Ответы к вопросам по экзамену
Вопрос №1:
Свойства и признаки живого
Жизнь характеризуется тремя фундаментальными свойствами – самообновлением, самовоспроизведением и саморегуляцией. Эти свойства определяют признаки живого:
1) обмен веществ и энергии;
2) наследственность и изменчивость;
3) размножение (репродукция);
4) индивидуальное и историческое развитие (онтогенез и филогенез);
5) раздражимость;
6) гомеостаз;
7) дискретность и целостность.
Уровни организации живого
Молекулярно-генетический уровень. Элементарной единицей на этом уровне является ген. Это участок молекулы нуклеиновой кислоты, который несет определенную генетическую информацию. Информация о полипептидах, признаках сохраняется и передается благодаря свойству ДНК, которое называется репликация или самовоспроизведение. Белки всех живых организмов содержат комбинации одних и тех же 20 аминокислот, а молекулы ДНК и РНК всех организмов состоят из 5-ти типов нуклеотидов. Сходство в составе имеют также липиды и углеводы. У всех организмов биологическая энергия запасается в молекулах АТФ, а генетическая информация «записана» в молекулах нуклеиновых кислот.
Клеточный уровень. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка является структурно-функциональной и генетической единицей живого. В ней содержится генетическая информация о развитии целого организма, и проходят все процессы жизнедеятельности.
Тканевый уровень. Группа клеток одинаковой структуры, выполняющих одинаковые функции, составляет ткань. Животные организмы имеют 4 вида тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная.
Организменный уровень. Организм – элементарная единица жизни. На Земле существует огромное разнообразие организмов разных видов. Организменный уровень характеризуется процессами онтогенеза (индивидуального развития) и нервной и гуморальной его регуляцией.
Популяционно-видовой уровень. Группа особей одного вида, длительно занимающих определенную территорию, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других групп особей того же вида, составляет популяцию. На уровне популяций начинаются процессы видообразования. Популяция является элементарной единицей эволюции.
Биосферно-биогеоценотический уровень. Биогеоценоз – это группа популяций организмов разных видов, исторически связанных между собой и с определенной территорией проживания. Между популяциями и окружающей средой идет постоянный обмен веществами, энергией и информацией. В сумме биогеоценозы составляют биосферу – область планеты, которую занимают живые организмы.
Вопрос №3:
Человек как биологическое и социальное существо
В человеке объединяются признаки как биологического, так и социального существа. Как для всех хордовых, для человека в эмбриональном периоде характерна закладка осевых органов: хорда, над ней – нервная трубка, под хордой – пищеварительная трубка, под ней, на брюшной стороне – сердце.
У всех представителей подтипа позвоночных, в том числе и человека, хорда преобразуется в позвоночник, имеется расположенное на брюшной стороне сердце и 2 пары конечностей. Как для представителя класса млекопитающих, для человека характерны: четырехкамерное сердце, теплокровность, сильно развитая кора головного мозга, млечные железы, наличие волос на кожных
покровах. Развитие плода человека в теле матери и питание его через плаценту – признаки, характерные для плацентарных животных. Родственные связи человека с приматами отражают следующие признаки: большой палец на верхних конечностях противопоставлен остальным, ногти на пальцах, одна пара молочных желез, хорошо развитые ключицы, зубы трех типов и замена молочных зубов на постоянные, рождение в большинстве случаев одного детеныша. Доказательствами животного происхождения человека является также наличие у него рудиментов и атавизмов. Рудименты – органы, которые подвергаются обратному развитию, из-за того, что они не функционируют (например: червеобразный отросток, третье веко). Атавизмы – это признаки возврата к предкам (например: наличие хвоста у детей – при увеличении числа хвостовых позвонков; сплошной волосяной покров верхней части тела – "львиные мальчики", наличие нескольких пар молочных желез). Только для вида Homo sapiens характерны следующие признаки:
прямохождение, подвижная кисть руки, позвоночник с четырьмя изгибами, большой объем головного мозга с развитой корой, более крупные размеры мозгового черепа по сравнению с лицевым, абстрактное мышление, наличие второй сигнальной системы, изготовление орудий труда.
Прогресс человечества подчиняется социальным законам – законам общества. Жизнь человека вне общества невозможна. Появление членораздельной речи было связано с необходимостью общения во время совместной охоты и защиты от врагов. Появление огня и употребление термически обработанной пищи привело к уменьшению жевательного аппарата и лицевого отдела черепа и к увеличению головного мозга. Развитие общественных отношений шло на основе изготовления орудий труда и охоты. Развивался головной мозг, мышление, сознание. Совершенствовались речь и
трудовая деятельность. В развитии человека большую роль стали играть социальные факторы. Знания, умения и духовные ценности передаются в человеческом обществе посредством обучения и воспитания молодого поколения.
Вопрос №4:
Основные положения современной клеточной теории
1. Клетка – элементарная структурно-функциональная и генетическая единица всего живого, открытая саморегулирующаяся система, через которую постоянно идут потоки веществ, энергии и информации.
2. Клетки всех организмов имеют сходное строение, химический состав и процессы жизнедеятельности.
3. Клетки многоклеточного организма выполняют разные функции и образуют ткани.
4. Новые клетки образуются при делении материнской клетки.
Отличительные признаки про- и эукариотических клеток
Прокариотические: нет ядра, есть нуклеоид; ДНК не связано с белками-гистонами; нет мембранных органоидов и митотического деления. Функции органоидов выполняют мезосомы.
Эукариотические: есть оформленное ядро; ДНК связано с белками-гистонами; есть мембранные органоиды и митотическое деление.
Вопрос № 5:
Строение, свойства и функции элементарной мембраны
Первую модель элементарной мембраны предложили в 1943г. Н. Даусон и Р. Даниелли. Это была бутербродная модель. Между двумя слоями белковых молекул расположены 2 слоя молекул липидов. Каждая молекула липида имеет два конца – гидрофильный (водорастворимый) и гидрофобный (водонерастворимый). Гидрофобные части молекул направлены друг к другу, гидрофильные части направлены в сторону белковых молекул.
Более совершенная модель – жидкостно-мозаичная. Основные компоненты мембраны – липиды – составляют от 20 до 80% их массы. Это – фосфолипиды, лецитин, холестерин. Молекулы белков находятся в двойном слое липидных молекул, которые образуют «липидное море». Молекулы
белков, которые проходят через два слоя липидных молекул, называются интегральными. Те молекулы, часть которых находится в билипидном слое, называются полуинтегральными. На поверхности липидов лежат периферические белки. Третий компонент элементарной мембраны – это гликопротеины, образующие на ее поверхности рецепторный аппарат (гликокаликс).
Свойства элементарной мембраны:
• пластичность (быстро восстанавливается после повреждения, а также растягивается и сжимается при клеточных движениях);
• полупроницаемость (избирательно пропускает определенные молекулы);
• способность самозамыкаться (образование фагосом и вакуолей при питании амебы).
Функции элементарной мембраны:
• структурная;
• барьерная;
• участие в процессах обмена веществ клетки;
• рецепторная.
Организация потока веществ в клетке
Поток веществ в клетке проходит 3 этапа:
а) поступление веществ в клетку (мембранный транспорт);
б) превращение и распределение веществ в клетке;
в) выделение из клетки продуктов обмена.
Механизмы мембранного транспорта
Пассивный транспорт - идет по градиенту концентрации без затраты энергии. Вода и мелкие молекулы могут поступать в клетку фильтрацией, диффузией, через поры или при растворении в липидах. Облегченная диффузия связана с участием в переносе молекул белков-переносчиков – пермеаз. Так попадают в клетку аминокислоты, сахара, жирные кислоты.
Активный транспорт - требует затрат энергии, так как проходит против градиента концентрации. Для такого переноса необходимы ферменты, молекулы АТФ и образование специальных ионных каналов. Примером такого механизма является натрий-калиевый насос.
Вопрос №6:
Анаболитическая система осуществляет реакции пластического обмена или ассимеляции. Ассимеляция – это совокупность реакций биологического синтеза, при которой из поступивших в клетку веществ образуются вещества, специфические для данной клетки. Она включает органоиды: рибосомы, эндоплазматическую сеть (ЭПС), комплекс Гольджи.
Рибосомы – сферические тельца (диаметр 15-35 мкм), состоящие из большой и малой субъединиц. Могут располагаться свободно в цитоплазме, на наружной ядерной оболочке, на каналах эндоплазматической сети. Большая субъединица рибосомы содержит три различные молекулы р-РНК и 40 молекул белков, малая субъединица – одну молекулу р-РНК и 33 молекулы белков. Сборка рибосом происходит в области пор ядерной мембраны. Информация о структуре р-РНК и белках рибосом содержится в «ядрышковых организаторах» (участки молекулы ДНК в области вторичных перетяжек спутничных хромосом). Рибосомы непосредственно участвуют в сборке молекул белка. Свободные рибосомы синтезируют белки для жизнедеятельности самой клетки, прикрепленные – белки для вывода из клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – это каналы, расположенные по всей клетке и соединяющиеся с перинуклеарным пространством ядра и с полостями комплекса Гольджи. Стенка каналов – элементарная мембрана. Каналы ЭПС выполняют функцию компартментализации цитоплазмы клетки – разделение ее на участки, в которых протекают различные биохимические реакции. Гранулярная ЭПС (на ее мембранах расположены рибосомы) участвует в биосинтезе белков, которые затем транспортируются к комплексу Гольджи. На мембранах гладкой ЭПС (не содержит рибосом) синтезируются углеводы (гликоген) и липиды (холестерин). Она принимает участие в синтезе стероидных гормонов, в выделении ионов хлора (клетки эпителия желез желудка), в обезвреживании токсических веществ клетками печени.
Комплекс Гольджи состоит из пузырьков, трубочек, мешочков. Основные элементы комплекса – диктиосомы. Диктиосомы – это стопки из 10-15 элементарных мембран, которые на концах имеют расширения. Эти расширения образуют пузырьки, которые отделяются и превращаются в лизосомы и вакуоли. Часть этих пузырьков выводит из клетки секреты или продукты обмена. Функции комплекса Гольджи: 1) сортировка и упаковка в пузырьки синтезированных в ЭПС веществ; 2)образование сложных соединений (липопротеинов, гликопротеинов); 3) сборка элементарных мембран; 4) образование лизосом, глиоксисоми вакуолей; 5) секреция веществ.
Вопрос № 7:
Катаболитическая система клетки осуществляет реакции энергетического обмена или диссимиляции. Диссимиляция – это совокупность реакций ферментативного расщепления сложных органических соединений, сопровождающихся с выделением энергии. В нее входят: митохондрии, лизосомы, микротельца (пероксисомы и глиоксисомы).
Первичные лизосомы образуются в комплексе Гольджи. Это округлые тельца (размером 0,2-0,4 мкм в диаметре), покрытые элементарной мембраной. В их состав входит примерно 50 различных гидролитических ферментов. Расщепление веществ происходит во вторичных лизосомах, которые образуются при слиянии первичной лизосомы и фагосомы. Лизосомы способны растворять Структуры отдельных органоидов.
Пероксисомы образуются в ЭПС. Их ферменты (оксидазы) окисляют аминокислоты с образованием перекиси водорода (Н2О2).
Глиоксисомы образуются в комплексе Гольджи. Их ферменты превращают жиры в углеводы.
Митохондрии в световом микроскопе имеют форму палочек, нитей, гранул. Величина митохондрий – от 0,5 до 7 мкм. Число их неодинаково в клетках с различной активностью. Стенка митохондрии имеет наружную и внутреннюю мембраны. Выросты внутренней мембраны образуют кристы, между которыми находится гомогенный внутренний матрикс. Промежуток между мембранами стенки митохондрии заполнен наружным матриксом. В митохондриях находятся 3 системы ферментов: во внутреннем матриксе – ферменты цикла Кребса, или цикла; на внутренней мембране и в наружном матриксе – ферменты тканевого дыхания; в АТФ-сомах (кристы) –ферменты окислительного фосфорилирования. Митохондрия имеет автономную систему биосинтеза белка. Во внутреннем ее матриксе находятся рибосомы, различные виды РНК и кольцевые молекулы ДНК.
Функции митохондрий: синтез АТФ; синтез специфических белков и стероидных гормонов.
Вопрос №8:
Организация потока энергии в клетке
Энергетический обмен имеет 3 этапа:
I – подготовительный
II – бескислородный (анаэробный)
III – кислородный (аэробный)
Первичным источником энергии на планете является Солнце.
Подготовительный этап протекает в пищеварительной системе организмов и в фагосомах клеток, где сложные органические соединения расщепляются до простых: полисахариды до моносахаридов, белки до аминокислот, жиры до глицерола и жирных кислот. Выделяемая при этом энергия рассеивается в виде тепла.
Анаэробный этап протекает в цитоплазме клеток. В нем участвуют 10 ферментов. Глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты, и образуются 2 молекулы АТФ. Пировиноградная кислота может поступать в митохондрии (для дальнейших превращений). При работе мышц в них образуется молочная кислота.
Аэробный этап энергетического обмена протекает в митохондриях. Пировиноградная кислота в соединении с коферментом А (К0А) поступает во внутренний матрикс митохондрии. От активированной формы уксусной кислоты (Ацетил К0А) отщепляются атомы водорода. Из митохондрии выделяется образовавшийся CO2, а протоны и электроны (из атомов водорода) переходят на систему ферментов тканевого дыхания. Протоны накапливаются на наружной поверхности внутренней мембраны, а электроны – на внутренней. При достижении критического потенциала протоны проходят через каналы в АТФ – сомах. Электроны отдают энергию для присоединения остатков фосфорной кислоты к АДФ и образования АТФ и соединяются с протонами. Образуются атомы водорода, которые с кислородом дают молекулы воды. В результате всех реакций преобразования 1 молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ + 2 молекулы анаэробного этапа – итого 38 молекул АТФ.
Вопрос №9:
Ядро является обязательным структурным компонентом каждой эукариотической клетки.
Строение: ядерная оболочка (кариолемма) – 2 мембраны (наружная и внутренняя); ядерный сок (кариолимфа); хроматин (ДНК); белки-гистоны; ядрышко; поры; рибосомы; перинуклеарное пространство; глыбка хроматина.
Функции: 1) Хранение и передача генетической информации; 2) Регуляция всех процессов жизнедеятельности.
Метафазная хромосома состоит из двух продольных нитей (ДНП) – хроматид, соединённых в области первичной перетяжки (центромера). Центромера делит тело хромосомы на 2 плеча. Концевые отделы дистальных участков называются теломерами.
Типы хромосом:
1. Метацентрические хромосомы – центромера расположена посередине, и плечи имеют одинаковую длину. Участок плеча около центромеры называется проксимальным, противоположный – дистальным.
2. Субметацентрические хромосомы – центромера смещена от центра и плечи имеют разную длину.
3. Акроцентрические хромосомы – центромера сильно смещена от центра и одно плечо очень короткое, второе плечо очень длинное.
Для хромосом всех организмов существует 4 правила:
1. Правило постоянства числа хромосом.
2. Парность хромосом.
3. Индивидуальность хромосом.
4. Непрерывность хромосом.
Вопрос №10:
В жизни клетки выделяют клеточный и митотический циклы.
Клеточный, или жизненный, цикл клетки – это период времени от появления клетки до ее гибели или до конца следующего клеточного деления. Периоды жизненного цикла соматических клеток: рост и дифференцировка, выполнение специфических функций, подготовка к делению (размножению), деление.
Митотический цикл – период подготовки клетки к делению (интерфаза) и само деление (митоз).
Интерфаза состоит из трёх периодов:
- Пресинтетический. Клетка выполняет свои функции, увеличивается в размерах, в ней идёт синтез белков и нуклеотидов, накапливается энергия в виде АТФ. Продолжительность от нескольких часов до нескольких месяцев и даже лет. Генетический материал 2n1chr2c.
- Синтетический. Происходит репликация молекул ДНК и её содержание в клетке удваивается. Содержание генетического материала 2n2chr4c. Длительность 6-8 часов.
-Постсинтетический. Клетка готовится к митозу: накапливается энергия, синтезируются белки ахроматинового веретена. Содержание генетического материала 2n2chr4c.
Причины митоза:
· Изменение ядерно-цитоплазменного соотношения (1/69 – 1/89);
· Появление «митогенетических лучей»;
· Наличие «раневых гормонов».
Вопрос №11:
Митоз – это деление соматических клеток, а мейоз – это деление соматических клеток половых желез и в отличие от митоза имеет 2 типа деления.
Непрерывный процесс митоза разделяют на 4 стадии: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.
Профаза начинается со спирализации хроматина: длинные хроматиновые нити укорачиваются и утолщаются, образуя хромосомы. Центриоли расходятся к полюсам клетки, формируются нити веретена деления. Увеличивается объем ядра, растворяются ядрышки и ядерная оболочка. Хромосомы выходят в цитоплазму клетки. Содержание генетического материала 2n2chr4с.
Метафаза: хромосомы ориентируются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Нити веретена деления присоединены к центромерам хромосом. Можно видеть, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Содержание генетического материала не изменяется 2n2chr4с.
Анафаза. Нити веретена деления сокращаются. Хроматиды разделяются в области центромер и расходятся к полюсам клетки. Они называются дочерними хромосомами. Содержание генетической информации – 2n1chr2 с у каждого полюса клетки.
В телофазу идет формирование дочерних ядер. Образуются оболочки ядер, хромосомы деспирализуются, теряют четкие очертания, восстанавливаются ядрышки.
Конечный этап митоза – цитокинез (разделение цитоплазмы).
Эндомитоз – это репродукция (удвоение) хромосом без деления ядра. Он приводит к образованию полиплоидных клеток.
При политении происходит многократное удвоение хроматид. Хроматиды не расходятся, образуя политенные (многонитчатые) хромосомы. Они встречаются в слюнных железах мухи дрозофилы.
Мейоз состоит из двух делений – мейоз I и мейоз II. Каждое деление имеет четыре фазы: профаза I и профаза II, метафаза I и метафаза II, анафаза I и анафаза II, телофаза I и телофаза II.
Самой сложной является профаза мейоза I. Она имеет 5 стадий:
1- лептотена: хроматин спирализуется, образуются тонкие хроматиновые нити, которые начинают движение друг к другу центромерными участками; генетический материал – 2n2chr4c.
2 – зиготена: начинается конъюгация коротких, толстых хроматиновых нитей (хромосом), которые соединяются по всей длине; генетическая информация не изменяется – 2n 2chr4c.
3 – пахитена: гомологичные хромосомы плотно соединяются по всей длине; образуемые фигуры называют биваленты хромосом или тетрады хроматид; генетический материал можно записать так – 1n biv4chr4с; к концу стадии в области центромер начинают действовать силы отталкивания и происходит кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом;
4 – диплотена: продолжают действовать силы отталкивания, но хромосомы остаются соединенным в области хиазм (перекрестов); содержание генетического материала сохраняется – 1n biv 4chr4с;
5 – диакинез: заканчивается спирализация хромосом, исчезают ядерная оболочка и ядрышко; биваленты хромосом, соединенные своими концами, выходят в цитоплазму и движутся к центру клетки; нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом; 1n biv 4chr4c.
В метафазе мейоза I биваленты располагаются по экватору клетки; четко видны отдельные хромосомы; генетический материал – 1n biv 4chr4с.
Анафаза I: биваленты распадаются на отдельные гомологичные хромосомы, которые расходятся к полюсам клетки; каждая хромосома содержит 2 хроматиды; содержание генетического материала на каждом полюсе клетки – 1n2chr2с; произошла редукция (уменьшение) числа хромосом – из диплоидного набор хромосом стал гаплоидным. Поэтому первое деление мейоза называется редукционным.
В телофазу мейоза I происходит цитокинез, и образуются две дочерние гаплоидные клетки – 1n2chr2c; в отличие от митоза в этой фазе не происходит деспирализация хромосом.
После мейоза I наступает интеркинез – короткий промежуток между двумя делениями и начинается мейоз II. Репликация ДНКне происходит.
Второе деление мейоза не отличается от митоза, но в профазе II не происходит спирализация хромосом (1n2chr2c), а в анафазе II к полюсам клетки отходят хроматиды (дочерние хромосомы). Каждая дочерняя клетка получает набор генетической информации 1n1chr1с. Гаплоидный набор
хромосом сохраняется. Второе деление мейоза называется эквационным, или уравнительным.
Из одной материнской диплоидной клетки образуются 4 клетки (гаметы) с гаплоидным набором хромосом.
Амитоз – прямое деление клетки – деление клеток простым разделением ядра надвое. При амитозе хроматин в ядре не спирализуется, не образуется веретено деления. Ядро и цитоплазма делятся перетяжкой надвое. Доказано, что генетический материал равномерно распределяется между дочерними клетками. Амитозом делятся обычно неспециализированные клетки: клетки
эпителия слизистых оболочек, раковые клетки и клетки, участвующие в регенерации. Амитоз может приводить к образованию многоядерных клеток (разделилось ядро, но не разделилась цитоплазма).
Значение митоза:
- поддержание постоянства числа хромосом, обеспечение генетической преемственности в клеточных популяциях;
- равномерное распределение хромосом и генетической информации между дочерними клетками.
Значение мейоза:
- это механизм образования гамет;
- поддерживает постоянство числа хромосом при половом размножении;
- обеспечивает комбинативную изменчивость в результате кроссинговера, независимого расхождения хроматид и хромосом, при образовании гамет.
Вопрос №12:
Нуклеиновые кислоты являются полимерами.
Молекула ДНК состоит из двух спиралей. Цепочка нуклеотидов соединяется ковалентными фосфодиэфирными связями между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида. Внутри спирали находятся соединенные по принципу комплементарности азотистые основания: А –Т – две водородные связи, Г – Ц – три водородные связи.
Свойство комплементарности азотистых оснований выражается в правилах Чаргаффа:
- количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований: А + Г = Ц + Т;
- количество аденина равно количеству тимина (А = Т), количество гуанина равно количеству цитозина (Г = Ц).
ДНК находится в клетке, в ядре, в митохондриях и пластидах.
Свойства ДНК: репликация (самовоспроизведение) и способность к репарации (восстановление структуры после нарушений молекулы).
Функция ДНК: сохраняет и передает генетическую информацию при размножении клеток и организмов.
Молекула РНК также является полинуклеотидом, но имеет одну цепочку. Вместо тимина в ее состав входит урацил, а вместо дезоксирибозы – сахар рибоза.
У некоторых вирусов РНК является хранителем наследственной информации и имеет в молекуле 2 цепочки.
В клетке имеются три вида РНК. 3-4% от всей РНК составляет информационная РНК (и-РНК): она «переписывает» генетическую информацию с ДНК и переносит ее в рибосомы – место сборки белковых молекул. Рибосомальная РНК (р-РНК) составляет 80-85% от всей РНК. Она входит в состав рибосом и обеспечивает пространственное взаиморасположение и-РНК и т-РНК. Транспортная РНК (т-РНК) транспортирует (переносит) аминокислоты из цитоплазмы в рибосомы. Т-РНК составляют 10-20% от всей РНК.
Рибонуклеиновые кислоты находятся в ядре, в цитоплазме, в митохондриях и пластидах.
Функции РНК: участие в синтезе белковых молекул (молекул полипептидов).
Вопрос №13:
Одним из доказательств роли ДНК в передаче наследственной информации стали опыты по трансформации бактерий (Гриффитс, 1929г.) Ф.Гриффитс работал на мышах с двумя штаммами бактерий. Капсульные бактерии были патогенны и вызывали гибель мышей от воспаления легких, бескапсульные были непатогенны, мыши оставались живы.
В 1944г. О.Эвери, К.Мак-Леод и М.Мак-Карти разделили бактерии S – штамма на компоненты. Это были: липиды, углеводы и ДНК. Только при добавлении очищенной ДНК к R- штамму наблюдали образование капсулы (признак патогенности) бескапсульными бактериями.
Трансформация бактерий – это включение участков ДНК бактерий одного штамма в ДНК другого штамма и передача его свойств. Следующим доказательством роли ДНК в передаче наследственной
информации были опыты Н. Циндера и Дж. Ледерберга (1952г.) по трансдукции у бактерий.
Опыт заключался в следующем. В U-образную трубку с питательной средой и бактериальным фильтром посредине помещали два штамма бактерий: в одно колено – триптофансинтезирующие, во второе колено – триптофаннесинтезирующее. Фильтр был непроходим для бактерий, и они не
смешивались. Если в колено с триптофансинтезирующими бактериями вводили бактериофаг, то через некоторое время эти бактерии обнаружили среди триптофаннесинтезирующих. Фильтр был проницаемым для бактериофага. Явление получило название трансдукции.
Трансдукция – способность бактериофага переносить участки ДНК от одного штамма бактерий к другому и передавать его свойства.
В 1950г. в опытах Х. Френкель-Конрата было получено еще одно доказательство участия нуклеиновой кислоты (РНК) в передаче признаков.
Вирус табачной мозаики (ВТМ) разделили на РНК и белок.
В 40-х годах Г. Бидл и Е. Татум выдвинули гипотезу «один ген – один фермент» на основании того, что гены отвечают за синтез ферментов. Но ген не всегда определяет синтез целой белковой молекулы. Поэтому гипотезу уточнили – «один ген – один полипептид». Так было доказано, что материальной единицей наследственности и изменчивости является ген. Ген – это участок молекулы ДНК, несущий информацию о синтезе определенного полипептида.
Вопрос №14:
Свойства генов
1. Специфичность – уникальная последовательность нуклеотидов для каждого структурного гена.
2. Целостность – как функциональная единица (программирование синтеза белка) ген неделим.
3. Дискретность – в составе гена имеются субъединицы: мутон – субъединица, которая отвечает за мутацию; рекон – отвечает за рекомбинацию. Минимальная их величина – пара нуклеотидов.
4. Стабильность – гены относительно устойчивы (стабильны). Частота самопроизвольной мутации одного гена составляет примерно 1: 10-5 на поколение.
5. Лабильность – устойчивость генов не абсолютная, они могут изменяться, мутировать.
6. Плейотропия – множественное действие гена (один ген отвечает за несколько признаков).
7. Экспрессивность – степень фенотипического проявления гена. Она определяется факторами среды и влиянием других генов.
8. Пенетрантность – частота проявления гена: отношение (в процентах) числа особей, имеющих данный признак, к числу особей, имеющих данный ген.
Классификация генов
По функциям гены классифицируют на структурные и функциональные. Структурные гены содержат информацию о белках-ферментах, гистонах, о последовательности нуклеотидов в разных видах РНК. Функциональные гены оказывают влияние на работу структурных генов. Функциональными являются гены-модуляторы и гены-регуляторы. Гены-модуляторы – это ингибиторы, интенсификаторы, модификаторы. Они усиливают, ослабляют или изменяют работу структурных генов. Регулируют работу структурных генов гены-регуляторы и гены-операторы.
Генотип всех соматических клеток организма одного вида одинаков. Но клетки разных тканей отличаются друг от друга. Вероятно, это связано с тем, что в них работают разные блоки генов. Область проявления действия данного гена называется полем его действия (например, распределение волосяного покрова на теле человека). Как правило, гены, детерминирующие
определенные признаки, «работают» непостоянно (например, гены,
определяющие синтез половых гормонов); их функция значительно снижается
с возрастом. Период функционирования гена называется временем его действия.
По месту действия гены подразделяют подразделяют на три группы:
1) функционирующие во всех клетках;
2) функционирующие в клетках одной ткани;
3) специфичные для одного типа клеток.
Первичными функциями генов являются хранение и передача наследственной информации. Гены выполняют в клетке две основные функции.
Гетеросинтетическая функция – это программирование биосинтеза белка в клетке.
Аутосинтетическая функция – репликация ДНК (самоудвоение ДНК).
Репликация ДНК проходит в синтетический период интерфазы митоза. Синтез молекулы ДНК – полуконсервативный: одна цепочка материнская («старая»), на ней собирается новая цепочка – «дочерняя». Новая цепочка собирается по принципу комплементарности. Основной фермент
синтеза – ДНК – полимераза (А. Коренберг, 1956).
Спираль ДНК раскручивается и делится на две цепочки, каждая выполняет роль матрицы. Репликация начинается сразу в нескольких точках молекулы ДНК. Участок ДНК от точки начала одной репликации до точки начала другой называется репликоном. Хромосомы эукариот имеют много репликонов, нуклеоид бактерий – 1 репликон. ДНК – полимераза в репликоне может двигаться вдоль материнской нити только в направлении от конца 3' к концу 5'. Поэтому сборка дочерних нитей ДНК идет антипараллельно – в противоположных направлениях. Процесс во всех репликонах проходит одновременно. Участок репликации называется репликационной вилкой. В
каждой вилке новые цепи ДНК одновременно собирают несколько ДНК – полимераз.
В каждой репликационной вилке ДНК-полимераза может постепенно и непрерывно собирать одну новую цепь ДНК (так как она движется в одном направлении). Вторая цепь – дочерняя – синтезируется короткими участками по 150-200 нуклеотидов под действием ДНК-полимеразы, которая движется в обратном направлении. Эти участки называются фрагментами Оказаки. Все
синтезированные участки полинуклеотидной цепи соединяются ферментом лигазой.
Весь геном клетки реплицируется 1 раз в митотическом цикле.
Вопрос №15:
Уровни упаковки генетического материала
Первый уровень упаковки – нуклеосомный. Нуклеосома – это глобула из 8 молекул гистонов, вокруг которой спираль ДНК образует около 2-х витков и переходит на следующую глобулу. Диаметр
нуклеосомной нити около 13 нм. Сокращение длины ДНК в 6-7 раз. Такая картина имеет место в интерфазе.
Второй уровень упаковки – супернуклеосомный (или соленоидный). Происходит конденсация
нуклеосомной нити и образование спирали. Нуклеосомы «сшиваются» гистоном Н1. Один виток спирали содержит от 6 до 10 нуклеосом. Диаметр спирали примерно 25 нм. Длина нити сокращается в 7 раз. Супернуклеосомный уровень упаковки можно увидеть с помощью электронного микроскопа в интерфазе и при митозе.
Третий уровень упаковки – хроматидный. Спирализация продолжается и супернуклеосомная нить образует изгибы и петли. Она является основой хроматиды. Диаметр петель – 50 нм. Нить ДНП сокращается в 10-20 раз. Такой уровень упаковки можно увидеть в профазе митоза.
Четвертый уровень – уровень метафазной хромосомы. В метафазе хроматиды еще спирализуются.
Сокращение длины нитей происходит в 20 раз. Длина метафазных хромосом от 0,2 до 150 мкм, диаметр 0,2 -5,0 мкм.
Общий итог конденсации ДНК – 10000 раз.
Вопрос №16:
Генетический код и его свойства
Запись генетической информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК и и-РНК, называется генетическим кодом. Триплет нуклеотидов, кодирующий определенную аминокислоту, называется кодоном. Кодон – это элементарная функциональная единица гена.
Свойства генетического кода:
- триплетность: одной аминокислоте в молекуле полипептида соответствует один кодон;
- универсальность: у всех живых организмов один и тот же кодон определяет одинаковые аминокислоты;
- неперекрываемость: один нуклеотид входит в состав только одного триплета;
- вырожденность, или избыточность: одну аминокислоту может кодировать несколько триплетов (аминокислот – 20, возможных триплетов – 64);
- непрерывность: нет разделительных знаков между нуклеотидами;
- однонаправленность: образование и-РНК происходит в направлении от 3' конца к 5' концу;
- наличие среди триплетов инициирующих кодонов (с них начинается
биосинтез белка ), кодонов-терминаторов (обозначают конец биосинтеза белка).
Соответствие порядка нуклеотидов в молекуле ДНК порядку аминокислот в молекуле полипептида называется колинеарностью.
Биосинтез белка в клетке
Биосинтез белка в клетке – сложный процесс. Главную роль в нем выполняют нуклеиновые кислоты. В ядре клетки на одной из цепей ДНК (кодирующий) синтезируется и-РНК с участием фермента РНК-полимеразы. Она «переписывает» порядок расположения нуклеотидов в молекуле ДНК (по правилу комплементарности). Этот процесс называется транскрипцией. Информационная РНК через ядерные поры выходит в цитоплазму клетки и направляется к рибосомам. В цитоплазме происходит роцессии рекогниции (узнавании тРНК своей аминокислоты). Транспортная РНК имеет особое строение. Один конец молекулы содержит триплет нуклеотидов. Он называет антикодоном и
соответствует определенной аминокислоте. На противоположном антикодону конце находится участок для прикрепления аминокислоты и два конца молекулы т-РНК. На конце 3' фиксируется триплет ЦЦА, на конце 5' – Г (гуанин).
Определенная аминокислота присоединяется к «своей» т-РНК при участии фермента аминоацил-тРНК-синтетазы и АТФ. Аминокислоты поступают в большую су