Организация наследственного материала.

Контрольная работа по дисциплине «Биология с основами экологии» для студентов 1 курса заочного отделения

Исполнитель:

студентка 1 курса 

факультета ЗОВС

                  Завьялова К.О.

Санкт-Петербург, 2017

СОДЕРЖАНИЕ

I. РАЗДЕЛ «БИОЛОГИЯ»

1. Строение клетки………………………………………………………3

2. Организация наследственного материала…………………………...7

3. Передача наследственной информации……………………………...11

4. Генетическая изменчивость. Понятие о мутациях………………….16

5. Организм как целое - организменный уровень организации. Понятие о гомеостазе. Принципиальные механизмы его регуляции………………...20

II.РАЗДЕЛ «ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ»

Экология экосистем………………………………………………………24

Список использованной литературы…………………………………31

I. РАЗДЕЛ «БИОЛОГИЯ».

Строение клетки.

Клетка – структурная и функциональная единица живого организма, способная к делению и обмену с окружающей средой. Все живые организмы состоят из множества клеток либо являются одноклеточными организмами, вне клетки нет жизни. Клетки разнообразны по своему строению, функциям, формам, размерам. 

Цитологию, раздел биологии, занимающийся изучение клеток, заложило одно из крупнейших обобщений XIX в. – клеточная теория, изложенная Т. Шванном, М. Шлейданом и Р. Вирховым, которая в современном виде включает следующие положения: 

- все живые организмы состоят из клеток (за исключением вирусов); клетки одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности;

- все живые организмы развиваются из одной или группы клеток, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной клетки; клетка является элементарной единицей развития живого;

- клетка – функциональная единица в многоклеточном организме, они дифференцируются, специализируясь на выполнении определенной функции, объединяясь в ткани и органы, функционально связанные в системы.

Прокариоты – доядерные клетки, более простые по строению, возникшие на более раннем этапе эволюции. Эукариоты – ядерные клетки, более сложные и позднее возникшие.

Клетки прокариоты (Рисунок 1) не имеют обособленного ядра, одиночная хромосома образована кольцевидной дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и располагается в цитоплазме; микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, присутствуют многочисленные рибосомы, могут присутствовать плазмиды – небольшие дополнительные кольцевые молекулы ДНК, несущие обычно всего несколько генов. Клетка окружена плазматической мембраной и клеточной стенкой, покрытой ресничками и жгутиками, иногда имеется капсула – слизистая оболочка, расположенная снаружи от клеточной стенки. Прокариотами являются бактерии, которые были единственной формой жизни на Земле по крайней мере в течение 2 млрд. лет.

Рисунок 1 – Строение клетки прокариотического типа, где

1) капсула; 2) клеточная стенка; 3) плазматическая мембрана; 4) цитоплазма; 5) рибосомы; 6) плазмиды; 7) реснички; 8) нуклеоид (хромосома); 9) жгутик.

Эукариоты (Рисунок 2) различных видов имеют одинаковую схему строения: ядро, состоящее из хроматина, ядрышка и ядерной оболочки, плазматическая мембрана, которая отделяет содержимое клетки от окружающего пространства, цитоплазма – внутренняя среда клетки, заполняющая пространство между ядром и плазматической мембраной, с находящимися в ней органеллами. Органелла – клеточная структура определенного строения, выполняющая какую-либо биохимическую функцию. Цитоплазма также имеет постоянные скопления отдельных веществ, которые называются включениями цитоплазмы и имеют белковую, жировую и пигментную природу.

Рисунок 2 – Строение клетки эукариотического типа, где

1) митохондрия; 2) центриоль; 3) лизосома; 4) цитоплазма; 5) ядрышко; 6) ядро; 7) рибосома; 8) везикула; 9) зернистая эндоплазматическая сеть; 10) комплекс Гольджи; 11) гладкая эндоплазматическая сеть.

Плазматическая мембрана – барьер, регулирующий обмен между внешней средой и клеткой: контролирует поступление питательных веществ извне и выведение отходов; делит клетку на отсеки для метаболических путей; участвует в некоторых реакциях, происходящих непосредственно на поверхности клетки. Состоит из белков и липидов.

Ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина и ядрышка, отвечает за хранение ДНК в раскрученных хромосомах, образование рибосом в ядрышке.

Рибосомы – состоящие из большой и малой субчастиц органеллы, содержащие рибонуклеиновые кислоты (РНК) и синтезирующие белок.

Клеточный центр обычно находится около ядра или комплекса Гольджи, состоит из двух плотных образований — центриолей, которые входят в состав веретена движущейся клетки и образуют реснички и жгутики.

Эндоплазматическая сеть состоит из гладкой (агранулярной) и зернистой (гранулярной) сети. Гладкая эндоплазматическая сеть образуется мелкими цистернами и трубочками, участвующих в обмене липидов и полисахаридов. Зернистая эндоплазматическая сеть состоит из пластинок, трубочек, цистерн, к стенкам которых прилегают рибосомы, синтезирующие белки. Внутреннее пространство гладкой и зернистой эндоплазматической сети не изолировано, они переходят друг в друга и сообщаются с просветом ядерной оболочки.

Комплекс Гольджи (внутриклеточный сетчатый аппарат) – система мембранных мешочков-цистерн из, с одной стороны непрерывно появляющихся, а с другой отсоединяющихся пузырьков, в которых происходит транспорт веществ в другие части клетки, химическая обработка и выведение за пределы клетки продуктов ее жизнедеятельности. Появляются пузырьки в виде везикул, отпочковавшихся от эндоплазматической сети и содержащих незрелые белки, которые затем созревают в цистернах для секреции или образования лизосом и с противоположного конца комплекса Гольджи отпочковываются в пузырьки с полностью зрелыми белками.

Лизосомы – сферические мембранные мешочки, заполненные пищеварительными ферментами, с помощью которых происходит распад веществ.

Митохондрии имеют форму зерен, нитей, палочек и формируются из внутренней и внешней мембраны. Внутренняя мембрана образует складки – кристы, в которых располагаются ферменты, там происходит окисление органических соединений (глюкозы, аминокислот, жирных кислот) с последующим синтезом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) ­– основного энергетического материала организма.

К элементам цитоскелета относят белковые структуры, расположенные в цитоплазме клетки: микротрубочки, актиновые и промежуточные филаменты. Микротрубочки принимают участие в транспорте органелл, входят в состав жгутиков, из микротрубочек строится митотическое веретено деления. Актиновыефиламенты необходимы для поддержания формы клетки. Роль промежуточных филаментов, по-видимому, также заключается в поддержании структуры клетки. Белки цитоскелета составляют несколько десятков процентов от массы клеточного белка.

Основные функции клетки как структурной единицы организма – усвоение поступающих веществ и расщепление их с образованием энергии, необходимой для поддержания жизнедеятельности организма на постоянном уровне. Клетки обладают двигательными реакциями – раздражимостью и способны размножаться делением. Период от одного деления клетки к другому называется ее жизненным циклом.

Организация наследственного материала.

Ядро – наиболее важная составляющая клеток эукариотического типа. Большинство клеток имеют одно ядро, однако, к примеру, у ряда простейших или в скелетных мышцах позвоночных встречаются многоядерные клетки, или же наоборот, у некоторых высокоспециализированных клеток, например, эритроцитов млекопитающих, ядро отсутствует.

Как правило, ядро имеет шаровидную или овальную форму, является самой крупной органеллой и состоит из ядерной оболочки и кариоплазмы, включающей хроматин и ядрышки. Ядро осуществляет хранение, реализацию генетической информации, управление процессом биосинтеза белка, через которые происходит управление всеми другими процессами жизнедеятельности. Ядро участвует в репликации и распределении наследственной информации между дочерними клетками, в регуляции клеточного деления и процессов развития организма.

Ядерная оболочка образуется наружной и внутренней мембраной и содержит многочисленные поры, через которые идет обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой. Например, выход в цитоплазму матричной РНК (мРНК) и рибосомныхсубчастиц или поступление в ядро белков и гормонов.

Кариоплазма – желеобразный раствор, в котором находятся различные белки, нуклеотиды, ионы, хромосомы и ядрышко.

Ядрышко – небольшое округлое тельце, функция которого заключается в синтезе рРНК и соединении их с белками – сборке субчастиц рибосом.

Хроматин – гранулы и нитчатые структуры, образованные молекулами ДНК в комплексе с белками. Различные участки молекул ДНК в составе хроматина обладают разной степенью спирализации и различаются характером генетический активности. Хроматин – это форма существования генетического материала и обеспечивает возможность удвоения и реализации заключенной в нем информации. Спирализация ДНК происходит в процессе деления клеток, и хроматин образует хромосомы.

Хромосомы – единицы морфологической организации генетического материала, обеспечивающие его точное распределение при делении клетки. Хромосомы различимы на стадии метафазы митоза. Каждая метафазная хромосома состоит из двух хроматид. В период между делениями ядра каждая хромосома содержит по одной молекуле ДНК. Схема строения хромосомы представлена на Рисунке 3.

Хроматиды – сильно спирализованные идентичные молекулы ДНК, образовавшиеся в результате репликации. Они соединяются между собой в области первичной перетяжки – центромеры. Центромера делит хромосому на два плеча. В зависимости от положения центромеры различают равноплечие, неравноплечие и палочковидные хромосомы. Некоторые из них имеют вторичные перетяжки, отделяющие спутники. Вторичные перетяжки ряда хромосом участвуют в образовании ядрышка.

Хромосомы состоят из ДНК и белка, а также небольшого количества хромосомной РНК.

Рисунок 3 – Схематическое строение хромосомы, где

1) две идентичные хроматиды, содержащие по одной молекуле ДНК; 2) гены, определяющие различные признаки; 3) центромера – участок хромосомы, соединяющий хроматиды.

 Кариотип – диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующихся числом, величиной и формой хромосом. У соматических клеток парные хромосомы называются гомологичными, они одинаковы по размерам, форме, составу и порядку расположения генов, но рахличны по происхождению (одна отцовская, другая –материнская). Хромосомы из разных пар – негомологичные. В кариотипе человека 46 хромосом (23 пары).

Ген – единица наследственности, наименьший участок хромосомы, обусловливающий синтез определенного продукта; участок ДНК, кодирующий определенный белок.

ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, каждая из которых закручена в спираль вправо, и обе свиты вместе, закручиваясь вокруг одной и той же оси, непараллельно друг другу. ДНК построена из оснований четырех типов: аденина (А), гуанина (Г), тимина (Т) и цитозина (Ц), которые составляют часть нуклеотида, а нуклеотиды соединены в полинуклеотидную цепь. Существует 20 аминокислот, из которых построены белки и которые должны кодироваться основаниями, входящими в состав ДНК, что обеспечивается кодом, состоящим из трех оснований – триплетом.

Генетический код – свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов, т.е. это кодирование последовательности аминокислот в белковых молекулах последовательностью оснований в ДНК.

В синтезе белка участвуют кислоты двух типов – дезоксирибонуклеиновая кислота и рибонуклеиновая кислота, взаимодействующие друг с другом. Перенос генетической информации в клетках от ДНК через различные виды РНК к полипептидам и белкам называют экспрессией или проявлением генов. Существуют три основных типа РНК: информационная или матричная (мРНК), рибосомная (рРНК) и транспортная (тРНК).

Общую схему биосинтеза белка можно описать совсем коротко: «ДНК создает РНК, а РНК создает белок».

Последовательность оснований ДНК транскрибируется в цепи мРНК, которая после этого попадает в цитоплазму, где эти цепи прикрепляются к рибосомам, и последовательность транслируется в последовательность аминокислот. Каждая аминокислота связывается с соответствующей тРНК, которая прикрепляется к комплементарному триплету оснований мРНК. Комплементарные триплеты мРНК называют кодонами. Каждый кодон – это три основания, которые кодируют одну аминокислоту. ДНК-код каждый аминокислоты можно получить, переведя кодоны РНК в комплементарные триплеты оснований ДНК. Комплементарность оснований представлена в Таблице 1.

Таблица 1 – Комплементарность между основаниями ДНК и РНК

РНК отличается от ДНК тем, что вместо дезоксирибозы содержит рибозу, а вместо тимина – урацил. Все типы РНК синтезируются непосредственно на ДНК, а количество РНК находится в прямой зависимости от количества белка, вырабатываемого данной клеткой.

Последовательность оснований в мРНК представляет собой комплементарную копию соответствующей цепи ДНК, которая появляется в процессе транскрипции, когда фермент РНК-полимеразы раскручивает примерно один виток спирали ДНК и движется, связывая между собой основания, комплементарные основаниям матричной цепи ДНК. Большая часть мРНК находится в клетке лишь короткое время. 

Рибосомная РНК составляет примерно 80% всей РНК клетки. Последовательность оснований рРНК сходна у всех организмов. рРНК содержится в цитоплазме, где она связана с белковыми молекулами, образуя вместе с ними клеточные органеллы, называемые рибосомами, где происходит процесс трансляции.

Трансляция заключается в отождествлении каждой аминокислоты синтезируемого полипептида с определенной последовательностью нуклеотидов в мРНК. Молекула тРНК находятся с помощью своих антикодонов соответствующие кодоны мРНК.

Основное событие синтеза белка – реакция, приводящая к образованию пептидных связей между карбоксильной группой на конце растущей полипептидной цепи и свободной аминогруппой аминокислоты. Это происходит, если молекула мРНК и тРНК связываются с соответствующими функциональными центрами рибосом: один из них фиксирует тРНК, присоединенную к растущему концу полипептидной цепи, второй удерживает молекулу тРНК с аминокислотой.