-РНК со второй аминокислотой, и между ней и метионином образуется пептидная связь. Все эти процессы происходят с затратами энергии. Далее рибосома движется к следующему триплету, и процесс повторяется. Длится до того момента, пока рибосома не дойдет до стоп-кодона, после чего процесс трансляции завершается. На одной информационной РНК могут одновременно размещаться несколько рибосом, образуя полисому. Это позволяет синтезировать белки немного быстрее. После окончания синтеза может происходить процесс созревания белка. В ходе этого процесса некоторые участки белков могут вырезаться специальными ферментами, белок может изменять свою конформацию, объединяться с другими белками или присоединять к себе небелковую часть.

Контроль знаний и умений: Дать ответы на вопросы: 1.Какие составляющие входят в состав ядра? 2.Какие функции выполняет ядро ​​клетки? 3. Какие функции выполняет ядрышко? 4.Какие функции выполняет поры? 5.Что происходит в ядре синтез РНК? 6. Происходит в ядре синтез белка? 7.Какая структура выполняет функцию ядра у прокариотических организмов? 8.Вспомните материалы курса зоологии и объясните, какие функции у инфузорий выполняет малое ядро ​​(микронуклеус), а какие- крупное ядро ​​(макронулеус). Домашнее задание: § 17,22, Лек. № 8.





Лекция № 9

Тема: Клеточное дыхание. Пластиды, их функции и строение. Фотосинтез. Значение фотосинтеза. Базовые понятия и термины: пластиды, хлоропласты, хромопласты, лейкопласты, фотосинтез, матрикс, тилакоиды, граны, строма, ламели, прокариотические рибосомы.

План лекции:

1.Клеточное дыхание. 2. Пластиды, их функции и строение. 3. Фотосинтез. 4. Значение фотосинтеза.

  Содержание лекции: 1.Клеточное дыхание. Клеточное дыхание - это совокупность биохимических реакций, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Освобождённая энергия запасается в химических связях молекул АТФ и других энергетических молекулах. Далее эта энергия используется для различных нужд клетки, в том числе и для реакций биосинтеза. Клеточное дыхание является последним этапом энергетического обмена. 2. Пластиды является двумембранными органеллами. Их форма может быть очень разнообразной. Выделяют три основных типа пластид - хлоропласты (зеленые), хромопласты (красные, оранжевые или желтые) и лейкопласты (бесцветные). Мембраны пластид называют внешней и внутренней. Внутренняя мембрана митохондрий образует выросты - ламели. Ламели могут образовывать отдельные замкнутые мешочки - тилакоиды. Тилакоиды могут объединяться в группы - граны, которые соединяются между собой с помощью ламелей. Внутренняя среда пластид называется стромой. Как и митохондрии, пластиды имеют собственную ДНК в форме кольцевых молекул и рибосомы прокариотических типа. Размножаются они путем деления. В некоторых случаях пластиды одного типа могут превращаться в другой. Например, во время пожелтения листьев осенью хлоропласты превращаются в хромопласты. Эти органеллы выполняют разные функции. В них могут накапливаться запасные питательные вещества. С помощью различных пластид растения обеспечивают окраски отдельных своих частей в разный цвет. Но основной функцией является осуществление фотосинтеза. Эту функцию выполняют хлоропласты. В результате фотосинтеза из углекислого газа и воды с помощью солнечной энергии образуются углеводы. Этот процесс состоит из двух основных фаз - световой и темневой. В ходе световой фазы сначала кванты света улавливаются пигментом хлорофиллом, который расположен на мембранах тилакоидов. Энергия квантов переходит к электронам, которые увлекаются молекулами-переносчиками. Энергия этих электронов используется в тилакоидах для синтеза АТФ. Утраченные электроны заменяются электронами из атомов водорода молекул воды, которые под действием света в результате фотолиза распадаются на водород и кислород. Освобожденные атомы кислорода взаимодействуют между собой и образуют молекулы кислорода, выделяется как побочный продукт реакции. Образующиеся же в результате отрыва электрона от атомов водорода протоны подхватываются другими молекулами-переносчиками. Это молекулы динуклеотида, сокращенное название которых НАДФ. Присоединяя к себе протоны, они становятся аккумуляторами химической энергии (НАДФ • Н2) и могут использоваться в восстановительных процессах

20 + 2НАДФ + ЗАДФ + ЗН3Р0 = 2НАФН +2 Н + + ЗАТФ +02

   В темновой фазе фотосинтеза за счет энергии НАДФ – Н2 и АТФ, образовавшихся при световой фазе из углекислого газа, образуются молекулы глюкозы. Совокупность реакций, которые задействованы в этом процессе, называется циклом Кальвина.

6С02 +12 НАДФН +12 Н +18 АТФ =

= С6Н120H +6 Н20 +12 НАДФ +18 АДФ +18 НзР04

    Суммарное уравнение фотосинтеза: 6С02 +12 Н20 = С6Н120H

4.Значение фотосинтеза:

    Фотосинтез имеет общебиологическое значение, поскольку это единственный процесс, в результате которого на нашей планете энергия солнечного света превращается в химическую энергию углеводов, а затем на энергию всех других органических веществ любых организмов.

   В основном благодаря фотосинтезу атмосфера Земли обогащается свободным кислородом, который необходим для дыхания большинства жителей нашей планеты, а также для самих растений. Контроль знаний и умений: Дать ответы на вопросы: 1.Какие особенности строения имеют митохондрии? 2. Какие функции выполняют митохондрии? 3.Какие особенности строения митохондрии позволяют ей эффективно выполнять свои функции? 4.Какие особенности строения имеют хлоропласты? 5.Как функции выполняют пластиды? 6.Какие особенности строения хлоропласта позволяют ему эффективно выполнять свои функции? Домашнее задание: выучить конспект, § 17,22,27, Лек. № 9

Лекция № 10

            Клетка как целостная система

Тема: Хромосомы. Кариотип. Деление прокариотических клеток. Базовые понятия и термины: хромосома, кариотип, ядрышко, ядро, кариоплазма, политенные хромосомы, гомологичные хромосомы, гаплоидный, диплоидный и полиплоидный наборы хромосом, плечи хромосом, первичная перетяжка, вторичная перетяжка, хроматиды.

План:

1. Хромосомы. Особенности строения. 2. Кариотип как важный систематический признак 3. Значение изучения кариотипа для медицины. 4. Деление прокариотических клеток.

  Содержание лекции: 1. Хромосомы являются носителями наследственной информации. Но большую часть своего существования они находятся в неконденсированном состоянии и имеют вид тонких нитей, которые очень трудно изучать. Эти нити конденсируются и образуют четко очерченные хромосомы только во время клеточного деления. Наиболее удобным методом для исследования хромосом является метод добавления к культуре клеток колхицина - вещество, которое разрушает микротрубочки веретена деления и останавливает деление именно на стадии метафазной пластинки. На стадии метафазы почти все хромосомы имеют Х-образную форму. Это связано с тем, что в этот момент каждая из хромосом состоит из двух хроматид, соединенных в месте первичной перетяжки. В хромосоме можно выделить плечи. Эти плечи могут быть примерно одинаковыми или иметь разную длину. В таком случае выделяют длинное и короткое плечо хромосомы. В месте соединения двух хроматид на хромосоме находится первичная перетяжка. В некоторых хромосомах на плечах можно найти и вторичные перетяжки. Каждая из хромосом метафазной пластинки имеет парную ей гомологическую хромосому. Гомологичные хромосомы дублируют друг друга. В каждой из хромосом такой пары находятся участки, кодирующие одинаковые гены. Но в разных гомологичных хромосомах могут находиться различные варианты (аллели) одного гена.

    2. Для каждого из видов эукариотических организмов характерен определенный набор хромосом, который можно увидеть на метафазных пластинках клеток представителей этого вида. Этот набор хромосом называется кариотипом и является важным систематическим признаком. Важными характеристиками кариотипа является число, размер и форма хромосом, его составляющих. Следует отменить, что количество хромосом в определенных тканях и органах одной особи может отличаться от характерной для определенного вида. Например, в большинстве клеток организма позвоночных животных или цветочных растений все хромосомы представлены в виде гомологичных пар. А вот в половых клетках этих организмов все хромосомы представлены только в одном экземпляре без своей гомологической пары. Такой набор хромосом называется гаплоидным. А хромосомный набор обычных клеток - диплоидным. Это связано с особенностями полового размножения. В ходе этого процесса новый организм образуется в результате слияния двух половых клеток родителей. Если бы в половых клетках не происходило уменьшение числа хромосом, то каждое последующее поколение имело бы вдвое больше хромосом, чем другие родители.

    3. Значение изучения кариотипа для медицины.

Изучением кариотипов организмов занимается кариосистематика. В природе встречаются случаи, когда количество хромосом в некоторых отдельных клетках или целых организмах меняется в кратное количество раз. Это явление называется полиплоидией. Ученые довольно часто встречали триплоидные, тетраплоидные, гексаплоидные организмы. Отмечались и организмы с еще большей плоидностью. Иногда изменение плоидности касались не всех хромосом, а лишь отдельных пар. Например, добавлялась или исчезала только одна хромосома. Это явление называется анеуплоидия. Отсутствие в кариотипе одной из гомологичных хромосом называют моносомией, а двух - нулисомией. Наличие лишней хромосомы получило название трисомии. Изменение числа хромосом чаще всего приводит к негативным последствиям. Изучение кариотипа человека важно для диагностики и профилактики наследственных болезней человека. Хромосомные болезни - это группа врожденных патологических состояний, которые проявляются аномалиями развития и обусловлены нарушениями количества или структуры хромосом. Например, появление лишней хромосомы в 21-й паре хромосом человека приводит к развитию тяжелого наследственного заболевания - синдрома Дауна, потеря одной из половых Х-хромосом - к развитию синдрома Шерешевского - Тернера. А триплоидные цветочные растения не могут образовывать семена. Так, с использованием гибридизации полиплоидных особей были получены целый ряд видов культурных растений, например, слива, твердая и мягкая пшеницы. Ученые разработали методы профилактики наследственных заболеваний.

4. Деление прокариотических клеток. Деление пополам - основной способ размножения прокариотических клеток. Такое разделение происходит через каждые 20 -30 мин. Контроль знаний и умений: Дать ответы на вопросы: 1.Что такое кариотип? 2.Почему изучение кариотипа человека важно для медицины? 3.Как строение хромосом связано с ее функциями? 4.Для чего необходимо образование клеток? Домашнее задание: пересказ конспекта, § 15, Лек. № 10

Лекция № 11

Тема: Клеточный цикл эукариотических клеток. Митоз. Мейоз. Механизм гибели и воссоздания клеток.

Базовые понятия и термины: клеточный цикл, митоз, мейоз, разделение клетки, интерфаза, профаза, метафаза, анафаза, телофаза, веретено деления.

План лекции:

1.Клеточный цикл эукариотических клеток. Понятие жизненного цикла.

2.Митоз.

3.Мейоз.

4.Механизм гибели и воссоздания клеток.

Содержание лекции:

1) Клеточный цикл эукариотических клеток. Понятие жизненного цикла.

Жизненный цикл любой клетки длится от начала одного деления до начала следующего. Состоит из двух основных частей - процесса деления и интерфазы. В тех клетках, которые утратили способность к делению, клеточный цикл заканчивается не началом нового цикла, а гибелью клетки. Во время интерфазы в клетках происходит много процессов. Они растут и накапливают вещества, необходимые для следующего разделения.

2) Митоз. Само разделение клеток может проходить по-разному. Прокариотические клетки делятся преимущественно путем простого, так называемого бинарного, деления. В этом варианте их нуклеоид удваивается путем репликации, и новая копия прикрепляется к клеточной мембране, после чего между двумя нуклеинами формируется новая клеточная стенка. Интерфазы между делениями прокариотичных клеток занимают небольшие промежутки времени. Большинству бактерий для подготовки деления хватает около двадцати минут. У эукариот процесс деления, как и интерфаза, длится дольше. Процессы, какие происходят во время разделения, у них более сложные через наличие ядра и наследственного материала в виде хромосом. В большинстве случаев деление эукариотических клеток представлено в форме митоза или мейоза. Типичный митоз состоит из четырех основных фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

Во время профазы в ядре происходят спирализация хромосом. В результате них линейный размер уменьшается в 25 раз. Сами хромосомы становятся хорошо видимыми в световой микроскоп, при этом каждая из хромосом состоит из двух хроматид (вторая хроматида образуется в течение интерфазы в результате процесса репликации). В течение профазы также происходит редукция ядрышек и ядерной оболочки, а центриоли расходятся к полюсам клетки и стимулируют образование микротрубочек клеточного веретена разделения. В начале метафазы хромосомы двигаются к экватору клетки и размещаются там, образовывая метафазную пластинку. На хромосомах четко можно увидеть центромеру — первичную перетяжку, к которой прикрепляется веретено деления. Хроматиды отталкиваются одна от другой и остаются соединёнными лишь благодаря центромере.

Одновременное разделение центромер всех хромосом является началом следующей фазы делания — анафазы. Во время анафазы, соединённые попарно хроматиды разъединяются, становясь дочерними хромосомами, и расходятся к полюсам клетки.

По окончании движения хромосом к полюсам начинается телофаза митоза. На этой фазе происходит формирование новых ядерных оболочек и ядрышек, а хромосомы деспирализируются. После этого происходит цитокинез (разделение цитоплазмы).

hello_html_m189bc88f.jpg

3) Мейоз является редукционным делением. Фактически он состоит из двух последовательных делений, интерфаза между которыми максимально сокращена, а в растительных организмах вообще может отсутствовать.

Кроме того, в течение этой интерфазы не происходит синтез ДНК и количество наследственного материала не увеличивается. В итоге по окончании мейоза каждая из четырех полученных клеток содержит вдвое меньше ДНК, чем родительская клетка. Таким образом, образуются, например, половые клетки.

Во время профазы первого разделения (профазы I) начинается спирализация хромосом, однако хроматиды каждой из них не разделяются. В последующем гомологичные хромосомы сближаются, образуют пары (конъюгация гомологических хромосом). Этот процесс начинается в одной или нескольких точках, а затем распространяется на всю длину хромосом. В это время создается впечатление, будто в ядре гаплоидный набор хромосом, хотя в действительности каждая составляющая этого набора являет собой пару гомологических хромосом. Во время конъюгации может наблюдаться процесс кроссинговера (от англ. кроссинговер — перекрёст), во время которого гомологические хромосомы обмениваются определёнными участками. В результате кроссинговера образуются новые комбинации разных состояний, определенных (аллельных) генов, которые являются одним из источников наследственной изменчивости.

Через определенное время гомологические хромосомы начинают отходить одна от одной. При этом уже становится заметным, что каждая из хромосом состоит из двух хроматид, то есть образуются комплексы из четырех хроматид (тетрады), сцепленные в определенных участках. Наблюдается последующее укорачивание и утолщение хромосом; в конце фазы гомологические хромосомы расходятся, то есть тетрады распадаются. Исчезают ядрышки, разрушается ядерная оболочка и начинается формирование веретена деления.

В метафазе первого мейотического деления (метафазе I) нити веретена деления прикрепляются к центромерам гомологических хромосом, которые лежат не в плоскости экваториальной пластинки, как во время митоза, а по оба бока от нее. Во время анафазы первого мейотического деления (анафазы I) гомологические хромосомы отделяются одна от другой и двигаются к противоположным полюсам клетки. Центромеры отдельных хромосом не разделяются, и потому каждая хромосома состоит из двух хроматид. В конце фазы около каждого из полюсов клетки собирается половинный (гаплоидный) набор хромосом. Расхождение отдельных гомологических хромосом каждой пары является событием случайным, то есть неизвестно, какая из них отойдет к тому или другому полюсу клетки. Это также есть одним из источников наследственности. В телофазе первого мейотического деления (телофазе I) формируется ядерная оболочка. У животных и некоторых растений хромосомы деспирализуются и осуществляется разделение цитоплазмы; у многих растений он может и не происходить.

Следовательно, в результате первого мейотического деления возникают клетки или лишь ядра с гаплоидным набором хромосом. Интерфаза между первым и вторым мейотичными делениями укороченная, молекулы ДНК в это время не удваиваются, а в клетках многих растений интерфаза вообще отсутствует, поэтому они сразу переходят до второго мейотического деления.

Во время профазы II спирализуются хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, исчезают ядрышки, разрушается ядерная оболочка, центриоли перемещаются (если они есть) к полюсам клеток, начинает формироваться веретено деления. Хромосомы приближаются к экваториальной пластинке. В метафазе II завершается спирализация хромосом и формирование веретена деления. Центромеры хромосом располагаются в один ряд вдоль экваториальной пластинки, и к ним присоединяются нити веретена деления.

В анафазе II делящиеся центромеры хромосом и хроматиды расходятся к полюсам клетки благодаря укорачиванию нитей веретена деления. Во время телофазы II хромосомы деспирализуются, исчезает веретено деления, формируются ядрышки и ядерная оболочка. Завершается телофаза II разделением цитоплазмы.

Следовательно, в результате второго мейотичного деления число хромосом остается таким, как и после первого, но количество ДНК, в результате расхождения хроматид к дочерним клеткам, уменьшается вдвое.

Таким образом, после двух последовательных мейотичних делений материнской диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные дочерние, каждая из которых имеет одинаковый набор генов, но отдельные гены разных дочерних клеток могут находиться в разных состояниях (представлены разными аллелями). То есть дочерние клетки, которые образовались, могут отличаться по наследственной информации.

4) Механизм гибели воссоздания клеток.

У многоклеточных живых организмов выделяют два основных способа гибели клеток — апоптоз и некроз. Гибель клеток может происходить в результате действия внешних или внутренних факторов. К внешним факторам можно отнести любые влияния, которые приводят к повреждению организма в целом или его отдельных клеток. Это и механические повреждения, и действие низких или высоких температур, и влияние разнообразных химических реагентов. Среди внутренних факторов самым распространенным является старение клеток. Считается, что старение может важным механизмом стабилизации численности клеток в организме.

Непосредственные механизмы старения клеток до сих пор остаются невыясненными. Возможно, они - связанные с накоплением в клетках ошибок биосинтетических механизмов. Гибель клеток может также происходить и в результате потери ими своих функций. Продолжительность жизни разных клеток человеческого организма может быть очень резкой. Да, некоторые лейкоциты живут считанные минуты, клетки эпителия кишечника, — несколько суток, эритроциты — три месяца, а нейроны головного мозга — десятки лет.

Апоптоз — это явление запрограммированной клеточной смерти. Другими словами, это совокупность клеточных процессов, которые приводят к гибели клетки. В отличие от другого вида клеточной смерти — некроза — вовремя апоптоза не происходит разрушения цитоплазматической клеточной мембраны и, соответственно, содержимое клетки не попадает во внеклеточную среду.

Апоптоз, возможно, индуктируется после накопления определенного количества генетических ошибок или через уменьшение чувствительности клеток к ростовым сигналам, а инициирующий специальными сигналами и ферментами. Сначала синтезируются ферменты, необходимые для осуществления гибели клеток. Но не все клетки с активированными ферментами погибают, часть из них выживает благодаря активации генов-спасателей и трофических факторов. Дальше процесс апоптоза разворачивается под воздействием сигналов, которые передаются к ядру, активацией летальных (килерных) генов и путём синтеза апоптоз-специфических белков.

Характерным признаком является фрагментация ДНК в межнуклеосомальных участках специфической эндонуклезой — САБ (саsраsе асtиvated Dnаsе) на фрагменты размером, кратным 180-200 нуклеотидам. В результате апоптоза происходит образование апоптичных телец — мембранных везикул, которые содержат целостные органеллы и фрагменты ядерного хроматина. Эти тельца поглощаются соседними клетками или макрофагами в результате фагоцитоза. Так как внеклеточный матрикс не поражается клеточными ферментами, даже при большом количестве апоптизирующих клеток, воспаление не наблюдается.

Процесс апоптоза является необходимым для физиологичной регуляции количества клеток организма, для уничтожения старых клеток, для формирования лимфоцитов, которые не являются реактивными к своим антигенам (аутоантигенов ), для осеннего опадения листков растений, для цитотоксического действия Т-лимфоцитов киллеров, для эмбрионального развития организма (исчезновение кожных перепонок между пальцами у эмбрионов птиц) но др. Так, за счет апоптоза у головастиков лягушек происходят редукция хвоста во время перехода к жизни в наземной среде. Нарушение нормального апоптоза клеток приводит к не контролированному размножению клетки и появления опухоли.

Некроз (от грец. Nекpос; — смерть) — процесс случайной или патологической смерти живых клеток или тканей. Это менее организованный процесс, чем апоптоз клеток и запрограммированная смерть тканей.

Некроз может происходить в результате таких факторов, как прекращение кровоснабжения, действие органических токсинов, инородных белков, механическиеие повреждения, ожоги. В отличие от апоптоза, уборка клеточных обломков умирающей клетки соседними клетками и, в случае позвоночных животных, фагоцитами иммунной системы в целом становится тяжелее, поскольку не контролированная смерть не сопровождается генерацией клеточных сигналов, которые могли бы указать на наличие мертвых клеток и необходимость фагоцитоза их обломков. Выделение внутриклеточного вещества во время некроза часто приводит к воспалениям.

Контроль знаний и умений: Дать ответы на вопрос:

1.Какие события предшествуют разделу клетки?

2.Когда образуется и когда исчезает веретено деления?

3.Когда растворяется и когда появляется оболочка ядра при разделении клетки?

4.Какой вид имеет метафазная пластинка? Благодаря чему хромосомы могут выстроиться центромерами по экватору клетки?

5.В чем биозначение митоза и мейоза?

6.Что такое мейоз, чем он отличается от митоза?

Домашнее задание: §24, 25(17, 18), Л.№11.

Лекция № 12

Тема: Образование тканей животных. Строение и функции животных тканей, способность к регенерации. Гистотехнологии – возможности и перспективы использования.

Базовые термины и понятия: ткань, эпителий, соединительная, нервная, мускульная ткани, гистотехнологии.

Тип ткани

Особенности строения Функции которые

выполняет

Эпителиальная ткань

Однослойный эпителий

Состоит из плоских, кубических, цилиндрических или реснитчатых клеток, которые размещены в один слой. Межклеточное вещество представлено базальным слоем, на котором размещены клетки эпителия

Покровная, защитная, секреторная

Многослойный эпителий

Состоит из плоских, кубических или цилиндрич­еских клеток, которые размещены в несколько слоёв

Преимущественно выполняют покровную и защитную функции

Соединительная ткань

Кровь

Жидкая ткань, в которой клетки (форменные элементы) не соединяются одна с одной, а свободно перемещаются в жидком межклеточном веществе (плазме крови)

Выполняет транспорт­ную, трофическую й за­щитную функции

Лимфа

Жидкая ткань, по составу близкая к плазме кро­ви, в которой клетки (представлены в основном лим­фоцитами) не соединяются одна с одной, а свободно перемещаются в жидком межклеточном веществе

Выполняет транспорт­ную, трофическую и за­щитную функции

Рыхлая

соединительная

ткань

Состоит из клеток, редко разбросанных в меж­клеточном веществе, и волокон, которые создают рыхлые беспорядочные сплетения

Есть основой структу­ры разных органов

Плотная

соединительная

ткань

Состоит, в основном, из волокон, которые погружены в межклеточное вещество и размещены беспорядочно или более, или менее параллельно один одному. Содержит мало клеток

Есть основой структу­ры разных органов

Костная ткань

Состоит из клеток (остеобластов), погруженных в основное вещество

Опорная и защитная

Хрящевая ткань

Состоит из клеток (хондробластов), погружённых в упругое основное вещество — хондрин (содержит волокна, которые состоят из коллагена)

Принимает участие в опорной функции, связывает между собой кости скелета

Мышечная ткань

Поперечная мышечная

Состоит из очень длинных клеток (волокон), которые разделены на саркомеры. Имеют хорошо выраженную поперечную исчерченность

обеспечивают мощные быстрые сокращения скелетной мускулатуры

Гладенькая мышечная

Состоит из отдельных веретеноподобных клеток, собранных в пучок или слои. Не имеет поперечной исчерченности

Обеспечивает относительно спокойное ритмичное сокращения мышц внутренних органов

Сердечная мышечная

Состоит из клеток, которые на концах разветвляются и соединяются одна с одной с помощью особенных поверхностных ростков — вставочных дисков

Обеспечивают быстрые ритмичные сокращения сердечной мышцы

Нервная ткань

Нейроны

Нервные клетки, которые способны возбуждаться и пере­давать нервные импульсы

Выполняют проводящую и регулирующую функции

Нейроглия

Клетки нервной ткани, которые обеспечивают жизнедеятельность нейронов

Выполняют трофич­ескую, защитную и секре­торную функции

План лекции:


1.Образование тканей животных.

2.Гистотехнологии – возможности и перспективы использования. 3.Строение и функции животных тканей, способность к регенерации.

Содержание:

1. У многоклеточных организмов клетки отличаются по строению и выполняемым функциям, образовывая ткани.

Тканью называют группу подобных за строением клеток, структурно и функционально связанных между собой.

Ткани возникают у большинства многоклеточных животных и высших растений. Низшие растения и грибы тканей не имеют. У растений и животных есть определенные отличия в формировании и структуре тканей.

У животных разные типы тканей дифференцируются во время зародышевого развития из разных зародышевых листков (екто-, енто- и мезодермы). А у высших растений все ткани берут начало от образующей ткани - меристемы. Ткани животных состоят не только из клеток, но содержат и межклеточное вещество, и другие структуры, которые являются продуктами их жизнедеятельности. Ткани животных организмов, их строение, функции, процессы развития, изучает наука гистология, а растений - анатомия растений.

2.К гистотехнологии в настоящий момент относят технологии, связаны с выращиванием отдельных тканей и целых органов. Можно назвать три основных направления создания новых технологий на основе культивирования клеток и тканей.

Первое — получение промышленным путем ценных биологически активных веществ. Так получены мутантные клеточные линии раувольфии переменной — продуцента индольных алкалоидов, которые содержат в 10 раз больше ценного для медицины антиритмичного алкалоида, — аймалина.

Второе — использование тканевых и клеточных культур для быстрого клонального микроразмножения и оздоровления растения. Микроклональное размножение хорошо получается с картофелем, капустой, чесноком, томатами, сахарной свеклой.

Третью группу составляют технологии, связанные с генетическими манипуляциями на тканях, клетках, изолированных протопластах. Тканевая инженерия подает надежды на преодоление мужского и женского бесплодия и разъяснения других проблем, связанных с функциональной деятельностью репродуктивной системы у людей. Регенерация (от лат. regeneratio — возрождение) — восстановление (возмещение) дифференцированных структурных элементов ткани взамен постаревших или погибших. Различают физиологическую и патологическую регенерацию. - Физиологическая регенерация связана с постоянным обновлением стареющих и погибающих в результате апоптоза клеток или их внутриклеточных структур и происходит в органах и тканях с обновляющимися клеточными популяциями (клетки крови, эпителий кожи, слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта). - Патологическая регенерация — восстановление органов и тканей после их повреждения. Патология регенерации может включать расстройства как клеточных, так и внутриклеточных гиперпластических и/или гипертрофических процессов (с превалированием нарушений либо гипертрофии, либо гиперплазии).

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопрос:

1.Какие типы тканей есть у животных?

2.Чем схожи между собой ткани животных и растений?

3.Чем отличаются?

Домашнее задание: Выучить конспект, §28,30; Л.№ 12


Лекция № 13

Тема: Ткани растений: образование, строение и функции, способность регенерации.

Базовые понятия и термины: растения, ткани, меристемы, камбий, ассимиляционная ткань, фотосинтез, запасающая ткань, механическая ткань, проводящая ткань, ксилемы, флоэма, покровная ткань, эпидерма, ризодерма, пробка, корка.

Содержание лекции:

1.Ткани растений: строение и функции, способность к регенерации.

Тип ткани

Особенности строения

Функции, которые выполняет

Меристематические ткани



Верхушечные меристемы

состоят из мелких клеток с тонкими стенками и крупными ядрами, которые плотно прилегают друг к другу. Расположены на верхушках побегов и кончиках корней



обеспечивают рост побегов и корней в длину

Боковые

меристемы

(камбий)

Состоят из мелких клеток с тонкими стенками и крупными ядрами, которые плотно прилегают друг к другу. Расположены внутри корней и побегов



Обеспечивают рост побегов и корней в толщину



Вставочные

меристемы

состоят из мелких клеток с тонкими стенками и крупными ядрами, которые плотно прилегают друг к другу. Расположены у основания междоузлий побега



обеспечивают рост междоузлий в длину



Раневые

меристемы

состоят из мелких клеток с тонкими стенками и крупными ядрами, которые плотно прилегают друг к другу. Формируются на местах ранения растений



обеспечивают зарастания мест ранения растения

Покровные ткани



Эпидерма

Однослойная ткань, в которой живые клетки соединены вплотную друг с другом. Часто сверху покрыта тонкой восковой пленкой - кутикулой. Имеет устьица, каждый из которых образован двумя замыкающими клетками. Часто образует выросты - волоски. Покрывает листики, травянистые стебли, лепестки и плоды

Обеспечивает защиту, газообмен и свободный рост органов, которые покрывает. Покрывает листья, травянистые стебли, лепестки и плоды



Пробка

Вторичная покровная ткань, которая заменяет эпидерму на многолетних органах растений. Состоит из нескольких слоев мертвых клеток, которые пропитаны суберином - жироподобным веществом задерживает воду и воздух. Имеет чечевички - специальные отверстия, через которые осуществляется газообмен



Покрывает многолетние органы растения. Обеспечивает защиту и газообмен органов, которые покрывает



Корка

Комплекс омертвевших тканей, сформированный несколькими слоями пробки, между которыми находятся слои отмерших клеток. Имеет чечевички

Покрывает многолетние органы растения, которые дольше растут. Формируется в течение длительного времени. Обеспечивает защиту и газообмен органов, которые покрывает

Основные ткани



Ассимиляционная

Заполняет органы, осуществляющие фотосинтез. Чаще всего расположена непосредственно под покровными тканями. Ее клетки содержат хорошо развитые хлоропласты



Осуществляет фотосинтез



Механическая

Состоит из живых (колленхима) или мертвых (склеренхима) клеток, которые имеют очень толстые стенки. В живых клетках стенки утолщены неравномерно, а в мертвых - равномерно

Обеспечивает прочность всех органов у растений в целом, защищает от механических воздействий



Запасающая

Расположена в органах, в которых накапливаются питательные вещества. Состоит из живых клеток, которые содержат большое количество нужных растению веществ

Накопление веществ, обеспечивающих выживание растений



Воздухоносная

Для этой ткани характерно наличие большого межклеточного пространства

обеспечивает воздухом те части организма растения, к которым его доступ затруднено

Проводящие ткани



Ксилема

Сложная ткань, которая состоит преимущественно из мертвых клеток. В ее состав входят сосуды, трахеиды, волокна и паренхимные клетки

Обеспечивает транспорт воды и минеральных веществ



Флоема

Сложная ткань, которая состоит преимущественно из живых клеток. В ее состав входят ситовидные трубки, клетки - спутники, волокна и склереиды

Обеспечивает транспорт органических веществ



Регенерация у растений может происходить на месте утраченной части (реституция) или на другом месте тела (репродукция). Весеннее восстановление листьев вместо опавших осенью — естественная регенерация типа репродукции. Обычно, однако, под регенерацией понимают лишь восстановление насиль­ственно отторженных частей. При такой регенерации организм прежде всего использует основные пути нормального развития. Поэтому регенерация органов у растений происходит преимущественно путём репродукции: отнятые органы ком­пенсируются развитием существующих или образующихся вновь метамерных заложений. Так, при отрезании верхушки побега усиленно развиваются боковые побеги. Растения или их части, развиваю­щиеся не метамерно, легче регенерируют путём реституции, как и участки тканей. Например, поверхность ранения может покрыться так называемой раневой пери­дермой; рана на стволе или ветке может зарубцеваться наплывами (каллюсами). Размножение растений черенками — про­стейший случай регенерации, когда из небольшой вегетативной части восстанавливается це­лое растение.

Широко распространена регенерация и из отрез­ков корня, корневища или слоевища. Мо­жно вырастить растения из листовых че­ренков, кусочков листа (например, у бего­ний). У некоторых растений удавалась регенерация из изолированных клеток и даже из от­дельных изолированных протопластов, а у некоторых видов сифоновых водорос­лей — из небольших участков их много­ядерной протоплазмы. Молодой возраст растения обычно способствует регенерации, но на слишком ранних стадиях онтогенеза орган может оказаться неспособным к регенерации. Как биологическое приспособление, обеспечиваю­щее зарастание ран, восстановление слу­чайно утраченных органов, а нередко и вегетативное размножение, регенерация имеет большое значение для растениеводства, плодоводства, лесоводства, декоративного садоводства и др. Она даёт материал и для решения ряда теоретических проблем, в т. ч. и проблем развития организма. Большую роль в процессах регенерации играют ростовые вещества.

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1.Чем отличается образование тканей у растений и животных?

2.Какие функции выполняют покровные ткани?

3.Сравните проводящие ткани ксилемы и флоэмы.

4.Как важно изучение особенности образования тканей у растений?

5.Какую роль играют в жизни растений эфирные масла?

6.Какие вещества, выделяемые растениями, могут подавлять жизнедеятельность микроорганизмов? Домашнее задание: изучить конспект, § 42, Лек. № 13.




Лекция № 14

Тема: Особенности организации и жизнедеятельности прокариот. Обмен веществ, энергии, информации, у прокариот. Разнообразие бактерий их роль в природе и жизни человека. Профилактика бактериальных болезней человека.

Базовые понятия и термины: клетка, неклеточные формы жизни, прокариотические организмы, клеточная стенка, плазмалемма, рибосомы прокариотического типа, капсула, плазмины, эписомы, бактерии, коки, палочки, споры, вибрионы, спириллы, спирохеты, биотехнология, антибиотики, вакцинация, иммунитет, асептика, антисептика.

План лекции:

1.Особенности организации и жизнедеятельности прокариот.

2. Обмен веществ, энергии и информации, у прокариот. 3.Разнообразие бактерий, их роль в природе и жизни человека. 4.Профилактика бактериальных болезней человека.

Содержание лекции:

1.Особенности строения прокариот: Прокариотические клетки состоят из поверхностного аппарата и цитоплазмы. В состав поверхностного аппарата обычно входят плазматическая мембрана и клеточная стенка, но в некоторых прокариотических организмов клеточная стенка может быть отсутствовать. Как дополнительные элементы в поверхностном аппарате у прокариот могут быть бактериальные жгутики, слизевые капсулы и разнообразные выросты плазматической мембраны. Цитоплазма прокариот представлена полужидким цитозолем, в котором расположены одиночные рибосомы, и нуклеином (кольцевой молекулой ДНК). Мембранные органеллы в цитоплазме отсутствуют, но плазматическая мембрана клетки может образовывать впячивания, которые выполняют разнообразные функции. Средний размер клетки прокариот – от 0,1 до 10 мкм. Подавляющее большинство прокариот являются одноклеточными организмами. Они могут образовывать агрегаты из нескольких клеток, которые окружены общей слизевой капсулой, но это просто колонии. Лишь некоторых из них, например, нитчатых цианобактерий и актиномицетов, можно назвать многоклеточными. Размножаются прокариоты путем деления. Как правило, темпы их размножения являются очень высокими. Многообразие прокариот.

Современные ученые разделяют прокариот на два царства – Эубактерии и Архебактерии. К эубактерий относят бактерии, цианобактерии и микоплазмы. Строение клетки эубактерий типично для прокариота, лишь микоплазмы потеряли стенку, и извне покрыты лишь одной плазматической мембраной. В настоящий момент выделяют не менее десяти тысяч видов эубактерий. В неблагоприятных условиях много представителей эубактерий образуют споры, стойкие к внешним факторам. Во время образования споры часть цитоплазм, которая содержит нуклеоид, уплотняется и окружается мембраной. На поверхности этой мембраны образуется оболочка споры. Часть клетки, которая остается вне мембраны, отмирает.

Архебектерий намного меньше – около пятидесяти видов. Они существенно отличаются от эубактерий. В их клеточной стенке отсутствующие пептидогликаны, которых в стенках клеток эубактерий много. В генетическом материале архебактерий есть последовательности, которые многократно повторяются, а в генах имеются не кодирующие участки - нитроны, что является характерными признаками эукариотических клеток. Также очень похожие на эукариотические такие процессы в клетках архебактерий, как репликация, транскрипция и трансляция. Эубактерии вытеснили архебактерии из большинства удобных местожительств. Поэтому эти организмы встречаются преимущественно в экстремальных условиях – в соленых и горячих источниках, вечной мерзлоте на больших глубинах океанов и в толще земной коры. Особенности жизнедеятельности прокариот.

Среди прокариот есть автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы самостоятельно синтезирует органические вещества из неорганических, а гетеротрофы потребляют уже готовые. Автотрофные прокариоты могут быть хемо- или фотосинтетиками. Фотосинтетики образуют органические вещества с использованием энергии света. Фотосинтез осуществляют цианобактерии, пурпурные бактерии, зеленые бактерии, и некоторые архебактерии. Этот процесс разные виды прокариот могут осуществлять как с помощью хлорофилла, так и при участии других пигментов. Хемосинтетики создают органические вещества за счет энергии химических реакций. Так, нитрификсующие бактерии окисляют амониак, водородные бактерии – водород, серобактерии окисляют H 2S до S, а железозобактерии – Fe2+ к Fe3+ . Гетеротрофных прокариот можно разделить на три большие группы: сапротрофы, паразиты и симбионты. Сапротрофы потребляет мертвую органику, паразиты питаются органическими веществами живых организмов, нанося им вред. Симбионт тоже потребляет органические вещества живых организмов, но делает это на взаимовыгодной основе, то есть приносит своим партнерам и какую-то пользу. К паразитическим гетеротрофам принадлежат все возбудители бактериальных заболеваний. Симбиотические прокариоты в кишечнике человека производят вит.В12 , а в желудке коровы принимают участие в процессах пищеварения целлюлозы. Сапротрофные прокариоты активно участвуют в процессах почвообразования.

Очень важной характеристикой прокариот является их отношение к свободному кислороду. По этому признаку их разделяют на аэробов и анаэробов. Аэробы могут жить лишь в условиях наличия свободного кислорода, а для анаэробов он является смертельным ядом. Однако, среди них есть и факультативные аэробы, которые определенное время могут обходиться без кислорода. В природе случается очень большое количество морфологических типов прокариотических клеток. Морфология эукариот намного более разнообразна. Это связано, в первую очередь, с тем, что прокариотические организмы для адаптации к изменениям окружающей среды используют видоизменения своего метаболизма. То есть они чаще изменяют содержимое, а не формы.

Наиболее распространенные морфологические типы прокариотических

клеток.

Тип клетки

Особенности строения



Кокки

Клетки имеют шароподобную форму. Часто образуют колонии из двух (диплококки) или четырёх (тетракокки) клеток. Колонии могут также состоять из клеток, объединённых в виде цепочки (стрептококки) или гроздь (стафилококки)

Палочки

Клетки имеют удлиненную цилиндрическую форму. Для обозначения палочкоподобных бактерий, которые способны образовывать споры, иногда используют термин «бациллы»

Вибрионы

Подвижные бактерии с полярно расположенными жгутиками, которые имеют форму запятой.

Спириллы

Клетки имеют форму палочек, спирально изогнутых. Движение обеспечивают жгутики, расположенные на концах клетки

Спирохеты

Клетки имеют винтообразную форму. Двигаются за счет сгибания всей клетки (змеевидное движение)

Коринебакерии

Клетки имеют форму булавоподобную.

Актиномицеты

Прокариотические клетки образуют многоклеточную структуру, похожую на мицелий грибов

Значение бактерий в природе. Автотрофные бактерии играют очень важную роль в природе. Они образуют большое количество органических веществ, то есть является продуцентами. Наибольшее значение Фотосинтетики имеют в водном биоценозе, где они преимущественно и живут. Однако, избыточное размножение цианобактерий может приводить к «цветению воды» и массовой гибели живых организмов в результате выделения ими токсичных веществ и накопления продуктов распада. А Хемосинтетики являются основой биоценоза, который функционирует в местах, что не имеют естественного освещения. Это глубины океанов, толща земной коры, пещеры, и тому подобное. Важнейшая роль гетеротрофных бактерий в том, что они являются редуцентами – организмами, которые завершают разложение мертвой органики к неорганическим веществам и опять возвращают необходимые элементы к круговороту веществ на нашей планете. Без их деятельности биосфера очень быстро исчерпала бы все нужные ей ресурсы планеты и погибла через их недостаток. Но не менее важно значение гетеротрофных бактерий и как паразитических и симбиотических форм. Да, практически все многоклеточные эукариоты, которые питаются растениями, используют симбиотических бактерий в своих процессах пищеварения. На корнях бобовых растений образуются специальные бульбочки, в которых живут азотфиксирующие бактерии, которые обеспечивают растения соединениями Нитрогена, который они получают из атмосферного азота. А паразитические возбудители бактериальных заболеваний являются важными регуляторами численности всех видов живых организмов. Бактерии вызывают такие заболевания животных, как сибирская язва, туляремия, сап, бруцеллез, ботулизм. К растительным заболеваниям бактериальной природы принадлежит черный и желтый бактериозы зерновых, стеблевая гниль кукурузы, черная ножка и кольцевая гниль картофеля и т.д. Человек также постоянно использует симбиотические бактерии. Кроме тех видов, которые живут в человеческом организме, широко применяются бактерии для изготовления продуктов питания (йогуртов, кефира и тому подобное). Много усилий требуют от человечества борьба с бактериальными заболеваниями. Именно к бактериям принадлежат возбудители таких заболеваний, как чума (палочкоподобная бактерия), дифтерия (коринебактерия), холера (вибрион), бактериальная пневмония (кокки), ангина (стрептококки и стафилококки), сифилис (спирохеты).

Профилактика бактериальных заболеваний

Заболевания

Пути заражения

Способы профилактики



Дифтерия



Воздушно-капельный

Основным мероприятием по профилактике дифтерии являются правильно организованные и своевременно проведенные прививки дифтерийным анатоксином. С появлением больного на дифтерию в очаге проводится весь комплекс противоэпидемических мероприятий: активное выявление, изоляция и госпитализация больных; бактериологическое обследование и санация выявленных носителей: текущая и заключительная дезинфекция



Менингококковая инфекция



воздушно-капельный

С появлением больного в очаге проводятся противоэпидемические мероприятия: активное выявление, изоляция и госпитализация больных; бактериологическое обследование с последующей изоляцией и санацией выявленных носителей; дезинфекция; экстренная профилактика антибиотиками, прививки по эпидемическим показаниям менингококковыми вакцинами



брюшной тиф

и паратифы



Фекально-оральный

Профилактика брюшного тифа и паратифов основывается на проведении совместных для кишечных инфекций санитарных, дезинфекционных и дезинсекционных мероприятий, направленных на предупреждение водного и пищевого путей передачи инфекции. С появлением больного проводятся противоэпидемические мероприятия: раннее активное выявление больных, их изоляция и госпитализация; лабораторное обследование работников питания, водоснабжения и лиц, подвергшихся риску заражения; текущая и заключительная дезинфекция; вакцинация (ревакцинация) против брюшного тифа; экстренная профилактика сухим поливалентным брюшнотифозным бактериофагом.



Чума

Трансмиссивный, через укусы инфицированных переносчиков (блох). Иногда возможно контактное заражение (при снятии шкурок грызунов) или заражения воздушно-капельным путем

Профилактические мероприятия направлены на предупреждение заноса возбудителя инфекции, сокращение эпизоотологичной активности природных очагов чумы и предупреждение заболеваний людей в этих ячейках




Холера



Фекально-оральный

В профилактике холеры особенно важно строгое выполнение санитарно-гигиенических требований по обеспечению правильного водоснабжения, канализации и очистки населенных мест. Очень важную роль в профилактике холеры играет тщательное выполнение всем населением требований личной гигиены. Карантин устанавливают в тех или иных местностях при наличии особых условий, способствующих распространению холеры. Выполнения специфической профилактики (прививки) имеет вспомогательное значение



туляремия

Трансмиссивный, через укусы инфицированных переносчиков (клещей). Иногда возможно заражение воздушно-капельным путём или фекально-оральным.

Профилактические мероприятия направлены на предупреждение попадания возбудителя инфекции, сокращение эпизоотологичной активности природных очагов туляремии и предупреждение заболевания людей в этих ячейках. Основным направлением является проведение санитарно-технических (защита помещений от проникновения грызунов) и дератизационных (уничтожение грызунов) мероприятий для борьбы с грызунами. По эпидемическим показаниям проводится прививка (вакцинация ранее не привитых или привитых более пяти лет назад). Специальная экстренная профилактика проводится антибиотиками



Контроль знаний и умений:

По плану дать характеристику бактериальным болезням.

План: 1)Изменения, которые возникают в организме при определенной бактериальной болезни. 2) Возбудитель определенной болезни. 3) Основные пути заражения. 4) Способы защиты от определенной бактериальной болезни.

Домашнее задание: выучить конспект, § 35-38, Л.№ 14



Лекция № 15

Тема: Особенности организации и жизнедеятельности многоклеточных организмов. Обмен веществ энергии и информации у многоклеточных организмов. Регуляция функции у многоклеточных организмов. Взаимодействие регуляторных систем в организме человека.

Базовые понятия и термины: орган; система органов; вегетативные и генеративные органы; корень, побег, стебель, листок, почка, цветок, покровы тела; опорно-двигательная, пищеварительная, дыхательная, транспортная, выделительная, эндокринная, нервная система, органы чувств, репродуктивная система; регуляция функций; нервная и эндокринная регуляция; фитогормоны, гормоны, нервные импульсы, головной и спинной мозг; вегетативная и соматическая нервная система.

План лекции:

1.Особенности организации и жизнедеятельности многоклеточных организмов.

2.Обмен веществ, энергии и информации у многоклеточных организмов.

3.Регуляция функций у многоклеточных организмов.

4.Взаимодействия регуляторных систем в организме человека.

Содержание лекции:

1.Особенности организации и жизнедеятельности многоклеточных организмов.

Органы растений:

У растений выделяют вегетативные и генеративные органы. Вегетативные органы предназначены для поддержания индивидуальной жизни растений, а генеративные обеспечивают их размножение.

У высших растений вегетативными органами является корень и побег; у низших — тело (таллом, или слань), не разделённое на органы, а представлено одной клеткой (одноклеточные водоросли), нитями из одного ряда клеток (нитчатые водоросли) или колониями, в форме пластинок, шара и тому подобное; у некоторых настоящих водорослей наблюдается дифференцирования таллома на органы, внешне подобные стеблю и листкам высших растений.

Морфология и анатомическое строение вегетативных органов приспособлена к выполнению свойственных им функций. В случае изменения характера функции изменяются соответственно и вегетативные органы (образуются видоизменения органов). Вегетативные органы используются также для вегетативного размножения.

Корень — вегетативный орган, который обеспечивает закрепление растений в субстраты, поглощение и транспорт воды и растворенных в ней минеральных веществ и продуктов жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и корней других растений, первичный синтез органических веществ, выделения в почву продуктов обмена веществ, и вегетативное размножение. Побег — вегетативный орган, в состав которого входят стебель, листья и почки. Он обеспечивает образование органических веществ в процессе фотосинтеза и метаболических процессов, обмен веществ между разными частями организма растения и её оптимальное размещение в пространстве.

Генеративные органы — органы растений, предназначенные для размножения и распространения растений. Примером генеративного органа растений является цветок. Цветок — это сложная система, которая обеспечивает половое размножение у цветковых растений. Функции цветка: образование тычинок с пыльцевыми зернами, плодолистиков (пестик) с семенными зачатками, опыление, сложные процессы оплодотворения, формирование семени, и плода.

Системы органов животных

Для успешного выполнения своих функций, отдельные органы животных объединяются в функциональные системы органов. Лучше их разглядеть на примере систем органов позвоночных животных.

Системы органов позвоночных животных


Система

органов

Функции системы

Органы, которые входят в состав системы


Покровы

тела

Покровы тела отделяют организм животного от внешней среды и защищают его от действия неблагоприятных факторов. Кроме того, они не позволяют организму животного отдавать необходимые ему вещества во внешнюю среду. У многих животных покровы тела играют важную роль в процессах газообмена



Кожа

Опорно-двигате льная

Опорно-двигательная система животного обеспечивает ее перемещение в пространстве. Она также является каркасом тела животного и помогает ему сохранять определенную форму. Еще одной функцией опорно-двигательной системы является защитная - она защищает внутренние органы от механических повреждений




Скелет и мышцы

Пищеварительная

Пищеварительная система обеспечивает организм питательными веществами. В ней происходит переработка органических веществ, которые поступают в организм из внешней среды

Зубы, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, кишечник, печень, поджелудочная железа

Транс­портная

Транспортная система обеспечивает быстрый перенос веществ из одной части тела в другую. Она также играет важную роль в регуляции многих процессов, поскольку является переносчиком гормонов, питательных веществ и продуктов обмена



Сердце, артерии, вены, капилляры

Дыхатель­ная

Дыхательная система обеспечивает доставку в организм животного кислорода и удаление из него углекислого газа

Легкие, жабры, кожа

Выделитель­ная

Выделительная система обеспечивает удаление из организма животного продуктов обмена веществ

Почки, легкие, кожа, мочеточник, мочевой пузырь

эндо­кринная

Эндокринная система участвует в регуляции работы отдельных органов и систем органов организма. Она обеспечивает длительные реакции организма на изменения условий. Для передачи сигналов в эндокринной системе используются биологически активные вещества - гормоны

Гипоталамус, гипофиз, поджелудочная железа, половые железы, щитовидная железа, эпифиз

Нервная

Нервная система расшифровывает показания органов чувств и согласовывает с ними действия всех других органов. Она также участвует в регуляции работы отдельных органов и систем органов организма. Нервная система обеспечивает быстрые реакции организма на изменения условий



Головной мозг, спинной мозг, нервы

Органы чувств

Органы чувств животных воспринимают информацию из окружающей среды и передают ее в нервную систему

Органы прикосновения, обоняния, вкуса, слуха, зрения, равновесия

Репродуктивная

Репродуктивная система обеспечивает размножение животных

половые органы


3.Регуляция функций у многоклеточных организмов.

Регуляция функций организма животных лучше рассматривать на примере человека. Выделяют два основных способа регуляции: нервную (с помощью нервных импульсов, которые передаются по мембранам нервных клеток) и гуморальную (с помощью химических веществ, которые переносятся разными жидкостями организма).

Гуморальная регуляция — координация физиологичных функций организма с помощью химических веществ, которые переносятся разными жидкостями организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость), - гормонов. Совершается эндокринной системой.

Эндокринная система — совокупность органов, частей органов, и отдельных клеток, которые секретируют в кровь и лимфу гормоны. Она вместе с нервной системой регулирует и координирует важные функции организма человека: рост, репродукцию, обмен веществ, процессы адаптации.

В эндокринной системе различают центральный и периферийный отделы, которые взаимодействуют между собой и образуют единую систему. Основой эффективного функционирования эндокринной системы является использование принципа обратной связи.

Нервная регуляция процессов в организме человека осуществляется с помощью соматической и автономной нервных систем.

Соматическая нервная система состоит из тех отделов центральной и периферической нервной системы, которые иннервируют скелетные мышцы и органы чувств. Она обеспечивает восприятие организмом информации из внешней среды, а также действия (в форме различных движений скелетных мышц) в ответ на воздействие внешних факторов

Движения, которые обеспечиваются соматической нервной системой, осуществляются с помощью согласованных действий отдельных двигательных единиц (групп мышечных волокон, каждая из каких иннервируется одним мотонейроном).

Автономная (вегетативная) нервная система — часть нервной системы, которая регулирует деятельность внутренних органов, желез, сосудов, гладких и некоторых исчерченных мышц, а также руководит процессами обмена веществ.

Автономная нервная система состоит из двух частей, которые имеют противоположное действие на органы и ткани организма, - симпатичного и парасимпатического отделов. Высшим центром контроля вегетативной нервной системы является гипоталамус, который контролирует также деятельность эндокринной системы.

Автономная нервная система обеспечивает иннервацию внутренних органов, сосудистой системы, желез, гладких мышц. Она осуществляет также трофическое влияние на скелетные мышцы. Не вызывая сокращения этих мышц, она улучшает их питание и тем самым стимулирует их роботу. Она регулирует деятельность внутренних органов и сосудов, секрецию желез, работу сердца. Процессы обмена веществ также регулируются вегетативной нервной системой.

Деятельность вегетативной нервной системы не подчиняется воли и сознанию человека. Человек не чувствует даже наличие многих внутренних органов, особенно тех, которые не двигаются, как, например, железы, не чувствует, как у них происходит секреция, как всасывается еда в кишках и тому подобное. Человек не может сознательно руководить деятельностью этих органов, как руководит своей мускулатурой. Такие процессы происходят вне сознания человека и не подчиненные ее воле.

В вегетативной нервной системе, как и в соматической, различают центральную и периферическую части. Центральная часть представлена вегетативными нейронами, которые образуют в головном и спинном мозге скопление — вегетативные ядра. Периферическую часть образуют многочисленные вегетативные нервные узлы и нервные волокна.

4. Взаимодействия регуляторных систем в организме человека.

Связь двух типов регуляции проявляется в том, что нервная и гуморальная системы влияют друг на друга. Так, нервная система может приводить изменение интенсивности секреции биологически активных веществ, а действие веществ, продуцируемых гуморальной системой, может привести к возникновению нервных импульсов и регулировать работу отдельных частей нервной системы.

Для регуляции функций своего организма растения широко используют фитогормоны. Фитогормоны - это химические вещества, вырабатываемые в растениях, и регулируют их рост и развитие. Образуются главным образом в тканях, активно растут, на верхушках корней и стеблей. К фитогормонам обычно относят ауксины, гиббереллин и цитокинины, а иногда и ингибиторы роста, например, абсцизовая кислота. В отличие от животных гормонов, фитогормоны менее специфичны и часто действуют в том же участке растения, где образуются.

Много синтетических веществ владеют таким же действием, как естественные фитогормоны. Фитогормоны является органическими веществами с небольшой молекулярной массой, которые образуются в малых количествах в одних частях многоклеточных растений и действуют на другие их части как регуляторы и координаторы роста и развития. По сравнению с гормонами животных специфичность фитогормонов выражена более слабо, а действующие концентрации, как правило, более высокие.

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопрос:

1.Как осуществляется регуляция функций в организме животных?

2.Что такое гормоны?

3.Как осуществляется регуляция функций в организме растений?

4.Что такое фитогормоны?

5.Чем отличается регуляция функций в организмах животных и растений?

Домашнее задание: выучить конспект, § 35-38, Л.№ 15


Лекция № 16 Тема: Генетическая терминология и символика. Методы генетических исследований. Законы Г. Менделя, Их статистический характер и цитологические основы.

Базовые понятия и термины: генетика, ген, аллель, доминирование, гомозигота, гетерозигота, генотип, фенотип, селекция, наследственность, изменчивость, методы исследований.

План лекции:

1.Понятие генетики.

    2.Генетическая терминология и символика.

   3. Методы генетических исследований.

   4. Законы Г.Менделя, их статистический характер и цитологические основы.

  5.Отклонения при расщеплении от количественных соотношений, установленных Г.Менделем.

  6. Промежуточный характер наследования.

Содержание лекции:

1. Генетика (от греч. Генезис - происхождение) - наука о наследственности и изменчивости живых организмов. В ее основу были положены закономерности наследственности, обнаруженные Г.Менделем при изучении различных сортов и гибридов гороха в 1860-х годах. Рождение генетики относят к 1900 году, когда Х. де Фриз, К.Корренс и Е.Чермак повторно открыли закон Г.Менделя.

В зависимости от объекта исследования выделяют генетику растений, животных, микроорганизмов и человека и т.д.... Сам термин «генетика» был предложен английским генетиком В.Бетсоном в1905 году.

На изучении генетических закономерностей основываются технологии создания новых и улучшения существующих пород домашних животных, сортов культурных растений, а также микроорганизмов, используемых в фармацевтической промышленности и медицине. Большое значение имеет генетика для медицины и ветеринарии, поскольку многие болезни человека и животных являются наследственными и для их диагностики, лечения и профилактики нужны генетические исследования.

2.Основные термины и понятия генетики.

Ген - дискретная функциональная единица наследственности, с помощью которой происходит запись, хранение и передача генетической информации в ряду поколений, определенный участок молекулы ДНК (или РНК у некоторых вирусов), расположенная на определенном участке (в определенном локусе) хромосомы эукариот, в бактериальной хромосоме или плазмиды у прокариот или молекуле нуклеиновой кислоты вирусов.

     Аллель - один из возможных состояний (вариантов) гена.

     Доминантная аллель - аллель, которая подавляет проявление другого аллеля определенного гена. В зависимости от степени угнетения выделяют полное или неполное доминирование.

     Рецессивная аллель - аллель, проявление, которой подавляется другим аллелем определенного гена.

Аллель дикого типа - аллель, который распространен в природных популяциях определенного вида и обусловливает развитие признаков, характерных для этого вида. Локус - место расположения аллелей определенного гена на хромосоме.

 Гомозигота - диплоидная или полиплоидная клетка (особь), гомологичные хромосомы которой имеют одинаковые аллели определенного гена. В гомозиготном состоянии проявляются и доминантные, и рецессивные аллели.

     Гетерозигота - диплоидная или полиплоидная клетка (особь), гомологические хромосомы которой имеют разные аллели определенного гена. В гетерозиготном состоянии в случае полного доминирования проявляется действие доминантной аллели, а при не полном доминировании признак проявляет среднее действие между доминантным и рецессивным аллелями.

   Гемизигота - диплоидная клетка (особая), которая имеет только один аллель определенного гена. Это состояние возникает вследствие того, что у некоторых видов особи одной из полов имеют две разные половые хромосомы или только одну половую хромосому.

     Генотип - совокупность всех генов клетки, локализованных в ядре (в хромосомах) или в разных репликующих структурах цитоплазмы (пластидах, митохондриях, плазмидах). Генотип - это наследственная основа организма единая система взаимодействующих генов, поэтому проявление каждого гена зависит от этой генотипной среды. Генотип - носитель генетической информации, который контролирует формирование всех признаков организма, т.е. его фенотипа.

   Фенотип - совокупность свойств и признаков организма, сложившихся на основе взаимодействия генотипа с условиями внешней среды. Фенотип никогда не отражает генотип целиком, а только ту его часть, которая реализуется в определенных условиях онтогенеза. В процессе развития организма фенотип меняется. Границы, в которых меняются фенотипические проявления генотипа, называются нормой реакции.

Наследственность - способность живых организмов передавать особям следующего поколения морфоанатомические, физиологические, биохимические особенности своей организации, а также характерные черты становления этих особенностей в процессе онтогенеза.

   Изменчивость - свойство организма изменять свою морфофизиологическую организацию (что предопределяет разнообразие индивидов, популяций, рас), а также приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития.

3. Генетические исследования осуществляют в нескольких направлениях:

изучение материальных носителей наследственной информации;

изучение закономерностей хранения и передачи наследственной информации потомкам;

исследование зависимости проявлений наследственной информации и механизмов их возникновения;

изучение генетических процессов, происходящих в популяциях организмов.

Методы генетических исследований:



Гибридологический.

Заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся по определенным состояниям одного или нескольких наследственных признаков. Потомков, полученных от такого скрещивания, называют гибридами. Гибридизация лежит в основе гибридологического анализа — исследования характера наследования состояний признаков с помощью системы скрещиваний.





Генеалогический.

Заключается в изучении родословных организмов. Позволяет проследить характер наследования различных состояний определенных признаков в ряду поколений. Он широко применяется в медицинской генетике, селекции и т.д... С его помощью устанавливают генотип особей и вычисляют вероятность проявления того или иного состояния признака у будущих потомков. Родословные составляют в виде схем по определенным правилам: организм женского пола обозначают кружком, мужской - квадратом. Обозначение особей одного поколения размещают в строку и соединяют между собой горизонтальными линиями, а родителей и потомков – вертикальной.





Популяционно- статический.

Дает возможность изучать частоты встречаемости аллелей в популяциях организмов, а также генетическую структуру популяции. Кроме генетики популяций, его применяют и в медицинской генетике для изучения распространения определенных аллелей среди людей (главным образом тех, которые определяют те или иные наследственные заболевания). Для этого выборочно исследуют часть населения определенной территории и статистически обрабатывают полученные данные.

Цитогенетический.

Основывается на исследовании особенностей хромосомного набора (кариотипа) организмов. Изучение кариотипа дает возможность выявлять мутации, связанные с изменением как количества хромосом, так и структуры отдельных из них. Кариотип исследуют в клетках на стадии метафазы, потому что в этот период клеточного цикла структура хромосом выражена четко. Этот метод применяют и в систематике организмов. (Кариосистематика). Так, много видов-двойников (видов, которые трудно, а иногда даже невозможно распознать по другим особенностям) различают по хромосомным наборам.



Биохимический.

Заключается в изучении особенностей биохимических процессов у организмов с разными генотипами. Используется для диагностики наследственных заболеваний, связанных с нарушением обмена веществ. С их помощью выявляют белки и промежуточные продукты обмена, не свойственные определенному организму, что свидетельствует о наличии измененных (мутантных) генов.





Близнецовый.

Заключается в изучении однояйцевых близнецов (организмов, которые происходят из одной зиготы) и сравнение их с разнояйцевыми близнецами. Однояйцевые близнецы всегда одного пола, так имеют одинаковые генотипы. Исследуя такие организмы, можно определить роль факторов окружающей среды в формировании фенотипа особей: разный характер их влияния обусловливает различия в проявлении тех или иных состояний определенных признаков.

Методы генетической инженерии.

Технологии, с помощью которых ученые выделяют из организмов отдельные гены или синтезируют их искусственно, перестраивают определенные гены, вводят их в геном другой клетки или организма.

4. Законы Г.Менделя.

Название закона.

Формулировка закона.

1.Закон единообразия гибридов первого поколения

Потомки первого поколения от скрещивания устойчивых форм, которые различаются по одной признаку, имеют одинаковый фенотип по этому признаку.

2.Закон расщепления наследственных признаков у потомков гибрида.

При скрещивании гибридов первого поколения между собой среди гибридов второго поколения в определенных соотношениях появляются особи с фенотипами исходных родительских гибридов первого поколения.

3.Закон независимого комбинирования наследственных признаков.

Гены, определяющие различные признаки и находящиеся в разных группах сцепления, наследуются независимо друг от друга, в результате чего среди потомков второго поколения в определенных соотношениях появляются особи с новыми (относительно родительских) комбинациями признаков.

В опытах Менделя во время скрещивания сортов гороха, которые имели желтые и зеленые семена, все потомство (т.е. гибриды первого поколения) оказались с желтыми семенами. При этом не имело значения, из каких именно семян (желтого или зеленого) выросли материнские (отцовские) растения. Итак, оба родителя в одинаковой степени способны передавать свои признаки потомству. Состояние признака, которое проявляется в первом поколении, получило название доминантного, а состояние, которое в первом поколении гибридов не проявляется, - рецессивного. «Задатки» признаков (гены) Г Мендель предложил обозначить буквами латинского алфавита. Аллели, принадлежащие к одной паре состояний признака, обозначают одной и той же буквой, но доминантную аллель - большой, а рецессивную - маленькой. Аллель пурпурного окрашивания цветов следует обозначить, например, А, аллель белого цвета цветков - а аллель желтого цвета семян - В, аллель зеленого цвета семена - в и т. д. Каждая клетка тела животных и высших растений имеет диплоидный набор хромосом. Все хромосомы парные, аллельные же гены располагаются в гомологичных хромосомах. Итак, в зиготе всегда есть два аллеля, и генотип формулы по какому-либо признаку следует записывать двумя буквами. Особь, гомозиготную по доминантной аллели, следует записывать АА, рецессивную - аа, гетерозиготную — Аа. Вследствие мейоза гомологичные хромосомы (а с ними и аллели гена) расходятся в разные гаметы. Но поскольку в гомозиготе обе аллели одинаковые, все гаметы несут один и тот же аллель, т.е. гомозиготная особь образует только один тип гамет, а гетерозигота — два. Опыты по скрещиванию генетики записывают в виде схем: Родителей обозначают буквой Р, особей первого поколения - F1, особей второго поколения - F2 и т.д. Скрещивание обозначают знаком умножения (х), генотипически формулу материнской особи () записывают первой, а родительской () - второй. В первой строке записывают генотипически формулы родителей, второй - типы их гамет, в третьем - генотипы первого поколения и т. д.

Например:

Р АА х аа

Гаметы А а

F1 Аа

Методы проверки генотипа гибридных особей.

     В гибридологическом анализе могут быть использованы скрещивания гибридов с одной из родительских форм. Такие скрещивания гибрида первого поколения с формой, которая является доминантной или рецессивной гомозиготой, называются обратным скрещиванием, или бекросом. Особенно важным для определения и проверки генотипов гибридных особей имеют анализирующие скрещивания.

    Анализирующее скрещивание - это скрещивание гибрида с формой, которая является формой, которая является гомозиготной по рецессивным аллелям. При проведении анализирующего скрещивания можно определить генотип гибридов неизвестного происхождения, типы и их соотношение.

5.Отклонения при расщеплении от количественных соотношений, установленных Г. Менделем.

    В ряде случаев расщепление по фенотипу и генотипу во втором поколении может отличаться от ожидаемого, что может вызываться разными факторами. Закономерности наследственности, установленные Г. Менделем, не будут выполняться при следующих условиях:

1) малое количество потомков,

2) наличие летальных генов,

3) взаимодействие неаллельных генов

4) наличие сцепленного наследования генов,

5) цитоплазматическая наследственность, 6) промежуточный характер наследования признаков, 7) генные, хромосомные и геномные мутации и др..

Явление:

Причины:

Промежуточное наследование.

Неполное доминирование одного аллельного гена над другим.

Множественный аллелизм

Признак определяется не двумя аллельными генами, а несколькими.

Наследование летальных генов.

Определенные гены обуславливают разную жизнеспособность гамет или зигот.

Сцепленное наследование.

Расположение генов в одной хромосоме

Наследование, сцепленное с полом

Расположение генов в половых хромосомах

Взаимодействие неаллельных генов

Расположение генов в не гомологичных хромосомах

6. Промежуточный характер наследования.

     Неполное доминирование является явлением, при котором доминантные аллели частично преобладают над рецессивными. В таких случаях гетерозиготная особь по фенотипу больше напоминает особь, гомозиготную по доминантной алелли, но несколько отличается от нее.

     Промежуточное наследование - это наследование признаков, при котором ни одна из аллелей не доминирует над другой и в результате появляются промежуточные проявления признака отличные от родительских. Примерами признаков, имеющих промежуточное наследование, является курчавость волоса (вьющиеся, волнистые и прямые) окраску перьев кур (черное, голубое и белое; черное, и белое) окрас шерсти крупного рогатого скота (красный, бледный и белый цвет); окраска ягод земляники (красная, розовая и белая) окраски цветов ночной красавицы и др..

     Основными отличиями промежуточного наследования является то, что: а) фенотип F1 отличается от фенотипа родительских особей; б) расщепление по фенотипу соответствует расщеплению по генотипу (1:2:1); в) каждый вариант генотипа определяет свой вариант фенотипа; г) при неполном доминировании функционируют оба аллельные гены и проявление признака обусловлен ферментов, которые кодируются этими аллелями.

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1. Что изучает генетика? Что такое ген?

2. Чем отличаются между собой доминантные и рецессивные аллели одного гена?

3. Какое значение имеет генетика для человека?

4. Что такое генотип? Что такое фенотип?

5. Какие методы генетических исследований вам известны?

6. Для чего и как генетики используют гибридологический метод, также и генеалогический метод?

7. Почему при генетических исследованиях желательно использовать несколько методов?

8. Какие цитологические основы имеют законы Г.Менделя?

9. Почему законы Г.Менделя имеют статичный характер?

10. Какое практическое значение для человека имеют законы Г.Менделя?

Домашнее задание: выучить термины, пересказ конспекта, § 4-6(2к.38-40), отвечать на вопросы, Лек.№ 16


Лекция № 17

Тема: Сцепленное наследование. Хромосомная теория.

Базовые термины и понятия: сцепленное наследование, кроссинговер, хромосомная теория наследственности.

План лекции:

1.Сцепленное наследование.

2 Кроссинговер, его причины и биологическое значение.

3. Генетические карты хромосом.

4. Хромосомная теория наследственности.

5. Генетика пола.

6. Генотип как целостная система.

Содержание лекции:

1.Сцепленное наследование . Ученые уже давно обратили внимание на то, что количество наследственных признаков организма значительно превышает количество их хромосом в галоидном наборе. Итак, в каждой хромосоме имеется не один, а много генов. Вместе с признаками, которые наследуются независимо, существуют и такие, которые наследуются, сцеплено друг с другом, поскольку определяются генами, расположенными в одной хромосоме. Такие гены образуют группу сцепления. Число групп сцепления у организмов определенного вида равно количеству хромосом галоидного набора (например, у человека 1п = 23).

Сцепленное наследование - это наследование признаков, гены которых локализованы одной хромосоме.

Гены одной хромосомы образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно количеству пар хромосом. Если гены расположены в одной паре гомологичных хромосом, то генотип особи и гаметы записывают в следующем виде:

Полное сцеплениеразновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются так близко друг к другу, что кроссинговер между ними становится невозможным. Две параллельные линии символизируют пару гомологичных хромосом.

Между гомологичными хромосомами в процессе мейоза может осуществляться обмен идентичными участками (кроссинговер). В результате кроссинговера гомологичные хромосомы обмениваются аллельными генами. При наличии кроссинговера между хромосомами у особей образуются не два, а четыре типа гамет: некросоверные (их всегда больше) и кросоверные.

Неполное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются на некотором расстоянии друг от друга, что делает возможным кроссинговер между ними.

Независимое наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в разных парах гомологичных хромосом. Некроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых кроссинговер не произошел.

Образуются гаметы:

pict_18_3_2.png

Кроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых произошел кроссинговер. Как правило кроссоверные гаметы составляют небольшую часть от всего количества гамет.

Образуются гаметы:

pict_18_4_2.png

Организмы, образующиеся от соединения кросоверных гамет, называют кросоверами или рекомбинанты, а те, что образуются из некросоверних гамет, - некросоверамы.

Экспериментально явление сцепленного наследования доказал американский генетик Т. X. Морган со своими сотрудниками с помощью опытов с плодовой мушкой - дрозофилы (Drosofhila melanoaasteri).







hello_html_242b70f4.png




























В первом варианте от анализирующего скрещивания дигетерозиготной особи (самец) с рецессивной дигомозиготою получено лишь две группы потомков. По полученным результатам Т.X. Морган предположил, что гены окраски тела и формы крыльев содержатся в одной хромосоме. Поэтому будут образовываться два типа гамет и в сочетании с гаметами одного типа самки, будут образовываться лишь две группы особей с такими же фенотипами, что и у родителей. То есть будет наблюдаться сцепленное наследование с полным сцеплением генов.


Во втором варианте Морган получил, кроме двух групп, подобных родительским (по 41,5%), еще две группы особей (по 8,5%), которые имели «перекрещенные» комбинации признаков. На основании этих данных ученый предположил, что гены, определяющие окраску тела и форму крыльев, расположены в одной хромосоме, но в процессе мейоза при образовании гамет гомологичные хромосомы могут обмениваться участками, т.е. имеет место явление, которое получило название перекреста хромосом, или кроссинговера.


В этом случае происходит сцепленное наследование с неполным сцеплением генов.

2.Кросинговер, его причины и биологическое значение

Кроссинговер - процесс, во время которого гомологичные хромосомы обмениваются определенными участками. Перекрест хромосом приводит новые комбинации (рекомбинации) аллелей различных генов и является важнейшим механизмом обеспечения комбинативной изменчивости в популяциях, который поставляет материал для естественного отбора. Рекомбинация - это перераспределение генетической информации у потомков, в основе которой при сцепленном наследовании лежит кроссинговер (межгенная рекомбинация).

Происходит кроссинговер в профазе I мейоза и после конъюгации приводит к перераспределению генов в хромосомах. Это явление носит случайный характер и может происходить в любом участке гомологичных хромосом. Исследование кроссинговера, проведенные на разных организмах, выявили следующие закономерности:

сила сцепления между двумя генами, расположенными в одной хромосоме, обратно пропорциональна расстоянию между ними, следовательно, чем это расстояние больше, тем чаще происходит кроссинговер;

частота кроссинговера зависит от расстояния между генами и выражается в процентах;

частота кроссинговера между двумя генами, расположенными в одной хромосоме, является величиной постоянной для каждой конкретной пары генов;

величина кроссинговера измеряется отношением количества кроссоверных особей к общему количеству особей в потомстве от анализирующего скрещивания.

Хотя частота кроссинговера является величиной постоянной, на нее могут влиять некоторые факторы внешней и внутренней среды: изменения в строении отдельных хромосом, температура, рентгеновские лучи, некоторые химические соединения и др.. У некоторых организмов обнаружена зависимость частоты кроссинговера от возраста (например, у дрозофил) или пола (например, у мышей).

 3. Генетические карты хромосом

Генетические карты - это графическое изображение хромосом с указанным порядком расположения генов и расстояния между ними.

Работы Т. X. Моргана и его коллег показали, что частота кроссинговера между одними и теми же генами - величина постоянная. За единицу расстояния между генами принята

1 морганида, равна / % кроссинговера. Например, расстояние между генами серой окраски тела и длинных крыльев (также черной окраски тела и зачаточных крыльев) у дрозофилы равно 17%, или 17 морганидам.

Рассчитывают расстояние между генами по формуле:

LAB = hello_html_e8cb57f.gif

      где LAB - расстояние между генами; m и n - количество особей в каждой кроссоверной группе потомков;

 N - общее число некросоверных и кросоверных потомков при скрещивании.

Размеры карт определяются суммой расстояний между генами. Генетические карты большинства организмов имеют вид прямой линии, а бактерий и вирусов - замкнутого кольца. Строят карты на базе следующих методов: гибридологического анализа, гибридизации соматических клеток различных видов, меченых фрагментов ДНК и др..


Генетические карты имеют значение для проведения селекционной работы, диагностики тяжелых наследственных болезней человека и др... Знания о локализации гена в определенной хромосоме используются при диагностике ряда тяжелых наследственных заболеваний человека. Уже теперь появилась возможность для генной терапии, то есть для исправления структуры или функции генов.

Сравнение генетических карт разных видов живых организмов способствует также  пониманию эволюционного процесса


4. Хромосомная теория наследственности.

С помощью хромосомной теории выяснено материальную основу Закона наследственности, установленных Г. Менделем, и стало понятно, почему в отдельных случаях наследование признаков отклоняется от этих законов.

Основные положения хромосомной теории наследственности:

1. Гены расположены в хромосомах. Различные хромосомы содержат неодинаковое число генов. Каждая из не гомологичных хромосом имеет свой уникальный набор генов.

2. Гены расположены вдоль хромосом в линейном порядке.

3. Каждый ген занимает в хромосоме определенный участок (локус). Аллельные гены заполняют одинаковые локусы гомологичных хромосом.

4. Все гены одной хромосомы образуют группу сцепления, благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков. Сила сцепления между двумя генами обратно пропорциональна расстоянию между ними.

5. Сцепления между генами, расположенными в одной хромосоме, нарушаются вследствие кроссинговера, во время которого гомологичные хромосомы обмениваются своими участками.

6. Каждый биологический вид характеризуется определенным кариотипом

Значение хромосомной теории наследственности для развития биологии заключается в том, что:

> С ее помощью выяснено материальная основа законов наследственности, установленная Г. Менделем;

> Закрепила за генами роль элементарных единиц наследственности, локализованных в хромосомах;

> Объясняет отклонения наследования признаков при наличии сцепленного наследования генов.

 

  5. Генетика пола

Ученые заметили, что в мире рождение девочек и мальчиков приближено к соотношению 1:1. Почему так происходит? Почему некоторые болезни женщины передают своим сыновьям, а дочери этими болезнями не страдают. Почему у животных определенные фенотипические признаки также зависят от пола?

Пол - совокупность признаков, обеспечивающих половое размножение и отличают женские и мужские особи. Развитие пола контролируется генами половых хромосом. Кроме генов, определяющих пол, в половых хромосомах размещены и другие гены: 1) гены, которые есть и в X-и в Y-хромосомах, 2) гены, которые есть в Х-хромосомах, но отсутствуют Y-хромосомах (обусловливают гомозиготные признаки), 3) гены, которые есть в Y - хромосомах, но отсутствуют в X - хромосомах (обусловливают голандрические признаки, такие как гипертрихоз, ихтиоз, и наследуются только по мужской линии).

Признаками, определяющими пол, являются:

> Первичные половые признаки - наличие половых органов (гонады, половые пути, наружные половые органы), которые принимают непосредственное участие в воспроизведении;

> Вторичные половые признаки - признаки, которые непосредственно не участвуют в процессе воспроизведения, но определяют внешнее отличие между мужским и женским полом.

    > Третичные половые признаки - признаки, сцепленные с полом, т.е. те, которые определяются генами, расположенными в половых хромосомах.

Хромосомные наборы самцов и самок различаются по строению одной из пар, поэтому у раздельнополых организмов различают аутосомы и половые хромосомы. Аутосомы (неполовые хромосомы) - это хромосомы, одинаковые у представителей мужского и женского полов. Половые хромосомы - это хромосомы, которыми мужской и женский пол отличается друг от друга. Эти хромосомы имеют особую форму, что и обусловило их название: X-и Y-хромосомы. У определенного пола половые хромосомы могут быть одинаковыми или разными. В зависимости от этого различают гомогаметные (дают за половую хромосому один тип гамет) и гетерогаметные (дают по половым хромосомам два типа гамет) пола.

У большинства раздельнополых организмов пол будущей особи определяется в момент оплодотворения и зависит от того, сколько и какие из половых хромосом соединятся в зиготе. В органическом мире существуют разные типы хромосомного определения пола:

XX - женский пол, XY - мужской пол (млекопитающие, большинство амфибий, часть рыб, насекомых (кроме бабочек), ракообразные, черви, некоторые двудомные растения);

XX - мужской пол, XY - женский пол (птицы, пресмыкающиеся, часть рыб, бабочки);

XX - женский пол, ХО - мужской пол (клопы)

XX - мужской пол, ХО - женский пол (моль, живородящая ящерица).

Но, кроме хромосомного, существуют и другие, не хромосомные механизмы определения пола организмов:

1) запасом питательных веществ в яйцеклетках еще до момента оплодотворения (на пример, в некоторых многощетинковых червей, коловратки)

2) гормонами (в некоторых морских червей);

3) условиями окружающей среды на недифференцированные половые зачатки, которые закладываются еще во время зародышевого развития (у некоторых рыб и земноводных).

В популяциях организмов, пол которых определяется в момент оплодотворения, соотношение самцов и самок, по закону расщепления, должен составлять 1:1 .



Р XX х XY

Гаметы hello_html_m1ea127d8.png







F, 1 XX : 1 XY

Различают первичное соотношение полов, точнее, соотношение эмбрионов и вторичное - соотношение мальчиков и девочек среди новорожденных.

Теоретически соотношение полов в момент оплодотворения должно быть близким 1:1, так как встреча яйцеклетки со сперматозоидом, содержащим Х- или Y- половую хромосому, равновероятна.

При обследовании у человека обнаружено, что на 100 женских зигот образуется 140-160 мужских (первичное соотношение полов)

К моменту рождения на 100 девочек приходится 103-105 мальчиков. (вторичное соотношение полов).

Третичное соотношение полов (постнатальный период) к 20-ти годам на 100 девушек приходится 100 юношей; к 50-ти годам на 100 женщин - 85 мужчин, а к 85-ти годам на 100 женщин - 50 мужчин.

Отсюда напрашивается вывод о большей жизнестойкости женского организма, что может быть объяснено, наряду с другими причинами, мозаицизмом женского организма по половым хромосомам.



Существует конкретный контролирующий сигнал (у млекопитающих - Y-хромосома), который включает ключевой ген (у млекопитающих - ген SRY «Sexdetermining Region Y gene»). Этот ген, в свою очередь, активирует детерминанты (у млекопитающих - гормоны), влияющие на гены, определяющие пол, а впоследствии и на факторы дифференцировки половых признаков.

Схема определения пола:


Контролирующий сигнал -> Ключевой ген -> Гормоны - "Гены, определяющие пол -> Гены, которые контролируют половую дифференцировку


В природе соотношение полов 1:1 редко случается вследствие разного уровня смертности самцов и самок. Большую смертность обычно имеют особи гетерогаметного пола, поскольку в Y-хромосоме через ее меньшие размеры нет ряда аллелей.

Существуют некоторые признаки, на характер наследования которых влияет пол организма. Это объясняется неодинаковым составом генов X-и Y-хромосом.


Наследование, Сцепление с полом - это наследование признаков, гены которых расположены в половых хромосомах. Признаками, которые наследуются через Х-хромосому, является гемофилия у человека (рецессивный признак) дальтонизм у человека (рецессивный признак); строение эмали зубов (темная эмаль - доминантное проявление) цвет шерсти у кошек и тому подобное. Признаки, наследуемые через Y-хромосому, это: гипертрихоз (оволосение ушных раковин) ихтиоз (роговые чешуйки на коже), наличие перепонки между пальцами ног и др.. Наследование признаков, сцепленных с полом, имеет свои определенные особенности, которые отличают его от других типов наследования:


> При наследовании сцепленных с полом признаков, гены которых локализованы в Х-хромосоме, наблюдается их передача от отца только дочерям, а от матери - к сыновьям и дочерям поровну;

> Если рецессивный аллельный ген сцеплен с Х-хромосомой, то у женщин он проявляется лишь в гомозиготном состоянии, а у мужчин - всегда;

> Признаки, сцепленные с Y-хромосомой, передаются от отца к сыну и встречаются только у лиц мужского пола; такие признаки называются голандричними. Наследование сцепленное с полом рассмотрим на примере заболевания гемофилией. Гемофилия - тяжелое наследственное генетическое заболевание крови, которое вызвано врожденным отсутствием некоторых белков - факторов свертывания крови.

Самый известный случай заболевания гемофилией в России, это болезнь сына царя Николая II, царевича Алексея.

Гемофилией (несвертываемость крови) чаще болеют мужчины, женщины - очень редко. Однако носительницей гена гемофилии в одной из Х-хромосом имеется рецессивный ген h.

Женщина-носительница гена гемофилии по фенотипу совершенно здорова, т.к. рецессивный ген h в присутствии доминантного гена H (норма) не проявляется.

В период созревания половых клеток хромосомы расходятся, одна половина яйцеклеток получает ген H с Х-хромосомой, а другая половина – рецессивный ген h , который обуславливает заболевание гемофилией. Допустим, муж носительницы гена гемофилии совершенно здоров. В его генотипе 2-е половые хромосомы: Х-хромосома, которая содержит доминантный ген H и Y-хромосома , не содержащая гена гемофилии. При созревании половых клеток одна половина сперматозоидов получит ген H, а другая – Y-хромосому.

Рассмотрев варианты возможного сочетания гамет при оплодотворении , можно увидеть , что все родившиеся от этого брака девочки будут здоровы , но половина из них будут носительницами гена гемофилии. При рождении мальчиков половина из них будут здоровыми, другая половина, получившая Х-хромосому с геном гемофилии от матери , окажется больной.

Проследим наследование аллеля гемофилии, сцепленного с полом:

H – нормальный аллель (доминантный)

h – аллель гемофилии (рецессивный)

XX – женская хромосома

XY – мужская хромосома


Фенотипы здоровая x здоровый

родителей: женщина (носители) мужчина

Генотипы P (2n) XHXh x XHY

Гаметы (n) Полотно 18

Случайное оплодотворение:

Генотип потомков: XHXH ; XHY ; XhXH ; XhY

Фенотип: здоровая здоровый здоровая hello_html_m712195c8.png гемофилик hello_html_70cecb39.png

женщина мальчик (носитель)

За сто лет, прошедших после рождения несчастного наследника престола Российской империи, научились лечить гемофилию. Лечить, но не вылечивать. Больным вводят заместительные факторы свертывания крови. Метод заместительной терапии цельной кровью и плазмой эффективен лишь частично.

«Почему не бывает черепаховых котов?» : Рассмотрим, как наследуется окраска у кошек. Часто встречаются черные коты и черные кошки, рыжие коты и редко рыжие кошки, но котов с черепаховой окраской не бывает. Этот факт объяснили, когда выяснили, что наследование данного признака сцеплено с полом. Какое потомство получится от скрещивания черной кошки и рыжего кота, если ген черной окраски шерсти доминантен по отношению к гену рыжей окраски и наследуется сцеплено с Х - хромосомой? Решение задачи: Черная окраска кошек определяется геном В, рыжая – геном b. Эти гены расположены в Х-хромосоме. В У - хромосоме они отсутствуют. Обозначим Х-хромосому, несущую аллель В - ХВ, а Х-хромосому с аллелем b – Хb. Поэтому возможны такие комбинации:

ХBXВ – черная кошка; ХBУ – черный кот

XbХb – рыжая кошка; ХbУ – рыжий кот

ХBХb – черепаховая кошка Так как мужская особь имеет только одну Х-хромосому, то кот может быть или черным, или рыжим, но не может иметь черепаховую окраску, потому что для ее развития необходимо одновременное присутствие генов B и b. Редко встречаются коты с черепаховой окраской, но они, как правило, бесплодны, так как их генотип ХХY, т.е. при мейозе у одного из родителей произошло не расхождение хромосом.


6. Генотип как целостная система

Генотип особей каждого вида является целостной системой, хотя и состоят из отдельных генов. Целостность генотипа сложилась в процессе эволюции вида и проявляется в том, что формирование большинства признаков является результатом взаимодействия аллельных и неаллельных генов, а также влиянием большинства генов на развитие нескольких признаков (явление множественного действия генов). Взаимодействие генов - это явление, когда два или более генов влияют на один и тот же признак (при условии, что эти гены неаллельных). Развитие каких-либо признаков у организмов является следствием сложного взаимодействия генов, точнее продуктов их деятельности - белков-ферментов.

Эффективных средств лечения наследственных болезней пока не существует. Однако существуют методы лечения, облегчающие состояние больных и улучшающие их самочувствие. Они основаны главным образом на компенсации дефектов метаболизма, обусловленных нарушениями в геноме.
При наследственных аномалиях обмена веществ больному вводят не образующиеся в организме ферменты или исключают из пищевого рациона продукты, которые не усваиваются организмом из-за отсутствия необходимых ферментов.
При сахарном диабете в организм вводят инсулин. Это позволяет больному диабетом нормально питаться, однако не устраняет причины болезни.
Можно ли предупредить наследственные болезни? Пока это не представляется возможным. Однако ранняя диагностика позволяет либо избежать рождения больного ребенка, либо своевременно начать лечение, что во многих случаях дает положительные результаты. На знании закономерностей хромосомных перестроек основывается изучение наследственных заболеваний человека. Х.т.н. в настоящее время развивается в направлении углубления знаний об универсальных носителях наследственной информации – молекулах ДНК. Х.т.н., объясняя закономерности наследования признаков у животных и растительных организмов, играет важную роль в сельско-хозяйственной науке и практике. Она вооружает селекционеров методами выведения пород животных и сортов растений с заданными свойствами. Некоторые положения х.т.н. позволяют более рационально вести с\х производство.



Контроль знаний и умений:

      Дать ответы на вопросы:

1. Когда и кем была сформирована хромосомная теория наследственности?

2. Какие основные положения хромосомной теории наследственности?

3. Какое значение хромосомной теории наследственности для практической селекции?

4. Что такое сцепленное наследование?



Лекция № 18.

Тема: Внеядерная наследственность. Модификационная изменчивость.

Основные термины и понятия: изменчивость, формы изменчивости, наследственная и не наследственная, модификация цитоплазматическая наследственность.

План лекции:

1.Позаядерная наследственность, и ее биологическое значение.

2.Изменчивость и ее формы.

3.Модификационная изменчивость и ее свойства.

4.Статистические закономерности модификационной изменчивости.

5.Вариационный ряд и вариационная кривая.

Содержание лекции:

1.Внеаядерная наследственность и ее биологическое значение.

              Omnia mutantur (Все меняется).

Латинская пословица.

В клетках эукариот, кроме наследственного материала, расположенного в ядре, есть также цитоплазматическая наследственность, или внеядерная. Внеядерная (цитоплазматическая) наследственность - это наследственность, которая заключается в способности определенных структур цитоплазмы хранить и передавать часть наследственной информации родителей. Самыми общими признаками цитоплазматической наследственности является то, что она:

- характерна для растений (например, строкатолистность ночной красавицы), животных (направление завитков раковин в прудовика), грибов (размер колоний в хлебных дрожжах), бактерий (устойчивость к ряду антибиотиков - фактор R);

- передается только через материнский организм, что обусловлено наличием цитоплазмы в яйцеклетках и почти полным ее отсутствием у сперматозоидов;

- участие цитоплазмы в формировании некоторых признаков реализуется через действие генов митохондрий (наследование размера колоний в хлебных дрожжах), действие генов пластид (наследование строкатолистости у растений), действие генов плазмид (плазмиды с половым фактором F, фактором R у бактерий);

- проявление этой формы наследственности находится под контролем ядерной ДНК.

Значение цитоплазматической наследственности заключается в том, что она обеспечивает и обусловливает: 1) хранение и передачу части наследственной информации родителей в генах цитоплазмы, 2) определенные быстрые реакции организма на изменения внешних условий благодаря полуавтономности хлоропластов и митохондрий, в отличие от хромосомной наследственности, которая характеризуется высокой устойчивостью к условиям среды, 3) передачи генетического материала между микроорганизмами, даже такими, которые относят к отдаленным филогенетических групп.

2. Изменчивость и ее формы.

Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки, которые являются причиной различий между особями в пределах вида. Изменчивость как свойство живого противоположна наследственности. Источниками изменчивости могут быть комбинации и рекомбинации генетического материала, изменения структуры гена или хромосом, влияние условий среды. В зависимости от природы изменчивости различают две основные ее формы: наследственную и не наследственную. Первая из них связана с изменением генотипа, вторая - фенотипа. Не наследственную Ч. Дарвин называл определенной, а наследственную изменчивость - неопределенной.

Наследственная и не наследственная изменчивость обеспечивают все разнообразие индивидуальных различий организмов. Роль каждой из форм изменчивости в эволюции органического мира у каждого разная. Наследственная изменчивость является элементарным фактором эволюции, который поставляет ореал для естественного и искусственного отбора. Не наследственная изменчивость обеспечивает приспособление организмов к условиям изменяющейся среды.

3.Модификацийна изменчивость и ее свойства. Модификационная изменчивость - это форма не наследственной изменчивости, которая связана с изменениями фенотипа вследствие влияния условий существования и не связана с изменениями генотипа. Модификационная изменчивость встречается у всех организмов, независимо от способов размножения, видовой принадлежности и разнообразия условий существования. Модификационные изменения признаков не наследуются, но их норма реакции, т.е. диапазон изменчивости, является наследственной и определяется генотипом. Модификационная изменчивость, как правило, имеет целесообразный характер, соответствует условиям существования и является приспособительной. Модификациями называют фенотипические изменения, возникающие под влиянием условий среды. Их возникновение связано с тем, что условия среды влияют на ферментативные реакции, происходящие в организме и определенным образом, изменяют их ход. Этим, в частности, объясняется появление разного цвета цветков примулы и откладывания пигмента в волосах гималайских кроликов. Примерами модификационной изменчивости у человека могут быть усиление пигментации под влиянием ультрафиолетового облучения, развитие мышечной и костной систем в результате физических нагрузок и т.п.. Общими свойствами модификационной изменчивости являются:

  1. ) универсальность - встречается у всех организмов, независимо от способов размножения, видовой принадлежности и разнообразия условий существования;

2) определенность -  т.е. всегда соответствует факторам, которые ее вызывают (например, у всех особей растения стрелолиста, погруженных в воду, образуются длинные и тонкие листья, а у растущих на суше - стреловидные)

3) массовый характер - определенное влияние может вызывать появление подобных модификаций во всех генетически сходных особей;

4) не наследуются (например, у бесхвостых мышей, которым отрезали хвосты, всегда рождались хвостатые мышата)

5) временность - модификации могут исчезать в течение жизни особи, если прекращается действие фактора, который их вызывает (например, загар человека полностью исчезает зимой);

6) модификационные изменения, возникающие преимущественно на ранних этапах онтогенеза, могут сохраняться в течение всей жизни особи, но не наследуются (например, у родителей, которые переболели на рахит, рождаются нормальные дети);

7) направленность-модификации, направленные на приспособление организмов к изменениям действия тех или иных факторов окружающей среды (например, загар защищает человека от вредного воздействия солнечного облучения, замена шерсти млекопитающих на густую при осенней линьке способствует защите от низких температур);

8) приспособительный характер - большинство модификаций являются полезными приспособленными реакциями организмов (например, в ответ на облучение солнечным светом кожа человека темнеет).

Модификационная изменчивость играет исключительную роль в жизни организмов, обеспечивая обычно их приспособленность к меняющимся условиям среды. Однако под влиянием физических и химических факторов, с которыми организм не встречается в природе (или встречается в значительно меньших дозах, или не приходилось встречаться его предкам) возникают модификации, не имеющие приспособленного значения. Такие модификации называют морфозами. Например, если затенить стебель картофеля, клубни будут возникать не в почве, а над почвой; добавление в пищу личинкам дрозофил солей серебра ведет к желтой окраске тела и ворсинок; следствием действия алкоголя в период эмбрионального развития является алкогольный синдром плода (умственная отсталость, косоглазие, пороки сердца, карликовость, микроцефалия и др.).

4.Статистические закономерности модификационной изменчивости.

Модификационная изменчивость подчиняется определенным статистическим закономерностям. Для определения этих закономерностей следует проанализировать поведение признака при определенной совокупности наблюдений, которая называется выборкой. Выборка может включать от 10 до 1000 наблюдений. На основании данных выборки строят ряд изменчивости признака, или вариационный ряд.

5.Вариацийнный ряд

- последовательность численных показателей проявлений определенного признака (вариант), расположенных в порядке их возрастания или убывания. Особенности вариационного ряда можно изобразить графически, в виде вариационной кривой.

Пример:

Число зерен в одном колосе

Варианта- V

14

15

16

17

18

19

20

Частота встречаемости- p

Количество колосьев пшеницы

2

7

22

32

24

8

5


Вариационная кривая - это графическое выражение количественных показателей изменчивости определенного признака, которое иллюстрирует как размах этой изменчивости, так и частоту встречаемости отдельных вариант.

hello_html_m6ab40e67.png

Для характеристики изменчивости признака вычисляют ее среднюю величину (М) по формуле: М = Σ (v • p) / n, где М - средняя величина признака, V-варианта, р - сотая варианты, n - общее количество вариант.


При исследовании признаков чаще всего проявляется ряд статистических закономерностей.

- Любой признак может изменяться лишь в определенных пределах. Гены определяют не готовые проявления признаков, а норму реакции признака, есть определенные пределы, в которых они зависят от интенсивности воздействия факторов среды. Например, у комнатного растения первоцвета китайского при температуре 15-20°С цветы красные, а при 30-35 ° С - белые.

- Различные признаки имеют разный размах нормы реакции. Норма реакции - пределы модификационной изменчивости признака, которые определяются генотипом. Для изучения нормы реакции используют генетически однородный материал, который помещают в разные условия внешней среды (клоны, чистые линии, однояйцевые близнецы). Границы нормы реакции обусловлены генотипом, но фенотипическими проявлениями в пределах нормы реакции может изменяться под влиянием условий среды. Норма реакции для различных признаков может быть однозначной (например, группы крови, цвет глаз), узкой (жирность молока у коров), широкой (количество молока у коров). Для изучения нормы реакции признаков и выявления закономерностей их проявления применяются математические методы, а наука называется биометрией. Определение нормы реакции играет большую роль в растениеводстве (для получения высоких урожаев) и животноводстве и для повышения производительности), в медицине (для разработки критериев нормальных показателей у здорового человека).

- Большинство организмов имеют величину признака среднюю или близкую к средней. Это объясняется тем, что сочетание только благоприятных или только неблагоприятных условий случается редко. Организмов с большими отклонениями признаков от средних величин в природе очень мало.

- На размах модификационной изменчивости влияют внешние и внутренние условия. Чем однородные внешние условия развития данных особей, тем меньше проявляется модификационная изменчивость. На фенотипические проявления гена значительное влияние оказывают другие гены (например, рост человека определяется несколькими парами полимерных генов). На развитие признака влияют и регуляторные системы организма (например, яркая окраска перьев у петухов обусловлено действием мужского полового гормона, а введение ему женских гормонов подавляет развитие этого признака).


Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1. Что такое взаимодействие генов?

2.Какие цитологические механизмы положены в основу внеядерной наследственности?

3.Как значение взаимодействие генов имеет для практической деятельности человека?

4.Как значение внеядерная наследственность имеет для практической деятельности человека?

Домашнее задание: пересказ §7, §8, отвечать на вопросы, Лек.№ 18




Лекция № 19

Тема: Комбинативная изменчивость. Мутации. Виды мутаций. Мутагены.

Основные термины и понятия: комбинированная изменчивость, мутации, мутагены, рекомбинация, индуцированные мутации, репарация, апоптоз, аберрации, генеративные и соматические мутации.

План лекции:

1. Комбинативная изменчивость, ее значение. 2.Мутационная изменчивость. Свойства, значение. 3.Виды мутаций.  4.Мутагены.

5.Закон гомологических рядов. Значение. Содержание лекции:

  1. Комбинативная изменчивость и ее источники.

Комбинативная изменчивость - это форма наследственной изменчивости, которая обусловлена ​​возникновением различных сочетаний аллельных генов (рекомбинаций). Причиной возникновения являются комбинации генов при половом размножении и рекомбинации при кроссинговере. Изменения генотипа особей происходят при скрещивании в случае полового размножения. Комбинативную изменчивость наблюдают и у организмов, которые размножаются неполовым или вегетативным способом (например, у бактерий есть трансдукция, конъюгация и трансформация). Изменения генофонда популяций совершаемые вследствие изменения частоты встречаемости аллелей и генотипов. По комбинативной изменчивости наследуются новые сочетания генов, а сами гены при этой изменчивости не изменяются.

Источниками комбинативной изменчивости являются:

1) рекомбинация генов благодаря кроссинговера;

2) независимое расхождение гомологичных хромосом при мейозе;

3) случайное слияние гамет при оплодотворении.

Значение комбинативной изменчивости:

- для организма может быть: а) адаптивной, обеспечивает приспособление к условиям среды; б) нейтральной, не влияет на приспособленность; в) вредной, из-за возникновения неблагоприятных комбинаций генов;

- для эволюции - играет важную роль в создании новых форм, как в природе, так и в хозяйстве человека (как фактор, обусловливающий разнообразие наследственного материала для естественного и искусственного отбора).

2. Мутационная изменчивость и ее свойства.

Мутационная изменчивость - это форма наследственной изменчивости, которая связана с изменениями генотипа вследствие мутаций. Причиной возникновения этой формы наследственной изменчивости является действие мутагенных факторов. Мутации – это изменения ДНК клетки (изменение строения или количества хромосом). Мутации передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора.

У эукариот один ген мутирует в одной гамете из ста тысяч. В геноме человека около 40 тысяч генов, следовательно, две из пяти человеческих гамет содержат новую, только что возникшую мутацию (а кроме того, множество рецессивных мутаций, возникших у предков).

Причины мутаций:

  • физические (ультрафиолетовое и радиационное излучение, высокая температура)

  • химические (воздействие мутагенов, например, спирта)

  • биологические (вирусы и мобильные генетические элементы могут встраивать свою ДНК в хромосомы клетки)

Изменения генотипа особей происходят на уровне генов, хромосом и количества хромосом. Изменения генофонда популяций осуществляются обычно, при изменениях генотипов особей, а при длительном действии определенных факторов среды может произойти существенное и необратимое изменение генофонда на длительный промежуток времени, то есть элементарное эволюционное явление. Мутационные изменения наследуются, поскольку происходит перестройка генетического аппарата особей.

Общими свойствами мутационной изменчивости являются:

1) универсальность (известны у всех классов животных, растений, грибов, бактерий и вирусов)

2) ненаправленность (один и тот же мутагенный фактор может вызывать различные мутации)

3) неопределенность (в неродственных организмах могут возникать подобные мутации и наоборот);

4) индивидуальность (определенный мутаген может вызывать появление различных мутаций и организмов);

5) независимость (степень выраженности мутаций в фенотипе не зависит от интенсивности и продолжительности действия мутагенного фактора);

6) постоянство (мутации не исчезают в течение жизни особи);

7) на ранних этапах онтогенеза организмов их чувствительность к мутагенным факторам выше, чем у взрослых;

8) не имеют приспособительного характера (могут быть вредными, нейтральными, полезными).

Значение мутационной изменчивости:

- для организма может быть: а) адаптивной, обеспечивает приспособление к условиям среды б) нейтральной, не влияет на приспособленность, но при определенных изменениях среды обитания могут оказаться полезными для организмов; в) вредной (большинство мутаций), так как снижают приспособленность к условиям среды;

- для эволюции - является элементарным фактором эволюции, основным источником наследственной изменчивости, повышает генетическое разнообразие внутри популяции вида благодаря возникновению новых генов или аллелей.

3.Типи мутаций

Мутации - стойкие изменения генетического аппарата, которые возникают внезапно и приводят к изменениям тех или иных наследственных признаков организма. Основы учения о мутациях заложил нидерландский ботаник и генетик Гуго де Фриз (1848-1935), который предложил этот термин. Основными положениями мутационной теории являются:

- мутации возникают внезапно;

- изменения, вызванные мутациями устойчивы, и могут наследоваться;

- мутации не направлены, то есть могут быть полезными, вредными или нейтральными для организмов;

- одни и те же мутации могут возникать неоднократно;

- способность образовывать мутации является универсальным свойством всех живых организмов.

Мутации и по типу клеток, в которых возникают изменения:

генеративные - возникают в половых клетках и наследуются при половом размножении;

соматические - возникают в неполовых клетках и наследуются при вегетативном или неполовом размножении.

  Мутации по влиянию на жизнедеятельность:

летальные - вызывают гибель организмов еще до момента рождения или до наступления способности к размножению;

сублетальные - снижают жизнеспособность особей;

нейтральные - в обычных условиях не влияют на жизнеспособность организмов.

   Мутации за изменениями в наследственном аппарате:

 Генные мутации (трансгенации) - устойчивые изменения отдельных генов, вызванные нарушением последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Эти мутации возникают:

     - вследствие выпадения определенных нуклеотидов, появления лишних, изменения порядка их расположения;

      - нарушения в структуре ДНК приводят к мутациям только тогда, когда не происходит репарации.

   Разнообразие генных мутаций:

- доминантные, субдоминантные (проявляются частично) и рецессивные;

- потеря нуклеотида (делеция), удвоение нуклеотида (дупликация), изменение порядка расположения нуклеотидов (инверсия), изменение пары нуклеотидов (транзиции и трансверсии).

      Значение генных мутаций заключается в том, что они составляют большинство мутаций, с которыми связана эволюция органического мира и селекция. Также генные мутации являются причинной такой группы наследственных болезней, как генные. Генные болезни обусловлены действием мутантного гена, и их патогенез связан с продуктами одного гена (отсутствие белка, фермента или нарушения строения). Примером генных болезней является гемофилия, дальтонизм, альбинизм, фенилкетонурия, галактоземия, серповидно клеточная анемия и др..

Хромосомные мутации (аберации) это мутации, которые возникают в результате перестройки хромосом. Они являются следствием разрыва хромосом с образованием фрагментов, которые затем объединяются. Могут возникать как в пределах одной хромосомы, так между гомологичными и негомологичными хромосомами.

           Разнообразие хромосомных мутаций:

- недостаток (делеция) возникает вследствие потери хромосомой того или иного участка;

- удвоение (дупликация) связано с включением лишнего дублирующего отрезка хромосом; развертывание (инверсия) наблюдается при разрыве хромосом и разворачивании участка на 180 °;

- перенос (транслокация) - участок хромосомы с одной пары прикрепляется к негомологичной хромосоме.

       Хромосомные мутации в основном влекут тяжелые аномалии, несовместимые с жизнью (недостачи и разворачивание), является главным источником увеличения генов (удвоение) и повышают изменчивость организмов за счет рекомбинации генов (перенос).

Геномные мутацииэто мутации, связанные с изменением количества наборов хромосом. Основными видами геномных мутаций являются:

  1) полиплоидия - увеличение числа хромосомных наборов;

  2) уменьшение количества хромосомных наборов;

  3) анеуплоидия (или гетероплоидия) - изменение числа хромосом отдельных пар:

- полисомия - увеличение числа хромосом на одну - трисомия, на две (тетрасомия) или более хромосом;

- моносомия - уменьшение числа хромосом на одну;

- нулесомия - полное отсутствие одной пары хромосом.

      Геномные мутации являются одним из механизмов видообразования (полиплоидия). Их применяют для создания полиплоидных сортов, которые отличаются большей урожайностью, для получения форм, гомозиготных по всем генам (уменьшение количества наборов хромосом). Геномные мутации снижают жизнеспособность организмов, обусловливающие такую ​​группу наследственных болезней, как хромосомные. Хромосомные болезни - это наследственные болезни, обусловленные количественными (полиплоидии, анеуплоидии) или структурными (делеции, инверсии и др.) перестройками хромосом (например, синдром «крика кошки» (46, 5 -), синдром Дауна (47, 21 + ), синдром Эдвардса (47,18 +), синдром Тернера (45, ХО), синдром Патау (47,13 +), синдром Кляйнфельтера (47, XXY) и др..).

4. Понятие о мутагенных факторах. Мутагены.

По причинам, вызвавших изменения, мутации делят на спонтанные (природные) и индуцированные (искусственные). Спонтанные мутации - это мутации, которые возникают без влияния мутагенных факторов, в частности, как ошибки при воспроизведении генетической информации. Возникающие в естественных условиях без специального воздействия необычных факторов. Частота их встречаемости - 10-5 - 10-7. Эти мутации обеспечивают появление новых (мутантных) аллелей. Индуцированные мутации - это мутации, которые вызывают специально направленным действием мутагенных факторов. Эти мутации возникают под влиянием мутагенов (физических, химических и биологических). Частота их встречаемости - 10-2 - 10-4 и более. Искусственные мутации применяют в селекции для получения разнообразного исходного материала, в сельском хозяйстве - для разработки генетических методов борьбы с вредителями и т.д..

Мутагены - это факторы, которые могут вызвать мутации. Возможность экспериментального получения мутаций изучали Г. А, Надсон и Г. С. Филиппов, Г. Д. Меллер, В. В. Сахаров, М. Е. Лобашев, И. А. Рапопорт, С. М. Гершензон и др.. Установлено, что любые факторы внешней и внутренней среды, которые могут нарушить гомеостаз, способны вызвать мутации. К сильнейшим мутагенам относят химические, физические и биологические.

   Химические мутагены (формалин, иприт, колхицин, пестициды, определенные фармакологические соединения). Приоритет открытия химических мутагенов принадлежит советским исследователям. В 1933 году В. В. Сахаров получил мутации путем воздействия йода, в 1934 году М. Е. Лобашов использовал аммиак, в 1946 г. советский генетик И. А. Рапопорт обнаружил сильное мутагенное действие формалина и этилена, а английская исследовательница Ш. Ауербах - иприта. Позже было открыто много других химических мутагенов. Некоторые из них усиливают мутационный эффект в сотни раз по сравнению со спонтанным и есть супермутагены. Химические мутагены используются для получения мутагенных форм плесневых грибов, актиномицетов, бактерий, продуцирующих в больших количествах пенициллин, стрептомицин и другие антибиотики. Химическими мутагенами повышается ферментативная активность грибов, используемых для спиртового брожения. Разработаны десятки перспективных культурных растений. Все это свидетельствует о необходимости изучения мутагенного действия новых фармакологических веществ, пестицидов и других химических соединений, которые все чаще используются в медицине и сельском хозяйстве.

    Физические мутагены (ионизирующая радиация, ультрафиолетовые лучи, фотоны света, температура). Впервые индуцированные радиацией мутации были экспериментально получены учеными Г. А. Надсон и Г. С. Филипповым, которые в 1925 г. наблюдали на дрожжах мутационный эффект под действием ионизирующей радиации. В 1927 г. американский ученый Г. Меллер показал, что рентгеновские лучи могут вызывать мутации у дрозофилы. Для искусственных мутаций часто используют гамма-лучи, источником которых в лабораториях обычно является радиоактивный кобальт. В последнее время для индуцирования мутаций все чаще используются нейтроны, которые имеют большую проникающую способность. Одним из самых опасных последствий облучения является образование свободных радикалов из имеющейся в тканях воды. Эти радикалы имеют высокую реактивность и могут расщеплять многие органические вещества, в том числе и нуклеиновые кислоты.

    Биологические мутагены (вирусы и токсины ряда организмов, особенно плесневых грибов).

   В ряде лабораторий было установлено большое количество хромосомных аберраций у культур микроорганизмов и клеток животных и человека, которые были поражены вирусами. Оказалось, также, что вирусы вызывают мутации у растений и животных. При этом мутагенное действие имеют не только патогенные для данного организма вирусы. Так, у дрозофилы получили ряд мутаций действием вируса лейкоза мышей. Причина этого явления, видимо, кроется в способности вирусов вызывать глубокие изменения метаболизма клетки.

Живые организмы имеют биологические антимутацийонные механизмы, направленные на защиту генетической информации от мутаций:

- Репарация (удаление при участии ферментов из молекулы ДНК измененных участков);

- Вырожденность генетического кода;

Апоптоз (запрограммированная гибель соматических клеток, которая наблюдается в случае окончания срока жизни клетки, а также при различных заболеваниях; не допускает мутантные клетки к делению) повторяемость многих генов в геноме.

     В обществе выделяют три основных подхода к решению проблемы снижения индуцированного мутагенеза: а) перевод промышленности на работу в замкнутых (экологически безопасных) циклах б) удаление или нейтрализация мутагенных факторов в внешней среде в) использования антимутагенов в питании для снижения темпов мутирования в клетках.

5. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости организмов.

При сравнении признаков различных сортов культурных растений и близких к ним диких видов М.И. Вавилов (1887-1943) обнаружил много общих наследственных изменений. Это позволило ему сформулировать 1920 году Закон гомологических рядов наследственной изменчивости:

«Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, изучив ряд форм в пределах одного вида или рода можно предвидеть наличие форм с подобным сочетанием признаков в пределах близких видов или родов».

    Примеры, иллюстрирующие эту закономерность, следующие: у пшеницы, ячменя и овса встречаются белый, красный и черный цвета колоса; у злаковых известны формы с длинными и короткими остьями и др.. Н.И.Вавилов указывал, что гомологичные ряды выходят за пределы родов и даже семей. Короткопалость отмечена у представителей многих рядов млекопитающих: у крупного рогатого скота, овец, собак, человека. Альбинизм наблюдается у всех классов позвоночных животных.

Закон гомологических рядов позволяет предположить возможность появления мутаций, еще неизвестных науке, которые могут использоваться в селекции для создания новых ценных для хозяйства форм. В 1920 году, когда был сформулирован закон гомологических рядов, еще не знали озимой формы твердой пшеницы, но ее существование было предсказуемо, через несколько лет такую ​​форму обнаружили в Туркмении. У злаков (пшеницы, ячменя, овса, кукурузы) существуют голые и пленчатые зерна. Голозерный сорт проса не был известен, но существование такой формы следовало ожидать, и он был найден. В основе гомологических рядов лежит фенотипическое сходство, которое возникает как результат действия одинаковых аллелей того гена, так и действия разных генов, обусловливающих подобные цепи последовательных биохимических реакций в организме.

    Закон гомологических рядов дает ключ для понимания эволюции родственных групп, облегчает поиски наследственных отклонений для селекции, в систематике дает возможность находить новые ожидаемые формы. Закон прямо касается изучения наследственных болезней человека. Вопросы лечения и профилактики наследственных болезней нельзя решить без исследования на животных с наследственными аномалиями, подобными тем, что наблюдаются у человека. Согласно закону, Н. И. Вавилова, аналогичные наследственным болезням человека фенотипы должны встречаться и у животных. Действительно, многие патологические состояния, выявленные у животных, могут быть моделями наследственных болезней человека. Так, у собак наблюдается гемофилия, которая сцеплена с полом. Альбинизм зарегистрирован у многих видов грызунов, кошек, собак, у ряда птиц. Для изучения мышечной дистрофии используются мыши, крупный рогатый скот, лошади, эпилепсии - кролики, крысы, мыши. Наследственная глухота существует у гвинейских свинок, мышей и собак. Пороки строения лица человека, гомологичные «заячьей губе» и «волчьей пасти», наблюдаются в лицевом отделе черепа мышей, собак, свиней. Наследственными болезнями обмена, такими как ожирение и сахарный диабет, болеют мыши. Кроме уже известных мутаций, путем воздействия мутагенных факторов можно получить у лабораторных животных много новых аномалий, подобных тем, которые встречаются у человека.


Контроль знаний и умений:


Выберите верные утверждения для:

  а) комбинационной изменчивости б) мутационной изменчивости:


1. Одной из причин возникновения является кроссинговер.

2. Создает материал для естественного отбора.

3. Возникает внезапно.

4. Связана с явлением гетерозиса.

5. Одной из разновидностей является полиплоидия.

6. Появление новых сочетаний признаков вследствие перекомбинации генов.

7. В результате этой изменчивости может возникать болезнь Дауна.

8.Не приводит к значительным изменениям генотипа, необходимых для возникновения новых видов.

9. Может возникать вследствие независимого расхождения хромосом во время мейоза.

10. Может быть в форме делеций, дупликаций, инверсий, трансляций.

11. Тщательно изучалась Гуго де Фризом.

12. Одной из причин появления является случайное сочетание хромосом во время оплодотворения.

13. Появление новых признаков организма вследствие внезапных изменений структуры наследственных единиц.

14. Причина большого разнообразия живых организмов.

15. Может вызывать нулисомиею, моносомии, трисомия т.д..


Домашнее задание: пересказ конспекта, § 11,12 отвечать на вопросы, Лек.№ 19



Лекция № 20

Тема. Генотип как целостная система. Роль генотипа и среды в формировании фенотипа. Основные закономерности функционирования генов в про-и эукариот. Взаимодействие генов.

Основные понятия и термины: ген, цистрон, рекон, мутон, гистоны, полное доминирование, неполное (промежуточное) доминирование, комплиментарность, эпистаз, полимерия, множественное действие генов, генотип, фенотип, модификация.

План лекции:

1.Ген, его функции. Основные закономерности функционирования генов у про-и эукариот.

2.Взаимодействия генов.

3. Генотип как целостная система.

4.Роль генотипа и среды в формировании фенотипа.

Содержание лекции:

1. Ген, его функции. Ген - единица наследственности (функционально неделимая единица генетического материала) участок молекулы ДНК (у некоторых вирусов - РНК), кодирующий первичную структуру белковой цепи. Термин введен в 1909 году В. Йогансеном. Ген в переводе с греческого - потомок, потомство. Согласно классических представлений, сформировавшихся в 20-х годах, ген составляет единицу мутации, рекомбинации и функции. Сейчас эти положения ревизованы: ген может быть разделен, имеет системную организацию, а потому не может быть одновременно единицей мутации, рекомбинации и функции наследования. Главная функция гена - программирование синтеза ферментных и других белков, осуществляется с участием клеточных РНК, - определяется химическим строением гена.

      В 1957 г. американский генетик Бензер, чтобы подчеркнуть различные аспекты генной функции предложил термины цистрон, рекон, мутон.

Цистрон - генетическая единица биохимической функции, сложное функциональное сочетание нескольких генов, участвующий в передаче наследственной информации о строении полной белковой молекулы. Роль цистрона могут выполнять определенные участки молекулы ДНК. Рекон - наименьшая единица генетической рекомбинации. Представляет собой наименее способный к рекомбинации, структурный элемент гена. Считают, что рекон состоит из одной или нескольких пар мононуклеотидов. Мутон - наименьший участок молекулы ДНК, изменение которой вызывает возникновения генных мутаций. Считают, что мутон состоит из двух нуклеотидов. Закономерности функционирования генов. При изучении наследования отдельных признаков на основе закономерностей, установленных Т. Менделем, мы исходим из того, что развитие каждой из них определяется каким-то одним отдельно взятым геном. Сегодня накоплено много фактов, которые указывают на то, что взаимоотношения между генами и признаками, которые они определяют, имеют более сложный и разнообразный характер. Выяснилось, что один и тот же ген может оказывать влияние на несколько различных признаков, во-вторых, происходит взаимодействие генов, когда один и тот же наследственный признак развивается под влиянием многих из них. Таким образом, фенотипически выражение большинству признаков и свойств организма определяется в онтогенезе взаимодействия генов. Наследственный фактор нельзя рассматривать как зачаток будущего организма, и в организме абсолютной независимости генов друг от друга, как она представлялась Менделю, не существует. Существует сложная связь и взаимодействие генов в системе генотипа при развитии любого признака организма. Взаимодействие генов имеет биохимическую природу. Она основывается на взаимодействии синтезированных под контролем генов белков – ферментов.

Схемы:

1 хромосома - 1 ген -> 1 признак (Т.Мендель)

1хромосома - много генов -> много признаков (Т.Морган)

1 хромосоме - 1 ген -> много признаков (Множественное действие генов)

2 неаллельных гена -> новый признак (комплементарное действие гена)

2 неаллельных гена -> признак (Полимерия)

Вывод. Следовательно, генотип особей каждого вида является целостной системой.

2. Взаимодействие генов:

Фенотипическое проявление большинства признаков и свойств организма определяется в онтогенезе взаимодействием многих генов. В системе генотипа при развитии любого признака организма существует сложная связь и взаимодействие генов. Различают две основные группы взаимодействия генов: взаимодействие между аллельными и неаллельными генами.

Взаимодействие генов:

1) одной аллельной пары

                               2) разных аллельных пар

                                3) неполное (промежуточное) доминирование

                                4) полное доминирование

                                5) кодоминирование

                                6) сверхдоминирование

                                7) комплементарное действие

                                 8) эпистаз

                                9) полимерия

3. Генотип как целостная система.

     Развитие любого организма - это результат сложных взаимодействий между генами (белками, ферментами).

     Развитие любого признака обусловлено действием многих генов, а также выявлена ​​зависимость нескольких признаков от одного гена.

     У дрозофилы ген белого цвета глаз одновременно влияет на цвет тела, внутренних органов, длину крыльев, снижение плодовитости, уменьшение продолжительности жизни.

     Совокупность наследственных факторов организма называется генотипом.

4. Влияние генотипа и факторов внешней среды на развитие организма.

     Фенотип - это результат взаимодействия генов всего генотипа с внешней средой в онтогенезе особи.

     Модификация - это не наследственные изменения фенотипа, вызванные различной интенсивностью факторов среды, или реакции на изменения интенсивности определенных действующих окружающей среды, одинаковые для всех генотипов подобных организмов.

     Например, формы листьев у стрелолиста в различных средах.

5. Влияние генотипа и факторов внешней среды на развитие растительных организмов.

     Для развития растений необходимы:

здоровый зародыш;

достаточное количество питательных веществ в семенах;

соответствующая температура;

свежий воздух;

свет;

плодородная почва;

влажность.

6. Влияние генотипа и факторов внешней среды на животные организмы.

     Для развития животных организмов необходимы;

соответствующая среда;

соответствующая температура;

чистый воздух;

достаточное количество питательных веществ;

чистая вода.

7. Влияние алкоголя на развитие организма человека.

     У мужчин, систематически употребляющих алкоголь, более 54% сперматозоидов становятся неподвижными и не способны к оплодотворению.

     В период беременности алкоголь из крови матери быстро попадает в кровеносную систему плода и вызывает алкогольный синдром плода.

     Новорожденные с таким синдромом имеют:

уменьшенные размеры головы;

укороченный нос;

маленький подбородок;

узкий размер глазных щелей;

отставание в физическом и умственном развитии;

несрастание верхней губы («заячья губа»), верхнего неба, многопалость;

     Критические периоды между 2-6 неделью беременности.


Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1.Какие особенности строения имеют гены прокариотических организмов?

2.Что такое оперон?

3.Какие особенности строения имеют гены эукариотических организмов?

4.Как регулируется работа генов эукариотических организмов?

Домашнее задание: пересказ конспекта, подготовить сообщения, § 14-16, Лек.№20


Лекция № 21 Тема: ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ. Базовые понятия и термины: генетика человека, родословные, биохимические методы, метод близнецов, популяционно-статистический метод, пробанд, сибсы, наследственные заболевания. План лекции: 1.Генетика человека и его значение для медицины и здравоохранения. 2.Методы изучения генетики человека. 3.Диагностирование пороков развития человека. 4.Медицинские и этические аспекты исследования генома человека. Содержание лекции:

1. Генетика человека. Картирование генома человека. Генетика человека - наука, объектом исследования которой является человек.

В конце XX в. генетика вплотную подошла к решению одного из фундаментальных вопросов биологической науки - вопроса о полной расшифровке наследственной информации о человеке. Геном человека содержит около трех миллиардов нуклеотидов. Проведено картирование, генома (определение положение гена в хромосоме). Удалось локализовать гены, которые определяют такие тяжелые наследственные болезни, как хорея Гентингтона, болезнь Альцгеймера, мышечная дистрофия Дюшена, кистозный фиброз. Человеческий геном содержит информацию для кодирования около 130 000 белков. Картирование десятков тысяч генов представляет собой чрезвычайно трудную задачу. Трудности в изучении генетики человека обусловлены следующими особенностями:

а) анализируемое потомство немногочисленно; б) поколения меняются медленно;

в) подбор пар, естественно, не поддается планированию.

В настоящее время картовано около 500 аутосомных генов (изучалось на соматических клетках). Геном человека состоит из 35-40 тыс. генов (открыт в 2000 году). 2.Методы изучения генетики человека.

«Быть хорошо рожденным - право каждого человека».

Л.Н.Толстой.


Каждый человек имеет право родиться здоровым. И обеспечить это право должны в первую очередь родители. Но многие ли из них задумываются об этом? Очевидно, нет, если так много рождается детей с физическими и психическими дефектами, отклонениями, уродствами.

Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости в популяциях людей особенности наследования нормальных и патологических признаков, зависимость заболевания от генетической предрасположенности и факторов среды. Задачей медицинской генетики является выявление и профилактика наследственных болезней. В изучении генетики человека используются следующие методы: генеалогический, близнецовый, популяционно-статистический, дерматоглифический, биохимический, цитогенетический, гибридизации соматических клеток и метод моделирования. Генеалогический метод основан на прослеживании определенного признака в ряде поколений с указанием родственных связей между членами родословной. Генеалогия, в широком смысле слова, - родословная человека. Сбор данных начинается с пробанда - лица, родословную которой необходимо составить. Им может быть болен или здоровый человек - носитель какого-либо признака или лицо, которое обратилось за советом к врачу-генетику. Братья и сестры пробанда называются сибсам. Обычно родословная составляется по одной или нескольким признакам. Метод включает два этапа: сбор сведений о семье и генеалогический анализ. При составлении родословной поколения можно обозначать римскими цифрами сверху вниз (слева от родословной). Потомство одного поколения (сибсы) располагается в одном горизонтальном ряду в порядке рождения (слева на право). В пределах одного поколения каждый член обозначается арабскими цифрами, в том числе мужчины и женщины сибсам. Каждый член родословной может быть обозначен соответствующим шифром, например, ИИ-5, Ш-7.

Генеалогическое древо царской семьи Николая и Александры Романовых

hello_html_m207f9a2d.png

Близнецовый метод - один из самых ранних методов изучения генетики человека, но он не потерял своего значения и сегодня. Близнецовый метод исследования был предложен 1876 английским антропологом и психологом Ф. Гальтоном. Он выделил среди близнецов две группы: однояйцовые (монозиготных) и двуяйцовые (дизиготные). Близнецовый метод используется в генетике человека для того, чтобы оценить степень влияния наследственности и среды на развитие какого-либо нормального или патологического признака. Поскольку у монозиготных близнецов одинаковые генотипы, то имеющиеся различия вызываются условиями среды в период или внутриутробного развития, или формирования организма после рождения. С другой стороны, разнояйцовые близнецы позволяют проанализировать другой вариант: условия среды (когда близнецы живут рядом) разные, а генотипы у них одинаковые. Выросшие в одинаковых условиях однояйцевьие близнецы имеют поразительное сходство не только в морфологических признаках, но и в психических и интеллектуальных особенностях.
С помощью близнецового метода выявлена роль наследственности в ряде заболеваний.
Первый и единственный случай рождения пятерых однояйцевых близнецов произошел в Канаде в семье Дионн в 1934 году. Во времена великой депрессии чудо-девочки были достопримечательностью провинции Онтарио, администрация которой взяла заботу о них на себя. Для них даже построили отдельный дом, окруженный забором, вокруг которого постоянно толпились посетители. Одна из сестер Дионн умерла во время приступа эпилепсии в 20-летнем возрасте, другая - от инсульта в 30-летнем, а три оставшиеся живы и сегодня.

hello_html_78169cea.jpg

Биохимические методы используются для диагностики болезней обмена веществ, причиной которых являются изменения активности отдельных ферментов. С помощью биохимических методов открыто около 5000 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. В случае различных типов заболевания удается или определить сам аномальный белок - фермент, или промежуточные продукты обмена. Эти методы очень трудоемки, требуют специального оборудования и поэтому не могут быть использованы для массовых популяционных исследований с целью раннего выявления больных с наследственной патологией обмена. Так, например, сахарный диабет обусловлен нарушением нормальной деятельности поджелудочной железы она не выделяет в кровь необходимое количество гормона инсулина, в результате чего повышается содержание сахара в крови. Это нарушение вызывается не одной грубой ошибкой в генетической информации, а целым набором небольших ошибок, которые все вместе приводят или предрасполагают к заболеванию. Популяционно-статистический метод позволяет изучать распространение отдельных генов в популяциях людей. Обычно осуществляют непосредственное выборочное исследования части популяции или изучают архивы больниц, родильных домов, а также проводят опрос путем анкетирования.

Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании хромосом. Нормальный кариотип человека включает 46 хромосом, из них 22 пары аутосом и 2 половые хромосомы. Для идентификации хромосом применяют количественный морфометрический анализ. С этой целью проводят измерения длины хромосомы в микрометрах. Определяют также соотношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы (центромерный индекс). Установлена связь ряда тяжелых заболеваний с нарушениями в хромосомах.
Хромосомные нарушения встречаются у 7 из каждой тысячи новорожденных, и они же приводят к гибели эмбриона (выкидыш) в первой трети беременности в половине всех случаев. Если ребенок с хромосомными нарушениями рождается живым, то обычно страдает тяжелыми недугами, оттает в умственном и физическом развитии.

Законы Менделя применимы к человеку. Однако при изучении генетики человека возникают определенные трудности, вызванные:
а) невозможностью применения основного генетического метода контрольных скрещиваний;
б) редкой сменой поколений;
в) малочисленным потомством;
г) большим числом хромосом;
д) поздним половым созреванием.

С другой стороны, строение и физиология человека изучены гораздо полнее, чем у растений и животных; изучены многие наследственные болезни. Изучением наследственных заболеваний занимается медицинская генетика.

3.Диагностика дефектов развития человека

Прямая соединительная линия 8Прямая соединительная линия 7Прямая соединительная линия 6Прямая соединительная линия 5

Прямая соединительная линия 4





УЗД Беседа Анализ Анонимное Консультация

(составление крови анкетирование

родословной)

4. Медицинские и этические аспекты исследования генома человека.

Анализ генома

Прямая соединительная линия 3Прямая соединительная линия 2Прямая соединительная линия 1

для диагностики профилактики лечения наследственных болезней

Синдром Дауна обусловлен дополнительной 21-й хромосомой и представляет собой тяжелую форму умственной отсталости. Синдром Клайнфельтера - заболевание мужчин, обусловленное наличием лишней Х-хромосомы, реже Х-хромосом бывает несколько. Вызывает явные нарушения развития и бесплодия. Синдром Шерешевского-Тернера - болезнь женщин, обусловлено отсутствием Х-хромосомы или мутациями в ней, сопровождается задержкой роста и бесплодием.

Наследственные болезни и их причины. Наследственные болезни могут быть вызваны нарушениями в отдельных генах, хромосомах или хромосомных наборах. Хромосомные болезни возникают при изменении структуры хромосом: удвоении или выпадении участка хромосомы, повороте участка хромосомы на 180°, перемещении участка хромосомы на негомологичную хромосому.
Впервые связь между аномальным набором хромосом и резкими отклонениями от нормального развития была обнаружена в случае синдрома Дауна. Симптомы этого заболевания: низкий рост, короткопалые и короткие руки и ноги, характерный разрез глаз, аномалии многих внутренних органов, специфическое выражение лица, умственная отсталость. Болезнь Дауна встречается в 1 случае на 500—800 новорожденных. Изучение кариотипа больных синдромом Дауна показало наличие в хромосомном наборе дополнительной 21-й хромосомы, т.е. трисомию по этой хромосоме.

Частота хромосомных мутаций у человека велика и является причиной до 40% нарушений здоровья у новорожденных. В большинстве случаев хромосомные мутации возникают в гаметах родителей. Химические мутагены и ионизирующие излучения повышают частоту хромосомных мутаций. В случае синдрома Дауна отмечена зависимость между вероятностью рождения больных детей и возрастом матери-она возрастает в 10-20 раз после 35—40 лет.
Помимо хромос6ньх нарушений, наследственные болезни могут быть обусловлены изменениями генетической информации непосредственно в генах.
Наиболее часто встречаются генные, или точковые, мутации, связанные с изменением последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Они могут оставаться незамеченными в гетерозиготном состоянии, например
Аа, и проявляться фенотипически, переходя в гомозиготное состояние аа.
Наследование, сцепленное с Х-хромосомой, проявляется в отсутствие передачи гена по мужской линии: Х-хромосома от отца не передается сыновьям, но передается каждой дочери. Например, гемофилия (несвертываемость крови) наследуется как рецессивная, сцепленная с Х-хромосомой мутация. Пример ее наследования можно проследить по родословной потомков английской королевы Виктории. У женщин фенотипическое проявление гемофилии возможно в случае гомозиготности по рецессивному гену гемофилии, что маловероятно.
Такие заболевания, как, например, наследственная дистрофия зрительного нерва (нейропатия Лебера), передаются по наследству только по материнской линии, однако связаны не с повреждением генетической информации Х-хромосомы, а с мутациями генов митохондрий. Митохондрии передаются потомкам с яйцеклеткой, поэтому их дефекты наследуются только по материнской линии.

Лечение наследственных болезней. Эффективных средств лечения наследственных болезней пока не существует. Однако существуют методы лечения, облегчающие состояние больных и улучшающие их самочувствие. Они основаны главным образом на компенсации дефектов метаболизма, обусловленных нарушениями в геноме.
При наследственных аномалиях обмена веществ больному вводят не образующиеся в организме ферменты или исключают из пищевого рациона продукты, которые не усваиваются организмом из-за отсутствия необходимых ферментов.

При сахарном диабете в организм вводят инсулин. Это позволяет больному диабетом нормально питаться, однако не устраняет причины болезни.

Можно ли предупредить наследственные болезни? Пока это не представляется возможным. Однако ранняя диагностика позволяет либо избежать рождения больного ребенка, либо своевременно начать лечение, что во многих случаях дает положительные результаты. Так, например, при раннем лечении синдрома дауна 44% больных доживают до возраста 60 лет, во многих случаях ведя практически нормальный образ жизни. для ранней диагностики применяют различные методы. Обычно, если стандартные методы обследования дают основания предполагать наследственные нарушения у эмбриона, применяют метод амниоцентеза анализа клеток эмбриона, всегда имеющихся в околоплодной жидкости.

Медико-генетические лаборатории. Знание генетики человека позволяет определять вероятность рождения детей, страдающих наследственными болезнями, в случаях, когда один или оба супруга больны или оба родителя здоровы, но наследственные заболевания встречались у их предков. В ряде случаев возможно прогнозирование рождения здорового второго ребенка, если первый был болен.

Такое прогнозирование осуществляется в медико-генетических лабораториях. Широкое использование медико-генетических консультаций избавит многие семьи от несчастья иметь больных детей. Вывод: Знание законов генетики позволяет предупредить наследственные болезни или ослабить их проявление.

Знание генетики позволяет понять эволюцию человека и то, как реализуется генетическая программа человека в зависимости от условий окружающей среды и взаимодействия с социальными факторами.

Биологическое и социальное в человеке:
Средняя продолжительность жизни:

неандертальцы 14 лет;
римляне
- 22 года; ХХ в. с 33 до 73 лет;
Россия, 1996г.:ж.
73; м. 58 лет.



Социальное. Труд и речь развивались одновременно. Культура это то, что одно поколение передает другому (в генах этого нет). Эволюция человека сопровождалась накоплением информации, одновременно с этим шло развитие мозга.
Биологическое. Естественный отбор был для человека движущим, пока шло видообразование. Сейчас естественный отбор стабилизирующий. Он сместился на ранний внутриутробный период жизни: увеличилась гибель эмбрионов, усложнились роды. Человек качественно отличается от животных. Как социальное существо человек есть продукт истории, как часть природы биологическое явление. Развитие человека происходит на основе единства биологического и социального. Ребенок рождается подготовленным биологической эволюцией к такому развитию.
Реализация генетической программы человека зависит от взаимодействия с социальными факторами.

Наследуются ли способности? Ученые считают, что в каждом человеке есть зерно таланта. Талант развивается трудом. Генетически человек по своим возможностям богаче, но не реализует их полностью в своей жизни.
до сих пор еще нет методов выявления истинных способностей человека в процессе его детского и юношеского воспитания, а потому часто и не предоставляются соответствующие условия для их развития.

Можно ли создать «сверхчеловека»? Идея создания «суперлюдей» возникала в истории неоднократно. Например, прусский король Фридрих Вильгельм задумал издать декрет (но не успел его подписать, умер): женить гренадеров на самых рослых и красивых девушках, чтобы их дети могли пополнить армию его величества.
Гитлер решил создать поколение чистокровных арийцев (операция «Либенсборн»). Эта программа была призвана не только увеличить численность избранных, которым предстояло завоевать мир, но и сделать более весомым «арийский компонент» в немецком народе.
С 1935 по 1945 г. ПУНКТЫ «Либенсборна» населяли около 200 тыс. женщин, отобранных по стандарту: голубые глаза, белокурые волосы, широкие бедра. По данным адвокатов Нюрнбергского процесса, здесь родилось около 12 тыс. детей (данные занижены, т.к. документы уничтожены). Через 20 лет после войны собранные сведения показали, что общий итог этой программы явно отрицателен: рождаемость в «очагах жизни» была низкой, детская смертность высокой, повышен показатель уродств, физических и психических недостатков. У выживших не было каких-то необычных достоинств. Калифорнийский миллионер Роберт Грэм решил положить начало выведению «суперлюдей», создав «хранилище отборного наследственного материала», где в пронумерованных контейнерах с жидким азотом предполагалось коллекционировать сперму лауреатов Нобелевских премий и «чистых», с медицинской точки зрения, ученых. Генетический дар их должен был стать в будущем основой общества. Но многие лауреаты Нобелевской премии отнеслись к этому отрицательно.
Енгеника определяется как учение о «предупреждении ухудшения наследственности человека». Ее цель разработка методов уменьшения числа нежелательных мутаций, искоренения наследственных болезней. Однако на этой основе вполне возможно развивать теории о чистоте и превосходстве одной нации над другой.
Реакционные положения евгеники сформулированы английским антропологом Ф.Гальтоном. Он считал, что не существует природного равенства между расами и нациями и что неравенство людей связано не с социальными причинами, а с биологическими, т.к. есть расы и нации, обладающие генами, обеспечивающими их превосходство. В 1 930—40-е гг. фашисты использовали расистские аспекты енгеники для обоснования идей о превосходстве арийской расы и биологической неполноценности остальной части человечества. Реализация этих идей стоила миллионов человеческих жизней.


Действует ли естественный отбор в человеческом обществе? История человечества это изменение генетической структуры популяций вида Ното sарiепs под воздействием биологических и социальных факторов. Войны, эпидемии изменяли генофонд человечества. Естественный отбор за последние 2 тыс. лет не ослабел, а только изменился:
на него наслоился отбор социальный.

Появление второй сигнальной системы является продуктом естественного отбора в условиях социума.

Возникновение вредных мутаций ограничивает размножение человека.

Установлено, что 50% зародышей погибают на ранней стадии развития. Около 2—3% родившихся поражены наследственными болезнями, 12—15% беременностей заканчивается выкидьшiем, в 2% случаев рождаются мертвые дети.
Это свидетельствует о том, что естественный отбор человека стабилизировался и сместился на ранний внутриутробный период.

Роль среды в развитии личности. Установлено, что наличие некоторых способностей человека (например, музыкальности, математического мышления и др.) определяется наследственными факторами. Их проявление определяется социальной средой, под влиянием которой и ф9рмируется в человеческом обществе личность.

Американские ученые изучали влияние внешних факторов на эмбрион в утробе матери, в частности, на умственную деятельность плода, и пришли к выводу, что уже в 4 месяца он способен воспринимать все чувства матери. Поэтому чем интереснее ее жизнь, тем лучше развивается нервная система плода.
При резких громких звуках он испытывает страх, нежная мелодичная музыка оказывает благотворное воздействие.

Вывод
На проявление наследственных признаков оказывает влияние среда.
Человек в ХХI в. уже знает многие тайны природы и может управлять процессами, ранее ему неподвластными. Но следует ли это делать?

Этические проблемы генетики.

Генная инженерия использует важнейшие открытия молекулярной генетики для разработки новых методов исследования, получения новых генетических данных, а также в практической деятельности, в частности в медицине.

Ранее вакцины изготовляли только из убитых или ослабленных бактерий или вирусов, способных вызывать у человека выработку иммунитета за счет образования специфических белков-антител. Такие вакцины приводят к выработке стойкого иммунитета, но у них есть и недостатки. Например, нельзя быть уверенным, что вирус в достаточной степени инактивирован. Известны случаи, когда вакцинный штамм вируса полиомиелита за счет мутаций превращался в опасный, близкий к обычному вирулентному штамму.
Безопаснее вакцинировать чистыми белками оболочки вирусов
они не могут размножаться, т.к. у них нет нуклеиновых кислот, но вызывают выработку антител. Получить их можно методами генной инженерии.
Уже создана такая вакцина против инфекционного гепатита (болезни Боткина)-
болезни опасной и трудноизлечимой. Ведутся работы по созданию чистых вакцин против гриппа, сибирской язвы и других болезней.

Коррекция пола. Операции по коррекции пола в нашей стране начали делать около 30 лет назад строго по медицинским показаниям.
Заболевание
гермафродитизмом известно науке давно. По статистике, у нас в стране оно составляет 3—5 случаев на 10 тыс. новорожденных. В основе этой патологии лежат нарушения в генах и хромосомах. Эти нарушения могут вызывать мутагенные факторы (загрязнение окружающей среды, радиоактивность, алкоголь, курение и т.д.).
В лечении принимают участие врачи разных специальностей: эндокринологи, психиатры, педиатры, но главная роль принадлежит хирургам. диагноз должен быть поставлен еще в родильном доме или на первом году жизни, но иногда операции проводятся в 15—20 лет. Операции по коррекции пола сложны, многоэтапны. Обследования длятся месяцами, разрешение на операцию дает Минздрав
это исключает смену пола у гомосексуалистов, психически неполноценных людей. Разрешение надо получить и от МВД не одному рецидивисту приходила мысль измениться до неузнаваемости.
Транссексуализм заболевание, которое невозможно лечить, больного нельзя перевоспитать. Одна из его причин может состоять в том, что на ранних стадиях внутриутробного развития происходит нарушение структур мозга, ответственных за правильное половое поведение. Родившийся ребенок психически нормален, но его поведение не соответствует физическому полу. Такие люди не находят удовлетворения в жизни, многие пытаются покончить жизнь самоубийством. В этих случаях также показана коррекция пола.
То, что мы из себя представляем, является суммой двух факторов: тем, что даровано нам природой и тем, как мы этим даром распорядились. В любой момент жизни мы можем принять решение и измениться. Вы можете быть склонной к полноте, но быть стройной. Вы можете родиться в семье рабочих и стать Нобелевским лауреатом


Контроль знаний и умений: Дать ответы на вопросы: 1. Какие методы применяются для исследований генетики человека? 2. Какие типы наследования признаков встречаются у человека? 3. Какие наследственные заболевания у человека? 4. Как уменьшить риск возникновения наследственных заболеваний у человека?


  • Практически каждое пятилетие в мире издается каталог наследственных заболеваний человека. И каждый раз список их увеличивается. С чем это связано?

  • В Японии по существующему законодательству отец, выдавая дочь замуж, должен выделить молодой семье участок земли. Чтобы земля не досталась чужим людям, часто женихов и невест подбирают среди родственников. В таких семьях наблюдается резкое повышение частоты наследственных заболеваний. Объясните, с чем это связано?

  • Изучение наследственности человека затруднено. Почему?

  • Можно ли предупредить наследственные болезни?

Домашнее задание: §18, отвечать на вопросы, пересказ конспекта Лек. № 21.



ЛЕКЦИЯ № 22.

Тема: Генетические основы селекции организма. Достижения в селекции растений, животных в Украине.

Основные понятия и термины: порода, сорт, штамм, селекция, районирование, искусственный отбор, генная инженерия, гибридизация, мутагенез, отбор, прививки, полиплоидия, гетерозис, индуцированный мутагенез, биотехнология.

План лекции:

1.Генетические основы селекции организмов. Задача современной селекции.

2.Понятие районирования.

3.Основные методы селекции.

4.Достижения в селекции растений, животных в Украине.

Содержание лекции:

1.Задачи современной селекции. Повышение производительности существующих, а также выведение новых сортов, пород и штаммов соответствии с требованиями современного сельского хозяйства. Обеспечение полного производства пищевых продуктов при наименьших затратах.

2. Районирование. Районирование - комплекс мероприятий, направленных на проверку соответствия качеств породы, сорта, штамма условиями определенной природной зоны.

3.Основные методы селекции.



Подбор


отцовских пар:

По сельскохозяйственным ценным признакам та экстерьером

По месту их происхождения (географически или генетически отдаленных)

Гибридизация:

А) аубридинг


Скрещивание отдаленных пород, которые отличаются контрастными признаками, для получения гетерозиготных популяций и проявления гетерозиса. Полученное потомство бесплодное.

Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивания, которые ведут к гетерозису, для получения гетерозиготных популяций, а также высокой продуктивности.

Б) инбридинг


Скрещивание между близкими родичами для получения гомозиготных (чистых) линий с желаемыми признаками

Самоопыление у перекрестно опыляемых растений путём искусственного влияния для получения гомозиготных(чистых)линий


Отбор:

А) массовый


Не применяется

Применяется к перекресноопыляемым растениям

Б) индивидуальный


Применяется жесткий индивидуальный отбор по ценным признакам, выносливостью, экстерьеру

Применяется к самоопыляемым растениям, выделяются чистые линии - потомство одной самоопыляемой особи

Метод испытания

производителей из потомства

Используется метод искусственного оплодотворения от лучших самцов – производителей, качество которых перепроверяют по численному потомству

Не применяется

Экспериментальное

получение полипоидов

Не применяется

Применяется для получения более продуктивных урожайных форм

4.Отдаленная гибридизация. Преодоление стерильности межвидовых гибридов.

   а) Отдаленная гибридизация - скрещивание особей, принадлежащих к разным видам, родам, с целью объединения у гибридов ценных наследственных признаков.

              Рожь х пшеница - тритикале;

              Кобыла х осел - мул.

   б) Методику преодоления стерильности межвидовых гибридов у растений разработал в 1924г. Г.Д. Карпеченко на примере скрещивания редьки и капусты.

5.Растения как объекты селекции:

1) характерно как половое, так и бесполое размножение (вегетативное)

2) большое количество потомков;

3) неприхотливы к условиям среды;

4) незначительные экономические издержки;

6.Методы селекции растений.

1) Использование различных форм искусственного отбора: индивидуальный и массовый;

2) Использование различных форм гибридизации: родственное, неродственное, межвидовое скрещивание;

3) полиплоидия как метод преодоления стерильности растительных межвидовых гибридов. Возникновение полипоидов у растений в результате удвоения хромосом, которое не сопровождается делением клетки; слиянием соматических клеток; образованием гамет с не редуцированным числом хромосом. Полиплоидные растения характеризуются интенсивным ростом, большими размерами и массой плодов и семян, повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам и болезней;

4) прививки - особый способ искусственного объединения различных частей растений. Прививка не является настоящей гибридизацией, ибо приводит лишь к не наследственным изменениям фенотипа.

7.Особенности селекции животных.

Животные как объекты селекции:

1) характерно только половое размножение;

2) немногочисленное потомство;

3) каждый объект является значительной селекционной ценностью;

4) сложные взаимодействия с окружающей средой через развитую нервную систему;

5) значительные экономические затраты на содержание.
8.Методы селекции животных.

       Те, что и для растений. Отличия заключаются в том, что в селекции животных не применяют массовый отбор, учитывая коррелятивную изменчивость.

       В селекции животных используют искусственное оплодотворение получения ценных пород КРС в искусственных условиях.

9.Особенности селекции микроорганизмов.

Микроорганизм как объект селекции:

1) не имеют полового процесса (прокариоты);

2) имеют гаплоидный набор хромосом или кольцевую молекулу ДНК, что позволяет мутациям проявиться уже в первом поколении потомков;

3) быстрые темпы размножения позволяют получить большое количество клеток-потомков.

10.Методы селекции микроорганизмов.

1) искусственный отбор;

2) индуцированный мутагенез;

3) искусственное скрещивание разных штаммов с помощью вирусов-бактериофагов;

4) методы генной и клеточной инженерии;

5) не применяют метод гибридизации.

11.Достежения в селекции растений, животных, микроорганизмов.

        Достижения селекции растений.

1. Г. Д. Карпеченко в 1924 г. получил гибрид редьки и капусты (у этого растения в клетке по 9 пар хромосом, при этом если хромосом 2n, то гибриды первого поколения бесплодны, если же растения полиплоидные, то потомство в первом поколении плодовитое, поэтому что в каждую хромосому попадает не n хромосом, а 2n, и все хромосомы имеют для себя гомологическую). Гибриды не расщепляются на редьку и капусту и не скрещиваются с ними, то есть полученная растение является новым видом.

2. Н. В. Цицин скрестил пшеницу и пырей.

3. В результате скрещивания пшеницы и ржи получен новый вид - тритикале.

4. И. В. Мичурин в своих опытах применял закаливания. Плохо и то, что сорта, выведенные им, размножаются только вегетативно. Положительным в его трудах являются:

- использование гибридизации и отбора;

- изучение влияния условий среды на развитие гибридов;

- применение метода ментора (подвой или привой к местным сортам растений с нужными качествами).

 5. Выведение озимых сортов пшеницы:

     - П. П. Лукьяненко вывел сорт Безостая 1 (50 ц / га), Аврора (100 ц / га);

     - В. Н. Ремесло - Мироновская 808 и 224 (65 ц / га), Ильичевска (100 ц / га).

 6. Вывод яровых сортов пшеницы: А. П. Шехурдин и В, Н. Мамонтов вывели сорт Саратовская-29 (повышенные хлебопекарные качества).

 7. Подсолнечник: В. С. Пустовойт - сорт с маслянистостью от 50 до 90% за 20 лет.

 8. Сахарная свекла: А. Н. Лутков и В.П. Зосимов - повышение сохранности за счет полиплоидии.

 9. Кукуруза М. И. Хаджинов - повышение урожайности за счет гетерозиса.

 10. Г. Мельперс демонстрировал новое гибридное растение «помата», полученное в результате слияния клеток картофеля и томата. По замыслу растение должно работать на «два фронта», но для этого необходимо удвоить активность фотосинтетического процесса, так что гибрид пока еще не совершенен.

Контроль знаний и умений:

      (Тестовый контроль)

1.Определите, какой метод часто используется в селекции растений для создания межвидовых гибридов с увеличенной вегетативной массой.

    а) трансдукции фрагментов ДНК на новое место.

    б) Кратное увеличение хромосомного набора.

    в) Изменения аминокислотной последовательности.

    г) Вирусный трансгенез.

2. Укажите, почему нет смысла в селекции чистых линий.

   а) Потому что они имеют разный фенотип.

   б) Потому что они имеют разный генотип.

   в) Потому что они имеют одинаковый генотип.

   г) Все указанное.

3.Определите, что является естественным источником селекционного материала.

   а) Существующий генофонд домашних животных и растений.

   б) дикие виды.

   в) Наиболее производительные домашние породы и сорта.

   г) Все указанное.

4.Определите, в какой последовательности надо выполнить действия при создании штамма микроорганизмов с определенными, необходимыми человеку свойствами.

а) Создать вектор.

б) Ввести генетический вектор к клетке-мишени.

в) Прикрепить к вектору необходимые гены.

г) Культивировать штамм.

Домашнее задание:

изучить соответствующую тему учебника § 17. Подготовить сообщения о генной, клеточной, эмбриональной инженерии, Лек.№ 22



Лекция № 23 Тема: Основные направления современной биотехнологии Проблемы, связанные с ГМО и применением полученных от них продуктов. Трансгенные организмы. Базовые понятия и термины: биотехнологии, микробиологическая промышленность, лекарственные препараты, биологические методы борьбы, химерные и Трансгенные организмы, селекция. План лекции: 1.Трансгенные организмы. Их характеристики. 2.Проблемы, связанные с генетически модифицированными организмами и применением полученных от них продуктов. Содержание лекции: Развитие новых биотехнологий позволяют расщеплять молекулы ДНК в определенных местах и ​​смешивать фрагменты ДНК в единую молекулу способных сначала имплантировать в геном живого организма чужих генов бактерий растений животных и человека, а впоследствии – и создания новых гибридных молекул ДНК. Итак, основные процедуры генетической инженерии сводятся к тому, что из набора полученных фрагментов ДНК, содержащих нужные гены, состоит компактная генетическая структура - рекомбината (гибрида) ДНК, которая затем вводится в клетку чужого организма. После получения новой генетической информации в организме начинается синтез соответствующего продукта, закодированного в этой генетической структуре. В результате таких манипуляций, собственно, создается уже новый организм с новыми признаками. Такой организм называют трансгенным, или генетически модифицированным организмом (ГМО), или, по другой терминологии, живым измененным организмом (ЖЗЛ). Согласно формулировке утвержденным в статье 2 Директивы 2001/18/ЕС Европейского парламента и Совета от 12 марта 2011 о высвобождении окружающей среды генетически модифицированных организмов, термин «генетически модифицированные» используются для организмов, материал которых был изменен путем, который не происходит в естественных условиях, в отличие от скрещивания или естественной рекомбинации. Это официальное определение. Но оно сразу вызывает ряд вопросов. Например, непонятно, можем ли мы считать обычную мягкую пшеницу (из которой производят хлеб) ГМО. С одной стороны, ее геном содержит геном трех разных родов. К тому же этот вид был получен в результате деятельности человека, вряд ли можно считать обычным естественным путем. С другой стороны, для достижения этого результата, скорее всего, использовались технологии обычного скрещивания, хотя и между особями разных видов. То есть этот путь, все же, можно считать естественным. Та же ситуация и со сливой и твердой пшеницей, которые включают в себя геномы двух разных видов. Кроме того, учитывая, что для введения в геном живых организмов генная инженерия использует преимущественно вирусные векторы, возникает вопрос почему этот способ считается естественным. Горизонтальный перенос генов между особями разных видов и даже царств с помощью вирусов было описано уже давно. Как показывают исследования последних десятилетий, этот способ обмена генетической информацией был достаточно распространенным. Более того, он, скорее всего, играет важную роль в эволюции жизни. Например, возникновения эукариотических клеток (а значит, и человек) без горизонтального переноса генов было бы невозможным логично определить генетически модифицированными те организмы, которые человек создал, целенаправленно изменяя их геном. Но в этом случае к категории ГМО попадают в общем все домашние животные и культурные растения, которые создавались человеком путем изменения генотипов их диких предков. Таким образом, проблема генетического модифицированных организмов вызывает трудности уже на стадии формирования самого термина и при попытке определить, какие из живых организмов можно считать генетически модифицированными, а какие нет. В средствах массовой информации к ГМО относят только те, которые были получены с помощью методов генетической инженерии. Но этот подход трудно считать логически обоснованным. Генетическая инженерия как система экспериментальных методов и средств позволяет конструировать в лабораторных условиях генетические структуры, представляющие практически любые комбинации как природных, так и искусственно созданных генов, в главные задачи.

В 2000 году было принято международное соглашение о мерах и процедурах, необходимых для безопасного перемещения через государственные границы, переработки и применения продуктов современной биотехнологии. Необходимость в международном масштабе регулировать деятельность, связанную с современной биотехнологией, члены ООН признали на конференции в Рио-де -Жанейро в 1992 году. На ней 193 государства (плюс Европейское Содружество в целом как отдельный участник конференции) подписали конвенцию по биоразнообразию ( что-то вроде соглашения о намерениях принимать меры по исключению вредного влияния современной биотехнологии на здоровье человека и окружающую среду) и создали комитет по разработке соответствующего Протокола. Картахенский протокол называется так потому, что его почти приняли в 1999 году на конференции в колумбийском городе Картахена-де-Индиас. Из-за разногласий сторон окончательный вариант Протокола по биобезопасности был принят в 2000 году в Монреале.
23 декабря 2007 года , после десятилетнего обсуждения проблемы было принято Постановление Кабинета Министров Украины об обязательном маркетировании продукции, содержащей ГМО.
18 февраля 2009 года утвержден порядок этикетирования упаковок пищевых продукто в, содержащих ГМО
.

Создание химерных и трансгенных организмов создает проблемы биобезопасности.
Биобезопасность- это состояние защищенности человека, общества и природы от воздействия генетически модифицированных организмов, а также продуктов и веществ различного назначения. Биобезопасность- это безопасность, обеспечивающая использование достижений современных биотехнологий, в первую очередь, генной инженерии.
В настоящее время, несмотря на недостаточность сведений о влиянии ГМО на человека, широко используют модифицированные сорта сои, кукурузы, рапса, картофеля. 98% в США, Бразилии, Чили, Канаде, Аргентине и Китае. Общая площадь посевов этих растений- более 50 млн. га.
Корпорации, которые производят ГМО, постепенно расширяют свои возможности. Из области сельского хозяйства они внедряются в рыболовство, овладевают лесным бизнесом, рынком медикаментов.
За последние 15 лет прошли испытания 25 тысяч трансгенных растений, предназначенных для использования в сельскохозяйственном производстве. Эти растения: 40%-устойчивы к вирусам, 25%-к инсектицидам, 25%- к гербицидам.


Химерные животные- это генетические мозаики, образующиеся в результате объединения бластомеров от эмбрионов с разными генотипами.
Демонстрация химерных растений (хлорофитум, разные сорта узамбарских фиалок ,имеющих полосы на лепестках).
Научные работы по изучению химерных организмов позволяют понять роль генов в дифференцировке клеток и в регуляции взаимодействия между клетками.
Исследование механизмов дифференцировки клеток, регуляции взаимодействий между клетками в процессе развития привели ученых к созданию химерных и трансгенных организмов. Экспериментальные методы генной инженерии сделали возможным создание совершенно необычных животных и растений, которые несут гены не только одного отца и одной матери , но и большего количества родительских генов.
В последнее время появилось такое образное выражение по отношению к химерным организмам- это генетические мозаики, сконструированные из бластомеров различных эмбрионов, имеющих разные генотипы. Получение таких эмбрионов заключается в объединении двух или более ранних зародышевых клеток на стадии бластулы и их слияния.
Вопрос происхождения тех или иных клеток тканей, дифференцировки их можно решить , наблюдая за развитием тканей химерного организма. С помощью химерных мышей удалось установить, каким способом возникают в ходе развития многоядерные клетки исчерченных мышц. Сложные вопросы эмбриологии и генетики удается решить с помощью создания химерных организмов.
Растения, имеющие белые полосы на листьях, пятна, не содержащие хлорофилл, представляют собой естественные природные химерные организмы. Селекционеры декоративных растений искусственно получают химерные организмы, содержащие полосы и крапы на лепестках венчиков цветковых растений и листьях. У растений "химерные" организмы получают искусственным путем при объединении групп клеток, имеющих различный генотип. Такие мозаичные культуры можно получить при помощи воздействия мутагенными факторами, а также прививками и при помощи биотехнических методов.
Британские ученые планируют получить гибрид человека и коровы, китайские- гибрид человека и кролика, американские-

гибрид мыши и человека.

Зачем нужны гибридные организмы и нужны ли они?
Ирвинг Вайссман - профессор, директор Института стволовых клеток Стэнфордского медицинского колледжа - считает, что эксперименты по получению химерных организмов, например, по перенесению человеческой ДНК в коровью яйцеклетку, собственное ядро которой было удалено ,послужат для получения стволовых клеток ,которые станут ценным материалом для научных исследований."Мои коллеги полагают: открытие надежного и этически приемлемого источника стволовых клеток может привести к созданию принципиально новых методов лечения ряда тяжелейших заболеваний ,таких как рак или диабет, травм головного и спинного мозга, врожденных дефектов развития -например пороков сердца, которые сейчас встречаются у 15% новорожденных младенцев, -сообщает Ирвинг Вайссман. - Деятели культуры и церкви тогда ополчились на исследователей, решив, что в результате непременно получится человек -кролик. Но это не могло стать ни целью, ни следствием эксперимента. Ведь задача ученых -получение устойчивых и эффективных форм стволовых клеток, способных решить насущные проблемы человечества, а вовсе не рождение химер. Известно, что скрещивание ДНК человека и животных дает в этом случае наиболее успешный результат. К тому же, крайне маловероятно, что гибридный эмбрион способен стать жизнеспособным зародышем",- заверяет профессор. В ближайших планах ученого-исследование человеческих нейронов после введения их в мозг мыши. При помощи этого исследования ученые хотят научиться излечивать тяжелые поражения мозга- такие, как болезнь Альцгеймера (рассеянный склероз), злокачественные опухоли мозга, последствия черепно-мозговых травм.
« Впрочем, отражая нападки критиков, мы настаиваем на том, что мозг мыши никогда не сможет обрести человеческих умственных способностей ввиду слишком малого объема и простоты организации. Говорить о появлении у мыши самосознания, идентичного человеческому, просто нелепо. Тем не менее в научной среде наш проект вызывает этические вопросы о допустимости смешивания животных и человеческих тканей в органе, как мозг, долгое время считавшемся вместилищем души и сознания человека",- сообщает в интервью ученый. По словам российского эксперта, старшего научного сотрудника Федерального научного клинико-экспериментального центра традиционной медицины МЗРФ, доктора биологических наук, профессора Александра Дуброва, перед человечеством открываются безграничные перспективы создания гибридных организмов. Фантазия автора древнегреческого мифа наделили Химеру львиной головой, козьим туловищем и хвостом дракона. Получить такой гибридный организм генетически пока не берутся. Однако химер сегодня на клеточном уровне создается немало. Изолированную тканевую клетку какого-либо организма можно заставить жить на искусственной питательной среде. Размножающееся множество ее потомков называют клеточной культурой. Для получения химер культурные клетки двух разных животных обрабатывают специальными вирусными препаратами, добиваясь слияния их ядер.
Исследования в этой области науки позволяет решить множество проблем человечества


Контроль знаний и умений: Ответить на вопросы:

1. В каких областях применения биотехнологий сейчас является массовым?

2. Какие виды продукции производят благодаря биотехнологиям?

3. Какие направления биотехнологии являются наиболее перспективными и почему?

4. Могут ли биотехнологии негативно влиять на человека? Какие организмы называют химерными и как ученые их получают?

5. Какие генетические методы широко используются в селекции?

6.Почему нужно постоянно проводить дальнейшую селекцию давно одомашненных организмов?

Домашнее задание: пересказ конспекта, § 18, отвечать на вопросы, Лек.№23



Лекция № 24

Тема: Оплодотворение. Онтогенез. Периоды онтогенеза многоклеточных организмов: эмбриогенез и постэмбриональное развитие. Особенности постэмбрионального развития животного. Влияние генотипа и факторов внешней среды на развитие организма. Диагностирование пороков развития человека, и их коррекция.

Базовые термины и понятия: оплодотворение, онтогенез, эмбриогенез, постэмбриональное развитие, дробление, гаструляция, гистогенез.

План лекции:

1Оплодотворение. Онтогенез.

2.Периоды онтогенеза у многоклеточных организмов.

3.Эмбриогенез и постэмбриональное развитие.

4.Особенности постэмбрионального развития у животных.

5.Влияние генотипа и факторов внешней среды на развитие организма.

6. Диагностирование пороков развития человека и их коррекция.

Содержание:

1.Оплодотворение и его формы

Оплодотворение (сингамия) - процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы, которая дает начало новому организму. Этот процесс лежит в основе полового размножения. Различают внешнее оплодотворение, при котором слияние гамет происходит вне тела самки, и внутреннее оплодотворение, при котором гаметы сливаются в теле самки.

Оплодотворение у животных может быть внешним (у костных рыб, земноводных) и внутренним (у пресмыкающихся, птиц, млекопитающих). Основными процессами внутреннего оплодотворения есть внутреннее осеменение, активация яйцеклетки, проникновение сперматозоидов в яйцеклетку, слияние гаплоидных ядер обеих клеток, активация зиготы к развитию.

Внутреннее осеменение, благодаря которому сперматозооны попадают непосредственно в женский организм. У большинства млекопитающих яйцо сохраняет способность к оплодотворению в течение 24 часов после выхода из яичников, сперматозооны - несколько больше (в матке и яйцеводах женщины - 5-8 дней). Встречи гамет и их взаимодействия способствуют специальные вещества - гамоны, производимые половыми клетками: тестогармоны - вещества, выделяемые женскими гаметами (усиливают движение сперматозоидов, вызывают их склеивания и др..) Андрогамоны - вещества, выделяемые мужскими гаметами (предопределяют растворения оболочек яйца, изменяют рН и др.) ...

Активация яйцеклетки - переход яйцеклетки от состояния покоя к развитию. Оплодотворение происходит только при определенной концентрации мужских гамет, поясняется недостаточным или избыточным выделением фермента (гиалуронидазы), расщепляющий фолликулярную оболочку яйцеклетки. Активацию яйцеклетки вызывает акросомальная реакция (акросома разрушается и выделяется фермент, который растворяет оболочку яйца). При этом изменяется обмен веществ (повышается обмен углеводов, активируется обмен белков, поглощается фосфор, калий и др...).

Проникновение сперматозоидов в яйцо. С цитоплазмы яйцеклетки в месте действия ферментов акросомы образуется воспринимающий бугорок, который захватывает ядро, центриоли и митохондрии и втягивает их внутрь яйца. В клетку могут проникать несколько сперматозоидов, но слияние происходит только с одним (моноспермия). Происходит образование оболочки оплодотворения, которая препятствует проникновению в клетку других гамет (кортикальная реакция).

Слияние гаплоидных ядер обеих клеток (синкариогамия). Ядро сперматозоона отекает и достигает размеров яйцеклетки. После встречи ядра сливаются и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Слияние ядер разных видов не всегда возможно, поскольку ферменты репарации уничтожают негомологические участки хромосом.

Активация зиготы до дробления и дальнейшего развития. Происходит дифференциация и перемещение участков цитоплазмы, что является первым этапом дифференцировки организма, который определяется цитоплазмой зиготы с накопленными питательными веществами.

У человека оплодотворение имеет свои определенные особенности:

внутреннее осеменение и перемещения сперматозоидов к шейке матки (происходит в фаллопиевых трубах через несколько часов после полового акта; лишь один из примерно 300 миллионов сперматозоидов может оплодотворить одну яйцеклетку);

проникновения в яйцеклетку головки лишь одного сперматозоона (с помощью ферментов акросомы или апикального тельца, происходит расщепление гликопротеидов оболочки и проникновения сперматозоида внутрь);

потеря яйцеклеткой фолликулярной оболочки и образования оболочки, предотвращает проникновению других сперматозоидов;

слияние ядер (синкариогамия) и восстановление парного (диплоидного) набора хромосом;

определение пола: женский - 44 А + XX, мужской - 44 А + XY.

Оплодотворение у растений может быть одинарным и двойным, в воде (водоросли, выше споровые растения) и без воды (голосеменные и покрытосеменные). В подготовке и осуществлении оплодотворения в покрытосеменных можно выделить следующие этапы:

А - образование на спорофите пыльцевых зерен, которые являются мужским гаметофитом:

в зрелом пыльцевом зерне находится одна вегетативная клетка и 2 спермии;

защищаются клетки внешней и внутренней оболочками - экзина и интина.

Б - образование на спорофите зародышевого мешка, который является женским гаметофитом:

зрелый зародышевый мешок содержит центральную клетку (образовалась после слияния двух ядер), яйцеклетку, 2 синергиды (содержат ферменты, способствующие растворению оболочек пыльцевых трубок) и 3 антиподы (функция передачи питательных веществ в зародышевый мешок от семенного зачатка).

В - опыление - процесс переноса пыльцы с пыльников на рыльце пестика:

различают перекрестное опыление и самоопыление; пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика - "вегетативная клетка прорастает, формируя пыльцевую трубку.

Г - проникновение спермиев в зародышевый мешок:

пыльцевая трубка достигает семенного зачатка - спермии через микропиле (отверстие в семенном зачатке) проникают в зародышевый мешок. Рост пыльцевой трубки активизирует вегетативная клетка, размещена в заключительной части. По вегетативной клетке в пыльцевую трубку переходит генеративная клетка, из которой в результате митотического деления образуются два спермии. В месте контакта трубки с зародышевым мешком стенки последнего ослизняются и пыльцевая трубка проходит внутрь. Достигнув яйцеклетки, пыльцевая трубка разрывается, из неё выходят два спермии, а вегетативная клетка трубки разрушается.

Д —двойное оплдотворение — процес слияния двух спермиев с яйцеклеткой и центральной клеткой, который происходит в семеннном зачатке (С. Г. Навашин, 1898 p.):

один спермий (п) 4- яйцеклеткаа (п) -> зигота (2 п) —> зародыш семени;

второй спермий (п) + центральная клетка (2 п) -> триплоидная клетка —> ендос­перм (3 п).

Биологическое значение оплодотворения заключается в том, что:

происходит восстановление хромосомного набора, присущего данному виду;

наблюдается увеличение наследственного разнообразия, поскольку потомки объединяют в себе признаки как материнского, так и отцовского организмов.

2.Онтогенез, его особенности и периодизация.

Онтогенез - это индивидуальное развитие особи от ее зарождения до смерти. Продолжительность онтогенеза у разных организмов различна (например, в секвойи более 3 тыс. лет) и не зависит от уровня организации. Появление изменений в онтогенезе определяется генотипом. Индивидуальное развитие включает рост (количественные изменения) и дифференциацию клеток (качественные изменения) и осуществляется под влиянием многих факторов (например, условия среды, нервная, гуморальная регуляция и др.). У разных групп организмов онтогенез имеет свои особенности, которые зависят от уровня организации (у одноклеточных организмов совпадает с клеточным циклом), способов размножения (при вегетативном размножении онтогенез сводится к дифференциации клеток и органов многоклеточного зачатка, при неполовом размножении зарождение начинается со споры, при половом размножении исходной стадией является зигота).

3. Особенности онтогенеза растений и животных.

Зародыш формируется из зародышевой ткани

Зародыш формируется из зародышевых листков: экто-, энто- и мезодермы

В процессе гистогенеза формируются ткани: образовательные, проводящие, механические и покровные.

В процессе гистогенеза формируются ткани: эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная.

Сформированный зародыш имеет зародышевые органы -корешок и побег

Сформированный зародыш имеет органы характерные взрослому организму

Периодизация онтогенеза многоклеточных организмов

У животных (на примере хордовых животных)

У растений (на примере покрытосеменных)

1. Эмбриональный период.

1 дробление. 2.гаструляция: а) формирование экто-, энто- и мезодермы; 3. гистогенез и органогенез.

1. Эмбриональный период.

1.продуцирование зародышевой меристемы. 2.образование зародышевого корешка и побега. 3. формирование семени.

II. Постэмбриональный период

II. Постэмбриональный период

1.неполовозрелый период. 2.период полового созревания. 3. период половой зрелости. 4.период старения. 5. смерть.

1.период проростка. 2.период молодости. 3. период зрелости. 4. период старения. 5.смерть.


Зародышевый (эмбриональный) этап и его периоды у животных.

4.Эмбриональный этап — это время, когда новый организм развивается внутри материнского организма или внутри яйца. Завершается эмбриогенез рождением (вылуплением, прорастанием). Начинается зародышевый период после оплодотворения или активации яйцеклетки при партеногенезе и осуществляется внутри материнского организма, яйца, семени. Завершается эмбриональное развитие рождением (млекопитающие), выходом из оболочек яйца (птицы, пресмыкающиеся), прорастанием (семенные растения). Основными этапами эмбрионального периода является дробление, гаструляция, гистогенез и органогенез.

Дробление - ряд последовательных митотических делений зиготы, который заканчивается образованием однослойной стадии - бластулы. Количество клеток увеличивается в следствии митоза, но интерфаза очень короткая и бластомеры не растут. Особенности дробления у разных групп организмов зависят от характера расположения и количества желтка, поэтому выделяют два типа дробления.


Типы дробения




Полное (голобластичное) - зигота полностью делится на бластомеры, имеет небольшое количество желтка, который распределен равномерно

Неполное (меробластичное) - на бластомеры и делится лишь часть зиготы, желтка в зиготе много, и он занимает определенную ее часть


Гаструляция - это процесс формирования двухслойного зародыша - гаструлы. Рост клеток при гаструляции не происходит. На этом этапе образуются два или три слоя тела зародыша - зародышевые листки. В процессе гаструляции необходимо различать два этапа: а) образование экто-и энтодермы (формируется ранняя гаструла - двухслойный зародыш) б) образование мезодермы (формируется поздняя гаструла - трехслойный зародыш). На этапе гаструляции завершается эмбриогенез двухслойных животных (губки, кишечнополостные), мезодерма закладывается в зародышевом развитии трехслойных животных (начиная с плоских червей).

В разных организмах гаструла формируется различными путями. Выделяют следующие типы образования гаструлы: инвагинация (вгинания), деламинации (расслоение), эпиболия (обрастания), иммиграция (заползание).

Гистогенез и органогенез - образование тканей и органов. Осуществляются эти процессы вследствие дифференциации (возникновения различий в строении и функциях клеток, тканей, органов). В гистогенезе растений участвуют инициальные клетки образовательных тканей, а в гистогенезе животных - стволовые, наполовину стволовые и созревшие клетки. Большое значение при органогенезе играют межклеточные взаимодействия, влияние биологически активных веществ. Фазами гистогенеза и органогенеза (на примере ланцетника) является нейруляция - образование осевого комплекса органов (нервной трубки, хорды), формирование других органов - органы приобретают особенности строения, присущие взрослым. Органогенез завершается в основном, на конец эмбрионального периода развития, однако дифференцирование и усложнение органов продолжается и в постембриогенезе.

Зародышевые листки и закладание органов


ЗАРОДЫШЕВЫЕ ЛИСТКИ

ТКАНИ, ОРГАНЫ И СИСТЕМЫ ОРГАНОВ, КОТОРЫЕ ВОЗНИКАЮТ

эктодерма

Нервная ткань, органы чувств, эпидермис кожи, кожные железы, передняя и задняя кишка, наружные жабры и др.

энтодерма

Хорда, плавательный пузырь, пищеварительные железы, внутренние жабры, и тд.

мезодерма

Скелет, мышцы, кровеносная система, половая и выделительная системы, дерма кожи, перикард и др..


В процессе эмбрионального развития одни ткани или органы влияют на развитие других, расположенных рядом. Это влияние осуществляется путем сложных биохимических воздействий одних частей зародыша на другие. Это явление получило название эмбриональной индукции.

Эмбриональная индукция - явление взаимодействия между частями зародыша во время эмбриогенеза, когда одна из них определяет направление развития соседней. Осуществляется за счет взаимодействия частей зародыша, которая обеспечивает согласованное по месту и времени формирования отдельных частей зародыша и организма в целом. Часть зародыша, которая определяет направление развития остальной части, с которой она реагирует, называется индуктором. Происходит при непосредственном контакте клеток между собой или путем передачи индуцирующее действия через химические соединения, обладающие свойствами низкомолекулярных белков. Для ее осуществления необходимо, чтобы клетки, подлежащих действия индуктора, обладали соответствующей компетенцией. Эмбриональная индукция может происходит лишь на очень ранних этапах гаструляции.

Зародышевые (провизорные) органы.

Провизорные органы - органы, которые существуют только у зародышей и личинок многоклеточных животных и исчезают при формировании взрослого организма. Выполняют важные жизненные функции до начала функционирования органов, характерных для взрослого организма. К провизорным органам относят брюшные конечности и жабры личинок насекомых, жабры и хвост головастика т.д.. У многих животных зародышевые органы являются приспособлением к новым условиям жизни, такие как, например, зародышевые оболочки. Зародышевые оболочки - оболочки, окружающие зародыш животных и человека. В отличие от оболочек яйцеклеток, образуются во время зародышевого развития из клеток самого зародыша. К ним относятся амнион, желточный мешок, аллантоиса, хорион.

Для всех животных с неличинковым типом развития, яйца которых богаты желтком (рыбы, пресмыкающиеся, птицы), свойственный желточный мешок. В стенки желточного мешка врастают кровеносные сосуды, которые образуют по всей поверхности желтка густую капиллярную сеть. Клетки стенки желточного мешка выделяют ферменты, которые расщепляют питательные вещества желтка, поступающих в кровеносные капилляры и далее в зародыш. Желточный мешок - это также первый кроветворный орган зародыша.

На самом деле наземных животных зародыши развиваются в специальных оболочках. Это, прежде амнион, который наполнен жидкостью. Амнион осуществляет функции обмена и защиты от высыхания и механических воздействий. Позвоночные, имеющие амнион (пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие), объединяются в группу высших позвоночных, или амниот. Низшие же позвоночные, которые не имеют амниона (круглоротые, рыбы и земноводные), относятся к группе анамний.

Эмбриональное развитие и анамний, и амниот происходит в водной среде, но разница в том, что анамнии развиваются в окружающей водной среде, а амниот должны образовывать оболочку, которая герметично закрывает полость с амниотической жидкостью, где проходит развитие этих животных. Но одна зародышевая оболочка не может обеспечить все условия для развития зародыша, и поэтому у амниот формируются еще и другие временные (провизорной) органы, такие как аллантоиса, серозная оболочка, желточный мешок. У пресмыкающихся и птиц есть аллантоис (функция эмбриональных органов питания, дыхания и выделения) и серозная оболочка (выделение жидкости и защита). А у плацентарных млекопитающих, развитие которых происходит в материнском организме, образуются еще дополнительно провизорные органы, такие как пуповина и плацента, которые обеспечивают связь плода с материнским организмом.

У млекопитающих и человека яйцеклетка бедна желтком, поэтому зародышевые оболочки имеют свои особенности. Желточный мешок не развивается. Аллантоис также не развит. Зачаток его входит в новый орган - пупочного канатика. Функцию внешней зародышевой оболочки выполняет хорион, или ворсинчатая оболочка. Место крупнейшего ветвления ворсинок хориона и наиболее тесного их контакта со слизистой оболочкой матки называется плацентой (детским местом).

5. Постэмбриональный период, его этапы и типы у животных.

Постэмбриональний период - это период, который длится от рождения до приобретения организмом способности к размножению. Основными событиями постембриогенеза является рост, половое созревание, старение, регенерация.

У животных выделяют два типа постэмбриогенеза: прямой и косвенный.

Прямое развитие - это развитие, при котором только что родившиеся животное в целом напоминает взрослое. У животных с прямым типом развития эмбриональный период удлиняется и развитие происходит вследствие эмбрионизации (благодаря питанию зародыша ресурсами материнского организма). Организм, появляется, вполне сформированным и меньше подвергается неблагоприятному воздействию условий среды. Прямой постэмбриогенез свойственный млекопитающим, пресмыкающийся, птицам, хрящевым рыбам, паукам, скорпионам, ресничным и малощетинковым червям и др.. Выделяют следующие разновидности прямого развития, как:

настоящее живорождение - процесс появления на свет зародыша, который развивался внутри материнского организма за счет ее питательных веществ (на пример, у плацентарных млекопитающих, некоторых акул);

яйцеживорождение - процесс появления на свет зародыша, который развивался внутри материнского организма за счет питательных веществ яйца (у некоторых ящериц, змей, аквариумных рыбок);

яйцерождение - процесс появления на свет зародыша, который развивался вне материнского организма за счет питательных веществ яйца (у птиц, пресмыкающихся).

Биологическое значение прямого развития заключается в том, что уменьшается воздействие опасности рожденного животного внешним факторам.

Непрямое развитие - это развитие, при котором образуется личинка, которая превращается во взрослую особь непосредственно или через преобразования. У организмов с косвенным типом развития эмбриогенез сокращается и появляется личинка, которая существенно отличается от взрослых. Процессы превращения личинки происходит в несколько последовательных этапов (фаз). Косвенный постэмбриогенез свойственный для земноводных, костных рыб, насекомых, клещей, большинства моллюсков, червей и др..). Различают следующие виды непрямого развития, такие как:

непрямое развитие с полным превращением - это развитие личинки, который сопровождается перестройкой всех его органов и систем (жесткокрылых, костных рыб, земноводных);

непрямое развитие с неполным превращением - это развитие личинки, которая имеет общие черты строения с взрослыми особями, в связи с чем преобразование будут затрагивать отдельные органы и системы (в прямокрылых).

Биологическое значение непрямого развития заключается в осуществлении таких функций, как питательная (у насекомых питательной фазой является гусеница), рационального использования ресурсов (различные фазы развития разделены по способу и объектам питания), расселения (личинки многих малоподвижных видов способны к активному перемещению), обеспечение заражения хозяев (для завершения полного развития).

6. Особенности послезародышевого развития у человека.

В основу периодизации постэмбриогенеза человека положено биологические признаки и социальные принципы. Периодизация необходима для создания хронологического и биологического возраста человека. Хронологический возраст - период, прожитый со дня рождения до определенного отсчитываемого момента. Биологический возраст - это совокупность анатомических и физиологических особенностей организма, отвечающих возрастным нормам для данной популяции.

Средняя продолжительность жизни, или постэмбриогенез, человека составляет около 90 лет (может достигать 100-150 и более лет), тогда как средняя фактическая продолжительность жизни людей в развитых странах составляет 74 года, а в развивающихся странах - 56лет. В Украине средняя продолжительность жизни составляет 64 года. Следовательно, мы не доживаем 20-30 лет к средней биологической продолжительности жизни. Верхней видовой чертой для человека считают 115-125 лет.

Периоды послезародышевой жизни человека, связанные с неодинаковой интенсивностью процессов роста, развития, обновление клеток и характеризуются специфическими анатомическими, физиологическими и психическими особенностями, называются возрастными периодами.

Возрастные периоды жизни человека


название периода

Возраст

Название периода

Возраст





1.Новорожденный











НоновонародженновонародженНовонароджені

Первые 10дней дней

7. юношеский

16-21 год

2. грудной

10 дней-1 год

8. Зрелый возраст, 1-й период

21-35 лет

3. раннее детство

1-3 года

9. Зрелый возраст, 2-й период

35-60 лет

4. первое детство

4-7 лет

10. преклонный возраст

56-74 лет

5. второе детство

8-12 лет

11. старческий возраст

74-90 лет

6. подростковый

13-16 лет

12. долгожители

90 и более



Период новорожденности (первые 10 дней). У новорожденного наблюдается непропорциональное телосложение, кости черепа и тазовые кости не сросшиеся, есть родничок (участки между костями черепа младенца, защищенные мягкой соединительной тканью), позвоночник без изгибов. Начинают функционировать органы дыхания, малый круг кровообращения, механизмы терморегуляции, активизируется иммунная система, появляются пищевые рефлексы.

Грудной возраст (до 1 года). У ребенка увеличивается рост - в среднем на 23-25 ​​см, формируются изгибы позвоночника, появляются молочные зубы. Формируются мышцы и появляется потребность ходить, образуются условные рефлексы на еду.

Ясельный возраст - (1-3 года). У детей зарастают роднички, изменяются пропорции тела, замедляется рост (8-11 см в год), развивается мозг, появляются первые зубы. Происходит постепенный переход на общий стол, быстро развивается речь и мышление, выражены эмоции.

Дошкольный возраст - (3-7 лет). У дошкольников происходит замена молочных зубов на постоянные, они вырастают на 5-7 см в год. В движениях проявляется устойчивое согласование, речь связывается с мышлением, формируются условные рефлексы писания, развивается фантазия, ведущая деятельность - игра.

Школьный возраст - 7-17 лет.

Младший школьный возраст (второе детство) - 7-10 лет. Наблюдается замедление темпов роста, развитие опорно-двигательного аппарата, после 10 лет срастаются кости таза, происходит секреция половых гормонов, появляются вторичные половые признаки. Ведущая деятельность - обучение, что обусловливает развитие умственных способностей.

Средний школьный возраст (подростковый период) - 11-14 лет. В этот сложный период осуществляется бурное развитие всех систем, интенсивное половое созревание, формируются вторичные половые признаки. Наблюдается развитие абстрактного мышления, эмоций, психическая неуравновешенность.

Старший школьный возраст (юношеский период) - 15-17 лет. Завершается рост, формирование организма, половая зрелость. Ведется активный поиск своего места в жизни.

Одной из особенностей постэмбрионального развития человека является акселерация, которая достигает максимума в период полового созревания. Акселерация - ускорение роста и развития детей и подростков. За последние 100-150 лет наблюдается ускорение соматического и физиологического созревания детей и подростков. Взрослый человек теперь на 10 см выше, чем 100 лет назад. В биологии развития акселерация - ускорение формирования отдельных частей зародыша на определенной стадии развития, в антропологии - ускорение темпов индивидуального роста и развития детей и подростков по сравнению с предыдущими поколениями в рамках определенного исторического времени. Оказывается это явление в изменении пропорций тела, увеличении массы и длины тела, более раннего появлению зубов, в раннем прекращении роста т.п.. Акселерация проявляется уже на стадии зародышевого развития, о чем свидетельствует увеличение длины тела новорожденных на 0,5-1 см и массы на 50-100 г при рождении за последние 50 лет. С возрастом темп акселерации увеличивается. Сейчас существует много различных гипотез, пытающихся объяснить акселерацию у человека: гипотеза гетерозиса (увеличение гетерозиготности потомства в результате брачных связей между ранее изолированными группами людей), урбанизации (влияние условий городской жизни), влияние радиации, алиментарная гипотеза (улучшение питания, больше поступления в организм белков, витаминов), гипотеза магнитного поля Земли, и др.. Однако ни один из перечисленных факторов не может рассматриваться как основная причина акселерации.

Зрелый возраст наступает в 21 год. Первый период зрелого возраста (до 35 лет) является самым продуктивным периодом в жизни человека. Второй период зрелого возраста (от 35 до 60 лет) является периодом реализации человеком своих возможностей.

Преклонный возраст начинается с 61 года у мужчин и с 56 лет у женщин.

Старческий возраст начинается в 75 лет. Старость - возрастной период, который наступает за зрелостью и характеризуется существенными структурными, функциональными и биохимическими изменениями в организме, которые ограничивают его приспособительные возможности. Старение - процесс закономерного возникновения возрастных изменений, которые начинаются задолго до старости и постепенно приводят к сокращению приспособительных возможностей организма. Наука о закономерностях старения - геронтология. Старение — это общебиологическая закономерность, присущая всем живым организмам.

Сейчас существует более 300 гипотез о причинах старения, среди которых наиболее интересными являются: «энергетическая» теория М. Рубнера (каждый вид имеет свой энергетический фонд, который расходуется в течение жизни), «генетические» гипотезы (механизмы старения связанные с изменением состояния генетического аппарата клетки) гипотеза самоотравления И. Мечникова (с возрастом в организме накапливаются продукты азотистого обмена, гниения, что приводит к интоксикации), «соединительнотканная» гипотеза А. А. Богомольца («человек имеет возраст своей соединительной ткани »),« нервная »гипотеза И. П. Павлова (старения определяется состоянием нервной системы),« белковая »гипотеза А. В. Нагорного (старение - это результат угасающего самообновления белков); гипотеза митотического« лимита »Хейфлика (для клеток организмов присущ ограниченный митотический потенциал), «гипоталамическая» гипотеза В. М. Дильмана (с возрастом изменяется активность гипоталамуса, который является высшим центром регуляции вегетативных функций) адаптационно-регуляторная гипотеза В. В. Фролькиса (происходит мобилизация адаптивных механизмов, например , усиление гликолиза, гипертрофия и полиплоидия клеток и др..).

7. Целостность онтогенеза.

Организм развивается как целостная система благодаря информации генотипа в единстве с условиями окружающей среды. Развитие осуществляется путем выборочного включения специфических генов в соответствующем месте и в соответствующее время. Центральной гипотезой генетики развития является гипотеза дифференциальной активности генов, которая заключается в том, что дифференцирование клеток происходит без генетических изменений, т.е. все клетки имеют определенный набор генов, присущий организму, но экспрессия этих генов регулируется таким образом, что клетки синтезируют различные белки, выбирая только один из многих возможных путей развития, и становятся специализированными клетками. Основными механизмами, которые обусловливают выборочное включение генов, в результате чего возникают различия между клетками, являются: а) регуляция на уровне транскрипции б) регуляция на уровне процессинга РНК в) регуляция на уровне трансляции г) регуляция на уровне посттрансляционной модификации белков.

Внешним проявлением детерминации является дифференцирование, в результате которой клетки теряют часть своих предыдущих возможностей, но приобретают некоторые новые свойства. Дифференцирование - процесс возникновения различий между частями организма и их специализации при его развитии. Другими словами - это образование различных клеток (тканей) с исходнооднородных. Происходит, в основном, в эмбриогенезе, а также в постэмбриогенезе и некоторых органах взрослой особи (например, в кроветворных органах тотипотентные стволовые клетки дифференцируются в клетки крови). Обычно является необратимым процессом, но в условиях повреждения ткани, способной к регенерации, а также при злокачественном перерождении клетки происходит дедиференцирование - упрощение структуры клеток, связанное с временной потерей признаков их специализации. Основными механизмами дифференцировки клеток являются: 1) цитоплазматическая сегрегация (отделение), в результате чего качественно отличные участки цитоплазмы зиготы попадают в разные дочерние клетки, 2) эмбриональная индукция - влияние рядом расположенных клеток.

В развитии организмов можно выделить 3 группы факторов, детерминирующих (определяют) изменения: генетические, взаимодействие частей зародыша, влияние внешних по действию на зародыш факторов.

Генетические факторы запрограммированы в ядре. В любой клетке большинство генов репрессирована и только часть из них дерепресуется.

Условно гены можно разделить на три группы:

1) функционируют во всех клетках (гены, кодирующие общие для всех клеток структуры, ферменты энергетического обмена);

2) функционируют в тканях одного типа (синтез миозина в клетках мышечной ткани);

3) специфические для каждого типа клеток, обеспечивающие их морфологию и функции (гены гемоглобина в эритроцитах).

Зигота в своем ядре имеет набор генов для развития всего разнообразия клеток, тканей и органов. Желточные включения цитоплазмы оплодотворенной яйцеклетки содержат белки и липоиды, есть пластический и энергетический материал, необходимый для процессов разделения при развитии зародыша. В зиготе гены репрессированы, в них ДНК связана с белками-гистонами. Во время оплодотворения наступает экспрессия определенных групп генов благодаря поступлению веществ из цитоплазмы в ядро, которые высвобождают определенные участки ДНК от гистонов. Происходят процессы транскрипции, трансляции с образованием белков, участвующих в формировании определенного признака. Клетки, образующиеся в результате нескольких первых делений зиготы, сохраняют способность формирования всех типов клеток, является во взрослом организме, они тотипотентнимы.

Взаимодействие частей зародыша начинается с того, что возникают различные виды клеток за счет неоднородности цитоплазмы в яйцеклетке. От этого зависят первичная дифференциация. Дальнейшее усложнение строения частей тела достигается благодаря взаимомодействию между клетками. На определенных стадиях развития клетки зародыша приобретают способность реагировать на индуцирующее влияния других клеток образованием определенных структур (эмбриональная индукция), но без влияния соседних клеток эти потенции не реализуются.

Внешними для зародыша могут быть факторы физической и химической природы: изменения температуры, поступление кислорода, лекарственные вещества, токсины паразитов и т.п.. Особенно чувствительными к воздействию различных факторов есть определенные периоды онтогенеза, которые назвали критическими.

Критические периоды - это периоды наименьшей устойчивости зародышей к факторам внешней среды. Такими периодами являются промежутки времени, связанные с переходом от одного морфофункционального этапа развития к следующему, качественно отличного от предыдущего. Критическими периодами являются: в передзиготный период - мейоз, оплодотворение, во время эмбриогенеза - имплантация, плацентация, роды, в постэмбриогенезе - первый год жизни, период полового созревания. Различают критические периоды в развитии отдельных органов и общие для организма. Вредное воздействие на организм могут осуществлять химические вещества, физические и биологические факторы, гипоксия, голодание, наркотические средства и др.. Под их влиянием могут возникать нарушения развития, которые называют пороками развития. Дефекты могут возникать вследствие изменений в генетическом аппарате (мутаций), влияния в эмбриогенезе тератогенных факторов (некоторые инфекционные болезни, излучения, некоторые лекарства и др.). Пороки развития разделяют на наследственные (возникают в результате мутаций), экзогенные (возникающие под действием внешних вредных факторов) и мультифакторные (возникают вследствие совместного действия мутаций и внешних вредных факторов). Их классифицируют и по анатомо-морфологическим принципам: пороки развития ЦНС, сердечно-сосудистой системы, костно-мышечной системы и др..

Пороки развития - это врожденные отклонения за пределы нормальных вариантов в анатомическом строении (форме, размерах, числе) тканей и органов человека, которые в основном сопровождаются нарушениями их функций или даже угрожают жизнеспособности организма.

Изучение происхождения и патологии пороков составляет отдельную дисциплину науки - тератологию (с греч. Teratos - чудовище, logos - понятие, учение).

Пороки развития - распространенный вид патологии, удельный вес которого в общей популяции колеблется в разных странах, по данным ВОЗ, от 2,7 до 16,3% и имеет тенденцию к росту в последние десятилетия.

В основе происхождения пороков лежат разнообразные нарушения процессов развития тканей и органов.

Некоторые нарушения процессов развития тканей и органов, которые приводят к порокам развития у человека.


нарушения

порок развития

Агенезия и аплазия

Полное отсутствие органа

гипоплазия

Недостаточное развитие массы органа, отдельных его частей или всего тела

гипертрофия

Чрезмерное развитие органа за счет увеличения его объема или количества клеточной массы

гетеротопия

Наличие комплекса клеток, частей тканей или органа в других тканях или органах

Эктопия и дистопия

Ненормальная локализация органа

атрезия

Сращивание отверстий или каналов органов

атавизм

Появление у человека тканевых структур в местах, где она у животных есть.

Для диагностирования пороков развития используют практически все методы, известные современной медицине.

Это и классическое визуальное обследование, и рентген, и ультразвуковая диагностика, и ядерно-магнитный резонанс. Используют также биохимические и молекулярно - генетические методы. Их можно применять и на стадии эмбрионального развития.

Причины возникновения пороков развития.

Все многочисленные факторы пороков развития можно разделить на две группы - эндогенные и экзогенные. В группу эндогенных факторов относятся мутации наследственных структур. Группу экзогенных факторов составляют физические, химические и биологические.

Экзогенные факторы пороков развития человека


типы факторов

Факторы пороков развития

физические

Рентгеновское и радиоактивное облучение, гипоксия плода, механические воздействия на плод

химические

Этиловый спирт, антиметаболиты, цитостатики, инсектициды, соединения мышьяка, хрома, наркотики, транквилизаторы, гормональные препараты

биологические

Грипп, корь, коревая краснуха, токсоплазмоз, эпидемический паротит, гепатит

Кроме того, к порокам развития могут привести неинфекционные заболевания матери, сопровождающиеся развитием у нее гипоксемии, вызывая гипоксию плода. Парциальные формы голодания, в частности дефицит аминокислот и белков, витаминов, также могут быть причиной развития пороков, особенно нервной системы.

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1) Как можно диагностировать пороки развития человека?

2) Какие факторы повышают риск пороков развития человека?

3) Какие пороки развития человека вам известны?

4) Какие меры профилактики могут снизить риск появления пороков развития человека?

5) Какие технологии используют для корректировки пороков развития человека?

6) Почему коррекция пороков развития человека является важной для общества?

7) Как происходит процесс оплодотворения?

8) Какие периоды онтогенеза выделяют в многоклеточные организмы?

9) Какие процессы происходят в организме во время эмбриогенеза?

10) Какие процессы происходят в организме при постэмбриональном развитии?

Домашнее задание: выучить конспект, § 19-23, Лек.№ 24

Лекция № 25

Тема: Популяция. Характеристика популяции. Особенности структуры популяции. Факторы, влияющие на численность популяции. Динамика и колебания популяции. Экосистемы. Взаимодействия в экосистемах.

Базовые понятия и термины: экология, популяция, половая и возрастная структура популяции, экологические факторы, численность популяции, экосистема, развитие и изменение экосистем, сукцессия, виды-пионеры, условия существования, экологические факторы, взаимодействие, симбиоз, мутуализм, комменсализм, паразитизм, хищничество, конкуренция.

План лекции:

1.Популяция. Характеристика популяции.

2.Структура популяции.

3.Популяционые волны.

4. Гомеостаз популяции. Факторы, влияющие на численность популяции. Динамика и колебание популяции.

5.Екосистемы. Взаимодействия в экосистемах.

6.Саморегуляция экосистем.

Содержание лекции:

                                                           «В капле воды отражается Вселенная».

                                                                                              (Арабская пословица)

1.Популяцийно-видовой и экосистемный уровни организации жизни.

Популяции и их экологическая характеристика.

В пределах ареала определенного вида условия для существования организмов неодинаковы, следовательно, будут иметь место различия между структурными группировками вида. Например, вид окуня речного имеет прибрежную и глубоководную популяции. Количество популяций зависит в основном от величины ареала и разнообразия условий существования. Группы пространственно-смежных популяций могут образовывать географическую расу, или подвид. Единство особей популяции обеспечивает свободное скрещивание-панмиксию. Каждая популяция характеризуется определенными признаками, которые подчеркивают ее экологические особенности. Раздел экологии, изучающий условия формирования, структуру и динамику развития популяций отдельных видов называется популяционной экологией.

Экологическая характеристика популяций - это перечень особенностей, которые описывают взаимодействие популяций с комплексом экологических факторов определенной среды обитания.

Любая популяция вида занимает определенную территорию, которая называется популяционным ареалом. Ареал популяции может иметь разную величину, зависит во многом от степени подвижности особей. Каждая популяция характеризуется численностью-числом особей, которая входит в состав популяции и занимает определенную площадь или объем в биоценозе. Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, но ее ограничивают ресурсы, которые необходимы для нормального функционирования. Численность особей в популяции колеблется в определенных пределах, однако она не может быть ниже некоторой границы. Сокращение численности ниже этого предела может привести к вымиранию популяции. Численность популяции определяется рождаемостью, смертностью, их соотношением в виде естественного прироста, а также иммиграцией (вселения) и эмиграцией (выселение). Рождаемость-количество особей популяции, рождается в единицу времени, а смертность-число особей популяции, которые погибают за это же время. Если рождаемость преобладает над смертностью, то, будет наблюдаться положительный естественный прирост и численность популяции, будет увеличиваться. В соответствии с величиной ареала популяции и численности особей вычисляется плотность популяции. Плотность популяции определяется средним количеством особей, приходящаяся на единицу площади или объема. Для каждого комплекса условий среды обитания есть определенная оптимальная густота популяции, определяемая емкостью среды обитания. Плотность популяции можно отобразить через такой показатель, как биомасса. Биомасса популяции - масса особей популяции, приходящаяся на единицу площади или объема.

2. Структура популяции.

В пределах популяции можно выделить группы, которые определяют ее характерную структуру.

Структура популяции - деление популяции на группы особей, которые отличаются по тем или иным свойствам (размеры, пол, местоположение, особенности поведения и т.д.).

Различают следующие виды структуры популяций:

1) половая структура - соотношение особей разных полов;

2) возрастная структура - распределение особей популяции по возрастным группам;

3) пространственная структура - распределение особей популяции по территории, которую она занимает;

4) этологическая структура - система взаимосвязей между особей, что проявляется в их поведении; так, основными формами организации популяций животных есть единичный образ жизни (например, большинство пауков, утка-кряква) и групповой образ жизни в виде семей (правд львов), колоний (у диких кроликов, береговых ласточек), стай (у саранчи, волков), табунов (у копытных животных, китообразных).

3.Популяцийни волны.

Популяционные волны - это периодические или непериодические изменения численности популяций под влиянием различных факторов. Это понятие ввел С.С.Четвериков. Популяционные волны - одна из причин дрейфа генов, вызывает следующие явления: рост генетической однородности (гомозиготности) популяции; изменение концентрации редких аллелей, сохранение аллелей, снижающих жизнеспособность особей; изменение генофонда в разных популяциях. Все эти явления ведут к эволюционным преобразованиям генетической структуры популяции, а в дальнейшем и к изменению вида.

Популяционные волны могут быть сезонными и несезонными:

Сезонные популяционные волны – обусловлены особенностями жизненных циклов или сезонной сменой климатических факторов;

Несезонные популяционные волны – вызваны изменениями различных экологических факторов.

Популяция сама по себе может поддерживать свою численность неограниченное время. На уровне популяции существуют процессы саморегуляции, приводящие в соответствие плотность популяции к емкости среды обитания и проявляются в виде волн жизни.

Основными механизмами регуляции численности популяции являются:

1) регуляция взаимосвязями с популяциями других видов (например, численность рыси зависит от численности зайцев);

2) регуляция расселением (миграции белок);

3) регуляция общественным поведением (у общественных насекомых в размножении участвуют отдельные самки-матки и самцы, количество которых регулируется в процессе размножения);

4) регуляция территориальным поведением (мечения территории у медведей, зубров, тигров)

5) регуляция перенаселением и стрессовым поведением (явление каннибализма у чаек).

Вследствие длительного приспособления к условиям существования у популяций выработались механизмы, позволяющие избежать неограниченного роста численности, и способствуют поддержанию плотности популяции на относительно постоянном уровне.

4.Гомеостаз популяции – это поддержание численности популяции на определенном, оптимальном для данной среды обитания уровне. На гомеостаз популяции влияют абиотические факторы, а также межвидовые и внутривидовые взаимосвязи.  5.Екосистемы, их структура и свойства.

Экосистема-совокупность организмов разных видов и среды их обитания, связанные обменом вещества, энергии и информации. Домашний аквариум, озеро на окраине села, степной балка, лесной массив, кабина космического корабля, целая наша планета все это экосистемы единой биосферы. Понятие «экосистема» предложил в 1935 году А.Тесли. Функционирования экосистемы обеспечивает «внутренний» биологический кругооборот веществ между абиотическими и биотическими частями. Экосистемы являются открытыми биосистемами, и поэтому для существования во времени нужны «внешние» потоки энергии, вещества и информации в составе общего геологического круговорота.

Близкими к экосистемам является биогеоценозы.

Биогеоценоз-это определенная территория с однородными условиями существования, населенная взаимосвязанными популяциями разных видов, объединенных между собой круг воротом веществ и потоком энергии. Понятие о биогеоценозе введено В.М.Сукачовым (1940). Основой подавляющего большинства биогеоценозов являются фотосинтезирующие организмы, которые образуют растительные группировки. Биогеоценоз, в отличие от экосистемы, является конкретным, территориальным понятием, потому что он занимает ограниченный участок с однородными условиями существования и с соответствующим фитоценозом (растительным группировкам).

В экосистеме выделяют биотические и абиотические части. Биотическая часть экосистемы является совокупностью взаимосвязанных живых организмов, образующих биоценоз. Биоценоз-это группировка взаимосвязанных между собой популяций организмов разных видов, населяющих участок местности с однородными условиями существования. Это понятие предложил немецкий гидробиолог К.Мьобиус. Основой биоценозов является фитоценоз (растительные группировки), с которыми связаны зооценозы (группировки животных) и микробиоценозы (группировка микроорганизмов). Биоценозы существуют на определенном участке среды, которая называется биотопом.

 Биотическую часть экосистемы составляют различные экологические группы организмов, объединенные между собой пространственными и трофическими связями - продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты - популяции автотрофных организмов, способных синтезировать органические вещества из неорганических. Это зеленые растения, цианобактерии, фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии. В водных экосистемах основными продуцентами являются водоросли, а на суше – семена растения.

Консументы – популяции гетеротрофных организмов, которые питаются непосредственно или через другие организмы готовым органическим веществом, синтезированным автотрофами. Различают консументы 1 порядка (гетеротрофные растительные организмы (фитофаги), паразиты растений), консументы 2 и последующих порядков (гетеротрофные организмы, питающиеся растительноядными формами (хищники), паразиты животных, а также сапрофаги).

Редуценты – популяции гетеротрофных организмов, которые в процессе жизнедеятельности разлагают мертвые органические вещества до минеральных, которые затем используются продуцентами. Это гетеротрофные сапрофитные организмы – бактерии и грибы, выделяющие ферменты и органические остатки и поглощающие продукты их расщепления. В процессах разложения органических соединений участвуют детритофаги (потребляют измельченную органику, например, дождевые черви, личинки мух), сапрофаги поедают помет животных и человека, например, жуки-навозники), некрофаги (поедают трупы животных, например, жуки-навозники) .

В состав абиотической части биогеоценоза входят следующие компоненты:

Неорганические вещества-соединения, которые включаются в биогенную миграцию веществ (например, СО2, О2, азот, вода, сероводород и др.);

Органические вещества-соединения, которые связывают между собой абиотическую и биотическую части экосистемы;

Микроклимат, или климатический режим-совокупность условий, определяющих существование организмов (освещенность, температурный режим, влажность, рельеф местности и т.п.).

Основными свойствами экосистем являются: целостность, самовоспроизведение, устойчивость, саморегуляция и др... Взаимосвязи между популяциями в экосистемах. Состав и структура группировок, их устойчивость и изменение зависит от сложных взаимосвязей между популяциями разных видов. Выделяют следующие типы связей между отдельными популяциями разных видов в экосистемах:

Прямые - непосредственно связывают две популяции (хищник и добыча, паразит и хозяин);

Косвенные - популяции одного вида влияют на популяцию другого опосредованно, через популяции третьего (хищники, поедая добычу, влияют на популяции растений);

Трофические - это связи питания (хищник-добыча);

Топические - это пространственные связи (орхидеи на стволах деревьев);

Антибиотические взаимосвязи (хищничество, конкуренция, выедание) - каждая из взаимодействующих популяций разных видов испытывает негативное влияние другой;

Нейтральные взаимосвязи - существование на общей территории популяции разных видов не влечет для каждой из них никаких последствий (хищники разных видов);

Симбиотические взаимосвязи (мутуализм, комменсализм, паразитизм) - все формы сосуществования организмов разных видов (клубеньковые бактерии и бобовые растения).

6.Саморегуляция экосистем. Агроценозы. Саморегуляция способность к восстановлению внутреннего равновесия после какого-либо природного или антропогенного воздействия. Колебания количественных и качественных показателей, характеризующих экосистемы, происходит вокруг определенных средних (оптимальных) значений. Стабильность экосистемы предполагает постоянство (гомеостаз) популяций каждого ее вида. Регулирующими факторами, которые сглаживают колебания численности отдельных видов, является внутривидовые и межвидовые связи. Состояние равновесия популяции определяется соотношением лимитирующих факторов, обусловливающие сопротивление среды, с одной стороны, и биотический потенциал размножения - с другой. Экосистема только стремится к устойчивости, но никогда ее не достигает: во-первых, меняются внешние условия, во-вторых, виды изменяют среды обитания.

Контроль знаний и умений:

1) Что такое структура популяции?

2) Какие различают виды структуры популяции?

3) Как регулируется численность популяции?

4) Какой главный фактор, влияющий на гомеостаз популяции?

5) в чем отличие экосистемы от биогеоценоза?

Домашнее задание: пересказ конспекта, §28,29, (30-33,47) подготовить сообщения, Лек.25.


Лекция № 26

Тема: Общая характеристика биосферы. Влияние живых существ на состав биосферы. Саморегуляция биосферы.

Базовые понятия и термины: биосфера, ноосфера, биомасса, живые организмы, продуктивность, геологическая роль, взаимосвязи.

План лекции:

1.Общая характеристика биосферы. Биосфера и ее границы. Абиотическая и биотическая часть. Закон биогенной миграции. Структурные элементы биосферы.

2.Понятие ноосферы. Признаки.

3.Живое вещество биосферы. Функции. Влияние живых существ на состав биосферы.

4.Саморегуляция в биосфере. Круговорот веществ в биосфере. Биосфера и человечество.

Содержание лекции:

1.Биосфера и ее границы.

 Биосфера - особая оболочка Земли, населенная живыми организмами. Первые представления о биосфере как «зоне жизни» дал Ж. Б. Ламарк, термин предложил австрийский ученый Е.Зюсс (1975), а целостное учение о биосфере создал наш выдающийся соотечественник В.И. Вернадский («Биосфера» 1926). Наука, изучающая возникновение, эволюцию, структуру и механизмы функционирования биосферы, называется биосферологией.

Биосфера - это часть геологических оболочек Земли, заселенная живыми организмами: в литосфере - до 4-5 км в глубину (ограничительный фактор - температура), в гидросфере - по всей глубине (до 11 034 м);

в атмосфере - до 20-25 км в высоту (ограничительный фактор - ультрафиолетовые лучи).

Биосфера - это открытая саморегулируемая самовосстанавливающая система, элементарной единицей которой является биогеоценозы. Основным условием существования биосферы является круговорот веществ. В структуре биосферы выделяют абиотических и биотических компоненты, связь между которыми осуществляется за счет биогенной миграции веществ.


БИОСФЕРА

Биогенная миграция элементов

Компонент биосферы:

Абиотический

Абиотический

Лито-, гидро- и атмосфера где происходит выветривание, растворение, и химические преобразования и др.

Продуценты, консументы и редуценты которые обеспечивают реализацию основных функций живого вещества.



Закон биогенной миграции химических элементов (В.И. Вернадский):

Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или есть в среде, особенности которой обусловлены живым веществом.

       Структурными элементами биосферы есть 7 типов веществ: живая, биогенная, абиотическая, биогенно-абиотическая, радиоактивная, космическая, рассеянные атомы. Биосфера существует со времени появления жизни на Земле и на современном этапе своего развития постепенно переходит в ноосферу.

 2.Ноосфера - это новое состояние биосферы, при котором определяющим фактором становится умственная деятельность человека. Понятие ноосферы было введено Е. Леура и П.Т. где Шарденом в 1927 году. Учение о ноосфере создал и развивал В.И. Вернадский (1864-1945). Определяющим фактором развития ноосферы является научная мысль и человеческий труд, а характерной чертой - экологизация всех сфер жизни. Признаками ноосферы называют следующие:

1) процессы, которые ведут к рассеиванию энергии, а не накопления, 2) массовое использование для получения энергии продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох, 3) в массовых количествах создаются вещества, которых раньше в биосфере не было;

4) выход в космос и создание биосферы на других планетах;

5) превращение человечества в глобальную автотрофную цивилизацию при овладении производством искусственных продуктов и др..

          3.Живое вещество биосферы, ее свойства и функции.

Живое вещество - вся совокупность живых организмов на планете. Понятие «живого вещества» ввел в науку В.И. Вернадский. Живое вещество является наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития. На ее долю приходится всего 0,01% от массы всей биосферы (97% - растения и 3% - животные и другие организмы), однако именно с ней связаны важнейшие функции живой оболочки. Основными свойствами живого вещества является высокоорганизованная внутренняя структура. Обмен веществ, рост, самовоспроизведение, способность накапливать и передавать энергию по цепям питания, изменение абиотической среды, адаптивность и др..

Наибольшее скопление живого вещества наблюдается на границе трех оболочек: атмо-, гидро-и литосферы (в тропических лесах и тропической литорали).

Функциями живого вещества в биосфере является:

газовая - влияние живых организмов на газовый состав атмосферы (образование кислорода, выделение углекислого газа, фиксация азота и т.п.); концентрационная - поглощение живыми организмами определенных химических элементов и их накопление (накопление моллюсками в раковинах Кальция, диатомовыми водорослями, хвощами, злаками - соединений кремния, морскими водорослями - Йода) окислительно-восстановительная - живые организмы окисляют и восстанавливают определенные соединения (железо-, серобактерии) биохимическая - синтез и расщепление органических соединений, что обуславливает биологический круг обращение и биогенной миграции атомов.

Роль живых организмов в преобразовании оболочек Земли

Живые организмы участвуют в преобразовании оболочек Земли, то есть обеспечивают планетарную роль живого вещества.

С участием живого происходит:

Образование осадочных пород (известняк и раковин моллюсков).

Образование полезных ископаемых (каменный уголь с вымерших хвощей, плаунов и папоротников, залежи серы серобактериями).

Разрушение горных пород (лишайники).

Образование почвы (почвенные бактерии).

Образование кислорода, из которого формируется озоновый экран Земли (растения, цианобактерии).

Влияние на концентрацию азота и образования оксидов азота, аммиака.

Влияние на концентрацию углекислого газа (животного в результате дыхания).

Заболачивание (торфяные мхи) и др..

4.Круговорот веществ в биосфере (биологический круговорот) - это перемещение, распределение и концентрация химических элементов и веществ, происходящих с помощью живых организмов. Круговорот веществ в природе замкнутый не полностью, часть элементов откладывается в виде пород органического происхождения. Прямо или косвенно биологический круговорот веществ в биосфере осуществляется за счет солнечной энергии и сил гравитации. Биологический круговорот веществ в природе, в отличие от геологического, быстрый и разомкнут (часть элементов откладывается в виде пород органического происхождения). Через воздух осуществляется 98,3% круговорота веществ, через воду - 1,7%. В биогенной миграции элементов участвуют разные организмы, и поэтому выделяют три типа круговорота, осуществляемые, многоклеточными организмами микроорганизмами и человеком. На сегодня наблюдается нарушение круговорота веществ в биосфере, баланса между биологическими и геологическими круговоротами, главными причинами, которых являются:

1) достаточно сильное искусственное ускорение процессов выветривания пород и ускоренные темпы гибели биоты, что ведет к замедлению биологического круговорота;

2) создание человеком веществ, которые в дальнейшем не могут быть использованы организмами.

 К важнейшим циклам принадлежит круговорот воды, кислорода, углерода, азота, фосфатов, сульфатов. Для примера можно рассмотреть круговорот азота.

Круговорот азота. Азот - инертный элемент, и поэтому достаточно редко встречается в связанном виде. Это необходимый компонент аминокислот и белков. Никакой другой элемент так не ограничивает ресурсы питательных веществ в экосистемах, как азот. Он становится доступным для живых организмов в результате азотфиксации, к которой способны определенные бактерии и цианобактерии. Азотфиксация - процесс связывания молекулярного азота атмосферы с образованием азотсодержащих соединений, осуществляется азот фиксирующими организмами, вследствие чего свободный азот почвы и атмосферы становится доступным для растений.

Разложение азотсодержащих органических соединений с образования аммиака (дезаминирование) осуществляется амиакофсирующими бактериями из родов Bacillus, Pseudomonas, Clostridium и др.. Как правило, выделенный вследствие аммонификации аммиак растворяется в грунтовой воде, присоединяет протоны и превращается в аммоний NH4 +. Аммонификация - процесс разложения микроорганизмами азотсодержащих соединений до аммиака, вследствие чего трудноусвояемый азот органических соединений растительных и животных остатков переходит в доступную для растений форму.

Аммиак и аммонийные соединения способны к капитальному окислению с образованием азотной и азотной кислот, используемых в процессе нитрификации бактериями родов Nitrosomonas, Nitrobacter и др.. Благодаря их деятельности в почве образуются нитриты и нитраты. Нитрификация - процесс преобразованиями микроорганизмами восстановленных соединений азота (аммиака и аммонийных соединений) в окислении неорганические нитриты и нитраты, свидетельствующие о завершении процессов минерализации в экосистеме.

Замыкают цикл Азота микробиологические процессы денитрификации, которые превращают нитриты и нитраты до газообразного азота, предотвращая их накоплению в почве. Не использованный бактериями (Pseudomonas) и растениями азот в результате эрозии почв, как и фосфор поступают в водоемы, что приводит к эвтрофикации с последующими негативными явлениями. Аэробные бактерии в таких водоемах уступают место анаэробным. В результате продукты реакций окисления (CO2, HNO3, H2PO4 т.д.) заменяются на продукты ответных реакций (CH4, H4S, NH3). Из воды исчезают фитопланктон, многоклеточные водоросли, рыбы и постепенно вода приобретает зловонный запах.

Денитрификация - процесс превращения микроорганизмами окисленных соединений азота (нитратов, нитритов) до газообразного молекулярного азота и его оксидов.

 Контроль знаний и умений:

Дать ответ на вопросы:


1.Что такое биосфера?

2.Какие основные положения учения В. И. Вернадского о биосфере?

3.Что такое ноосфера, и какое значение она имеет для нашей планеты?

4.Как роль играют живые организмы на нашей планете?


Домашнее задание: § 31, пересказ конспекта, Лек.№26


Лекция № 27

Тема: Биосфера и человечество. Экологический кризис современности. Рост численности населения и проблемы, которые с этим связаны. Глобальные климатические изменения.

План лекции:

1.Экологический кризис современности. Деградация природы.

2.Рост численности населения и проблемы, которые с этим связаны.

3.Глобальные климатические изменения.

Содержание:

1.Экологический кризис современности. Деградация природы.

Большинство специалистов придерживаются мнения, что основной проблемой выживания человечества является глобальная экологическая проблема, связанная с деградацией окружающей среды.

Деградация природыэто процесс нарушения экологического равновесия, который вызывается природными или антропогенными факторами и приводит к разрушению окружающей среды. На протяжении многих лет богатства недр, ресурсы биосферы потреблялись и тратились в максимально возможных объемах. Человечество вступило в ХХ в. под лозунгом: «Природа не храм, а мастерская». Такой подход не мог не завершиться глобальной деградацией природной среды земного шара. Четко она начала проступать как явление, охватившее всю планету, с начала 1970-х годов. Развитие деградационных процессов на планете предрекалось давно (I в. До н.э. - Цицерон, Х в. - Ибн Сина (Авиценна)). Особенно многочисленными стали предостережение о деградации природы планеты во второй половине ХХ в., когда отдельные локальные экологические бедствия стали перерастать в глобальный экологический кризис. Более четверти века назад, в 1972 году, Римский клуб опубликовал тревожный прогноз развития человеческой цивилизации «Пределы роста», выполненный группой специалистов под руководством Д. Медоуза, который предрекал опасную деградацию природной среды. Во второй половине ХХ в. немало других известных ученых выражали обеспокоенность растущей угрозы человечеству со стороны последствий стихийного научно-технического прогресса. Однако все эти предостережения получили мало ответных мер - экологический кризис среды усиливался.

Современный экологический кризис имеет качественно иную среду по сравнению со всеми предыдущими кризисами. Это первый кризис, охвативший всю планету, который вызван не природными процессами, а деятельностью человечества.

Темпы изменения параметров биосферы, порожденные этим экологическим кризисом, оказались в сотни и тысячи раз выше темпов естественной эволюции. Началась общая глобальная деградация природной среды, которая проявляется в двух типах: сравнительно небольших по мощности, но действуют в течение длительного времени; разовых катастрофических, которые возникают в случае аварий и опасны не только по мощности, но и за внезапностью и резкостью действия.

На фоне общей деградации природной среды создаются предпосылки для развития чрезвычайных экологических ситуаций и экологических катастроф. Под чрезвычайными экологическими ситуациями понимают возникновения внезапных природных бедствий или техногенных аварий, сопровождающихся большими экономическими убытками. Длительное состояние чрезвычайной экологической ситуации вызывает возникновения экологической катастрофы. Моделями особо крупных экологических катастроф стали – Чернобыльская, Фукусима , Аральский экологический кризис, войны в Иране и Ираке.

Главная опасность для человечества заключается не в отдельных экологических катастрофах, какими бы трагическими ни были их последствия, а в постепенной деградации природной среды под влиянием, казалось бы, малозаметных результатов производственной деятельности. Они вызывают такие глобальные явления, как глобальное потепление, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, загрязнение всех геосфер планеты, деградация лесов, накопление и неконтролируемое перемещение токсичных веществ и отходов, опустынивание, эрозия почв, уменьшение биологического разнообразия.

Современные экологические проблемы.