Структура молекулы белка. Классификация белков по составу и функциям.

Белки – высокомолекулярные орган-кие соединения, построенные из остатков 20 а/к-т (аланин, аргенин, аспаргин, валини т.д.) и играющие первостепенную роль в процессах жизнедеят-ти всех организмов. Т.е. белки – это полимеры, мономерами кот я-я а/к-ты. Альфа- а/к может ковалентно свя-ся др с другом с пом пептидных связей. Пепт св обр-ся м/у карбоксильной группой одной а/к и аминогруппой другой т.е. я-я амминной связью. Пептиды содержащие более 10 а/к наз полипептидами. Более 50 а/к – это белки. Пепт св им-т хар-ку к частично двойной связи, поэт прочная и малоподвижная. Гидролиз пепт св происх с конц соляной к-ой и с теперат выше 100 град. Пепт св открывает биуретовая р-ия. За счет внутримолек-х взаим-й б/и обр-т определ-ую простр-ую стр-ру комформацию б/а. именно последов-ть а/к в б/е (первич стр-ра б/а) сод-т инфор-ю о построении 3хмерной простр-ой стр-ры б/а. Структурная организация молекул белков бывает следующих типов: первичная структура белков – линейная полипептидная цепь из а/к-т, соединенных м/у собой пептидными связями. Это простейший уровень структурной организации белковой молекулы. Высокую стабильность ей придает ковалентные пептидные связи м/у альфа – аминогр. одной а/к-ты и альфа – карбоксильной гр. др. а/к-ты. Первич стр-ра опред-го б/а закодирована в участке ДНК (ген). Вторичная структура белка - это простр-ая стр-ра, образовавшаяся в рез взаим-я м/у функциональными группами с образованием водор-х связей. Сущ-т: альфа-спираль – обр-ся внутрицепочечными водор-ми св м/у аминогруппой одного и карбок гр 4го от него остатка; бета-стр-ра (складчатый лист) – обр-ся водро-ми св м/у участками одной полипепт цепи изогнутой в обратном направлении; беспорядоченный клубок – это участки не имеющие правильной период-ой пространственной организации. Напр, денатурированный б/к. денатурация – это разрушение. Третичная структура белка – это 3хмерная простр-ая стр-ра, обр-ся за счет взаим-ия м/у радикалами, которые могут распологаться на значительном расстоянии др от друга. Для формир-я 3 стр-ры участвуют такие связи: гидрофобное взаим-е, ионные, водор-е, ковал связи. Четвертичная структура – представляет собой организацию нескольких полипептидных цепей с третичной структурой в единую функциональную молекулу белка. Такой белок с четвертичной структурой называется олигомером, а его полипептидные цепи с третичной структурой – протомерами или субьеденицами. (гемоглобин – глобулярный белок, имеющий четвертичную структуру). В организме человека свыше 50тыс различных белков. Классификация: По форме третичной структуры белки делятся в основном на глобулярные (имеют шаровидную форму молекул, у кот. белковая нить свернута в клубок) и фибриллярные (имеют волокнистую структуру с вытянутыми или спиральными молекулами; По молек-ой массе (низко и высокомолук-е); По хим стр (простые – сост т/о из а/к: альбумины, глобулины, гистоны,коллаген, эластиль; Сложные – содер а/к и простатическую группу: хромопротеиды, нуклеопротеиды, липопротеиды, глико, фосфо, металлопротеиды); По f: структурную функцию - построение тк. и кл., их составных частей (важнейшую роль играет коллаген в соединительной тк., кератин в волосах, ногтях, коже); каталитическую - эта f определяет скорость хим-их реакций в биолог-их системах (все известные в настоящее время биолог-ие катализаторы–ферменты явл. белками); регуляторную - обмен вещ-в в организме регулируется разнообразными механизмами, этой регуляции важное место занимают гормоны, состоящие также из белков (гормоны гипофиза, поджелудочной железы); питательную – эту f осуществляют так называемые резервные белки, являющиеся источниками питания для развития плода (белки яйца (овальбумины). транспортную - дыхательная f крови, в частности перенос кислорода, осуществляется молекулами гемоглобина - белка эритроцитов; защитную - защитная f белков проявляется и в способности ряда белков крови к свертыванию крови, образовании антител; сократительную – участие белков в акте мышечного сокращения и расслабления (гл. роль в этих процессах играют актин и миозин - специфические белки мышечной тк.); рецепторную - это избирательное связывание различных регуляторов (гормонов, медиаторов, циклических нуклеотидов, ) на поверхности кл-ых мембран или внутри кл. (цитозольные рецепторы); энергетическую - белок используется как субстрат (при распаде) для образования энергии (при распаде 1 г белка выделяется 17,1 к Дж энергии). А/ки-ты явл. структурной единицей белков; По локализации в клетке (ядерные, цитоплазматич); По локализ органов (б/и печени,); По продолж жизни.

БИЛЕТ 14

Мейоз как цитологическая основа размножения половых клеток.

Эта форма деления характерна для специализированных клеток половых желез (яичников и семенников). Из диплоидных клеток, предшественников в ходе мейоза образуются гаплоидные гаметы – яйцеклетки и сперматозоиды. Мейоз включает два клеточных деления. Перед которыми происходит 1 репликация ДНК. 1 деление называется редукционным. В результате этого деления из первой диплоидной клетки образуются две гаплоидные. 2 деление называется эквационным – деление подобно митозу, т.к сестринские клетки отделяются друг от друга и расходятся к разным полюсам. Кыждая из двух делений состоит из провазы, метафазы, анафазы и телофазы. Мейоз 1 во время профазы 1происходит спирилизация и укорочение хромосом. Гомологичные хромосомы конъюгируются и образуют бивалент. Во время конъюгации хромосом между сестринскими хроматидами может произойти обмен между участками – кроссинговер. В точке обмена образуется видимая в микроскопе крестообразная структура – хиазма. По морфологии ядра и хромосом профазу 1 деления можно разделить на ряд стадий: лептотена (стенка тонких нитей) – в ядре начинают выявляться длинные тонкие нити хромосом вместо гранул хроматина интерфазного ядра; зиготена (стенка обьединения нитей) – начинается конъюгация гомологичных хромосом; пахитена (стенка толстых нитей) – синапс хромосом настолько тесный, что отдельные гомологи в биваленте неразличимы; диплотена (стенка двойных нитей) – синапс становится менее тесным, уже видны хроматиды и хиазмы; диакинез – хромосомы максимально укорачиваются, центромеры гомологичных хромосом отталкиваются друг от друга, хромосомы удерживаются вместе только в зонах хиазм, исчезает ядрышко и ядерная мембрана начинает формировать веретено деления. Метафаза 1. биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости при этом центромеры ориентируются относительно полюсов случайно. Анафаза 1 гомологичные хромосомы отделяются друг от друга и движутся к противаположным полюсам. Центромеры не расщепляются, происходит кроссинговер, к полюсам движутся хромосомы состоящие из двух хроматид, в ходе этой фазы из одной диплоидной клетки образуются два гаплоидных клеток. Интеркинез – это стадия между 1 и 2 делениями мейоза. Если эта стадия длительна, хромосомы могут декомпактироваться и принять вид интерфазного хроматина. На этой стадии не происходит репликация ДНК. Мейоз 2. в профазе 2 восстанавливается веретено деления. Во время метафазы 2 хромосомы распологаются в экваториальной плоскости. В анафазе 2 происходит расщепление центромеров и хроматиды разделяются и движутся к противаположным полюсам деления. В телофазе 2 из каждого гаплоидного ядра обр-ся две, которые гаплоидный набор хромосом. Состоящая из 1-й хроматиды каждая. Генетическое содержимое этих клеток разная, материнские и отцовские хромосомы м находятся в них в разных комбинациях, при этом в результате кроссинговера в каждой хромосоме также могут появиться новые комбинации аллей.

Структураная организация клетки. Основы ее биохимической активности и функционирования, как целостной живой системы. Специфические особенности растительной и животной клеток. Основные структурные элементы эукариотической клетки.

Биохим-ие превращения неразрывно связаны с теми структурами живой кл., кот. отвечают за выполнение той или иной f. Такие структуры получили название органоиды или органеллы (подобны органам целого организма, выполняют специф. f). По строению кл. все живые существа делят на организмы доядерные – прокариоты, и ядерные – эукариоты. Прокариоты – бактерии, цианобактерии. Эукариоты – грибы, растения и животные. Ядерные кл. высокоорганизованные и производят большое кол-во энергии. Кл. эукариот состоит из 3-х частей: ядра, цитоплазмы и кл-ой стенки. Ядро – осуществляет хранение генет-ой информ. и обеспечивает синтез белка. Оно состоит из ядерной оболочки, хроматина, ядрышка. Ядерная оболочка – отделяет содержимое ядерного аппарата от цитоплазмы и обеспечивает связь с ее мембранными компонентами. Хроматин состоит из ДНК в комплексе с белками. Ядрышко явл. производным хромосомы, основным компонентом явл. белок. Цитоплазма – все содержимое кл. Делят на 3 части: органеллы, включения и гиалоплазму. Органеллы – обязательные компоненты кл., а включения – не обязательные компоненты, погруженные в гиалоплазму – жидкую фазу цитоплазмы кл. органеллы бывают 2-х типов: мембранные и немембранные. Среди мембранных выделяют одномембранные (плазматическая мембрана, эндоплазма-тический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы и др. вакуоли) и двумембранные органеллы (митохондрии, хлоропласты, пластиды, кл-ое ядро). К немембранным органеллам относятся рибосомы, микротрубочки, кл-ый центр. Гиалоплазма – это внутренняя среда кл. (гелеобразная). Плазмат-ая мембрана – выполняет f: барьерная (ограничивает внутренне содержимое кл. от внешней ср.); транспортная (пассивное транспортирование воды, низкомол-ых вещ-в, эндоцитоз); вывод из кл. продуктов, образованных в кл.; сигнальная(на мембране есть рецепторы, узнающие определенные ионы и взаимод-ие с ними); межкл-ые взаимод-вия у многокл-ых организмов; принимает участие в построении спец-ых структур (ворсинки, реснички, жгутики). ЭПС – разветвленная сеть каналов и полостей в цитоплазме кл. участвует в жировом и углеводном обмене, синтезируют белки. По каналам транспортируются вещ-ва, а на мембранах находятся ферменты. Рибосомы – это сферические частицы, состоящие из 2-х неравных частей – субъединиц. Они могут работать поодиночке или объединяться в комплексы – полирибосомы. Комплекс Гольджи – мембрана образует пакеты уплащенных цистерн, крупные вакуоли или мелкие пузырьки. Митохондрии – имеют форму сферических, овальных или цилиндрических телец. Стенки состоят из 2-х мембран – наружной (гладкая) и внутренней (отходят перегородки или кристы). На кристах располагаются ферменты участвующие в энергетическом обмене. Лизосомы мелкие овальные тельца окруженные мембранной, в них находится более 30 ферментов, способных расщеплять белки, н/к-ты, полисахариды, липиды и др. вещ-ва. Кл-ый центр – 2 небольших тельца цилиндрической формы расположенных под прямым углом др. к др. состоят их 9 гр. микротрубочек каждая из кот. включ. по 3 микротрубочки. Играет важную роль в кл-ом делении (центриоли).

БИЛЕТ 15

Отдел сине-зеленые водоросли. Строение клетки, талломов, систематическое деление на классы хронококковые и гормогониевые. Предстаивтели.

Отдел синезеленые водоросли (цианобактерии) – прокариоты. Распространение повсеместное: воды, льды, горячие источники, симбионты (лишайники). Значение: цветение воды, образование лечебных грязей, пищевое (носток, спирулина), кормовое, азотфиксирующие (носток). Возникли в докембрийском периоде (3 млрд.л.н.).

Строение:

1. Тело – таллом (слоевище). Типы таллома: одноклет. (коккоидная – неподвижные, без жгутиков), колониальные, многоклет. (нитчатая). Два типа нитчатого таллома: гомоцитный (все клетки одинаковые), гетероцитный (нити состоят из вегетативной клетки – гетероцисты и специализированной клетки – споры - акинеты).

2. отсутствует дифференцированное ядро, есть нити ДНК в центре клетки. Нет ядерной оболочки, нет ядрышка.

3. Кл. стенка имеет слой из муреина (орг. в-ва белковой природы).

4. нет мембранных органоидов. Есть отдельные тилакоиды с пигментами, гранулы на поверхности тилакоидов, содержащие фикобилины - фикобилисомы. Пигменты: хлорофилл-А, каротиноиды (красные, желтые), фикобилины (фикоэритрин красный, фикоамин синий). Имеет рибосомы, газовые вакуоли (без клеточного сока).

5. Кл. покрыты слизью (от механических воздействий, уменьшает трение клетки о воду, уменьшает смыв солей из клетки).

6. запасные продукты – гликоподобное в-во + цианофициновые зерна + валютин.

7. Гетероциста более однородная. В спорах много запасных питательных в-в. Гетероцисты – особые крупные клетки, имеют толстую оболочку, гомогенное содержимое (нет пигментов, газовых вакуолей). Покрыты дополнительными слоями клеточной стенки. Гормогонии – участок нити, между гетероцистами.

Размножение:

- вегетативное – простое деление клетки пополам или фрагментация (гормогонии распадаются на части).

- половое отсутствует.

- бесполое – спорами (акинеты, эндоспоры, экзоспоры).

Систематика. Деление на классы: по типу таллома и способу размножения.

1) Хроококковые (глиокапса, микроцистис – вызывает цветение воды) – 1-клеточные, колониальные. Таллом коккоидный. Размножение: деление клетки. Пресноводные и почвенные.

2) Гормогониевые (порядок Осцилляториевые и Ностоковые) – нитчатые, многоклеточные, гетероцитные и гомоцитные, и колониальные. Размножение: гормогониями и акинетами. Носток – гетероцитная, нитчатая, колониальная. Нити не разветвленные. Он входит в состав лишайников, является азотфиксирующим организмом. Анабена, ривулярия.

Порядок Осцилляториевые – гомоцитные: осциллятория, спирулина.

3) Халисифоновые.

15.2.Главные направления естественного процесса. Теория биологического прогресса А.Н. Северцова. Арогенезы и алогенезы. Специализация.

1. Существуют два основных направления эволюционного процесса: 1. Биологический прогресс 2. Биологический регресс. Критерии биол. прогресса.

2. Автором теории биологического прогресса является А.Н.Северцов. Он выделял 4 основных способа достижения биологического прогресса на основе приспособлений: ароморфон(морфофизиологический прогресс) идиоадаптация, общая дегенерация и ценогенез.

3. Развивая данное учение И.И.Шмальгаузен говорил о закономерностях возникновения специализации: ароморфоз-алломорфоз- теломорфоз.

Впоследствии было развито учение о направлениях эволюции отдельных стволов филогенетического древа, при этом было установлено существование двух главных направлений эволюции филумов в конкретной среде обитания:

- Аллогенез — развитие группы внутри одной адаптивной зоны с возникновением близких форм, различающихся адаптациями одного масштаба.

- Арогенез — развитие группы с существенным расширением адаптивной зоны и с выходом в другие природные зоны в результате приобретения группой каких-то крупных, ранее отсутствовавших приспособлений.

Аллогенез происходит на основе общих особенностей строения и функционирования организмов — членов группы, ставящих их в примерно одинаковые отношения с давлением среды. Развитие группы в пределах такой адаптивной зоны может продолжаться длительный период, ограниченный сроком существования всей адаптивной зоны. Адаптивная зона — комплекс экологических условий, представляющих возможную среду жизни для данной группы организмов. Границами адаптивной зоны служат крайние варианты физико-географических и биологических условий, при которых определенная группа может существовать .

Наряду с термином «аллогенез» для обозначения такого процесса развития группы употребляются термины синонимы - «адаптативная радиация», «идиоадаптация», «кладогенез».

Наряду с термином арогенез для обозначения этого типа эволюции в литературе используются также термины синонимы - «ароморфоз», «анагенез».

При выделении аллогенеза как типа развития группы принципиален не его масштаб (который может быть и на уровне рода, и на уровне семейства, отряда и т.д.), а характер развития дочерних филогенетических групп; в случае аллогенеза они различаются адаптациями одного и того же уровня, определяющими специализацию в данной адаптивной зоне или ее части. Такие адаптации называются идиоадаптациями или алломорфозом. Аллогенез связан с известной специализацией каждой из филогенетических форм к каким-то определенным условиям внутри адаптивной зоны. Иногда такая специализация заходит столь далеко, что говорят о специализации как самостоятельном типе развития группы. Специализация — это крайний вариант аллогенеза, связанный с приспособленцем группы к очень узким условиям существования (сужение адаптивной зоны).

Степень специализации видов может быть различна: глубокая специализация затрагивает комплекс важных признаков, тогда как частичная — лишь отдельные признаки. Специализация отдельных органов (а не организма в целом) не мешает дальнейшей эволюции в других "направлениях. С изменением среды органы, не подвергавшиеся специализации, могут быть вновь преобразованы Своеобразным путем ликвидации специализации в процессе эволюции является переход к неотении, связанный с выпадением конечных фаз онтогенеза .

Арогенез. Как свидетельствует палеонтологическая летопись, из одной природной зоны в другую обычно попадают лишь отдельные, сравнительно немногочисленные группы. Этот переход, называемый арогенезом, обычно осуществляется со сравнительно большой скоростью: на пути арогенеза многие промежуточные группы гибнут в «интерзональных» промежутках, не достигнув новых зон. Но та ветвь, которая попадает в новую природную зону, вступает на путь широкого аллогенеза. Крупные, принципиальные адаптации, приводящие группу на путь арогенеза, называются ароморфозами (А.Н. Северцов).

В качестве примера арогенеза сравнительно небольшого масштаба можно рассматривать возникновение и расцвет класса птиц. Проникнуть в определенную адаптивную (природную) зону предки современных птиц могли лишь благодаря возникновению крыла как органа полета, четырехкамерного сердца, развитию отделов мозга, координирующих движения в воздухе, теплокровности. Все эти изменения - в строении и функционировании и привели какие-то группы триасовых динозавров к арогенезу. Приспособления же современных пустынных, лесных, водоплавающих и горных птиц определяются возникновением более частных особенностей — алломорфозов, а тип эволюции внутри класса птиц должен быть определен как аллогенез.

В эволюции растений возникновение проводящей сосудистой системы, эпидермы, устьиц, а также семязачатков и пыльцевой трубки имело значение для завоевания суши высшими растениями . Все эти изменения, без сомнения,— ароморфозы, а тип эволюции — арогенез.

Эволюция не всегда идет по пути усложнения. Иногда арогенез, ведущий к занятию новой адаптивной зоны, может быть осуществлен на основе возникновения более простого строения — морфофизиологической дегенерации — регресса.

Рассмотрим некоторые характерные примеры. Переход к паразитическому образу жизни для многоклеточных организмов связан с резким упрощением строения, вплоть до потери целых систем органов и структур, т. е. с морфофизиологической деградацией. Паразитические формы .составляют не менее 4—5% от общего числа современных видов животных: целые типы и классы беспозвоночных полностью связаны с паразитическим образом жизни.

В природе существует два основных направления эволюции филумов: развитие группы по пути арогенеза и развитие группы по пути аллогенеза. Эти пути тесно связаны, переходят один в другой, постоянно чередуясь. Другие направления эволюции (специализация и регресс), по существу, могут рассматриваться как частные случаи арогенеза и аллогенеза .

Следует отметить, что и аромофозы (определяющие арогенез группы) и алломорфозы (определяющие аллогенез группы) всегда возникают как обычные адаптации в конкретной среде обитания. Лишь в будущем выяснится, что одни из них оказались перспективными и обеспечивающими переход в иную адаптивную зону (ароморфозами), а другие — менее перспективными, хотя и эффективными приспособлениями группы в прежних условиях (алломорфозами).

БИЛЕТ 16

Типы взаимодействия неаллельных генов (эпистаз, комплементарность, полимерия, эффект положительного гена).

Развитие многих признаков обусловлено взаимодействием нескольких генов, лежащих в разных хромосомных парах. Такие признаки получили название сложных. Их расщепление в поколениях отклоняются от соотношения, установленных Менделем. Взаимодействие аллелей разных генов, определяющих проявления сложных признаков, осуществляется по типу комплементарности, эпистаза, полимерии. Комплементарность – неаллельные гены при совместном проявлении обеспечивают развитие нового признака. Признак формир-ся лишь при наличии в генотипе организма доминантных аллелей 2-х генов, в гомо- или гетерозиготном состоянии. Пример: наследование окраски цветов с пурпурными и белыми лепестками – суть в том, что доминантный аллель гена А определяет синтез пропигмента, а доминантный аллель гена В кодирует синтез фермента, обеспечивая тем самым превращение пропигмента в пурпурный пигмент. Т.о. во втором поколении гибридов происходит расщепление по фенотипу 9 (пур):7(бел). Эпистаз. В этом случае 1 доминирующий ген подавляет действие др. доминирующего, находящегося в др. паре хромосом. Примером эпистатического взаимодействия генов м. б. подавление у многих видов развития окраски покровов, определяемое одним из генов, при наличии в генотипе др. гена в доминантном состоянии. Так, у тыквы развитие окраски плодов определяется геном В. Доминантный его аллель детерминирует желтую, а рецессивный – зеленую окраску. Однако окраска не развивается вообще, если в генотипе имеется неаллельный ген А в доминантном состоянии. У кур породы леггорн белое оперение явл. результатом эпистатического воздействия доминантного аллеля одного гена на проявление неаллельного ему гена, отвечающего за пигментацию оперения. Отсутствие необходимых данных о роли первичных продуктов многих генов в формир-нии сложных признаков часто не позволяет точно установить характер взаимодействия неаллельных локусов, участвующих в биохим-ких процессах и составляющих основу образованиях этих признаков. В одних случаях развитие признака при наличии 2-х неаллельных генов в доминантном состоянии рассматривают как комплементарное взаимодействие, в др. – неразвитие признака, определяемого одним из генов при отсутствии др. гена в доминантном состоянии, расценивают как рецессивный эпистаз. Если же признак развивается при отсутствии доминантного аллеля неаллельного гена, а в его присутствии не развивается, говорят о домиантном эпистазе. Полимерия. Наряду с комплементарными и эпистатическим принято также рассматривать взаимодействие генов по типу полимерии. В этом случае разные гены как бы дублируют действия др. др., и одной доминантной аллели любого из взаимодействующих генов достаточно для проявления изучаемой фенотипической харак-ки. Возникает в тех случаях, когда развитие признака зависит от количества доминантных генов, обуславливающих развитие данного признака. Так, при скрещивании раст. пастушьей сумки с треугольными плодами (стручками) и с овальными плодами в первом поколении образуются раст. с плодами треугольной формы. При их самоопылении во втором поколении наблюдаются расщепление на раст. с треугольными и овальными стручками в соотношении 15 : 1. Это объясняется тем, что существуют 2 гена, действующих однозначно. Тогда все генотипы: А₁-А₂-, А₁- а₂а₂, а₁а₁А₂- будут иметь одинаковую фенотипическую харак-ку – треугольные стручки, и только раст. а₂а₂а₁а₁ будут отличаться – образовывать овальные стручки. Это случай называется некумулятивной полимерией. Полимерные гены могут действовать и по типу кумулятивной полимерии. При этом интенсивность окраски зерен оказалось пропорциональной числу доминантных аллелей разных генов в тригибридном скрещивании.