Конспекты по биологии для подготовки к ЕГЭ
материал для подготовки к егэ (гиа) по биологии (11 класс) на тему

Автотрофы

Автотрофы никого не едят, органические вещества делают сами из неорганических.

• Автофототрофы – энергию получают из света (фотосинтез). К фототрофам относятся растения и фотосинтезирующие бактерии.
• Автохемотрофы – энергию получают при окислении неорганических веществ (хемосинтез). Например,

• серобактерии окисляют сероводород до серы,
• железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного,
• нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты.

Сходство и различие фотосинтеза и хемосинтеза

• Сходства: все это пластический обмен, из неорганических веществ делаются органические (из углекислого газа и воды – глюкоза).
• Различие: энергия для синтеза при фотосинтезе берется из света, а при хемосинтезе - из окислительно-восстановительных реакций.

Гетеротрофы

Гетеротрофы получают органические вещества в готовом виде, с пищей. К гетеротрофам относятся животные, грибы и большинство бактерий.

Способы питания гетеротрофов
1. Хищники – убиваю жертву, а затем съедают (лев, щука, оса).
2. Паразиты – поедают живую жертву (вирус гриппа, туберкулёзная палочка, дизентерийная амеба, аскарида и т.п.)
3. Cапрофиты (сапротрофы) – питаются мертвыми организмами (личинки мясных мух, плесневые грибы, бактерии гниения).
4. Cимбионты – получают питание от другого организма на взаимовыгодной основе. Например:

• Микориза (грибокорень) – симбиоз гриба и растения. Растение дает грибу глюкозу (которую делает при фотосинтезе), а гриб дает растению воду и минеральные соли.
• Лишайник – симбиоз грибов и водорослей. Водоросли дают грибу глюкозу, а гриб водорослям – соли и воду.
• Клубеньковые бактерии живут в специальных утолщениях (клубеньках) на корнях растений семейства бобовых. Растения дают бактериям глюкозу, а бактерии дают растениям соли азота, которые они получают при фиксации азота воздуха.

Агроэкосистема (агроценоз)

Это искусственная экосистема, созданная человеком (поле пшеницы, яблоневый сад).

1. В агроэкосистеме живет меньше видов, чем в естественной экосистеме. Поэтому пищевые цепи в агроэкосистеме короткие, неразветвленные, из-за этого круговорот веществ неустойчивый, следовательно, сама агроэкосистема неустойчива. Если человек не будет за ней ухаживать (поливать, удобрять, пропалывать), то она разрушится, например, поле пшеницы зарастет, превратится в луг. Таким образом, естественная экосистема получает энергию только от солнечного света, а агроэкосистема – от Солнца и от человека (основной источник энергии для агроэкосистемы – всё-таки Солнце).

2. В агроэкосистеме живет очень много растений одного вида(монокультура), следовательно, создаются хорошие условия для консументов, питающихся этим видом (вирусов, бактерий, нематод, клещей, насекомых и т.п.). Поэтому в сельском хозяйстве обязательно надо бороться с вредителями. Основные способы:

• ядохимикаты (плюс – дёшево, минус – уничтожаются естественные враги вредителей, так что их численность может, наоборот, возрасти);
• биологические методы (использование естественных врагов – наездников против бабочек, божьих коровок против тли и т.п.);
• севооборот (каждый год на поле выращивается другая культура, чтобы вредители не накапливались в почве)

3. В естественной экосистеме растения своими корнями забирают из почвы минеральные соли, затем растения поедаются консументами, разрушаются редуцентами, и соли возвращаются назад в почву – это замкнутый круговорот веществ. На поле пшеницы урожай собирается и вывозится, и минеральные соли в почву не возвращаются (незамкнутый круговорот веществ). Поэтому в сельском хозяйстве применяют удобрения – минеральные (соли) и органические (навоз).

Белки, жиры, углеводы, витамины

Витамины

Входят в состав ферментов, поэтому должны обязательно присутствовать в пище. Недостаток витаминов приводит к авитаминозу (нарушению обмена веществ).

Витамин А входит в состав палочек сетчатки глаза. Авитаминоз – куриная слепота (человек ничего не видит при слабом освещении [в сумерках]). Содержится в яичном желтке, печени, рыбьем жире.

Витамин В1. Авитаминоз – «бери-бери» – отеки, прогрессирующие параличи конечностей. Содержится в дрожжах, хлебе грубого помола, гречневой каше.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Является антиоксидантом (замедляет окисление органических молекул). Авитаминоз – цинга: кровоточивость десен, выпадение зубов. Содержится в свежих растениях.

Витамин D участвует в регуляции обмена кальция и фосфора, недостаток у детей приводит к развитию рахита, когда в костях откладывается недостаточно кальция и они из-за этого принимают неправильную форму. Содержится в печени, яичном желтке, рыбьем жире, а так же образуется в коже человека под воздействием ультрафиолетовых лучей.

        Белки, жиры, углеводы        

Служат для организма строительным материалом и источником энергии.

Белки – главный строительный материал. (Недостаток в пище животных белков опасен, особенно для детей и подростков.)
Углеводы – главный источник энергии.
Жиры – запас энергии. (При окислении 1 г жира выделяется в два раза больше энергии, чем при окислении грамма белка или углевода.)

Избыток углеводов превращается в жиры.
Избыток белков превращается в жиры или углеводы.
Углеводы и жиры могут превращаться друг в друга, в белки – не могут.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Анатомия изучает внутреннее строение организмов.

Биохимия изучает химический состав живых организмов и химические реакции обмена веществ.

Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости.

• Близнецовый метод: изучение однояйцевых близнецов.
• Генеалогический метод изучает родословные.
• Гибридологический метод: скрещивание организмов и анализ потомства.
• Цитогенетический метод: изучение количества и строения хромосом.

Гистология изучает ткани.

Морфология изучает внешнее строение организмов.

Палеонтология изучает ископаемые остатки организмов.

Селекция занимается выведением новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

• Генная инженерия: пересадка гена в организм другого вида, например, пересадка человеческого гена в бактерию.
• Клеточная инженерия:

• выращивание нового организма из яйцеклетки с замененным ядром (клонирование животных);
• выращивание целого организма из одной или нескольких соматических клеток;
• выращивание тканей и органов «в пробирке» (культура клеток);
• объединение клеток организмов разных видов (получение гибридных клеток).

Систематика (классификация, таксономия) изучает многообразие живых организмов и распределяет их по группам на основании эволюционного родства.

Физиология изучает работу организма.

Цитология (молекулярная биология) изучает строение и работу органоидов клетки.

• Микроскопирование: разглядывание клетки в микроскоп.
• Центрифугирование: разделение клетки на фракции по плотности.

Эволюционная теория изучает закономерности возникновения приспособлений организмов к среде обитания

Экология изучает взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей их средой (в том числе загрязнённой).

Эмбриология изучает развитие организма животного от момента образования зиготы до рождения.

Биосинтез белка. Генетический код

Информация о строении белка (наследственная информация) закодирована в ДНК, которая у эукариот входит в состав хромосом и находится в ядре. Участок ДНК (хромосомы), в котором закодирована информация об одном белке, называется ген.

Транскрипция – это переписывание информации с ДНК на иРНК (информационную РНК). иРНК переносит информацию из ядра в цитоплазму, к месту синтеза белка (к рибосоме).

Трансляция – это процесс биосинтеза белка на рибосоме. Рибосомы – это органоиды, которые занимаются синтезом белка. Часть рибосом присоединены к ЭПС, эта ЭПС называется шероховатая (гранулярная).

Реакции транскрипции, трансляции, а так же репликации (удвоения ДНК) являются реакциями матричного синтеза. ДНК служит матрицей для синтеза иРНК, иРНК служит матрицей для синтеза белка.

Генетический код – это способ, с помощью которого информация о строении белка записана в ДНК.

Свойства генкода

1) Триплетность: одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Эти 3 нуклеотида в ДНК называются триплет, в иРНК – кодон, в тРНК – антикодон (но в ЕГЭ может быть и «кодовый триплет» и т.п.)

2) Избыточность (вырожденность): аминокислот всего 20, а триплетов, кодирующих аминокислоты – 61, поэтому каждая аминокислота кодируется несколькими триплетами.

3) Однозначность: каждый триплет (кодон) кодирует только одну аминокислоту.

4) Универсальность: генетический код одинаков для всех живых организмов на Земле.

Задачи

Задачи на количество нуклеотидов/аминокислот
1 аминокислота – 3 нуклеотида
10 аминокислот – 30 нуклеотидов
44 аминокислоты – 132 нуклеотида и т.д.

Задачи на АТГЦ
ДНК иРНК тРНК
   А        У        А
   Т        А        У
   Г        Ц        Г
   Ц        Г        Ц

Биосфера и живое вещество

Биосфера – это оболочка Земли, заселенная живыми организмами. Организмы живут везде, где им позволяют условия: во всей гидросфере, в верхней части литосферы (до горячих недр) и в нижней части атмосферы (до озонового слоя).

Биосфера является открытой системой, т.к. ей постоянно требуется поступление энергии извне (от Солнца). За счет энергии Солнца в биосфере происходит поток энергии и круговорот веществ.

Живое вещество – это совокупность всех живых организмов на Земле. В живом веществе химические реакции идут очень быстро, поэтому живое вещество очень активно участвует в биогеохимическом круговороте (круговороте веществ и превращении энергии в биосфере).

Биогенное вещество – вещество, создаваемое живыми организмами (уголь, нефть и т.п.). Биокосное вещество – вещество, в создании которого принимают участие живие организмы (почва, ил и т.п.).

Функции живого вещества (материал довольно мутный, многие тесты приходится решать методом исключения):

• Концентрационная – накопление (аккумулирование) в живых организмах каких-либо элементов. Например, концентрация железа в позвоночных животных гораздо выше, чем в неживой природе; хвощи накапливают кремний.
• Газовая – связана с поглощением и выделением газов. Например, при дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ, клубеньковые бактерии поглощают азот.
• Окислительно-восстановительная – это работа хемосинтезаторов, часто приводит к отложению в земной коре залежей полезных ископаемых, например, серы, бокситов, железной руды.
• Биохимическая – реакции обмена веществ, происходящие внутри организма.

Введение в генетику

Ген – это участок ДНК, отвечающий за определенный признак. Например, ген цвета волос.

Каждый ген представлен несколькими вариантами – аллелями. Например, ген цвета волос имеет два аллеля – темный и светлый.

У организмов с двойным (диплоидным) набором хромосом каждый ген имеется в двух экземплярах – один от отца, другой от матери. Такие пары называютсяаллельными генами (они находятся в гомологичных хромосомах).

Гомозигота – это состояние, когда аллельные гены одинаковы (например, и от матери, и от отца получен ген светлых волос).

Гетерозигота – состояние, когда аллельные гены разные. В этом случае обычно проявляется только один ген из аллельной пары (доминантный ген, А), а другой ген скрывается (рецессивный ген, а).

Пример полного доминирования (обычный случай), А - темные волосы, а - светлые:

• АА – темные,
• Аа – темные (а скрылся),
• аа – светлые.

При неполном доминировании (промежуточном характере наследования) гетрозигота имеет признак, промежуточный между доминантным и рецессивным. Например, у ночной красавицы:

• АА – красные лепестки,
• Аа – розовые,
• аа – белые.

Как писать гаметы

Примеры родителей (двойной набор хромосом):

• АА - доминантная гомозигота
• аа - рецессивная гомозигота
• Аа - гетерозигота
• АаBb – дигетерозигота, АаBbСс – тригетерозигота, и т.п.

Гаметы (половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды) имеют одинарный (гаплоидный) набор хромосом, поэтому в них за каждый признак отвечает только один ген (на этом основано «правило чистоты гамет»).

1) В гамете в 2 раза меньше букв, чем в родителе.
2) Каждая буква имеется только в одном экземпляре (в гамете не бывает Аа).
3) Количество гамет зависит от количества гетерозиготных аллелей у родителя (0-1; 1-2; 2-4; 3-8).

Например, родитель AaBBCc:
1) У родителя 6 букв, значит в гамете будет 3.
2) В гамете будет одна буква А, одна В, одна С.
3) Из трех аллелей только две гетерозиготы, значит, гамет будет 4 вида: (ABC), (AВс), (аBС), (аbc).

Вид, критерии вида, популяция

 Вид – это совокупность особей, сходных по критериям вида до такой степени, что они могут в естественных условиях скрещиваться и давать плодовитое потомство.

Плодовитое потомство – то, которое само может размножаться. Пример неплодовитого потомства – мул (гибрид осла и лошади), он бесплоден.

Критерии вида – это признаки, по которым сравнивают 2 организма, чтобы определить, относятся они к одному виду или к разным.

• Морфологический – внутреннее и внешнее строение.
• Физиолого-биохимический – как работают органы и клетки.
• Поведенческий – поведение, особенно в момент размножения.
• Экологический – совокупность факторов внешней среды, необходимых для жизни вида (температура, влажность, соленость и т.п.)
• Географический – ареал (область распространения), т.е. территория, на которой живет данный вид.
• Генетико-репродуктивный – одинаковое количество и строение хромосом, что позволяет организмам давать плодовитое потомство.

Критерии вида относительны, т.е. по одному критерию нельзя судить о виде. Например, существуют виды-двойники (у малярийного комара, у крыс и т.д.). Они морфологически друг от друга не отличаются, но имеют разное количество хромосом и поэтому не дают потомства. (То есть морфологический критерий не работает [относителен], но работает генетико-репродуктивный).

Популяция

Это совокупность особей одного вида (элементарная структурная единица вида), длительно проживающих в определенной части ареала. Внутри популяции скрещивание свободное, между популяциями скрещивание ограничено (изоляция).

Популяции одного вида немного отличаются друг от друга, потому чтоестественный отбор приспосабливает каждую популяцию к конкретным условиям своего ареала (популяция – единица эволюции).

Виды изменчивости

 Изменчивость – это способность организмов приобретать отличия от других особей своего вида. Бывает трех видов – мутации, комбинации и модификации.

Мутационная изменчивость

Это изменения ДНК клетки (изменение строения и количества хромосом). Возникают под действием ультрафиолета, радиации (рентгеновских лучей) и т.п. Передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора(мутационный процесс – одна из движущих сил эволюции).

Комбинативная изменчивость

Возникает при перекомбинации (перемешивании) генов отца и матери.

Источники:
1. Кроссинговер при мейозе (гомологичные хромосомы тесно сближаются и меняются участками).
2. Независимое расхождение хромосом при мейозе.
3. Случайное слияние гамет при оплодотворении.

Пример: у цветка ночная красавица есть ген красного цвета лепестков А, и ген белого цвета а. Организм Аа имеет розовый цвет лепестков, этот признак возникает при сочетании (комбинации) красного и белого гена.

Модификационная изменчивость

Возникает под действием окружающей среды. По наследству не передаётся, потому что при модификациях меняется только фенотип (признак), а генотип не меняется. Отличия от мутаций.

Примеры:

• можно разрезать корень одуванчика на 2 части и посадить их в разные условия; вырастут разные на вид растения, хотя генотип у них одинаковый;
• если человек будет находится на солнце, то он загорит; если будет заниматься физкультурой, то увеличит свои мышцы;
• при хорошем содержании куры увеличивают яйценоскость, коровы дают больше молока.

Модификационная изменчивость не безгранична, например, белый человек никогда не сможет загореть до состояния негра. Границы, внутри которых могут происходить модификационные изменения, называются «норма реакции», они заложены в генотипе и передаются по наследству.

Виды мутаций, причины, примеры

 Мутации – это изменения в ДНК клетки. Возникают под действием ультрафиолета, радиации (рентгеновских лучей) и т.п. Передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора. отличия от модификаций

Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена А на Т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия.

Хромосомные мутации – изменение строения хромосом: выпадение участка, удвоение участка, поворот участка на 180 градусов, перенос участка на другую (негомологичную) хромосому и т.п. Причины – нарушения при кроссинговере. Пример: синдром кошачьего крика.

Геномные мутации – изменение количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом.

• Полиплоидия – кратные изменения (в несколько раз, например, 12 → 24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению размера.
• Анеуплоидия – изменения на одну-две хромосомы. Например, одна лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при этом общее количество хромосом – 47).

Цитоплазматические мутации – изменения в ДНК митохондрий и пластид. Передаются только по женской линии, т.к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают. Пример у растений – пестролистность.

Соматические – мутации в соматических клетках (клетках тела; могут быть четырех вышеназванных видов). При половом размножении по наследству не передаются. Передаются при вегетативном размножении у растений, при почковании и фрагментации у кишечнополостных (у гидры).

Вирусы

Вирусы открыты Д. И. Ивановским (1892 г., вирус табачной мозаики).

Вирусы – это внутриклеточные паразиты, они могут жить и размножаться только в живых клетках. Вирусы паразитируют на клетках организмов всех царств живой природы. Вирусы бактерий называются бактериофаги.

Если вирусы выделить в чистом виде, то они существуют в форме кристаллов (у них нет собственного обмена веществ, размножения и других свойств живого). Из-за этого многие ученые считают вирусы промежуточной стадией между живыми и неживыми объектами.

Вирусы – это неклеточная форма жизни. Вирусные частицы (вирионы) – это не клетки:

• вирусы гораздо меньше клеток;
• вирусы гораздо проще клеток по строению – состоят только из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, состоящей из множества одинаковых молекул белка.
• вирусы содержат либо ДНК, либо РНК.

Синтез компонентов вируса:

• В нуклеиновой кислоте вируса содержится информация о вирусных белках. Клетка делает эти белки сама, на своих рибосомах.
• Нуклеиновую кислоту вируса клетка размножает сама, с помощью своих ферментов.
• Затем происходит самосборка вирусных частиц.

Значение вирусов:

• вызывают инфекционные заболевания (грипп, герпес, СПИД и т.д.)
• некоторые вирусы могут встраивать свою ДНК в хромосомы клетки-хозяина, вызывая мутации.

СПИД

Синдром приобретенного иммунного дефицита вызывается вирусомиммунодефицита человека (ВИЧ). ВИЧ паразитирует на белых клетках крови (лейкоцитах лимфоцитах), это приводит к разрушению иммунной системы.

Вирус СПИДа очень нестоек, на воздухе легко разрушается. Заразиться им можно только при половых контактах без презерватива и при переливании зараженной крови.

Витамины

Входят в состав ферментов, поэтому мужно сказать, что витамины оказывают влияние на процессы обмена веществ (если среди вариантов ответа есть ферменты, то выбираем ферменты).

Витамины не вырабатываются у нас в организме, поэтому должны обязательно присутствовать в пище. Недостаток витаминов приводит к авитаминозу (нарушению обмена веществ).

Витамин А входит в состав палочек сетчатки глаза. Авитаминоз – куриная слепота (человек ничего не видит при слабом освещении [в сумерках]). Содержится в яичном желтке, печени, рыбьем жире.

Витамин В1. Авитаминоз – «бери-бери» – отеки, прогрессирующие параличи конечностей. Содержится в дрожжах, хлебе грубого помола, гречневой каше.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Является антиоксидантом (замедляет окисление органических молекул). Авитаминоз – цинга: кровоточивость десен, выпадение зубов. Содержится в свежих растениях.

Витамин D участвует в регуляции обмена кальция и фосфора, недостаток у детей приводит к развитию рахита, когда в костях откладывается недостаточно кальция и они из-за этого принимают неправильную форму. Содержится в печени, яичном желтке, рыбьем жире, а так же образуется в коже человека под воздействием ультрафиолетовых лучей.

Витамины A и D растворимы только в жирах, в нежирной пище не содержатся.

Внутренняя среда организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость)

 Внутренняя среда организма состоит из крови (течет по кровеносным сосудам), лимфы (течет по лимфатическим сосудам) и тканевой жидкости (находится между клетками).

Кровь состоит из клеток (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов) и межклеточного вещества (плазмы).

• Эритроциты (красные кровяные клетки) содержат белок гемоглобин, в состав которого входит железо. Гемоглобин переносит кислород (эритроциты принимают участие в газообмене).

• Угарный газ прочно соединяется с гемоглобином и не дает ему переносить кислород.

• Лейкоциты (белые кровяные клетки) защищают организм от инородных частиц и микроорганизмов, являются частью иммунной системы.
• Тромбоциты (кровяные пластинки) участвуют в процессе свертывания крови.
• Плазма состоит из воды с растворенными веществами. Например, в плазме растворен белок фибриноген. При свертывании крови он превращается в нерастворимый белок фибрин.

Часть плазмы крови выходит из кровеносных капилляров наружу, в ткани, и превращается в тканевую жидкость. Тканевая жидкость непосредственно контактирует с клетками тела, доносит до них кислород и другие вещества. Чтобы возвращать эту жидкость обратно в кровь, имеется лимфатическая система.

Лимфатические сосуды открыто оканчиваются в тканях; тканевая жидкость, попавшая туда, называется лимфой. Лимфа – это прозрачная бесцветная жидкость, в которой нет эритроцитов и тромбоцитов, но много лимфоцитов. Лимфа движется за счет сокращения стенок лимфатических сосудов; клапаны в них не дают лимфе течь назад. Лимфа очищается в лимфатических узлах и возвращается в вены большого круга кровообращения.

Для внутренней среды организма характерен гомеостаз, т.е. относительное постоянство состава и других параметров. Это обеспечивает существование клеток организма в постоянных условиях, независимых от окружающей среды. Сохранением гомеостаза управляет гипоталамус (часть гипофиза).

Генетика

Моногибридные расщепления

1) Расщепления нет (все дети одинаковые) – скрещивали двух гомозигот АА х аа (первый закон Менделя).

2) Расщепление 3:1 (75% / 25%) – скрещивали двух гетерозигот Аа х Аа (второй закон Менделя).

3) Расщепление 1:2:1 (25% / 50% / 25%) – скрещивали двух гетерозигот Аа х Аа при неполном доминировании (промежуточном характере наследования).

4) Расщепление 1:1 (50% / 50%) – скрещивали гетерозиготу и рецессивную гомозиготу Аа х аа (анализирующее скрещивание).

Первый закон Менделя
(закон единообразия, закон доминирования)

При скрещивании чистых линий (гомозигот) все потомство получается одинаковое (единообразие первого поколения, расщепления нет).

P AA x aa
G (A)   (a)
F1    Aa

У всех потомков первого поколения (F1) проявляется доминантный признак (желтый горох), а рецессивный признак (зеленый горох) находится в скрытом состоянии.

Второй закон Менделя (закон расщепления)

При самоопылении гибридов первого поколения (при скрещивании двух гетерозигот) в потомстве получается расщепление 3:1 (75% доминантного признака, 25% рецессивного признака).

F1 Aa x Aa
G (A)   (A)
    (a)   (a)
F2 AA; 2Aa; aa

Неполное доминирование

Если две гетерозиготы скрещиваются при неполном доминировании (промежуточном характере наследования), то гетерозигота Аа имеет признак, промежуточный между доминантным и рецессивным (например, у ночной красавицы АА красные лепестки, Аа розовые, аа белые). Получается расщепление по фенотипу 1:2:1 (25% / 50% / 25%).

Анализирующее скрещивание

При скрещивании гетерозиготы Aa с рецессивной гомозиготой aa получается расщепление 1:1 (50% / 50%).

P Aa x aa
G (A)   (a)
    (a)   
F1 Aa; aa

Дигибридные расщепления

1) Расщепления нет (все дети одинаковые) – скрещивали двух гомозигот ААBB х ааbb (или AAbb x aaBB).

2) Расщепление 9:3:3:1 – скрещивали двух гетерозигот АаBb х АаBb (третий закон Менделя).

3) Расщепление 1:1:1:1 – скрещивали дигетерозиготу и рецессивную гомозиготу АаBb х ааbb (анализирующее скрещивание).

Глаз

Самая передняя часть глаза называется роговица. Она прозрачная (пропускает свет) и выпуклая (преломляет свет).

За роговицей находится радужная оболочка, в центре которой расположено отверстие – зрачок. Радужная оболочка состоит из мышц, которые могут изменять размер зрачка, и таким образом регулировать количество света, поступающего в глаз. В состав радужной оболочки входит пигмент меланин, который поглощает вредные ультрафиолетовые лучи. Если меланина много, то глаза получаются карие, если среднее количество – зеленые, если мало – голубые.

За зрачком располагается хрусталик. Это прозрачная капсула, заполненная жидкостью. К краям хрусталика присоединена ресничная мышца, при сокращении которой хрусталик растягивается, становится плоским, и глаз фокусируется на дальних предметах. Когда ресничная мышца расслабляется, хрусталик за счет собственной упругости становится выпуклым, и глаз фокусируется на близких предметах.

За хрусталиком располагается стекловидное тело, заполняющее глазное яблоко изнутри. Это третий, последний компонент преломляющей системы глаза (роговица – хрусталик – стекловидное тело).

За стекловидным телом, на внутренней поверхности глазного яблока располагается сетчатка. Она состоит из зрительных рецепторов – палочек и колбочек. Под действием света рецепотры возбуждаются и передают информацию в мозг. Палочки находятся в основном на периферии сетчатки, они дают только черно-белое изображение, но зато им достаточно слабого освещения (могут работать в сумерках). Колбочки сосредоточены в центре сетчатки, они дают цветное изображение, требуют яркого света. В сетчатке имеются два пятна: желтое (в нем самая высокая концентрация колбочек) и слепое (в нем рецепторов нет совсем, из этого места выходит зрительный   нерв).

За сетчаткой (сетчатой оболочкой глаза, самой внутренней) расположенасосудистая оболочка (средняя). Она содержит кровеносные сосуды, питающие глаз; в передней части она видоизменяется в радужную оболочку и ресничную мышцу.

За сосудистой оболочкой располагается белочная оболочка, покрывающая глаз снаружи. Она выполняет функцию защиты, в передней части глаза она видоизменена в роговицу.

Головной мозг

Продолговатый мозг

• отвечает за дыхание, кровообращение, пищеварение;
• содержит рефлексы кашля, чихания, глотания, сосания, рвоты и т.д.

Мозжечок отвечает за координацию движений.

Средний мозг отвечает за ориентировочные реакции на свет и звук.

Промежуточный мозг регулирует обмен веществ в организме, согласовывает физиологические процессы, поддерживает гомеостаз (постоянство внутренней среды) двумя способами:

• через гипофиз управляет всеми остальными железами внутренней секреции организма;
• участвует в формировании чувств голода, холода, жажды и т.п., таким образом, влияет на поведение.

Большие полушария

• в передней части лобной доли находится зона логического мышления(она развита у человека лучше, чем у других животных);
• в задней части лобной доли находится двигательная зона тела(отвечает за произвольные движения);
• в нижней части лобной доли, на границе с теменной и височной, находится зона речи (она имеется только в мозге человека, у животных ее нет);
• в передней части теменной доли находится чувствительная зона тела (зона кожно-мышечной чувствительности);
• в затылочной доле находится зона зрения; это центральная часть зрительного анализатора;
• в височной доле находится зона слуха, это центральная часть слухового анализатора.

Анализатор

Это система нейронов, воспринимающих раздражения, проводящих нервные импульсы и обеспечивающих переработку информации. Каждый анализатор состоит из трех частей:
1) периферической – это рецепторы, например, колбочки и палочки в сетчатке глаза
2) проводниковой – это нервы и проводящие пути мозга
3) центральной, расположенной в коре больших полушарий – здесь происходит окончательный анализ информации.

ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)– полимер, состоит из нуклеотидов.

Нуклеотид ДНК состоит из

• азотистого основания (в ДНК 4 типа: аденин, тимин, цитозин, гуанин)
• моносахара дезоксирибозы
• фосфорной кислоты

Нуклеотиды соединяются между собой прочной ковалентной связью через сахар одного нуклеотида и фосфорную кислоту другого. Получаетсяполинуклеотидная цепь.

Две полинуклеотидные цепи соединяются друг с другом слабыми водородными связями между азотистыми основаниями по правилукомплементарности: напротив аденина всегда стоит тимин, напротив цитозина – гуанин (они подходят друг другу по форме и числу водородных связей – между А и Г две связи, между Ц и Г – 3). Получается двойная цепь ДНК, она скручивается в двойную спираль.

Отличия РНК от ДНК по строению

1) в РНК рибоза вместо дезоксирибозы
2) в РНК нет тимина, вместо него урацил
3) РНК одноцепочечная

Задачи на правило комплементарности

Тимина в ДНК столько же, сколько аденина, остальное (до 100%) приходится на цитозин и гуанин, их тоже поровну. Например: если гуанина 15%, значит цитозина тоже 15%, итого 30%, значит, на аденин и тимин приходится 100-30=70%, следовательно аденина 70/2=35% и тимина тоже 35%

Функция ДНК

ДНК хранит наследственную информацию (о признаках организма, о первичной структуре белков).

ДНК способна к самоудвоению (репликации, редупликации). Самоудвоение происходит в интерфазе перед делением. После удвоения каждая хромосома состоит из двух хроматид, которые во время будущего деления превратятся в дочерние хромосомы. Благодаря самоудвоению каждая из будущих дочерних клеток получит одинаковую наследственную информацию.

Доказательства эволюции

Сравнительно-анатомические

Рудименты – органы, которые были хорошо развиты у древних эволюционных предков, а сейчас они недоразвиты, но полностью еще не исчезли, потому что эволюция идет очень медленно. Например, у человека: волосы на теле, третье веко, копчик, мышца, двигающая ушную раковину, аппендикс. У кита – кости таза.

Атавизмы – органы, которые должны находиться в рудиментарном состоянии, но из-за нарушения развития достигли крупного размера. У человека – волосатое лицо, мягкий хвост, способность двигать ушной раковиной, многососковость. Отличия атавизмов от рудиментов: атавизмы – это уродства, а рудименты есть у всех.

Гомологичные органы – внешне отличаются, потому что приспособлены к разным условиям, но имеют сходное внутреннее строение, поскольку возникли из одного исходного органа в процессе дивергенции. Пример: крылья летучей мыши, рука человека, ласта кита.

Аналогичные органы -  внешне похожи, потому что приспособлены к одним и тем же условиям, но имеют разное строение, потому что возникли из разных органов в процессе конвергенции. Пример: глаз человека и осьминога, крыло бабочки и птицы.

Конвергенция – процесс схождения признаков у организмов, попавших в одинаковые условия. Примеры:

• водные животные разных классов (акулы, ихтиозавры, дельфины) имеют сходную форму тела;
• быстро бегающие позвоночные имеют мало пальцев (лошадь, страус).

Эмбриологические

В эмбриональном развитии организмы имеют признаки своих эволюционных предков. Например,

• все организмы начинают развитие с одноклеточной стадии (зиготы);
• двуслойный зародыш (бластула) соответствует кишечнополостным;
• зародыш человека покрыт шерстью.

Палеонтологические

1) Ископаемые остатки и отпечатки древних организмов.

2) Переходные формы (доказывают происхождение организмов):

• кистеперая рыба латимерия – земноводных от рыб;
• стегоцефал – пресмыкающихся от земноводных;
• археоптерикс – птиц от пресмыкающихся.

Естественный отбор

 Естественный отбор – главный, ведущий, направляющий фактор эволюции, лежащий в основе теории Ч.Дарвина. Все остальные факторы эволюции случайны, один лишь естественный отбор имеет направление (в сторону приспособления организмов к условиям среды).

Определение: избирательное выживание и размножение наиболее приспособленных организмов.

Творческая роль: выбирая полезные признаки, естественный отбор создает новые виды.

Причина: борьба за существование.

Материал: наследственная изменчивость (чем больше мутаций – тем больше эффективность естественного отбора, быстрее идёт эволюция)

Формы:

• Стабилизирующий – действует в постоянных условиях, отбирает средние проявления признака, сохраняет признаки вида (кистепёрая рыба латимерия)
• Движущий – действует в изменяющихся условиях, отбирает крайние проявления признака (отклонения), приводит к изменению признаков (берёзовая пяденица)
• Половой – конкуренция за полового партнера.

Следствия естественного отбора (результаты эволюции):

• Эволюция (изменение, усложнение организмов)
• Возникновение новых видов (увеличение количества [многообразия] видов)
• Приспособленность организмов к условиям окружающей среды.

Приспособленность организмов к условиям жизни (устойчивость вредителей к ядохимикатам, устойчивость пустынных растений к засухе, формирование яркой окраски у ядовитых животных – короче, всё что угодно) возникает под действием естественного отбора.

Любая приспособленность относительна, т.е. приспосабливает организм только к одним определенным условиям. При изменении условий приспособленность может стать бесполезной или даже вредной (тёмная пяденица на экологически чистой берёзе).

Железы

Все железы организма делятся на 3 группы

1) Железы внутренней секреции (эндокринные) не имеют выводных протоков и выделяют свои секреты непосредственно в кровь. Секреты эндокринных желез называются гормонами, они обладают биологической активностью (действуют в микроскопической концентрации). Например: щитовидная железа, гипофиз, надпочечники.

2) Железы внешней секреции имеют выводные протоки и выделяют свои секреты НЕ в кровь, а в какую-либо полость или на поверхность организма. Например, печень, слезные, слюнные, потовые.

3) Железы смешанной секреции осуществляют и внутреннюю, и внешнюю секрецию. Например

• поджелудочная железа выделяет в кровь инсулин и глюкагон, а не в кровь (в 12-перстную кишку) – поджелудочный сок;
• половые железы выделяют в кровь половые гормоны, а не в кровь – половые клетки.

Например,

Щитовидная железа выделяет гормон тироксин, в состав которого входит йод. Тироксин повышает скорость обмена веществ. При недостатке тироксина развивается микседема (обмен веществ слишком медленный), при избытке – базедова болезнь (слишком быстрый).

Поджелудочная железа выделяет два гормона, регулирующие содержание сахара в крови

• инсулин уменьшает содержание сахара в крови – превращает глюкозу в гликоген, который откладывается в печени (при недостатке инсулина развивается сахарный диабет)
• глюкагон увеличивает содержание сахара в крови

Надпочечники выделяют гормон адреналин, который выделяется во время стресса. Он

• повышает пульс и артериальное давление
• повышает концентрацию глюкозы в крови
• сужает сосуды во всех органах, кроме скелетных мышц, сердца, мозга, печени
• активизирует работу нервной системы и органов чувств
• вызывает расширение бронхов и зрачка
• тормозит работу пищеварительной, половой и иммунной систем.

Иммунитет

Иммунитет – это невосприимчивость организма к возбудителям заболеваний.

Лейкоциты (белые клетки крови) обеспечивают иммунитет: защищают организм от микроорганизмов и чужеродных частиц.

Фагоциты – это лейкоциты, пожирающие чужеродные частицы. Явление фагоцитоза было открыто И.И.Мечниковым.

Антитела – это белки, выделяемые лейкоцитами (В-лимфоцитами). Антитела совпадают по форме с чужеродными частицами, присоединяются к ним, тем самым облегчают фагоцитам их уничтожение.

На то, чтобы выработать антитела против нового (незнакомого) возбудителя, В-лимфоцитам требуется 3-5 дней.

Наличие в крови человека антител к определенному вирусу (например, к ВИЧ) говорит о том, что человек заражен.

СПИД (синдром приобретенного иммунного дефицита) вызывается вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). ВИЧ паразитирует на лейкоцитах (лимфоцитах), это приводит к разрушению иммунной системы.

Виды иммунитета

Естественный пассивный (врожденный)

• У человека с рождения имеются готовые антитела против многих болезней. Например, человек не болеет собачьей чумкой
• Ребенок получает готовые антитела с материнским молоком. Вывод: дети, находящиеся на грудном вскармливании, меньше болеют.

Естественный активный – по окончании болезни в организме остаются клетки памяти, запоминающие строение антител. При повторном попадании того же самого возбудителя выделение антител начинается не через 3-5 дней, а сразу, и человек не заболевает

Искусственный активный появляется после прививки – введения вакцины, т.е. препарата убитых или ослабленных возбудителей болезни. Организм проводит полноценную иммунную реакцию, остаются клетки памяти.

Искусственный пассивный – появляется после введения сыворотки – препарата готовых антител. Сыворотка вводится во время болезни, чтобы спасти человека. Клетки памяти при этом не образуются.

Классы и семейства цветковых растений

Отдел цветковых растений делится на два класса: однодольные и двудольные. Отличия:

1. У однодольных в семени одна семядоля (зародышевый листок), а у двудольных – две.
2. У однодольных корневая система мочковатая, а у двудольных – стержневая.
3. У однодольных жилкование листьев параллельное и дуговое, а у двудольных – сетчатое (перистое).
4. У однодольных нет камбия, поэтому они не могут расти в толщину и все являются травами. У двудольных есть камбий, поэтому они могут быть травами, кустарниками и деревьями.
5. Количество элементов цветка (тычинок, лепестков) у однодольных кратно трем (3,6,9…), а у двудольных – пяти (5, 10, 15…)

Однодольные

1. Семейство Злаки (рожь, пшеница, пырей) – стебель соломина, соцветие сложный колос, плод зерновка.
2. Семейство Лилейные (лук, тюльпан, ландыш) – имеют корневища и луковицы.

Двудольные

1. Семейство Крестоцветные (редис, капуста, сурепка) – 4 лепестка, плод стручок.
2. Семейство Бобовые, они же Мотыльковые (горох, клевер, бобы) – плод боб, клубеньковые бактерии.
3. Семейство Пасленовые (картофель, томат, перец) – сросшиеся чашелистики и лепестки, ядовитость.
4. Семейство Сложноцветные (подсолнух, ромашка, одуванчик) – мелкие цветки собраны в соцветие корзинка, плод семянка.
5. Семейство Розоцветные (яблоня, земляника, рябина).

Клеточная теория, ученые, методы

1. Все живые организмы на Земле состоят из клеток, сходных по строению, химическому составу и функционированию. Это говорит о родстве (общем происхождении) всех живых организмов на Земле (о единстве органического мира).

2. Клетка является:

• структурной единицей (организмы состоят из клеток)
• функциональной единицей (функции организма выполняются за счет работы клеток)
• единицей роста (организм растет за счет размножения его клеток)
• единицей размножения (размножение происходит за счет половых клеток) и т.п.

3. Все новые дочерние клетки образуются из уже существующих материнских клеток путем деления.

4. Рост и развитие многоклеточного организма происходит за счет роста и размножения (путем митоза) одной или нескольких исходных клеток.

Ученые

Гук открыл клетки.

Левенгук открыл одноклеточные организмы (сперматозоиды, эритроциты, инфузории, бактерии)

Броун открыл ядро.

Шлейден и Шванн вывели первую клеточную теорию («Все живые организмы на Земле состоят из клеток, сходных по строению»).

Методы

1. Световой микроскоп увеличивает до 1400 раз (обычный школьный – от 100 до 500 раз). Позволяет изучать процессы, происходящие в живой клетке (митоз, движение органоидов и т.п.)

2. Электронный микроскоп увеличивает до 1010 раз, что позволяет изучать микроструктуру органоидов. Метод не работает с живыми объектами.

3. Ультрацентрифуга. Клетки разрушаются и помещаются в центрифугу. Компоненты клетки разделаются по плотности (самые тяжелые части собираются на дне пробирки, самые легкие – на поверхности). Метод позволяет избирательно выделять и изучать органоиды.

Клеточное дыхание

Дыхание (простое)

Во всех живых клетках глюкоза окисляется кислородом до углекислого газа и воды, при этом выделяется энергия.

Клеточное дыхание (средняя сложность)

0. Подготовительная стадия
В пищеварительной системе сложные органические вещества распадаются до более простых (белки до аминокислот, крахмал до глюкозы, жиры до глицерина и жирных кислот и т.п.). При этом выделяется энергия, которая рассеивается в форме тепла.

1. Гликолиз
Происходит в цитоплазме, без участия кислорода (анаэробно). Глюкоза окисляется до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом образуется 4 атома водорода на переносчиках и энергия на 2 АТФ.

2. Окисление ПВК в митохондриях
Происходит в митохондриях. ПВК окисляется кислородом до углекислого газа, при этом образуется 20 атомов водорода. На кристах 24 (4+20) атомов водорода окисляются кислородом, при этом образуется вода и энергия на 36 АТФ.

Брожение и кислородное дыхание

Брожение состоит из гликолиза (2 АТФ) и превращения ПВК в молочную кислоту или спирт + углекислый газ (0 АТФ). Итого 2 АТФ.

Кислородное дыхание состоит из гликолиза (2 АТФ) и окисления ПВК в митохондриях (36 АТФ). Итого 38 АТФ.

Дыхание у растений

1. Происходит во всех живых клетках круглосуточно (фотосинтез – только в зеленых клетках и только на свету). 
   2. При дыхании растения, как и мы, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Кислород окисляет глюкозу, созданную при фотосинтезе, получается энергия АТФ.
   3. После полива рекомендуется рыхлить почву, чтобы к корням лучше поступал кислород. Если в земле не будет воздуха, то корни задохнутся, и растение погибнет.

Кровообращение у человека

Артериальная кровь – это кровь, насыщенная кислородом.
Венозная кровь – насыщенная углекислым газом.

Артерии – это сосуды, несущие кровь от сердца. 
Вены – это сосуды, несущие кровь к сердцу. 
(В малом круге кровообращения по артериям течет венозная кровь, а по венам – артериальная.)

У человека, всех остальных зверей (млекопитающих), а так же у птиц сердце четырехкамерное, состоит из двух предсердий и двух желудочков (в левой половине сердца кровь артериальная, в правой – венозная, смешивание не происходит из-за полной перегородки в желудочке).

Между желудочками и предсердиями находятся створчатые клапаны, а между артериями и желудочками – полулунные. Клапаны не дают крови течь назад (из желудочка в предсердие, из аорты в желудочек).

Самая толстая стенка у левого желудочка, т.к. он толкает кровь по большому кругу кровообращения. При сокращении левого желудочка создается максимальное артериальное давление, а также пульсовая волна.

Давление крови: в артериях самое большое, в капиллярах среднее, в венах самое маленькое. Скорость крови: в артериях самая большая, в капиллярах самая маленькая, в венах средняя. 

Большой круг кровообращения: из левого желудочка артериальная кровь по артериям идет ко всем органам тела. В капиллярах большого круга происходит газообмен: кислород переходит из крови в ткани, а углекислый газ – из тканей в кровь. Кровь становится венозной, по венам поступает в правое предсердие, а оттуда – в правый желудочек.

Малый круг: из правого желудочка венозная кровь по артериям идет к легким. В капиллярах легких происходит газообмен: углекислый газ переходит из крови в воздух, а кислород – из воздуха в кровь, кровь становится артериальной и по венам поступает в левое предсердие, а оттуда – в левый желудочек.

Мейоз, отличия от митоза

Мейоз – это деление, при котором получаются половые клетки (у растений – споры). Биологическое значение мейоза:

• рекомбинация (перемешивание наследственной информации)
• редукция (уменьшение количества хромосом в 2 раза).

Отличия мейоза от митоза по итогам

1. После митоза получается две клетки, а после мейоза – четыре.

2. После митоза получаются соматические клетки (клетки тела), а после мейоза – половые клетки (гаметы – сперматозоиды и яйцеклетки; у растений после мейоза получаются споры).

3. После митоза получаются одинаковые клетки (копии), а после мейоза – разные (происходит рекомбинация наследственной информации).

4. После митоза количество хромосом в дочерних клетках остается таким же, как было в материнской, а после мейоза уменьшается в 2 раза (происходит редукция числа хромосом; если бы её не было, то после каждого оплодотворения число хромосом возрастало бы в два раза; чередование редукции и оплодотворения  обеспечивает постоянство числа хромосом).

Отличия мейоза от митоза по ходу

1. В митозе одно деление, а в мейозе – два (из-за этого получается 4 клетки).

2. В профазе первого деления мейоза происходит конъюгация (тесное сближение гомологичных хромосом) и кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом), это приводит к перекомбинации (рекомбинации) наследственной информации.

3. В анафазе первого деления мейоза происходит независимое расхождение гомологичных хромосом (к полюсам клетки расходятся двуххроматидные хромосомы). Это приводит к рекомбинации и редукции.

4. В интерфазе между двумя делениями мейоза удвоения хромосом не происходит, поскольку они и так двойные.

...

Второе деление мейоза ничем не отличается от митоза. Как и в митозе, в анафазе II мейоза к полюсам клетки расходятся одинарные сестринские хромосомы (бывшие хроматиды).

Методы генетики

Основной метод генетики – гибридологический (скрещивание определенных орагнизмов и анализ их потомства, этот метод использовал Г.Мендель).

Гибридологический метод не подходит для человека по морально-этическим соображениям, а так же из-за малого количества детей и позднего полового созревания. Поэтому для изучения генетики человека применяют косвенные методы.

1) Генеалогический – изучение родословных. Позволяет определить закономерности наследования признаков, например:

• если признак проявляется в каждом поколении, то он доминантный (праворукость)
• если через поколение – рецессивный (голубой цвет глаз)
• если чаще проявляется у одного пола – это признак, сцепленный с полом (гемофилия, дальтонизм)

2) Близнецовый – сравнение однояйцевых близнецов, позволяет изучать модификационную изменчивость (определять воздействие генотипа и среды на развитие ребенка).

Однояйцевые близнецы получаются, когда один зародыш на стадии 30-60 клеток делится на 2 части, и каждая часть вырастает в ребенка. Такие близнецы всегда одного пола, похожи друг на друга очень сильно (потому что у них совершенно одинаковый генотип). Отличия, которые возникают у таких близнецов в течение жизни, связаны с воздействием условий окружающей среды.

Разнояйцевые близнецы (не изучаются в близнецовом методе) получаются, когда в половых путях матери одновременно оплодотворяются две яйцеклетки. Такие близнецы могут быть одного или разного пола, похожи друг на друга как обычные братья и сестры.

3) Цитогенетический – изучение под микроскопом хромосомного набора – числа хромосом, особенностей их строения. Позволяет выявлять хромосомные болезни. Например, при синдроме Дауна имеется одна лишняя 21-ая хромосома.

Митоз, клеточный цикл

Митоз – это деление соматических клеток (клеток тела). Биологическое значение митоза – размножение соматических клеток, получение клеток-копий (с тем же самым набором хромосом, с точно такой же наследственной информацией). Все соматические клетки организма получаются из одной исходной клетки (зиготы) путем митоза.

1) Профаза

• хроматин спирализуется (скручивается, конденсируется) до состояния хромосом
• ядрышки исчезают
• ядерная оболочка распадается
• центриоли расходятся к полюсам клетки, в цитоплазме начинается формирование веретена деления

2) Метафаза – заканчивается формирование веретена деления: хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуется метафазная пластинка

3) Анфаза – дочерние хромосомы отделяются друг от друга (хроматиды становятся хромосомами) и расходятся к полюсам

4) Телофаза

• хромосомы деспирализуются (раскручтваются, деконденсируются) до состояния хроматина
• появляются ядро и ядрышки
• нити веретена деления разрушаются
• происходит цитокинез – разделение цитоплазмы материнской клетки на две дочерних

Продолжительность митоза – 1-2 часа.

Клеточный цикл

Это период жизни клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.

Клеточный цикл состоит из двух периодов:

• интерфаза (состояние, когда клетка НЕ делится);
• деление (митоз или мейоз).

Интерфаза состоит из нескольких фаз:

• пресинтетическая: клетка растет, в ней происходит активный синтез РНК и белков, увеличивается количество органоидов; кроме этого, происходит подготовка к удвоению ДНК (накопление нуклеотидов)
• синтетическая: происходит удвоение (репликация, редупликация) ДНК
• постсинтетическая: клетка готовится к делению, синтезирует необходимые для деления вещества, например белки веретена деления.

Митохондрии, клеточное дыхание

Покрыты двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты внутрь – кристы, они увеличивают площадь внутренней мембраны, чтобы расположить на ней как можно больше ферментов клеточного дыхания.

Внутренняя среда митохондрии называется матрикс. В нем находятся кольцевая ДНК и мелкие (70S) рибосомы, за счет них митохондрии самостоятельно делают для себя часть белков, поэтому их называют полуавтономными органоидами.

Функция: митохондрии принимают участие в клеточном дыхании (поставляют энергию для жизнедеятельности клетки, являются «энергетическими станциями клетки»).

Дыхание (простое)

Во всех живых клетках
Глюкоза окисляется кислородом
До углекислого газа и воды,
При этом выделяется энергия.

Клеточное дыхание (средняя сложность)

0. Подготовительная стадия
В пищеварительной системе сложные органические вещества распадаются до более простых (белки до аминокислот, крахмал до глюкозы и т.п.). При этом выделяется энергия, которая рассеивается в форме тепла.

1. Гликолиз
Происходит в цитоплазме, без участия кислорода. Глюкоза окисляется до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом образуется 4 атома водорода на переносчиках и энергия на 2 АТФ.

2. Окислитение ПВК в митохондриях
Происходит в митохондриях. ПВК окисляется полностью до углекислого газа, при этом образуется 20 атомов водорода. На кристах 24 (4+20) атомов водорода окисляются кислородом, при этом образуется вода и энергия на 36 АТФ.

Дыхание у растений

1. Происходит во всех живых клетках круглосуточно (фотосинтез – только в зеленых клетках и только на свету). 
   2. При дыхании растения, как и мы, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Кислород окисляет глюкозу (созданную при фотосинтезе), получается энергия АТФ.
   3. После полива рекомендуется рыхлить почву, чтобы к корням лучше поступал кислород. Если слишком силшьно поливать растение, то в земле не будет воздуха, корни задохнутся, растение погибнет.

Моногибридные расщепления

1) Расщепления нет (все дети одинаковые) – скрещивали двух гомозигот АА х аа (первый закон Менделя).

2) Расщепление 3:1 (75% / 25%) – скрещивали двух гетерозигот Аа х Аа (второй закон Менделя).

3) Расщепление 1:2:1 (25% / 50% / 25%) – скрещивали двух гетерозигот Аа х Аа при неполном доминировании (промежуточном характере наследования).

4) Расщепление 1:1 (50% / 50%) – скрещивали гетерозиготу и рецессивную гомозиготу Аа х аа (анализирующее скрещивание).

Первый закон Менделя
(закон единообразия, закон доминирования)

При скрещивании чистых линий (гомозигот) все потомство получается одинаковое (единообразие первого поколения, расщепления нет).

P AA x aa
G (A)   (a)
F1    Aa

У всех потомков первого поколения (F1) проявляется доминантный признак (желтый горох), а рецессивный признак (зеленый горох) находится в скрытом состоянии.

Второй закон Менделя (закон расщепления)

При самоопылении гибридов первого поколения (при скрещивании двух гетерозигот) в потомстве получается расщепление 3:1 (75% доминантного признака, 25% рецессивного признака).

F1 Aa x Aa
G (A)   (A)
    (a)   (a)
F2 AA; 2Aa; aa

Неполное доминирование

Если две гетерозиготы скрещиваются при неполном доминировании (промежуточном характере наследования), то гетерозигота Аа имеет признак, промежуточный между доминантным и рецессивным (например, у ночной красавицы АА красные лепестки, Аа розовые, аа белые). Получается расщепление по фенотипу 1:2:1 (25% / 50% / 25%).

Анализирующее скрещивание

При скрещивании гетерозиготы Aa с рецессивной гомозиготой aa получается расщепление 1:1 (50% / 50%).

P Aa x aa
G (A)   (a)
    (a)   
F1 Aa; aa

Дигибридные расщепления

1) Расщепления нет (все дети одинаковые) – скрещивали двух гомозигот ААBB х ааbb (или AAbb x aaBB).

2) Расщепление 9:3:3:1 – скрещивали двух гетерозигот АаBb х АаBb (третий закон Менделя).

3) Расщепление 1:1:1:1 – скрещивали дигетерозиготу и рецессивную гомозиготу АаBb х ааbb (анализирующее скрещивание).

Нервная и гуморальная регуляция

Нервная регуляция осуществляется с помощью электрических импульсов, идущих по нервным клеткам. По сравнению с гуморальной она

• происходит быстрее
• более точная
• требует больших затрат энергии
• более эволюционно молодая.

Гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности (от латинского слова гумор – «жидкость») осуществляется за счет веществ, выделяемых во внутреннюю среду организма (лимфу, кровь, тканевую жидкость).

Гуморальная регуляция может осуществляться с помощью:

• гормонов – биологически активных (действующих в очень маленькой концентрации) веществ, выделяемых в кровь железами внутренней секреции;
• других веществ. Например, углекислый газ

• вызывает местное расширение капилляров, к этому месту притекает больше крови;
• возбуждает дыхательный центр продолговатого мозга, дыхание усиливается.

Все железы организма делятся на 3 группы

1) Железы внутренней секреции (эндокринные) не имеют выводных протоков и выделяют свои секреты непосредственно в кровь. Секреты эндокринных желез называются гормонами, они обладают биологической активностью (действуют в микроскопической концентрации). Например:щитовидная железа, гипофиз, надпочечники.

2) Железы внешней секреции имеют выводные протоки и выделяют свои секреты НЕ в кровь, а в какую-либо полость или на поверхность организма. Например, печень, слезные, слюнные, потовые.

3) Железы смешанной секреции осуществляют и внутреннюю, и внешнюю секрецию. Например

• поджелудочная железа выделяет в кровь инсулин и глюкагон, а не в кровь (в 12-перстную кишку) – поджелудочный сок;

половые железы выделяют в кровь половые гормоны, а не в кровь – половые клетки.

Обзор подтипа Позвоночных

Обзор царства животных

Тип кишечнополостные (гидра, медуза, кораллы)

• Самые простые многоклеточные животные, тело состоит из двух слоев клеток (у всех остальных – из трех).
• У них впервые появилась нервная система и простейшие рефлексы.
• Хищники, убивают добычу с помощью стрекательных клеток.
• В результате жизнедеятельности морских кораллов возникают коралловые рифы.

Тип плоские черви (планария, печеночный сосальщик, бычий цепень)

• Пищеварительная система замкнутая, непереваренные остатки выбрасываются через рот.

Тип круглые черви (аскарида)

• Впервые возникает анальное отверстие, пищеварительная система сквозная.

Тип кольчатые черви (дождевой червь) – самый высокоразвитый тип червей

• Впервые возникает замкнутая кровеносная система (у предыдущих типов кровеносной системы нет, у всех последующих, кроме хордовых, кровеносная система незамкнутая).

Тип моллюски

• Имеют мантию и раковину.
• Три класса:

• Двустворчатые (беззубка, перловица)
• Брюхоногие (улитка, прудовик)
• Головоногие (кальмар, осьминог) – самый высокоразвитый класс.

Тип членистоногие – самые высокоразвитые беспозвоночные животные

• Имеют членистые конечности и наружный скелет из хитина.
• Три класса – ракообразные, паукообразные, насекомые

Тип хордовые

• Впервые возникает внутренний скелет.
• Два подтипа:

• Бесчерепные (ланцетник) – предки позвоночных, переходная форма между беспозвоночными и позвоночными.
• Позвоночные

Обзор царства растений

Царство растений делится на 2 подцарства – высших растений и низших растений. Низшие растения – это водоросли, высшие – мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные, покрытосеменные.

Водоросли

Отличаются от высших растений тем, что не имеют тканей (проводящих, механических и т.п.) и не имеют органов (корней, листьев, стеблей). Все тело водоросли представляет собой единое слоевище (таллом).

Мхи

Считаются первыми растениями, вышедшими на сушу. У них впервые появляются стебель и листья.

Отличия от остальных высших растений:

• Корней нет, вместо корней ризоиды.
• Ткани есть, но они плохо развиты (особенно механические и проводящие), из-за этого все мхи являются небольшими травами.
• Гаметофит доминирует над спорофитом.

Мхи размножаются спорами (бесполым способом).

Папоротники, хвощи, плауны

Имеют не только стебель и листья, но и корни, и хорошо развитые ткани.

Были широко распространены в каменноугольном периоде, именно из них образовались залежи каменного угля.

Размножаются спорами (бесполое размножение), из споры вырастает небольшая зеленая пластинка заросток, он производит гаметы (яйцеклетки и плавающие сперматозоиды). После оплодотворения образуется зигота, из которой вырастает новое растение (производящее споры).

Голосеменные

Отличаются от всех предыдущих отделов тем, что гаметы у них не плавают в воде. Они находятся внутри пыльцы, которая переносится ветром.

Голосеменные размножаются семенами, не покрытыми оболочкой (голыми). Семена образуются внутри шишек.

Покрытосеменные (цветковые)

В настоящее время занимают господствующее положение в биосфере Земли.

Семена покрытосеменных покрыты оболочкой (околоплодником). Только у покрытосеменных есть цветы, плоды, двойное оплодотворение.

Обмен веществ – определения

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность всех химических реакций, которые происходят в организме. Все эти реакции делятся на 2 группы

1. Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция, биосинтез) – это когда из простых веществ образуются (синтезируются) более сложные. При этомрасходуется энергия АТФ (энергия АТФ переходит в энергию химических связей сложных веществ, запасается в этих веществах). Примеры:

• При фотосинтезе из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза.
• В клетках человека из простых органических веществ (аминокислот, глюкозы и т.п.), принесенных кровью от пищеварительной системы, синтезируются сложные органические вещества, например, из аминокислот – белки, из глюкозы – гликоген.

2. Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция, распад) – это когда сложные вещества распадаются до более простых, и при этом выделяется энергия (энергия химических связей сложных веществ переходит в энергию АТФ, запасается в АТФ). Примеры:

• в митохондриях глюкоза окисляется кислородом до углекислого газа и воды, при этом образуется энергия, которая запасается в 38 АТФ
• в пищеварительной системе человека сложные органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) распадаются на более простые (белки на аминокислоты, углеводы на глюкозу), при этом выделяется энергия в виде тепла (АТФ не образуется)

Взаимосвязь пластического и энергетического обмена

• Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.
• Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией, необходимой, в том числе, и для пластического обмена. (Кроме того, энергия требуется для работы мышц, мозга и т.п.)

Осторожно, АТФ!

• При энергетическом обмене все вещества распадаются, а АТФ – синтезируется.

Оболочка

Оболочки клеток всех организмов содержат плазматическую мембрану. Мембрана клетки (а так же всех мембранных органоидов) состоит из белков и (фосфо)липидов.

У животных клеток наружный слой мембраны, состоящий из углеводов, присоединенных к белкам и липидам мембраны, называется гликокаликс.

У всех, кроме животных, снаружи от мембраны имеется твердая клеточная стенка. У растений она состоит из целлюлозы (клетчатки), у грибов из хитина, у бактерий из муреина. Клеточная стенка обеспечивает защиту клетки, опору и тургор (вода за счет осмоса надувает клетку изнутри, клеточная стенка напрягается, клетка становится упругой).

Функции плазматической мембраны

1) Избирательная проницаемость: мембрана регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Регуляцию осуществляют мембранные белки:

• каждый из них переносит только одно определенное вещество (специфичность),
• при изменении условий белок может изменить (прекратить) свою работу (денатурация).

2) Сигнальная функция: в мембрану встроены белки, которые при изменении условий снаружи клетки или при присоединении какого-либо сигнального вещества обратимо денатурируют и передают сигнал в клетку.

3) Фагоцитоз: захват и поглощение животной клеткой крупных частиц (открыл И.И.Мечников): в том месте, где поверхность клетки соприкасается с частицей, образуется углубление, мембрана окружает частицу со всех сторон. Затем часть мембраны отделяется и внутри цитоплазмы оказывается фагоцитозный пузырек с веществом внутри. Например: амеба поглощает пищу, фагоцит поглощает чужеродную частицу. (Пиноцитоз – захват и поглощение капель жидкости.)

Оплодотворению у покрытосеменных

Оплодотворению у покрытосеменных предшествует микро- и мегаспорогенез, а также опыление.

Микроспорогенез протекает в пыльниках тычинок. При этом диплоидные клетки образовательной ткани пыльника в результате мейоза превращаются в 4 гаплоидные микроспоры. Через некоторое время микроспора приступает к митотическому делению и преобразуется в мужской гаметофит – пыльцевое зерно. Пыльцевое зерно снаружи покрыто двумя оболочками: экзиной и интиной.

 Экзина – верхняя оболочка более толстая и пропитана спороленнином – жироподобным веществом. Это позволяет пыльце выдерживать существенные температурные и химические воздействия. В экзине находятся проростковые поры, до опыления закрытые «пробочками».

Интина содержит целлюлозу и эластична. В пыльцевом зерне имеются две клетки: вегетативная и генеративная.

Мегаспорогенез осуществляется в семязачатке. Из материнской клетки нуцеллуса в результате мейоза образуются 4 мегаспоры, из которых в результате остается только одна. Эта мегаспора сильно разрастается и оттесняет ткани нуцеллуса к интегументам, формируя зародышевый мешок. Ядро зародышевого мешка делится 3 раза митозом. После первого деления два дочерних ядра расходятся к разным полюсам: халазальному и микропилярному   ( находится ближе к пыльцевой трубке) , и там делятся два раза. Таким образом, на каждом полюсе находится по четыре ядра. Три ядра у каждого полюса обособляются в отдельные клетки, а два оставшихся перемещаются в центр и сливаются, образуя вторичное диплоидное ядро. На микропилярном полюсе находятся две синергиды и одна более крупная клетка – яйцеклетка. На халазальном полюсе располагаются антиподы. Таким образом, зрелый зародышевыый мешок содержит 8 клеток

Опыление заключается в переносе пыльцы с тычинок на рыльце пестика.

Оплодотворение. Пыльцевые зерна, тем или иным образом попавшие на рыльце, - прорастают. Прорастание пыльцы начинается с разбухания зерна и образования пыльцевой трубки из вегетативной клетки. Пыльцевая трубка прорывает оболочку в более тонком ее месте – так называемой апертуре. Кончик пыльцевой трубки выделяет специальные вещества, размягчающие ткани рыльца и столбика. По мере роста пыльцевой трубки в нее переходит ядро вегетативной клетки и генеративной, которая делится и образует два спермия. Через микропиле семязачатка пыльцевая трубка проникает в зародышевый мешок, там она разрывается, и ее содержимое изливается внутрь.

Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, которая затем дает начало зародышу семени. Второй спермий сливается с центральным ядром, что приводит к образованию триплоидного ядра, развивающегося затем в триплоидный эндосперм.

 Таким образом, эндосперм у покрытосеменных триплоидный и вторичный, т.к. образуется после оплодотворения.

Весь этот процесс получил название двойного оплодотворения. Он был впервые описан русским ученым С.Г.Навашиным. (1898 г.).

Основные направления эволюции

Биологический прогресс:

• увеличение количества особей,
• расширение ареала,
• увеличение количества подчиненных систематических единиц (например, внутри класса увеличивается количество отрядов).

Причина: хорошая приспособленность вида к условиям окружающей среды.
Пример: крысы, тараканы, кошки.

Биологический регресс:

• уменьшение количества особей,
• сужение ареала,
• уменьшение количества подчиненных сис-единиц.

Причина: окружающая среда меняется быстрее, чем вид успевает к ней приспосабливаться.
Примеры: киты, слоны, гепарды.

Способы достижения биологического прогресса

Ароморфоз:

• крупное изменение (в тестах выбираем изменение самой крупной систематической единицы; например, между "что-то у лягушек", "что-то у млекопитающих" и "что-то у растений" выбираем последнее, потому что растения – это самая крупная сис-единица из трех представленных)
• изменение, полезное в различных условиях
• приводит к возникновению крупных сис-единиц (типов, классов)

Например: появление цветка у растений, появление шерсти у млекопитающих, появление пятипалой конечности у позвоночных.

Идиоадаптация:

• небольшое изменение (в тестах выбираем изменение самой мальенькой сис-единицы)
• полезное только в одних определенных условиях
• приводит к появлению небольших сис-единиц (видов, родов)

Например: приспособление цветка к опылению муравьями, расчленяющая окраска шерсти у зебры, появление ластообразной конечности у китов.

Дегенерация: исчезновение органа или системы органов, не нужных в новых условиях. Происходит при переходе к сидячему, подземному/пещерному и паразитическому образу жизни.
Например: у аскариды хуже, чем у свободноживущих нематод, развиты нервная система и органы чувств.

Отличия мутаций и модификаций

 1) Мутации – это наследственная изменчивость (передаётся по наследству), модификации – ненаследственная.

2) Мутации – это генотипическая изменчивость (изменяется генотип, т.е. ДНК), модификации – фенотипическая (изменяется только фенотип, т.е. признаки)

3) Мутации – это неопределенная изменчивость, потому что нельзя заранее определить, какая именно будет мутация. Модификация – определеннаяизменчивость, потому что её можно заранее предсказать.

4) Мутации – это индивидуальная изменчивость, потому что у каждого организма происходят свои мутации. Модификации – групповая изменчивость, потому что в одинаковых условиях все изменяются одинаково.

Пример мутаций: обработаем мешок пшеницы радиацией. Во всех семенах произойдут мутации, но какие именно – неизвестно (неопределенная), в каждом семени будет своя мутация (индивидуальная). 
Пример модификаций: отправим 100 человек на юг. Все они загорят (групповая), и мы это заранее знаем (определенная).

5) Мутации – это неприспособительная изменчивость, мутации не приспосабливают организм к условиям жизни. Большинство мутаций – вредные. Мутации поставляют материал для естественного отбора, а уже ЕО приспосабливает организмы к условиям. Модификации – этоприспособительная изменчивость, потому что они соответствуют окружающей среде.

Пример мутаций: тысячи лет подряд в результате мутаций рождались темные березовые пяденицы, они были более заметны на белом фоне (неприспособительная), поэтому погибали.
Пример модификаций: загар помогает коже задерживать ультрафиолетовый свет (приспособительная).

Отличие прокариот и эукариот

Все живые организмы на Земле делятся на две группы – надцарство прокариот и надцарство эукариот.

К надцарству прокариот относится три царства:

• царство бактерий (эубактерий),
• царство архебактерий,
• царство цианобактерий (цианей, синезеленых водорослей).

К надцарству эукариот относится три царства:

• царство растений,
• царство животных
• царство грибов.

Главное отличие

У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).

У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

Дополнительные отличия

1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое.

2) У прокариот из органоидов имеются только рибосомы (мелкие, 70S), а у эукариот кроме рибосом (крупных, 80S) имеется множество других органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, и т.д.

3) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.

Сходства

Клетки всех живых организмов (всех царств живой природы) содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы.

Отличия растений, животных и грибов

К надцарству эукариот относятся 3 царства – растений, животных и грибов.

1. Отличия по питанию

Растения – автотрофы, т.е. сами делают для себя органические вещества из неорганических (углекислого газа и воды) в процессе фотосинтеза.

Животные и грибы – гетеротрофы, т.е. готовые органические вещества получают с пищей.

2. Рост или передвижение

Животные способны передвигаться, растут только до начала размножения.

Растения и грибы не передвигаются, зато неограниченно растут в течение всей жизни.

3. Отличия по строению и работе клетки

1) Только у растений есть пластиды (хлоропаласты, лейкопласты, хромопласты)

2) Только у растений есть крупная центральная вакуоль, которая занимает большую часть взрослой клетки (оболочка этой вакуоли называется тонопласт, а содержимое – клеточный сок).

3) Только у животных нет клеточной стенки (плотной оболочки), у растений она есть из целлюлозы (клетчатки), а у грибов – из хитина.

4) Только у животных есть клеточный центр (центриоли).

5) Запасной углевод у растений – крахмал, а у животных и грибов – гликоген.

Пищеварение у человека

Пищеварительная система человека:

• ротовая полость
• пищевод
• желудок

• двенадцатиперстная кишка (начальный отдел тонкой кишки)
• тонкая кишка

• слепая кишка (начальный отдел толстой кишки)
• толстая кишка
• прямая кишка (конечный отдел толстой кишки).

Переваривание питательных веществ происходит с помощью ферментов:

• амилаза (в слюне, поджелудочном и кишечном соке) переваривает крахмал до глюкозы
• липаза (в желудочном, поджелудочном и кишечном соке) переваривает жиры до глицерина и жирных кислот
• пепсин – (в желудочном соке) переваривает белки до аминокислот в кислой среде
• трипсин – (в поджелудочном и кишечном соке) переваривает белки до аминокислот в щелочной среде

Печень

• выделяет желчь, которая не содержит ферментов, зато эмульгирует жиры (разбивает их на мелкие капельки), а так же стимулирует работу ферментов и подавляет гнилостные бактерии
• выполняет барьерную функцию (очищает кровь от вредных веществ, полученных в процессе пищеварения).

...

В ротовой полости выделяется слюна, содержащая амилазу.

В желудке – желудочный сок, содержащий пепсин и липазу.

В тонкую кишку выделяются кишечный сок, поджелудочный сок (оба содержат амилазу, липазу, трипсин), а также желчь. В тонкой кишке завершается пищеварение (происходит окончательное переваривание веществ) и происходит всасывание продуктов пищеварения. Чтобы увеличить поверхность всасывания, токая кишка изнутри покрыта ворсинками. Аминокислоты и глюкоза всасываются в кровь, глицерин и жирные кислоты – в лимфу.

В толстом кишечнике происходит всасывание воды, а также живут бактерии (например, кишечная палочка). Бактерии питаются растительной клетчаткой (кроме того, клетчатка [целлюлоза] улучшает моторику кишечника). Бактерии поставляют человеку некоторые витамины, а так же не дают размножаться в кишечнике другим, более опасным бактериям.)

Пищевая цепь

1. Продуценты (производители органических веществ из неорганических). Это растения, а так же фото- и хемосинтезирующие бактерии.

2. Консументы (потребители готовых органических веществ).

• консументы 1 порядка питаются продуцентами (корова, карп, пчела)
• консументы 2 порядка питаются консументами первого (волк, щука, оса)
  и т. д.

3. Редуценты (разрушители органических веществ до неорганических) – бактерии и грибы.

Пример пищевой цепи: капуста → гусеница капустной белянки → синица → ястреб. Стрелка в пищевой цепи направлена от того, кого едят в сторону того, кто ест. Первое звено пищевой цепи – продуцент, последнее – консумент высшего порядка или редуцент.

Пищевая цепь не может содержать больше 5-6 звеньев, потому что при переходе на каждое следующее звено 90% энергии теряется (правило 10%, правило экологической пирамиды). Например, корова съела 100 кг травы, но потолстела только на 10 кг, т.к.
    а) часть травы она не переварила и выбросила с калом
    б) часть переваренной травы была окислена до углекислого газа и воды для получения энергии.

В связи с тем, что каждое последующее звено в пищевой цепи весит меньше предыдущего, её можно представить в виде пирамиды биомассы (внизу производители, их больше всего, на самом верху – консументы высшего порядка, их меньше всего). Кроме пирамиды биомассы, можно построить пирамиду энергии, численности и т.п.

Пластиды, фотосинтез

Пластиды бывают трех видов:

• хлоропласты – зеленые, функция – фотосинтез
• хромопласты – красные и желтые, являются полуразрушенными хлоропластами, могут придавать яркую окраску лепесткам и плодам.
• лейкопласты – бесцветные, функция – запас веществ.

Строение хлоропластов

Покрыты двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты внутрь – тилакоиды. Стопки коротких тилакоидов называются граны, они увеличивают площадь внутренней мембраны, чтобы расположить на ней как можно больше ферментов фотосинтеза.

Внутренняя среда хлоропласта называется строма. В ней находятся кольцевая ДНК и рибосомы, за счет них хлоропласты самостоятельно делают для себя часть белков, поэтому их называют полуавтономными органоидами. (Считается, что раньше митохондрии и пластиды были свободными бактериями, которые были поглощены крупной клеткой, но не переварены.)

Фотосинтез (простой)

В зеленых листьях на свету
В хлоропластах с помощью хлорофилла
Из углекислого газа и воды
Синтезируется глюкоза и кислород.

Фотосинтез (средняя сложность)

1. Световая фаза.
Происходит на свету в гранах хлоропластов. Под действием света происходит разложение (фотолиз) воды, получается кислород, который выбрасывается, а так же атомы водорода и энергия АТФ, которые используются в следующей стадии.

2. Темновая фаза.
Происходит как на свету, так и в темноте (свет не нужен), в строме хлоропластов. Из углекислого газа, полученного из окружающей среды и атомов водорода, полученных в предыдущей стадии, за счет энергии АТФ, полученной в предыдущей стадии, синтезируется глюкоза.

Пластический и энергетический обмен

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность всех химических реакций, которые происходят в организме. Все эти реакции делятся на 2 группы

1. Пластический обмен (биосинтез) – это когда из простых веществ с затратой энергии образуются (синтезируются) более сложные. Пример:

• При фотосинтезе из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза.

2. Энергетический обмен (распад, дыхание) – это когда сложные веществараспадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Пример:

• В митохондриях глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты окисляются кислородом до углекислого газа и воды, при этом образуется энергия(клеточное дыхание)

Взаимосвязь пластического и энергетического обмена

• Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.
• Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией. При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается.

АТФ – универсальное энергетическое вещество клетки (универсальный аккумулятор энергии). Образуется в процессе энергетического обмена (окисления органических веществ).

• При энергетическом обмене все вещества распадаются, а АТФ – синтезируется. При этом энергия химических связей распавшихся сложных веществ переходит в энергию АТФ, энергия запасается в АТФ.
• При пластическом обмене все вещества синтезируются, а АТФ – распадается. При этом расходуется энергия АТФ (энергия АТФ переходит в энергию химических связей сложных веществ, запасается в этих веществах).

Половое и бесполое размножение

Способы бесполого размножения

1) Деление одноклеточных (амеба).

2) Спорообразование

• Споры грибов и растений служат для размножения.
• Споры бактерий не служат для размножения, т.к. из одной бактерии образуется одна спора. Они служат для переживания неблагоприятных условий и расселения (ветром).

3) Почкование: дочерние особи формируются из выростов тела материнского организма (почек) – у кишечнополостных (гидра), дрожжей.

4) Фрагментация: материнский организм делится на части, каждая часть превращается в дочерний организм. (Спирогира, кишечнополостные, морские звезды.)

5) Вегетативное размножение растений: размножение с помощью вегетативных органов:

• корнями – малина
• листьями – фиалка
• специализированными видоизмененными побегами:

• луковицами (лук)
• корневищем (пырей)
• клубнем (картофель)
• усами (земляника)

Способы полового размножения

1) С помощью гамет, сперматозоидов и яйцеклеток. Гермафродит – это организм, который образует и женские, и мужские гаметы (большинство высших растений, кишечнополостные, плоские и некоторые кольчатые черви, моллюски).

2) Конъюгация у зеленой водоросли спирогиры: две нити спирогиры сближаются, образуются копуляционные мостики, содержимое одной нити перетекает в другую, получается одна нить из зигот, вторая – из пустых оболочек.

3) Конъюгация у инфузорий: две инфузории сближаются, обмениваются половыми ядрами, потом расходятся. Количество инфузорий остается тем же, но происходит рекомбинация.

4) Партеногенез: ребенок развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (у тлей, дафний, пчелиных трутней).

Половые клетки, определение пола, сцепление с полом

Гаметы (сперматозоиды и яйцеклетки), в отличие от соматических клеток, имеют одинарный (гаплоидный) набор хромосом.

Особенности яйцеклеток:

• запас питательных веществ для развития зародыша;
• очень большой размер.

Человеческий сперматозоид состоит из головки, шейки и хвостика.

• в головке находится ядро;
• в шейке находится крупная спиральная митохондрия, которая обеспечивает сперматозоид энергией;
• хвостик – это жгутик, для плавания.

Стадии гаметогенеза (образования половых клеток):

• размножение (диплоидные предшественники половых клеток делятся митозом)
• рост
• созревание (происходит мейоз).

При овогенезе их четырех клеток, образующихся после мейоза, только одна становится яйцеклеткой, а остальные три (редукционные, полярные, направительные тельца) получаются очень маленькие и быстро погибают. Это нужно для того, чтобы собрать всю цитоплазму и все запасные вещества в одной клетке.

Определение пола

Всего у человека 46 хромосом. Из них 44 аутосомы (одинаковы у мужчин и женщин) и 2 – половые хромосомы (отличаются у мужчин и женщин, у женщин ХХ, у мужчин ХY).

Все яйцеклетки содержат хромосому Х и 22 аутосомы. Половина сперматозоидов содержит 22 аутосомы и хромосому Х, половина 22 аутосомы и хромосому Y. Пол человека определяется в момент оплодотворения (зависит от того, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку – Х-содержащий или Y-содержащий).

Сцепление с полом

У человека Y-хромосома гораздо меньше, чем Х-хромосома, поэтому она не содержит некоторые гены.  Эти гены у мужчин имеются только в одном экземпляре (в Х-хромосоме), поэтому они всегда проявляются, даже если они рецессивные. Например, по гемофилии женщина может быть нормальной ХНХН, носительницей ХНХh и больной XhXh, а мужчина – только здоровый XHY или больной XhY. (Дальтонизм наследуется аналогично.)

Прокариоты и эукариоты

У прокариот (бактерий) есть кольцевая ДНК, плазматическая мембрана, цитоплазма и рибосомы. Иногда бывают жгутики. Всё, больше ничего у них нет. 

У эукариот тоже есть плазматическая мембрана, цитоплазма и рибосомы. Плюс к этому у эукариот есть митохондрии, эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи (АГ), клеточный центр и т.д. 

ДНК у эукариот не кольцевая (а линейная), но зато окружена ядерной оболочкой – имеется оформленное ядро.

Все живые организмы на Земле делятся на две группы – надцарство прокариот и надцарство эукариот.

К надцарству прокариот относится три царства:

• царство бактерий (эубактерий),
• царство архебактерий,
• царство цианобактерий (цианей, синезеленых водорослей).

К надцарству эукариот относится три царства:

• царство растений,
• царство животных
• царство грибов.

Главное отличие

У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).

У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

Дополнительные отличия

1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое.

2) У прокариот из органоидов имеются только рибосомы (мелкие, 70S), а у эукариот кроме рибосом (крупных, 80S) имеется множество других органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, и т.д.

3) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.

Сходства

Клетки всех живых организмов (всех царств живой природы) содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы.

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

У эукариот около 5% ДНК составляют экзоны (участки гена, кодирующие белок), 25% – интроны (участки гена, которые транскрибируются, но затем удаляются при сплайсинге), а остальные 70% составляют спейсеры – нетранскрибируемые участки ДНК между генами. К ним относятся участки:

• принимающие участие в компактизации ДНК;
• принимающие участие в укладке хроматина в интерфазном ядре, в том числе прикрепляющие ДНК к ядерной оболочке изнутри;
• центромеры – участки, к которым прикрепляются нити веретена деления;
• теломеры – концевые участки хромосом, выполняющие роль буфера против концевой недорепликации;
• промоторы, операторы, энхансеры и терминаторы.

Процессинг

Процессинг – это процесс превращения транскрипта (пре-иРНК, полученной при транскрипции) в зрелую иРНК, пригодную для трансляции. Стадии процессинга:

1) Кэпирование К 5'-концу транскрипта присоединяется кэп («шапочка», англ.), состоящая из модифицированного гуанина.

2) Полиаденирование К 3'-концу транскрипта присоединяется от 100 до 200 адениновых нуклеотидов.

3) Сплайсинг Это процесс вырезания из транскрипта нужных участков и склеивания их между собой. У эукариот из транскрипта выбрасывается в среднем 5/6 длины.

Зрелая иРНК состоит из 5 участков

1) Кэп необходим для

• экспорта иРНК из ядра;
• предотвращения разрушения 5'-конца иРНК в результате действия экзонуклеаз;
• инициации трансляции.

2) 5'-НТО (нетранслируемая область) кодирует частоту трансляции. К 5'-НТО могут присоединяться репрессоры или активаторы, изменяющие способность данной иРНК соединяться с рибосомой.

3) Кодирующая область – с неё производится трансляция. Она начинается со старт-кодона АУГ и заканчивается одним из трех стоп-кодонов.

4) 3'-НТО кодирует скорость разрушения данной иРНК нуклеазами. К 3'-НТО могут присоединяться репрессоры или активаторы, изменяющие скорость разрушения.

5) Поли-А также отвечает за срок жизни иРНК в цитоплазме.

Компактизация ДНК

В состав генома человека входит около 3 миллиардов нуклеотидов, таким образом, в каждом клеточном ядре содержится ДНК длиной около метра. Чтобы поместиться в ядре, нить ДНК упаковывается. Уровни компактизации ДНК (кликните по рисунку для увеличения):

1) Нуклеосомная нить 
Двойная цепочка ДНК наматывается на множество одинаковых белковых комплексов – кóров. Каждый кор состоит из 8 молекул белков-гистонов H2А, H2B, H3 и H4 (каждого по 2 штуки). Кор с намотанной на него (1,67 оборота) ДНК называется нуклеосома, участок свободной ДНК между нуклеосомами называется линкер. Нуклеофиламент (нуклеосомная нить) – это фибрилла, состоящая из сближенных нуклеосом, соединенных гистоном Н1, и одиночных нуклеосом.

2) Фибрилла диаметром 30 нм
Нуклеосомная нить с участием гистона H1 укладывается в более толстые фибриллы диаметром 30 нм (существует несколько альтернативных моделей укладки.)

3) Хроматин
Нуклеомерная фибрилла формирует петли; каждая петля, возможно, содержит один ген. В таком виде наследственный материал находится в интерфазном ядре.

4) Хромосома
Петли хроматина укладываются в стопки и тесно сближаются, получаются образования, хорошо видимые в световой микроскоп – хромосомы.

Регуляция синтеза белка у прокариот

Оперон – это функциональная единица ДНК прокариот. Строение:

• Промотор (3) – это участок, к которому присоединяется фермент РНК-полимераза, синтезирующий иРНК (1).
• Оператор (4) – это участок, к которому присоединяется белок-репрессор (2), не дающий РНК-полимеразе двигаться по ДНК.
• Структурные гены (6, 7, 8) – содержат информацию о структуре белка. У прокариот в одном опероне находятся гены нескольких белков, необходимых для осуществления какой-либо биохимической реакции.
• Терминатор – участок, в котором РНК-полимераза отсоединяется от ДНК.

Лактозный оперон открыли Жакоб, Моно и Львов в 1961 г. Его работа:

• Когда в среде нет лактозы, кишечная палочка не вырабатывает ферменты, необходимые для ее расщепления, потому что к оператору присоединен репрессор, который не дает происходить транскрипции.
• Когда в среде появляется лактоза (5), то она соединяется с репрессором (2), он денатурирует и отсоединяется от оператора (4). Теперь ничто не мешает РНК-полимеразе (1) делать иРНК, на которой рибосомы тут же делают белки.
• Белки-ферменты расщепляют лактозу, в том числе и ту, что была присоединена к репрессору, он возвращается на место, транскрипция прекращается.

Регуляция синтеза белка у эукариот

1) Транскрипция у эукариот регулируется почти так же, как у прокариот. Разница:

• у эукариот транскрипция может не только подавляться репрессорами, присоединенными к операторам, но и стимулироваться активаторами, присоединенными к энхансерам.
• опероны у эукариот пространственные, т.е. участок, к которому присоединен репрессор, может находиться не в том же участке хромосомы, где лежат промотор и структурные гены, и приближаться к ним за счет укладки хроматина в интерфазном ядре.

2) У прокариот, если какой-нибудь участок транскрибируется, то он автоматически транслируется, т.е. регуляция синтеза белка у прокариот осуществляется на уровне транскрипции. У эукариот транскрипция и трансляция пространственно разделены (транскрипция в ядре, трансляция в цитоплазме), и регуляция синтеза белка происходит в три этапа

• транскрипция
• экспорт из ядра
• трансляция, причем оперативным из них является регуляция на уровне трансляции, когда регуляторные вещества присоединяются к управляющим участкам 3’-НТО и 5’-НТО.

• 5'-НТО отвечает за частоту трансляции
• 3'-НТО отвечает за время жизни иРНК в цитоплазме.

Таким образом, регуляция синтеза белка у эукариот осуществляется в основном на уровне трансляции.

Репликация днк

Удвоение ДНК происходит в синтетической фазе интерфазы.  Каждая молекула ДНК превращается в две одинаковые дочерние молекулы ДНК, соединенные между собой в специальном участке – центромере. За счет удвоения во время деления клетки каждая дочерняя клетка сможет получить свою копию ДНК.

Фермент ДНК-топоизомераза (11) вносит разрыв в одну из цепей ДНК, чтобы вокруг другой могло происходить вращение. Затем фермент ДНК-хеликаза (9) разрывает водородные связи между азотистыми основаниями, двойная цепочка ДНК расплетается на две одинарных. Затем фермент ДНК-полимераза (8) достраивает каждую одинарную цепочку до двойной по принципу комплементарности.

Согласно принципу антипараллельности цепочки ДНК лежат друг к другу противоположными концами. ДНК может удлиняться только 3'-концом, поэтому в каждой репликационной вилке только одна из двух цепочек синтезируется непрерывно. Вторая цепочка (отстающая) растет в 5'-направлении с помощью коротких (100-200 нуклеотидов) фрагментов Оказаки (7), каждый из которых растет в 3'-направлении, а затем с помощью фермента ДНК-лигазы (4) присоединяется к предыдущей цепочке.

Концевая недорепликация

ДНК-полимераза не может начинать цепочку ДНК (может только присоединять новые нуклеотиды к 3'-концу), поэтому существует фермент праймаза (6), который на матрице ДНК синтезирует РНК-фрагмент (праймер, 10-20 нуклеотидов), от 3'-конца которого начинает работать ДНК-полимераза. Праймер затем удаляется, а это место достраивается ДНК-полимеразой следующего по счету фрагмента Оказаки.

На конце хромосомы у последнего фрагмента Оказаки нет «следующего», поэтому некому достроить ДНК на пустом месте, получившемся после удаления праймера. Поэтому после каждой репликации у дочерних хромосом укорачиваются оба 5'-конца (концевая недорепликация).

На концах хромосом имеются участки, не несущие наследственной информации – теломеры. Их укорочение не приносит вреда; у человека они рассчитаны примерно на 60 репликаций. Больше 60 раз (число Хейфлика) клетки человека поделиться не могут, поскольку концевая недорепликация начинает затрагивать гены.

Стволовые клетки (в коже, красном костном мозге, семенниках) должны делиться гораздо больше, чем 60 раз. Поэтому в них функционирует фермент теломераза, который после каждой репликации удлиняет теломеры.

Теломераза удлиняет выступающий 3'-конец ДНК, так что он увеличивается до размера фрагмента Оказаки. После этого праймаза синтезирует на нем праймер, и ДНК-полимераза удлиняет недореплицированный 5'-конец ДНК.

Луи Пастер, 1860-1880:

• Обосновал микробную теорию брожения, открыл анаэробные микроорганизмы, предложил пастеризацию (выдерживание продукта при температуре 60-80 градусов, пищевые качества сохраняются, бактерии убиваются)
• Доказал, что самозарождение жизни не происходит. Сторонники теории витализма сказали Спалаццани, что жизненная сила не может попасть в запаянный сосуд. Пастер вытянул и загнул горлышко колбы, запаял, прокипятил, отломил кончик. Воздух мог контактировать с бульоном, но бактерии из воздуха не попадали туда, оседали на изгибе.
• Теоретически обосновал методику прививания (открытого Дженнером), создал прививку против бешенства.

Роберт Кох, 1870-1890: создал методику выделения в чистом виде и размножения на питательных средах бактерий – возбудителей заболеваний, что позволило соотнести определенную болезнь с определенным возбудителем. Открыл возбудителя туберкулеза (палочку Коха)

И.И.Мечников, 1880-1900: в России открыл фагоцитоз, в дальнейшем в институте Пастера создал фагоцитарную теорию иммунитета.

Пауль Эрлих, 1890-1910: в институте Коха разработал гуморальную теорию иммунитета (взаимодействия антител и антигенов), в 1907 создал первый химиотерапевтический препарат сальварсан против сифилиса.

Рефлекс

Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение рецепторов, осуществляемая нервной системой.

Понятие «рефлекс» ввел Сеченов, он считал, что «рефлексы составляют основу нервной деятельности человека и животных». Павлов разделил рефлексы на условные и безусловные.

Рефлекторная дуга

Это путь, по которому проходит нервный импульс во время осуществления рефлекса:
1)     рецептор – чувствительное образование, способное реагировать на определенный вид раздражителя
2)     чувствительный нейрон
3)     вставочный нейрон (находится в мозге) 
4)     исполнительный (двигательный) нейрон
5)     исполнительный орган – мышца (сокращается), железа (выделяет секрет) и т.п.

Сравнение условных и безусловных рефлексов

Выработка условного рефлекса

Условный (безразличный) раздражитель должен предшествовать безусловному (вызывающему безусловный рефлекс). Например: зажигается лампа, через 10 секунд собаке даётся мясо.

Торможение условных рефлексов

Условное (неподкрепление): лампа зажигается, но мяса собаке не дают. Постепенно слюноотделение на включенную лампу прекращается (происходит угасание условного рефлекса).

Безусловное: во время действия условного раздражителя возникает мощный безусловный. Например, во время включения лампы громко звенит звонок. Слюна не выделяется.

Решение задач по генетике с использованием законов Г.Менделя

Важное умение, без которого невозможно решить задачу, – определять, к какому разделу она относится: моно-, ди- или полигибридное скрещивание; наследование, сцепленное с полом, или наследование признаков при взаимодействии генов... Это позволяет учащимся выбрать необходимые для решения задачи законы, закономерности, правила, соотношения. С этой целью можно дать текст какой-либо задачи и предложить определить, к какому разделу она относится. Учащиеся должны помнить, что наследуются гены, а не признаки.

Упражнение 1. Одна из пород кур отличается укороченными ногами (такие куры не разрывают огородов). Этот признак – доминирующий. Управляющий им ген вызывает одновременно и укорочение клюва. При этом у гомозиготных цыплят клюв так мал, что они не в состоянии пробить яичную скорлупу и гибнут, не вылупившись из яйца. В инкубаторе хозяйства, разводящего только коротконогих кур, получено 3000 цыплят. Сколько среди них коротконогих?

Упражнение 2. В медицине имеет большое значение различие между четырьмя группами человеческой крови. Группа крови является наследственным признаком, зависящим от одного гена. Ген этот имеет не две, а три аллели, обозначаемые символами А, В, 0. Лица с генотипом 00 имеют первую группу крови, с генотипамиАА или А0 – вторую, BB или В0 – третью, АВ – четвертую (мы можем сказать, что аллели А и Вдоминируют над аллелью 0, тогда как друг друга они не подавляют). Какие группы крови возможны у детей, если у их матери – вторая группа крови, а у отца – первая?

Ответ: обе задачи на моногибридное скрещивание, так как речь идет об одном гене. (Ключевые слова выделены в тексте задач.)

Типы задач

Все генетические задачи, какой бы темы они ни касались (моно- или полигибридное скрещивание, аутосомное или сцепленное с полом наследование, наследование моно- или полигенных признаков), сводятся к трем типам: 1) расчетные; 2) на определение генотипа; 3) на определение характера наследования признака.

В условии расчетной задачи должны содержаться сведения:
– о характере наследования признака (доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом и др.);
– прямо или косвенно (через фенотип) должны быть указаны генотипы родительского поколения.
Вопрос расчетной задачи касается прогноза генетической и фенотипической характеристик потомства. Приведем пример задачи расчетного типа.

Задача 2. У человека ген полидактилии (многопалости) доминирует над нормальным строением кисти. У жены кисть нормальная, муж гетерозиготен по гену полидактилии. Определите вероятность рождения в этой семье многопалого ребенка.

Решение этой задачи начинается с записи ее условия и обозначения генов. Затем определяются (предположительно) генотипы родителей. Генотип мужа известен, генотип жены легко установить по фенотипу – она носительница рецессивного признака, значит, гомозиготна по соответствующему гену. Следующий этап – написание значений гамет. Следует обратить внимание на то, что гомозиготный организм образует один тип гамет, поэтому нередко встречающееся написание в этом случае двух одинаковых гамет не имеет смысла. Гетерозиготный организм формирует два типа гамет. Соединение гамет случайно, поэтому появление двух типов зигот равновероятно: 1:1.

Решение.

Р:        аа х Аа
гаметы: (а) (А) (а)
F1:        Аа, аа,
где: А – ген полидактилии, а – нормальный ген.

Ответ: вероятность рождения многопалого ребенка составляет примерно 50%.

Обратите ваше внимание на недопустимость давать ответ в такой форме: «Один ребенок в семье родится нормальным и один многопалым» или еще хуже: «Первый ребенок будет многопалым, а второй нормальным». Сколько и каких детей будет у супругов, точно сказать нельзя, поэтому необходимо оперировать понятием вероятности.
В условии задачи на определение генотипа должна содержаться информация:
– о характере наследования признака;
– о фенотипах родителей;
– о генотипах потомства (прямо или косвенно).
Вопрос такой задачи требует характеристики генотипа одного или обоих родителей.

Задача 3. У норок коричневая окраска меха доминирует над голубой. Скрестили коричневую самку с самцом голубой окраски. Среди потомства два щенка коричневых и один голубой. Чистопородна ли самка?

Записываем условие задачи, вводя обозначения генов. Решение начинаем с составления схемы скрещивания. Самка обладает доминантным признаком. Она может быть как гомо- (АА), так и гетерозиготной (Аа). Неопределенность генотипа обозначаем А_. Самец с рецессивным признаком гомозиготен по соответствующему гену – аа. Потомки с коричневой окраской меха наследовали этот ген от матери, а от отца – ген голубой окраски, следовательно, их генотипы гетерозиготны. По генотипу коричневых щенков установить генотип матери невозможно. Голубой щенок от каждого из родителей получил ген голубой окраски. Следовательно, мать гетерозиготна (нечистопородна).

Решение.

Р:         Aa х aa
гаметы: (А)   (а)     (а)
F1:        1 Aa : 1 aa ,
Где: А – ген коричневой окраски меха, а – ген голубой окраски меха.

Ответ: генотип самки – Аа, то есть она нечистопородна.

В условиях задач на установление характера наследования признака:
– предлагаются только фенотипы следующих друг за другом поколений (то есть фенотипы родителей и фенотипы потомства);
– содержится количественная характеристика потомства.
В вопросе такой задачи требуется установить характер наследования признака.

Задача 4. Скрестили пестрых петуха и курицу. Получили 26 пестрых, 12 черных и 13 белых цыплят. Как наследуется окраска оперения у кур?

При решении этой задачи логика рассуждения может быть следующей. Расщепление в потомстве свидетельствует о гетерозиготности родителей. Соотношение близкое к 1 : 2 : 1 говорит о гетерозиготности по одной паре генов. Согласно полученным долям (1/4 белые, 1/2 пестрые, 1/4 черные), черные и белые цыплята гомозиготны, а пестрые гетерозиготны.
Обозначение генов и генотипов с последующим составлением схемы скрещивания показывает, что сделанный вывод соответствует результату скрещивания.

Решение.

Р:       A+A х A+A
          пестрые   пестрые
гаметы: (А+) (А) (А+) (А)
F1:        1А+А+ : 2А+A : 1AA
          черные пестрые белые

Ответ: окраска оперения у кур определяется парой полудоминантных генов, каждый из которых обуславливает белый или черный цвет, а вместе они контролируют развитие пестрого оперения.

Использование на уроках иллюстрированных задач

Задачи по генетике можно подразделить на текстовые и иллюстрированные. Преимущество иллюстрированных задач перед текстовыми очевидно. Оно основано на том, что зрительное восприятие изображений активизирует внимание и интерес учащихся, способствует лучшему осмыслению условия задачи и изучаемых закономерностей.

Задача 5.

1. Какая окраска шерсти у кроликов доминирует?
2. Каковы генотипы родителей и гибридов первого поколения по признаку окраски шерсти?
3. Какие генетические закономерности проявляются при такой гибридизации?

Ответы.

1. Доминирует темная окраска шерсти.
2. Р: АА х аа; F1 : Aa.
3. Мы наблюдаем проявления правил доминирования признаков и единообразия первого поколения.

Рисунки могут быть схематичными.

Задача 6.

1. Какая форма плода томата (шаровидная или грушевидная) доминирует?
2. Каковы генотипы родителей и гибридов 1 и 2 поколения?
3. Какие генетические закономерности, открытые Менделем, проявляются при такой гибридизации?

Ответы.

1. Доминирует шаровидная форма плода.
2. Р: аа х АА; F1 : Аа; F2 : 25% АА, 50% Аа, 25% аа.
3. Законы единообразия гибридов первого поколения (I закон Менделя) и закон расщепления (II закон Менделя).

Задача 7.

1. Каковы генотипы родителей и гибридов F1, если красная окраска и круглая форма плодов томата – доминантные признаки, а желтая окраска и грушевидная форма – рецессивные признаки?
2. Докажите, что при таком скрещивании проявляется закон независимого распределения генов.

Ответы.

1. Р: АаВb х ааВb; F1: АаBB, 2AaBb, Aabb, aaBB, 2aaBb, aabb.
2. Наследование признака окраски плодов томата идет независимо от их формы, а именно отношение числа красных плодов к желтым равняется:
(37% + 14%) : (37% + 12%) = 1 : 1,
а круглой формы к грушевидным:
(37% + 37%) : (14% + 12%) = 3 : 1.

Решение типовых задач с использованием законов Г.Менделя

Моногибридное скрещивание

Решение задач на моногибридное скрещивание при полном доминировании обычно трудностей не вызывает.
Поэтому остановимся лишь на примере решения задач на наследование отдельного признака при неполном доминировании.

Задача 8. Растения красноплодной земляники при скрещивании между собой всегда дают потомство с красными ягодами, а растения белоплодной земляники – с белыми ягодами. В результате скрещивания обоих сортов друг с другом получаются розовые ягоды. Какое потомство возникает при скрещивании между собой гибридных растений земляники с розовыми ягодами? Какое потомство получится, если опылить красноплодную землянику пыльцой гибридной земляники с розовыми ягодами?

Решение.

При скрещивании между собой растений с розовыми ягодами получается 25% красноплодных, 50% с розовыми ягодами и 25% белоплодных.
Растения с розовыми ягодами (КБ) – гибриды F1. При скрещивании КБ х КБ образуются гаметы двух сортов: Кнесут признак красноплодности и Б признак белоплодности. Пользуясь решеткой Пеннета, внося обозначения гамет, определяем генотип и фенотип получившихся растений.

Скрещивание КК х КБ дает расщепление: 50% КК(красноплодных) и 50% КБ (с розовыми ягодами).
Вышеизложенное решение (см. учебное пособие «Биология для поступающих в вуз. Способы решения задач по генетике». Составитель Галушкова Н.И. – Волгоград. : Изд. Братья Гринины, 1999, с. 7) на мой взгляд, создает определенные трудности для учащихся, т.к. для обозначения одного признака используются два буквенных символа, что характерно для решения задач на дигибридное скрещивание.

Систематика

Систематика (классификация, таксономия) – наука о многообразии живых организмов и распределении их по группам на основании (эволюционного) родства.

Систематичекские единицы (таксоны) в порядке уменьшения:

• надцарство
• царство
• подцарство
• тип/отдел
• класс
• отряд/порядок
• семейство
• род
• вид

Типы и отряды используются в классификации животных, а отделы и порядки – в классификации растений и грибов.

Самая большая из приведенных систематических единиц – надцарство. Самая маленькая (исходная, минимальная, основная единица систематики) – вид.

Типы делятся на классы, классы – на отряды/порядки, отряды/порядки – на семейства и т.п. И наоборот: из видов состоят роды, из родов – семейства, из семейств – отряды/порядки...

Систематики могут выделять множество дополнительных таксонов – подтип, подкласс и т.п.

Пример: систематика человека

• надцарство: Эукариоты
• царство: Животные
• подцарство: Многоклеточные
• тип: Хордовые
• подтип: Позвоночные
• класс: Млекопитающие
• отряд: Приматы
• семейство: Гоминиды
• род: Человек
• вид: Человек разумный

У всех видов "двойное название": первое слово – название рода, второе – название вида.

Способы питания живых организмов

Автотрофы

Автотрофы никого не едят, органические вещества делают сами из неорганических.

• Автофототрофы – энергию получают из света (фотосинтез). К фототрофам относятся растения и фотосинтезирующие бактерии.
• Автохемотрофы – энергию получают при окислении неорганических веществ (хемосинтез). Например,

• серобактерии окисляют сероводород до серы,
• железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного,
• нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты.

Сходство и различие фотосинтеза и хемосинтеза

• Сходства: все это пластический обмен, из неорганических веществ делаются органические (из углекислого газа и воды – глюкоза).
• Различие: энергия для синтеза при фотосинтезе берется из света, а при хемосинтезе - из окислительно-восстановительных реакций.

Гетеротрофы

Гетеротрофы получают органические вещества в готовом виде, с пищей. К гетеротрофам относятся животные, грибы и большинство бактерий.

Способы питания гетеротрофов
1. Хищники – убиваю жертву, а затем съедают (лев, щука, оса).
2. Паразиты – поедают живую жертву (вирус гриппа, туберкулёзная палочка, дизентерийная амеба, аскарида и т.п.)
3. Cапрофиты (сапротрофы) – питаются мертвыми организмами (личинки мясных мух, плесневые грибы, бактерии гниения).
4. Cимбионты – получают питание от другого организма на взаимовыгодной основе. Например:

• Микориза (грибокорень) – симбиоз гриба и растения. Растение дает грибу глюкозу (которую делает при фотосинтезе), а гриб дает растению воду и минеральные соли.
• Лишайник – симбиоз грибов и водорослей. Водоросли дают грибу глюкозу, а гриб водорослям – соли и воду.
• Клубеньковые бактерии живут в специальных утолщениях (клубеньках) на корнях растений семейства бобовых. Растения дают бактериям глюкозу, а бактерии дают растениям соли азота, которые они получают при фиксации азота воздуха.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции

Рудименты – органы, которые были хорошо развиты у древних эволюционных предков, а сейчас они недоразвиты, но полностью еще не исчезли, потому что эволюция идет очень медленно. Например, кита – кости таза. У человека:

• волосы на теле,
• третье веко,
• копчик,
• мышца, двигающая ушную раковину,
• аппендикс и слепая кишка,
• зубы мудрости.

Атавизмы – органы, которые должны находиться в рудиментарном состоянии, но из-за нарушения развития достигли крупного размера. У человека – волосатое лицо, мягкий хвост, способность двигать ушной раковиной, многососковость. Отличия атавизмов от рудиментов: атавизмы – это уродства, а рудименты есть у всех.

Гомологичные органы – внешне отличаются, потому что приспособлены к разным условиям, но имеют сходное внутреннее строение, поскольку возникли из одного исходного органа в процессе дивергенции. (Дивергенция – процесс расхождения признаков.) Пример: крылья летучей мыши, рука человека, ласта кита.

Аналогичные органы –  внешне похожи, потому что приспособлены к одним и тем же условиям, но имеют разное строение, потому что возникли из разных органов в процессе конвергенции. Пример: глаз человека и осьминога, крыло бабочки и птицы.

Конвергенция – процесс схождения признаков у организмов, попавших в одинаковые условия. Примеры:

• водные животные разных классов (акулы, ихтиозавры, дельфины) имеют сходную форму тела;
• быстро бегающие позвоночные имеют мало пальцев (лошадь, страус).

Строение и функции белков

Белки (протеины) составляют 50% от сухой массы живых организмов.

Белки состоят из аминокислот. У каждой аминокислоты есть аминогруппа и кислотная (карбоксильная) группа, при взаимодействии которых получаетсяпептидная связь, поэтому белки еще называют полипептидами.

Структуры белка

Первичная – цепочка из аминокислот, связанных пептидной связью (сильной, ковалентной). Чередуя 20 аминокислот в разном порядке, можно получать миллионы разных белков. Если поменять в цепочке хотя бы одну аминокислоту, строение и функции белка изменятся, поэтому первичная структура считается самой главной в белке.

Вторичная – спираль. Удерживается водородными связями (слабыми).

Третичная – глобула (шарик). Четыре типа связей: дисульфидная (серный мостик) сильная, остальные три (ионные, гидрофобные, водородные) – слабые. Форма глобулы у каждого белка своя, от нее зависят функции. При денатурации форма глобулы меняется, и это сказывается на работе белка.

Четвертичная – имеется не у всех белков. Состоит из нескольких глобул, соединенных между собой теми же связями, что и в третичной структуре. (Например, гемоглобин.)

Денатурация

Это изменение формы глобулы белка, вызванное внешними воздействиями (температура, кислотность, соленость, присоединение других веществ и т.п.)

• Если воздействия на белок слабые (изменение температуры на 1°), то происходит обратимая денатурация.
• Если воздействие сильное (100°), то денатурация необратимая. При этом разрушаются все структуры, кроме первичной.

Функции белков

Их очень много, например:

• Каталитическая – белки-ферменты ускоряют химические реакции
• Защитная – антитела борются с возбудителями болезней

Строение эукариотической клетки

Эукариотическая клетка состоит из оболочки и цитоплазмы.

Цитоплазма – внутренняя полужидкая среда клетки, в ней находятся ядро и органоиды.

• Цитоплазма связывает между собой все компоненты клетки
• За счет микротрубочек («белковых нитей») выполняет функцию скелета клетки, обеспечивает передвижение её частей
• В цитоплазме происходят основные процессы обмена веществ, например, гликолиз.

Органоиды

Одномембранные:

• Эндоплазматическая сеть – совокупность мембранных каналов и полостей, пронизывающих всю клетку. Является непосредственным продолжением внешней ядерной мембраны. Бывает двух видов – гладкая и шероховатая (гранулярная, гранулы – это рибосомы). На гранулярной ЭПС идет синтез белка, на гладкой – синтез липидов и углеводов. Внутри каналов ЭПС синтезированные вещества накапливаются и транспортируются по клетке.
• Аппарат (комплекс) Гольджи – стопка плоских мембранных полостей, окруженных пузырьками. По каналам ЭПС вещества поступают в АГ, там накапливаются и химически модифицируются (например, от белков отрезаются лишние участки). Затем готовые вещества заключаются в пузырьки и отправляются по месту назначения (например, выводятся из клетки).
• Лизосомы – пузырьки, заполненные пищеварительными ферментами. Образуются в аппарате Гольджи. Пищеварительная вакуоль, в которой происходит переваривание пищи, получается после слиянияфагоцитозного пузырька с лизосомой. Кроме того, лизосомы могут переваривать ненужные части клетки или целые клетки, например, у головастика постепенно исчезает хвост.)
• Вакуоли

Двухмембранные – митохондрии и пластиды.

Немембранные:

• Рибосомы (синтезируют белки)
• Клеточный центр (состоит из двух центриолей, которые образуют веретено деления во время митоза и мейоза)
• Реснички, жгутики

Ткани

Ткань – совокупность клеток и межклеточного вещества, обладающих общим строением, функцией и происхождением.

Эпителиальная ткань

Функции

• Пограничная (наружный слой кожи, внутренний слой дыхательных путей, легких, желудка, кишечника).
• Выделение веществ (железы).

Особенности строения:

• Клетки плотно прилегают друг к другу, межклеточного вещества мало.
• Клетки очень быстро делятся, за счет этого повреждения эпителия быстро залечиваются.

Соединительная ткань

Функции

• Питательная (кровь, жировая ткань)
• Опорная (кость, хрящ, соединительнотканная оболочка всех органов).

Особенность строения: межклеточного вещества очень много.    

Мышечная ткань

Функции: возбудимость и сократимость.

1)     Поперечно-полосатая скелетная ткань
а) входят в состав скелетных мышц (например, мышц конечностей)
б) клетки очень длинные (до 12 см), многоядерные;
в) сокращается быстро, подчиняется сознанию.

2) Поперечно-полосатая сердечная ткань
а) входит в состав сердца
б) клетки небольшие, одноядерные, соединены между собой с помощью мостиков.
в) сокращается быстро, не подчиняется сознанию.

3) Гладкая мышечная ткань
а) входит в состав стенок внутренних органов, в том числе кровеносных сосудов;
б) клетки небольшие, одноядерные;
в) сокращается медленно, не подчиняется сознанию.

Нервная ткань

Функции: возбудимость и проводимость.

Основные клетки нервной ткани – нейроны – состоят из тела и отростков. Отростки бывают двух видов:

• дендриты – короткие, разветвленные, принимают возбуждение;
• аксон – длинный, неразветвленный, отдает возбуждение.

Кроме нейронов, в нервной ткани выделяют еще клетки-спутники, их в 10 раз больше, чем нейронов, они выполняют питательную, опорную и защитную функцию.

Условные и безусловные рефлексы

Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение рецепторов, осуществляемая нервной системой. Путь, по которому нервный импульс проходит при осуществлении рефлекса, называется рефлекторной дугой.

Понятие «рефлекс» ввел Сеченов, он считал, что «рефлексы составляют основу нервной деятельности человека и животных». Павлов разделил рефлексы на условные и безусловные.

Сравнение условных и безусловных рефлексов

Выработка условного рефлекса

Условный (безразличный) раздражитель должен предшествоватьбезусловному (вызывающему безусловный рефлекс). Например: зажигается лампа, через 10 секунд собаке даётся мясо.

Торможение условных рефлексов

Условное (неподкрепление): лампа зажигается, но мяса собаке не дают. Постепенно слюноотделение на включенную лампу прекращается (происходит угасание условного рефлекса).

Безусловное: во время действия условного раздражителя возникает мощный безусловный. Например, во время включения лампы громко звенит звонок. Слюна не выделяется.

Факторы (движущие силы) эволюции

 Наследственная изменчивость

Мутации и комбинации создают наследственное разнообразие (генетическую неоднородность популяции), поставляют материал для естественного отбора. Чем сильнее идёт мутационный процесс, тем больше эффективностьестественного отбора.

Случайное (ненаправленное) сохранение признаков

Популяционные волны – периодические колебания численности популяции. Например: численность зайцев непостоянна, каждые 4 года их становится очень много, затем следует спад численности. Значение: во время спада происходит дрейф генов.

Дрейф генов: если популяция очень маленькая (из-за катастрофы, болезни, спада поп-волны), то признаки сохраняются или исчезают независимо от их полезности, случайно.

Борьба за существование

Причина: организмов рождается гораздо больше, чем может выжить, поэтому для них всех не хватает пищи и территории.

Определение: совокупность взаимоотношений организма с другими организмами и с окружающей средой.

Формы:

• внутривидовая (между особями одного вида),
• межвидовая (между особями разных видов),
• с условиями окружающей среды.

Самой ожесточенной считается внутривидовая.

Следствие: естественный отбор

Естественный отбор

Это главный, ведущий, направляющий фактор эволюции, приводит к приспособленности, к возникновению новых видов. подробнее

Изоляция

Постепенное накопление различий между изолированными друг от друга популяциями может привести к тому, что они превратятся в два разных вида, т.е. произойдет видообразование.

Виды изоляции/видообразования:

• Географическая – если между популяциями имеется непреодолимая преграда – гора, река или очень большое расстояние (возникает при быстром расширении ареала). Например, лиственница сибирская (в Сибири) и лиственница даурская (на Дальнем Востоке).
• Экологическая (биологическая) – если две популяции живут на одной территории (внутри одного ареала), но не могут скрещиваться. Например, разные популяции форелей живут в озере Севан, но нереститься уходят в разные реки, впадающие в это озеро.

Хромосомы

Хромосомы находятся в ядре клетки, являются главными компонентами ядра.

Химический состав хромосом – 50% ДНК и 50% белка.

Функция хромосом – хранение наследственной информации.

Хромосома может быть одинарной (из одной хроматиды) и двойной (из двух хроматид). Хроматида – это нуклеопротеидная нить, половинка двойной хромосомы.

• Одинарная хромосома превращается в двойную в процессе репликации.
• Двойная хромосома превращается в две одинарные (хроматиды становятся дочерними хромосомами) после разделения соединяющей их центромеры (в анафазе митоза, анафазе II мейоза).

Перетяжки хромосомы:
1) Центромера (первичная перетяжка) – это место соединения двух хроматид; к центромере присоединяются нити веретена деления.
2) Вторичная перетяжка – ядрышковый организатор, содержит гены рРНК. Вокруг вторичной перетяжки внутри ядра образуется ядрышко – участок, в котором синтезируется рРНК и происходит сборка субъединиц рибосом.

Наборы хромосом

Одинарный (гаплоидный) набор хромосом характерен для половых клеток (гамет), двойной (диплоидный) – для соматических клеток.

• Одинарный набор превращается в двойной в момент оплодотворения(слияния сперматозоида и яйцеклетки).
• Двойной набор превращается в одинарный в момент независимого расхождения двойных хромосом в анафазе I мейоза.

В двойном наборе у человека содержится 46 хромосом.

Задачи на количество хромосом:

• Если в половой клетке 12 хромосом, то в оплодотворенной яйцеклетке (зиготе) и в соматических клетках (печени, кожи, мышц и т.п.) – по 24 хромосомы.
• И наоборот: если в ядре соматической клетки (кишечника, мозга и т.п.) 36 хромосом, то в ядре зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) тоже 36, а в ядре яйцеклетки и сперматозоида – по 18.

Членистоногие

Тип членистоногие делится на 3 класса: ракообразные, паукообразные и насекомые. Сравнение:

1) Отделы тела: у раков и пауков – головогрудь и брюшко, у насекомых – голова, грудь и брюшко.

2) Ноги: у раков может быть разное количество, у пауков 8 (4 пары), у насекомых 6 (3 пары).

3) Крылья есть только у насекомых, 2 пары, расположены на груди.

4) Глаза: у раков сложные, фасеточные (состоящие из множества простых глазков), у пауков простые, у насекомых простые и сложные.

5) Усы: у раков 2 пары, у пауков нет, у насекомых 1 пара.

6) Дыхательная и кровеносная системы:

• Раки дышат жабрами, кислород от жабр ко всем органам тела разносится кровью, поэтому кровеносная система развита хорошо
• Насекомые дышат трахеями: тонкими трубками, по котором воздух доходит до каждой клетки тела. Кровь не переносит кислород, поэтому кровеносная система развита слабо (кровь переносит питательные вещества, продукты обмена, гормоны и т.п.)
• Пауки дышат легкими и трахеями, кровеносная система развита средне.

У всех насекомых развитие непрямое (с метаморфозом, с превращением). Превращение может быть полное и неполное.

• Полное: яйцо, личинка, куколка, взрослое насекомое. Характерно для бабочек (чешуекрылых), жуков (жесткокрылых), комаров и мух (двукрылых), пчел (перепончатокрылых) и т.д.
• Неполное: яйцо, личинка, взрослое насекомое (отсутствует стадия куколки). Характерно для кузнечиков и саранчи (прямокрылых).

Эволюция человека (антропогенез)

Факторы эволюции человека

На ранних этапах эволюции человека главенствовали биологические факторы эволюции – изменчивость, борьба за существование, естественный отбор и т.п.

На поздних этапах эволюции человека главными стали социальные факторыэволюции – общественный образ жизни, использование орудия труда, использование огня, развитие речи.

Этапы эволюции человека

Расы

Это подразделения внутри вида, приспособленные к конкретным условиям. Расы имеются у всех широко распространенных видов. У человека выделяют 3 большие расы (негроиды, европеоиды, монголоиды).

Расистская теория (расизм) отвергает единство человеческих рас, т.е. утверждает, что разные расы человека произошли от разных предков. Это неправда, все расы человека легко скрещиваются и дают плодовитое потомств, т.е. относятся к одному виду.

Отличия человека и человекообразных обезьян

1) Скелет:

• в связи с большим объемом мозга мозговая часть черепа больше лицевой
• в связи с трудовой деятельностью большой палец кисти противопоставлен остальным и хорошо развит.
• в связи с прямохождением

• сводчатая стопа
• расширенный таз
• изгибы в позвоночнике
• грудная клетка расширена в стороны

2) Объем мозга в 2 раза больше, объем коры в 3 раза больше за счет извилин. Благодаря этому человек может вырабатывать вторую сигнальную систему, т.е. способность оперировать словами-понятиями, отделенными от конкретных предметов. (Например, слово «стол» обозначает понятие, которому может соответствовать множество очень разных предметов.)

Экологические факторы

Экологические факторы – это все факторы окружающей среды, действующие на организм. Они делятся на 3 группы:

1. Абиотические – факторы неживой природы: температура, влажность, соленость воды.
2. Биотические – воздействия живых организмов: хищничество, паразитизм, симбиоз.
3. Антропогенные – воздействия человека: вырубка леса, загрязнение воздуха, осушение болота.

Наилучшее значение фактора для организма называется оптимальным(точкой оптимума), например, оптимальная температура воздуха для человека – 22º.

Фактор, который находится дальше всего от оптимума, называется лимитирующим (ограничивающим), например, для растений в степи и в пустыне это недостаток воды, а в еловом лесу и на дне моря – недостаток света.

Антропогенные факторы

Воздействия человека слишком быстро изменяют окружающую среду. Это приводит к тому, что многие виды становятся редкими и вымирают. Биологическое разнообразие уменьшается, из-за этого снижается устойчивость экосистем.

Например, последствия вырубки леса:

• Разрушается среда обитания для жителей леса (животных, грибов, лишайников, трав). Они могут полностью исчезнуть (уменьшение биоразнообразия).
• Лес своими корнями удерживает верхний плодородный слой почвы. Без поддержки почву может унести ветром (получится пустыня) или водой (получатся овраги).
• Лес с поверхности своих листьев испаряет очень много воды. Если убрать лес, то влажность воздуха в данной местности уменьшится, а влажность почвы увеличится (может образоваться болото).

Чтобы сохранить биосферу, человек должен:

• уменьшить загрязнение окружающей среды,
• сохранять среду обитания живых организмов, её состав и свойства,
• сохранять редкие виды виды в заповедниках и заказниках.

Экосистема

Сообщество – это  совокупность определенных живых организмов, например, растительное сообщество степи.

Экосистема (биоценоз) – это совокупность живых организмов и среды их обитания, характеризующаяся круговоротом веществ и потоком энергии (пруд, луг, лес).

Биогеоценоз – это экосистема, находящаяся в определенном участке суши и неразрывно связанная с этим конкретным участком. (Временные, искусственные и водные экосистемы не считаются биогеоценозами.)

Процессы в экосистемах

Круговорот веществ в экосистеме происходит за счет пищевых цепей: продуценты забирают из неживой природы неорганические вещества и делают из них органические; в конце пищевой цепи редуценты делают наоборот.

Поток энергии: большинство экосистем получают энергию от солнца. Продуценты запасают ее в органических веществах. Проходя по пищевым цепям, эта энергия постепенно расходуется (правило 10%), в конце концов вся солнечная энергия, поглощенная продуцентами, превращается в тепло.

Саморегуляция – главное свойство экосистем: за счет биотических связей количество всех видов поддерживается на постоянном уровне. Саморегуляция позволяет экосистемам выдерживать неблагоприятные воздействия. Например, лес может сохраниться (восстановиться) после нескольких лет засухи, бурного размножения майских жуков и/или зайцев.

Устойчивость экосистемы. Чем больше в экосистеме видов, тем больше там пищевых цепей, и тем более устойчивым (сбалансированным) является круговорот веществ и сама экосистема. Если количество видов (биологическое разнообразие) уменьшается, то экосистема становится неустойчивой и теряет способность к саморегуляции.

Смена экосистемы. Экосистема, в которой производится больше органических веществ, чем потребляется, неустойчива. Она зарастает, это нормальный процесс саморазвития экосистемы (живые организмы сами меняют свою среду обитания). Например, лесной пруд превращается в болото, степь – в лесостепь, березняк – в дубраву и т.п. К смене экосистемы могут приводить и внешние воздействия, например, пожар или вырубка леса.

Эмбриональное и постэмбриональное развитие

Онтогенез – это индивидуальное развитие организма от момента его зарождения до смерти. Онтогенез начинается с оплодотворения (слияния сперматозоида и яйцеклетки). При этом образуется зигота, в которой объединяется наследственный материал отца и матери.

Зародышевое (эмбриональное) развитие

Это период с момента оплодотворения до выхода ребёнка из яйца (рождения). Включает в себя стадии дробления, гаструляции, органогенеза.

Дробление – это серия делений зиготы путем митоза. Промежуток между делениями очень короткий, в нем происходит только удвоение ДНК, а рост клеток не происходит (яйцеклетка и так была очень большая). В процессе дробления клетки постепенно уменьшаются, пока не достигают нормальных размеров. После дробления образуется бластула – полый шарик из одного слоя клеток.

Затем бластула превращается в гаструлу – двухслойный шарик. Наружный слой клеток гаструлы называется эктодерма, внутренний – энтодерма, отверстие в гаструле называется первичный рот, он ведет в кишечную полость.

Органогенез (образование органов) начинается с формирования нервной пластинки в эктодерме на спинной стороне зародыша. В дальнейшем

• из эктодермы образуется кожа и нервная система;
• из энтодермы – пищеварительная и дыхательная система;
• из мезодермы – всё остальное (скелет, мышцы, кровеносная, выделительная, половая системы).

Постэмбриональное развитие

Продолжается от рождения (вылупления) до начала размножения (наступления полового созревания). Бывает двух видов:

• Прямое – когда ребенок похож на родителя, только меньше по размерам и у него недоразвиты некоторые органы (млекопитающие, птицы).
• Непрямое (с превращением, с метаморфозом) – когда ребенок (личинка) сильно отличается от родителя (лягушки, насекомые). Преимущество непрямого развития состоит в том, что родители и дети не конкурируют друг с другом за пищу и территорию.

Методы клеточной биологии

1. Микроскопирование

• Электронный микроскоп увеличивает до 107 раз, что позволяет изучать микроструктуру органоидов. Метод не работает с живыми объектами.
• Световой микроскоп увеличивает до 2000 раз (обычный школьный – от 100 до 500 раз) Метод позволяет изучать процессы, происходящие в живой клетке (митоз, движение органоидов и т.п.)

2. Ультрацентрифугирование. Клетки разрушаются и помещаются в центрифугу. Компоненты клетки разделаются по плотности (самые тяжелые части собираются на дне пробирки, самые легкие – на поверхности). Метод позволяет избирательно выделять и изучать органоиды, например, можно разделить малые (70S) и большие (80S) рибосомы.

3. Рентгеноструктурный анализ – изучение картины рассеивания рентгеновских лучей при прохождении их через кристалл. Позволяет выяснить взаимное расположение атомов в молекуле. Например, можно определить третичную структуру белка.

4. Метод меченых атомов (радиография). Если в определенном веществе заменить нормальные атомы на радиоактивные (например, N14 на N15), то его химические свойства не изменятся, но местонахождение этого атома в организме (в клетке) можно будет регистрировать.

5. Иммуногистохимия. Если к антителам прикрепить маркеры (радиоактивные или флюоресцентные), а затем ввести в клетку, то они соединятся с антигенами и можно будет обнаружить их местонахождение.

Клеточная теория

1а. Все живые организмы на Земле состоят из клеток, сходных по строению, …

1б. …химическому составу и функционированию. Это говорит об общем происхождении всего живого на Земле.

1в. Клетка является основной единицей:

• структурной (организмы состоят из клеток)
• функциональной (функции организма выполняются за счет работы клеток)
• размножения (размножение происходит за счет половых клеток).

2а. Все новые клетки образуются из уже существующих клеток путем деления и не могут образовываться из неклеточной массы.

2б. Рост и развитие многоклеточного организма происходит за счет роста и размножения одной или нескольких исходных клеток.

Ученые

1665 Гук открыл клетки на срезе пробки.

1680 Левенгук открыл одноклеточные организмы (сперматозоиды, эритроциты, инфузории, бактерии)

1831 Броун открыл ядро в растительных клетках.

1838 Шлейден выяснил, что ядро есть во всех растительных клетках, сделал вывод, что все растения построены из клеток, сходных по строению.

1839 Шванн открыл ядро в животных клетках, вывел первую клеточную теорию (п.1а).

1858 Вирхов дополнил клеточную теорию (п.2а).

Развитие микробиологии

Роберт Гук, 1665: открыл клетки на срезе пробки.

Франческо Реди, 1668: описал цикл развития мясной мухи и доказал невозможность ее самозарождения. Опыт: взял несколько кувшинов, положил в них гниющее мясо, часть кувшинов оставил открытыми, а часть закрыл пробкой, в следующем опыте – кисеёй.  В открытых кувшинах появились мухи, в закрытых – нет.

Антуан Ван Левенгук, 1680: открыл живые клетки– инфузории, сперматозоиды, эритроциты, бактерии

Лаццаро Спалаццани, 1760: доказал невозможность самозарождения инфузорий, открыл консервирование. Опыт: взял колбу с мясным бульоном, запаял её и прокипятил. Пока колба оставалась закрытой, бульон в ней не портился. (Сторонники теории витализма сказали, что жизненная сила не может попасть в запаянный сосуд.)

Эдуард Дженнер, 1769: открыл оспопрививание. Работа: заметил, что пастухи и доярки меньше остальных болеют черной (человеческой оспой). Предположил, что это связано с тем, что они контактируют с коровьей оспой. Втёр слизь из оспенных пузырьков коровы в царапины на плече мальчика, а затем заразил его человеческой оспой, мальчик не заболел.

Луи Пастер, 1860-1880:

• Обосновал микробную теорию брожения, открыл анаэробные микроорганизмы, предложил пастеризацию (выдерживание продукта при температуре 60-80 градусов, пищевые качества сохраняются, бактерии погибают).
• Доказал, что самозарождение жизни не происходит. Сторонники теории витализма сказали Спалаццани, что жизненная сила не может попасть в запаянный сосуд. Пастер вытянул и загнул горлышко колбы, запаял, прокипятил, отломил кончик. Воздух мог контактировать с бульоном, но бактерии из воздуха не попадали туда, оседали на изгибе.
• Теоретически обосновал методику прививания (открытого Дженнером), создал прививку против бешенства.

Роберт Кох, 1870-1890: создал методику выделения в чистом виде и размножения на питательных средах бактерий – возбудителей заболеваний, что позволило соотнести определенную болезнь с определенным возбудителем. Открыл возбудителя туберкулеза (палочку Коха)

И.И.Мечников, 1880-1900: в России открыл фагоцитоз, в дальнейшем в институте Пастера создал фагоцитарную теорию иммунитета.

Пауль Эрлих, 1890-1910: в институте Коха разработал гуморальную теорию иммунитета (взаимодействия антител и антигенов), в 1907 создал первый химиотерапевтический препарат сальварсан против сифилиса.

Химический состав клетки

Макроэлементы (по 0,1%-0,01%, кроме главных)

• CONH (98%) – главные макроэлементы, входят в состав органических веществ – белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот.
• Р – входит в состав НК, АТФ, фосфолипидов, костей.
• Na, K – поддерживают осмотическое давление, создают электрический заряд на мембране.
• S – серные мостики в белках.
• Cl – поддерживает осмотическое давление, входит в состав желудочного сока, окислитель в лизосомах.
• Ca – входит в состав костной ткани, нужен для сокращения мышц и свертывания крови.
• Mg – входит в состав реакционного центра хлорофилла и рибосом.
• Fe – входит в состав гемоглобина и цитохромов.

Микроэлементы (от 0,001% и меньше), например:

• Zn – входит в состав инсулина, ДНК- и РНК-полимераз.
• I – входит в состав тироксина
• F – входит в состав зубной эмали

Сравнение элементарного и химического состава
живой и неживой природы

Есть только в живых организмах, в неживой природе отсутствуют:

• элементы – нет
• вещества – БЖУНКи.

Больше всего в живых организмах:

• элементов – CONH
• вещества – воды.
• Вода составляет 70-80% от массы живых организмов.
• Строение молекулы: электронная плотность смещена к кислороду, на нем частичный отрицательный заряд, на водородах – частичный положительный, молекула – диполь. Между + и –  могут образовываться водородные связи.

• Функции воды

• 1. Благодаря маленьким дипольным молекулам вода является лучшим растворителем для полярных (гидрофильных) веществ. В растворенном состоянии вещества очень быстро реагируют между собой.
• 2. Транспортная функция: в растворенном состоянии вещества передвигаются по организму.
• 3. Вещества, на поверхности которых нет полных или частичных зарядов (гидрофобные), не могут взаимодействовать с молекулами воды, вода их выталкивает (жир, бензин). На этом основано строение и работа биологических мембран.
• 4. Вода обладает аномально высокой теплоемкостью (может поглотить много тепла и при этом почти не нагреться). За счет этого она защищает клетку от резких перепадов температуры.
• 5. Вода, как и все жидкости, несжимаема, обеспечивает опору для клеток (тургор) и целых организмов (гидроскелет).
• 6. Вода сама может участвовать в химических реакциях как реагент (реакции гидролиза, фотосинтеза и т.п.).

Осмос

Осмос – это движение воды через мембрану в сторону более высокой концентрации веществ.

Пресная вода

Концентрация веществ в цитоплазме любой клетки выше, чем в пресной воде, поэтому вода постоянно заходит внутрь клеток, которые соприкасаются с пресной водой.

• Если эритроцит попадает в пресную воду, то за счет осмоса он наполняется водой до отказа и лопается.
• У пресноводных простейших для удаления лишней воды имеется сократительная вакуоль.
• У водорослей имеется твердая клеточная стенка, которая не дает клетке лопаться.

Пересоленая вода

Если эритроцит попадает в пересоленую воду, то за счет осмоса вода выходит из него, и он сморщивается.

Если человек будет пить морскую воду, то в его организм поступит много солей, концентрация плазмы крови возрастет, вода будет за счет осмоса выходить из клеток в кровь. Эти соли нужно будет выводить с мочой, причем количество необходимой для этого мочи превысит количество выпитой воды.

Изотонический раствор

Морским и паразитическим простейшим не нужна сократительная вакуоль, потому что концентрация веществ в их цитоплазме такая же, как в соленой воде, и осмос не происходит.

Физиологический раствор – это 0,9% раствор хлорида натрия. Такую же концентрацию имеет плазма нашей крови, в такой среде эритроциты не будут ни лопаться, ни сморщиваться. В больницах раствор для капельницы делают на основе физраствора (в нем растворяют лекарства).

Белки

Белки (протеины) составляют 50% от сухой массы живых организмов.

Белки состоят из аминокислот. У каждой аминокислоты есть

• радикал (по ним аминокислоты отличаются друг от друга)
• аминогруппа и кислотная (карбоксильная) группа, при взаимодействии которых получается пептидная связь, поэтому белки еще называют полипептидами.

Пептидная связь:

Структуры белка

Первичная структура – цепочка из аминокислот, связанных пептидной связью (сильной, ковалентной). Чередуя 20 аминокислот в разном порядке, можно получать миллионы разных белков. Если поменять в цепочке хотя бы одну аминокислоту, строение и функции белка изменятся (генная мутация, например, СКА). Поэтому первичная структура считается самой главной в белке.

Вторичная структура – спираль. Удерживается водородными связями (слабыми).

Третичная структура – глобула (шарик). Четыре типа связей:

• дисульфидная (серный мостик) сильная,
• остальные три (ионные, гидрофобные, водородные) – слабые.

Форма глобулы у каждого белка своя, от нее зависят функции. При денатурации форма глобулы меняется, и это сказывается на работе белка.

Четвертичная структура – имеется не у всех белков. Состоит из нескольких глобул, соединенных между собой теми же связями, что и в третичной структуре. (Например, гемоглобин.)

Свойства белков

1. Комплементарность: способность белка по форме подходить к какому-нибудь другому веществу как ключ к замку.

2. Денатурация: изменение формы глобулы белка, вызванное внешними воздействиями (температура, кислотность, соленость, присоединение других веществ и т.п.)

• Если воздействия на белок слабые (изменение температуры на 1°), то происходит обратимая денатурация; после снятия воздействия белок вернется в исходную форму.
• Если воздействие сильное (100°), то денатурация необратимая. При этом разрушаются все структуры, кроме первичной, а затем цепочки белков перепутываются между собой, образуя неправильные связи.

Работа адренорецептора

В мембрану клеток встроены сигнальные белки (рецепторы). Они проходят сквозь мембрану, снаружи у них имеется рецепторная часть, а внутри клетки – реакционная.

Рецепторная часть по форме как ключ к замку подходит к молекуле адреналина (гормона надпочечников, выделяющегося при стрессе) – это комплементарность.

Присоединение адреналина к рецепторной части белка – это слабое воздействие. Адренорецептор обратимо денатурирует, и это изменение формы передается на внутриклеточную (реакционную) часть, которая проводит химическую реакцию, сообщающую клетке о присоединении адреналина.

Ферменты (энзимы) – это биологические катализаторы, они ускоряют химические реакции за счет тесного соприкосновения молекул реагирующего вещества (субстрата) и фермента.

С субстратом взаимодействует не весь белок, а только небольшой его участок – активный центр. Он подходит к субстрату по форме, как ключ к замку (комплементарность). Присоединение субстрата к активному центру – это слабое воздействие, белок-фермент из-за этого обратимо денатурирует, при этом молекулы субстрата(ов):

• очищаются от водной оболочки;
• деформируются (например, поляризуются);
• определенным образом располагаются в пространстве (например, сближаются).

Всё это приводит к ускорению реакции.

Сравнение ферментов и неорганических катализаторов

1) И те и другие одинаково ускоряют прямую и обратную реакции.

2) Ферменты обладают специфичностью, т.е. каждый фермент проводит только одну определенную реакцию с одним определенным субстратом.

3) Ферменты работают гораздо быстрее (ускоряют реакции в миллионы и миллиарды раз, а неорганические катализаторы – в сотни и тысячи раз).

4) При нагревании все химические реакции ускоряются, а реакции, катализируемые ферментами, замедляются, потому что при нагревании белок денатурирует, и активный центр перестает подходить к субстрату как ключ к замку.

Функции белков

1. Сигнальная (рецепторная)

• адренорецептор сообщает клетке о присоединении адреналина
• родопсин разлагается под воздействием света и запускает цепочку реакций, возбуждающих палочку

2. Ферментативная (каталитическая)

• амилаза расщепляет крахмал до мальтозы
• каталаза расщепляет перекись водорода до воды и кислорода
• ДНК-полимераза синтезирует ДНК

3. Строительная (структурная)

• коллаген придает упругость соединительной ткани
• в основном из кератина состоят рога, копыта, ногти, волосы

4. Двигательная

• актин и миозин входят в состав миофибрилл
• динеин и кинезин обеспечивают движение хромосом по нитям веретена деления

5. Транспортная

• гемоглобин переносит кислород
• калий-натриевая АТФ-аза за счет энергии АТФ выкачивает из клетки 3 натрия и закачивает 2 калия

6. Защитная

• антитела (иммуноглобулины) присоединяются к антигенам, уменьшая их активность
• белки системы комплемента разрушают оболочку бактерий

7. Регуляторная

• инсулин ускоряет работу глюкозных переносчиков в мембране
• гормон роста (соматотропин) усиливает рост организма

8. Запасные (резервные)

• казеин – белок молока
• много белков содержится в семенах, например, бобовых

Углеводы

Имеют общую формулу Сх(Н2О)у, отсюда название.

Содержание: в организмах животных около 5%, в растениях и грибах – до 70% (за счет клеточной стенки).

3 группы углеводов

1. Моносахара (растворяются в воде и имеют сладкий вкус)

• Пентозы (пятиуглеродные)

• Рибоза (входит в состав АТФ, РНК)
• Дезоксирибоза (входит в состав ДНК)

• Гексозы (шестиуглеродные)

• Глюкоза (главный субстрат клеточного дыхания)
• Фруктоза (входит в состав фруктов и меда)
• Галактоза (входит в состав лактозы)

2. Дисахара (состоят из двух моносахаров, растворяются в воде, имеют сладкий вкус)

• Сахароза (свекловичный, тростниковый, пищевой сахар) состоит из глюкозы и фруктозы. Транспортируется по флоэме растений.
• Лактоза (молочный сахар) состоит из глюкозы и галактозы. Входит в состав молока.
• Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух глюкоз. Образуется при гидролизе крахмала амилазой.

3. Полисахара (состоят из множества моносахаров, в воде не растворяются, вкуса не имеют)

• Полимеры глюкозы:

• Крахмал – запасной углевод у растений
• Гликоген – запасной углевод у животных и грибов
• Целлюлоза – компонент клеточной стенки растений

• Полимеры других веществ

• Хитин – компонент клеточной стенки грибов и панциря членистоногих
• Муреин (пептидогликан) – компонент клеточной стенки бактерий

Функции углеводов:

• энергетическая – глюкоза, крахмал
• строительная (структурная) – целлюлоза, хитин

Липиды

Это группа органических веществ, которые не растворяются в воде (гидрофобны), но растворяются в органических растворителях – бензине, эфире.

1) Жиры – сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных (высших карбоновых) кислот. Функции:

• длительный запас энергии (при окислении 1 грамма жира выделяется 38,9 кДж – в 2 раза больше, чем при окислении 1 грамма углеводов или белков)
• запас воды (при окислении 1 г жира получается 1,1 г воды) например, у верблюда в горбах
• механическая защита (подкожная жировая клетчатка, жировая капсула почек)
• теплоизоляция (у кита метровый слой подкожного жира)
• придает плавучесть, например, китам и акулам

2) Фосфолипиды – по строению похожи на жиры, но вместо одной жирной кислоты у них фосфорная. За счет этого головка фосфолипида приобретает полярность, а значит гидрофильность; хвост фосфолипида остается неполярным (гидрофобным). В воде фосфолипиды образуют двойной слой (бислой): поворачиваются головками к воде, а хвосты прячут внутрь. Так создается основа для всех биологических мембран.

3) Стероиды:

• холестерин: придает устойчивость мембранам животных клеток
• гормоны коркового слоя надпочечников, например, альдостерон
• половые гормоны: прогестерон, эстроген

АТФ

По строению относится к нуклеотидам, состоит из:

• моносахарида рибозы
• азотистого основания аденина
• трех остатков фосфорной кислоты, причем последние два остатка присоединены с помощью особой, макроэргической связи, в которой содержится много энергии (40 кДж/моль).

Функция: служит универсальным источником энергии в клетках.

АТФ + вода ↔ АДФ + Ф + Е(40кДж)

АТФ синтезируется при энергетическом обмене: вещества распадаются (окисляются), при этом выделяется энергия, которая запасается в макроэргических связях:

АТФ распадается при

• пластическом обмене, при этом из ее макроэргических связей выделяется энергия, которая идет на синтез органических веществ
• движении, например, миозина по актину

Синтез и распад АТФ в клетке идет постоянно, время жизни одной молекулы – менее 1 минуты, за сутки каждая молекула АТФ распадается (и тут же синтезируется) 2-3 тысячи раз.

Дополнительные функции АТФ (кроме энергетической):

• Вместе с другими нуклеозидтрифосфатами (ГТФ, ЦТФ, ТТФ, УТФ) является исходным продуктом при синтезе нуклеиновых кислот.
• Является предшественником при синтезе циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) – вторичного посредника передачи в клетку гормонального сигнала адреналина и глюкагона
• Является аллостерическим эффектором некоторых  ферментов.

ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота – полимер, состоит из нуклеотидов.

Нуклеотид ДНК состоит из

• азотистого основания (в ДНК 4 типа: аденин, тимин, цитозин, гуанин)
• моносахара дезоксирибозы
• фосфорной кислоты

Нуклеотиды соединяются между собой прочной ковалентной связью через сахар одного нуклеотида и фосфорную кислоту другого. Получаетсяполинуклеотидная цепь. На одном ее конце – свободная фосфорная кислота (5’-конец), на другом – свободный сахар (3’-конец). (ДНК-полимераза может присоединять новые нуклеотиды только к 3’-концу.)

Две полинуклеотидные цепи соединяются друг с другом слабыми водородными связями между азотистыми основаниями. Соблюдаются 2 правила:

• принцип комплементарности: напротив аденина всегда стоит тимин, напротив цитозина – гуанин (они подходят друг другу по форме и числу водородных связей – между А и Г две связи, между Ц и Г – 3).
• принцип антипараллельности: там, где у одной полинуклеотидной цепи 5’-конец, у другой – 3’-конец, и наоборот.

Получается двойная цепь ДНК.

Она скручивается в двойную спираль, один виток спирали имеет длину 3,4 нм, содержит 10 пар нуклеотидов. Азотистые основания (хранители генетической информации) находятся внутри спирали, защищенные.

1868 Мишер открыл ДНК в ядрах клеток гноя («нуклеус» – ядро).

1944 Эвери доказал, что наследственная информация в хромосомах записана в ДНК, а не в белках (опыт с пневмококками).

1951 Чаргафф: количество аденина в ДНК равняется количеству тимина, а количество цитозина равняется количеству гуанина

1953 Ватсон и Крик открыли строение ДНК (двойная спираль)

Функции ДНК

1. Репликация (редупликация, удвоение)
Специальные ферменты раскручивают двойную спираль ДНК на две одинарных, затем фермент ДНК-полимераза достраивает каждую одинарную до двойной по принципу комплементарности. Получаются две дочерние двойные молекулы ДНК, каждая из них состоит из одной старой цепи и одной новообразованной (это называется «полуконсервативность»).

2. Транскрипция – переписывание информации с ДНК на иРНК
В определенном участке (гене) специальные ферменты разрывают водородные связи, получается две одинарных цепочки. На одной из них (кодирующей) фермент РНК-полимераза строит иРНК по принципу комплементарности. Затем иРНК отсоединяется и уходит в цитоплазму, а цепочки ДНК снова соединяются между собой.

3. Репарация (восстановление ДНК)
Если одна из цепей ДНК повреждена, то ее можно восстановить, используя вторую цепь и принцип комплементарности.

РНК

1) информационная (матричная) – иРНК (мРНК):

• транспортирует информацию о строении белка из ядра к рибосоме
• участвует в трансляции: к ее кодонам присоединяются антикодоны тРНК

2) транспортная – тРНК:

• транспортирует аминокислоты к рибосоме
• участвует в трансляции: ее антикодоны присоединяются к кодонам иРНК

3) рибосомная – рРНК: входит в состав рибосом, осуществляет трансляцию

рРНК самая большая по размерам и по содержанию в клетке
тРНК самая маленькая по размерам
иРНК меньше всего в клетке

Отличия РНК от ДНК

1) рибоза вместо дезоксирибозы
2) нет тимина, аденину комплементарен урацил
3) одноцепочечная

Структуры РНК

• первичная – цепочка нуклеотидов
• вторичная – плоская, образуется за счет водородных связей между комплементарными основаниями одной цепи
• третичная – пространственная, имеет определенную форму

Например, вторичная структура тРНК имеет форму клеверного листа.

• С одной стороны к тРНК прикреплена определенная аминокислота.
• С другой стороны у тРНК имеется антикодон – три нуклеотида, которые по принципу комплементарности присоединяются к кодону иРНК, таким образом нужная аминокислота встает на свое место.