Шпаргалка по "Биологии"

Экзамен по биологии. I курс.

Раздел II

№1

Биология – наука о закономерностях  и механизмах жизнедеятельности

Биология — наука  о жизни, которая изучает закономерности жизни и развития живых существ. Термин «биология» был предложен немецким ботаником Г.Р. Тревиранусом и французским естествоиспытателем Ж.-Б. Ламарком в 1802 году независимо друг от друга.

Биология относится  к естественным наукам. Разделы науки  биологии можно классифицировать по-разному. Например, в биологии выделяют науки  по объектам исследования: о животных — зоологию; о растениях —  ботанику; анатомию и физиологию человека как основу медицинской науки. В  пределах каждой из этих наук имеются  более узкие дисциплины. Например, в зоологии выделяют протозоологию, энтомологию, гельминтологию и другие.

Основные  методы биологии:

1. Описательный – сбор и описание фактического материала.
2. Сравнительный – позволяет путём сопоставления выделить сходства и различия между организмами. Является основой систематики.
3. Исторический – связан с именем Дарвина (выявляет пути развития организмов).
4. Экспериментальный – постановка опытов и изменение течения эксперимента в нужных опытах.

№2

Критерии  и уровни организации живых организмов

К основным свойствам живого можно отнести:

1. Химический состав. Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).
2. Дискретность и целостность. Любая биологическая система (клетка, организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).
3. Структурная организация. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаза.
4. Обмен веществ и энергии. Живые организмы — открытые системы, совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи, направленная на восстановление постоянства внутренней среды — гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.
5. Самовоспроизведение. Самообновление. Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур, несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.
6. Наследственность. Молекула ДНК способна хранить, передавать наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации, обеспечивая материальную преемственность между поколениями.
7. Изменчивость. При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.
8. Рост и развитие. Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития — онтогенеза. На определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.
9. Раздражимость и движение. Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.

Выделяют уровни организации  всего живого:

1. Молекулярно-генетический – это макромолекулы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот и гены. Явления уровня: пластический и энергетический обмен, передача наследственной информации.
2. Субклеточный – органоиды клетки. Явления уровня: функционирование органоидов.
3. Клеточный.
4. Тканевый. Единица уровня – группа клеток, выполняющая одинаковые функции. Явления уровня: дифференцировка клеток.
5. Организменный – единица будет являться особь в стадии онтогенеза. Явления уровня: те изменения, которые происходят с особью в процессе онтогенеза.
6. Популяционно-видовой. Единица уровня – популяция. Явления уровня: элементарные эволюционные преобразования.
7. Биогеоценотический – единицы уровня – биогеоценоз. Явления уровня: круговороты различных веществ.
8. Биосферный.

№3

Клеточная теория

Клетка - основная структурная, функциональная и генетическая единица  организации живого, элементарная живая  система. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли  и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Термин «клетка» был предложен английским исследователем Робертом Гуком в 1665 г. Впервые используя микроскоп  для изучения срезов пробки, он заметил  множество мелких образований, похожих  на ячейки пчелиных сот. Роберт Гук  дал им название ячейки или клетки. Работы Р. Гука вызвали интерес к  дальнейшим микроскопическим исследованиям  организмов. Возможности светового  микроскопа в XVII-XVIII веках были ограничены. Накопление материала о клеточном  строении растений и животных, о  структуре самих клеток шло медленно. Только в тридцатых годах XIX века были сделаны фундаментальные обобщения  о клеточной организации живого.

Основные  положения клеточной теории:

1. Клетка – элементарная единица всего живого
2. Все клетки разных организмов гомогенны по своему строению и свойствам.
3. Клетка – единая система, включающая в себя множества взаимосвязанных элементов, представляющих собой целостное образование.
4. Клетки увеличиваются в числе путём деления исходной клетки после удвоения её генетического материала (введено в 1959 году немецким патологоанатомом Рудольфом Вирховом: «Клетка от клетки»).
5. Многоклеточный организм - это сложный ансамбль объединённых и интегрированных в системы органов и тканей, связанных с друг другом с помощью физических, гуморальных и нервных факторов.
6. Клетки тотипотентны – то есть обладают одинаковым генетическим потенциалом и равноценны по генетической информации, но различной экспрессией (работой) генов, что приводит к морфологическому и функциональному разнообразию.
7. Клетка – это ограниченная активной мембраной упорядоченная системой биополимеров, участвующих в единой совокупности метаболических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

№4

Современные представления об организации  эукариотической клетки

Основная часть поверхностного аппарата клетки - плазматическая мембрана. Клеточные мембраны — важнейший компонент живого содержимого клетки построены по общему принципу. Согласно жидкостно-мозаичной модели, предложенной в 1972 г. Николсоном и Сингером, в состав мембран входит бимолекулярный слой липидов, в который включены молекулы белков (рис. 15). Липиды — это водонерастворимые вещества, молекулы которых имеют два полюса, или два конца. Один конец молекулы обладает гидрофильными свойствами, его называют полярным. Другой полюс гидрофобный, или неполярный. В биологической мембране молекулы липидов двух параллельных слоев обращены друг к другу неполярными концами, а их полярные полюса остаются снаружи, образуя гидрофильные поверхности. Кроме липидов, в состав мембраны входят белки. Их можно разделить на три группы: периферические, погруженные (полуинтегральные) и пронизывающие (интегральные). Большинство белков мембраны является ферментами. Полуинтегральные белки образуют на мембране биохимический «конвейер», на котором в определенной последовательности осуществляется превращение веществ. Положение погруженных белков в мембране стабилизируется периферическими белками. Интегральные белки обеспечивают передачу информации в двух направлениях: через мембрану в сторону клетки и обратно. Интегральные белки бывают двух типов: переносчики и каналообразующие. Последние выстилают пору, заполненную водой. Через нее осуществляется прохождение ряда растворенных неорганических веществ с одной стороны мембраны на другую.

Гиалоплазма (основная плазма, матрикс цитоплазмы или цитозоль) основное вещество цитоплазмы, заполняющее пространство между клеточными органеллами. Гиалоплазма содержит около 90% воды и различные белки, аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, ионы неорганических соединений, другие вещества. Крупные молекулы белка образуют коллоидный раствор, который может переходить из золя (невязкое состояние) в гель ( вязкий). В гиалоплазме протекают ферментативные реакции, метаболические процессы ( гликолиз), синтез аминокислот, жирных кислот. На рибосомах, свободно лежащих в цитоплазме, происходит синтез белков. Гиалоплазма содержит множество белковых филаментов ( нитей), пронизывающих цитоплазму и образующих цитоскелет. В клетках животных организатором цитоскелета является область, расположенная рядом с ядром, содержащая пору центриолей (рис. 25, 26). Цитоскелет определяет форму клеток, обеспечивает движение цитоплазмы, называемое циклозом.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - это система цистерн и каналов, «стенка» которых образована мембраной. ЭПС пронизывает цитоплазму в разных направлениях и делит ее на изолированные отсеки (компартменты). Благодаря этому в клетке осуществляются специфические биохимические реакции. Эндоплазматическая сеть выполняет также синтетическую и транспортную функции. Если на поверхности эндоплазматической мембраны есть рибосомы, ее называют шероховатой, если рибосом нет – гладкой (рис. 27). На рибосомах осуществляется синтез белков. Белки проходят через мембрану в цистерны ЭПС, где приобретают третичную структуру и транспортируются по каналам к месту потребления. На гладкой ЭПС происходит синтез липидов, стероидов. ЭПС — основное место биосинтеза и построения мембран цитоплазмы. Отчленяющиеся от нее пузырьки представляют исходный материал для других одномембранных органелл: аппарата Гольджи, лизосом, вакуолей.

Аппарат Гольджи - органелла, обнаруженная в клетке итальянским исследователем Камилло Гольджи в 1898 г. Аппарат Гольджи обычно расположен около клеточного ядра. Наиболее крупные аппараты Гольджи находятся в секреторных клетках. Основным элементом органеллы является мембрана, образующая уплощенные цистерны - диски. Они располагаются друг над другом. Каждая стопка Гольджи (у растений называемая диктиосомой) содержит от четырех до шести цистерн. Края цистерн переходят в трубочки, от которых отчленяются пузырьки (пузырьки Гольджи), транспортирующие заключенное в них вещество к месту его потребления. Отчленение пузырьков Гольджи происходит на одном из полюсов аппарата. Со временем это приводит к исчезновению цистерны. На противоположном полюсе аппарата осуществляется сборка новых дисков-цистерн. Они формируются из пузырьков, отпочковывающихся от гладкой эндоплазматической сети. Содержимое этих пузырьков, «унаследованное» от ЭПС, становится содержимым аппарата Гольджи, в котором подвергается дальнейшей переработке. Функции аппарата Гольджи разнообразны: секреторная, синтетическая, строительная, накопительная. Одна из важнейших функций - секреторная. В цистернах аппарата Гольджи происходит синтез сложных углеводов (полисахаридов), осуществляется их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию мукопротеидов. С помощью пузырьков Гольджи готовые секреты выводятся за пределы клетки. Аппарат Гольджи образует гликопротеин (муцин), представляющий важную составную часть слизи; участвует в секреции воска, растительного клея. Иногда аппарат Гольджи принимает участие в транспорте липидов. В аппарате Гольджи происходит укрупнение белковых молекул. Он участвует в построении плазматической мембраны и мембран вакуолей. В нем формируются лизосомы.

Лизосомы (от греч. лизис – разрушение, расщепление, сома – тело) - пузырьки больших или меньших размеров, заполненные гидролитическими ферментами (протеазами, нуклеазами, липазами и другими). Лизосомы в клетках не представляют собой самостоятельных структур. Они образуются за счет активности эндоплазматической сети и аппарата Гольджи и напоминают секреторные вакуоли. Основная функция лизосом - внутриклеточное расщепление и переваривание веществ, поступивших в клетку или находящихся в ней, и удаление из клетки. Выделяют первичные и вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли, аутолизосомы, остаточные тельца). Первичные лизосомы представляют собой пузырьки, ограниченные от цитоплазмы одинарной мембраной. Ферменты, находящиеся в лизосомах, синтезируются на шероховатой эндоплазматической сети и транспортируются к аппарату Гольджи. В цистернах аппарата Гольджи вещества подвергаются дальнейшим превращениям. Пузырьки с набором ферментов, отделившиеся от цистерн аппарата Гольджи, называют первичными лизосомами (рис. 31). Они участвуют во внутриклеточном пищеварении и иногда секреции ферментов, выделяющихся из клетки наружу. Это происходит, например, при замене хряща костной тканью в процессе развития, при перестройке костной ткани в ответ на повреждение. Секретируя гидролитические ферменты, остеокласты (клетки-разрушители) обеспечивают разрушение минеральной основы и органического остова матрикса кости. Накапливающиеся «обломки» подвергаются внутриклеточному перевариванию. Остеобласты (клетки-строители) создают новые элементы кости. Первичные лизосомы могут сливаться с фагоцитарными и пиноцитарными вакуолями, образуя вторичные лизосомы. В них происходит переваривание веществ, поступивших в клетку путем эндоцитоза, усвоение их. Вторичные лизосомы— пищеварительные вакуоли, ферменты которых доставлены с помощью мелких первичных лизосом. Вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли) у простейших (амеб, инфузорий) - это способ поглощения пищи. Вторичные лизосомы могут выполнять защитную функцию, когда, например, лейкоциты (фагоциты) захватывают и переваривают попавшие в организм бактерии. Продукты переваривания поглощаются клеткой, но часть материала может остаться непереваренной. Вторичные лизосомы, содержащие нерасщепленный материал, называют остаточными тельцами или телолизосомами. Остаточные тельца обычно через плазматическую мембрану выводятся наружу (экзоцитоз). У человека при старении организма в остаточных тельцах клеток мозга, печени и в мышечных волокнах накапливается «пигмент старения» - липофусцин. Аутолизосомы (аутофагирующие вакуоли) присутствуют в клетках простейших, растений и животных. В этих лизосомах происходит разрушение отработанных органелл самой клетки (ЭПС, митохондрий, рибосом, гранул гликогена, включений и др.). Например, в клетках печени среднее время жизни одной митохондрии — около 10 дней. После этого срока мембраны эндоплазматической сети окружают митохондрию, образуя аутофагосому. Аутофагосомы сливаются с лизосомой, образуя аутофаголизосому, в которой происходит процесс распада митохондрии. Процесс уничтожения структур, ненужных клетке, называется аутофагией. Число аутолизосом возрастает при повреждениях клетки. В результате высвобождения содержимого лизосом в цитоплазму происходит саморазрушение клетки или аутолиз. При некоторых процессах дифференцировки аутолиз может быть нормой. Например, при исчезновении хвоста у головастика во время превращения его в лягушку. Ферменты лизосом принимают участие в аутолизе погибших клеток.

Известно более 25 генетических заболеваний, связанных с патологией лизосом. Например, в лизосомах может  происходить накопление гликогена, если отсутствует соответствующий  фермент.

№5

Современные представления об организации  эукариотической клетки (Ядро)

Ядро было открыто  и описано в 1833 г. англичанином Р. Броуном. Ядро присутствует во всех эукариотических  клетках, за исключением зрелых эритроцитов  и ситовидных трубок растений. Клетки, как правило, имеют одно ядро, но иногда встречаются многоядерные клетки. Ядро бывает шаровидной или овальной формы. В некоторых клетках встречаются  сегментированные ядра. Размеры ядер - от 3 до 10 мкм в диаметре. Ядро необходимо для жизни клетки. Оно регулирует активность клетки. В ядре хранится наследственная информация, заключенная  в ДНК. Эта информация, благодаря  ядру, при делении клетки передается дочерним клеткам. Ядро определяет специфичность  белков, синтезируемых в клетке. В ядре содержится множество белков, необходимых для обеспечения  его функций. В ядре синтезируется  РНК. Ядро имеет ядерную оболочку, отделяющую его от цитоплазмы, кариоплазму (ядерный сок), одно или несколько  ядрышек, хроматин.

Ядерная оболочка состоит  из двух мембран. В ней имеются  поры, играющие важную роль в переносе веществ в цитоплазму и из нее. Поры не являются постоянными образованиями. Их число меняется в зависимости  от функциональной активности ядра. Число  пор увеличивается в период наибольшей ядерной активности. Ядерная оболочка связана непосредственно с эндоплазматической сетью. На наружной мембране ядерной  оболочки, с внешней стороны находятся  рибосомы, синтезирующие специфические  белки, образующиеся только на рибосомах  ядерной оболочки. Ядерный сок (кариоплазма) - внутреннее содержимое ядра, представляет собой раствор белков, нуклеотидов, ионов, более вязкий, чем гиалоплазма. В нем присутствуют также фибриллярные белки. В кариоплазме находятся  ядрышки и хроматин. Ядерный сок  обеспечивает нормальное функционирование генетического материала. Ядрышки - обязательный компонент ядра, обнаруживаются в интерфазных ядрах и представляют собой мелкие тельца, шаровидной формы. Ядрышки имеют большую плотность, чем ядро. В ядрышках происходит синтез р–РНК, других видов РНК и  образование субъединиц рибосом. Возникновение  ядрышек связано с определенными  зонами хромосом, называемыми ядрышковыми  организаторами. Число ядрышек определяется числом ядрышковых организаторов. В  них содержатся гены р–РНК. Хроматин (окрашенный материал) – плотное  вещество ядра, хорошо окрашиваемое основными  красителями. В состав хроматина  входят молекулы ДНК в комплексе  с белками (гистонами и негистонами), РНК. В неделящихся (интерфазных) ядрах  хроматин может равномерно заполнять  объем ядра, находясь в деконденсированном состоянии. Этот диффузный хроматин (эухроматин) генетически активен. Молекулы ДНК, содержащие наследственную информацию, способны удваиваться при репликации, и возможна передача (транскрипция) генетической информации с ДНК на и–РНК. Иногда в интерфазном ядре бывают видны глыбки хроматина, представляющие собой участки конденсированного  хроматина (гетерохроматина). Это неактивные участки. Например, в клетках женского организма, где присутствуют две X–хромосомы, одна находится в активном диффузном  состоянии, а вторая в неактивном, конденсированном состоянии. Во время  деления ядра хроматин окрашивается интенсивнее, происходит его конденсация  – образование более спирализованных (скрученных) нитей, называемых хромосомами. Хромосомы синтетически неактивны. Строение хромосом лучше всего изучать  в момент их наибольшей конденсации, т.е. в метафазе и начале анафазы  митоза. Каждая хромосома в метафазе митоза состоит из двух хроматид, образовавшихся в результате редупликации, и соединенных  центромерой (первичной перетяжкой). В центральной части центромеры находятся кинетохоры, к которым  во время митоза прикрепляются микротрубочки  нитей веретена. В анафазе хроматиды  отделены друг от друга. Из них образуются дочерние хромосомы, содержащие одинаковую генетическую информацию. Центромера делит хромосому на два плеча. Хромосомы с равными плечами  называют равноплечими или метацентрическими, с плечами неодинаковой длины - неравноплечими субметацентрическими, с одним коротким и вторым почти незаметным палочковидными или акроцентрическими. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, отделяющую спутник. Вторичные перетяжки называют ядрышковыми организаторами. В них в интерфазе происходит образование ядрышка. В ядрышковых организаторах находится ДНК, отвечающая за синтез р-РНК. Плечи хромосом оканчиваются участками, называемыми теломерами, не способными соединяться с другими хромосомами.