3.Вид размн: Партеногенез.

У растений апомиксис. Партеногенез – вторичная модификация полового размножения, но по своей суть является бесполым.

Билет 37.

Жизненные циклы.Их разнообразие.

Диплофазный жизненный цикл.Гаметическая редукция

Животные

Некоторые грибы (Oomycota)

Некоторые зеленые и бурые водоросли

Диатомовые водоросли, некоторые зеленые и бурые водоросли

Гаплофазный жизненный цикл. Зиготическая редукция

Грибы

Некоторые водоросли

(напр. Chlamydomonas)

Большая часть одноклеточных водорослей, красные водоросли (стадия дикариона) некоторые зеленые водоросли

Гаплодиплофазный жизненный цикл. Спорическая редукция

Чередование поколений

Растения и некоторые водоросли

некоторые зеленые и бурые

водоросли

Билет 38.

Формирование медленного биологического ответа.

Сигнал

Взаимодействие сигнала с рецептором

Рецептор меняет конформацию и превращается в ТФ₁ #

…

Запуск транскрипции гена, кодирующего ТФ_n-1

З апуск биосинтеза ТФ_n-1

Запуск транскрипции гена, кодирующего ТФ_n

Запуск биосинтеза ТФ_n

З апуск транскрипции гена, кодирующего ген Х

Запуск биосинтеза белка Х

Биологический ответ

Медленные биологические ответы у человека.

Например, гормональная регуляция. У всех животных, имеющих нервную систему молекулярная регуляция одинаковая. Существует множество ситуаций, когда в формирование биологического ответа участвуют элементы быстрых и медленных биологических ответов. Нейро-эндокринная система обеспечивает реализацию биологических ответов: выработка молока у женщин не сразу после оплодотворения. Функции нервной системы: реакция на внешние сигналы – связь с окружающей средой, реакция на внутренние сигналы – координация органов.

У дрозофилы 25 тыс. генов, у человека 35 тыс. генов (но работающих вроде бы 25 тыс.).

Сегодня биология не описательная наука, а наука, изучающая причинно-следственную связь (как реализуется генетическая информация)

Билет 39.

Молекулярные механизмы быстрых биологических ответов.

Центральным звеном любых экологических отношений являются разнообразные биологические ответы – это система адекватных реакций организма на определенный внешний или внутренний сигнал.

Формирование быстрого биологического ответа.

Сигнал

Взаимодействие сигнала с рецептором

Рецептор меняет конфигурацию и превращается в ПК #

…

Формирование ПК_n-1

Активация ПК_n-1

Формирование ПК_n

Активация ПК_n

Формирование белка Х

Активация белка Х

Биологический ответ

И К БЫСТР И К МЕДЛ

Существует множество способов активации (инактивации) белков. Однако чаще всего этот процесс связан с формированием белков, т. е. присоединение фосфатной группы. Фосфолирование приводит к изменению конфигурации белка, т. е. изменению функции. Это происходит за счет того, что фосфатная группа легко диссоциирует и приобретает сильный заряд. Специфические ферменты, обеспечивающие фосфолирование белков, называется протеинкиназами.

Все сигналы принято условно подразделять на химические и физические. Химические сигналы – молекулы, их ионы. В ходе взаимодействия с химическим сигналом рецептор образует с ним комплекс, а потом рецептор меняет свою конформацию, следовательно, и функцию. Рецептор – чувствительная молекула. Физический сигнал – уровень температуры, свет, звук, механическое давление и др. Рецептор взаимодействует не со светом, а с квантом света. Рецептор не может образовать с ним комплекса, но он поглощает энергию, которую пускает на конформацию.

# - и то, и другое происходит в простейшем случае, но чаще всего это происходит через серию вспомогательных белков. Рецептор на клеточной мембране, ТФ – в ядре. У животных (человека) рецепторы кортикоидных гормонов сами становятся ТФ и уходят в ядро.

Первая схема идет быстрее, т. к. в клетке уже все есть, нужно лишь отфосфорилировать некую молекулу. Медленные биологические ответы реализуются в течение часов, дней, недель. Быстрые в течение секунд, долей секунд.

У растений, грибов и бактерий преобладают медленные биологические ответы. У животных – быстрые. В основе этого разделения лежит наличие или отсутствие клеточной стенки. В значительной степени наличие быстрого/медленного биологического ответа определяется экологическим поведением: пережидание/уход. Нервная система по своей сути предназначена для чрезвычайно быстрой реализации биологических ответов.

Билет 41.

Молекулярные механизмы передачи нервного импульса через синапс.

Поступление нервного импульса в синаптическую бляшку вызывает деполяризацию пресинаптической мембраны и повышение ее проницаемости для ионов кальция в результате того, что открываются потенциал-зависимые кальциевые каналы . Ионы кальция входят в синаптическую бляшку и вызывают слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной . Медиатор из синаптических пузырьков попадает в синаптическую щель . Весь этот процесс называется электросекреторным сопряжением . После высвобождения медиатора материал пузырьков используется для образования новых, заполняемых молекулами медиатора.

Молекулы медиатора диффундируют через синаптическую щель (примерно за 0,5 мс) и связываются с рецепторами на постсинаптической мембране . При этом изменяется конфигурация молекулы рецептора, что приводит к открытию ионных каналов и поступлению в постсинаптическую клетку ионов, вызывающих сдвиг мембранного потенциала постсинаптической мембраны ( постсинаптический потенциал - деполяризационный ( возбуждающие синапсы ) или гиперполяризационный ( тормозные синапсы )) в зависимости от вида медиатора и рецептора. Молекулы медиатора сразу же удаляются из синаптической щели либо путем их реабсорбции пресинаптической мембраной, либо путем диффузии из щели или ферментативным гидролизом.

Промежуток времени между моментом поступления потенциала действия к пресинаптическому окончанию и началом смещения заряда постсинаптической мембраны называется синаптической задержкой .

Для проведения нервного импульса через химический синапс необходимо наличие ионов кальция , иначе высвобождение медиатора не происходит.

Билет 42.

Рецепторные белки. Принципы их функционирования.

Рецепторные белки, молекулы или мол. комплексы клетки, способные специфически связывать др. молекулы, несущие внешние для клетки регуляторные сигналы (напр., гормоны, нейромедиаторы), или реагировать на физ. факторы (напр., свет); благодаря конформац. изменениям, инду-цируемыми этими сигналами, рецепторные белкизапускают определенные каскадные биохим. процессы в клетке, в результате чего реализуется ее физиол. ответ на внеш. сигнал.

Большинство рецепторные белки локализовано в плазматич. мембране и представляет собой пронизывающие мембрану глико-протеины. Они взаимод. с белковыми или пептидными гормонами, а также с низкомол. биорегуляторами, например с простагландинами. аминокислотами. Рецептор света—ро-допсин- локализован в мембранных структурах сетчатки глаза. Внутриклеточные рецепторные белки обычно локализованы в ядре и взаимод. со стероидными гормонами и гормонами щитовидной железы (производными тирозина).

Известно неск. механизмов, по которым активированные рецепторные белки запускают биохим. процессы в клетке. Напр., при взаимод. ацетилхолина с никотиновым холинорецептором (чувствителен не только к ацетилхолину, но также и к никотину), локализованным в постсинаптич. мембране, открывается Na-канал. Увеличение внутриклеточного содержания Na⁺ приводит к деполяризации мембраны, что обусловливает передачу нервного импульса.

Др. группа мембранных рецепторные белки сопряжена с мембрано-связанными регуляторными ферментами, в частности с аденилатциклазой, гуанилатциклазой, фосфолипазой С. К рецепторные белки, активирующимаденилатциклазу. относят, например, b-адренергич. рецепторы (см. Адреноблокирующие средства. Адреномиметические средства), рецепторы глюкагона. тирео-тропного гормона; к рецепторные белки, ингибирующим этот фермент,-a₂-адренергич. рецепторы, некоторые опиатные рецепторы (см. Опиоидные пептиды), рецепторысоматостатина. один из рецепторные белки, активирующих фосфолипазу С,-a₁-адренергич. рецептор.

Билет 43.

Вирусы.ледует ли считать их живыми существами.

Доводы за то, что они неживые: если поместить вирус под микроскоп и наблюдать за ним, то ничего не происходит. Для того, чтобы оно «начало жить», его нужно ввести в клетку. Вирус – это набор молекул, молекулекулярные паразиты живого. Вирус использует живую систему в своих целях. Все делает живая система, а вирус только пользуется продуктами деятельности этой системы.

Доводы за то, что они живые: клетка – окружающая среда вируса. Если поместить живой организм в вакуум, то он умрет. Точно так же и вирус, для него воздушная среда – вакуум. Молекулярная организация такая же, как у клетки живого организма: НК, белки, мембраны. С молекулярной точки зрения = это нормальный вариант жизни. Внутри живых объектов находят нуклеотидные последовательности сходные с нуклеотидными последовательностями вирусов.

Ретровирусы – идет метод обратной транскрипции (ДНК по РНК).

Ретротранспозоны – мобильные генетические элементы. Могут легко менять последовательность генетической информации..

Правила транскрипции:

-Триплетность.

-Неперекрываемость

-Избыточность.

-Отсутствия «знаков препинания» между соседними триплетами.

Ретровирусы	Ретротранспозоны
Gag – ДНК-связывющий белок.	Gag
Prot – «раскусывает» огромный белок на части.	Prot
RT – фермент обратной транскрипции.	RT
Endo – обеспечивает появление транспозона в любом месте.	Endo
Env – белок вирусной оболочки.

Ретровирусы близки с ретротраспозонами.

Сначала были ретровирусы. Они были в клетках и со временем утратили Env, став транспозонами. Другая точка зрения – сначала были транспозоны. Но со временем по каким-то причинам появился Env, позволяющий выйти транспозонам из клетки в виде ретровирусов.

Признак живого – большая степень самоупорядоченности. Матричный синтез – высшая степень упорядоченности, следовательно вирусы – живые. Однако наиболее просто устроенные вирусы – это молекулы ДНК, если вирусы живые, то и ДНК – живое.

Главный смысл жизни – продолжение жизни! Продолжение жизни – воспроизведение генетической информации. В эту схему хорошо укладывается то, что ДНК – живая. Некоторые транспозоны способны воспроизводиться по принципу репликации ДНК (ДНК – транскрипция). Смысл существованья транспозона вообще – воспроизведение отдельных участков генетической информации, причем каждый участок сам по себе. Все это привело к возникновению Selfish DNA – эгоистичная ДНК. ДНК способно к интенсивному воспроизведению; ДНК в ходе эволюции выработало такую среду, чтобы существовать – КЛЕТКА.

Шел синтез органики из неорганики. На других планетах могли существовать сложные органические вещества. На Землю упали обломки камет, содержащие органику. Упав в небольшую лужу, органика растворилась и дала высокую концентрацию органического вещества. Имеются соединения FeS с маленькими порами, в которых могла накапливаться органика. Причем размер пор сопоставим размеру мелких бактерий. Они были гетеротрофы; первые автотрофы – хемосинтетики (железо-бактерии и серо-бактерии). Но все это шло на уровне макромолекул – биохимическая эволюция, биологической она стала тогда, когда появились устойчивые биологические системы. Тогда начало жизни с клетки, следовательно вирусы – неживые.

Рибозим – биологический катализатор рибонуклеинового происхождения. Т. е. молекула РНК способна катализировать собственно удвоение. Молекула РНК увеличивала свои размеры, отбирались наилучшие, стали синтезироваться белки, т. е. произошло разделение функций: белки – катализаторы, ДНК – хранение генетической информации. (ДНК сначала было двойной цепочкой РНК)

Итог: если принять, что вирусы живые то – клеточная теория живого отвергается; если вирусы живые, то и ДНК – живая; все более сложные структуры (кроме ДНК) имеют лишь одну цель – способствовать воспроизведению ДНК. В ходе эволюции создается клетка и ДНК «поняла», что это хорошо. Потом хорошо бы разделить на компартменты – возникли эукариоты. Хорошо бы рекомбинироваться – половое размножение. Потом многоклеточные существа. Среды обитания ДНК приспосабливались к окружающей среде, т. к. взаимоотношения с окружающей средой очень сложные, то возник разум. Следовательно, человек живет лишь для воспроизведения собственной генетической информации.

Билет 44.

Концепция эгоистичной ДНК

Э.ДНК-Основное понятие одноименной концепции, предложенной для объяснения существования плазмид и мобильных генетических элементов как ДНК, не приносящей непосредственной “пользы” организмам-хозяевам, т.е. основной функцией такой ДНК является обеспечение собственного воспроизводства независимо от основного генома (“эгоистичные функции”); к “Э.”ДНК, вероятно, могут быть отнесены факультативные интроны

Билет 46.

Современные представления о возникновении жизни.По современным упрощенным модельным представлениям Земля образовалась из рассеянного газопылевого облака в результате гравитационной конденсации отдельных частиц, которые притягивались друг к другу, укрупнялись и объединялись в небесное тело.

Под действием сил сжатия и теплоты распада радиоактивных элементов происходил разогрев ее глубоких слоев и разделение вещества Земли на несколько сфер образовались центральное ядро, мантия, земная кора. С помощью радиоизотопного анализа установлено, что наиболее древние породы земной коры возникли 3,4—3,8 млрд лет назад. Процесс формирования земной коры, по оценкам ученых, длился около 1 млрд лет, так что возраст Земли составляет примерно 4,5 млрд лет.

По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к ее центру, а более легкие оставались на поверхности. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (Н2О, СН4, NH3, HCN) и поэтому носила восстановительный характер. Это обстоятельство послужило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. Соединения, являющиеся восстановителями, легко вступают в химические реакции, отдавая водород, и при этом сами окисляются. Компоненты атмосферы подвергались воздействию различных видов энергии: радиоактивному, рентгеновскому, коротковолновому излучению Солнца, грозовым разрядам, действию высокой температуры и др.

В результате этих воздействий химически простые компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, изменяясь и усложняясь. Возникли молекулы Сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты и другие простые органические соединения.

Важное свойство образующихся органических молекул способность объединяться, создавая капельки более концентрированного раствора, чем окружающая среда. Такие концентрированные капельки коацерваты способны поглощать из окружающего раствора различные вещества, увеличиваясь при этом в размерах. Это уже отдаленно похоже на процессы питания и роста организмов. Опытным путем установлено, что коацерватные капли взаимодействуют между собой, вещества капель вступают в реакции, а некоторые продукты реакций выделяются из коацервата во внешнюю среду. Это напоминает известный биологический процесс обмена веществ. 

В настоящее время определена основная совокупность характеристик, позволяющих отнести обьект к живому организму: • общность биогенных химических элементов (Н, С, О, Р, N, S), из которых построены биоорганические соединения: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты; • поглощение из внешней среды необходимых для жизнедеятельности веществ, извлечение из них энергии и выделение продуктов распада;

-способность к самовоспроизведению (наследственность); - изменчивость; - способность к саморегуляции (поддержание постоянства химического состава); - клеточное строение; - раздражимость; - системность и дискретность (живые системы состоят из отдельных (дискретных) взаимодействующих элементов); - иерархичность структурной организации: менее сложные уровни являются необходимой основой для возникновения более сложных уровней организации живой материи.

Первые живые организмы в качестве источника энергии (пищи) использовали органические соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана. Поскольку в атмосфере Земли свободного кислорода не было, организмы имели анаэробный (бескислородный) тип обмена, эффективность которого невелика. Энергию, необходимую для синтеза, они получали путем химических реакций окисления и восстановления (хемосинтез). Появление все большего количества анаэробных организмов приводило к истощению вод первичного океана, в нем все меньше оставалось готовых органических веществ, которые можно было использовать в пищу. В этих условиях в преимущественном положении оказались организмы, приобретшие способность использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических, а именно из диоксида углерода СО2 и молекулярного азота N2 атмосферы. Но СО2 и N2 в атмосфере находятся в инертном окисленном состоянии, а для того, чтобы они были способны участвовать в химических реакциях, их надо восстановить, то есть передать им электроны от других соединений.

Дальнейшим и особенно крупным усовершенствованием жизни стал кислородный фотосинтез. В результате появился свободный кислород, сначала в воде, а потом и в атмосфере, что привело к ее качественному изменению, в частности к появлению озонового слоя.

Постепенное увеличение количества кислорода в воде, его диффузия в атмосферу начались около 2 млрд лет назад. Это сделало возможным быстрое развитие клеток структурных единиц всех живых организмов вне зависимости от уровня их организации. Появление клетки в свою очередь привело к эволюции более крупных и сложных живых организмов: растений, животных, человека.

Естественно, что рассмотренная «классическая» модель возникновения жизни на Земле не является безусловной, а тем более безальтернативной.

В частности, согласно современной теории космических катастроф, Земле пришлось пережить ряд столкновений с астероидами, при которых жизнь на ней уничтожалась в результате возникновения высоких температур (до 300 °С), несовместимых с биологической точки зрения с процессом жизнедеятельности. Однако при этих условиях могут выжить некоторые термостойкие микроорганизмы (например, бактерии в глубине грунта). После таких космических ударов Земля постепенно остывала и начинался новый эволюционный этап развития жизни.

С другой стороны, взрывы «близлежащих» к Земле сверхновых звезд способны уничтожить или сдуть большую часть озонового слоя, и тогда на все живое обрушится поток ионизирующего излучения, что также может привести к уничтожению жизни на Земле.

В начале 80х годов прошлого века в пробах высотных метеозондов на высоте около 20 км обнаружены микроорганизмы, не встречающиеся на Земле. Возможность жизнедеятельности этих микроорганизмов можно объяснить наличием защитной оболочки, оберегающей их от губительного действия ионизирующего солнечного излучения. В ходе последующих космических испытаний на станции «Мир» установлено, что наиболее устойчивыми из земных бактерий являются сенные палочки, которые в комочках грунта выживали при действии электромагнитного излучения в открытом космосе, а бактерии, лишенные этой защитной оболочки, погибали. Если «защищенные» споры способны перемещаться как минимум по Солнечной системе, то, следовательно, не исключен механизм космического начала жизни на Земле.

Билет 47

Современные представления о механизмах макроэволюции.

1. Кладогенез. Дивергентная эволюция

2. Анагенез и стасигенез. Конвергенция. Параллелизм

3. Синтезогенез