Свойства генетического кода

Ø Триплетностьприсоединение одной аминокислоты к полипептидной цепочке кодируют три рядом расположенные нуклеотида молекулы ДНК (иРНК);

Ø Универсальность– одинаковые триплеты кодируют одну и ту же аминокислоту у всех живых организмов;

Ø Избыточностьодну аминокислоту могут кодировать несколько различных кодонов;

Ø Неперекрываемость– один нуклеотид одновременно не может входить всостав нескольких кодонов;

Ø Однонаправленность считывание информации с кодирующей цепочки ДНК идет в направлении 3′ -5′;

Ø Без разделительных знаков препинания внутри гена, но с разделительными знаками между генами: начало считывания определяется инициирующим кодоном (АУГ), а конец – терминирующими кодонами (УАА, УАГ, УГА).

Энергетический обмен

(катаболизм, диссимиляция)— совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.

Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ.

Этапы энергетического обмена

У аэробных организмов выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление; у анаэробных организмов и аэробных при недостатке кислорода — два этапа: подготовительный, бескислородное окисление.

1. Подготовительный этап

Ферментативное расщеплении сложных органических веществ до простых:

Ø белковые молекулы — до аминокислот,

Ø жиры — до глицерина и карбоновых кислот,

Ø углеводы — до глюкозы,

Ø нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов.

Распад высокомолекулярных органических соединений осуществляется или ферментами желудочно-кишечного тракта или ферментами лизосом.

Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла.

1. Бескислородное окисление, или гликолиз

Протекает дальнейшее расщепление органических веществ, образовавшихся во время подготовительного этапа, происходит в цитоплазме клетки и в присутствии кислорода не нуждается. Главным источником энергии в клетке является глюкоза.

Глюкоза в результате цепочки ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н₂:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ + 2НАД⁺ → 2С₃Н₄О₃ + 2АТФ + 2Н₂О + 2НАД·Н₂.

Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия кислорода в клетке.

Ø Если кислорода нет, у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:

1. С₃Н₄О₃ → СО₂ + СН₃СОН,
2. СН₃СОН + НАД·Н₂ → С₂Н₅ОН + НАД⁺.

Итоговое уравнение

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О

Ø У животных и некоторых бактерий при недостатке кислорода происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:

С3Н4О3 + НАД·Н2 → С3Н6О3 + НАД+.

Итоговое уравнение

Глюкоза – 2 ПВК – 2Молочной кислоты

С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ → 2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О

В результате гликолиза одной молекулы глюкозы высвобождается 2АТФ (200 кдж), что составляет 40%, остальная энергия развеивается в виде тепла.

1. Кислородное окисление, или дыхание

Заключается в полном расщеплении пировиноградной кислоты, происходит в митохондриях и при обязательном присутствии кислорода. При доступе кислорода к клеткам образовавшиеся на предыдущем этапе вещества окисляются до СО2 и Н2О:

2С3Н6О3 + 6О2+ 36Н3РО4 + 36АДФ → 6СО2 + 38Н2О + 36АТФ

Образовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрий и участвуют во всех процессах клетки, где необходима энергия

Полное уравнение расщепления глюкозы

С₆Н₁₂О₆+ 6О2+ 38Н3РО4 + 38АДФ → 6СО2 + 44Н2О + 38АТФ

Таким образом, в процессе обмена веществ у всех живых организмов постоянно происходит поступление веществ и энергии из внешней среды и выделение продуктов обмена и энергии во внешнюю среду. Этот факт указывает на то, что организмы являются открытыми биосистемами.

Размножение

Размножение – это основное свойство всех организмов, которое заключается в воспроизведении себе подобных и обеспечивает продолжение существования вида.

Виды размножения

Бесполое размножение

Способ размножения, при которомодна родительская особь дает начало двум или большему числу новых особей, идентичных по всем признакам этой родительской особи

Биологическое значение бесполого размножения

1. Позволяет сохранить неизменными свойства вида.

2. Быстрое увеличение численности особей. Организмы, появившиеся бесполым путем, обычно развиваются значительно быстрее, чем появившиеся путем полового размножения. 

3. Быстро расселяются на больших территориях.

У большинства низших одно- и многоклеточных организмов бесполое размножение может чередоваться с половым. При этом характерно, что бесполое размножение осуществляется тогда, когда организм находится в благоприятных для него условиях. При ухудшении условий организм переходит к половому размножению.

2. Половой процесс –это обмен или объединение генетического материала особей одного вида безувеличение количества особей.

Виды полового процесса

1. Коньюгация – сближение особей, через образовавшийся цитоплазматический мостик происходит обмен генетическим материалом ( бактерии, инфузории , спирогира)
2. Копуляция– объединение генетической информации двух особей (некоторые простейшие). Целые клетки организмы превращаются в неотличимые друг от друга гаметы и сливаются, образуя зиготу.

3. Половое размножение участвуют две особи (два родителя) – женская особь и мужская особь. (Исключение – партеногенез.)

Виды полового размножения

1. Изогамия – образование гамет одного вида( наиболее древнее размножение)

2. Анизогамия (гетерогамия) – образование двух разных гамет (яйцеклетки и сперматозоида)

Оогамия

4. Гиногенез(у костистых рыб и некоторых земноводных). Сперматозоид проникает в яйцеклетку и лишь стимулирует ее развитие. Ядро сперматозоида при этом с ядром яйцеклетки не сливается и погибает, а источником наследственного материала для развития потомка служит ДНК ядра яйцеклетки.

5. Андрогенез.В развитии зародыша участвует мужское ядро, привнесенное в яйцеклетку, а ядро яйцеклетки при этом гибнет. Яйцеклетка дает лишь питательные вещества своей цитоплазмы.

6. Партеногенез развитие дочернего организма осуществляется из неоплодотворенной яйцеклетки.

Причем образующиеся дочерние особи, как правило, либо мужского пола (трутни у пчел), либо женского (у кавказских скальных ящериц), кроме того, могут рождаться потомки обоих полов (тли, дафнии). Количество хромосом у партеногенетических организмов может быть гаплоидным (самцы пчел) или диплоидным (тли, дафнии).

Значение партеногенеза:

1) размножение возможно при редких контактах разнополых особей;

2) резко возрастает численность популяции, так как потомство, как правило, многочисленно;

3) встречается в популяциях с высокой смертностью в течение одного сезона.

Виды партеногенеза:

1) облигатный (обязательный) партеногенез

 Встречается в популяциях, состоящих исключительно из особей женского пола (у кавказской скалистой ящерицы). При этом вероятность встречи разнополых особей минимальна (скалы разделены глубокими ущельями). Без партеногенеза вся популяция оказалась бы на грани вымирания;

2) циклический (сезонный) партеногенез (у тлей, дафний, коловраток).

Встречается в популяциях, которые исторически вымирали в больших количествах в определенное время года. У этих видов партеногенез сочетается с половым размножением. При этом в летнее время существуют только самки, которые откладывают два вида яиц — крупные и мелкие. Из крупных яиц партеногенетически появляются самки, а из мелких — самцы, которые оплодотворяют яйца, лежащие зимой на дне. Из них появляются исключительно самки; факультативный (необязательный) партеногенез. Встречается у общественных насекомых (ос, пчел, муравьев). В популяции пчел из оплодотворенных яиц выходят самки (рабочие пчелы и царицы), из неоплодотворенных — самцы (трутни).У этих видов партеногенез существует для регулирования численного соотношения полов в популяции.

Виды партеногенеза

• естественный- существует в естественных популяциях. Приестественномпартеногенезе яйцо под влиянием внутренних и внешних причин начинает дробиться и развивается нормальный эмбрион без участия сперматозоида.
• искусственный - используется человеком.

Этот вид партеногенеза исследовал В. Н. Тихомиров. Он добился развития неоплодотворенных яиц тутового шелкопряда, раздражая их тонкой кисточкой или погружая на несколько секунд в серную кислоту (известно, что шелковую нить дают только самки).

Искусственный партеногенез можно вызвать действием высокой температуры, кислот, света и других агентов.

Оплодотворение

Оплодотворение

Оплодотворение— это процесс слияния половых клеток. В результате оплодотворения образуется диплоидная клетка — зигота, это начальный этап развития нового организма. Оплодотворению предшествует выделение половых продуктов, т. е. осеменение.

Типы осеменения

• наружное Оплодотворение происходит во внешней среде.
• внутреннее. Оплодотворение протекает в половых протоках самки.