Материальные основы наследственности.

БИОЛОГИЯ – НАУКА О ЖИЗНИ.

РАЗМНОЖЕНИЕ

Размножение – свойство живого которое обеспечивает материальную преемственность в ряду поколений.

Размножение – способность живых организмов воспроизводить себе подобных обеспечивая преемственность и непрерывность жизни в ряду поколений.

Осуществляется передача генетического материала от родительских форм потомкам.

Размножение

бесполое

У одноклеточных и прокариот

деление надвое – из одной родительской 2 дочерних

почкование – 2 клетки имеют разные размеры

шизогония – из одной материнской образуется большое количество дочерних (множественное деление ядра)

спорообразование -

У многоклеточных организмов

вегетативное – из материнского происходит развитие дочернего

спорообразование – в спорангиях образуются споры разносятся ветром и происходит размножение

полиэмбриония – зародыш в стадии бластопоры разделяется на 2, 3… количество частей (лежит в основе формирования монозиготных близнецов)

фрагментация – разделение организма на 2 или несколько частей, каждая из них растёт и развивается

почкование – полип – самостоятельная форма

половое

У одноклеточных

копуляция – слияние одноклеточных организмов и слияние наследственного материала (малярийный плазмодий)

конъюгация – через цитоплазматический мостик происходит обмен ядрами. Ядра сливаются происходит ф-ии макро- и микро-нуклеуса.

У многоклеточных

партеногенез

дочерний организм из неоплодотворённой яйцеклетки

андрогенез – из яйцеклетки, но с мужским пронуклеусом (водоросли)

гиногенез– из яйцеклетки активированной сперматозоидом (муравьи, пчёлы)

первым в ходе эволюции возникло бесполое развитие __ затем механизмы дающие возможность обмена наследственной информацией __ перекомбинация наследственного материала.

Развитие в ходе эволюции

изогамный способ развития

(изос – одинаковые)

гетерогамный способ развития

переход от изогамии к гетерогамии. Мужские клетки имеют различия.

появление органов где происходит созревание половых клеток (половые железы)

разделение полов на мужской (семенники) и женский (яичники). Половой диморфизм.

переход от внешнего оплодотворения в внутреннему. Развитие внутренних и наружных половых органов.

Мейоз – особый вид деления клеток в результате формирования гаметы содержащей гаплоидное количество хромосом и наследственного материала.

митотическое деление (редукционное) – уменьшение количества хромосом
эквационное деление – количество наследственного материала в дочерних клетках уменьшается.

Мейоз.

Интерфаза

Профаза – 90% всего времени необходимого для мейоза.

Стадии:

лептотена

зиготена

пахитена

диплотена

диакинез

лептотена – спирализация хромосом, образуются длинные и тонкие волокна, затем укорачиваются и утолщаются.

зиготена– соединение гомологичных хромосом между собой (конъюгация), образование синатонимального комплекса – он состоит из белков в виде верёвочной лестницы, 2 боковых элемента (состав – осевые нити и хроматин).

пахитена– в области синаптонимального комплекса формируются рекаминационные узелки. В их области находятся ферменты рекомбинации. Осуществляется процесс кроссинговера, гомологичные хромосомы обмениваются участками.

диплотена – начинается разделение конъюгированных хромосом. Нити разрушаются и хромосомы соединяются только в узелках.

диакинез – гомологичные хромосомы расходятся, но остаются связаны в области узелков. Хиазмы удерживают друг около друга гомологичные хромосомы до анафазы 1 мейоза.

Аномальные гаметы – изменение количества хромосом

В живых организмах в профазе имеется ещё и диктиотенная фаза, между диплотеной и диакинезом, длится от 12 до 50 лет.

Анафаза.

Хиазмы разрушаются и хромосомы расходятся к полюсам.

Телофаза.

Образуются 2 клетки.

Биологическое значение мейоза.

Редукция числа хромосом и наследственного материала, в результате происходит формирование половых клеток с гаплоидным набором хромосом и ДНК. Происходит слияние 2 гамет, организм нового поколения будет иметь диплоидное количество хромосом и диплоидное количество ДНК, что обеспечивает постоянство числа хромосом в ряду поколений и организмов данного биологического вида.

При мейозе происходит перекомбинация генетического материала, которая увеличивает резер наследственной изменчивости будущего потомства..

Кроссинговер – обмен участками между гомологичными хромосомами в результате различные сестринские хромосомы.

Случайное развитие гомологичных и негомологичных хромосом между дочерними клетками в анафазе 1 мейоза. В результате каждая гамета получает свою выборку материнских и отцовских хромосом.

Гомеостаз – процесс образования гамет осуществляющийся в половых железах.

1. Сперматогенез в семенниках

2. овогенез в яичниках

1. сперматогенез

происходит в извитых канальцах семенников

периоды:

-размножение – путём митоза

- рост – сперматоцит 1 порядка

- созревание – сперматоцит 2 порядка, формируется сперматозоид, имеет головку (ядро, акросома), шейку и жгутик.

Механизмы оплодотворения

генетический (слияние мужских и женских хромосом)
цитологический (слияние мужских и женских половых клеток)
химический
иммунологический (иммунологическая несовместимость)
физиологический (яйцеклетка только раз в месяц)

отклонения:

бесплодие многоплодие

бесплодие – инфекции половым путём, воспаления в маточных трубах и они становятся непроходимыми.

Световая фаза.

Начинается с освещения хлоропласта видимым светом. Фотон попав в молекулу хлорофилла приводит её в возбуждённое состояние.

Энергия солнечного излучения порождает три процесса:

образование молекулярного кислорода в результате разложения воды.
синтез АТФ
образование атомарного водорода

Темновая фаза.

Образование углеводов. Ряд последовательных реакций, в результате из оксида углерода (4) и воды образуются углеводы.

Биологическая роль белков, липидов, полисахаридов и воды в обмене веществ и энергии.

Ф-ии:

- двигательная

- строительная

- каталитическая

- транспортная

- защитная

энергетическая: белкираспадаются в клетке до аминокислот. Часть аминокислот используется для синтеза белков, часть подвергается глубокому расщеплению в ходе которого освобождается энергия.

Биологическое значение липидоввелико и многообразно. Строительная функция: тончайший слой липидов входит в состав клеточной мембраны. Жир – источник энергии. Жиры способны окислятся до оксида углерода и воды. Кроме структурной и энергетической функции жиры выполняют ещё и защитную функцию.

Биологическая роль воды. Вода определяет физические свойства клетки, её объём, упругость. Велика роль в образовании структуры молекул белков. Вода, как растворитель является непосредственным участником многих химических реакций. Биологическая роль воды определяется особенностью её молекулярной структуры, полярностью её молекул.

Автотрофы и гетеротрофы. Фототрофы и хемотрофы.

Источники энергии.

Фототрофы – организмы которые синтезируют все необходимые им вещества за счёт энергии света. Характерно наличие пигментов, которые поглощают энергию света и превращают её в химическую энергию.

Хемотрофы – организмы которые синтезируют вещества за счёт химической энергии.

Источники углерода.

Автотрофы – организмы, живущие за счёт неорганического источника углерода.

Гетеротрофы – организмы, живущие за счёт органического источника углерода.

Сущность метаболизма и катаболизма.

Анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) – совокупность всех процессов синтеза сложных органических веществ, сопровождающийся поглощением энергии.

Катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) – совокупность реакций расщепления, переход веществ богатых энергией, в простые, менее энергетически богатые.

Этапы метаболизма и их характеристика.

Метаболизм – процесс охватывающий освоение пищевых веществ и построение из них тела организма и распад а нём. На уровне клетки это превращение определённых веществ внутри клетки с момента их поступления до образования конечных продуктов.

Расщепление глюкозы в клетке, в результате которого происходит синтез АТФ

- безкислородное

- кислородное (дыхание)

Старение – универсальный процесс снижения уровня функционирования сложных, частично открытых, недостаточно самообновляющихся систем во времени, затрагивает все уровни их организации.

Провизорные, т.е. временные органы, образуются в эмбриогенезе ряда позвоночных для обеспечения жизненно важных функций: дыхание, питание, выделение, движение.

Кариотип – диплоидный набор хромосом свойственный соматическим клеткам организмов данного вида.

Эндомитоз – кратное увеличение числа хромосом.

Политения – кратное увеличение содержания ДНК в хромосомах при сохранении их диплоидного количества.

Дробление – это ряд последовательных митотических делений зиготы и бластомеров, в следствии образование многоклеточного зародыша – бластулы.

Полное (равномерное и неравномерное)

Неполное (дискоидальное и поверхностное)

Онтогенез – индивидуальное развитие, целостный, непрерывный процесс, отдельные события связанны в пространстве и времени.

Прямое развитие и развитие метаморфозом.

Механизмы онтогенеза:

- деление клеток

- миграция клеток

- сортировка клеток

- гибель клеток

- дифференцировка клеток

- эмбриональная индукция

- дистантные воздействия

Гаструляция – однослойный зародыш – бластула – превращается в многослойный – гаструла.

Регенерация – процесс восстановления организмом утраченных или повреждённых структур.

- физиологическая

- репаративная

БИОЛОГИЯ – НАУКА О ЖИЗНИ.

МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ.

Жизнь – это способ существования белковых тел и нуклеиновых кислот, существенным моментом которого является обмен веществом с окружающей их внешней средой, с прекращением этого обмена прекращается жизнь, что приводит к разложение белка и нуклеиновых кислот.

Все проявления жизни изучает

- строение, функции, происхождение и развитие, распространение на планете, взаимосвязь с окружающей средой.

- изучение всех биологических закономерностей существования в природе.

- раскрытие сущности жизни и её проявлений с целью познания живых материй и управления ею.

Свойства живой материи:

- специфичность организации (размер, форма, строение)

- обмен веществами(метаболизм) – совокупность физических и химических превращений происходящих в живом организме и обеспеч. его жизнедеятельность во взаимосвязи с окружающей средой. Обеспечивает постоянство химического состава.

- саморегуляция – способность живых организмов существовать в меняющихся условиях окружающей среды. Поддерживать постоянство внутренней среды

- раздражимость – реакция на воздействие факторов.

- движение – перемещение в пространстве.

- рост и развитие

- наследственность и изменчивость

- самовоспроизведение или репродукция

Методы исследования:

описательный
сравнительный – изучение сходств и развитий между структурами
исторический – объясняющая наука
экспериментальный

Уровни организации:

молекулярный
клеточный
тканевый
органный
системный
организменный
популяционный
видовой
биогеоцитологический
биосферный

2 типа клеточной организации

прокариотический

возникли 3.8 мил. лет назад. Небольшого размера от 0.5 до3-х микром. в диаметре. Не имеют обособленного ядра. Наследственный материал кольцо ДНК не связан с белками. Отсутствие развитой системы внутриклеточной мембраны, нет клеточного центра, цитоплазма не перемещается, деление клеток митозом (бактерии и сине-зелёные водоросли)

эукариоты

1.5 млн. лет назад. Большие размеры – 25 микром. Выделяют плазматическую мембрану, цитоплазму, органоиды, непостоянные структуры (включения), запасы питательных веществ, пигментные, секреторные, экскреторные (вещества не усвоенные клеткой).

Наследственный материал отграничен от цитоплазмы. Гук 1665г. опубликовал зарисовки микро-объектов изученных им. Ливенгук – с помощью микроскопа обнаружил простейших. Мальпигий, Грю и Граф – вклад в представления о клеточных организмах.

1831г. – голландский ботаник Брон – открыл ядро в клетке эукариот.

1825г. – Пуринье – протоплазма.

1838г. – Шлейден и Шванн сформулировали клеточную теорию.

Положения:

клетка – элементарная структурно- функциональная единица всех живых организмов.
клетки растений и животных сходны по своему строению и функциям.
клетки возникают путём деления материнской клетки.
клетки участвуют в формировании многоклеточного организма (совокупность клеток)

1868г. – Мишер открыл нуклеиновые кислоты.

1838г. Гриффитс – эксперимент с пневмококками

1940г. Эйвери – доказал генетическую роль ДНК

1952г. Уилкинсон – проведён структурный анализ ДНК, молекула ДНК имеет 2-х нитевую структуру.

1953г. – Отсон и Крик – предложили модель пространственной организации ДНК.

ДНК состоит из 2-х полинуклеотидных нитей закрученных в правильную спираль. Нити состоят из нуклеотидов (азотистое основание, сахар и остаток фосфорной кислоты). Между собой цепочки взаимодействуют через азотистое основание по принципу комплиментарности.

Функции ДНК:

хранение наследственной информации. Различается ДНК благодаря генетическому коду.
передача наследственной информации – редупликация
реализация наследственной информации – транскрипция

свойства генетического кода:

является триплетным
является не перекрывающимся
имеет линейный характер
является вырожденным
является непрерывным
является коллинеарным
является универсальным

Ген – это участок молекулы ДНК, кодирующий последовательность аминокислот в полипептиде или последовательность нуклеотидов в молекулах тРНК или рРНК.

Ген участок ДНК, имеет строго линейный характер
ген дискретен
возможность к мутированию
участки способны к обратному мутированию
физическое выпадение не способно дать обратную мутацию
кроссинговер – обмен гомологичными участкам между и внутри генов

Уровни упаковки наследственного материала в клетке человека.

1 уровень. ДНК 2.5 спирально закручивается. Нуклеосомные фибриллы. Ширина нуклеосом 100-110 акстрем.

2 уровень. Совинойд- включается в нуклеосомы. ДНК укорачивается в 6 раз.

3 уровень. Формирование петель. ДНК укорачивается в 25 раз.

4 уровень. Укладывание петель в метафазную хромосому, укорачивается еще в 10 раз. Метафазная хромосома имеет определённую структуру.

Редупликация молекулы ДНК . три способа.

консервативный (не содержит родительской ДНК)
полуконсервативный
дисперсный (родительские в обоих дочерних)

Поток информации в клетке

организация генома прокариот
структурная организация генов эукариот
транскрипция, процессинг и информоферный цикл
трансляция

1953г. Уотсон и Крик – пространственное строение ДНК. Послужило развитием биологии и генетики.

Перенос генетической информации от ДНК к белку осуществляется через молекулу РНК. Синтез белка происходит на рибосомах.

1960-1961г. Жакоб и Моном на основании изучения индуцированного синтеза ферментов у микроорганизмов показали что передача информации от ДНК к белку осуществляется особой РНК (матричной РНК).

м-РНК выделили из бактериальных клеток. Масса не стабильна, распадается, когда с её участием происходит несколько циклов синтеза.

Оперон – структурная функциональная единица генома прокориотических организмов.

Оперон должен включать:

ген-регулятор.
промотор.

К промотору присоединяется фермент РНК полимеразы, он распознаёт этот элемент и происходит синтез.

3. оператор

участвует в регуляции активности оперона.

4. структурный ген

кодирует информацию последовательности аминокислот в полипептиде.

Особенности модулятора(элемен входит в состав ДНК:

являются цис-элементами, т.е. активны, когда входят в состав одной и той же молекулы ДНК вместе с регулируемыми структурными элементами.
не обладают полярностью, их ориентацию можно поменять.
местоположение в ДНК может широко изменятся.
он безразличен по отношению к тому гену который регулирует.
модулятор обладает слабой видовой специфичностью. Способен проявлять свою активность в клетках отдалённых видов.
по силе своего действия различны, есть как слабые, так и сильные.
1 ген может иметь несколько модуляторов 1 типа, но различные свойства (слабые или сильные)
ген имеет усилители и ослабители.
они контролируются различными клеточными факторами. Энхансеры (усиливают активность), сайленсеры (снижают активность).

Структурный ген – последовательно чередующиеся экзоны и интроны (не несут информацию)

Число интронов от 1 до нескольких десятков, размеры тоже могут изменяться. Экзоны и интроны имеют чёткие границы между собой.

Этапы потока информации в клетке.

1. транскрипция – считывание генетической информации с молекулы ДНК на информационную РНК.

2. трансляция – образование полипептида происходит на рибосомах матричной и информационной РНК.

3 стадии матричного синтеза.

1. инициация – начало синтеза

2. элонгация – наращивание цепи

3. терминация – завершение синтеза

РНК полимераза 1 – обеспечивает синтез рРНК

РНК полимераза 2 – находится в нуклеоплазме, обеспечивает синтез иРНК

РНК полимераза 3 - обеспечивает синтез иРНК

Процессинг – процесс созревания РНК

Кепирование –

Функции рибосомы:

на рибосоме происходит связывание и удержание
каталитическая функция. Имеются центры в которых образуются пептидные связи.
функция механического перемещения

стадии транскрипции:

- иллангация

- эллангация

- терминация