Генетическая теория естественного отбора. Обьект, сфера, действие и механизм отбора, его количественные характеристики. Факторы влияющие на эффективность отбора
Естественный отбор-важнейший движущий фактор эволюции, определяющий направленное изменение состава популяции, т.е. приспособления их к условиям окружающей среды. Дарвин подчеркивал, что естественный отбор-отбор, происходящий в природе без вмешательства человека. Это сохранение и преимущественное размножение. Переживание наиболее приспособленных. Отбор происходит в результате борьбы за существование через элиминацию, следовательно отбираются фенотипы. Конкурируют живые организмы. Отбор идет по фенотипам, но отбираются генотипы. Причем отбираются не отдельные гены, а целостные генотипы,определяющие онтогенез следующего поколения.
Вновь возникающие мутации снижают приспособленность. Отбор идет по комбинативной изменчивости-основной материал для отбора. Фенотипическое выражение мутаций,т.е. степень и характер изменения организма,зависит и от генотипа и от условий среды,в которой данный генотип реализуется.Мутационная изменчивость не направлена,но комбинативную изменчивость можно считать случайной лишь при наличии панмиксии,т.е. случайности скрещивании особей данного поколения.Однако поскольку размножаются особи только достаточно приспособленные и это происходит из поколения в поколение, в череде поколений комбинирование-направленный процесс, даже в случае панмиксии.
Сложная иерархическая система внутривидовых группировок оптимальна для эволюции, т.к. она обеспечивает быстрое выявление новых аллелей,быстрое распространение адаптивных вариантов и высокий уровень изменчивости. На эволюционный процесс оказывают влияние колебания численности популяции:с увеличением численности реализуется большое число комбинаций,что обеспечивает повышенное генетическое разнообразие популяции. При спаде численности элиминируются неблагоприятные варианты и возрастает гомозиготность по неблагоприятным.
Естественный отбор-процесс направленный, векторизованный и как всякий вектор имеет 3 параметра: точку приложения, т.е. признак,по которому идет отбор;величину,характеризующюю адаптивной ценностью,или относительной приспособленностью;направление,определяемое условием борьбы за существование.
15.2. Ферменты как биокатализаторы, их специфичность относит. молекул. масса белков, облад-х ферментными св-ми, колеблется от 15 тыс. до н-х млн. Ферменты явл-ся глобулярными белками, вкл-т простые (однокомпонентные) и сложные (двукомпонентные).
Белковая часть двукомпонентных ферментов называется апоферментом, молекула в целом- холоферментом, небелковые компоненты легко диссоциирущие из комплекса- коферменты. Они действуют как акцепторы атомов или субстраты. Е’K+AH2 A+E’ · KH2 , E’ · KH2 + B E’ · K + BH2
(E-фермент, К-кофермент, AH2,В- субстраты).Соединение белковой части с небелковой осущ-тся за счет ионных, водородных связей, гидрофобных взаимодействий, реже- с помощью ковалентных связей.
Функции:
1) участие в акте катализа;
2) осуществление контакта между ферментативным белком и суб-стратом;
3) стабилизация апофермента. Апофермент определяет специфичность действия.
Один и тот же апофермент может функционировать в составе разных ферментов. НАД является коферментом многих
дегидрогеназ. Ферменты внутри клетки содержатся и действуют в определенных ее орга неллах. Почти все ферменты гликолиза обнаруживаются в цитоплазме, ферменты окислительного фосфорилирования во внутренней мембране.
В ядрах ферменты синтеза нуклеиновых кислот ДНК-полимеразы, РНК- полимеразы). В лизосомах гидролитические ферменты. В пероксисомах ферменты метаболизма гликолевой кислоты и утилизации пероксида водорода. В матриксе митохондрий-ферменты окисления жирных кислот. В строме хлоропластов-рибулозодифосфат карбоксилаза и др.ферменты, участвующие в синтезе углеводов из СО2.
В мембраны хлоропластов встроены АТФ-азы и переносчики электронов, функционирующие в процессе фотосинтеза. При ферментативном катализе наблюдается снижение активации. Реакции протекают ступенчато. Активационный барьер разбивается на несколько более низких.
3 стадии:
1)присоединение молекулы субстрата S к ферментату Е;
2)превращение субстрата; 3)определение конечных прод-в р-ции от фермента. 1-ая стад. -быстрая-образование ферментных комплексов, 2-ая-медленная. Образование ферментсубстратного комплекса возможно из-за определенного сродства ферментов к субстрату.
Различают положительные эффекторы (метаболиты, вызывающие аллостерическую активацию (обратимое связывание ферментами некоторых метаболитов вызывает уменьшение или увеличение активности фермента). И различают отрицательные, связывание которых с ферментом снижает скорость реакции благодаря аллостерическому ингибированию.
Аллостерический эффектор связывается с аллостерическим центром, изменяет конформацию фермента, что вызывает изменение сродства фермента к субстрату.
Если в системе накопления много конечного продукта, то его образование будет ингибировано, в результате чего конечный продукт как ингибитор первого фермента в метаболическом цикле, ведущем к синтезу этого продукта. Это ретронгибирование рН, при котором скорость реакции максимальна, называется оптимумом, при отклонении рН в любую сторону от этого значения скорость реакции снижается. При нагревании выше 80 С преобладающее большинство ферментов полностью денатурирует.
Температурный оптимум 40-60 С. Большинство ферментов хорошо сохраняет активность при положительных и отрицательных температурах.Только холодолабильные инактивируются при понижении t от 30 до 40 градусов.
16.1. Стебель, особенности морфологии и функции. Формирование анатомической структуры стебля. Камбий, его развитие, строение. Образование вторичных проводящих тканей. Основные типы вторичного роста: кирказон, подсолнечник, липа-тип.
Стебель – осевой ортотропный орган неограниченного роста, нарастающий обычно верхушкой. Стебель несёт листья, развив-ся экзогенно, и характеризуется отриц-м геотропизмом. Стебли представлены большим разнообразием по структуре: от стеблей деревьев, сильно дифференцированных (ствол, ветвь, побег), до более однородных травянистых стеблей-побегов и несколько видоизмененных вроде цветоножек, цветоложа, филлокладий и т.п. Функции стебля: Стебель - связующее звено между двумя полюсами растения: листьями (воздушное питание — фотосинтез) и корнями (почвенное питание). В стебле происходит непрерывный транзит: а) пластических веществ (в основном нисходящий ток) и б) воды и растворенных минеральных солей и микроэлементов (в основном восходящий ток).
Ветвление стебля обусловливает развитие мощной ассимиляционной поверхности листьев и ориентировку растения по отношению к свету (Дихотомич-е: точка роста раздваивается, в результате чего от самой верхушки оси первого порядка отходят две оси второго порядка, которые в свою очередь раздваиваются. Моноподиальное: главный стебель, развивающийся из зародыша семени, сохраняет все время точку роста, за счет которой и нарастает ось растения. главная ось - моноподий имеет неограниченный верхушечный рост. От моноподия отходят боковые оси второго, третьего и т. д. порядков. При этом часто наблюдается уменьшение длины боковых осей в терминальном направлении. Ель - Picea. Симподиальное: точка роста главной оси растения рано перестает функционировать (нарастать). Продолжает главную ось боковая ветвь (ось второго порядка), конус нарастания которой функционирует ограниченно, и основной стебель продолжает боковая ветвь третьего порядка и т.д. Таким образом, главная ось растения не монолитна, как в предыдущем случае, а состоит из целой серии осей первого, второго, третьего и т.д. порядков. Груша, липа. Ложнодихотомическое: не составляет особого типа, а является вариантом симподиального. Здесь также ежегодно отмирает верхушечная почка. Здесь одновременно развив-ся 2 супротивно пазушные почки. Конус нарастания не раздваивается, а отмирает. Каштан).
Во многих случаях стебель служит вместилищем запасных веществ. Стебель может быть органом вегетативного размножения.
Развитие побега.Структура побега в онтогенезе растения складывается очень рано. Уже в покоящемся зрелом семени заложены в виде зачатков основные органы растения: зачаточный корешок, стебель (гипокотиль) и почка. В высоту стебель растет своей верхушкой, которую называют точкой роста, или конусом нарастания. Новые листья и почки - будущие ветви - образуются в процессе развития конуса нарастания. Меристема конусов, нарастания относится к типу апикальных.
В точках роста цветковых растений поверхностные слои меристемы отличаются от внутренних характером деления клеток. Клетки наружных слоев, образующие при делении перегородки перпендикулярно поверхности (антиклинально), получили название туники. Внутренние слои клеток конуса делятся по всем направлениям и называются корпусом. Таким образом, деление клеток в слоях туники увеличивает поверхность точки роста, а клеток корпуса - ее объем. Число слоев туники у различных растений различно. У некоторых хвойных, например пихты, в самом наружном слое клетки делятся как перпендикулярно, так и параллельно поверхности. У ряда однодольных, у многих водных растений, реже у двудольных туника представлена всего одним слоем клеток. Например, у пшеницы, элодеи, лука-порея, норичника шишковатого, в почке кочана капусты туника двухслойная; у сирени, георгины - трехслойная, а у калины - четырехслойная. Образование зачатков листьев начинается большей частью во внутренних слоях туники. Благодаря периклинальным делениям клеток туники по сторонам точки роста более или менее близко к ее вершине возникают в виде бугорков зачатки листьев. Первичное стр-е стебля слагается в рез-те дифференц-я тканей, обр-х из меристематических кл-к конуса нарастания. Под эпидермой нах-ся первичн-я кора, сост-я из неск-х рядов паренхиматических кл-к. наружн. Слои первичной коры превр-ся в колленхиму - луб (опора), часто здесь закл-ся склеренхима. Самый внутр. слой перв. коры стебля обр-т эндодерму, к-ки кот. сод-т много крахмала. Внутрь от эндодермы расп-ся центр. цилиндр – стела. Наружная часть его – перицикл. Сердцевина заним-т центр. часть цилиндра. Паренхимные кл-ки её вытянутые. Сердцевина соед-ся с перв. корой первичными сердцевинными лучами, сост-ми из паренх-х кл-к. Провод. пучки развив-ся из прокамбия, кот. распол-н под конусом нарастания. При перв. стр-нии стебля ксилема сост. из прото- и метаксилемы, а флоэма – из прото- и метафлоэмы. Первыми сосудами оказ-ся спиральные и кольчатые. Кс. обращена к внутр. части стебля, а фл. кнаружи. Центр. цилиндр стебля связан с листьями лист. следами, с ветками - веточн. следами.
Вторичн. стр-е стебля. Втор. утолщ-е связано с увеличивающимся кажд. год притоком продуктов ассимиляции. Во вторичном строении стебля различают два основных типа, различие между которыми заложено еще вверхушке побега, в конусе нарастания.
Вторичное строение стебля может быть трех типов: пучковое, переходное и непучковое.
1. Пучковое строение (кирказон-тип)характерно для растений, прокамбий которых закладывается отдельными пучками. Первичное строение у них пучковое. Пучковый камбий возникает из прокамбия и образует в пучках элементы вторичной флоэмы и вторичной ксилемы. Клетки основной паренхимы, расположенные между проводящими пучками, дают начало межпучковому камбию, который дифференцируется в паренхиму сердцевинных лучей. Поэтому и при вторичном строении, несмотря на образование сплошного камбиального кольца, сохраняется пучковое строение. У двудольных растений в отличие от однодольных проводящие пучки в стебле располагаются в один ряд по кругу.
2. Переходное строение (подсолнечник-тип)наблюдается у растений, стебель которых в первичном строении так же, как и в первом типе, имеет пучковое строение. Различия проявляются в деятельности камбия. Вторичную флоэму и вторичную ксилему формирует не только пучковый камбий, но и межпучковый камбий. Это приводит к появлению новых проводящих пучков, расположенных между прежними. Постепенно происходит смыкание пучков и образование сплошного кольца флоэмы, камбия и ксилемы. При переходном строении четко проявляются различия между первичным (пучковым) и вторичным (непучковым) строениями стебля.
3. Непучковое строение (липа-тип)(сплошное) возникает из сплошного прокамбиального цилиндра, закладывающегося под конусом нарастания (на поперечном срезе эта меристема имеет кольцеобразный или прямоугольный характер). Заложившись, он откладывает элементы прото- и метаксилемы внутрь стебля и прото- и метафлоэмы — к поверхности стебля. Поэтому при первичном и вторичном строении стебля элементы флоэмы и ксилемы располагаются полыми цилиндрами. Различия между первичным и вторичным строением стебля не выражены.
Камбий. Клетки камбия имеют характерную форму. Это сильно вытянутые, узкие четырехгранные призматические клетки с двускатными или односкатными поперечными стенками. Радиальные стенки клеток камбия толще тангентальных и имеют круглые первичные поры, которые потом на образовавшихся из камбия элементах ксилемы развиваются в окаймленные поры, а во флоэме - в ситовидные пластинки. Длина клетки превышает ее ширину. Средняя длина камбиальной клетки у двудольных равна 0,6 мм, а у голосеменных - 3,6 мм. В процессе эволюции длина камбиальной клетки уменьшается. Клетка камбия одноядерна. Ядро занимает центральное положение. Число и размеры вакуолей зависят от сезона; весной их больше и они крупнее. Деление клеток камбия происходит большей частью в тангентальном направлении. Камбий энергично развивается весной. Деление камбиальных клеток не имеет строгой последовательности в отношении откладывания элементов ксилемы и флоэмы. Ксилемные элементы откладываются значительно чаще и в большем количестве, поэтому масса стебля состоит преимущественно из древесины. Одна клетка флоэмы возникает после образования нескольких клеток ксилемы. Это приводит к тому, что на флоэмную часть приходится сравнительно узкий пояс периферии стебля, а почти весь мощный объем ствола выполнен ксилемой.
16.2. Аппарат Гольджи: общая характеристика, строение, функции. Диктиосома. Синтетические процессы в аппарате Гольджи. Пути синтеза и выведения секреторных продуктов в клетке.
Аппарат Гольджи – клеточный органоид. Открыт в 1898 в нервных клетках. Присутствует во всех клетках. Строение в разных кл варьирует (в виде сетей или отдельных диктиосом). Предсавлен 3 типами образований: диктиосомы, межцистерные трубочки, визикулы (пузырьки). Но структурная единица А.Г. – диктиосома. А.Г. представлен мембранными структурами, собранными вместе в небольшой зоне. Отдельная зона скопления этих мембран – диктиосома. В диктиосоме плотно др. к др. расположены в виде стопки плоские мембранные мешочки или цистерны. Каждая отдельная цистерна имеет переменную толщину (в центре м/б сближения, а на концах расширения). Кол-во цистерн в стопке не превышает 5 -10. В зоне А.Г. наблюдается множество вакуолей, кот могут отшнуровываться от цистерн. Выделяют дистальную и проксимальную часть или полюса регенерации и секреции. В проксимальной части (полюс регенерации) расположены короткие цистерны, мелкие гладкие вакуоли, зона направленная к ядру. Дистальная (полюс секреции) – к поверхности кл. Хар-ся наличием крупных вакуолей, часто содержащих продукты секреции. Отдельные диктиосомы м.б. связаны м/у собой системой вакуолей и цистерн. У растений диффузная система А.Г. Функции: - модификация белков (глюкозирование, сульфатирование, и т.п.); - упаковка секретируемых продуктов в гранулы; - в цистернах синтез полисахаридов; - формирование кл мембран; - образование лизосом и вакуолей; - в раст кл синтез гемицеллюлозы и пектины кл стенки; - выведение продуктов метаболизма из кл. А.Г. практически лишен рибосом, располагается в живых кл вокруг центриолей. В секреторных клетках – в апекальной части и в состав входят секреторные гранулы, сетчатая форма А.Г. располагается по близости от ядра, отдельные диктиосомы по всей клетке.У низших растений диктиосомы обычно связаны с элементами ретикулума. От ретикулярных цистерн отчленяются мелкие пузырьки, которые в одной плоскости сливаются друг с другом, и таким образом формируют диктиосомные цистерны на одной стороне диктиосомы – полюс регенерации. Созревание цистерн происходит по мере их перемещения к противоположной стороне – секреторному полюсу. Оно сопровождается повышением активности цистерн, выражающейся в увеличении числа очленяемых ими пузырьков Гольлджи. В-ва, секретируемые из А.Г. при участии визикул, выносятся в периплазматическое пространство. Мембраны пузырьков слив-ся с плазмолеммой, становятся ее частью (пополняют плазмалемму), что очень важно при росте клеток растяжением=> возникает непрерывная система: гладкий эндоплазматический ретикулум – диктиосома – визикулы – плазмолемма (визикулы и плазмолемма имеют общие мембраны). Таким образом, мембранный материал, теряемый на секреторнм полюсе, постоянно пополняется на регенерационном, и число и размер цистерн в диктиосоме не меняются, а только происходит их непрерывное обновление. Такая непрерывная система выявляется только у низших растений и грибов, у высших растений источник происхождения мембран диктиосомных цистерн и пузырьков Гольджи остается неизвестным.