Объясните особенности строения нуклеиновых кислот и определите их биологическую роль.

Нуклеиновые кислоты - сложные высокомолекулярные биополи­меры, мономерами которых являются нуклеотиды. Молекула нуклеотида состоит из трех составных частей: остатков нитратного основания, углевода (пентозы) и фосфорной кислоты.

В зависимости от вида пентозы в составе нуклеотида различают два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК), в состав ко­торой входит остаток дезоксирибозы, и рибонуклеиновая (РНК), кото­рая соответственно содержит остаток рибозы.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), в состав которой входит остаток дезоксирибозы, остатки нитратных оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин и остаток фосфатной кислоты. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Отдельные нуклеотиды соединяются меж­ду собой в цепь за счет особых «мостиков», возникающих между остатка­ми пентоз двух соседних нуклеотидов. Эти «мостики» являются разно­видностью прочных ковалентных связей. Полинуклеотидные цепи соеди­нены между собой водородными связями. Эти связи возникают между двумя нуклеотидами, которые как бы дополняют друг друга. Остаток аденина (А) всегда соединяется с остатком тимина (Т), а остаток гуанина (Г)

- с остатком цитозина (Ц). Между тимином и аденином возникают две водородные связи, а между цитозином и гуанином - три. Четкое соответ­ствие нуклеотидов в двух цепях ДНК обусловливается их комплементарностью. Две нуклеотидные цепи ДНК обвивают одна другую, создавая закрученную вправо спираль.

Нуклеиновым кислотам, как и белкам, присуща первичная структура

- определенная последовательность размещения нуклеотидов (ковалентные связи), а также вторичная - спираль, и третичная структуры (водород­ные связи, электростатические и другие взаимодействия).

ДНК сохраняет наследственную информацию и обеспечивает ее пе­редачу дочерним клеткам во время деления материнской клетки.

Молекулы рибонуклеиновых кислот преимущественно состоят из одной полинуклеотидной цепи. В состав РНК, как и в молекулу ДНК, входят остатки рибозы, фосфатной кислоты и нитратного основания: аденин, гуанин, питозин и урацил. Различают три основных типа РНК:

- информационная, или матричная (и-РНК, или м-РНК), которая пред­ставляет собой копию определенного участка молекулы ДНК (одного или нескольких генов). Она переносит наследственную информацию от ДНК к месту синтеза белка и принимает непосредственное участие в его сборке. Существуют вторичная и третичная структуры и-РНК, которые формиру­ются водородными связями, электростатическими и другими взаимодей­ствиями;

- транспортная РНК имеет постоянную вторичную структуру («лист клевера»), которая обусловлена водородными связями между компле­ментарными нуклеотидами. У верхушки «листа клевера» расположены три нуклеотида, соответствующие генетическому коду определенной аминокислоты; т-РНК присоединяет аминокислоты и транспортирует их к месту синтеза белковых молекул;

— рибосомная РНК, взаимодействуя с белками, выполняет струк­турную функцию, принимает участие в процессах синтеза белка.

Итак, нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные орга­нические соединения, обеспечивающие сохранение и передачу наследствен­ной информации в живых организмах. В природе существуют нуклеино­вые кислоты двух типов, отличающиеся по составу, строению и функци­ям: ДНК и РНК.

2.Охарактеризуйте строение и работу органов кровообращения человека. Раскройте меры профилактики сердечно-сосудистых заболеваний.

Система кровообращения состоит из сердца, артерий, вен и капилляров.
Сердце, его строение и работа. Сердце - центральный орган кровообращения, обеспечивающий движение крови по сосудам. Это полый четырехкамерный мышечный орган, имеющий форму конуса, расположенный в грудной полости, в средостении. Он делится на правую и левую половины сплошной перегородкой. Каждая из половин состоит из двух отделов: предсердия и желудочка, соединяющихся между собой отверстием, которое закрывается створчатым предсердно-желудочковым клапаном. В левой половине клапан состоит из двух створок, в правой - из трех. Клапаны открываются в сторону желудочков. Этому способствуют сухожильные нити, которые одним концом прикрепляются к створкам клапанов, а другим - к сосочковым мышцам, расположенным на стенках желудочков. Во время сокращения желудочков сухожильные нити не дают выворачиваться клапанам в сторону предсердия.
В правое предсердие кровь поступает из верхней и нижней полых вен и венечных вен самого сердца, в левое предсердие впадают четыре легочные вены. Желудочки дают начало сосудам: правый - легочному стволу, который делится на две ветви и несет венозную кровь в правое и левое легкое, т. е. в малый круг кровообращения, левый желудочек дает начало левой дуге аорты, по которой артериальная кровь поступает в большой круг кровообращения. На границе левого желудочка и аорты, правого желудочка и легочного ствола имеются полулунные клапаны (по три створки в каждом). Они закрывают просветы аорты и легочного ствола и пропускают кровь из желудочков в сосуды, но препятствуют обратному току крови из сосудов в желудочки.
Стенка сердца состоит из трех слоев: внутреннего - эндокарда, образованного клетками эпителия, среднего - миокарда - мышечного и наружного - эпикарда, состоящего из соединительной ткани. Снаружи сердце покрыто соединительнотканной оболочкой - околосердечной сумкой, или перикардом. Миокард состоит то особой поперечно-полосатой мышечной ткани, которая сокращается непроизвольно. Для сердечной мышцы характерна автоматия - способность сокращаться под действием импульсов, возникающих в самом сердце. Это связано с особыми нервными клетками, залегающими в сердечной мышце, в которых ритмично возникают возбуждения. Автоматическое сокращение сердца продолжается и при его изоляции из организма. При этом возбуждение, поступившее в одну точку, переходит на всю мышцу, и все ее волокна сокращаются одновременно. Мышечная стенка в предсердиях значительно тоньше, чем в желудочках.
Нормальный обмен веществ в организме обеспечивается непрерывным движением крови. Кровь в сердечно-сосудистой системе течет только в одном направлении: от левого желудочка через большой круг кровообращения она поступает в правое предсердие, затем в правый желудочек и далее через малый круг кровообращения возвращается в левое предсердие, а из него-в левый желудочек. Это движение крови обусловливается работой сердца благодаря последовательному чередованию сокращений и расслаблений сердечной мышцы.
В работе сердца различают три фазы. Первая - сокращение предсердий, вторая - сокращение желудочков - систола, третья - одновременное расслабление предсердий и желудочков - диастола, или пауза. В последней фазе оба предсердия заполняются кровью из вен, и она свободно проходит в желудочки, так как створчатые клапаны прижаты к стенкам желудочков. Затем сокращаются оба предсердия, и вся кровь из них поступает в желудочки. Вытолкнув кровь, предсердия расслабляются и вновь заполняются кровью. Поступившая в желудочки кровь давит на клапаны предсердий с нижней стороны, и они закрываются. При сокращении обоих желудочков в их полостях нарастает давление крови, и когда оно становится выше, чем в аорте и легочном стволе, их полулунные клапаны прижимаются к стенкам аорты и легочной артерии, и кровь начинает поступать в эти сосуды (в большой и малый круг кровообращения). После сокращения желудочков наступает их расслабление, давление в них становится меньше, чем в аорте и легочной артерии, поэтому полулунные клапаны заполняются кровью со стороны сосудов, закрываются и препятствуют возвращению крови в сердце. За паузой следует сокращение предсердий, затем желудочков и т. д.
Период от одного сокращения предсердий до другого называют сердечным циклом. Каждый цикл длится 0,8 с. Из этого времени на сокращение предсердий приходится 0,1с, на сокращение желудочков - 0,3 с, а общая пауза сердца длится 0,4 с. Если частота сердечных сокращений увеличивается, время каждого цикла уменьшается. Это происходит в основном за счет укорочения общей паузы сердца. При каждом сокращении оба желудочка выбрасывают в аорту и легочную артерию одинаковое количество крови (в среднем около 70 мл), которое называется ударным объемом крови.
Работа сердца регулируется нервной системой в соответствии с воздействиями внутренней и внешней среды: концентрацией ионов калия и кальция, гормона щитовидной железы, состоянием покоя или физической работы, эмоционального напряжения. К сердцу как к рабочему органу подходят два вида центробежных нервных волокон, относящихся к вегетативной нервной системе. Одна пара нервов (симпатические волокна) при раздражении усиливает и учащает сердечные сокращения. При раздражении другой пары нервов (ветви блуждающего нерва) импульсы, поступающие к сердцу, ослабляют его деятельность.
Работа сердца связана с деятельностью других органов. Если возбуждение в центральную нервную систему передается от работающих органов, то из центральной нервной системы оно передается на нервы, усиливающие функцию сердца. Так рефлекторным путем устанавливается соответствие между деятельностью различных органов и работой сердца. Сердце сокращается 60-80 раз в минуту.
Кровообращение. Движение крови по сосудам называется кровообращением. Находясь в движении, кровь осуществляет свои основные функции: доставку питательных веществ и газов и выведение из тканей и органов конечных продуктов обмена веществ. Кровь движется по кровеносным сосудам - полым трубкам различного диаметра, которые, не прерываясь, переходят в другие, образуя замкнутую кровеносную систему. Различают три вида сосудов: артерии, вены и капилляры. Артериями называются сосуды, по которым кровь течет от сердца к органам. Самый крупный из них - аорта. Она берет начало от левого желудочка и разветвляется на артерии. Распределяются артерии в соответствии с двусторонней симметрией тела: в каждой половине есть сонная артерия, подключичная, подвздошная, бедренная и т. д. От них отходят ветви к костям, мышцам, суставам, внутренним органам.
В органах артерии ветвятся на сосуды более мелкого диаметра. Самые мелкие из артерий называются артериолами, которые в свою очередь распадаются на капилляры. Стенки артерий довольно толстые и состоят из трех слоев: наружного соединительнотканного, среднего гладкомышечного с наибольшей толщиной и внутреннего, образованного одним слоем плоских клеток. Капилляры - самые тонкие кровеносные сосуды в организме человека. Их диаметр составляет 4-20 мкм. Наиболее густая сеть капилляров в мышцах, где на 1 мм² ткани их насчитывается более 2000. Кровь по ним движется гораздо медленнее, чем в аорте. Стенки капилляров состоят только из одного слоя плоских клеток - эндотелия. Через такой тонкий слой и происходит обмен веществ между кровью и тканями.
Перемещаясь по капиллярам, артериальная кровь постепенно превращается в венозную, поступающую в более крупные сосуды, составляющие венозную систему. Вены - это сосуды, по которым кровь оттекает от органов и тканей к сердцу. Стенка вен, как и артерий, трехслойная, но средний слой содержит гораздо меньше мышечных и эластических волокон, чем в артериях, а внутренняя стенка образует карманоподобные клапаны, расположенные по направлению тока крови и способствующие ее продвижению к сердцу.
Распределение вен также соответствует двусторонней симметрии тела: каждая сторона имеет по одной крупной вене.От нижних конечностей венозная кровь собирается в бедренные вены, которые объединяются в более крупные подвздошные, дающие начало нижней полой вене. От головы и шеи венозная кровь оттекает по двум яремным венам, по одной с каждой стороны, а от верхних конечностей - по подключичным венам; последние, сливаясь с яремными венами, образуют безымянную вену на каждой стороне, которые, соединяясь, образуют верхнюю полую вену.
Все артерии, вены и капилляры в организме человека объединяются в два круга кровообращения: большой и малый.
Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке и оканчивается в правом предсердии. Из левого желудочка отходит аорта, которая направляется вверх и влево, образуя дугу, а затем направляется вниз вдоль позвоночника. От дуги аорты ответвляются артерии меньшего диаметра, которые направляются в соответствующие отделы. От луковицы аорты отходят также венечные артерии, питающие сердце. Та часть аорты, которая находится в грудной полости, называется грудной аортой, а расположенная в брюшной полости - брюшной. От брюшной аорты сосуды отходят к внутренним органам. В поясничном отделе брюшная аорта разветвляется на подвздошные артерии, которые разделяются на более мелкие артерии нижних конечностей. В тканях кровь отдает кислород, насыщается диоксидом углерода и возвращается в составе вен от нижней и верхней части тела, образующих при слиянии верхнюю и нижнюю полые вены, впадающие в правое предсердие. Кровь от кишечника и желудка оттекает к печени, образуя систему воротной вены, и в составе печеночной вены поступает в нижнюю полую вену.

Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке и оканчивается в левом предсердии. Из правого желудочка выходит легочный ствол, несущий венозную кровь в легкие. Здесь легочные артерии распадаются на сосуды более мелкого диаметра, переходящие в мельчайшие капилляры, густо оплетающие стенки альвеол, в которых происходит обмен газов. После этого кровь, насыщенная кислородом, оттекает по четырем легочным венам в левое предсердие.
Кровь движется по сосудам за счет ритмичной работы сердца, а также разницы давления в сосудах при выходе крови из сердца и в венах при возвращении ее в сердце. Во время сокращения желудочков кровь под давлением нагнетается в аорту и легочный ствол. Здесь развивается самое высокое давление - 150 мм рт.ст. По мере продвижения крови по артериям давление снижается до 120 мм рт. ст., а в капиллярах - до 20 мм. Самое низкое давление в венах; в крупных венах оно ниже атмосферного. Разница давлений в различных отделах кровеносной системы и вызывает движение крови: из области более высокого давления в область более низкого.
Кровь из желудочков выбрасывается порциями, а непрерывность ее течения обеспечивается эластичностью стенок артерий. В момент сокращения желудочков сердца стенки артерий растягиваются, а затем в силу эластической упругости возвращаются в исходное состояние еще до очередного поступления крови из желудочков. Благодаря этому кровь продвигается вперед. Ритмические колебания диаметра артериальных сосудов, вызываемые работой сердца, называются пульсом. Он легко прощупывается в местах, где артерии лежат на кости (лучевая, тыльная артерия стопы). Считая пульс, можно определить частоту сердечных сокращений и их силу. У взрослого здорового человека в состоянии покоя частота пульса равна 60-70 ударам в минуту. При различных болезнях сердца возможна аритмия - перебои пульса.
С наибольшей скоростью, кровь течет в аорте: около 0,5 м/с. В дальнейшем скорость движения падает и в артериях достигает 0,25 м/с, а в капиллярах - приблизительно 0,5 мм/с. Медленное течение крови в капиллярах и большая протяженность последних благоприятствуют обмену веществ (общая длина капилляров в организме человека достигает 100 тыс. км, а общая поверхность всех капилляров тела составляет 6300 м²). Большая разница в скорости течения крови в аорте, капиллярах и венах обусловлена неодинаковой шириной общего сечения кровяного русла в его различных участках. Самый узкий такой участок - аорта, а суммарный просвет капилляров в 600-800 раз превышает просвет аорты. Этим объясняется замедление тока крови в капиллярах.
На движение крови по венам оказывает влияние присасывающее действие грудной клетки, так как давление в ней ниже атмосферного, а в брюшной полости, где находится большая часть крови, оно выше атмосферного. В среднем слое стенки вен не имеют эластических волокон поэтому легко спадаются, а поступлению крови в сердце способствует сокращение скелетной мускулатуры, которая сдавливает вены. Важное значение в продвижении венозной крови имеют и карманообразные клапаны, препятствующие ее обратному току. Кроме того в венозной части кровеносной системы общий просвет сосудов по мере приближения к сердцу уменьшается. Но здесь каждая артерия сопровождается двумя венами, ширина просвета которых в два раза больше, чем артерий. Этим объясняется, что скорость течения крови в венах в два раза меньше, чем в артериях.
Движение крови по сосудам регулируется нервно-гуморальными факторами. Импульсы, посылаемые по нервным окончаниям, могут вызывать или сужение, или расширение просвета сосудов. К гладкой мускулатуре стенок сосудов подходят два вида сосудодвигательных нервов: сосудорасширяющие и сосудосуживающие. Импульсы, идущие по этим нервным волокнам, возникают в сосудодвигательном центре продолговатого мозга.
При обычном состоянии организма стенки артерий несколько напряжены и их просвет сужен. Из сосудодвигательного центра по сосудодвигательным нервам непрерывно поступают импульсы, которые и обусловливают постоянный тонус. Нервные окончания в стенках сосудов реагируют на изменения давления и химического состава крови, вызывая в них возбуждение. Это возбуждение поступает в центральную нервную систему, результатом чего служит рефлекторное изменение деятельности сердечно-сосудистой системы. Таким образом, увеличение и уменьшение диаметров сосудов происходит рефлекторным путем, но тот же эффект может возникнуть и под влиянием гуморальных факторов - химических веществ, которые находятся в крови и поступают сюда с пищей и из различных внутренних органов. Среди них имеют значение сосудорасширяющие и сосудосуживающие. Например, гормон гипофиза - вазопрессин, гормон щитовидной железы - тироксин, гормон надпочечников - адреналин суживают сосуды, усиливают все функции сердца, а гистамин, образующийся в стенках пищеварительного тракта и в любом работающем органе, действует противоположно: расширяет капилляры, не действуя на остальные сосуды. Значительный эффект на работу сердца оказывает изменение содержания в крови калия и кальция. Повышение содержания кальция увеличивает частоту и силу сокращений, повышает возбудимость и проводимость сердца. Калий вызывает прямо противоположное действие.
Расширение и сужение сосудов в различных органах существенно влияет на перераспределение крови в организме. В работающий орган, где сосуды расширены, направляется больше крови, в неработающий орган - меньше. Депонирующими органами служат селезенка, печень, подкожная жировая клетчатка. В случае кровопотери кровь из этих органов поступает в общий кровоток, что позволяет поддерживать кровяное давление.

Основные причины заболевания сердечно-сосудистой системы человека:

1. Гиподинамия — пониженная двигательная активность. Она вызывает уменьшение эластичности сосудов, капиллярной сети и дыхательной поверхности легких, возникновение венозных застоев в периферических отделах сердечно-сосудистой системы.

2. Образование в сосудах холестериновых бляшек (атеросклероз) вызывает уменьшение сосудистого просвета вплоть до полной закупорки, особенно сосудов, снабжающих кровью сердечную мышцу (инфаркт).

3. Хронические заболевания легких вызывают перегрузку сердечной мышцы вследствие уменьшения дыхательной поверхности легких, а также закупорку легочных капилляров.

4. Табакокурение. Никотин вызывает длительный хронический спазм сосудов и, как следствие, повышение артериального давления, венозный застой.

Поэтому для предупреждения заболеваний сердечно-сосудистой системы необходимы:

1) двигательная активность. Полезны длительные пешие прогулки на свежем воздухе, не реже 2 раз в неделю, занятия легкой атлетикой, лыжным спортом, плаванием;

2) сбалансированное питание, ограничивающее животные жиры и потребление соли, с акцентом на потребление продуктов растительного происхождения, богатых клетчаткой и растительными жирами. Желателен контроль уровня холестерина в крови;

3) своевременное лечение и профилактика заболеваний дыхательной системы;

4) отказ от табакокурения.

Таким образом, здоровый образ жизни является лучшим комплексным способом профилактики заболеваний сердечно-сосудистой системы.

3. Найдите в предложенных экспонатах животных (муляжи, чучела) или на рисунках гомологичные органы. Объясните их значение.

Гомологии - это соответствие общего плана строения органов раз­личных видов, обусловленное их общим происхождением, гомологич­ные органы - органы, соответствующие друг другу по строению и проис­хождению, независимо от выполняемых ими функций.

Часто вследствие адаптаций к различным условиям среды гомоло­гичные органы существенно различаются между собой, и единство их происхождения устанавливают лишь на основании изучения эмбриоге­неза, палеонтологических данных и др. исследований. Например:

- все видоизменения корня (корнеплоды, корнеклубни) гомологич­ны по отношению друг к другу и самому корню;

- все видоизменения побега (корневище, клубень, луковица) - го­мологи;

- передние конечности позвоночных, несмотря на различные функ­ции и внешний вид, имеют единый план строения, развиваются у заро­дышей из сходных зачатков с одинаковым расположением на теле жи­вотного, т.е. являются гомологами.

Билет № 6.

1. Охарактеризуйте процесс биосинтеза белка и его биологическую роль.

2. Дайте общую характеристику папоротникообразных растений. Каково значение папоротникообразных в природе, жизни человека?

3. Рассмотрите обитателей аквариума и составьте цепь питания. Объясните, почему в аквариумах цепи питания короткие.

4. Решите задачу по генетике на моногибридное скрещивание.