1. Научный метод. Его основные особенности.  2. Место современной биологии среди естественных наук.  3. Основные свойства живого.  4. Современные представления о понятии «жизнь».  5. Основные особенности органических и биоорганических соединений.  6. Функциональные группы.  7. Строение и функции углеводов.  8. Строение и функции жиров.  9. Строение и функции белков  10. Уровни организации белков.  11. Строение и функции нуклеиновых кислот.  12. Репликация ДНК. Молекулярные механизмы возникновения мутаций.  13. Причинно-следственные связи между геном и признаком.  14. Процесс реализации генетической информации. Его важнейшие этапы.  15. Организм как единица живого. Унитарные и модульные организмы.  16. Клетка как единица живого.  17. Основные отличительные особенности прокариот.  18. Основные отличительные особенности эукариот.  19. Разнообразие органоидов эукариотической клетки.  20. Условные единицы живого. Их разнообразие.  21. Таксономические единицы. Их разнообразие.  22. Современные представления о разнообразии царств.  23. Внутривидовые естественные группировки организмов. Их разнообразие.  24. Единицы строения многоклеточных организмов.  25. Жизненные формы.  26. Общебиологический принцип разделения функций.  27. Принцип структурно-функционального соответствия.  28. Биологический смысл питания. Типы питания.  29. Молекулярные механизмы энергообеспечения клетки.  30. Молекулярные механизмы развития на примере дрозофилы.  31. Молекулярные механизмы дифференциальной транскрипции генов.  32. Разнообразие типов бесполого размножения.  33. Разнообразие типов клеточных делений.  34. Клеточный цикл, его основные этапы.  35. Биологический смысл и механизмы полового размножения. 36. Разнообразие типов оплодотворения.  37. Жизненные циклы. Их разнообразие.  38. Молекулярные основы медленных биологических ответов.  39. Молекулярные механизмы быстрых биологических ответов.  40. Молекулярные механизмы формирования нервного импульса.  41. Молекулярные механизмы передачи нервного импульса через синапс.  42. Рецепторные белки. Принципы их функционирования.  43. Вирусы. Следует ли считать их живыми существами?  44. Концепция эгоистичной ДНК.  45. Интрон-экзонное строение генов, его роль в эволюции.  46. Современные представления о возникновении жизни.  47. Современные представления о механизмах макроэволюции.

1. Научный метод. Его особенности.

Наука - это вид человеческой деятельности, направленный на получение и систематизацию новых для всего человечества объективных знаний, т.е таких, которые были получены многократными исследованиями и обсуждены и приняты разными людьми.

Объективность заключается:

1) Воспроизводимость эксперимента - центральное условие научного подхода. Но полных совпадений результатов не будет никогда.

2) Статистическая обработка. Т.к, даже при идеальном повторении эксперимента, результаты в любом случае будут разниться, объективные данные не могут быть весомы без адекватной статистической обработки.

3) Обмен данными. Научные знания не могут принадлежать одному человеку, их необходимо публиковать.

Научный метод состоит из 2ух частей:

1) Научный анализ;

2) Научный синтез;

Научный анализ заключается в раздроблении, изучении по частям. Синтез осуществляется на 2ом этапе. Вышеперечисленные являются фундаментальными подходами в любой области науки, так как мир сложен и его невозможно описать одной наукой.

Виды классификации наук:

1) по объектам изучения:

а. Естественные, объектом которых является природа;

б. Точные - математика

в. Гуманитарные, объектом является человечество и все, что его касается

2) по степени практической приложимости:

а. Прикладная;

б. Фундаментальная;

2. Место современной биологии среди естественных наук

Биология ( от греч. bios -жизнь и logos - познание, учение)- это наука, изучающая живые материи, следовательно в классификации наук по объектам изучения относится к естественным.

Как наука ( в полном смысле) возникла в середине 19 в, когда была создана клеточная теория. До того времени шло накопление материала, т.е биология была сугубо описательной. Начиная с 50х годов начала становиться закономерной, изменилась суть этой науки. На данный момент биология идет по доказательному пути и находится почти в одном ряду с химией и физикой.

Развитие биологии, как и любой другой науки, шло по пути последовательного разложения сложного предмета исследования на составляющие его части. Так возникли многочисленные ветви биологии ( например анатомия, ботаника, физиология, микробиология и т.д)

Редукционизм - метод познания, при котором изучают не единое целое, а отдельные его части.

Витализм ( в биологии) метод познания, при котором жизнь рассматривают как особенное и уникальное явление, которое нельзя объяснить на основе одних только законов физики и химии, т.к многие проявления жизни присуще лишь системе как целому.

3. Что такое жизнь. Основные свойства живых систем

По современным представлениям, жизнь — это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе биохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот и других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.

Живые системы обладают рядом общих свойств и признаков, которые отличают их от неживой природы. Живые организмы отличаются высокоупорядоченным строением, их структурной и функциональной единицей является клетка. Все организмы представляют собой открытые системы, являющиеся устойчивыми лишь при условии непрерывного доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы извлекают, преобразуют и используют вещества и энергию из окружающей среды и возвращают в нее продукты распада и преобразованную энергию, например, в виде тепла. Таким образом, для организмов характерен обмен веществ с окружающей средой и энергозависимость.

Для живых систем характерно такое свойство, как дискретность (прерывистость). Это означает, что живой организм или иная биологическая система отграничены от окружающей среды структурами, которые затрудняют обмен веществ, сводят к минимуму потери веществ и служат для поддержания пространственного единства системы.

И то же время любая живая система характеризуется целостностью — составляющие ее дискретные части интегрированы в единое целое.

Живые организмы обладают способностью поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов. Недостаток поступления каких-либо веществ мобилизует внутренние ресурсы организмов, а избыток — вызывает прекращение синтеза этих веществ. Это свойство называется саморегуляция.

В течение жизни организмы претерпевают ряд количественных (возрастает число клеток, масса) и качественных (дифференцировка клеток, образование тканей и органов, старение и др.) изменений, т.е. они обладают способностью к росту и развитию.

Живые организмы размножаются. При размножении они воспроизводят себе подобных, увеличивая численность.

Воспроизведение себе подобных тесно связано с наследственностью — способностью организмов передавать потомкам свои признаки и свойства в неизменном виде. В основе наследственности — стабильность носителей генетической информации — нуклеиновых кислот. Генетический материал определяет возможные пределы развития организма, его структур, функций и реакций на окружающую среду. В то же время потомки обычно бывают похожи на своих родителей, а не идентичны им. Способность организмов приобретать новые свойства и признаки называется изменчивостью.

Живые организмы адаптированы к среде обитания. Особенности строения, функции и поведения данного организма, соответствующие его образу жизни, называют адаптациями.

Для живых организмов характерна раздражимость — способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями. Любое изменение в окружающей среде является раздражителем, а реакция организма — проявлением раздражимости. Сочетания раздражитель-реакция могут накапливаться в виде опыта и использоваться в дальнейшем.

4. Жизнь.

Ж – с современно точки зрения – это особая форма существования материи, связанная с черезвычайно интенсивными процессами самоупорядочивания. Иногда утверждат.что живые объекты, в отличие от неживых сочетают в себе сразу все перечисленные св-ва(см.билет 3) . к сожалении, и эта попытка не слишком удачна. Дело в том,что у целого ряда живых существ хотя б на отдельных этапах их развития отсутствует то или иное из рассмотренных св-тв. В частности, взрослые стадии некоторых насекомых не имеют пищеварительной с-мы и не могут питаться (они живут в течение всего лишь нескольких дней и выполняют одну единственную задачу- размножаться). Напротив, рабочие пчелы, шмели и муравьи успешно питаются, но полностью лишены способности к размножению.

Итак, попытка понять, что такое жизнь не дает результата при использовании аналитического подхода. Это значит, что одного анализа здесь недостаточно, и нам неоходимо прибегнуть к научному синтезу. Т.е. свести все свойства живого воедино. В конечном итоге мы получаем след определение жизни: жизнь- это особая форма существования материи, связанная с интенсивыными процессами самоупорядочивания.

Действительно, даже самая примитивно организованная бактерия содержит десятки тысяч различных в-тв, причем их молекулы расположены не хаотично.более того.в процессе своей жизнедеятельности ( напр при питании,дыхании или размножении) актерия постепенно поддерживает этот порядок и время от времени вносит в него надлежащие изменения. Таким образом, она сама себя упорядочивает:

-поглощает определенные в-ва из окруж среды, синтезирует из них необходимые ей молекулы и затем неслучайно распределяет их по организму

-уничтожает часть своих молекул для получения энергии и в дальнейшем исользует эту энергию на свои нужды

-удаляет из себя побочные продукты жизнедеятельности

-увеличивает размер и массу за счет накопленных в-тв.

-формирует новые структуры и разрушает старые

-дает начало своим потомкам,каждый из которых тоже способен к самоупорядочиванию

-копирует имеющуюся у нее программу жизнедеятельности. И если в этой программе возникают ошибки, измененные копии могут достаться потомкам

-перестраивает себя в ответ на определенные воздействия

-и умирает, когда поддерживать порядок становится невозможным

То же самое характерно и для более сложных живых существ.

5. Основные особенности органических и биоорганических соединений. (из конспекта)

С – наиболее представленный элемент на земле. 4 валентен – способен вступать в сложные химические соединения. Атомы этого химического элемента способны образовывать прочные, сложные цепочки (кремний очень похож на С, но его цепочки нестабильны, поэтому кремневая жизнь на земле невозможна). Цепочки могут быть разными: по длине, по форме (линейные, разветвленные и кольцевые), по характеру связи (одинарные связи, двойные, тройные). Взаимное соответствие размеров и форм и расположение зарядов определяет углеродный скелет. Углеродный скелет подвижен. С-Н – связь ковалентно полярная. Э. о. не на столько сильно отличается, чтобы на атомах было сильные заряды. Углеродные цепочки на себе особых зарядов не несут. В основе любых химических взаимодействий в основном лежит взаимодействие заряженных частиц. Поэтому на углеродную цепочку «навешивают» другие элементы. В подавляющем большинстве случаев углеводороды не относятся к биоорганическим молекулам. За очень редким исключением живые существа углерод не используют. Биоорганические имеют сильные заряды (благодаря группам заряженных атомов присоединенных к углеродной цепочке).

Органические соединения характеризуются восстановленным состоянием атома С и N. Среди них выделяют биоорганические. Для биоорганических характерно наличие С-С связей. Сами они неполярны, поэтому в молекуле существуют заряженные группы атомов - функциональные группы (исключение - этилен, фермент у некоторых растений). Свойства биоорганических молекул определяются строением, наличием и взаимодействием функциональных групп. Макроэлементы биоорганических соединений: С, H, N, O, P, S. Также есть микроэлементы (Fe, I, Co, Mg и др.) Функциональные группы:  -ОН, гидроксильная - притягивает δ- (спирты) -С=О, карбонильная - притягивает δ+ (альдегиды и кетоны) -СООН, карбоксильная - придает молекуле сильный отрицательный заряд (кислоты) -NР2, аминогруппа - придает молекуле положительный заряд (амины) -SH, тио- (меркато-)группа - обладает сильными восстановительными свойствами (тиоспирты) -Н2РО4, фосфатная - придает молекуле отрицательный заряд (органические фосфаты) Чем больше разных функциональных групп содержит молекула, тем сложнее ее свойства и выполняемая в организме функция.

7. Углеводами называют вещества с общей формулой Cm(H2O)m, где m может иметь разные значения(чаще - от 3 до 7), но подобные молекулы могут образовывать олиго- и полисахариды при соединении между собой. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы — одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85—90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

• моносахариды или простые сахара;

• Дисахариды

• полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются прежде всего альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус. Глюкоза С6Н12О6, фруктоза, галактоза.

Дисахариды

При гидролизе образуют несколько молекул простых сахаров. В них молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным  относятся мальтоза (солодовый сахар - 2 остатка глюкозы), лактоза (молочный сахар - гллюкоза и галактоза) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар - глюкоза и фруктоза). С12Н22О11. По своим свойствам близки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Это высокомолекулярные полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров — простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором — гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие.

Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Его структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26—40 % целлюлозы.

Крахмал и гликоген. Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека, простейших и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.

Хитин образован молекулами β-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH3. Хитин — основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Функции углеводов

Энергетическая. Глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания (1 г углеводов при окислении высвобождает 17,6 кДж энергии).

Структурная. Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Механическая/защитная

Запасающая - крахмал.

Метаболическая. Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, дезоксирибоза — в состав нуклеотидов ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозодифосфат является акцептором СO2 в темновой фазе фотосинтеза).

Гликозилирование белков.

8. Жиры - производные простейшего углевода глицерина и высших жирных кислот.

Атомы углерода в молекулах высших карбоновых кислот могут быть соединены друг с другом как простыми, так и двойными связями. Среди предельных (насыщенных) высших карбоновых кислот наиболее часто в состав жиров входят:

• пальмитиновая СН₃ - (СН₂)₁₄ - СООН или С₁₅Н₃₁СООН;

• стеариновая СН₃ - (СН₂)₁₆ - СООН или С₁₇Н₃₅СООН;

• арахиновая СН3 - (СН2)18 - СООН или С19Н39СООН;

среди непредельных:

• олеиновая СН3 - (СН2)7 - СН = СН — (СН2)7 - СООН или С17Н33СООН;

• линолевая СН3 - (СН2)4 - СН = СН — СН2 - СН — (СН2)7 - СООН или С17Н31СООН;

• линоленовая СН3 - СН2 - СН = СН — СН2 - СН = СН — СН2 - СН = СН — (СН2)7 - СООН или С17Н29СООН.

Степень ненасыщенности и длина цепей высших карбоновых кислот (т.е. число атомов углерода) определяет физические свойства того или иного жира. Чаще всего в одноей молкуле жира имеются остатки разных жирных кислот (отличаются - длинной углеводородного хвоста, наличием/отсутствием отдельных двойных связей между углеродами). Чем больше (=) тем более жидкий жир.

Функции липидов

Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны.

Энергетическая. При окислении 1 г жиров высвобождается 38,9 кДж энергии, которая идет на образование АТФ.

Запасающая. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Если количество жира в организме меньше 15% - начинаются сбои.

Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке и вокруг некоторых органов (почки, кишечник), жировой слой защищает организм от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.

Смазывающая и водоотталкивающая. Воска покрывают кожу, шерсть, перья, делают их более эластичными и предохраняют от влаги. Восковым налетом покрыты листья и плоды растений; воск используется пчелами в строительстве сот.

Регуляторная. Многие гормоны являются производными холестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон).

Метаболическая. Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.

Липиды являются источником метаболической воды. При окислении жира образуется примерно 105 г воды. Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов.