Зошит - трансформер з біології 9 клас
Автор: Ємельянцева Тетяна Володимирівна, вчитель біології
Передмова
Зошит – трансформер з курсу «Загальна біологія» розроблений відповідно до діючої програми, призначений для учнів 9 класу, як допомога при підготовці до уроків і засвоєнні матеріалу. Кожний урок в зошиті містить теоретичну частину, таким чином учень позбавляється зайвої механічної роботи, а саме, конспектування, а вчитель може більше часу приділити на пояснення матеріалу чи на іншу практичну діяльність. Та однедва завдання для самостійної роботи для закріплення набутих знань. Кожний урок розміщений на окремих аркушах ,що дозволяє складати цей зошит поступово та можна перевірити виконання завдань для самостійної роботи, зібравши лише один аркуш із завданнями.
Крім звичайної друкованої інформації та друкованих завдань, в зошиті містяться QR коди з посиланнями на різні джерела (YouTube, Learning apps).
Теоретичний матеріал викладений лаконічно, систематизовано та логічно. Учні можуть використовувати інформацію для закріплення знань і для швидкого повторення теми. Даний зошит можна використовувати і для підготовки до ЗНО та НМТ, так як містить всі необхідні теоретичні знання з курсу «Загальна біологія».
ЗМІСТ
ВСТУП _____________________________________________________6
Тема 1. Хімічний склад клітини та біологічні молекули.
1. Хімічний склад живих організмів. Неорганічні сполуки.___________11
2. Органічні сполуки живих організмів. Вуглеводи._________________14
3. Ліпіди. Властивості та функції.________________________________
4. Білки: будова, властивості та функції.__________________________
5. Функції білків._____________________________________________
6. Біологічно активні речовини: вітаміни, гормони, алкалоїди, антибіотики._______________________________________________
7. Нуклеїнові кислоти.
Тема 2. Структура клітини
1. Цитологія – наука про будову та функції клітини.
2. Порівняльна характеристика клітин прокаріотів та еукаріотів.
3. Хімічний склад та будова клітинних мембран.
4. Надмембранні та підмембранні комплекси.
5. Цитоплазма та її компоненти. Взаємозв’язок мембран в еукаріотичній клітині. Одномембранні органели. Двомембранні органели.
6. Ядро.
Тема 3. Принципи функціонування клітини
1. Загальна характеристика обміну речовин та перетворення енергії в організмі.
2. Розщеплення органічних речовин в живих організмах. 3. Клітинне дихання, його біохімічні механізми
4. Фотосинтез.
5. Хемосинтез. Потік речовин, енергії та інформації з клітини
Тема 4. Збереження та реалізації спадкової інформації
3. Хромосоми, їхні функції та будова
4. Транскрипція. Основні типи РНК
5. Генетичний код. Біосинтез білка
6. Подвоєння ДНК. Репарація пошкоджень ДНК
7. Поділ клітин. Клітинний цикл. Мітоз
9. Статеві клітини та запліднення
10. Закономірності індивідуального розвитку
11. Періоди онтогенезу в багатоклітинних організмів
Тема 5. Закономірності успадкування ознак
1. Генетика. Методи генетичних досліджень
2. Закони Менделя. Домінування ознак. Розщеплення ознак
3. Закони Менделя. Незалежне успадкування ознак
5. Зчеплення генів. Кросинговер
6. Генетика статі. Успадкування, зчеплене зі статтю
7. Мінливість. Модифікаційна мінливість
8. Комбінаційна та мутаційна мінливість
10. Медична генетика
Тема 6. Еволюція органічного світу
4. Популяція. Мікроеволюція. Вид. Видоутворення
7. Походження та історичний розвиток життя
Тема 7. Біорізноманіття
1. Основи еволюційної філогенії та систематики
2. Система органічного світу. Віруси
4. Еукаріоти
Тема 8. Надорганізмові біологічні системи
1. Екосистема. Різноманітність екосистем
2. Екосистеми та їх функціонування
5. Екосистеми та їхня стабільність
6. Біосфера як цілісна система
Тема 9. Біологія як основа біотехнології та медицини
4. Основи генетичної інженерії
5. Генетично модифіковані організми (ГМО)
ВСТУП.
ПЛАН
1. Загальна біологія – комплексна наука про живу природу.
2. Методи біологічних досліджень.
3. Рівні організації живої матерії.
4. Наукові поняття.
5. Видатні вчені – біологи.
1.
Біологія – це комплекс наук, що вивчають живу природу, закони її існування та розвитку. Термін був запропонований франц.
природодослідниками Ж.Б. Ламарком та Г.Г. Тревіраніусом у 1802 році.
Комплексні науки:
Ботаніка – наука про рослини
Зоологія – наука про тварини
Анатомія – наука про будову людського тіла.
Морфологія – наука про форму та зовнішню будову організмів.
Альгологія – наука про водорості.
Бріологія – наука про мохи.
Ентомологія – наука про комах.
Орнітологія – наука про птахів.
Арахнологія – наука про павуків.
Мікробіологія – наука про мікроорганізми.
Вірусологія – наука про віруси.
Систематика – наука про різноманітність та розподіл організмів за певними групами на підставі певних критеріїв.
Палеонтологія – дослідження історії органічного світу.
Екологія – наука про спосіб життя живих істот та їх взаємодію із середовищем існування.
Цитологія – наука про клітину.
Генетика – наука про закономірності спадковості та мінливості.
Молекулярна біологія – молекулярні основи життя.
Генна інженерія – створює нові живі організми за допомогою маніпуляцій з генетичним матеріалом.
Біофізика – описує фізичні закономірності в біології.
2.
МЕТОДИ:
1. Спостереження – поширений у зоології, ботаніці та екології.
2. Порівняльний – поширений у систематиці, на основі якого була створена клітинна теорія.
3. Історичний метод – 4. Експериментальний –
5. Моделювання –
3.
Молекулярний рівень – з цього рівня починаються різноманітні процеси життєдіяльності організмів: обмін речовин, перетворення енергії передача спадкової інформації.
Клітинний рівень – на цьому рівні сполучаються процеси передачі інформації та перетворення речовин та енергії
Організмовий рівень – на цьому рівні вивчають особини та властиві їй як цілому риси будови та поведінки.
Популяційно – видовий рівень – на цьому рівні вивчають чинники, що впливають на чисельність популяцій, проблему збереження зникаючих видів, чинники мікроеволюції.
Біогеоценотичний рівень - на цьому рівні здійснюється взаємодія організмів між собою та чинниками неживої природи, що визначають їх чисельність, видовий склад і продуктивність.
Біосферний рівень – на цьому рівні відбувається колообіг речовин та перетворення енергії пов’язані з життєдіяльністю всіх живих організмів.
ОЗНАКИ ЖИТТЯ:
- ГОМЕОСТАЗ
- ОБМІН РЕЧОВИН. ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ
- РОЗМНОЖЕННЯ
4.
Науковий факт – це те , що насправді встановлено, але потребує наукового обґрунтування.
Гіпотеза – науково обґрунтоване припущення, яке висувають для пояснення того чи іншого наукового факту.
Наукова теорія – це узагальнення певної системи фактів і закономірностей.
Науковий закон(правило) – це закономірності, які здебільшого не мають винятків і можуть тлумачитись лише певним чином.
Клітинна теорія.
1. КЛІТИНА – мікроскопічна жива система, що є структурно- функціональною одиницею.
2. Нові клітини утворюються в результаті поділу або злиття раніше існуючих.
3. Для всіх клітин характерна єдність хімічного складу та метаболічних процесів.
4. Організм може складатися з однієї або безлічі клітин.
5. Багатоклітинні організми є системою клітин, які утворюють тканини і органи, які пов’язані між собою гуморальними і нервовими типами регуляції.
6. Еволюція живих систем ішла шляхом ускладнення та диференціювання від до ядерних одноклітинних до ядерних багатоклітинних.
5.
І.І. Мєчніков
В.І. Вернадський
І.І. Шмальгаузен
М.О. Максимович
С.Г. Навашин
Д.К. Заболотний
О.О. Богомолець
О.В. Палладін
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
1. Обери один з тверджень, що надрукований нижче, і напиши невеликий твір.
КОЖЕН ОРГАНІЗМ НЕПОВТОРНИЙ
ЖИТТЯ – УНІКАЛЬНА ФОРМА ІСНУВАННЯ МАТЕРІЇ
НЕМАЄ НІЧОГО БІЛЬШ ЦІННОГО НІЖ ЖИТТЯ ЛЮДИНА ВІДПОВІДАЛЬНА ЗА ЖИТТЯ НА ПЛАНЕТІ ЗЕМЛЯ.
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________ _____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________ _____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________ _____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________ _____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________.
Тема 1. ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ ТА
БІОЛОГІЧНІ МОЛЕКУЛИ
ХІМІЧНИЙ СКЛАД ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ.
НЕОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ.
ПЛАН
1. Хімічний склад живих організмів.
2. Неорганічні сполуки.
1.
У живих організмах виявлено понад 70 елементів періодичної системи Д. І. Менделєєва.
- Макроелементи (вміст понад 0,01 %)Карбон, Гідроген, Оксиген, Нітроген, Фосфор, Сульфур, Натрій, Кальцій, Калій, Магній, Хлор, Ферум.
- Мікроелементи (вміст від 10³ до 10⁶ %)Цинк, Манган, Кобальт, Купрум, Флуор, Йод.
- Ультрамікроелементи (вміст менше ніж 10⁶ %) Літій, Алюміній, Сіліцій, Станум, Кадмій ,Арсен, Селен, Ванадій ,Титан, Хром, Нікель, Рубідій.
Макроелементи є компонентами органічних сполук., беруть участь в утворенні зв’язків між молекулами білків, біоелектричних процесів.
Мікроелементи забезпечують перебіг ферментативних процесів, входять до складу гормонів та вітамінів, беруть участь у процесах дихання.
Значення багатьох ультрамікроелементів не встановлено.
2.
До неорганічних речовин, що входять до складу живих клітин належать вода та мінеральні солі.
ВОДА
Вміст води коливається від 40% (механічні тканини рослин,жирова тканина тварин)до 99% (клітини медузи). У ній розчиняються всі необмежені для живих організмів сполук. Взалежності від того розчиняються речовини у воді чи ні їх поділяють на:
- Гідрофільні- розчинні.
- Гідрофобні-нерозчинні(жири,деякі білки)
Вода – основне джерело кисню,що виділяється при фотосинтезі.
Вода – основне середовище,де відбуваються хімічні реакції.
Вода – відіграє роль гідроскелета.
Вода – основний засіб пересування речовин в організмі.
Вода – середовище існування для багатьох організмів.
ФУНКЦІЇ ВОДИ:
- МЕТАБОЛІТИЧНА
- ТРАНСПОРТНА
- МЕХАНІЧНА
- ТЕРМОРЕГУЛОРНА
МІНЕРАЛЬНІ СОЛІ
РОЗЧИННІ
НЕРОЗЧИННІ
(солі Калію, натрію і кальцію) входять до складу
міжклітинної речовини
Забезпечують подразливість кісткової тканини, черепашок молюсків,
Найпростіших, скелета губок.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
1. ДАЙТЕ ВІДПОВІДЬ:
- Які органічні хімічні речовини входять до складу клітин усіх живих організмів?
___________________________________________________________
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ____________________________.
- На якому рівні, атомарному або молекулярному, жива та нежива природа єдині?Доведіть.
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ _______________________________________________.
2. Заповніть таблицю. РОЛЬ ВОДИ ТА МІНЕРАЛЬНИХ СОЛЕЙ В ОРГАНІЗМАХ.
|
РОЛЬ ВОДИ В ОРГАНІЗМАХ |
РОЛЬ МІНЕРАЛЬНИХ СОЛЕЙ В ОРГАНІЗМАХ |
|
|
|
ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ. ВУГЛЕВОДИ.
ПЛАН
1. Загальна характеристика органічних сполук.
2. Вуглеводи.
3. Функції вуглеводів.
1.
Органічними називаються сполуки, в основі яких лежить скелет із ковалентно пов’язаних один з одним атомів Карбону.
Чим визначається різноманітність органічних сполук?
Вона залежить від функціональних груп, що входять до цих сполук.
Функціональна група – це частина молекули, що має певний хімічний склад і функції.
ФУНКЦІОНАЛЬНІ ГРУПИ
ГІДРОКСИЛЬНА КАРБОКСИЛЬНА КАРБОНІЛЬНА
АМІНОГРУПА
До 90% сухої маси клітин припадає на 4 типи органічних молекул: білки, ліпіди, вуглеводи, нуклеїнові кислоти. Крім цього, у менших кількостях у клітинах містяться інші органічні сполуки,що відіграють важливу роль у біохімічних процесах. До них належать органічні кислоти (
піровиноградна,молочна, яблучна, лимонна, жирні кислоти – пальмітинова, стеаринова ), пігменти (хлорофіл, білірубін) тощо.
Білки, нуклеїнові кислоти та полісахариди (крохмаль, целюлоза, хітин, глікоген) ще називають біополімерами, або макромолекулами, оскільки вони складаються з великої кількості одиниць – мономерів. Мономерами білків є амінокислоти, мономерами нуклеїнових кислот – нуклеотиди, мономерами полісахаридів – моносахариди.
2.
Хімічний склад вуглеводів відповідає формулі (СН2О)n , де n дорівнює трьом та більше. Але існують вуглеводи, в яких співвідношення вказаних у формулі хімічних елементів інше. До того ж, деякі з цих сполук містять атоми Нітрогену, Фосфору або Сульфуру.
Вміст вуглеводів у тваринних клітинах рідко перевищує 5%, але в рослинних може досягати 90% від загальної кількості органічних молекул.
Класифікація вуглеводів.
- Моносахариди – це прості вуглеводи. У молекулі моносахаридів може бути від трьох до дев’яти атомів Карбону, але найбільш поширені п’яти – та шести карбонові моносахариди. Залежно від кількості атомів Карбону, які утворюють скелет молекули, моносахариди поділяються на тріоди, пентози, гексози і т.д.
моносахариди важливі як джерело енергії , а також як будівельні блоки для синтезу полісахаридів. Велике значення мають пентози рибоза та дезоксирибоза, що входять до складу ДНК та РНК. Із гексоз найпоширеніші глюкоза, фруктоза та галактоза, які є просторовими ізомерами та мають молекулярну формулу С6Н12О6. Глюкоза (виноградний цукор) є основним джерелом енергії для клітин. Фруктоза у великій кількості міститься в плодах покритонасінних рослин; у клітинах багатьох тварин і рослин вона може ферментативно перетворюватись на глюкозу.
- Олігосахариди – це вуглеводи, які мають від двох до десяти ланок моносахаридів. Зв'язок між двома моносахаридами здійснюється через атом Оксигену та називається глікозидним. Олігосахариди, що складаються з двох моносахаридів, називаються дисахаридами. До них належать : лактоза, що міститься в молоці, утворена залишками глюкози та галактози; сахароза(С12Н22О11), складається з глюкози та фруктози; продукт часткового гідролізу крохмалю в рослинах – мальтоза.
- Полісахариди – високомолекулярні сполуки, які містять понад 10 моносахаридних ланок. Вони складають основну масу вуглеводів, що знаходяться в усіх живих клітинах. Полісахариди, головним чином, виконують функцію резерву їжі та енергії(крохмаль, глікоген), а також використовується як будівельний матеріал(целюлоза, хітин).
3.
ФУНКЦІЇ ВУГЛЕВОДІВ:
1. ЕНЕРГЕТИЧНА – під час окиснення в процесі клітинного дихання вуглеводи вивільняють енергію,яка в них міститься, забезпечуючи значну частину енергетичних потреб організму.
2. ЗАХИСНА – в’язкі секрети (слизи), багаті на вуглеводи, оберігають стінки органів від механічних та хімічних впливів.
3. СТРУКТУРНА – вуглеводи є основними структурними компонентами клітин, які утворюють опорні тканини (целюлоза, хітин)
4. ЗАПАСАЮЧА - відкладаючись у тканинах, вуглеводи можуть забезпечувати організм енергією у разі голодування (крохмаль, глікоген).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1. Доповніть таблицю «РОЛЬ ПОЛІСАХАРИДІВ В ОРГАНІЗМАХ»
|
ПОЛІСАХАРИД |
ФУНКЦІЇ ПОЛІСАХАРИДУ |
|
Глікоген |
|
|
Крохмаль |
|
|
Целюлоза |
|
|
Хітин |
|
|
Гепарин |
Запобігає згортанню крові
|
|
Антитіла крові |
Вилучення з організму сторонніх речовин |
|
|
|
|
Полісахариди поверхневого апарату клітин |
Забезпечують взаємодію клітин, впізнають гормональні та інші молекули (з рецепторами)
|
ЛІПІДИ : ВЛАСТИВОСТІ І ФУНКЦІЇ.
ПЛАН
1. Поняття про ліпіди та їх властивості.
2. Функції ліпідів.
1.
Ліпіди – органічні сполуки, нерозчинні у воді, їх можна виділити за допомогою неполярних розчинників (ефіру, хлороформу, ацетону тощо). Ліпіди можуть утворювати складні сполуки з білками, вуглеводами, залишками фосфатної кислоти.
Класифікація ліпідів:
За хімічною будовою ліпіди поділяються на прості та складні.
До простих ліпідів належать:
- Жири (ефіри гліцерину та жирних кислот) – існують як тваринні так і рослинні. Жири тваринного походження тверді (вершкове масло, свиняче сало), оскільки до їхнього складу входять переважно насичені жирні кислоти, що мають високу температуру плавлення. До складу рослинних жирів входять переважно ненасичені жирні кислоти, які мають нижчу температуру плавлення. Тому ці жири рідкі (соняшникова, оливкова, бавовняна та інші рослинні олії). Неполярні молекули жирів виконують запасаючу та терморегуляторну функції.
- Воски (ефіри жирних кислот та довго ланцюгових спиртів) – здійснюють переважно захисну функцію. У ссавців воски змащюють поверхню тіла, надаючи їй еластичності та зменшуючи зношення волосяного покриву. Восковий шар вкриває листя наземних рослин та поверхню зовнішнього скелета членистоногих, запобігаючи надлишковому випаровуванню води в організмі.
До складних ліпідів належать:
- Стероїди (холестерол, статеві гормони, вітамін D)
- Фосфоліпіди , до складу яких окрім гліцерилу та жирних кислот входять залишок фосфатної кислоти та нітрогеновмісні сполуки - Гліколіпіди – комплекс ліпідів та вуглеводів.
2.
ФУНКЦІЇ ЛІПІДІВ: 1. ЕНЕРГЕТИЧНА – під час повного окиснення 1 г жирів виділяється 38, 9 кДж енергії , що приблизно вдвічі більше ніж при окисненні 1г білків або вуглеводів.
2. СТРУКТУРНА – ліпіди є основними структурними компонентами біологічних мембран.
3. РЕГУЛЯТОРНА – беруть участь у регуляції життєвих функцій організмів: обміну речовин у хребетних тварин та людини, процесу линяння у комах тощо.
4. ЗАПАСАЮЧА – завдяки високій енергетичній цінності жири є енергетичним депо й ендогенним джерелом води (у разі окиснення 100 г жиру виділяються 107 г води)
5. ЗАХИСНА – жири є основним компонентом підшкірної клітковини, вони запобігають тепловтратам і захищають від механічних впливів.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Обґрунтуйте необхідність вживання людиною харчових продуктів, що містять ліпіди.
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
БІЛКИ: БУДОВА ТА ВЛАСТИВОСТІ.
ПЛАН
1. Поняття про білки
2. Будова білків.
3. Властивості білків.
1.
Білки – це біологічні полімери, мономерами яких є амінокислоти. Нескінченна різноманітність білкових молекул забезпечується різноманітними комбінаціями лише 20 амінокислот. Кожен білок характеризується постійним складом залишків амінокислот та їх певною послідовністю. Усі амінокислоти мають спільну групу атомів. Вона складається з аміногрупи (-NH2), якій притаманні лужні властивості, та карбоксильної групи (-СООН) з кислотними властивостями. Ці групи як і атом Гідрогену зв’язані з одним і тим самим атомом Карбону. Групи атомів, за якими амінокислоти відрізняються між собою, називають радикалами або R-групами.
Двадцять амінокислот, залишки яких входять до складу білків, називаються основними.
КЛАСИФІКАЦІЯ АМІНОКИСЛОТ:
- ЗАМІННІ - це амінокислоти, які можуть синтезуватися в організмі людини і тварин з продуктів обміну речовин.
- НЕЗАМІННІ – це амінокислоти, які в організмі не синтезуються і надходять до організму разом з їжею.
Білки, які містять усі незамінні амінокислоти, називають повноцінними. Білки, які містять ті чи інші незамінні амінокислоти називають неповноцінними.
2.
Амінокислотні залишки у молекулі білка сполучаються між собою міцним ковалентним зв’язком, який виникає між карбоксильною групою однієї амінокислоти та аміногрупою іншої. Такий тип зв’язку називається пептидним.
Відомо 4 рівні організації білків: первинний, вторинний, третинний та четвертинний.
Первинна структура білків визначається якісним та кількісним складом амінокислотних залишків, а також їхньою послідовністю. Часто молекула білка у вигляді ланцюга не здатна виконувати специфічні функції.
Вторинна структура характеризує просторову організацію білкової молекули, яка повністю або частково закручується в спіраль. Радикали амінокислот (Rгрупи) при цьому залишаються на зовнішньому боці спіралі. У підтримці вторинної структури важлива роль належить водневим зв’язкам, які виникають між атомами Гідрогену NH2-групи одного витка спіралі та атомами Оксигену СО - групи іншого.
Третинна структура зумовлена здатністю поліпептидної спіралі закручуватись певним чином у грудку, або глобулу. Важлива роль належить так званим дисульфід ним зв’язкам, які виникають між залишками амінокислоти цистеїну.
Четвертинна структура виникає внаслідок об’єднання окремих глобул, які разом утворюють функціональну одиницю. Стабілізація четвертинної структури досягається гідрофобними, електростатичними та іншими взаємодіями, а також водневими зв’язками.
3.
ВЛАСТИВОСТІ БІЛКІВ.
- ДЕНАТУРАЦІЯ – процес порушення природної структури білків, який супроводжується розгортанням поліпептидного ланцюга без зміни первинної структури.
- РЕНАТУРАЦІЯ – процес, під час якого білок на початкових стадіях денатурації за умови припинення факторів, що спричиняє її, може відновити початковий стан.
- ДЕСТРУКЦІЯ – процес порушення первинної структури білків. Цей процес завжди назворотній.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
1.Користуючись підручником заповніть таблицю «РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ
БІЛКОВОЇ МОЛЕКУЛИ»
|
СТРУКТУРА БІЛКА |
ЗАГАЛЬНИЙ ВИГЛЯД(СХЕМА) |
ТИП ЗВ’ЯЗКУ |
ОБОРОТНІСТЬ ДЕНАТУРАЦІЇ |
|
ПЕРВИННА
|
|
|
|
|
ВТОРИННА
|
|
|
|
|
ТРЕТИННА
|
|
|
|
|
ЧЕТВЕРТИННА
|
|
|
|
ФУНКЦІЇ БІЛКІВ.
ПЛАН
1. Функції білків.
2. Поняття про ферменти.
1.
СТРУКТУРНА. Білки утворюють основу цитоплазми та входять до складу клітинних органел і мембран.
КАТАЛІТИЧНА. Біологічні каталізатори, що прискорюють біохімічні реакції, називають ферментами. Усі ферменти є білками.
РУХОВА. Будь-які форми активного руху в живій природі здійснюються за допомогою скоротливих білкових структур.
ТРАНСПОРТНА. Білок гемоглобін транспортує кисень від легень до тканин і органів, сироватковий білок альбумін здійснює транспорт жирних кислот.
ЗАХИСНА. Захист організму від інфекції здійснюється реакціями імунітету. Найважливішими чинниками гуморального імунітету є антитіла – білки, які маркірують чужорідні біополімери – антигени. Згодом маркіровані антигени знищуються.
РЕГУЛЯТОРНА. Багато з гормонів є білками. Вони регулюють перебіг фізіологічних процесів – ріст клітин, інтенсивність обмінних процесів.
ЗАПАСАЮЧА. Білки здатні накопичуватись як запасний матеріал для живлення організму, що розвивається.
ЕНЕРГЕТИЧНА. Білки розщеплюються для добування енергії у виняткових випадках, якщо в організмі в результаті тривалого голодування вичерпані запаси вуглеводів та жирів. Енергетична цінність білків становить 1г білка складає близько 17 кДж енергії.
РЕЦЕПТОРНА. Багато білків на поверхні плазматичної мембрани клітин здатні пізнавати молекули певної структури. Специфічними рецепторами розпізнаються молекули гормонів та медіаторів. Білкові рецептори на поверхні клітин імунної системи здатні пізнавати чужорідний антиген і запускати реакцію його знищення.
2.
Всі біохімічні реакції відбуваються за участю високомолекулярних каталізаторів – ферментів. Вони посилюють реакцію на 10 порядків (в 1010 разів).
Каталітичну функцію ферменту виконує не вся його молекула, а лише її невелика ділянка – активний центр. В одній молекулі ферменту може бути кілька активних центрів.
Активність ферменту виявляється лише за певних умов: температури, тиску, кислотності середовища тощо. Ферментативні реакції відбуваються в декілька етапів.
Ферменти утворюють нестійкий комплекс з речовинами, які вступають у реакцію. Цей комплекс згодом розпадається з утворенням продуктів реакції. Сам фермент при цьому свою структуру та активність не втрачає і здатний каталізувати наступну подібну реакцію.
У клітині багато ферментів пов’язано з плазматичною мембраною або мембранами окремих органел. Деякі ферменти беруть участь у транспортуванні речовин через мембрани.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Від чого залежить нескінченна різноманітність білків?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________.
БІОЛОГІЧНО АКТИВНІ РЕЧОВИНИ:ВІТАМІНИ, ГОРМОНИ, АЛКАЛОЇДИ, АНТИБІОТИКИ.
ПЛАН
1. Вітаміни 2. Гормони
3. Алкалоїди та антибіотики.
1.
Вітаміни – біологічно активні низькомолекулярні органічні сполуки, різні за хімічною природою. Вони потрібні для забезпечення процесів
життєдіяльності всіх живих організмів. Добова потреба у вітамінах становить міліграм, іноді навіть і мікрограм.
Нині відомо близько 50 різних вітамінів. Вони по-різному впливають на живі організми. Основне джерело надходження вітамінів для людини і тварини – їжа, переважно рослинного походження. Є вітаміни, які містяться лише в продуктах харчування тваринного походження (вітаміни А і D). Деякі з вітамінів можуть у незначній кількості синтезуватися в організмі людини і тварин у певних тканинах. Однак утворених в організмі людини вітамінів недостатньо для забезпечення нормальної життєдіяльності.
Якщо тривалий час не вистачає певних вітамінів, розвивається захворювання гіповітаміноз, за їх повної відсутності – авітаміноз, а за надлишку - гіпервітаміноз.
Традиційно вітаміни позначають латинськими літерами – А, В, С, В та інші.
Вітаміни залежно від їх здатності розчинятися у воді або жирах поділяють на водорозчинні (В,С) та жиророзчинні(А, D, К, Е).
2.
Гормони – органічні речовини, здатні регулювати процеси обміну речовин і перетворення енергії включаючись у цикл біохімічних процесів. Їх виробляють залози внутрішньої секреції. Так само діють і нейрогормони, які виробляються певними нервовими клітинами.
Хімічна природа гормонів різна. Так, гормон росту,інсулін, глюкагон мають білкову природу; тироксин, адреналін та норадреналін – є похідними амінокислот, статеві гормони – ліпідну природу.
Характерні особливості гормонів:
- Висока біологічна активність
- Висока специфічність
- Дистанційність
- Відносно короткий час існування
Під контролем гормонів відбуваються всі етапи індивідуального росту та розвитку людини і тварини, а також всі процеси життєдіяльності.
У вищих рослин і грибів життєві функції регулюються фітогормонами.
3.
Алкалоїди – органічні сполуки рослинного походження , які часто містять Нітроген. Більшість алкалоїдів отруйні для людини і тварин, а деякі з них справляють наркотичну дію (нікотин, морфін).
Значну кількість алкалоїдів використовують у медицині.
Антибіотики – це біологічно активні сполуки, які виробляють мікроорганізми. Вони впливають на інші мікроорганізми, гальмуючи їх розвиток або вбиваючи їх.
Людина використовує антибіотики для лікування захворювань, які викликані хвороботворними бактеріями або грибами.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
1. Як можна з’ясувати вплив на організм людини або тварини нестачі певного вітаміну?
2. Чим наркотики небезпечні для організму людини?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ _________________________.
НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ. АТФ.
ПЛАН
1. Нуклеїнові кислоти.
2. ДНК.
3. РНК.
4. АТФ.
1.
Нуклеїнові кислоти – це біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Кожен нуклеотид складається з п’ятивуглецевого моносахариди, нітратної основи та залишку фосфатної кислоти. Залежно від виду моносахариди нуклеїнові кислоти поділяють на дві групи:
1. Рибонуклеїнову кислоту (РНК), що містить рибозу.
2. Дезоксирибонуклеїнову кислоту (ДНК), до складу якої входить дезоксирибоза.
Нітратні основи є похідними пурину та піримідину. До пуринових основ належать аденін (А) та гуанін (Г), до піримідинових – цитозин (Ц), урацил (У), тимін (Т). До ДНК входять аденін, гуанін, тимін та цитозин ; у РНК замість тиміну міститься урацил.
2.
1950 року американський вчений Ервін Чаргафф та його колеги, досліджуючи склад ДНК, виявили певні закономірності кількісного вмісту залишків нітратних основ у її молекулі:
- Кількість аденінових залишків у будь-якій молекулі ДНК дорівнює числу тимінових (А=Т), а гуанінових – цитозиновим (Г=Ц)
- Сума аденінових і гуанінових залишків дорівнює сумі тимінових і цитозинових (А+Г=Т+Ц).
1953 року Джеймс Уотсон і Френсіс Крик запропонували модель просторової структури ДНК, правильність якої згодом було підтверджено експериментально. Молекула ДНК складається з двох ланцюгів нуклеотидів, які з’єднуються між собою за допомогою водневих зв’язків. Ці зв’язки виникають між двома нуклеотидами, які ніби-то доповнюють один одного за розмірами. Встановлено, що залишок аденіну завжди сполучається з залишком тиміну, а гуаніну – з залишком цитозину. Чітка відповідність нуклеотидів у двох ланцюгах ДНК називається комплементарність.
За певних умов відбувається процес денатурації ДНК – розривання водневих зв’язків між комплементарними нітратними основами. При припиненні дії факторів може поновити свою структуру завдяки поновленню водневих зв’язків (процес ренатурації).
Ви вже знаєте, що одиницею спадковості всіх організмів є ген – ділянка молекули ДНК (у деяких вірусів РНК). Саме ДНК зберігає спадкову інформацію в організмі та забезпечує її передачу дочірнім клітинам под. час поділу материнської.
3.
РНК міститься у всіх живих клітинах у вигляді одноланцюгових молекул. Залежно від структури та функцій РНК поділяють на матричну або інформаційну ( м-РНК або і-РНК), рибосомальну (р-РНК) і транспортну ( т-РНК).
Інформаційна РНК синтезується в ядрі клітини на матриці одного з ланцюгів ДНК, тобто є комлементарною певному її фрагменту. Далі вона транспортується в цитоплазму і сама служить матрицею для синтезу білка.
Рибосомна РНК входить до складу рибосом, беручи участь у трансляції. Транспортна РНК відповідає за доставку певної амінокислоти до рибосоми та включення її в утворений поліпептидний ланцюг. У структурі т-РНК є комплементарні послідовності нуклеотидів, які взаємодіють з утворенням специфічної просторової структури т-РНК, що нагадує листок конюшини. На одній з шпільок розташований нуклеотидний триплет – антикодон, на протилежному кінці – послідовність для специфічного зв’язування амінокислоти.
4.
Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ)за структурою є нуклеотидом. Молекула АТФ складається з моносахариди рибози, нітратної основи аденіну і трьох послідовно зв’язаних залишків фосфатної кислоти.
Основна функція АТФ полягає в акумуляції енергії ,що виділяється під час різних біохімічних реакцій.
АТФ виконує свою функцію шляхом ферментативного відщеплення кінцевої фосфатної групи; при цьому утворюється аденозиндифосфорна кислота (АДФ), а енергія, що виділяється, використовується для здійснення біохімічних реакцій. Відокремлена фосфатна група може потім знов приєднатися до АДФ і утворити АТФ. При цьому використовується енергія, яка виділяється в результаті розщеплення ліпідів або вуглеводів.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
1. Один з ланцюгів молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів.
Напишіть, яку послідовність буде мати другий ланцюг тієї ж молекули?
АГТАЦЦГАТАЦТЦГАТТТАЦ
________________________________________________________________ __________
ЦАЦЦГТАЦАГААТЦГЦТГАТ
________________________________________________________________ ___________
ГТГТААЦГАЦЦГАТАЦТГТА
________________________________________________________________ _________
2. До відомої ділянки ДНК «синтезуйте» комплементарну ділянку і-РНК.
ТГГЦАЦАГТААЦГАГЦТАГГЦ
________________________________________________________________ ___________
АТГЦТАГГЦТЦГАТЦГТАГЦЦ
________________________________________________________________ ___________
ГТЦГТАТАТТЦГГЦГГТГГГЦА
________________________________________________________________ __________.
Тема 2. СТРУКТУРА КЛІТИНИ
ЦИТОЛОГІЯ – НАУКА ПРО БУДОВУ ТА ФУНКЦІЇ КЛІТИНИ.
ПЛАН.
1. Поняття про клітину.
2. Цитологія – наука про клітину.
3. Дослідження клітини.
1.
Клітина – основна структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, елементарна біологічна система.
Ви знаєте, що існують організми одноклітинні, багатоклітинні та колоніальні. Одноклітинні організми є цілісним самостійним організмом, якому властиві всі життєві функції, притаманні багатоклітинним організмам.
Колоніальні організми складаються з певної кількості клітин одного чи декількох типів, однак клітини колоніальних організмів функціонують незалежно одна від одної.
У багатоклітинному організмі клітини відрізняються за особливостями будови та виконуваними функціями, утворюють тканини, органи та їхні системи.
2.
Цитологія – наука про будову та процеси життєдіяльності клітини. Розквіт цієї науки пов’язаний з винайденням мікроскопу.
В 1665 році Роберт Гук відкрив клітинну будову рослинних тканин.
Антоні ван Левенгук відкрив і описав одноклітинних тварин, бактерій, еритроцити та сперматозоїди хребетних тварин.
У 1825 році Ян Пуркіне вперше спостерігав ядро в яйцеклітині курки, в 1831-
1833 рр. Роберт Броун описав ядра в клітинах рослинних організмів, у 18381839 рр. Теодор Шван описав ядра і в клітинах тварин. Так було доведено, що ядро є обов’язковим елементом будь-якої клітини.
3.
Першим приладом, за допомогою якого вивчають клітини був мікроскоп. Методи досліджень за допомогою цього мікроскопу називають світловою мікроскопією.
Клітинні конструкції дрібніших розмірів відкрито й досліджено за допомогою електронного мікроскопа, винайденого у першій половині ХХ ст.
Живі клітини досліджують за допомогою методу прижиттєвого вивчення, так і в зафіксованому стані.
Щоб з’ясувати місце або перебіг тих чи інших біохімічних процесів у клітині, застосовують метод мічених атомів.
Для вивчення окремих клітинних структур застосовують метод центрифугування.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
1. Що спільного та відмінного між одноклітинними, колоніальними та багатоклітинними організмами?
2. За допомогою яких методів здійснюється вивчення клітин?Які положення входять до клітинної теорії?Які вчені зробили внесок у її розвиток?
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ____________
ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА КЛІТИН ПРОКАРІОТІВ ТА ЕУКАРІОТІВ.
ПЛАН
1. БУДОВА КЛІТИН
2. КЛІТИНИ ЕУКАРІОТІВ
3. КЛІТИНИ ПРОКАРІОТІВ
4. КЛІТИНИ РОСЛИН, ТВАРИН ТА ГРИБІВ
1.
За основним положенням клітинної теорії всі клітини мають схожу будову.
Всі клітини складаються з поверхневого апарату, цитоплазми та ядра ( вийняток - бактерії та ціанобактерії, вони не мають ядра).
Поверхневий апарат – плазматична мембрана, над мембранні та під мембранні структури.
Функції: захист внутрішнього вмісту від несприятливих впливів, забезпечення обміну речовин між навколишнім середовищем та клітиною.
Цитоплазма – внутрішнє середовище клітини, розташоване між плазматичною мембраною та ядром.
Гіалоплазма – безбарвна колоїдна система клітини. Це основа цитоплазми.
Цитоскелет – система білкових структур – мікротрубочки та мікронитки.
Функції: опорна, зміна форми клітини та її рух, забезпечення певного розташування ферментів.
Органели – постійні клітинні структури. Різні органели виконують різні функції. Можуть бути одно- та двомембранні, або взагалі не мати мембрани.
Включення – непостійні структури, можуть з’являтися , а потім зникати і знову утворюватися.
2.
Еукаріоти – організми, клітини яких мають ядро, принаймні на певних етапах їхнього клітинного циклу.
До Надцарства Еукаріот належать : Ц. Рослини, Ц.Тварини, Ц.Гриби.
3.
Прокаріоти – організми, клітини яких позбавлені ядра та багатьох органел. До них належать: бактерії та Ціанобактерії (синьо-зелені водорості)
4.
Найхарактернішими рисами рослинних клітин є їхня здатність до фотосинтезу і наявність пластид (хлоро-, хромо- і лейкопластів), в яких утворюються та запасаються органічні речовини. А запасають й накопичують рослини переважно полісахарид крохмаль .
Надійний захист поверхні рослинних клітин забезпечує клітинна стінка із целюлози, що утворюється багатьма одиницями комплексу Гольджі. Для надходження речовин із середовища клітинна стінка має пори, крізь які в клітину надходять лише розчинні у воді сполуки. Тому для рослинних клітин характерним є осмотичне живлення. Для забезпечення взаємодії між клітинами розвинуті цитоплазматичні містки (плазмодесми). У рослинних клітинах є великі вакуолі, що беруть участь у здійсненні багатьох функцій: запасанні речовин, накопиченні продуктів виділення, регуляції вмісту води в цитоплазмі тощо.
Тваринна клітина - це тип клітин, особливості яких формувалися у зв’язку з гетеротрофним живленням та здатністю до активного переміщення. На поверхні цих клітин немає жорсткої клітинної стінки, що забезпечує можливість активного руху й отримання енергії готових поживних речовин . При зустрічі клітини з молекулами органічних речовин її цитоплазматична мембрана здатна вигинатись, занурюючи молекулу, а виступи мембрани, охоплюючи речовину, з’єднуються. Результатом є утворення фагоцитозного пухирця - фагосоми. Надмембранною структурою тваринних клітин є глікокалікс (від грец. глікіс - солодкий і лат. callus - товста шкіра), що складається з глікопротеїдів і гліколіпідів. Функції цієї структури полягають у взаємодії клітин між собою та іншими клітинами, сприйнятті подразнень, перенесенні речовин у клітину і з клітини. У зв’язку з гетеротрофним живленням у тваринній клітині немає пластид. У цитоплазмі є дрібні вакуолі, що за функціями поділяються на травні (наприклад, у губок, кишковопорожнинних), видільні (наприклад, у інфузорій), скоротливі (наприклад, у амеби протея). Для розщеплення складних поживних речовин комплекс Гольджі утворює численні лізосоми з різними гідролітичними ферментами. Надлишок білків, жирів чи вуглеводів перетворюється в клітинах тварин на глікоген. Цей резервний полісахарид має розгалужену структуру, що забезпечує, в разі необхідності, швидке відщеплення багатьох залишків глюкози для енергетичних потреб.
Грибна клітина - це тип клітин, особливості якої визначаються гетеротрофним живленням та відсутністю здатності до активного переміщення. Відсутність локомоції надає важливого значення такій структурі їхнього поверхневого апарату, як клітинна стінка з хітину. Вона здійснює не лише захисну, а й інші важливі функції, зокрема є місцем розташування гідролітичних ферментів для позаклітинного травлення, бере участь в надходженні простих поживних речовин з довкілля, надає форми клітинам тіла тощо. Більшості грибних клітин, як і рослинним, властиве осмотичне живлення. Клітини грибів поглинають розчинні органічні сполуки крізь пори в клітинній стінці без утворення травних вакуолей. А ті резервні вакуолі, що спостерігаються у цитоплазмі, виконують запасливу функцію. В цитоплазмі містяться численні лізосоми з різними ферментами, завдяки яким гриби можуть зовнішньо перетравлювати найрізноманітнішу органіку, особливо в вологих і теплих умовах. Резервним полісахаридом є глікоген.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1. За допомогою підручника розгляньте малюнки клітин про- та еукаріотів. Замалюйте їх та позначте їх структурні елементи.
2. За результатами роботи заповніть таблицю «Порівняльна характеристика прокаріотичних та еукаріотичних клітин»
|
Структура |
Еукаріоти |
Прокаріоти |
|
Клітинна стінка |
|
|
|
Плазмалема |
|
|
|
Ядро |
|
|
|
Хромосоми |
|
|
|
Ендоплазматична сітка |
|
|
|
Рибосоми |
|
|
|
Комплекс Гольджі |
|
|
|
|
|
|
|
Лізосоми |
|
|
|
Мітохондрії |
|
|
|
Вакуолі |
|
|
|
Форми розмноження |
|
|
Висновок:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
ХІМІЧНИЙ СКЛАД І БУДОВА КЛІТИННИХ МЕМБРАН.
ПЛАН
1. РОЛЬ МЕМБРАН У ЖИТТІ КЛІТИН.
2. ХІМІЧНИЙ СКЛАД БІОЛОГІЧНИХ МЕМБРАН
3. ОРГАНІЗАЦІЯ БІОЛОГІЧНИХ МЕМБРАН 4. ФУНКЦІЇЇ ПЛАЗМАТИЧНОЇ МЕМБРАНИ.
1.
Усі клітини еукаріот сформовані системою мембран, які забезпечують їхнє нормальне функціонування.
У біологічних мембранах відбуваються процеси, пов’язані зі сприйняттям інформації, яка надходить із навколишнього середовища, формуванням та передачею збудження, перетворення енергії захистом від проникнення хвороботворних мікроорганізмів та іншими проявами життєдіяльності клітин, органів та організмів в цілому.
За допомогою мікроскопічних методів виявлено декілька видів мембранних структур. Вони мають загалом подібні хімічний склад та особливості організації. Але залежно від типу мембран та їхніх функцій співвідношення хімічних компонентів і деталі будови можуть відрізнятись у клітинах різних типів.
2.
Біологічні мембрани складаються з білків, ліпідів та вуглеводів.
Ліпіди становлять 40%сухої маси мембран. Вони розташовані у два шари.
Основним структурним компонентом мембран становлять білки, які виявляють свою активність лише в комплексі з ліпідами. Одні білки можуть розташуватися на зовнішній або внутрішній поверхні мембран. Їх називають поверхневими. Вони можуть легко відшаровуватися від мембран після загибелі клітин. Білки заглиблені у товщу мембран на різну глибину (70% загальної кількості білків) називають внутрішніми. Є білки, які пронизують мембрану наскрізь .
Вуглеводи входять до структури мембран у вигляді комплексів із білками або ліпідами.
3.
Нині загальноприйнятою вважають рідинно-мозаїчну модель будови біологічних мембран (мал..38 в підручнику). Таку назву вона дістала тому, що близько 30% ліпідів мембран міцно пов’язані з внутрішніми білками, а інша частина перебуває в рідкому стані. Тому комплекси білків і пов’язаних з ними ліпідів наче «плавають» у рідкій ліпідній масі.
Між молекулами білків або їхніми частинами часто є пори. Молекули, які входять до складу біологічних мембран, здатні пересуватися, завдяки чому за незначних пошкоджень мембрани швидко оновлюються.
Особливе значення серед біологічних мембран належить плазматичній, яка оточує цитоплазму. Вона міцна і еластична, визначає розміри клітини.
4.
Функції:
1. Бар’єрна – забезпечує асиметричний розподіл речовин між внутрішньоклітинним та позаклітинним середовищами;
2. Транспортна – визначає вибіркове надходження молекул до клітини та з клітини;
3. Рецепторна – уловлює та підсилює сигнали, закодовані в хімічній структурі гормонів, медіаторів;
4. Комунікативна – здійснює контакт сусідніх клітин між собою і з позаклітинною речовиною.
Транспорт речовин.
Пасивний транспорт – рушійною силою дифузійного перенесення речовин є різниця їх концентрацій по обидва боки мембрани.
Активний транспорт – пов’язане із споживанням енергії перенесення молекул або іонів крізь мембрану проти градієнта концентрації. Прикладом активного транспорту може бути натрій-калієвий насос, виявлений у клітинах живих організмів. У клітинах спостерігається висока концентрація іонів Калію, а в позаклітинному середовищі переважаючим іоном є Натрій. Тому Калій по градієнту концентрації намагається залишити клітину, а Натрій – проникнути в неї.
Особливими видами активного транспорту є ендоцитоз та екзоцитоз, за допомогою яких різні речовини переносяться крізь мембрану в клітини (ендоцитоз)або з них (екзоцитоз).
Розрізняють два види ендоцитозу:
Фагоцитоз – захоплення твердих частинок.
Піноцитоз – поглинання рідких речовин.
Міжклітинні контакти
У місці сполучення двох клітин тварин, мембрана кожної з них здатна утворювати складки або вирости , які надають цьому сполученню особливої міцності. Клітини рослин сполучаються між собою завдяки утворенню мікроскопічних міжклітинних канальців, вистелених мембраною і заповнених цитоплазмою. Плазматичні мембрани також беруть участь у рості, поділі клітин тощо.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
1.Завдяки чому біологічні мембрани здійснюють сигнальну та захисну функції?
2. Чому фагоцитоз притаманний лише клітинам тварин?
3. Яке значення має рухливість молекул білків у біологічних мембранах для здійснення їхніх функцій?
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ________________________________.
НАДМЕМБРАННІ ТА ПІДМЕМБРАННІ КОМПЛЕКСИ.
ПЛАН.
1. НАДМЕМБРАННІ КОМПЛЕКСИ
2. ПІДМЕМБРАННІ КОМПЛЕКСИ
1.
Поверхневий апарат клітин складається зі структур, розташованих над плазматичною мембраною(надмембранні комплекси), плазматичної мембрани, та деяких структур, розташованих під мембраною(підмембранні комплекси).
У клітинах прокаріотів, рослин і грибів плазматична мембрана вкрита клітинною стінкою.У рослин вона вкривається переважно з пучків целюлози. До складу клітинної стінки рослин можуть входити й інші сполуки: білки, ліпіди, неорганічні сполуки.
Клітинні стінки можуть і дерев’яніти , тобто проміжки між волокнами целюлози заповнюються особливою органічною речовиною – лігніном.
Через стінки рослин відбувається транспорт води і певних сполук. Якщо клітину помістити в розчин солей, концентрація якого вищий за концентрацію солей в цитоплазмі, то він спричинює процес плазмолізу (відшарування пристінкового шару цитоплазми від клітинної стінки.
Якщо ж в помістити клітину в розчин з концентрацією нижчою ніж у клітині, то спостерігається зворотній процес деплазмоліз.
Надмембранні комплекси твариних клітин представлені глікокаліксом. Цей тоненький шар (у декілька десятків нанометрів завтовшки) складається зі сполук білків і ліпідів з вуглеводами. Глікокалікс забезпечує зв’язок клітини з навколишнім середовищем, через нього клітина сприймає подразники довкілля. Завдяки наявності ферментів, глікокалікс може брати участь у позаклітинному травленні. Крім того, він забезпечує зв’язок між клітинами у багатоклітинних тварин.
2.
До підмембранних комплексів клітин належить цитоскелет, утворений з білкових структур - мікрониток (мікрофіламентів) і мікротрубочок, які виконують опорну функцію. Елементи цитоскелета сприяють закріпленню в певному положенні органел і їхньому переміщенню в клітині. Мікронитки, або мікрофіламенти, - тонкі ниткоподібні структури, діаметром 4-7 нм, які складаються зі скоротливих білків, переважно актину. Вони пронизують цитоплазму і можуть утворювати плетиво під плазматичною мембраною. Пучки мікрониток прикріплені одним кінцем до певної структури (наприклад, плазматичної мембрани), а другим - до іншої (органели тощо). Мікрофіламенти беруть участь у зміні форми клітини, наприклад під час амебоїдного руху, процесах надходження в клітину та виведенні з неї різних сполук. За поділу деяких тваринних клітин вони утворюють особливе скоротливе кільце, яке розділяє цитоплазми дочірніх клітин.
Мікротрубочки - порожнисті циліндричні структури діаметром 10-25 нм, що утворені переважно білком тубуліном. Вони беруть участь у формуванні веретена поділу еукаріотичних клітин, входять до складу війок, джгутиків тощо. Мікротрубочки забезпечують переміщення органел і макромолекул по клітині. При цьому пучки мікротрубочок одним кінцем прикріплюються до однієї структури чи молекули, а другим - до іншої.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
1. Яке значення надмембранних структур клітини?
2. Яке значення підмембранних структур клітини?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ _______________________________________________.
ЦИТОПЛАЗМА ТА ЇЇ КОМПОНЕНТИ. ОДНОМЕМБРАННІ
ОРГАНЕЛИ, ДВОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ ТА НЕМЕМБРАННІ
ОРГАНЕЛИ КЛІТИНИ.
ПЛАН
1. ЦИТОПЛАЗМА
2. ДВОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ
3. ОДНОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ
4. НЕМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ
5. ОРГАНЕЛИ РУХУ
1.
Під клітинною мембраною всередині живої клітини є не просто розчин сполук та органели, а складна динамічна структурна система, що називається цитоплазмою.
Внутрішній вміст клітини характеризується відносною сталістю складу та властивостей. Причиною цьому є те, що в клітині постійно відбуваються процеси перетворення речовин, енергії та інформації. Основною властивістю цитоплазми є здатність до руху (циклоз). Завдяки їй цитоплазма створює оптимальні умови для біохімічних реакцій, пов’язує всі частини клітини в єдине ціле. Під контролем ядра цитоплазма регулює реакції синтезу
(асиміляція) й розпаду (дисиміляція), має здатність до росту і самооновлення, бере участь у самовідтворенні клітин, здійснює розподіл органел й ресурсів материнської клітини.
Цитоплазма складається з таких компонентів, як гіалоплазма, цитоскелет, включення і органели.
Цитоскелет - сукупність мікрониток і мікротрубочок, які виконують насамперед рухову та опорну функції.
Гіалоплазма (від грец. гіалос - скло), або цитозоль, - основа цитоплазми, її матрикс, що є прозорим розчином органічних і неорганічних речовин у воді. Фізичний гельний або зольний стан гіалоплазми впливає на швидкість перебігу біохімічних процесів: чим вона густіша, тим повільніше відбуваються хімічні реакції.
Включення - непостійні клітинні структури, що є запасливими сполуками або продуктами обміну речовин і роль яких у клітині пасивна. Вони мають вигляд зерен, кристаликів, краплин і слугують для забезпечення життя клітини або з’являються в результаті її функціонування. За функціями їх поділяють на секреторні, екскреторні, трофічні, пігментні, а за хімічною природою - на білкові, вуглеводні, ліпідні, кристалічні та ін.
2.
До двомембранних органел належать : мітохондрії та пластиди.
Мітохондрія (від грец. μιτος або mitos — «нитка» та κουδριον або khondrion — «гранула») — двомембранна органела, наявна у більшості клітин еукаріот. Мітохондрії іноді називають «клітинними електростанціями», тому що вони перетворюють молекули поживних речовин на енергію у формі АТФ через процес відомий як окисне фосфорилювання. Типова еукаріотична клітина містить близько 2 тис. мітохондрій, які займають приблизно одну п'яту її повного об'єму. Мітохондрії містять так звану мітохондріальну ДНК, незалежну від ДНК, розташованої у ядрі клітини. Відповідно до загальноприйнятої ендосимбіотичної теорії, мітохондрії походять від клітин прокаріотів, родичів сучасних протеобактерій, які було захоплено іншими клітинами.
Пластиди (від грец. пластос - виліплений) - це двомембранні напівавтономні органели рослинних клітин, що здійснюють живлення й запасання речовин.
Цей вид органел поділяють на хлоропласти (здійснюють фотосинтез і синтез АТФ), хромопласти (зумовлюють забарвлення пелюсток, плодів) і лейкопласти (запасають крохмаль). Пластиди здатні до взаємоперетворень. Наприклад, у процесі позеленіння бульб лейкопласти перетворюються на хлоропласти, у шкірках апельсинів і коренеплодах моркви хлоропласти перетворюються на хромопласти.
3.
Ендоплазматична сітка (ЕПС) - одномембранна органела у вигляді системи цистерн, трубочок, міхурців, що беруть участь у клітинному обміні й транспортуванні речовин. Виокремлюють гладку (без рибосом) і шорстку (з рибосомами) ЕПС. Основними функціями є синтез білків, вуглеводів, жирів, транспортування речовин по клітині та утворення вакуолей. ЕПС є органелою, яка ділить цитоплазму на окремі функціональні відсіки.
Комплекс Гольджі (КГ) - одномембранна органела у вигляді системи цистерн, трубочок, міхурців, що здійснює клітинні процеси секреції й екскреції. Забезпечує перетворення сполук, що надходять із ЕПС, на функціональні продукти (гормони, ферменти тощо). Ці молекули упаковуються у міхурці й транспортуються по клітині або секретуються назовні. Ще однією важливою функцією є утворення лізосом.
Лізосоми (від грец. лізис - розщеплення, сома - тільце) - одномембранні органели у вигляді округлих міхурців, що містять ферменти для клітинного травлення. Ці органели окрім розщеплення складних органічних речовин до простих знищують чужорідні сполуки, відпрацьовані органели, заражені вірусами клітини тощо. Ферментний склад лізосом дуже різноманітний.
Вакуолі (від лат. vacuus - порожній) - одномембранні органели, що беруть участь у секреції, екскреції та запасанні сполук. Розташовуються в клітинах тварин (травні, секреторні й скоротливі вакуолі), рослин (осморегуляторні й секреторні вакуолі) й грибів (запасливі й секреторні вакуолі). Особливо добре розвинуті вакуолі в клітинах рослин, де забезпечують стан напруги клітинної стінки.
4.
Рибосоми (від назв РНК і грец. сома - тільце) - немембранні універсальні органели, що складається з рРНК та білків і забезпечують синтез білків. Вільно розташовані в цитоплазмі, прикріплені до мембран зернистої ЕПС, на ядрі, в пластидах і мітохондріях. Складаються з двох субодиниць: великої та малої. Утворюються субодиниці із РНК (синтезується в ядерці) та білків (надходять із цитозолю). У ядерці субодиниці самозбираються, покидають ядро і надходять до цитоплазми.
Клітинний центр (центросома) - немембранна органела, що складається з центріолей. У клітині ця органела розміщується біля ядра. Стінки циліндра формують 9 триплетів мікротрубочок, розміщених по колу. Виконує такі функції, як поділ клітини та організація цитоскелета.
5.
У клітин багатьох одноклітинних і багатоклітинних організмів наявні органели руху. Це псевдоподії, джгутики і війки.
Псевдоподії (від грец. псевдос - несправжній і подос - нога) - непостійні вирости цитоплазми. Вони виникають завдяки руху цитоплазми: там, де вона рухається назовні, утворюється виріст клітини, оточений плазматичною мембраною
Джгутики та війки трапляються у деяких одноклітинних організмів (хламідомонада, евглени, інфузорії), а також деяких типів клітин багатоклітинних (епітелій дихальних шляхів ссавців, сперматозоїди тварин, вищих спорових рослин тощо). Джгутики і війки мають вигляд тоненьких виростів цитоплазми (діаметром приблизно 0,25 мкм), укритих плазматичною мембраною. Всередині цих органел розташована складна система з мікротрубочок
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
Зіставте позначені структури клітини з їхніми назвами: А - комплекс Гольджі; Б - мітохондрія; Г - цитоплазма; Е - лізосома; С1 - клітинна мембрана; С2 - видільна вакуоля; Т - ЕПС; Р1 -ядро; Р2 - клітинний центр; Р3 - рибосома; У - елементи цитоскелета.
У випадку правильного зіставлення у таблиці відповідей отримаєте прізвище німецького ботаніка, який ввів у науку поняття
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЯДРО
ПЛАН
1. БУДОВА ЯДРА
2. ФУНКЦІЇ ЯДРА
3. ХРОМОСОМИ
1.
Ядро - обов’язкова складова будь-якої еукаріотичної клітини. У ньому зберігається спадкова інформація. Ядро регулює процеси життєдіяльності клітин. Лише деякі типи клітин еукаріотів у зрілому стані позбавлені ядра. Це, зокрема, еритроцити більшості ссавців, ситоподібні трубки вищих рослин. У таких клітинах ядро формується на початкових етапах розвитку, а потім руйнується. Втрата ядра супроводжується нездатністю клітини до розмноження.
У багатьох клітин є лише одне ядро, але є клітини, які містять декілька або багато ядер (інфузорії, форамініфери, деякі водорості, гриби, посмуговані м’язові волоконця тощо).
Ядро складається з поверхневого апарату і внутрішнього середовища (матриксу. Поверхневий апарат ядра утворений двома мембранами - зовнішньою та внутрішньою, між якими є заповнений рідиною щілиноподібний простір. У деяких місцях зовнішня мембрана з’єднана із внутрішньою навколо мікроскопічних отворів - ядерних. Отвір пори заповнений білковими структурами. Зокрема, до складу цього комплексу входить білок-рецептор, здатний взаємодіяти з речовинами, які проходять через пору.
Поверхневий апарат ядра забезпечує регуляцію транспорту речовин, які проходять через нього. Із цитоплазми всередину ядра надходять синтезовані в ній білки. Натомість з ядра до цитоплазми транспортуються різні типи молекул РНК. Білки ядерної пори забезпечують впізнавання, сортування та транспорт різних сполук.
Поверхневий апарат ядра функціонально контактує з мембранами ендоплазматичної сітки. На поверхні зовнішньої ядерної мембрани може бути розташована велика кількість рибосом.
Внутрішнє середовище ядра - ядерний матрикс - складається з ядерного соку, ядерець і ниток хроматину). Хроматин (від грец. хроматос - фарба) - ниткоподібні структури ядра, утворені здебільшого з білків та нуклеїнових кислот. Під час поділу клітини нитки хроматину ущільнюються і з них формуються компактні тільця.
Ядерний сік (каріоплазма, або нуклеоплазма) за будовою та властивостями нагадує цитоплазму. У ньому є білкові фібрили (нитки), які утворюють особливий внутрішній скелет ядра. Він сполучає різні структури: ядерця, нитки хроматину, ядерні пори тощо. Білки матриксу забезпечують певне просторове розташування хромосом, а також впливають на їхню активність. Ядерця - щільні структури, які складаються з комплексів РНК з білками, хроматину і гранул, які слугують попередниками складових рибосом. У ядрі може бути від одного до багатьох ядерець (наприклад, у яйцеклітинах риб), які формуються на особливих ділянках хромосом. Функції ядерця полягають в утворенні рРНК і складових рибосом, які згодом виходять у цитоплазму.
2.
Ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Крім того, воно є своєрідним центром керування процесами життєдіяльності клітини, зокрема, регулює процеси біосинтезу білків. Саме в ядрі з молекул ДНК на молекули мРНК переписується інформація про структуру білків. Згодом ця інформація передається до місця їхнього синтезу. В ядрі за участю ядерець утворюються складові рибосом.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.
Заповніть таблицю і сформулюйте висновок про взаємозв’язок будови ядра з його функціями.
БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ КОМПОНЕНТІВ ЯДРА
|
Назва структури |
Будова |
Функції |
|
Поверхневий апарат ядра |
Ядерна оболонка |
|
|
Ядерні пори з поросомами |
|
|
|
Ядерна пластинка |
|
|
|
Внутрішнє середовище |
Ядерний сік |
|
|
Хроматин |
|
|
|
Ядерце |
|
Тема 3. ПРИНЦИПИ ФУНКЦІОНУВАННЯ КЛІТИНИ
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ОБМІНУ РЕЧОВИН
ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В ОРГАНІЗМІ
ПЛАН
1. ПРОЦЕСИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ КЛІТИН
2. ТРАНСПОРТ РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ
3. ОБМІН РЕЧОВИН
1.
ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ КЛІТИНИ - сукупність процесів, що зумовлюють
потік речовин, енергії та інформації і забезпечують існування клітини. Одним із визначальних принципів життєдіяльності клітини є її ВІДКРИТІСТЬ. Клітина обмінюється із навколишнім середовищем речовинами, енергією та інформацією. В цьому загальному обміні можна виокремити три етапи: потік у клітину, внутрішньоклітинні перетворення й потік із клітини. Всі ці процеси становлять зовнішній обмін клітини.
Потік речовин, енергії та інформації в клітину відбувається завдяки процесам живлення, дихання, транспортування речовин, травлення й подразливості. Ці процеси за участі поверхневого апарату забезпечують надходження в клітину поживних речовин, вуглекислого газу, води, кисню, світлової чи хімічної енергії, інформації про чинники середовища тощо.
Усередині клітин відбувається другий етап обміну речовин, енергії та інформації - внутрішньоклітинний, або метаболізм
На третьому етапі з клітини видаляються кінцеві продукти обміну, теплова енергія, молекули чи енергія, що є інформацією для спілкування з іншими клітинами тощо. Основою цього етапу обміну речовин, енергії та інформації є такі процеси, як екскреція, секреція, тепловіддача й комунікація клітин.
2.
Основну роль у надходженні речовин, енергії та інформації відіграє клітинна мембрана, однією із функцій якої є саме транспортна. Мембранне транспортування (лат. transporto - переміщую) - перехід різноманітних речовин, енергії та інформації крізь клітинну мембрану.
Пасивне транспортування відбувається без затрат енергії шляхом простої дифузії, осмосу та полегшеної дифузії. Проста дифузія - рух молекул або йонів за градієнтом концентрації, тобто з ділянок з високою концентрацією в ділянки з низькою концентрацією (наприклад, газообмін у легенях і тканинах). Полегшена дифузія - дифузія, яка здійснюється за допомогою спеціальних білків-переносників, як правило, в одному напрямку (наприклад, надходження глюкози в еритроцити). Дифузію води крізь напівпроникну мембрану називають осмосом. Вода переходить від ділянки з низькою концентрацією солей до ділянки з вищою концентрацією.
Активне транспортування речовин крізь мембрану здійснюється проти градієнта їх концентрації із затратою енергії АТФ через йонні канали або в мембранній упаковці. Натрій-калієвий насос - це процес переміщення низькомолекулярних сполук (амінокислот, глюкози) крізь мембрану за рахунок різної концентрації йонів Na+ і K+ всередині клітини і ззовні. В мембранній упаковці речовини транспортуються в клітину (ендоцитоз) або з клітини (екзоцитоз). Розрізняють два види ендоцитозу: фагоцитоз і піноцитоз. Фагоцитоз (від грец. фагос - пожирати, цитос - клітина) - це захоплення і поглинання клітиною великих часточок або цілих клітин.
Ендоцитоз рідини та розчинених в ній речовин називається піноцитозом (від грец. піно - пити і клітина).
3.
МЕТАБОЛІЗМ (від грец. метаболе - перетворення, зміна) - сукупність процесів, що забезпечують перетворення речовин, енергії та інформації у клітині та її саморегуляцію, самооновлення й самовідтворення. Ці зміни спрямовані на УПОРЯДКОВАНІСТЬ структури й функцій клітини. Значення метаболізму полягає в забезпеченні клітини будівельним й енергетичним матеріалом, тому виокремлюють анаболізм й катаболізм
Анаболізм (пластичний обмін) - сукупність реакцій синтезу складних речовин із простіших, які забезпечують ріст клітин, оновлення іхнього хімічного складу. Під час перебігу цих біохімічних реакцій енергія поглинається, тому ці процеси називають ендергонічними (від грец. ендо - всередину і ергон - енергія). Енергія забезпечує життєдіяльність клітин й утворення хімічних зв’язків між молекулами. Анаболічними процесами клітини є фотосинтез, хемосинтез, біосинтез білків та ін.
Катаболізм (енергетичний обмін) - сукупність реакцій розщеплення складних речовин на простіші, які забезпечують клітину енергією для життєдіяльності. Процеси енергетичного обміну супроводжуються звільненням енергії під час розриву хімічних зв’язків, тому ці реакції називають екзергонічними (від грец. екзо - назовні). Катаболічними процесами клітин є гліколіз, бродіння, клітинне дихання.
У клітинах водночас відбуваються процеси енергетичного і пластичного обміну. Вони пов’язані між собою потоками речовин та енергії й здійснюються на основі спадкової інформації клітини.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Порівняйте пластичний й енергетичний обмін у клітині та доведіть їхній взаємозв’язок. Зробіть висновок про схожість процесів обміну речовин у різних організмів.
|
Ознака |
Пластичний обмін |
Енергетичний обмін |
|
Як ще називають ці типи метаболізму? |
|
|
|
Які реакції є основою? |
|
|
РОЗЩЕПЛЕННЯ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН У ЖИВИХ ОРГАНІЗМАХ
ПЛАН
1. ЗНАЧЕННЯ ПРОЦЕСУ КАТАБОЛІЗМУ
2. ЗДІЙСНЕННЯ ПРОЦЕСУ КАТАБОЛІЗМУ
1.
Сукупність процесів, що здійснюють надходження в клітину необхідних для життєдіяльності речовин, називається клітинним живленням . У клітини рослин, ціанобактерій, фото- і хемосинтезуючих бактерій надходять неорганічні сполуки, з яких утворюються прості органічні сполуки, що визначає автотрофне живлення. Внаслідок гетеротрофного живлення клітини багатьох прокаріотів, тварин і грибів отримують прості (амінокислоти, жирні кислоти, моносахариди) або складні (білки, ліпіди й складні вуглеводи) органічні речовини. Є група організмів, які на світлі живляться за допомогою хлоропластів, а в умовах недостатнього освітлення поглинають крізь пори клітинної стінки низькомолекулярні органічні речовини (наприклад, хламідомонада, діатомові водорості). У них змішане, або міксотрофне, живлення. Живлення клітин відбувається за участі клітинної мембрани, гіалоплазми, хлоропластів, лізосом.
Розщеплення простих або складних органічних речовин спрямоване на вивільнення хімічної енергії, що може перетворюватися в інші форми. Слід пам’ятати, що в біологічних системах енергія існує в різних формах: хімічній, електричній, механічній, тепловій і світловій, які здатні перетворюватися одна в одну. Так, хімічна енергія сполук, що розщепилися, використовується для біохімічних реакцій синтезу, перетворюється в механічну енергію руху, електричну енергію нервових імпульсів, теплову енергію для підтримання оптимальної для життя температури, світлову енергію біологічного світіння.
2.
КАТАБОЛІЗМ (від грец. катаболе - скидання донизу, руйнування) - це енергетичний обмін, або сукупність реакцій розщеплення складних сполук до простіших, що супроводжується виділенням енергії. Розділ біохімії, який займається вивченням перетворення і використання енергії у живих клітинах, називається біоенергетикою. Енергетика катаболічних процесів різниться з енергетичними реакціями неживої природи.
Особливості катаболізму:
1. реакції катаболізму відбуваються за участі ферментів, якими є оксидоредуктази і гідролази
2. вивільнення енергії у реакціях розщеплення відбувається поступово, аж до утворення кінцевих продуктів окиснення - води і вуглекислого газу.
3. хімічна енергія, яка вивільняється під час руйнування хімічних зв’язків молекул вуглеводів, ліпідів, білків, акумулюється в молекулах особливої речовини живого - аденозинтрифосфатної кислоти (АТФ) Безкисневе розщеплення (анаеробне розщеплення) відбувається в гіалоплазмі й приводить до вивільнення незначної кількості енергії. На цьому етапі органічні сполуки зазнають розщеплення без участі кисню.
Відщеплений Гідроген приєднується цілою низкою молекул, внаслідок чого утворюються різноманітні продукти відновлення (наприклад, молочна кислота), які мають значний запас енергії. Безкисневе розщеплення є найпростішою формою утворення енергії в багатьох клітинах. Найважливішими на цьому етапі в клітинах є гліколіз (безкисневе розщеплення моносахаридів), ліполіз (розщеплення запасних жирів й жирних кислот), протеоліз (розщеплення білків й амінокислот), бродіння
(розщеплення вуглеводів під дією мікроорганізмів або їх ферментів). Другий, набагато ефективніший шлях розщеплення органічних речовин, - це кисневе розщеплення (аеробне розщеплення, клітинне дихання). Воно відбувається в матриксі й на кристах мітохондрій за участі кисню; при цьому вивільняється основна частка енергії (понад 90 %). Під час аеробного розщеплення електрони і протони Гідрогену через низку проміжних сполук передаються на молекулярний кисень з утворенням води. Крім того, виділяється СО2, а при розщепленні нітрогеновмісних сполук (амінокислоти, нуклеотиди) ще й амоніак, який у подальшому підлягає знешкодженню.
кисневий етап енергетичного обміну можливий лише за умов наявності кисню. Тому недостатнє надходження кисню в клітини аеробних організмів здатне порушити процеси метаболізму та спричинити смерть.
Зв’язок між безкисневою (І) та кисневою (II) фазами енергетичного обміну
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1. Чому при окисненні органічних сполук вивільняється енергія?
2. Чому розщеплення органічних сполук за присутності кисню виявляється енергетично ефективнішим, ніж за його відсутності?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ ______________.
КЛІТИННЕ ДИХАННЯ, ЙОГО БІОХІМІЧНІ МЕХАНІЗМИ
ПЛАН
1. БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ КЛІТИННОГО ДИХАННЯ
2. АНАЕРОБНЕ ДИХАННЯ
3. АЕРОБНЕ ДИХАННЯ
1.
Основні поживні речовини для клітин - це амінокислоти, жирні кислоти й глюкоза. Дихання є процесом, за якого ці речовини розщеплюються й вивільняють хімічну енергію. Виокремлюють два основні типи клітинного дихання: анаеробний та аеробний.
АНАЕРОБНЕ ДИХАННЯ - сукупність процесів, які здійснюють біологічне окиснення поживних речовин і отримання енергії за відсутності кисню. Характерне для клітин організмів, які живуть в безкисневих умовах (наприклад, молочнокислі бактерії, паразитичні черви, глибоководні безхребетні). У клітинах аеробних організмів цей механізм завжди передує кисневому розщепленню поживних речовин. За анаеробного дихання кінцевим продуктом є органічні молекули молочної кислоти (C3H6O3). Під час анаеробного дихання виділяється значно менше енергії, ніж під час аеробного.
АЕРОБНЕ ДИХАННЯ - сукупність процесів біологічного окиснення поживних речовин і отримання енергії за участі кисню. Розщеплення органічних речовин відбувається з утворенням кінцевих продуктів окиснення Н2О і СО2. Аеробне дихання характерне для переважної більшості еукаріотичних клітин. Починається гліколізом у цитоплазмі й продовжується в мітохондріях. Аеробне окиснення відбувається з використанням кисню як акцептора (приймача) електронів й протонів Гідрогену з утворенням води. Аеробне дихання - найдосконаліший спосіб отримання енергії. Його енергетичний ефект приблизно в 20 разів більший, ніж під час анаеробного дихання.
Процеси дихання подібні за багатьма ознаками в клітинах організмів різних царств живої природи. Ознаками подібності є утворення таких універсальних речовин, як піровиноградна кислота й АТФ, використання кисню в ролі акцептора електронів й Гідрогену, розщеплення до кінцевих продуктів Н2О і СО2, використання подібних ферментів тощо.
2.
Більшість клітин для вивільнення енергії у процесах дихання передусім використовують глюкозу.
Найдавнішим й універсальним процесом безкисневого розщеплення глюкози є гліколіз (від грец. солодкий і розщеплення), що відбувається у цитоплазмі клітин.
Гліколіз - сукупність ферментативних реакцій, які забезпечують безкисневе розщеплення молекул глюкози з утворенням молочної кислоти та АТФ.
Гліколіз - це процес, спільний для анаеробного й аеробного дихання. Енергетичний ефект гліколізу - близько 200 кДж (120 кДж - на теплоту, 80 кДж - на АТФ):
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 —> 2С3Н6О3 + 2Н2О + 2АТФ.
Енергія гліколізу становить лише 5-7 % потенційної енергії глюкози. Цей процес забезпечує організми енергією в умовах дефіциту кисню.
Ще одним механізмом анаеробного перетворення глюкози є бродіння. Бродіння - процес розкладу органічних речовин (здебільшого вуглеводів) у безкисневих умовах.
3.
Кисневий етап дихання відбувається в мітохондріях за участі кисню, і при цьому вивільняється основна частина енергії (понад 90 %) з утворенням Н2О і СО2. Енергетичний ефект такого розщеплення є великим (наприклад, для глюкози - близько 2 600 кДж):
2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ —> 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ.
На цьому етапі катаболізму науковці виокремлюють три стадії:
окиснювальне декарбоксилювання, цикл Кребса (або цикл трикарбонових кислот) і окиснювальне фосфорилювання
• Перша стадія. Окиснювальне декарбоксилювання - це перетворення піровиноградної кислоти (продукт безкисневого розщеплення малих біомолекул) на ацетилкоензим А (ацетил-КоА).
• Друга стадія. Цикл Кребса (цикл трикарбонових кислот) - циклічна послідовність ферментативних реакцій у матриксі мітохондрій, у результаті яких ацетил-КоА окиснюється до СО2 з вивільненням енергії й утворенням атомів Гідрогену.
• Третя стадія. Окиснювальне фосфорилювання - це біосинтез АТФ із АДФ й неорганічного ортофосфату за рахунок енергії, що вивільняється й акумулюється за участі ферментів дихального ланцюга. Цей процес відбувається вже на кристах мітохондрій.
Отже, завдяки реакціям кисневого етапу синтезується в цілому 36 моль АТФ. Сумарним енергетичним результатом повного розщеплення глюкози є 2 800 кДж енергії (200 кДж + 2 600 кДж), з якої в 38 молекулах АТФ акумулюється 55 %, а 45 % - розсіюється у вигляді теплоти. Повне рівняння розщеплення глюкози має такий вигляд:
С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + З8Н3РО4 —> 6СО2 + 44Н2О + 38АТФ.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Розщеплення поживних речовин в організмі відбувається в три етапи. З допомогою таблиці порівняйте ці етапи. Доведіть необхідність знань про дихання клітин для здорового способу життя.
ЕТАПИ РОЗЩЕПЛЕННЯ ПОЖИВНИХ РЕЧОВИН НА ПРИКЛАДІ
|
Ознаки |
Підготовчий етап
|
Безкисневий етап
|
Кисневий етап
|
|
Де відбувається? |
|
|
|
|
Вихідні продукти |
|
|
|
|
Кінцеві продукти |
|
|
|
|
Енергетичний ефект, кДж/моль |
|
|
|
|
Кількість енергії на теплоту, кДж/моль |
|
|
|
|
Кількість енергії на АТФ, кДж/моль |
|
|
|
ВУГЛЕВОДІВ
ФОТОСИНТЕЗ
ПЛАН
1. УМОВИ ЗДІЙСНЕННЯ ФОТОСИНТЕЗУ
2. СВІТЛОВА ТА ТЕМНОВА ФАЗА ФОТОСИНТЕЗУ
3. ПЛАНЕТАРНЕ ЗНАЧЕННЯ ФОТОСИНТЕЗУ
1.
Фотосинтез (від грец. фото - світло, синтезіс - поєднання) - надзвичайно складна сукупність процесів пластичного обміну. Науковці виокремлюють три типи фотосинтезу: кисневий (з виділенням молекулярного кисню у рослин й ціанобактерій), безкисневий (за участі бактеріохлорофілів в анаеробних умовах без виділення кисню у фотобактерій) та безхлорофільний (за участі бактеріородопсинів у архей).
Найпоширенішим у живій природі є кисневий фотосинтез, для якого потрібні енергія світла, вуглекислий газ, вода, ферменти та хлорофіл.
6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + O2↑
Хлорофіли (від грец. хлорос - зелений і філон - листок) - зелені пігменти рослин, за участі яких відбувається фотосинтез.
2.
Стадії фотосинтезу:
- світлова
- темнова
СВІТЛОВА ФАЗА:
Світлова фаза фотосинтезу відбувається в гранах хлоропластів за участі світла. Ця стадія розпочинається з моменту поглинання квантів світла молекулою хлорофілу.
Основними процесами світлової фази є: 1) фотоліз води (розщеплення води під дією світла з утворенням кисню); 2) відновлення НАДФ (приєднання до НАДФ атома Гідрогену); 3) фотофосфорилювання (утворення АТФ з АДФ).
ТЕМНОВА ФАЗА:
Темнова фаза фотосинтезу відбувається в стромі хлоропластів. Її процеси не залежать від світла і можуть протікати як на світлі, так і в темряві, залежно від потреб клітини в глюкозі. Основою темнової фази є циклічні реакції під назвою циклу фіксації вуглекислого газу, або циклу Кальвіна. Цей процес вперше вивчив американський біохімік Мелвін Кальвін (1911-1997), лауреат Нобелівської премії з хімії (1961). У темновій фазі з вуглекислого газу,
Гідрогену від НАДФ та енергії АТФ синтезується глюкоза. Реакції фіксації СО2 каталізує рибулозобісфосфаткарбоксилаза (Rubisco), що є найпоширенішим ферментом на Землі.
3.
Планетарне значення фотосинтезу:
1) Накопичення органічної маси.
2) Забезпечення сталості вмісту СО2 в повітрі.
3) Перешкода розвитку парникового ефекту.
4) Накопичення кисню в атмосфері.
5) Озоновий екран.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Дайте відповідь на питання.
В чому подібність і відмінність фотосинтезу і аеробного дихання?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ___________________________________.
ХЕМОСИНТЕЗ. ПОТІК РЕЧОВИН, ЕНЕРГІЇ ТА ІНФОРМАЦІЇ З КЛІТИНИ
ПЛАН
1. ХЕМОСИНТЕЗ
2. ПОТІК РЕЧОВИН, ЕНЕРГІЇ ТА ІНФОРМАЦІЇ.
1.
ХЕМОСИНТЕЗ — процес утворення органічних речовин із неорганічних завдяки енергії, яка вивільняється під час перетворення неорганічних речовин. Цей процес здійснюють хемоавтотрофні бактерії: нітрифікуючі бактерії (окиснюють амоніак до нітритної, а потім до нітратної кислоти), залізобактерії (перетворюють сполуки двовалентного Феруму на сполуки тривалентного Феруму) та сіркобактерії (окиснюють сірководень до сульфатів)
Особливостями хемосинтезу, які відрізняють його від фотосинтезу, є те, що цей процес:
а) здійснюється без участі світла;
б) відбувається з використанням кисню, тобто це аеробний процес.
в) джерелом активного Гідрогену для відновлення НАДФ+, як і у фототрофів, є вода.
Значення хемотрофів є важливим в природі, оскільки вони:
- забезпечують колообіг речовин (нітрифікуючі бактерії),
- беруть участь в утворенні гірських порід (сіркобактерії, які утворюють вільну сірку),
- спричиняють корозію металів (залізобактерії).
2.
ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН, або анаболізм (від грец. анаболе - підйом), - сукупність процесів синтезу органічних речовин, що відбуваються в живому з використанням енергії. Основними процесами синтезу, з якими ви ознайомилися, є фотосинтез, хемосинтез, біосинтез білків, біосинтез ДНК і РНК.
Для синтетичних процесів пластичного обміну потрібна енергія, тобто спостерігається його енергозалежність.
Усі живі організми потребують певних речовин та енергії АТФ для синтезу власних органічних речовин.
Для процесів пластичного обміну характерна етапність перебігу, що пояснюється ускладненням продуктів і використанням безпечної кількості енергії.
У процесах пластичного обміну беруть участь майже всі компоненти клітини, але складні анаболічні процеси відбуваються за участі спеціалізованих клітинних структур.
Різноманітність способів і речовин, що виділяються клітинами, поєднано у три типи виділення:
1) екскреція речовин;
2) секреція речовин;
3) внутрішньоклітинне виділення.
Перехід речовин з клітин здійснюється шляхом дифузії через клітинні пори, полегшеної дифузії за допомогою білків-переносників, шляхом екзоцитозу.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Порівняйте процеси фотосинтезу й хемоситнезу. Що є спільного й відмінного між фото-і хемосинтезом?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________.
Тема 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ
ГЕН ТА ЙОГО БУДОВА
ПЛАН
1. ПОНЯТТЯ ПРО СПАДКОВУ ІНФОРМАЦІЮ
2. СУЧАСНА ТЕОРІЯ ГЕНА
3. ФУНКЦІЇ, РІЗНОМАНІТНІСТЬ ТА ВЛАСТИВОСТІ ГЕНІВ
1.
Окрім інформації, яку клітина отримує із середовища, у неї є власна внутрішня спадкова інформація. Клітина її отримала від материнської клітини, і вона закодована у вигляді певної послідовності нуклеотидів у генах.
ГЕН (від грец. генос - рід, походження) - це ділянка ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекули білка або РНК і визначає можливість розвитку ознаки.
У 1865 р. Г. Мендель довів існування спадкових «задатків», які данський генетик В. Йогансен в 1909 р. назвав генами.
У першій третині ХХ ст. завдяки генетичним дослідженням дрозофіл Т. Х. Морган установив, що гени лінійно розташовані в хромосомах ядра, вони можуть зазнавати мутацій, і під час передачі від батьків до нащадків відбувається їх перерозподіл – рекомбінація
На початку 40-х років XX ст. дослідження гриба нейроспори (Neurospora crassa) дало змогу сформулювати поняття про гени як ділянки ДНК, а відкриття Дж. Уотсоном і Ф. Кріком просторової структури ДНК у 1953 р. розпочало бурхливий розвиток молекулярної біології гена.
Незабаром було розкрито способи запису генетичної інформації (Р. В. Холлі, Г. Г. Корана, М. В. Ніренберг) і механізми її збереження та реалізації (С. Очоа, А. Корнберг).
У подальшому були досліджені особливості організації генетичного матеріалу у прокаріотів, еукаріотів і вірусів, клітинних органел - мітохондрій і хлоропластів, механізми контролю діяльності генів (Ф. Жакоб, А. Львов, Ж. Моно), відкрито мобільні генетичні елементи (Б. Мак-Клінток), переривчасту структуру генів (Р. Робертс, Ф. Шарп), розшифровано структуру геномів ряду організмів.
2.
Основні положення сучасної теорії гену:
1. Ген займає певну ділянку (локус) у хромосомі. Хромосоми є матеріальними носіями спадковості.
2. Ген - частина молекули ДНК, яка має певну послідовність нуклеотидів і є функціональною одиницею спадкової інформації. Кількість нуклеотидів, які входять до складу різних генів, є різною.
3. Всередині гена можуть відбуватися рекомбінації (перерозподіл генетичного матеріалу) і мутації (зміни генетичного матеріалу).
4. Існують структурні й регуляторні гени. Структурні гени кодують синтез білків. Регуляторні гени контролюють і спрямовують діяльність структурних генів.
5. Ген не бере безпосередньої участі в синтезі білка, він є матрицею для утворення посередників - різних молекул РНК, які безпосередньо беруть участь у синтезі.
6. Розташування триплетів із нуклеотидів у структурних генах є відповідним (колінеарним) до амінокислот у поліпептидному ланцюзі, який кодується даним геном.
7. Молекули ДНК здатні до репарації, тому не всі пошкодження гена призводять до мутації.
8. Генотип складається з окремих генів, але функціонує як єдине ціле. На функцію генів впливають чинники як внутрішнього, так і зовнішнього середовища.
3.
Функції гена:
1. забезпечує збереження спадкової інформації, 2. бере участь у реалізації самоподвоєння інформації
3. регуляції метаболізму в клітині.
Властивості гена:
• специфічність - ген містить спадкову інформацію лише про певний продукт або регулює синтез лише одного конкретного білка;
• стабільність - гени здатні зберігати властивий їм порядок розташування нуклеотидів;
• лабільність - гени здатні до змін і можуть мутувати;
• взаємодія генів - гени здатні впливати один на одного за участі білків, що є продуктами реалізації закодованої у них спадкової інформації;
• множинна дія генів - один ген може впливати на розвиток декількох ознак;
• полімерна дія генів - декілька генів можуть впливати на формування однієї ознаки.
Класифікація генів:
За розташуванням у клітинах виокремлюють: ядерні гени й цитоплазматичні гени
За функціональним значенням гени поділяють на: структурні й регуляторні.
За характером кодуючої інформації виокремлюють білок-кодувальні гени і РНК-кодувальні гени.
За активністю розрізняють конститутивні й неконститутивні гени.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Яке наукове й практичне значення мають дослідження генів?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__.
ГЕНОМ ПРО- ТА ЕУКАРІОТІВ
ПЛАН
1. ПОНЯТТЯ ПРО ГЕНОМ
2. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНОМІВ ПРО- ТА ЕУКАРІОТІВ
1.
ГЕНОМ - сукупність спадкової інформації у клітинах організму певного виду. Геном поєднує основні компоненти, якими є структурні й регуляторні гени та нефункціональні (некодувальні) послідовності ДНК. Геноми клітинних організмів побудовані з ДНК, і лише окрема група вірусів мають геноми із РНК. Розділ біології, що вивчає геноми, називається геномікою.
Спадкова інформація клітин міститься не лише в нуклеоїді та ядрі, а й у структурах цитоплазми. У прокаріотів - це плазміди (малі молекули ДНК в цитоплазмі), в клітинах еукаріотів - мітохондрії й хлоропласти, що мають власні ДНК. Розмір геному має тенденцію до збільшення в міру ускладнення організмів. Проте факти вказують на те, що розмір геному не завжди відповідає еволюційній складності організму.
Крім того, встановлено, що геном складається з послідовностей нуклеотидів, що різняться своєю унікальністю. Розрізняють унікальні (представлені в геномі в єдиному екземплярі або в кількох копіях) та повторювані
(трапляються сотні й тисячі разів, а так звані сателітні ДНК - до 10 млн разів) послідовності.
Дослідження різних клітин й організмів показало, що більшу частину геному становить надлишкова, або нефункціональна, ДНК, що не містить інформації про синтез білків. Яке ж значення цієї ДНК у геномі? Виявилось, що вона виконує важливу регуляторну функцію: має послідовності нуклеотидів для організації початку синтезу РНК, захисту кінцевих ділянок хромосом, правильного розподілу хромосом під час поділу клітин тощо.
2.
У прокаріотів генетичний матеріал має оперонну організацію.
Оперон (від лат. operor - працюю) - функціональна одиниця організації геному прокаріотів. До складу оперона входять один або декілька структурних генів. Ці гени відповідають за синтез білків, залучених до одного ланцюжка біохімічних перетворень.
Структурні гени прокаріотів не мають розподілу на кодувальні (екзони) й некодувальні (інтрони) ділянки. Крім структурних генів оперони мають регуляторні ділянки (оператор, термінатор), за рахунок яких забезпечується активність оперона як цілісної системи. На роботу оперона впливає самостійний регуляторний ген (не плутати з регуляторними ділянками), що синтезує відповідний регуляторний білок і не обов’язково розташовується поруч з опероном. З появою в навколишньому середовищі лактози її молекули зв’язують цей регуляторний білок, перешкоджаючи його приєднанню до оператора. Структурні гени переходять до активного стану й продукують одну молекулу іРНК для синтезу трьох білків. Таким чином, оперонна організація геному прокаріотів забезпечує упорядковану й регульовану активність генів залежно від умов середовища та діяльності інших генів.
Гени еукаріотів мають складнішу будову.
- В структурній частині генів є ділянки, що кодують спадкову інформацію - екзони (від англ. expression - вираження), і ділянки, що її не кодують - інтрони (від англ. intervening sequence - проміжна послідовність). Кількість і розташування інтронів специфічні для кожного гена.
- перед оператором можуть розташовуватися ділянки ДНК, що впливають на рівень транскрипції (наприклад, енхансери).
- збільшуються розміри ділянок ДНК, що відокремлюють гени один від одного (спейсерів).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
В чому полягає визначна роль геному клітини?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ _____.
ХРОМОСОМИ, ЇХНІ ФУНКЦІЇ ТА БУДОВА
ПЛАН
1. ХРОМОСОМИ
2. КАРІОТИП
1.
ХРОМОСОМИ (від грец. хроматос - забарвлений, сома - тільце) - структури клітин еукаріотів, що забезпечують збереження, розподіл та передачу спадкової інформації. Частіше за інших першовідкривачем хромосом називають німецького анатома В. Флеммінга (1843-1905). Саме він застосував анілінові барвники для обробки ядерних структур. Термін «хромосоми» в 1888
р. ввів у науковий обіг Г. Вальдеєр (1836-1921). Ці дослідження започаткували цитогенетеку - розділ, що вивчає роль хромосом у спадковості.
|
Організм |
Кількість |
|
Малярійний плазмодій |
2 |
|
Дрозофіла чорночерева |
8 |
|
Муха кімнатна |
12 |
|
Пирій |
14 |
|
Помідори |
24 |
|
Людина розумна |
46 |
|
Шимпанзе |
48 |
|
Рак річковий |
118 |
|
Амеба протей |
500 |
|
Радіолярія |
|
Хромосоми формуються з ядерного матеріалу хроматину перед поділом клітин. У їхньому складі основна частка припадає на ДНК та ядерні білки. Нуклеотиди ДНК кодують спадкову інформацію, а ядерні білки-гістони організовують компактне просторове розташування молекул ДНК для зберігання цієї інформації.
Кількість хромосом у клітинах еукаріотів різних видів є різною і не залежить від рівня організації, а також не завжди вказує на філогенетичну спорідненість.
КІЛЬКІСТЬ ХРОМОСОМ У ДЕЯКИХ ВИДІВ ЕУКАРІОТІВ
Основні функції хромосом взаємопов’язані з будовою. Для збереження, розподілу та передачі спадкової інформації в хромосомах наявні такі елементи будови, як сайти початку реплікації, центромери і теломери.
Будова хромосоми: 1 - однохроматидна хромосома; 2 - двохроматидна хромосома; 3 - центромера; 4 - теломери; 5 - сестринські хроматиди; 6 - нитки веретена поділу; 7 – кінетохори
У кожній хромосомі міститься лише одна молекула ДНК, яка досягає декількох сантиметрів. Так, у людини довжина ДНК найбільшої хромосоми - близько 7 см, а загальна довжина всіх 46 молекул ДНК в одному ядрі клітини людини становить близько 2 м.
Хромосоми поміщаються в мікроскопічному ядрі розміром 5 мкм за рахунок спіралізації та конденсації (від лат. condensatio - ущільнення) хромосом, що забезпечує багаторівневу організацію хроматину.
Рівні організації хромосом: 1, 2, 3 -
нуклеосомний; 4 - нуклеомерний; 5 - хромомерний; 6 - хроматидний; 7 – хромосомний
2.
Каріотип - сукупність ознак хромосомного набору (кількість хромосом, форма, розміри). Кожному видові організмів властивий певний каріотип . Основними правилами організації каріотипу, є:
• правило специфічності - особливості каріотипу особин виду залежать від кількості, розмірів та форми хромосом;
• правило стабільності - кожний вид еукаріотичних організмів має певну і постійну кількість хромосом (наприклад, у дрозофіли - 8 хромосом, у людини
- 46);
• правило парності - в диплоїдному наборі (2n) кожна хромосома має собі пару, подібну за розмірами та формою. Такі хромосоми називаються
гомологічними;
• правило індивідуальності — кожна пара гомологічних хромосом має свої особливості. Так, при порівнянні хромосомних наборів чоловічих та жіночих особин одного виду спостерігається відмінність в одній парі хромосом. Ця пара отримала назву статевих хромосом. Решта пар гомологічних пар хромосом, однакових в обох статей, мають загальну назву аутосоми; • правило наступності (неперервності) - завдяки здатності хромосом до подвоєння під час поділу клітини у наступних поколіннях клітин одного виду зберігається не лише стале число хромосом, а й їхні індивідуальні особливості.
Хромосомний набір буває диплоїдним, гаплоїдним, поліплоїдним. Гаплоїдний набір - це половинний набір, у якому всі хромосоми відрізняються одна від одної будовою (його умовно позначають 1n). Диплоїдний набір - це парний набір, у якому кожна хромосома має парну хромосому, подібну за будовою та розмірами (2n). Поліплоїдний набір - це набір хромосом, кратний гаплоїдному (3n, 4n, 5n тощо).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Складіть кросворд на 10 питань з теми: Геном. Хромосоми.
ТРАНСКРИПЦІЯ. ОСНОВНІ ТИПИ РНК
ПЛАН
1. ЕКСПРЕСІЯ ГЕНІВ
2. ТРАНСКРИПЦІЯ
3. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РНК
1.
Експресія генів - процеси використання спадкової інформації генів для синтезу функціональних продуктів — молекул РНК та білків.
Якщо кінцевим продуктом експресії генів є білок, то процес експресії називається біосинтезом білків, а ген - білковим. Інформація з таких генів переписується на іРНК, що переносить її до рибосом. На цих органелах у процесі трансляції синтезуються білки.
Якщо на генах ДНК відбувається синтез транспортних РНК, то це гени тРНК, якщо синтез рибосомальних РНК - то це гени рРНК. Біосинтез РНК називається транскрипцією. Таким чином, завдяки експресії генів у клітинах з’являються білки, іРНК, тРНК і рРНК.
Процес експресії генів властивий усім неклітинним формам життя та клітинним організмам, але першим для реалізації генетичної інформації потрібна клітина хазяїна.
Експресія генів активно регулюється і є основою росту й розвитку клітин та їхньої адаптації до умов навколишнього середовища. На реалізацію спадкової інформації впливають як внутрішні (гормони, фактори росту), так і зовнішні (температура, випромінювання, антибіотики)
Основою експресії генів є реакції матричного синтезу - це реакції синтезу нових молекул відповідно до плану, закладеного в структурі молекул, що вже існують.
2.
ТРАНСКРИПЦІЯ (від лат. transcriptio - переписування) - передача інформації про первинну структуру білка з молекули ДНК на іРНК, що відбувається на основі принципу комплементарності. Транскрипція каталізується ферментами РНК-полімеразами і здійснюється в ядрі, а в прокаріотичних клітинах - у нуклеоїді.
Рівень транскрипції генів чітко регулюється за допомогою спеціальних білків (фактори транскрипції) та малих молекул РНК (явище РНК-інтерференції). Ці впливи мають велике значення для адаптації організмів до змін умов середовища, процесів розвитку, клітинного циклу та комунікації клітин.
Процес транскрипції поділяється на 3 стадії.
- На початковій стадії транскрипції відбувається розплітання ДНК і зв’язування РНК-полімерази з промоторною послідовністю гена, що є сигналом для початку транскрипції.
- Наступною є стадія, під час якої нарощується ланцюг РНК, тобто відбувається послідовне приєднання рибонуклеотидів на основі принципу комплементарності.
- Кінцевою стадією транскрипції є стадія завершення зчитування інформації з ДНК на РНК при досягненні термінаторної послідовності гена. Результатом є утворення первинної РНК (проРНК)
Після транскрипції в клітинах еукаріотів відбувається дозрівання проРНК (процесинг). У результаті процесингу проРНК перетворюється на зрілу інформаційну РНК (іРНК), яка експортується з ядра до цитоплазми.
3.
У процесі транскрипції утворюються основні типи РНК - іРНК, тРНК, рРНК.
- Інформаційна (або матрична) РНК (іРНК, або мРНК) може міститься в цитоплазмі, ядрі, мітохондріях, хлоропластах, утворювати з рибосомами комплекс - полісому. Вміст іРНК у клітині - близько 5 %. Кількість нуклеотидів коливається від 300 до 30 000, що залежить від складності гена. Основні функції іРНК - перенесення генетичної інформації від ДНК до рибосом та безпосередня участь у синтезі білкових молекул
- Транспортні РНК (тРНК) становлять близько 15 % усієї РНК клітини. Ці молекули містяться в цитоплазмі, мітохондріях і хлоропластах, складаються з 70-90 рибонуклеотидів. Основна функція тРНК - перенесення амінокислот до рибосом, на яких відбувається синтез білкових молекул. Кожен вид тРНК є високо специфічним, тобто переносить тільки конкретну амінокислоту. Транспортна РНК має вторинну структуру, що підтримується водневими зв’язками і формою нагадує листок конюшини. Біля верхівки «листка» містяться три нуклеотиди, які відповідають певній амінокислоті за генетичним
кодом. Вони називаються антикодоном. А з протилежного боку, біля основи молекули тРНК, є ділянка, до якої приєднується амінокислот
- Рибосомні РНК (рРНК) входять до складу рибосом про- та еукаріотичних клітин. Молекули рРНК становлять до 80 % усієї РНК клітини, містять 3-5 тисяч нуклеотидів і разом з білками забезпечують певне розташування іРНК і тРНК під час синтезу білкової молекули.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Розгляньте ілюстрацію типів РНК. За допомогою таблиці й підручника порівняйте типи РНК і сформулюйте висновок.
|
Ознака |
іРНК |
тРНК |
рРНК |
|
Функція |
|
|
|
|
Вміст у клітині |
|
|
|
|
Розміри |
|
|
|
ВИСНОВОК:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________.
ГЕНЕТИЧНИЙ КОД. БІОСИНТЕЗ БІЛКА
ПЛАН
1. ГЕНЕТИЧНИЙ КОД
2. БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ
1.
ГЕНЕТИЧНИЙ КОД - система запису спадкової інформації про амінокислотний склад білків у молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовностей нуклеотидів. Ця послідовність визначає порядок розташування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі під час його синтезу.
Основними властивостями генетичного коду є:
• триплетність - кожна амінокислота кодується послідовністю з 3 нуклеотидів - триплетом;
• однозначність, або специфічність, - кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту;
• надмірність, або виродженість, - одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів (наприклад, лейцин кодується 6 триплетами), що підвищує надійність генетичного коду;
• безперервність - межі між триплетами не позначено, триплети йдуть один за одним. Проте слід мати на увазі, що між генами існують ділянки, які не несуть генетичної інформації (спейсери), і лише відокремлюють одні гени від інших. Окрім того, на початку гена розташовується старт-кодон (у ДНК - триплет ТАЦ, у РНК - АУГ), у кінці генів - один із трьох стоп-кодонів (у ДНК - АТТ, АТЦ, АЦТ, у РНК - УАА, УАГ, УГА). Старт-кодон - це триплет, що кодує амінокислоту метіонін (Мет*) і розпочинає утворення білка в процесі трансляції. Стоп-кодони (нонсенс-кодони) - це кодони, що сигналізують про завершення трансляції поліпептидного ланцюга;
• колінеарність - лінійній послідовності нуклеотидів відповідає лінійна послідовність амінокислот;
• універсальність - генетичний код єдиний для всіх організмів, які існують на Землі.
2.
БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ - сукупність процесів утворення молекул білків з амінокислот на основі інформації генів ДНК. Біосинтез білків є дуже складним процесом, потребує значних затрат енергії і відбувається за участі багатьох ферментів. Основними етапами біосинтезу білків є транскрипція й трансляція.
Транскрипція - переписування інформації про первинну структуру білка з молекули ДНК на молекулу попередника іРНК (про-іРНК), що здійснюється в цитоплазмі (у прокаріотів) або в ядрі (в еукаріотів). Під час утворення проіРНК одночасно відбувається її дозрівання (процесинг іРНК). Трансляція (лат. translatio — перенесення) - сукупність процесів перетворення спадкової інформації іРНК у білок первинної структури . Трансляція відбувається на рибосомах. З однією молекулою іРНК можуть водночас зв’язуватися кілька рибосом з утворенням полірибосоми (полісоми).
Біосинтез білків
РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ВПРАВ ІЗ ТРАНСКРИПЦІЇ ТА
ТРАНСЛЯЦІЇ
Мета: формуємо уміння розв’язувати елементарні вправи з молекулярної біології.
Що потрібно пам'ятати для розв'язування вправ
• Довжина нуклеотиду - 0,34 нм
• Відносна молекулярна маса нуклеотиду - 345 а. о. м.
• Відносна молекулярна маса амінокислоти - 100 а. о. м.
Таблиця генетичного коду РНК (у дужках - код ДНК)
|
Перша основа |
Друга основа |
Третя основа |
|||
|
У(А) |
Ц(Г) |
А(Т) |
Г(Ц) |
||
|
У(А) |
Фен |
Сер |
Тир |
Цис |
У(А) |
|
Фен |
Сер |
Тир |
Цис |
Ц(Г) |
|
|
Лей |
Сер |
Стоп |
Стоп |
А(Т) |
|
|
Лей |
Сер |
Стоп |
Три |
Г(Ц) |
|
|
Ц(Г) |
Лей |
Про |
Гіс |
Арг |
У(А) |
|
Лей |
Про |
Гіс |
Арг |
Ц(Г) |
|
|
Лей |
Про |
Глн |
Арг |
А(Т) |
|
|
Лей |
Про |
Глн |
Арг |
Г(Ц) |
|
|
А(Т) |
Іле |
Тре |
Асн |
Сер |
У(А) |
|
Іле |
Тре |
Асн |
Сер |
Ц(Г) |
|
|
Іле |
Тре |
Ліз |
Арг |
А(Т) |
|
|
Мет* |
Тре |
Ліз |
Арг |
Г(Ц) |
|
|
Г(Ц) |
Вал |
Ала |
Асп |
Глі |
У(А) |
|
Вал |
Ала |
Асп |
Глі |
Ц(Г) |
|
|
Вал |
Ала |
Глу |
Глі |
А(Т) |
|
|
Вал |
Ала |
Глу |
Глі |
Г(Ц) |
|
Вправа 1. За допомогою таблиці генетичного коду РНК визначте: а) амінокислоту, яка кодується триплетом ААА; б) триплети, які кодують амінокислоту лейцин (ЛЕЙ).
Вправа 2. Один з ланцюгів фрагмента ДНК має таку послідовність нуклеотидів: АГТ АЦЦ ГАТ ЦЦТ ЦГА ТТТ АЦГ. Визначте послідовність нуклеотидів іРНК.
Вправа 3. Визначте амінокислотний склад білка, який кодується іРНК такого складу: ЦЦГ ЦАЦ ЦУА ЦГУ.
Вправа 4. Фрагмент ланцюга іРНК складається з послідовно розташованих кодонів: АУГ УУГ УУЦ УГГ УАА. Які антикодони матимуть тРНК і з якими амінокислотами вони зв’язані?
Вправи для самостійного розв'язування
Вправа 5*. Відносна молекулярна маса білка - 50 000. Визначте довжину і масу гена, що кодує цей білок.
Вправа 6*. Молекулярна маса одного з ланцюгів ДНК - 119025 а. о. м. Визначте кількість мономерів білка та його відносну молекулярну масу.
Вправа 7*. Молекула про-іРНК складається з 900 нуклеотидів, причому на інтронні ділянки припадає 300 нуклеотидів. Яку кількість амінокислотних залишків містить білок?
Вправа 8*. Визначте молекулярну масу і довжину гена, якщо в ньому закодовано білок з молекулярною масою 28 000 а. о. м.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ________________________.
ПОДВОЄННЯ ДНК. РЕПАРАЦІЯ ПОШКОДЖЕНЬ ДНК
ПЛАН
1. САМОПОДВОЄННЯ ДНК
2. РЕПАРАЦІЯ ДНК
1.
Однією з унікальних й неповторних властивостей молекул ДНК є їхня здатність до самоподвоєння (реплікації).
Головними принципами реплікації є:
• комплементарність - до нуклеотидів кожного материнського ланцюга приєднуються вільні нуклеотиди на основі А = Т, а Г = Ц;
• напівконсервативність - кожна з двох дочірніх молекул ДНК одержує один ланцюг від материнської молекули, а другий - синтезується з нуклеотидів;
• антипаралельність - на одному ланцюзі синтез здійснюється в одному напрямку, а на іншому - в протилежному.
РЕПЛІКАЦІЯ ДНК (САМОПОДВОЄННЯ)
2.
РЕПАРАЦІЯ ДНК - сукупність процесів, за допомогою яких клітина знаходить і виправляє пошкодження молекул ДНК. Процес репарації ДНК можливий тому, що генетична інформація ДНК існує у двох копіях - по одній в кожному з двох ланцюгів ДНК. Через це випадкове пошкодження в одному з ланцюгів може бути видалене, і ушкоджена ділянка ланцюга буде відновлена за рахунок інформації іншого ланцюга.
Пошкодження ДНК у клітинах можуть виникати під дією різних чинників. Деякі з них є зовнішніми: ультрафіолетові та радіоактивні промені, температура, хімічні сполуки та ін. Але більш суттєвою є дія внутрішніх чинників. Це, по-перше, метаболізм клітини, в ході якого виникають вільні радикали, гідроген пероксид, вільний кисень тощо. По-друге, вода, що постійно гідролізує ДНК. І нарешті, помилки ферментів ДНК-полімераз.
Існує декілька видів репарації:
- світлова репарація, що здійснюється ферментом (ДНК-фотоліазою) і відновлює пошкоджені зв’язки між нуклеотидами.
- вирізальна репарація, яка запускає процес видалення пошкоджених одноланцюгових ділянок ДНК з 10-30 нуклеотидів і відновлення нормальної структури молекули.
- рекомбінаційна репарація, за якої фрагмент ДНК видаляється, і в цьому місці синтезується новий фрагмент.
Механізми репарації контролюються генами. Чим складнішою є клітина, тим більша кількість структурних й регуляторних генів беруть участь у репарації. Пошкодження цих генів можуть спричиняти мутації, провокувати загибель клітин або призводити до їхнього злоякісного переродження. Ефективність репарації ДНК залежить від багатьох чинників, зокрема типу клітини, її віку та оточення.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1.Яке значення має репарація ДНК?
2.Які наслідки порушення репарації в організмі?
3. Що спільного й відмінного між транскрипцією і реплікацією?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ _________.
ПОДІЛ КЛІТИН. КЛІТИННИЙ ЦИКЛ. МІТОЗ
ПЛАН
1. ПОДІЛ КЛІТИН
2. КЛІТИННИЙ ЦИКЛ
3. МІТОЗ
1.
ПОДІЛ КЛІТИН - сукупність процесів, унаслідок яких спадкова інформація клітини передається наступному поколінню клітин.
Поділ прокаріотичних клітин простіший, оскільки нуклеоїд містить лише одну кільцеву молекулу ДНК.
Ця «бактеріальна хромосома» перед поділом самоподвоюється. Під час цього процесу ущільнення «хромосоми» не відбувається. Потім обидві молекули ДНК прикріплюються до плазматичної мембрани і розподіляються. Далі відбуваються процеси поділу цитоплазми й утворення з однієї материнської двох дочірніх клітин. Таке самовідтворення клітин називається бінарним поділом, що відбувається дуже швидко.
Поділ еукаріотичних клітин ускладнений тим, що вони мають ядро з парним (диплоїдним) набором хромосом.
Основні типи поділу еукаріотичних клітин:
- Мітоз (від грец. mitos - нитка) - поділ, за якого з однієї материнської клітини утворюються дві дочірні клітини з таким самим набором хромосом. Цей тип поділу є основою росту, регенерації, нестатевого розмноження еукаріотів (рослин, грибів й тварин).
- Мейоз - поділ, за якого з однієї материнської клітини утворюються дочірні клітини з половинним (гаплоїдним) набором хромосом і видозміненою спадковою інформацією. Завдяки такому поділу виникають гамети, які забезпечують статеве розмноження багатьох еукаріотів.
2.
КЛІТИННИЙ ЦИКЛ - це період існування еукаріотичної клітини від одного поділу до іншого. Тривалість цього періоду є різною в різних клітин (наприклад, для лейкоцитів людини - 4-5 діб, для клітин кишкового епітелію - 8-10 год). Є клітини, що не здатні до поділу, і їхній клітинний цикл збігається з тривалістю їхнього життя (наприклад, нейрони, еритроцити людини, які живуть 100-120 днів). Тривалість клітинного циклу залежить від внутрішніх (наприклад, інтенсивність метаболізму, тип клітин тощо) та зовнішніх (наприклад, температура, поживні речовини, наявність кисню) чинників.
Основними етапами клітинного циклу є інтерфаза і мітоз.
Для більшості клітин багатоклітинних організмів кількість клітинних циклів обмежена. Вони запрограмовані на певну кількість поділів, після яких гинуть.
3. Інтерфаза (лат. inter - між, phasis - поява) - період між поділами клітини. Тривалість інтерфази зазвичай становить до 90 % часу всього клітинного циклу. Саме тоді відбуваються ріст клітин, подвоєння молекул ДНК (реплікація), синтез органічних сполук, розмноження мітохондрій, накопичення енергії АТФ.
Основною ознакою інтерфазних клітин є неущільнений (деконденсований) стан хроматину.
Інтерфаза складається з трьох етапів:
-передсинтетичного (G1-фаза),
-синтетичного (S-фаза) -постсинтетичного (G2-фаза).
Після інтерфази настає мітоз.
Мітотичний поділ рослинних клітин був відкритий у 1874 р. І. Д.
Чистяковим, а у тваринних клітинах його описали в 1878 р. В. Флемінг та П. І. Перемежко.
ОСНОВНІ ФАЗИ І ПРОЦЕСИ МІТОЗУ
|
Назва фази |
Основні процеси |
|
Профаза - конденсація хромосом |
1. Конденсація (ущільнення) двохроматидних хромосом. 2. Розходження центріолей до полюсів. 3. Зникнення ядерця. 4. Розпад ядерної оболонки. 5. Формування веретена поділу |
|
Метафаза - розташування хромосом на екваторі клітини |
Прикріплення коротких ниток веретена поділу до центромер і розташування двохроматидних хромосом на екваторі клітини в один ряд |
|
Анафаза - розходження хромосом |
Скорочення ниток веретена поділу і поділ центромер та розходження однохроматидних хромосом до полюсів |
|
Телофаза - деконденсація хромосом («профаза навпаки») |
1. Деконденсація однохроматидних хромосом. 2. Розташування центріолей біля ядра. 3. Формування ядерець. 4. Утворення ядерної оболонки. 5. Руйнування веретена поділу |
МІТОЗ
Біологічне значення мітозу: 1) забезпечує точний розподіл спадкового матеріалу між двома дочірніми клітинами; 2) забезпечує сталість каріотипу під час нестатевого розмноження; 3) лежить в основі нестатевого розмноження, регенерації, росту організмів.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Завдання на застосування знань
Завдання 1. Розпізнайте та назвіть зображені на ілюстрації фази клітинного циклу.
Завдання 2. Заповніть у робочому зошиті таблицю «Характеристика мітозу».
Завдання 3. Згрупуйте визначені ознаки і дайте власне формулювання мітозу.
ХАРАКТЕРИСТИКА МІТОЗУ
|
Ознака |
Характеристика |
|
1. Для яких клітин властивий? |
|
|
2. Кількість поділів |
|
|
3. Кількість клітин, утворених з материнської |
|
|
4. Набір хромосом у клітинах перед поділом |
|
|
5. Набір хромосом у клітинах після поділу |
|
|
6. Стан спадкової інформації у клітинах після поділу |
|
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ ___________________________________________________________.
МЕЙОЗ. РЕКОМБІНАЦІЯ ДНК
ПЛАН
1. МЕЙОЗ
2. РЕКОМБІНАЦІЯ ДНК
1.
Мейоз був уперше описаний у морських їжаків німецьким біологом О. Гертвігом (1849-1922) у 1876 р. А. Вайсману (1834-1914) належить пояснення біологічного значення мейозу.
МЕЙОЗ (від грец. мейозіз - зменшення) - це поділ еукаріотичних клітин, внаслідок якого утворюються дочірні клітини з удвічі меншим набором хромосом .
Мейоз є основою розмноження. У тварин унаслідок мейозу утворюються статеві клітини - гамети (гаметний мейоз), у вищих рослин - спори для безстатевого розмноження (споровий мейоз), а у грибів й нижчих рослин - клітини міцелію чи талому, що формуються із зиготи (зиготний мейоз). Якби в процесі мейозу число хромосом не зменшувалось, то в кожному наступному поколінні під час злиття яйцеклітини і сперматозоона кількість хромосом збільшувалася б удвічі.
Біологічне значення мейозу полягає в:
1) забезпеченні зміни спадкового матеріалу;
2) підтримці сталості каріотипу при статевому розмноженні;
3) утворенні гамет для статевого розмноження тварин;
4) формуванні спор для нестатевого розмноження вищих рослин;
5) відновленні пошкоджень ДНК.
ОСНОВНІ ПРОЦЕСИ МЕЙОЗУ
|
Назва фази |
Основні процеси |
|
І етап - РЕДУКЦІЙНИЙ ПОДІЛ, або МЕЙОЗ І |
|
|
Профаза І |
Фаза конденсації двохроматидних хромосом. Особливістю є кон'югація (злиття ділянок гомологічних хромосом) і кросинговер (обмін ділянками між гомологічними |
|
|
хромосомами), що забезпечують рекомбінацію ДНК |
|
Метафаза І |
Розташування двохроматидних хромосом на екваторі клітини в два ряди у вигляді тетрад (комплексів і двох двохроматидних хромосом) |
|
Анафаза І |
Розходження двохроматидних хромосом до полюсів клітин |
|
Телофаза І |
Деконденсація двохроматидних хромосом і формування двох клітин або лише ядер з гаплоїдним набором хромосом |
|
ІІ етап - ЕКВАЦІЙНИЙ, або МЕЙОЗ ІІ (інтерфази між поділами мейозу немає, оскільки реплікації ДНК не відбувається) |
|
|
Профаза ІІ |
Конденсація двохроматидних хромосом |
|
Метафаза ІІ |
Розташування двохроматидних хромосом на екваторі клітини |
|
Анафаза ІІ |
Розходження однохроматидних хромосом до полюсів клітин |
|
Телофаза ІІ |
Деконденсація однохроматидних хромосом |
МЕЙОЗ
2.
РЕКОМБІНАЦІЯ ДНК (генетична рекомбінація) - це перерозподіл генетичної інформації ДНК, що приводить до виникнення нових комбінацій генів. Під час рекомбінації ланцюжок ДНК розривається, а потім його фрагменти об’єднуються в іншому порядку. Цей процес є універсальним і спостерігається в про- і еукаріотичних клітинах. Серед процесів рекомбінації ДНК у живих організмів найчастіше виокремлюють гомологічну та негомологічну рекомбінації.
Гомологічна рекомбінація - це процес обміну нуклеотидними послідовностями між гомологічними хромосомами чи ланцюгами ДНК. Цей тип рекомбінації використовується клітинами для виправлення пошкоджень ДНК, створення нових комбінацій генів під час мейозу тощо. Найвідомішим прикладом гомологічної рекомбінації ДНК є обмін ділянками між парними хромосомами - кросинговер.
Негомологічна рекомбінація - це процес обміну нуклеотидними послідовностями між негомологічними хромосомами або ланцюгами ДНК. Прикладом такої рекомбінації є випадкове вбудовування вірусних чи бактеріальних фрагментів ДНК у ДНК клітини-хазяїна.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ Завдання на порівняння
Порівняйте мітоз і мейоз за планом та зробіть висновок про причини відмінностей (ПИСЬМОВО)
План порівняння
1. Кількість поділів.
2. Кількість утворених клітин з однієї.
3. Набір хромосом перед поділом у клітинах.
4. Набір хромосом у дочірніх клітинах.
5. Стан спадкової інформації у клітинах.
6. Біологічне значення.
СТАТЕВІ КЛІТИНИ ТА ЗАПЛІДНЕННЯ
ПЛАН
1. СТАТЕВІ КЛІТИНИ
2. ГАМЕТОГЕНЕЗ
3. ЗАПЛІДНЕННЯ
1.
СТАТЕВІ КЛІТИНИ, або гамети, - це клітини з гаплоїдним набором хромосом, які виконують функцію передачі спадкової інформації від особин батьківського покоління нащадкам під час статевого розмноження. Ці клітини утворюються в процесі мейозу і по його завершенні мають половинний набір хромосом та змінену генетичну інформацію.
Немає двох абсолютно подібних чоловічих чи жіночих гамет, що утворюються батьківськими організмами.
Чоловічі гамети називаються сперматозоонами. Це здебільшого рухливі клітини, які мають видовжену форму. Рух відбувається за допомогою одного чи декількох джгутиків або псевдоніжок (наприклад, у ракоподібних). Важливе значення при цьому має реотаксис - здатність рухатися проти течії. У частини рослин, тварин й грибів сперматозоони джгутиків не мають, тому їх називають сперміями.
Яйцеклітини - жіночі статеві клітини . Це здебільшого нерухливі, кулясті чи овальні клітини, що мають значно більші розміри, ніж соматичні клітини і сперматозоони. Так, діаметр яйцеклітини ссавців - 100-200 мкм, у оселедцевої акули сягає 22 см. Типові яйцеклітини мають поверхневий апарат, цитоплазму й ядро.Первинна (вітелінова) оболонка складається з глікопротеїдів, які допомагають сперматозоону потрапити до яйцеклітини та виконують бар’єрну функцію, забезпечуючи потрапляння сперматозоона лише відповідного виду. Під нею розташована плазматична мембрана, а далі кортикальний шар з гранулами. Коли сперматозоон потрапляє до яйцеклітини, речовини кортикальних гранул секретуються шляхом екзоцитозу на поверхню мембрани, змінюють стан первинної оболонки та роблять яйцеклітину непроникною для інших сперматозоонів. Цитоплазма яйцеклітини називається овоплазмою і містить велику кількість поживних речовин (жовток), захисних сполук, багато мітохондрій, рибосом, розвинуту ЕПС. Ядро має гаплоїдний набір хромосом.
2.
Гаметогенез - процес утворення і дозрівання статевих клітин, який відбувається в статевих залозах. Розвиток гамет у багатоклітинних тварин відбувається в статевих залозах - гонадах, у рослин і грибів - у гаметангіях. Основні стадії гаметогенезу такі.
І. Стадія розмноження - клітини-попередники (овогонії й сперматогонії) розмножуються шляхом мітозу, і їхня кількість збільшується.
II. Стадія росту - утворені овогонії й сперматогонії ростуть і стають сперматоцитами і овоцитами І порядку.
III. Стадія дозрівання - овоцити й сперматоцити діляться шляхом мейозу. Після першого поділу мейозу утворюються сперматоцити й овоцити II порядку, а після другого поділу мейозу - сперматиди та овотиди. Сперматогенез - процес утворення й дозрівання чоловічих гамет. Особливостями сперматогенезу є: 1) на стадії дозрівання з одного сперматоцита І порядку утворюються 4 однакові гаплоїдні клітинисперматиди; 2) на стадії формування, що характерна лише для сперматогенезу, сперматиди змінюються: з кулястих клітин формуються видовжені сперматозоони, що мають головку, шийку й хвіст.
Овогенез - процес утворення й дозрівання жіночих гамет. Особливостями овогенезу є: 1) відбувається в три стадії: розмноження, ріст й дозрівання; 2) на стадії дозрівання з одного овоцита І порядку утворюються 4 неоднакові гаплоїдні клітини: одна велика яйцеклітина і три дрібні полярні тільця. Дозрівання яйцеклітини завершується вже після запліднення, а полярні тільця зникають .
3.
ЗАПЛІДНЕННЯ - процес злиття чоловічої та жіночої статевих клітин з утворенням зиготи, яка дає початок новому організму. Тільки в 1875 р. було доведено, що основою процесу запліднення є злиття ядер однієї жіночої і однієї чоловічої статевих клітин, і тим самим об’єднання їхніх хромосом. Внаслідок об’єднання гаплоїдних наборів хромосом відновлюється їх диплоїдне число.
|
Форма запліднення |
|
|
Зовнішнє запліднення (злиття гамет відбувається поза організмом у воді) |
Внутрішнє запліднення (гамети зливаються в організмі, без участі води) |
|
У тварин (ракоподібні, кісткові риби, земноводні) У рослин (водорості, вищі спорові рослини) |
У тварин (плоскі й круглі черви, павукоподібні, комахи, плазуни, птахи, ссавці) У рослин (голо- й покритонасінні) |
Біологічне значення запліднення полягає в тому, що:
1) відновлюється хромосомний набір, притаманний даному виду;
2) спостерігається збільшення спадкового різноманіття, оскільки нащадки поєднують у собі ознаки як материнського, так і батьківського організмів.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
За допомогою таблиці порівняйте чоловічі та жіночі гамети і поясніть причини подібності й відмінностей.
ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЯЙЦЕКЛІТИН І
СПЕРМАТОЗООНІВ
|
Особливості |
Яйцеклітини |
Сперматозоони |
|
Набір хромосом |
|
|
|
Особливості будови |
|
|
|
Де утворюються? |
|
|
|
Розміри |
|
|
|
Форма |
|
|
|
Поживні речовини |
|
|
|
Здатність до руху |
|
|
|
Функції |
|
|
ЗАКОНОМІРНОСТІ ІНДИВІДУАЛЬНОГО РОЗВИТКУ
ПЛАН
1. ЗАКОНОМІРНОСТІ ОНТОГЕНЕЗУ ТА ЙОГО ОСНОВНІ ПРОЦЕСИ
2. РЕГУЛЯЦІЯ ОНТОГЕНЕЗУ
1.
ОНТОГЕНЕЗ (від грец. онтос - те, що існує; генезіс - походження) - це індивідуальний розвиток особини від її зародження до смерті. Термін
«онтогенез» ввів у науку німецький природодослідник Е. Геккель ще в 1866 р.
Онтогенез різних організмів має й загальні спільні закономірності:
1. Запрограмованість онтогенезу. Програма індивідуального розвитку - це закодована в генах спадкова інформація, що реалізується у взаємодії з чинниками середовища.
2. Нерівномірність процесів онтогенезу. Процеси онтогенезу (ріст, диференціація, розмноження, регенерація, старіння) здійснюються з різною інтенсивністю в різні періоди й стадії розвитку особин. Наприклад, швидкість росту вища на початку онтогенезу, з віком спостерігається зниження адаптаційних можливостей та життєздатності організму.
3. Незворотність онтогенезу. Під час реалізації генетичної програми повернення до попередніх стадій онтогенезу неможливе. Хоча науковці описали вид медузи турітопсіс (Turritopsis dohrnii), яка унікальна тим, що демонструє певну форму безсмертя. Це єдиний відомий екземпляр серед тварин, який здатний після досягнення статевої зрілості повністю повертатись до статевонезрілої колоніальної стадії розвитку.
4. Періодичність онтогенезу. Основними періодами онтогенезу організмів є ембріональний (зародковий) та постембріональний (післязародковий).
Онтогенез - одне із найдивовижніших біологічних явищ, що відбувається завдяки росту й диференціації.
Ріст - процес, що забезпечує збільшення маси, розмірів, об’єму клітин завдяки переважанню процесів анаболізму. У одноклітинних організмів ріст здійснюється в інтерфазі й пов’язаний зі збільшенням клітини. Онтогенез багатоклітинних організмів окрім росту клітин супроводжується збільшенням ще й їх кількості.
Ріст буває обмеженим і необмеженим.
Обмеженим є ріст особини до певних розмірів, зазвичай за настання статевої зрілості.
У разі необмеженого росту особини збільшуються впродовж усього життя.
Залежно від будови покривів тіла, особливостей розвитку та умов довкілля ріст буває безперервним або періодичним.
За безперервного росту особина поступово збільшується, доки не досягає певних розмірів або не вмирає.
Періодичний ріст відбувається, коли періоди збільшення розмірів чергуються з періодами припинення росту.
Диференціація - процес виникнення відмінностей у будові та функціях клітин, тканин та органів під час онтогенезу. Іншими словами - це утворення різних клітин з початково однорідних клітин. Генетичний матеріал клітин при цьому залишається незмінним.
Відбувається переважно в ембріогенезі, а також в постембріогенезі завдяки стовбуровим клітинам у тварин та ініціальним клітинам у вищих рослин. Для упорядкованості росту й диференціації різних клітин у багатоклітинному організмі мають місце процеси інтеграції.
Інтеграція клітин - це процес поєднання клітин у постійні чи тимчасові клітинні комплекси для виконання певних функцій. У такій системі першочергову роль відіграють міжклітинні контакти. Завдяки інтеграції проявляються властивості біологічних систем, що є ефектом взаємодії клітин.
В індивідуальному розвитку організмів мають місце й інші важливі процеси, як-то міграції клітин, сортування й склеювання (адгезія) клітин, процес запрограмованої загибелі клітин (апоптоз), регенерація та ін.
3.
Індивідуальний розвиток організмів здійснюється шляхом вибіркової діяльності певних генів у відповідному місці й у відповідний час.
Центральною гіпотезою біології розвитку є гіпотеза диференціальної активності генів (або диференціальної експресії генів), яка полягає у тому, що диференціація клітин відбувається без змін генотипу. Основними механізмами, які зумовлюють вибіркову роботу генів, у результаті чого виникають відмінності між клітинами, є регуляція на рівнях: а) транскрипції; б) дозрівання РНК; в) трансляції; г) післятрансляційної модифікації білків.
На різних етапах онтогенезу активність генів залежить як від внутрішніх, так і від зовнішніх чинників. На початкових етапах розвитку між клітинами, що утворюються із зиготи, виникають відмінності в складі цитоплазми, пов’язані з різною кількістю жовткових включень та органел.
На пізніших етапах ембріонального розвитку вступає в дію ембріональна індукція. Це взаємодія між частинами зародка, завдяки чому одна із них визначає напрям розвитку сусідньої. Ембріональна індукція здійснюється в разі безпосереднього контакту клітин між собою.
На всіх етапах розвитку організмів велике значення має регуляція онтогенезу за допомогою гормонів.
Крім того, на всіх етапах онтогенезу значний вплив на розвиток організмів мають чинники зовнішнього середовища (наприклад, зміни температури, їжа, надходження кисню тощо).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Які основні завдання та досягнення біології розвитку?
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________ ПЕРІОДИ ОНТОГЕНЕЗУ В БАГАТОКЛІТИННИХ ОРГАНІЗМІВ ПЛАН
1. ЕМБРІОНАЛЬНИЙ РОЗВИТОК 2. ПОСТЕМБРІОНАЛЬНИЙ РОЗВИТОК
1.
ЕМБРІОГЕНЕЗ (від грец. ембріо - зародок і генезіс - походження) - це період онтогенезу від зиготи до народження. загальними процесами ембріогенезу рослин і тварин є мітотичні поділи зиготи, диференціація клітин, утворення тканин (гістогенез) й органів (органогенез) та ін. Всі ці процеси здійснюються під контролем генів.
Ембріогенез рослин має такі етапи: 1) утворення із зиготи зародкової твірної тканини; 2) утворення зародкових органів - корінця й пагінця; 3) формування насінини. Реалізація спадкової інформації зиготи на початкових етапах відбувається в маточці квітки. Результатом ембріогенезу у квіткових рослин є насінина, що містить зародок та запас поживних речовин. Утворення постійних тканин та органів рослини відбуватиметься вже після проростання.
Ембріогенез тварин відбувається в яйці або всередині материнського організму і складається з етапів дроблення, гаструляції та органогенезу.
Дроблення - ряд послідовних мітотичних поділів зиготи, що закінчуються утворенням одношарової стадії - бластули. Основним клітинним механізмом розвитку на цьому етапі є поділ клітин, що відбувається дуже швидко.
Кількість клітин-бластомерів збільшується внаслідок мітозу, але росту немає. Гаструляція — це процес формування дво- або тришарового зародка - гаструли. Ріст клітин під час гаструляції не відбувається. Основними проявами поведінки клітин є переміщення (міграція) клітин, завдяки чому утворюються зародкові листки: зовнішній шар - ектодерма, внутрішній - ентодерма та середній - мезодерма.
Гістогенез й органогенез - утворення тканин та органів - здійснюються завдяки мітозу, росту, міграціям й диференціації клітин. У зародка тварин із зародкових листків формуються епітеліальні, сполучні, м’язові та нервова тканини, які утворюють органи.
Етапи ембріогенезу тварин
2.
ПОСТЕМБРІОГЕНЕЗ (від лат. post - після і грец. ембріо - зародок) — це післязародковий період, що триває від народження до загибелі. У постембріогенезі організми починають самостійний спосіб життя, посилюється вплив чинників середовища.
Основними проявами клітинної активності постембріогенезу є поділ, ріст, старіння, загибель клітин, регенерація тканин й органів.
У постембріогенезі в більшості організмів відбуваються статеве дозрівання, розмноження, а потім старіння і смерть.
Постембріогенез рослин (на прикладі покритонасінних) має такі етапи:
-етап проростка (від проростання до формування перших зелених листків),
-етап молодості (від появи перших зелених листків до цвітіння),
-етап зрілості (від першого цвітіння до втрати здатності до розмноження насінням),
-етап старіння (від закінчення останнього плодоношення до загибелі) -смерть.
Утворення рослинних тканин та органів відбувається після проростання насінини. У постембріогенезі рослин беруть участь ініціальні клітини твірних тканин, які постійно діляться. Першим із зародкового корінця формується корінь рослини, а потім пагін.
Постембріогенез тварин (на прикладі хордових) має такі етапи:
-нестатевозрілий етап (від народження до статевого дозрівання),
-етап статевого дозрівання (період появи здатності до статевого розмноження),
-етап статевої зрілості (збігається зі здатністю до статевого розмноження), -етап старіння (від втрати здатності до статевого розмноження і до загибелі) -смерть.
Тканини й органи народженого організму закладено в ембріогенезі, а в постембріогенезі вони ростуть і поновлюються. Відновлення пошкоджень та заміна клітин відбуваються завдяки регенерації й стовбуровим клітинам.
За особливостями перетворень постембріогенез тварин може бути прямим і непрямим.
Прямий розвиток - це розвиток, за якого щойно народжена тварина загалом нагадує дорослу (ссавці, плазуни, птахи, хрящові риби, павуки). Біологічне значення полягає в тому, що зменшується вразливість народженої тварини в середовищі життя.
Непрямий розвиток - це розвиток, за якого утворюється личинка, яка перетворюється на дорослу особину безпосередньо або через перетворення . Біологічне значення непрямого розвитку полягає в здійсненні таких функцій: а) живильної; б) раціонального використання ресурсів; в) розселення; г) зараження хазяїв. Різновидами непрямого розвитку є:
• непрямий розвиток з повним перетворенням - це розвиток личинки, що супроводжується перебудовою всіх її органів (твердо-, луско-, дво-, перетинчастокрилі, блохи, кісткові риби, амфібії);
• непрямий розвиток з неповним перетворенням - це розвиток личинки, в якої перетворення зачіпають окремі органи (прямокрилі, таргани, клопи).
Стовбурові клітини є в усіх багатоклітинних організмів. Для цих клітин властивий поділ, за якого одна дочірня клітина залишається стовбуровою, а інша - стає клітиною-попередником для інших типів клітин. Існують дві категорії стовбурових клітин: - ембріональні стовбурові клітини, що походять безпосередньо від бластомерів, та - стовбурові клітини дорослого організму, що містяться у зрілих тканинах.
У зародків ембріональні стовбурові клітини диференціюються в ембріональні тканини. Стовбурові клітини дорослого організму діють як репаративна система, підтримуючи потрібну кількість спеціалізованих клітин.
За здатністю до диференціації стовбурові клітини поділяють на тотипотентні, плюрипотентні та уніпотентні.
Тотипотентні клітини здатні давати початок усім тканинам тіла і цілому організму, плюрипотентні — можуть диференціюватись у будь-який із типів клітин дорослого організму, але новий організм з них утворитися вже не може, а уніпотентні здатні розвиватися в клітини лише одного типу. Тотипотентними є лише зигота та бластомери до стадії морули включно (стадія дроблення з 32 бластомерів).
Диференціація стовбурових клітин
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
|
Онтогенез рослин |
Онтогенез тварин |
|
ЕМБРІОНАЛЬНИЙ ПЕРІОД (ЕМБРІОГЕНЕЗ) |
|
|
1.
|
1. |
|
2.
|
2. |
|
3.
|
3. |
|
ПОСТЕМБРІОНАЛЬНИЙ ПЕРІОД (ПОСТЕМБРІОГЕНЕЗ) |
|
|
1.
|
1. |
|
2.
|
2. |
|
3.
|
3. |
|
4.
|
4. |
|
5.
|
5. |
За допомогою таблиці «Порівняльна характеристика періодів та етапів онтогенезу рослин і тварин» порівняйте послідовність періодів та етапів онтогенезу рослин і тварин. Визначте подібність і відмінності.
Тема 5. ЗАКОНОМІРНОСТІ УСПАДКУВАННЯ ОЗНАК
ГЕНЕТИКА. МЕТОДИ ГЕНЕТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
ПЛАН
1. ГЕНЕТИКА
2. МЕТОДИ ГЕНЕТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
3. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ГЕНЕТИКИ
1.
ГЕНЕТИКА (від грец. генетіс - походження) - наука про закономірності спадковості та мінливості організмів. Датою народження генетики вважається 1900 р., коли ботаніки - голландський - Хуго де Фріз (1845-1935), німецький - Карл Корренс (1864-1933) та австрійський - Еріх Чермак (18711962), незалежно один від одного, підтвердили закономірності спадковості, встановлені Г. Менделем.
Завдання сучасної генетики пов’язані з її основними розділами:
• вивчення генетичних основ селекції для виведення нових порід тварин, сортів рослин та штамів мікроорганізмів (селекційна генетика);
• вивчення спадкових захворювань людини і тварин для їхньої профілактики і лікування (медична генетика);
• вивчення впливу радіації на спадковість і мінливість організмів для запобігання шкідливим мутаціям (радіаційна генетика);
• вивчення генетичної структури і динаміки популяцій для з’ясування закономірностей еволюції організмів (популяційна генетика);
• вивчення молекулярних основ спадковості для розвитку генетичної інженерії (молекулярна генетика);
• вивчення особливостей спадковості та мінливості у популяціях людей (генетика людини).
2.
Гібридологічний метод - схрещування організмів та оцінювання прояву ознак у гібридів. Нащадків, одержаних від такого схрещування, називають гібридами (від лат. hibrida - помісь).
Генеалогічний метод - вивчення родоводів організмів для визначення характеру успадкування ознак. За його допомогою встановлюють генотип особин і визначають ймовірність прояву станів ознаки в нащадків. Цитогенетичні методи - методи дослідження особливостей каріотипу організмів. Вивчення каріотипу дає змогу виявляти мутації, пов’язані зі зміною кількості хромосом і структури окремих із них.
Біохімічні методи використовують для вивчення спадкових захворювань, пов’язаних з обміном речовин. За їхньою допомогою виявляють спадкові порушення (наприклад, цукровий діабет, фенілкетонурію), зумовлені генними мутаціями.
Близнюковий метод застосовують для вивчення ролі середовища і генотипу у формуванні фенотипу особин. Особливе значення мають дослідження монозиготних (однояйцевих) близнят, які мають однакові генотипи. Популяційно-статистичний метод - вивчення закономірностей спадковості й мінливості на рівні популяцій. Цей метод дає можливість вивчати частоти зустрічальності алелей й генотипів у популяціях організмів.
Методи генетичної інженерії - це особлива група методів, за допомогою яких вивчають переміщення, перебудову, сполучення генів і зміну спадковості. До цієї групи належать методи генної інженерії (наприклад, метод штучного синтезу генів поза організмом), методи клітинної інженерії (наприклад, метод гібридизації соматичних клітин) та ін.
3.
Спадковість - здатність живих організмів передавати генетичну інформацію про свої ознаки й особливості індивідуального розвитку нащадкам.
Мінливість - здатність живих організмів набувати нових ознак і їхніх станів у процесі індивідуального розвитку.
Ген є ділянкою молекули нуклеїнової кислоти, що кодує інформацію про білок чи РНК та визначає ознаки організмів.
Кожний ген розташований у певній хромосомі, де займає визначене місце - локус (від лат. locus - ділянка).
Алелі (від грец. алелон - взаємний), або алельні гени, - стани гена, що визначають прояви ознаки і розташовані в однакових ділянках гомологічних хромосом.
Алельні гени можуть бути домінантними (алелі, які в присутності іншого завжди проявляються у формі стану ознаки) і рецесивними (алелі, які пригнічуються в присутності домінантних і не проявляються станом ознаки).
Гомозигота - це клітина тіла або особина, гомологічні хромосоми якої містять однакові алелі певного гена.
Гетерозигота - це клітина тіла або особина, гомологічні хромосоми якої містять різні алелі певного гена.
Генотип - сукупність усіх генів організму, які одержані від батьків.
Фенотип - сукупність ознак і властивостей організму, які є результатом взаємодії генотипу з умовами зовнішнього середовища.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Символ - умовний знак, який позначає іншу сутність. Знаком може бути зображення, слово, число, що заміняє інше поняття. За допомогою додаткової літератури визначте сутність символів генетики.
ЗАКОНИ МЕНДЕЛЯ. ДОМІНУВАННЯ ОЗНАК. РОЗЩЕПЛЕННЯ
ОЗНАК
ПЛАН
1. ДОМІНУВАННЯ ОЗНАК
2. РОЗЩЕПЛЕННЯ ОЗНАК
3. ЗАКОН ЧИСТОТИ ГАМЕТ
1.
Свої дослідження Г. Мендель розпочав з моногібридного схрещування, за якого батьківські особини різняться проявами однієї ознаки. Було взято рослини чистих ліній із жовтим й зеленим забарвленням насіння.
У першому поколінні нащадків усі горошини завжди були лише жовтого кольору. Явище переважання в гібридів першого покоління проявів ознаки одного з батьків Мендель назвав домінуванням ознак (від лат. dominantus - панування), прояв ознаки в гібридів першого покоління - домінантним, а той, що не проявився, - рецесивним (від лат. recessus - відступ).
Одноманітність першого гібридного покоління та виявлення в гібридів лише домінантного прояву ознаки в сучасній генетиці називається першим законом Менделя, або законом одноманітності гібридів першого покоління
2.
Розщеплення ознак - явище появи обох проявів ознаки у гібридів другого покоління (F2), отриманих від схрещування гетерозиготних особин. Так, у дослідах Менделя із 8 023 жовтих насінин гороху, отриманих у другому поколінні, було 6 022 жовтих і 2 001 зелених. Узагальнюючи фактичний матеріал, Мендель дійшов висновку, що у другому поколінні 75 % особин мають домінантний прояв ознаки, а 25 % - рецесивний (розщеплення 3 : 1).
Ця закономірність отримала назву другого закону Менделя, або закону розщеплення .
3.
Поява серед нащадків особин з рецесивним проявом ознак дала можливість Менделю зробити висновок про те, що «спадкові задатки» можуть пригнічуватись, але не зникати. Оскільки передача прояву ознак здійснюється через гамети, то було сформульовано гіпотезу чистоти гамет. Пізніше ця гіпотеза отримала цитологічне пояснення, і в 1902 р. англійський генетик У. Бетсон сформулював закон чистоти гамет: в гібридного (гетерозиготного) організму гамети є «чистими».
В локусах гомологічних хромосом містяться алелі гена. Якщо це гетерозиготна особина, то в одній із гомологічних хромосом міститься домінантний алель, у другій - рецесивний. У разі утворення статевих клітин відбувається мейоз, і в кожну з гамет потрапляє гаплоїдний набір хромосом. Гамети мають лише одну хромосому з кожної пари гомологічних хромосом і, відповідно, лише один ген з кожної пари алельних генів, тобто гамети є чистими.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
СКЛАДАННЯ СХЕМ МОНОГІБРИДНОГО СХРЕЩУВАННЯ
Мета: закріплюємо знання І та ІІ законів Менделя; формуємо уміння складати схеми моногібридного схрещування особин.
Для складання схем схрещування за умовами генетичних задач слід користуватись таким алгоритмом:
• визначення кількості ознак, що аналізуються;
• визначення проявів названих ознак (домінантних, рецесивних, проміжних);
• визначення типу схрещування;
• аналіз фенотипів, описаних у задачі, запис генотипів батьківських особин;
• визначення і запис можливих варіантів схрещування;
• відтворення схеми схрещування; • запис відповіді.
Зразок складання схеми схрещування
Вправа. У людини карий колір очей домінує над блакитним. Гомозиготний кароокий чоловік одружився з блакитноокою жінкою. Який колір очей матимуть їхні діти?
Відповідь: всі діти матимуть карий колір очей.
Вправи для самостійної роботи
Вправа 1. У томатів червоний колір домінує над жовтим. Запишіть схему схрещування і визначте, яких нащадків можна очікувати від схрещування:
Варіант І: а) Aa х Aa; б) AA х Aa.
Варіант ІІ: а) aa х AA; б) Aa х aa.
Вправа 2. У дрозофіли сірий колір тіла домінує над чорним. Схрещуються сірі та чорні особини. Які генотипи батьківських особин, якщо від цього схрещування...
Варіант І: ...половина потомків мала сіре забарвлення, половина - чорне?
Варіант ІІ: ...усі нащадки мають сіре забарвлення?
Вправа 3. У норок коричневе забарвлення хутра визначається домінантним алелем, сіре - рецесивним. Визначте генотипи нащадків від схрещування:
Варіант І: сірого самця з коричневою гетерозиготною самкою;
Варіант ІІ: коричневого гомозиготного самця із сірою самкою.
Вправа 4. У морської свинки хвиляста шерсть домінує над гладкою. Запишіть генотипи всіх тварин у таких схрещуваннях:
Варіант І: з хвилястою шерстю х з гладкою шерстю = усі нащадки з хвилястою шерстю.
Варіант ІІ: з хвилястою шерстю х з гладкою шерстю = розщеплення 1 : 1.
Вправа 5. У людини низький зріст домінує над високим. Батьки низького зросту і гетерозиготні за цією ознакою. Яка вірогідність народження...
Варіант І. ...дітей високого зросту?
Варіант ІІ. ...дітей низького зросту?
Вправа 6. У томатів алель нормальної висоти стебла домінує над алелем карликовості. Яке співвідношення генотипів буде в поколінні від схрещування...
Варіант І. ...гетерозиготної рослини з рецесивною гомозиготою?
Варіант ІІ. ...гомозиготної карликової рослини з гомозиготною високою рослиною?
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ ________________________________________
ЗАКОНИ МЕНДЕЛЯ. НЕЗАЛЕЖНЕ УСПАДКУВАННЯ ОЗНАК
ПЛАН
1. ДИГІБРИДНЕ СХРЕЩУВАННЯ 2. АНАЛІЗУЮЧЕ СХРЕЩУВАННЯ
1.
Дигібридне схрещування - це схрещування батьківських особин, які різняться проявами двох ознак. Для вивчення того, як успадковуються дві ознаки, Г. Мендель обрав забарвлення насінин гороху та форму горошин .
Колір насіння гороху, як ви вже знаєте, має два прояви - домінантний жовтий і рецесивний зелений. Форма насінин буває гладенькою (домінантний прояв) та зморшкуватою (рецесивний прояв).
Після серії дослідів виявилося, що серед них спостерігаються чотири групи в співвідношенні 9 : 3 : 3 : 1.
Щоб пояснити ці результати, Г. Мендель простежив успадкування різних проявів кожної ознаки окремо. Співвідношення насіння різного кольору гібридів другого покоління було таким: 12 частин насіння мало жовтий колір, а 4 - зелений, тобто розщеплення за ознакою кольору, як і в разі моногібридного схрещування, становило 3 : 1. Подібне спостерігали і під час розщеплення за ознакою структури поверхні насіння: 12 частин насіння мало гладеньку поверхню, а 4 - зморшкувату. Тобто розщеплення за ознакою структури поверхні насіння також було 3 : 1.
Ця закономірність отримала назву третього закону Менделя, або закону незалежного успадкування (закон незалежного комбінування ознак).
ЗАКОН НЕЗАЛЕЖНОГО УСПАДКУВАННЯ ОЗНАК формулюється так: кожна пара ознак успадковується незалежно від інших ознак.
Дигібридне схрещування гороху посівного
Генетична схема дигібридного схрещування
Співвідношення за генотипом (1 + 2 + 1)2 :
1ААВВ : 2АаВВ : 1ааВВ
2ААВb : 4АаВb : 2ааВb
1ААbb : 2Ааbb : 1aabb
Співвідношення за фенотипом (3 + 1)2:
9А-В- : 3А-bb : 3 ааВ- : 1aabb
|
|
|
АВ |
Ab |
аВ |
аb |
|
|
АВ |
ААВВ |
ААВb |
АаВВ |
АаВb |
|
F 2 |
Аb |
ААВb |
ААbb |
АаВb |
Ааbb |
|
|
аВ |
АаВВ |
АаВb |
ааВВ |
ааВb |
|
|
аb |
АаВb |
Ааbb |
ааВb |
ааbb |
Отже, за дигібридного схрещування різноманітність нащадків досягається різноманітністю гамет і комбінацій гамет, що виникають унаслідок
випадкового й незалежного розходження гомологічних хромосом.
3.
Аналізуюче схрещування - це схрещування гібрида з невідомим генотипом
(або АА, або Аа) з рецесивною гомозиготою, генотип якої завжди (аа)
Схема аналізуючого схрещування
I варіант. Якщо під час схрещування особини з домінантною ознакою (А-) з рецесивною гомозиготною (аа) особиною усе потомство виявиться одноманітним, значить аналізована особина з домінантною ознакою гомозиготна (АА).
II варіант. Якщо під час схрещування особини з домінантною ознакою (А-) з рецесивною гомозиготою (аа) отримане потомство дає розщеплення 1 : 1, то досліджувана особина з домінантною ознакою гетерозиготна (Аа).
Аналізуюче схрещування дає змогу визначити генотип гібридів, типи гамет та їх співвідношення.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
СКЛАДАННЯ СХЕМ ДИГІБРИДНОГО СХРЕЩУВАННЯ
Мета: закріплюємо знання ІІІ закону Менделя; формуємо уміння складати схеми схрещування особин.
Розв'язування вправ
Вправа 1. Які типи гамет утворюють організми з такими генотипами: а) ААВВ; б) АаВВ; в) ааВВ; г) ААВb; д) Ааbb; е) АаВb?
Вправа 2. У томатів нормальна висота (А) і червоний колір плодів (В) - домінантні ознаки, а карликовість і жовтоплідність - рецесивні. Які плоди будуть у рослин, отриманих унаслідок схрещування: а) ААbb х ааВВ; б) АаВb х Ааbb; в) АаВb х ааbb? Вправа 3. У людини кароокість і наявність ластовиння - домінантні ознаки. Кароокий без ластовиння чоловік одружується з блакитноокою жінкою, в якої є ластовиння. Визначте, якими в них будуть діти, якщо чоловік гетерозиготний за ознакою кароокості, а жінка гетерозиготна за ознакою ластовиння.
Вправа 4. У гарбуза біле забарвлення плодів домінує над жовтим, а кругла форма - над видовженою. Яким буде розщеплення за фенотипом при дигібридному схрещуванні батьківських особин з генотипами АаВВ х ааВb?
Вправа 5. Довгошерстого чорного самця морської свинки схрестили з чорною короткошерстою самкою. Отримано 15 свинок з короткою чорною шерстю, 13 - з довгою чорною, 4 - з короткою білою, 5 - з довгою білою. Визначте генотипи батьків, якщо чорна і довга шерсть є домінуючими проявами ознак.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ________________________________________
ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ
ПЛАН
1. ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ
2. ВЗАЄМОДІЯ АЛЕЛЬНИХ ГЕНІВ 3. ВЗАЄМОДІЯ НЕАЛЕЛЬНИХ ГЕНІВ
1.
Під взаємодією генів розуміють не взаємовпливи генів на активність один одного (цю функцію здійснюють регуляторні гени), а їхню спільну участь у формуванні ознаки. Молекулярні механізми взаємодії генів полягають в тому, що розвиток будь-яких ознак у організмів є наслідком складної взаємодії між функціональними продуктами діяльності генів - білками та РНК. Ці сполуки беруть участь в одних і тих самих клітинних біохімічних процесах, що впливають на формування ознаки. Таким чином, взаємодія генів - це взаємодія їхніх продуктів діяльності в цитоплазмі клітин.
Генотип особин є цілісною системою, хоча і складається з окремих генів. У цій історично сформованій системі виокремлюють два основні типи взаємодії генів: взаємодію алельних та взаємодію неалельних генів.
|
Види взаємодії генів |
|
|
Взаємодія алельних генів |
Взаємодія неалельних генів |
|
Повне домінування Неповне домінування Множинний алелізм |
Комплементарність Полімерія Множинна дія генів |
ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ - взаємовпливи алельних генів за участі функціональних продуктів, особливості яких і визначають різні види успадкування ознак.
2.
Взаємодія алельних генів - це взаємовпливи генів, які займають подібні локуси в гомологічних хромосомах.
Основною формою взаємодії алельних генів є повне домінування, яке вперше описано Г. Менделем. Повне домінування - це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму (Аа) домінантний алель (А) повністю пригнічує дію рецесивного (а). В результаті такого впливу в гетерозигот спостерігається домінантний прояв ознаки.
Неповне домінування - це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму (Аа) домінантний алель (А) не повністю пригнічує рецесивний алель (а), внаслідок чого проявляється проміжний стан ознаки. За неповного домінування розщеплення за генотипом й фенотипом збігається і становить 1 : 2 : 1
Множинний алелізм - це явище, за якого ознака в популяції визначається не двома, а декількома алелями. Множинні алелі виникають внаслідок мутації одного гена в різних особин. Початковий нормальний стан гена позначається як «дикий тип». Так, у людини три алельні гени (їх позначають і0, ІА, ІВ) в різних поєднаннях визначають 4 групи крові за системою АВ0 . Серії множинних алелей визначають також забарвлення хутра у лисиць, кроликів, гвінейських свинок, кішок, забарвлення очей у дрозофіли та ін.
3.
Взаємодія неалельних генів - це взаємовпливи генів, що розташовані в різних неідентичних ділянках гомологічних хромосом.
Комплементарність — це форма взаємодії декількох домінантних неалельних генів, які разом визначають розвиток нового прояву ознаки. За цього виду взаємодії ознака буде розвиватися внаслідок взаємодії білків, утворених під контролем двох неалельних генів.
Полімерія - це форма взаємодії неалельних генів, за якої декілька домінантних неалельних генів впливають на ступінь розвитку ознаки. Неалельні гени, що одночасно діють на формування однієї і тієї самої ознаки, називають полімерними.
Множинна дія генів (плейотропія) - це явище впливу одного гена на прояв різних ознак. Так, у людини один ген визначає руде забарвлення волосся, світлий колір шкіри і наявність ластовиння.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Застосуйте знання генетики і на конкретному прикладі поясніть особливості взаємодії генів у генотипі.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ______________________________.
ЗЧЕПЛЕННЯ ГЕНІВ. КРОСИНГОВЕР
ПЛАН
1. ЗЧЕПЛЕННЯ ГЕНІВ
2. КРОСИНГОВЕР
3. ЗНАЧЕННЯ ХРОМОСОМНОЇ ТЕОРІЇ СПАДКОВОСТІ
1.
ЗЧЕПЛЕННЯ ГЕНІВ - це явище спільного розташування й успадкування генів, локалізованих в одній хромосомі. Експериментальне доведення явища зчеплення генів здійснив американський генетик Томас Хант Морган (18661945) зі своїми учнями за допомогою дослідів із плодовою мушкою дрозофілою чорночеревою (Drosophilamelanogaster).
Закон зчепленого успадкування (закон Моргана, 1911) формулюється так: зчеплені гени, які локалізовані в одній хромосомі, успадковуються разом і не виявляють незалежного розподілу.
2.
КРОСИНГОВЕР - процес, під час якого гомологічні хромосоми обмінюються певними ділянками. Перехрещування хромосом зумовлює зміну спадкової інформації і є найважливішим механізмом спадкової мінливості (іл. 101). Кросинговер спостерігається в профазі мейозу І після злиття гомологічних хромосом (кон’югації) і має випадковий характер. Хоча частота кросинговеру є величиною сталою, на неї можуть чинити вплив стать, вік, температура, рентгенівські промені, деякі хімічні сполуки та ін.
Зчеплене успадкування з неповним
зчепленням генів
Кросинговер є механізмом рекомбінації спадкової інформації
Зчеплення генів завдяки кросинговеру може бути неповним, що забезпечує спадкову різноманітність нащадків.
3.
Хромосомна теорія спадковості - це узагальнення наукових знань, згідно з яким хромосоми є матеріальною основою спадковості, тобто спадковість ознак організмів у ряді поколінь визначається спадковістю їхніх хромосом.
Основні положення сучасної хромосомної теорії спадковості такі.
• Гени розташовані в хромосомах. Різні хромосоми містять неоднакову кількість генів.
• Кожний ген займає певне місце в хромосомі.
• Алельні гени займають однакові локуси гомологічних хромосом.
• Гени розташовані вздовж хромосом у лінійному порядку.
• Усі гени однієї хромосоми утворюють групу зчеплення. Кількість груп зчеплення дорівнює гаплоїдному набору хромосом.
• Зчеплення між генами в одній хромосомі порушуються внаслідок кросинговеру, через що відбувається обмін алельними генами.
• Сила зчеплення між двома генами обернено пропорційна відстані між ними.
Значення хромосомної теорії спадковості для розвитку біології полягає у тому, що з’ясовано матеріальну основу законів спадковості, за генами закріплена роль елементарних одиниць спадковості, з’ясовано відхилення за зчепленого успадкування генів.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Доведіть значення знань про зчеплення генів для науки й практики.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ ______________________________.
ГЕНЕТИКА СТАТІ. УСПАДКУВАННЯ, ЗЧЕПЛЕНЕ ЗІ СТАТТЮ ПЛАН
1. ГЕНЕТИКА СТАТІ
2. УСПАДКУВАННЯ, ЗЧЕПЛЕНЕ ЗІ СТАТТЮ
1.
Статеві ознаки можуть бути морфологічними, фізіологічними, біохімічними, поведінковими тощо, але всі вони визначаються генами. Ознаки статі поділяють на первинні та вторинні.
Первинними статевими ознаками є ті ознаки, що визначають наявність та будову репродуктивних органів, які беруть участь у гаметогенезі та заплідненні (наприклад, маточка квіткових чи яєчники ссавців).
Вторинні статеві ознаки відрізняють одну стать від іншої й не беруть участі у відтворенні. Вони залежать від первинних ознак, розвиваються під дією гормонів і з’являються в організмів в період статевого дозрівання.
Гени, що визначають статеві ознаки, розташовані в статевих хромосомах і аутосомах:
1) гени статевих хромосом, що визначають ознаки, зчеплені зі статтю (наприклад, гемофілія та дальтонізм у людини, забарвлення очей у дрозофіли);
2) гени аутосом, що проявляються лише в однієї зі статей (наприклад, несучість птахів, розміри молочних залоз) або у представників обох статей (наприклад, ріст волосся у людини).
У більшості організмів стать визначається генами статевих хромосом. Для позначення цих хромосом використовують літери X, Y, Z і W. Відсутність статевої хромосоми позначається цифрою 0. Стать, яка продукує гамети, що не відрізняються за статевими хромосомами, називається гомогаметною (XX, ZZ), а стать, у якої гамети відрізняються, - гетерогаметною (XY, Z0).
Існує три основні типи визначення статі за часовою організацією: до запліднення, в момент запліднення та після запліднення.
Визначення статі до запліднення, як правило, відбувається внаслідок неоднакового розподілу поживних речовин між яйцеклітинами. З бідних на поживні речовини яйцеклітин розвиваються самці, а з багатих - самки (наприклад, у коловерток і попелиць).
Визначення статі після запліднення пов'язане з упливом чинників зовнішнього середовища. Так, у крокодилів, черепах з відкладених яєць самці та самки вилуплюються залежно від температури середовища.
У більшості роздільностатевих організмів стать майбутньої особини визначається в момент запліднення і залежить від того, скільки і які зі статевих хромосом поєднуються в зиготі.
В органічному світі існують різні типи хромосомного визначення статі :
1) XX - жіноча стать; XY - чоловіча стать (наприклад, ссавці, амфібії, двокрилі комахи);
2) XX - жіноча стать; X0 - чоловіча стать (таргани, прямокрилі); 3) ZZ - чоловіча стать; ZW - жіноча стать (наприклад, птахи, рептилії); 4) ZZ - жіноча стать; Z0 - чоловіча стать (наприклад, бджоли, моль).
Диплоїдний набір хромосом організмів, що розмножується статево, містить аутосоми (хромосоми, однакові у особин різної статі) та гоносоми, або статеві хромосоми (неоднакові хромосоми особин різної статі).
Початковим етапом визначення статі є вплив на яйцеклітину, зиготу чи особину стать-детермінуючих факторів. Це можуть бути як фактори середовища (температура, кількість поживних речовин у яйцеклітині тощо), так і генетичні (наявність у зиготі генів, котрі визначають стать).
Дія стать-детермінуючого фактора зумовлює експресію відповідного ключового гена, який впливає на активність інших генів.
2.
Успадкування, зчеплене із статтю, - це успадкування ознак, гени яких розташовані в статевих хромосомах. Цей вид зчепленого успадкування відкрив Т. Морган у 1910 р., досліджуючи успадкування забарвлення очей у дрозофіли. Приклади ознак, зчеплених зі статтю: а) ознаки, які успадковуються через X-хромосому, - гемофілія, дальтонізм, колір емалі зубів у людини, колір шерсті у кішок тощо ; б) ознаки, що успадковуються через Y-хромосому - оволосіння вушних раковин (гіпертрихоз), рогові луски на шкірі (іхтіоз) у людини та ін.
Успадкування ознак, зчеплених зі статтю, має свої певні особливості, що відрізняють його від інших типів успадкування:
• ознаки, гени яких локалізовані у Х-хромосомі, успадковуються представниками і жіночої, і чоловічої статі;
• якщо рецесивний алельний ген зчеплений з Х-хромосомою, то у жіночої статі він проявляється лише в гомозиготному стані, а в чоловічої - у гемізиготному (стан зиготи, у якій певний ген представлений лише одним алелем);
• ознаки, зчеплені з Y-хромосомою, успадковуються лише представниками чоловічої статі і називаються голандричними.
Генетика статі - це розділ генетики, що вивчає роль спадковості й мінливості у визначенні статі організмів. За допомогою таблиці визначте особливості визначення статі у людини.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Генетика статі - це розділ генетики, що вивчає роль спадковості й мінливості у визначенні статі організмів. За допомогою таблиці визначте особливості визначення статі у людини.
ОСОБЛИВОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ СТАТІ У ЛЮДИНИ
|
Запитання |
Відповідь |
|
Які типи гамет утворює жіноча стать? |
|
|
Які типи гамет утворює чоловіча стать? |
|
|
Коли визначається стать? |
|
|
Який набір хромосом жіночої статі? |
|
|
Який набір хромосом чоловічої статі? |
|
|
Приклади ознак, що успадковуються зчеплено з Х-хромосомою |
|
|
Приклади ознак, що успадковуються зчеплено з Y-хромосомою |
|
МІНЛИВІСТЬ. МОДИФІКАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ
ПЛАН
1. МІНЛИВІСТЬ
2. МОДИФІКАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ
1.
МІНЛИВІСТЬ - здатність організмів набувати нових ознак, які зумовлюють відмінності між особинами в межах виду. Мінливість як властивість живого протилежна спадковості. Причинами мінливості є зміни структури чи діяльності генетичного апарату та вплив умов середовища.
ФОРМИ МІНЛИВОСТІ
|
Неспадкова, або фенотипова (виникає без змін генотипу і не зберігається в разі статевого розмноження) |
Спадкова, або генотипова (пов'язана зі зміною генотипу і тому зберігається в поколіннях) |
|
|
Модифікаційна (фенотип змінюється під впливом певних умов існування організмів) |
Мутаційна (змінюється генотип унаслідок мутацій) |
Комбінаційна (генотип змінюється внаслідок утворення нових комбінацій генів) |
2.
МОДИФІКАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ — це форма неспадкової мінливості, яка пов’язана зі змінами фенотипу внаслідок впливу умов існування. Модифікаційна мінливість трапляється в усіх організмів незалежно від видової належності.
Модифікаційні зміни ознак не успадковуються, але їхній діапазон мінливості є спадковим і визначається генотипом.
Загальними властивостями модифікаційної мінливості є:
• тимчасовість (наприклад, засмага людини повністю зникає взимку);
• масовість (певний вплив зумовлює появу подібних змін в особин виду:
наприклад, в устриць, які живуть у тихій воді, черепашка широка й округла, а в устриць із зони припливу черепашки вузькі й довгі);
• спрямованість (наприклад, заміна шерсті ссавців на густішу зумовлена впливом низьких температур, а не дією освітлення);
• визначеність (один і той самий вплив чинника спричиняє подібні зміни в усіх особин виду; наприклад, у зайців зимове хутро світлішає);
• пристосувальний характер (наприклад, зі збільшенням висоти над рівнем моря кількість еритроцитів у крові людини збільшується).
Для дослідження закономірностей модифікаційної мінливості формують вибірку - певну сукупність об’єктів чи ознак для спостережень. Для достовірності результатів вибірка має містити дані не менш ніж 25 спостережень. На підставі даних вибірки будують варіаційний ряд - послідовність чисельних показників проявів певної ознаки, розташованих у порядку зростання чи спадання. Особливості варіаційного ряду можна зобразити у вигляді варіаційної кривої. Для характеристики мінливості ознаки вираховують її середнє значення (М) за формулою: М = Σ (v • p) / n, де М - середнє значення ознаки; v - варіанта ознаки; p - частота зустрічальності варіанти; n - загальна кількість варіант.
Під час дослідження ознак найчастіше виявляються такі статистичні закономірності.
• Різні ознаки мають різний розмах норми реакції. Норма реакції - межі модифікаційної мінливості ознаки, які визначаються генотипом. Межі норми реакції зумовлені генотипом, але прояв ознаки в межах норми реакції змінюється під впливом умов середовища.
• Будь-яка ознака може змінюватись лише в певних межах. Гени визначають не готові прояви ознак, а норму реакції ознаки.
• Більшість організмів мають варіанти, близькі до середнього значення. Це пояснюється тим, що поєднання лише сприятливих чи несприятливих умов трапляється рідко.
• На розмах модифікаційної мінливості впливають зовнішні та внутрішні умови. Чим однорідніші зовнішні умови розвитку даних особин, тим меншою мірою проявляється модифікаційна мінливість.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
«ВИВЧЕННЯ МІНЛИВОСТІ У РОСЛИН І ТВАРИН»
Мета: формуємо дослідницькі уміння визначати закономірності модифікаційної мінливості, будувати варіаційний ряд та варіаційну криву.
ХІД РОБОТИ:
1. Оберіть ознаку для дослідження і визначте сукупність спостережень кількісної ознаки, тобто вибірку.
2. Визначте діапазон мінливості ознаки, тобто норму реакції.
3. Визначте варіанти ознаки і частоту кожної з варіант ознаки. Результати запишіть до таблиці і складіть варіаційний ряд.
4. Побудуйте варіаційну криву.
5. Визначте середнє значення ознаки.
6. Підсумок роботи.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ______________________________.
КОМБІНАЦІЙНА ТА МУТАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ
ПЛАН
1. КОМБІНАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ
2. МУТАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ 3. ЗАКОН ГОМОЛОГІЧНИХ РЯДІВ
1.
КОМБІНАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ — це форма спадкової мінливості, що виникає завдяки перерозподілу генетичного матеріалу в нащадків. За комбінаційної мінливості успадковуються нові поєднання генів, а самі гени не змінюються.
Причиною виникнення проявів комбінаційної мінливості є рекомбінації (від лат. re - префікс, що вказує на повторну дію, combinatio - поєднання) - перерозподіл генетичного матеріалу.
Джерелами комбінаційної мінливості є:
• кросинговер - обмін ділянками гомологічних хромосом, що відбувається під час мейозу;
• незалежне розходження гомологічних хромосом під час мейозу;
• випадкове злиття гамет під час запліднення.
Завдяки незалежному та одночасному здійсненню цих процесів виникає велика різноманітність генотипів.
2.
МУТАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ - це форма спадкової мінливості, яка пов’язана із змінами генотипу внаслідок мутацій. Цю мінливість зумовлюють зміни генотипу особин на рівні генів, хромосом та кількості хромосом, тому її відносять до генотипної. Виникають мутаційні зміни під дією внутрішніх та зовнішніх чинників.
Загальними властивостями мутаційної мінливості є:
• стійкість (мутації не зникають упродовж життя особини);
• індивідуальність (мутаційні зміни проявляються в окремих особин);
• неспрямованість (один і той самий чинник може сприяти появі різних мутаційних змін);
• невизначеність (не можна передбачити появу мутації під дією того чи іншого чинника);
• незалежність (прояв мутацій у фенотипі не залежить від сили чи тривалості дії чинника);
• не мають пристосувального характеру (мутаційні зміни у більшості випадків є шкідливими, нейтральними і навіть летальними, тобто смертельними для організмів).
Мутаційні зміни генотипу ведуть до появи ознак, які можуть мати різне значення. Більшість мутацій, що проявляються в організмів, мають шкідливий характер, оскільки знижують пристосованість до умов середовища.
3.
Досліджуючи спадкову мінливість ознак різних сортів культурних рослин і близьких до них диких видів, М. І. Вавилов виявив багато спільних спадкових змін. Це дало змогу йому сформулювати у 1920 р. закон гомологічних рядів у спадковій мінливості (закон Вавилова):
Генетично близькі види та роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що вивчивши ряд форм у межах одного виду чи роду, можна передбачити наявність форм із
подібними поєднаннями ознак у межах близьких видів чи родів.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Яке значення має закон гомологічних рядів у спадковій мінливості?
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ______________________________.
МУТАЦІЇ. МУТАГЕНЕЗ
ПЛАН
1. ЗНАЧЕННЯ МУТАЦІЙНОЇ ТЕОРІЇ
2. ВИДИ І НАСЛІДКИ МУТАЦІЙ
3. ПРИЧИНИ МУТАЦІЙ
1.
Мутаційна теорія - розділ генетики, що вивчає причини, різноманітність та значення мутацій. Основні положення теорії мутацій були сформульовані голландським ботаніком Гуго де Фрізом (1848-1935). Розвиток теорії пов’язаний з дослідженнями таких учених, як Г. Д. Меллер, В. В. Сахаров, Г. А. Надсон, С. М. Гершензон та ін. Основою сучасної мутаційної теорії є такі положення.
• Здатність утворювати мутації є універсальною властивістю всіх живих організмів
• Мутації виникають раптово, стрибкоподібно і проявляються у вигляді ознак.
• Мутації є спадковими і передаються наступному поколінню, якщо не спричиняють стерильність чи загибель організмів.
• Ті самі мутації можуть виникати повторно і неодноразово.
• Мутації проявляються по-різному й можуть бути генними, хромосомними й геномними, домінантними й рецесивними, соматичними й генеративними.
• Мутації не мають спрямованості на дію чинників і можуть бути корисними, шкідливими або нейтральними для організмів.
• Мутації можуть бути спонтанними й індукованими. Індуковані мутації спричинені дією на організм мутагенних чинників.
Сучасна мутаційна теорія має важливе значення для селекції, еволюційної біології, медицини, мікробіологічної промисловості, сільського господарства та ін.
2.
МУТАЦІЇ (від лат. mutation - зміна) - стійкі зміни генетичного апарату, які виникають раптово і призводять до змін тих чи інших спадкових ознак організму. Поняття мутація ввів у науку Гуго де Фріз.
ВИДИ МУТАЦІЙ:
Генні мутації - стійкі зміни окремих генів, спричинені порушенням послідовності нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот. Порушення у структурі ДНК призводять до мутацій тільки тоді, коли не відбувається репарація. Генна мутація стосується, як правило, лише однієї ознаки або ознак, що визначаються одним геном.
Хромосомні мутації — це мутації, які виникають у результаті перебудови хромосом. Це відбувається внаслідок розриву хромосом з утворенням фрагментів, що потім об’єднуються. Вони можуть виникати як у межах однієї хромосоми, так і між хромосомами. Хромосомні перебудови, як правило, призводять до порушень множини ознак і спричиняють відхилення, що скорочують життя або несумісні з ним.
Геномні мутації — це мутації, які пов’язані зі зміною кількості наборів хромосом. Основними видами геномних мутацій є: збільшення кількості хромосомних наборів (поліплоїдія), зменшення кількості хромосомних наборів, зміна числа хромосом окремих пар (анеуплоїдія). Геномні мутації у природі є одним із механізмів видоутворення. Дуже багато поліплоїдних видів є серед рослин, набагато менше їх серед тварин.
3.
За причинами спадкових змін мутації поділяють на спонтанні та індуковані.
Спонтанні (природні) мутації — це мутації, які виникають у природних умовах, а індуковані (штучні) мутації — це мутації, які виникають у штучних умовах під спрямованим впливом мутагенних факторів.
Мутагени - це фактори, що спричиняють мутації. За походженням мутагени є фізичними, хімічними й біологічними.
Серед фізичних мутагенів найбільше значення має йонізуюче випромінювання (рентгенівське, ультрафіолетове, гамма-промені).
Нині відомо багато хімічних мутагенів. Це гідроген пероксид, нітратна кислота, формальдегід, хлороформ, бензопірен. До хімічних мутагенів відносять також пестициди, деякі лікарські препарати (антибіотики, хінін), важкі метали (ртуть, свинець), деякі харчові добавки, алкалоїд колхіцин. До небезпечних хімічних мутагенів віднесено азбест і діоксини.
До біологічних мутагенів належать віруси, токсини грибів-паразитів, отруйних рослин й тварин.
Живі організми мають біологічні антимутаційні механізми, спрямовані на захист генетичної інформації від мутацій. Це:
а) репарація (видалення за участі ферментів із молекули ДНК змінених ділянок);
б) виродженість генетичного коду;
в) апоптоз (запрограмована загибель соматичних клітин, що спостерігається в разі закінчення терміну життя клітини, у разі різних захворювань і не допускає поділу мутантних клітин);
г) повторюваність багатьох генів у геномі.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Обґрунтуйте заходи щодо профілактики й захисту від мутагенних чинників.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
МЕДИЧНА ГЕНЕТИКА
ПЛАН
1. ПРЕДМЕТ ДОСЛІДЖЕНЬ МЕДИЧНОЇ ГЕНЕТИКИ 2. МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ СПАДКОВИЗ ЗАХВОРЮВАНЬ
1.
МЕДИЧНА ГЕНЕТИКА - це розділ генетики людини, що вивчає роль спадкових факторів у розвитку захворювань. Основним завданням цієї науки є виявлення, вивчення, лікування і профілактика спадкових захворювань. Спадкові захворювання - спадкові розлади організму, пов’язані з порушенням генетичного апарату (генів, цілісності хромосом чи кількості хромосом). Спадкові хвороби поділяють на генні, хромосомні та хвороби із спадковою схильністю.
Генні хвороби - спадкові хвороби, спричинені генними мутаціями. Ці хвороби можуть бути домінантними аутосомними (полідактилія) (іл. 115) або рецесивними аутосомними (фенілкетонурія, хвороба Тея-Сакса), рецесивними зчепленими з Х-хромосомою (гемофілія, дальтонізм), зчепленими з Y-хромосомою (іхтіоз).
Хромосомні хвороби - це спадкові хвороби, спричинені хромосомними та геномними мутаціями. Спільним для всіх хромосомних хвороб є множинні ураження. Це уроджені вади розвитку, уповільнення росту, порушення функцій регуляторних систем, відставання психічного розвитку та ін. Хвороби зі спадковою схильністю - це захворювання, для розвитку яких необхідна взаємодія внутрішніх спадкових та зовнішніх несприятливих упливів середовища. До цієї групи належать: цукровий діабет, гіпертонічна хвороба, виразкова хвороба шлунка, бронхіальна астма, шизофренія, епілепсія та ін.
Медико-генетичне консультування - це спеціалізований вид медичної допомоги населенню, спрямований на профілактику спадкових хвороб.
Вплив на потомство шкідливих звичок.
Тератогенний (від грец. тератос - потвора) вплив - це вплив чинників, що порушують нормальний розвиток тканин і органів і спричиняють вади розвитку. Так, алкоголь, проникаючи крізь плаценту, може чинити пряму токсичну дію на клітини ембріона і плоду, призводячи до різних аномалій, що одержали назву алкогольний синдром плоду.
Мутагенний вплив - це поява під дією різних чинників різних мутацій, які є причиною спадкових захворювань. Наприклад, етиловий спирт є сильним хімічним мутагеном, що може спричиняти різні пошкодження хромосом статевих клітин.
Канцерогенний (від лат. cancer - рак, gen - утворення) вплив - це дія фізичних, хімічних чи біологічних чинників, що спричиняють утворення та розвиток пухлинних захворювань.
За пріоритетністю небезпеки визначено три основні класи відомих на сьогодні канцерогенів:
1) група поліциклічних вуглеводнів, найвідомішим представником яких є бензопірен;
2) нітрозосполуки;
3) сполуки важких металів (Меркурію, Плюмбуму, Кадмію та ін.). Доведено, що 80 % злоякісних (онкологічних) новоутворень зумовлено хімічними канцерогенами.
2.
Основним методом вивчення успадкування ознак упродовж ряду поколінь є генеалогічний метод.
На молекулярному рівні застосовують біохімічні методи, засновані на вивченні обміну речовин.
На рівні клітин використовують цитогенетичні методи вивчення хромосомних і геномних мутацій.
На рівні організму успадкування хвороб вивчають за допомогою дерматогліфічного, імунологічного, близнюкового та інших методів. Молекулярно-генетичні методи - це методи, призначені для виявлення ушкоджень у структурі ДНК, визначення подібності чи відмінності геномів, розшифрування послідовності нуклеотидів ДНК і РНК.
До сучасних методів молекулярної генетики належать:
- метод секвенування (визначення нуклеотидної послідовності фрагментів ДНК);
- метод полімерної ланцюгової реакції (для збільшення кількості фрагментів ДНК);
- метод гібридизації ДНК (РНК) (для виявлення потрібних генів та розпізнавання послідовностей ДНК);
- методи блотингу (для перенесення білків чи нуклеїнових кислот із розчину на полімерні мембрани-фільтри, де й відбувається їхнє визначення).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
«СКЛАДАННЯ ВЛАСНОГО РОДОВОДУ»
Знання власного родоводу, ознайомлення з біографіями своїх предків сприяють особистісному вдосконаленню й самоусвідомленню власного «Я». Проводячи генеалогічне дослідження, головне - не забувати, що ви - це унікальна особистість зі своїми власними достоїнствами і заслугами.
Складіть родовід, користуючись поданими правилами:
1) особа, родовід якої складається, називається пробандом;
2) осіб жіночої статі позначають кружком, осіб чоловічої статі - квадратом;
3) кожне покоління займає окремий рядок, на якому зліва направо в ряд розміщуються члени сім’ї в порядку народження;
4) символи осіб, які перебувають у шлюбі, з’єднуються лінією;
5) послідовні покоління позначають римськими цифрами, нащадків одного покоління - арабськими.
Тема 6. ЕВОЛЮЦІЯ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ
ЕВОЛЮЦІЯ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ
ПЛАН
1. ОЗНАКИ БІОЛОГІЧНОЇ ЕВОЛЮЦІЇ
2. РОЗВИТОК ЕВОЛЮЦІЙНИХ ПОГЛЯДІВ
3. РОЛЬ ПАЛЕОНТОЛОГІЇ, МОЛЕКУЛЯРНОЇ ГЕНЕТИКИ В ТЕОРІЇ ЕВОЛЮЦІЇ
1.
БІОЛОГІЧНА ЕВОЛЮЦІЯ - це незворотний, спрямований історичний розвиток живої природи, що супроводжується змінами на всіх рівнях організації життя.
Ознаки біологічної еволюції:
• Незворотність еволюції. Положення про незворотність еволюції на рівні видів уперше сформульовано Ч. Дарвіном: «Вид, який щезнув, ніколи не може з’явитися знову, навіть якби знову повторилися абсолютно тотожні умови життя - органічні й неорганічні».
• Спрямованість еволюції на пристосування організмів до змін дії тих чи інших чинників. Результатом біологічної еволюції завжди є відповідність живої системи умовам її існування.
• Рівневість еволюції, що прослідковується на кожному із рівнів організації життя: молекулярному, клітинному, організмовому, популяційно-видовому, біогеоценозному та біосферному. Біологічна еволюція перебуває в тісному взаємозв’язку з геологічної історією Землі, з дією космічних і геологічних сил та чинників навколишнього середовища.
2.
Ідеї еволюції органічного світу сягають давнини. Ще античні філософи (Геракліт, Демокріт) висловлювали ідею єдності природи, згідно з якою всі тіла й явища природи походять від якихось матеріальних початків. Такі уявлення поєднуються в систему поглядів під назвою стихійний матеріалізм (від лат. materialis - речовинний).
В епоху Середньовіччя панувала метафізика (від грец. мета - над, фізис - природа) - вчення про надприродну першооснову буття, надчуттєві, недоступні досвідові принципи існування світу. Погляди про те, що світ та різні форми життя на Землі створені вищою, надприродною силою в процесі актів творіння (концепція «молодої Землі», концепція «Розумного задуму»), є основою креаціонізму (від лат. creatio - творіння).
В епоху Відродження активізувалися наукові дослідження, чому сприяли географічні відкриття і накопичення описового матеріалу. Формуються ідеї змінності живого, що стають основою трансформізму (від лат. transformatio - перетворення), а згодом й еволюціонізму (від лат. evolutio - розгортання).
У першій половині XIX ст. формується еволюційний погляд на природу й розвивається еволюційна біологія - наука про причини, рушійні сили, механізми та закономірності історичного розвитку органічного світу. Ця наука сформувалася на основі палеонтології, порівняльної анатомії, ембріології, систематики, а дещо пізніше - генетики, екології, молекулярної біології. У зв’язку з особливостями еволюційних перетворень на різних рівнях у сучасній науці виникли три основні напрями досліджень еволюційних процесів:
1) молекулярно-біологічний (аналіз молекулярної еволюції біологічних макромолекул і передусім білків та нуклеїнових кислот);
2) генетико-екологічний (дослідження мікроеволюційних процесів на рівні популяцій, видів, екосистем та біосфери за допомогою методів популяційної генетики та екології);
3) еволюційно-морфологічний (дослідження еволюційних процесів методами палеонтології, порівняльної анатомії, ембріології).
3.
Докази еволюції - наукові дані, що підтверджують історичний розвиток усіх живих істот на Землі.
Палеонтологічні докази мають найбільш надійний та наочний характер. Палеонтологи вивчають вимерлі організми, їх вигляд та біологічні особливості, на основі чого відновлюють хід еволюції.
Молекулярно-генетичні докази дають змогу порівнювати навіть дуже віддалені групи організмів - бактерії, еукаріоти та археї - і робити висновок про їхню еволюційну спорідненість.
Вивчення генетичної спорідненості різних груп організмів на основі молекулярно-генетичних досліджень РНК, ДНК, білків становлять сутність молекулярної філогенетики. Одним із найбільших відкриттів за допомогою цього напряму досліджень є відкриття архей (К. Воуз, 1977).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Науковою основою формування еволюційного вчення були відкриття різних біологічних наук. Установіть відповідність між науками та їхніми відкриттями. Якщо зробите усе правильно, то отримаєте назву явища, за допомогою якого французький зоолог Ж. Кюв’є міг за однією кісткою відтворити вигляд вимерлої тварини.
|
1 Цитологія |
Л Ідея єдності організмів та умов існування |
|
2 Ембріологія |
Ц Ізоляція сприяє подібності флори і фауни різних континентів |
|
3 Палеонтологія |
К Усі живі організми мають клітинну будову |
|
4 Біохімія |
О Відкриття подібності етапів розвитку зародків тварин |
|
5 Екологія |
Е Доведено хімічну єдність неживої і живої природи |
|
6 Молекулярна біологія |
Р Встановлено змінність флори і фауни в минулому Землі |
|
7 Біогеографія |
І Матеріальними носіями спадковості є гени й хромосоми |
|
8 Генетика |
Я2 Єдність плану будови великих груп тварин і рослин |
|
9 Порівняльна анатомія |
Я1 Подібність білків й ДНК вказує на генетичну спорідненість |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЕОРІЯ ЕВОЛЮЦІЇ
ПЛАН
1. ІСНУЮЧІ ТЕОРІЇ ЕВОЛЮЦІЇ
2. ТЕОРІЯ Ч.ДАРВІНА
3. СУЧАСНА ТЕОРІЯ ЕВОЛЮЦІЇ
1.
ТЕОРІЯ ЕВОЛЮЦІЇ - система узагальнених знань, що пояснює механізми змін живих організмів, їхніх угруповань та причини утворення біорізноманіття на Землі у процесі еволюції.
На сьогодні в еволюційній біології відомо декілька десятків теорій, серед яких виокремлюються:
• телеологічні концепції еволюції - еволюція органічного світу відбувається не випадково, а за певною програмою, закладеною в якомусь невідомому нам генетичному коді Всесвіту або ж у творчій ідеї її Творця;
• теорія еволюції Ламарка - уявлення про еволюцію як ступінчастий розвиток живого від простого до складного. Чинниками еволюції за Ламарком є: 1) внутрішнє прагнення до вдосконалення; 2) прямий вплив умов середовища через вправляння чи невправляння органів визначає мінливість організмів; 3) успадковуються лише набуті за життя особин корисні ознаки;
• теорія еволюції Дарвіна - система поглядів про еволюційний розвиток живого під дією таких чинників еволюції, як невизначена (спадкова) мінливість та природний добір, що є наслідком боротьби за існування; • синтетична теорія еволюції - система уявлень про те, що рушійною силою еволюції є природний добір генетичних мутацій і рекомбінацій, і яка починається на рівні популяцій.
Сьогодні не припиняються пошуки чинників й умов еволюційного розвитку живого. Серед сучасних теорій еволюції можна назвати: екосистемну теорію еволюції, теорію нейтральної еволюції, теорію перерваної рівноваги.
2.
Наукова праця Ч. Дарвіна, в якій викладено основи його вчення, називається «Походження видів шляхом природного добору» (1859). Основними положеннями теорії еволюції Ч. Дарвіна є такі:
• еволюція полягає в безперервних пристосувальних змінах видів;
• основою для еволюції є невизначена (спадкова) мінливість;
• кожний вид здатний до необмеженого розмноження, але цьому перешкоджає обмеженість життєвих ресурсів, і більша частина особин гине в боротьбі за існування, тобто в процесі взаємовідносин з живою й неживою природою;
• вибіркове виживання і розмноження найбільш пристосованих особин є природним добором, що вважається рушійною силою еволюції;
• під дією природного добору групи особин одного виду накопичують з покоління в покоління різні пристосувальні ознаки і перетворюються на нові види;
• нові породи тварин і сорти рослин у процесі селекції утворюються під впливом штучного добору.
3.
Важливим етапом розвитку еволюційної біології була синтетична теорія еволюції (СТЕ), сформульована в 40-х роках XX ст.
Синтетична теорія еволюції - комплекс уявлень, які є синтезом основних положень дарвінізму, генетики популяцій та екології. Серед її основоположників були такі видатні біологи, як С. С. Четвериков, С. Райт, Ф. Г. Добжанський, І. І. Шмальгаузен, О. М. Сєверцов ін.
Можна виокремити ряд положень, що є основою сучасних еволюційних поглядів.
• Елементарним еволюційним матеріалом та єдиним джерелом нових спадкових ознак є мутації.
• Елементарною одиницею еволюції є популяція зі своїм генофондом, оскільки саме в ній відбуваються усі еволюційні перетворення.
• Елементарними чинниками еволюції є дрейф генів, популяційні хвилі та ізоляція. Ці чинники мають випадковий характер і є факторамипостачальниками матеріалу для добору.
• Існує три види еволюційного процесу: мікроеволюція, видоутворення та макроеволюція.
• Рушійною силою еволюції є природний добір, що діє на сукупність фенотипів популяції.
• Природний добір буває рушійним, стабілізуючим та розриваючим.
• Будь-яка систематична група може або процвітати (біологічний прогрес), або вимирати (біологічний регрес).
• Біологічний прогрес досягається внаслідок еволюційних змін організмів, якими є ароморфози, ідіоадаптації та загальна дегенерація.
• Процес еволюції є необоротним, тобто під час повернення умов довкілля до попереднього стану адаптації щоразу розвиваються заново, а не відтворюються попередні.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Висловіть свою думку стосовно теорій еволюції. Якої теорії притримуєтеся Ви? Відповідь обгрунтуйте!
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
ЕВОЛЮЦІЙНІ ЧИННИКИ
ПЛАН
1. ЕЛЕМЕНТАРНІ ЧИННИКИ ЕВОЛЮЦІЇ
2. РУШІЙНІ ЧИННИКИ ЕВОЛЮЦІЇ
1.
ЕВОЛЮЦІЙНІ ЧИННИКИ - це зовнішні та внутрішні впливи, які приводять до еволюційних змін організмів та угруповань.
Рушійні чинники еволюції мають спрямований закономірний характер, а елементарні - є чинниками-постачальниками еволюційного матеріалу та створюють умови перебігу еволюційних змін.
Елементарні чинники еволюції - це впливи, що спричиняють еволюційні зміни біосистем і мають неспрямований випадковий характер.
До них належать:
Ізоляція - виникнення будь-яких перешкод, що порушують вільне схрещування й обмін спадковою інформацією. Основними формами ізоляції є географічна та екологічна.
Хвилі життя, або популяційні хвилі, - періодичні або неперіодичні випадкові коливання чисельності популяцій.
Дрейф генів (генетичний дрейф) - це випадкова і неспрямована зміна частот зустрічальності алелів у популяції. Ефект генетичного дрейфу є найбільшим у невеликих популяціях.
2.
Рушійні чинники еволюції - чинники, які спрямовують різні елементарні зміни, що виникли внаслідок мутацій, у бік формування пристосувань організмів до змін умов довкілля.
Боротьба за існування — складні й різноманітні відносини особин усередині видів, між видами та з неорганічною природою.
Природний добір - процес, унаслідок якого виживають і лишають після себе потомство переважно особини з корисними в даних умовах спадковими змінами.
Рушійний добір - це добір, що спричиняє поступову зміну фенотипу, веде до зміни норми реакції в одному певному напрямі.
Стабілізуючий добір — це добір особин, який супроводжується при сталому фенотипі звуженням норми реакції і ліквідує відхилення від неї. Розриваючий добір - це добір, який приводить до появи декількох фенотипів і спрямований проти середніх проміжних форм. Розриваючий (дизруптивний) добір проявляється тоді, коли умови середовища настільки змінились, що основна маса виду втрачає адаптивність, а переваг набувають особини з крайніми відхиленнями від середньої норми.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІНОЇ РОБОТИ
Заповніть таблицю «Форми природного добору». Чим відрізняються і що є спільного між різними видами природного добору?
|
Ознака |
|
Добір |
|
|
стабілізуючий |
рушійний |
розриваючий |
|
|
Умови дії середовища |
|
|
|
|
Вплив на фенотип |
|
|
|
|
Результат |
|
|
|
|
Приклад |
|
|
|
ПОПУЛЯЦІЯ. МІКРОЕВОЛЮЦІЯ. ВИД. ВИДОУТВОРЕННЯ
ПЛАН
1. ПОПУЛЯЦІЯ
2. МІКРОЕВОЛЮЦІЯ
3. ВИД ТА ВИДОУТВОРЕННЯ
1.
ПОПУЛЯЦІЯ (лат. populatio - населення) - це сукупність особин одного виду організмів, які упродовж багатьох поколінь існують в межах певної території, вільно схрещуються і відносно ізольовані від інших популяцій виду. Головним чинником, що об’єднує особини в популяціях, є вільне схрещування (панміксія).
Будь-яка популяція організмів характеризується такими показниками:
чисельність, народжуваність, смертність, природний приріст та ін.
Популяції можуть характеризуватися структурою: статевою, віковою, просторовою, етологічною генетичною.
В сучасному еволюційному вченні саме популяції розглядаються як «будівельний майданчик», арена еволюційних подій . Це пояснюється тим, що:
• популяція завдяки спадковій мінливості складається з особин, які різняться за генотипом;
• у популяції постійно діють чинники, що змінюють співвідношення частоти генотипів та алельних генів (генетичну структуру);
• у популяції постійно існують взаємозв’язки між особинами й довкіллям, завдяки чому виживають і дають потомство тільки особини з корисними в даних умовах змінами.
Для здійснення еволюційних змін необхідна наявність трьох процесів:
мутаційного (поява нових різноманітних ознак), рекомбінаційного (створення нових поєднань ознак) селекційного (відбір корисних для життя особин ознак), що відбуваються саме в популяціях.
2.
Мікроеволюцієя - еволюційні процеси в межах популяцій, що завершуються формуванням пристосованості організмів та утворенням нових популяцій й підвидів.
Рушійним чинником еволюційних змін у популяціях є природний добір, а матеріалом для мікроеволюційних змін - мутації.
Адаптації - пристосування будови, функцій, поведінки організмів до певних умов існування. Адаптації виникають у процесі еволюції на основі нейтральних мутацій або модифікацій. Нові пристосування з’являються не одразу в готовому вигляді, а тривалий час формуються в процесі еволюції.
Мікроеволюція забезпечує формування найрізноманітніших адаптацій:
• мімікрія - схожість між незахищеними та захищеними видами (наприклад, осоподібні метелики і оси, джмелеподібні мухи і джмелі)
• маскування — схожість із предметами навколишнього середовища
(наприклад, морський коник до водоростей
• захисне забарвлення допомагає сховатися в навколишньому середовищі
(наприклад, біле забарвлення полярних куріпок);
• застережне забарвлення вказує на небезпеку даного виду (наприклад, червоне забарвлення сонечка вказує на отруйність);
• приваблювальне забарвлення забезпечує зустріч особин різних статей (наприклад, яскраве забарвлення самця вивільги).
3.
ВИД - сукупність особин, що характеризуються спадковою подібністю ознак, вільно схрещуються і дають плодюче потомство, пристосовані до певних умов життя і займають у природі певну область - ареал.
Видову самостійність певної групи особин встановлюють за різними критеріями виду: морфологічний (подібність особин за будовою),
генетичний (характерний для кожного виду набір хромосом за кількістю, формою і розмірами),
фізіологічний (подібність й відмінності в процесах життєдіяльності),
біохімічний (особливості будови і складу макромолекул, перебігу певних біохімічних реакцій), географічний (спільність території поширення), екологічний (пристосованість до умов існування)
Видоутворення - це спрямований природним добором еволюційний процес адаптивних перетворень, який веде до утворення генетично закритих видових систем із генетично відкритих внутрішньовидових. Починається видоутворення на рівні популяцій.
Географічне видоутворення - це формування нових груп у результаті зміни ареалу під час географічної ізоляції.
Екологічне видоутворення - це формування нових груп у межах існуючого ареалу під час екологічної ізоляції.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1. Порівняйте географічне та екологічне видоутворення.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ____________________________________________.
МАКРОЕВОЛЮЦІЯ
ПЛАН
1. ФОРМИ МАКРОЕВОЛЮЦІЇ
2. НАПРЯМИ МАКРОЕВОЛЮЦІЇ
3. ШЛЯХИ ДОСЯГНЕННЯ БІОЛОГІЧНОГО ПРОГРЕСУ
1.
МАКРОЕВОЛЮЦІЯ - еволюційний процес, що приводить до виникнення надвидових груп. На відміну від мікроеволюції, яка відбувається в історично короткий час і доступна для безпосереднього вивчення, макроеволюція триває впродовж довгих грандіозних проміжків часу і недоступна для безпосереднього спостереження.
Форми макроеволюції:
Дивергенція (від. лат. diverto - відхиляюсь) - розвиток ознак відмінності в особин одного виду внаслідок пристосування до різних умов середовища. Відмінність ознак, що виникає в результаті цього явища, називається гомологією. Гомологічні органи — це органи, які подібні за будовою та походженням, але виконують різні функції.
Конвергенція (від. лат. convergo - зближуюсь) - незалежний розвиток подібних ознак у філогенетично віддалених організмів унаслідок пристосування їх до подібних умов середовища. Подібність ознак, що виникає в результаті цього явища, називається аналогією. Аналогічні органи — це органи, що виконують подібні функції, але не мають спільного плану будови і походження.
Паралелізм (від. грец. parallelos - той, що рухається поряд) - незалежний розвиток подібних ознак у споріднених систематичних груп організмів. Подібність ознак, що виникає в результаті цього явища, називається гомойологією.
2.
Біологічний прогрес - напрям еволюції, за якого народжуваність у популяції переважає над смертністю.
Біологічний регрес - напрям еволюції, за якого смертність у популяції переважає над народжуваністю.
3.
Під час еволюції поєднуються й закономірно зміняють один одного різні шляхи досягнення біологічного прогресу, якими є ароморфози, ідіоадаптації та загальна дегенерація.
Ароморфози (морфофізіологічний прогрес) - еволюційні зміни, що підвищують рівень організації організму в цілому і відкривають нові можливості для пристосування до різноманітних умов існування.
Ідіоадаптації - еволюційні зміни, що мають характер пристосування до певних умов і не змінюють рівень організації організмів.
Загальна дегенерація (морфофізіологічний регрес) - явище спрощення організмів у процесі еволюції.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1.Загальна дегенерація (морфофізіологічний регрес) - явище спрощення організмів у процесі еволюції.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ ______________________
ЕВОЛЮЦІЯ ЛЮДИНИ
ПЛАН
1. ОСОБЛИВОСТІ ЛЮДИНИ ЯК БІОСОЦІАЛЬНОГО ВИДУ
2. ОСОБЛИВОСТІ ТА ЧИННИКИ ЕВОЛЮЦІЇ ЛЮДИНИ
3. ЕТАПИ ЕВОЛЮЦІЇ ЛЮДИНИ
1.
Всі люди, які проживають на Землі, належать до одного виду
- Людина розумна, Homo sapiens. Цей вид розглядається як сукупність поп уляцій, що поєднані генним потоком між собою, дають плодюче потомство, з аймають певний ареал, мають пристосування до умов життя і спільне походження.
Людина
- біологічна істота, оскільки в неї наявні такі самі особливості, що й в усіх інших організмів:
генетичний код, клітинна будова, процеси життєдіяльності, обмін речовин, енергії та інформації та ін.
У системі органічного світу Людина розумна як біологічний вид належить до ссавців у межах типу Хордові.
Людина - суспільна істота, наділена свідомістю, членороздільною мовою, другою сигнальною системою, абстрактним мисленням і високим рівнем розумової діяльності.
Основні відмінності людини від інших організмів пов’язані з трудовою діяльністю, прямоходінням і мовою.
головний мозок має більші відносні розміри (близько 2 % від маси тіла), більшу поверхню півкуль великого мозку (близько 1 250 см2), домінує мозковий відділ черепа, слабкий розвиток надбрівних дуг, розвинутий підборідний виступ, хребет має характерні 4 вигини, грудна клітка сплощена спереду назад, таз розширений, склепінчаста стопа, розвинутий великий палець та ін.
2.
Існують різні теорії походження людини: божественна теорія (теорія Розумного створення, або Розумного задуму), теорії Позаземного втручання, сіміальна (від. лат. sima — мавпа) теорія та ін.
У сучасній науці домінують погляди щодо антропогенезу, який відбувся під в пливом еволюційних чинників.
|
Чинники еволюції людини |
|
|
біологічні |
соціальні |
|
Рушійний: природний добір Елементарні: спадкова мінливість, дрейф генів, ізоляція, популяційні хвилі |
Трудова діяльність Суспільний спосіб життя Мова та абстрактне мислення |
3.
Еволюційна антропологія (від грец. антропос - людина, логос - наука) - наука, що вивчає походження й історичний розвиток людини.
Згідно із сучасними еволюційними поглядами лінія людини відокремилась у процесі тривалої еволюції від мавпоподібних предків не раніш ніж 10 млн років тому.
А батьківщиною людства більшість науковців вважає Африканський контине нт.
Найдавнішим мавпоподібним предком людини на сьогодні вважається Ардіп ітек корінний (Ardipithecus ramidus), який жив орієнтовно 4,4 млн років тому.
Австралопітеки - мавпоподібні предки, яким було притаманне прямоходінн я. Вони жили на відкритих просторах,
де займалися полюванням, збиранням рослинної їжі, не відмовлялись від залишків тварин, що були здобиччю великих хижаків.
Людина вміла (Homo habilis) - найдавніший вид роду Людина, що з’явився в Східній Африці близько 2,4
млн років тому. Саме Людина уміла або один із її різновидів вважаються в те перішній час найвірогіднішими предками всіх пізніших представників людин и. І саме цю дату можна вважати початком еволюції людини.
Людина прямоходяча (Homo erectus, застаріла назва - архантропи) - вико пний вид, який розглядають як безпосереднього попередника сучасної людин и.
Людина неандертальська (Homo neanderthalensis, застаріла назва - палео нтропи)
Для неандертальців характерні низьке скошене чоло, суцільний надбрівний в алик, недорозвинутий підборідний виступ, великі зуби. Користувалися кам’я ними знаряддями, вміли добувати вогонь, поселялися на узбережжях річок, жили під природними навісами або в печерах, вміли говорити, хоча їхня мова була повільною. Неандертальці ховали своїх померлих.
Кроманьйонська людина (Homo sapiens, інша назва - неантропи) Нові від криття молекулярної біології вказують на те, що перші кроманьйонці постали близько 100 тис. років тому. Це були високі, могутньої статури люди, у яких суцільного надбрівного валика не було, був підборідний виступ, що свідчить про розвиток мови. Жили в печерах,
носили одяг, створювали наскельні малюнки, гравюри, скульптури, прикраси та музику. Відрізнялись від своїх сучасних нащадків тільки дещо більшим об
’ємом мозку і міцнішою будовою тіла. Займалися полюванням на великих бізонів, мамонтів, оленів, ведмедів і диких коней.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1. Доведіть вплив біологічних і соціальних чинників на еволюцію людини
. __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ _____________________
ПОХОДЖЕННЯ ТА ІСТОРИЧНИЙ РОЗВИТОК ЖИТТЯ
ПЛАН
1. СВІТОГЛЯДНІ ТА НАУКОВІ ПОГЛЯДИ НА ПОХОДЖЕННЯ ЖИТТЯ
2. ОСНОВНІ ЕТАПИ ПЕРЕДБІОЛОГІЧНОЇ ЕВОЛЮЦІЇ ЖИТТЯ
3. ОСНОВНІ ЕТАПИ РОЗВИТКУ ЖИТТЯ
1.
Походження життя - одна
з трьох найважливіших світоглядних проблем поряд з проблемами походження нашого Всесвіту і походження людини.
У сучасному суспільстві існують різні погляди.
Життя виникло завдяки божественному творенню (гіпотези креаціонізму),
життя виникало неодноразово з неживої речовини (гіпотеза спонтанного за родження),
життя існувало завжди (гіпотеза стаціонарного стану), життя занесене на нашу планету ззовні (гіпотеза панспермії),
життя еволюціонувало на Землі з неживої природи (гіпотеза біохімічної ево люції) та ін.
Сучасні наукові погляди про походження життя можна подати у вигляді таких положень.
• Життя виникло на Землі мільярди років тому з неорганічної природи в два етапи: хімічної, або передбіологічної, еволюції (абіогенез) та біологічної еволюції (біогенез).
•У теперішній час живе походить від живого. Повторне виникнення життя на Землі неможливе.
2.
Передбіологічна (хімічна) еволюція - це процес абіогенного синтезу макромолекул та утворення первісних біологічних систем.
Утворення поширених у живій природі органічних сполук відбувалося по ета пах.
1. Абіогенний синтез органічних мономерів (амінокислот, моносахаридів та і н.).
2.Синтез органічних полімерів та ліпідів. Існує декілька гіпотез для поясненн я цих подій. Наприклад, термічна гіпотеза С. Фокса (із суміші амінокислот за 180-200 °С отримували протеїноїди), гіпотеза адсорбції Д. Бернала (синтез полімерів, для яких каталізаторами були йони металів, а матрицею - часточки пористої глини).
3. Утворення фазово-відокремлених органічних систем
(скупчень сполук, відокремлених від води поверхнею розділу), які могли рос ти, розпадатися й поєднуватися. Такі системи отримують в лабораторних умо вах, і їх ілюструють такі поняття, як «коацервати» Опаріна, «мікросфери» Фокса, «міхурці» Гольдейкра та ін.
4. Утворення протоклітин (автономних біологічних систем, які мали білки й нуклеїнові кислоти, ліпідні мембрани, реакції матричного синтезу і були здатні до самовідтворення). Цікавими у цьому аспекті є гіпотеза «РНКсвіту» (О. Річ, К. Воез, В. Ґілберт) та гіпотеза «світу поліароматичних вуглеводнів» (С. Н. Платс).
3.
ГЕОХРОНОЛОГІЯ ЗЕМЛІ ТА ОСНОВНІ ЕТАПИ РОЗВИТКУ ЖИТТЯ
|
Ера |
Період |
Основні еволюційні події |
|
Архей |
Виникнення прокаріотів, поділ на бактерії та археї. Поява ціанобак терій |
|
|
Протероз ой |
Поява еукаріотів, поділ на рослини, гриби і тварини. Поява багаток літинних організмів |
|
|
Палеозой |
Кембрій |
Поява тварин зі скелетом, перших членистоногих - трилобітів |
|
Ордовік |
Поява хребетних (панцирні безщелепні) і судинних рослин |
|
|
Силур |
Вихід рослин (риніофіти) і безхребетних (ракоскорпіони) на суходіл |
|
|
|
Девон |
Поява вищих спорових, щелепоротих риб і амфібій (л абіринтодонти) |
|
Карбон |
Виникають насінні папороті й перші плазуни (котило заври) |
|
|
Перм |
Поява голонасінних і звірозубих ящерів (теріодонтів)
|
|
|
Мезозой |
Тріас |
Поява динозаврів. Поява перших ссавців |
|
Юра |
Поява птахів |
|
|
Крейда |
Поява покритонасінних, сумчастих і плацентарних |
|
|
Кайнозо й |
Палеоген |
Поява та розквіт плацентарних ссавців і птахів |
|
Неоген |
Поява перших людиноподібних мавп та австралопіте ків |
|
|
Антропоген |
Поява людини |
|
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1. В чому сутність найпоширеніших гіпотез походження життя на Землі?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ _____________________
Тема 7. БІОРІЗНОМАНІТТЯ
ОСНОВИ ЕВОЛЮЦІЙНОЇ ФІЛОГЕНІЇ ТА СИСТЕМАТИКИ
ПЛАН
1. БІОРІЗНОМАНІТТЯ
2. БІОСИСТЕМАТИКА
3. ЕВОЛЮЦІЙНА ФІЛОГЕНІЯ
1.
БІОРІЗНОМАНІТТЯ - це розмаїття організмів, видів та їхніх угруповань. П оняття біорізноманіття застосовується з 1988 р., коли відомий американський біолог Е. Вілсон видав книжку
«Біорізноманіття». Вивченням закономірностей формування та еволюції біорі зноманіття займається диверсикологія.
Основними типами біорізноманіття є:
генетичне (різноманітність генів усіх організмів), видове (різноманітність видів клітинних організмів) екосистемне (різноманітність біотопів й біоценозів у різних ділянках Землі).
Основні чинники, що загрожують біорізноманіттю:
1) скорочення ареалів існування через діяльність людини;
2) надмірна експлуатація біоресурсів (наприклад, рибальство знищило до 80 % рибної біомаси);
3) забруднення середовища (наприклад, тисячі морських птахів і черепах щорічно гинуть через дрібне пластмасове сміття);
4) вторгнення чужорідних видів (наприклад, азійський короп у водоймах Євр опи).
Живі організми та їхні угруповання забезпечують: стійкість та розвиток бі осфери, біологічний колообіг речовин й потік енергії, регуляцію кліматичних процесів на Землі, потреби людини в біоресурсах (їжі, сировині, ліках) тощо.
2.
Біосистематика (від грец. біос - життя і система - упорядкування) - наука про різноманітність організмів. Термін було запропоновано К. Ліннеєм.
Основна мета біосистематики: побудова системи органічного світу.
Загальними принципами біосистематики:
• Для визначення місця виду
в системі органічного світу використовуються систематичні (таксономічні) к атегорії: домен, царство, тип (відділ), клас, ряд (порядок), родина, рід і вид
• Основною і найменшою одиницею класифікації є вид, а найбільшою одиницею класифікації є домен - категорія, що включає декілька царств.
• Кожен вид слід обов’язково класифікувати - визначити ступінь його подібн ості й відмінності від інших, порівнявши з ними.
•На основі окремих ознак подібності ґрунтується побудова штучних (формал ьних) систем (систем організмів,
у класифікації яких не враховується історична спорідненість різних таксонів)
.
• Природні (філогенетичні) системи - це системи організмів,
у яких класифікація видів ґрунтується на їх ступені подібності та відображає філогенетичну спорідненість між систематичними групами.
• Для класифікації живих організмів використовується подвійна (бінарна) номенклатура, яку запровадив ще К. Лінней. Бінарна номенклатура
- подвійна назва видів, перше слово якої вказує на родову належність, а друге - на видову. Наприклад, пес свійський (Canis familiaris).
•Для зведення правил біологічної номенклатури існують спеціальні номенкла турні кодекси (наприклад, «Міжнародний кодекс ботанічної номенклатури» (ICBN), «Міжнародний кодекс зоологічної номенклатури» (ICZN).
3.
Еволюційна філогенія (або філогенез) (від. грец. філо - рід і генезіс - пород жую)
- розділ еволюційної біології, що вивчає шляхи історичного розвитку біорізн оманіття Землі. Термін філогенез ввів у науку німецький учений Е. Геккель у 1866 р.
Ним він визначав історичний розвиток окремих видів, систематичних груп та органічного світу в цілому.
Вихідним методом
для досліджень філогенезу був метод «потрійного паралелізму» з використан ням знань морфології, ембріології та палеонтології. Сучасна еволюційна філо генія використовує дані генетики, біохімії, молекулярної біології та багатьох інших наук.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Розгляньте філогенетичне дерево, застосуйте знання організмів та заповніть т аблицю. Зробіть висновок про єдність органічного світу.
|
Назва групи |
Представники |
|
Бактерії |
|
|
Археї |
|
|
Одноклітинні твариноподібні |
|
|
Одноклітинні водорості |
|
|
Рослини |
|
|
Гриби |
|
|
Тварини |
|
СИСТЕМА ОРГАНІЧНОГО СВІТУ. ВІРУСИ
ПЛАН
1. ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ СИСТЕМИ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ
2. ОСОБЛИВОСТІ ТА ЗНАЧЕННЯ ВІРУСІВ
3. ПРІОНИ.ВІРОЇДИ
1.
СИСТЕМА ОРГАНІЧНОГО
СВІТУ - це розподіл на групи всіх живих істот з урахуванням їхньої спорідне ності та використанням систематичних категорій.
ОсновнІ принципи побудови системи органічного світу:
1. Принцип філогенетичності.
В системі органічного світу живі істоти класифікуються не тільки за комплексом морфологічних, фізіологічних, біохімічних та молекулярногенетичних ознак, а й з урахуванням філогенетичної спорідненості організмів.
2.
Принцип ієрархічності. Систематичні категорії нижчого порядку об’єднують ся в категорії вищого порядку.
3.
Принцип номенклатурної упорядкованості. Усі назви таксонів мають подават ися за
правилами, прописаними у спеціальних міжнародних кодексах біологічної но менклатури.
2.
ВІРУСИ (від. лат. virus - отрута)
- це неклітинні форми життя, які є внутрішньоклітинними абсолютними пара зитами. Віруси вражають усі клітинні організми.Знайдено також віруси, які з датні відтворюватися лише в присутності інших вірусів (вірусисателіти). Відкрито віруси в 1892 р. Д.
Й. Івановським. Віруси, яких на сьогодні описано понад 5 000 видів, вивчає вірусологія.
|
Особливості вірусів |
|
1. Неклітинна будова |
|
2. Простий хімічний склад |
|
3. Різноманітність геному |
|
4. Проста будова |
|
5. Відсутність синтезу білків |
|
6. Відносна специфічність |
|
7. Особливий життєвий цикл |
|
8. Здатність до самозбирання |
За особливостями будови віруси поділяють на:
Прості віруси складаються з білків і одного типу нуклеїнової кислоти, а складні віруси мають ще ліпіди, вуглеводи. Прості віруси мають капсид з бі лкових частинок - капсомерів і нуклеїнову кислоту - серцевину.
Складні віруси можуть мати додаткові оболонки, молекули вуглеводів, фер менти тощо. Вірусна нуклеїнова кислота представлена одно- або дволанцюжковими молекулами ДНК чи РНК.
Вірусні білки бувають декількох типів:
білки-ферменти для самовідтворення молекул нуклеїнових кислот, білки-гемаглютиніни для розпізнавання клітин, білки-нейромінідази для руйнування рецепторів клітин, структурні білки для побудови капсиду.
У вірусів немає власних білоксинтезуючих систем, тобто у них немає власних іРНК, тРНК, рибосом.
Для вірусів характерна специфічність, що полягає у можливості взаємодії вір усів лише з певними рецепторами клітинних мембран.
У життєвому циклі вірусів наявні 2 фази - позаклітинна (віріон) і внутрішньоклітинна (проявляє окремі ознаки живого, якто мінливість, розмноження).
ЗНАЧЕННЯ ВІРУСІВ:
Віруси спричиняють різноманітні, часто масові (епідемічні) захворювання
Людина використовує віруси у біологічному методі боротьби зі шкідливими видами (личинками кровосисних комарів, гусеницями шовкопрядів тощо).
Віруси використовують і в генетичній інженерії для перенесення генів до клітин бактерій.
Учені вважають, що віруси відіграють велику роль
в еволюції організмів, оскільки можуть передавати спадкову інформацію від одних особин цих організмів до інших, як у межах одного виду, так і між різними.
3.
Пріони (від англ. proteinaceous infectious particles - білкові заразні частинки) - особливий клас інфекційних агентів, які є низькомолекулярними білковими частинками без нуклеїнової кислоти. Ці частинки є збудниками важких захво рювань ЦНС, м’язової, кровоносної та інших систем у людей і ряду вищих тварин (так звані повільні інфекції) і завжди закінчуються летально. Відкриті пріони в 1982 р. американським біологом С. Прузінером (нар.
1992). Найвідоміші пріонні інфекції, пов’язані з ураженням головного мозку: губчаста енцефалопатія, фатальне сімейне безсоння, хвороба Куру та ін. Віроїди - неклітинні форми життя, які являють собою низькомолекулярну од ноланцюгову кільцеву РНК, що не кодує білків. Віроїди було відкрито в 1971 р. Т. Дінером (нар. 1926). Ці субмікроскопічні частинки, на відміну від РНКвірусів, білкової оболонки не мають. Віроїди потрапляють в клітину рослини
-хазяїна під час вегетативного розмноження, за допомогою комах або механічним шляхом
у разі пошкодження тканин. Більшість вчених вважають, що вони походять ві д інтронів або мобільних генетичних елементів. Віроїдними хворобами є веретеноподібність бульб картоплі, хвороба жовтих плям рису та ін.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1. Доведіть, що віруси є необхідною й важливою частиною біорізноманіття Землі.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ _____________________
БАКТЕРІЇ. АРХЕЇ
ПЛАН
1. БАКТЕРІЇ
2. АРХЕЇ
1.
БАКТЕРІЇ (Bacteria) - група мікроскопічних, одноклітинних організмів, у яких немає ядра
та мембранних органел. Уперше ці мікроскопічні організми побачив під мікр оскопом А. ван Левенгук (1632-1723).
ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ:
Клітинна стінка містить полісахариди (муреїн),
плазматична мембрана утворює внутрішньоклітинні впинання (фотомембран и, мезосоми),
з органел у цитоплазмі є рибосоми, замість ядра - нуклеоїд, у багатьох - плазміди (маленькі кільцеві молекули ДНК).
За формою клітин їх поділяють на групи: кулясті, паличкоподібні, звивисті .
Способів живлення: фотоавтотрофне (ціанобактерії), хемоавтотрофне (за лізо, сіркобактерії), фотогетеротрофне (пурпурні несірчані бактерії), хемог етеротрофне (сапротрофні, симбіотрофні бактерії).
Більшість прокаріотів є аеробами, але є й численна група анаеробів Рухаються за допомогою слизу або джгутиків.
Розмножуються нестатево - поділом клітини навпіл, іноді брунькуванням, ду же швидко (кожні 20-30 хв).
У багатьох прокаріотів відбувається утворення спор
для життя за несприятливих умов, деякі здатні до інцистування для захисту й поширення.
Найвідомішими групами бактерій є: спірохети (наприклад, бліда спірохета - збудник сифілісу); актинобактерії (наприклад, стрептоміцети); мікоплазми (наприклад, мікоплазма пневмонії людини); протеобактерії (наприклад, киш кова паличка, сальмонела, холерний вібріон, чумна паличка, хелікобактер); ц іанобактерії - група одноклітинних, колоніальних прокаріотів, які здатні до фотосинтезу з виділенням кисню та азотофіксації (наприклад, спіруліна, ност ок, анабена, мікроцистіс).
РОЛЬ БАКТЕРІЙ У ПРИРОДІ ТА ЖИТТІ ЛЮДИНИ
У природі
• Мінералізація органічних решток (наприклад, сапротрофні бактерії - редуце нти)
• Санітарна роль на Землі (наприклад, бактерії гниття)
• Роль
у колообізі речовин (наприклад, залізобактерії, азотофіксуючі бактерії, нітри фікуючі бактерії, сіркобактерії та ін.)
• Ґрунтоутворення (наприклад, бактерії гниття)
• «Цвітіння» води (наприклад, ціанобактерії)
• Азотофіксація (наприклад, ціанобактерії та деякі азотофіксуючі бактерії)
• Утворення нафти та газу (наприклад, метанобактерії)
У житті людини
• Спричиняють хвороби (наприклад, туберкульоз, тиф, правець, холеру)
• Виробляють антибіотики (наприклад, бактерії роду стрептоміцети)
• Біометод боротьби з комахами-шкідниками
• Підвищення врожайності рослин (наприклад, використання бактеріальних д обрив - азотобактерину, фосфобактерину тощо)
• У процесах бродіння (наприклад, для отримання молочних продуктів)
• Як лабораторні об'єкти (наприклад, кишкова паличка)
• Знешкодження забруднювачів (наприклад, актиноміцети)
2.
АРХЕЇ (від грец. археос - старий)
- мікроскопічні одноклітинні без’ядерні організми, що відрізняються від бакт ерій та еукаріотів. Це найменш вивчена і, можливо, найдавніша група клітин них організмів . Ці організми відкрито у 1977 р. К. Воузом і Дж. Фоксом. На сьогодні описано близько 50 видів археїв із доволі незвичною формою клі тин у вигляді квадрата, куба, паралелепіпеда.
Основні особливості археїв пов’язані з хімічним складом і процесами життєдіяльності:
Це відсутність у клітинній стінці пептидогліканів,
наявність у геномі інтронів та унікальних нуклеотидних послідовностей у генах рРНК і тРНК
основою клітинної мембрани архей є мономолекулярний шар ліпідів,
лише серед архей
є види, здатні до утворення метану під час життєдіяльності, завдяки особливи м білкам ДНК є стійкою до денатурації, у них не утворюються спори та ін.
Археї розмножуються нестатево: поділом навпіл, фрагментацією та брунькув анням.
Багато архей поширені там, де життя інших організмів неможливе.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Робота з ілюстрацією
Визначте значення позначених елементів будови узагальненої клітини бактер ій та заповніть таблицю в робочому зошиті.
|
Назва елементів будови |
Значення |
|
1. Джгутик |
|
|
2. Рибосоми |
|
|
3. Включення |
|
|
4. Плазмалема |
|
|
5. Клітинна стінка |
|
|
6. Нуклеоїд |
|
|
7. Мезосоми |
|
|
8. Цитоплазма |
|
|
9. Пілі, або фімбрії |
|
|
10. Фотомембрани |
|
ЕУКАРІОТИ
ПЛАН
1. ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ТА ПРОЦЕСИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЕУКАРІОТІВ. РОСЛИНИ
2. ГРИБИ
3. ТВАРИНИ
1.
ЕУКАРІОТИ (Eukaryota) – одно
та багатоклітинні організми, які в своїх клітинах мають ядро та мембранні органели.
До одноклітинних еукаріотів належать одноклітинні твариноподібні, одноклі тинні водорості, одноклітинні грибоподібні організми, яких можна об’єднати в групу Протисти (від грец. протистос - найперший). Багатоклітинними еу каріотами є рослини, гриби і тварини.
РОСЛИНИ (Plantae)
- багатоклітинні еукаріотичні організми, найзагальнішими особливостями як их є пластиди, фотоавтотрофне живлення та прикріплений спосіб життя.
Майже в усіх рослин клітини є тригеномними - з ядерним, мітохондріальним та пластидним геномами.
У рослинних клітин є клітинна стінка з целюлози та запасливі включення у вигляді крохмальних зерен.
Вищі рослини мають твірні, провідні, механічні, основні та покривні тканин, що утворюють вегетативні та генеративні органи.
Реагують рослинні організми на впливи середовища за допомогою тропізмів і настій,а регуляція процесів життєдіяльності відбувається за участю фітогорм онів.
Предками рослин були джгутикові прокаріоти, які вступили у симбіоз із ціанобактеріями.
Основними напрямами еволюції рослин були:
багатоклітинність,
формування нестатевого та статевого поколінь та становлення двох еволюцій них напрямів розвитку наземних рослин (гаметофітного й спорофітного), запліднення без води, виникнення насінини, формування квітки, плоду і подвійного запліднення.
За даними 2016 р., на Землі є
390900 видів рослин, що їх об’єднують в окреме царство в межах домену Еукаріоти.
У царстві Рослини для вивчення в школі найчастіше виокремлюють такі груп и:
Нижчі рослини (Діатомові водорості, Бурі водорості, Червоні водорості, Зел ені водорості)
і Вищі рослини (Мохоподібні, Хвощеподібні, Плауноподібні, Папоротеподіб ні, Голонасінні, Покритонасінні).
2.
ГРИБИ (Fungi)
- багатоклітинні гетеротрофні еукаріотичні організми, найзагальнішими озна ками яких є осмотичне живлення та прикріплений спосіб життя. Клітини гри бів мають клітинну стінка з хітину, запасають глікоген. У грибів двогеномні клітини,
в яких представлено ядерний та мітохондріальний геноми, а розміри самого геному значно менші, ніж у рослин й тварин.
Вегетативне тіло переважної більшості грибів являє собою систему вкритих клітинними оболонками ниток (гіфів), яка називається грибницею
(міцелієм). Органи нестатевого розмноження грибів називають спорангіями. Вони розміщені поодиноко або зібрані у складні структури.
Гриби мають поліфілетичне походження від різних джгутикових.
Сьогодні описано приблизно 70
тис. видів грибів, проте їх очікуване різноманіття, за оцінками різних авторів, становить від 300 тис. до 1,5 млн видів.
Основними екологічними групами, що мають для людини найбільше значенн я, є шапинкові гриби, грибипаразити, цвілеві гриби, дріжджеві гриби та ін.
Лишайникам
не надають у системі грибів статусу певного таксона, оскільки існують погля ди про незалежність походження різних груп лишайників.
За прийнятою в Україні системою, справжні гриби поділяють на
10 груп, серед яких виокремимо відділи Міксомікота, Оомікота, Хітридіоміко та, Зигомікота, Аскомікота, Базидіомікота.
3.
ТВАРИНИ (Animalia)
- багатоклітинні еукаріотичні організми, найзагальнішими особливостями як их є хемогетеротрофне живлення та активний рух (локомоція).
Для
них характерні двогеномні клітини (ядерний і мітохондріальний геноми), змінна форма тіла, обмежений ріст,
подразливість у вигляді рефлексів,
відсутність клітинної стінки і наявність глікокаліксу, запасання глікогену,
наявність двох чи трьох зародкових листків, стадій бластули і гаструли в заро дковому розвитку.
Вважається, що тварини походять від одноклітинних джгутикових, а їх найближчі відомі живі родичі - це комірцеві жгутиконосці, морфологічно подібні до хоаноцитів деяких губок. Молекулярні дослідження визначили мі сце тварин у надгрупі Задньоджгутикові.
Основними напрямами еволюції тварин
є виникнення багатоклітинності, поява різних органів й систем органів, розвиток рухливості та
систем регуляції. В еволюції тварини ароморфозів з’являлося набагато більш е, ніж у представників будь-якого іншого царства.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
На конкретних прикладах порівняйте три групи еукаріотів. Зробіть висновок про подібність й відмінності та їхні причини.
ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОСЛИН, ТВАРИН Й ГРИБІВ
|
Ознака |
Рослини |
Тварини |
Гриби |
|
Геном |
|
|
|
|
Особливості будови клітин |
|
|
|
|
Тканини |
|
|
|
|
Органи |
|
|
|
|
Живлення |
|
|
|
|
Активний рух |
|
|
|
|
Основні групи |
|
|
|
Тема 8. НАДОРГАНІЗМОВІ БІОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ
ЕКОСИСТЕМА. РІЗНОМАНІТНІСТЬ ЕКОСИСТЕМ
ПЛАН
1. ПОНЯТТЯ ЕКОСИСТЕМИ
2. СТРУКТУРА ЕКОСИСТЕМИ 3. ЕКОСИСТЕМНЕ РІЗНОМАНІТТЯ
1.
СИНЕКОЛОГІЯ - це розділ екології, об’єктом і предметом пізнання якої є екосистеми та їхні внутрішні й зовнішні зв’язки.
ЕКОСИСТЕМА - сукупність організмів різних видів та середовища їхнього існування, що пов’язані з обміном речовин, енергії та інформації.
СКЛАДОВІ ЕКОСИСТЕМИ:
АБІОТИЧНА (БІОТОП) - чинники неживої природи.
БІОТИЧНА (БІОЦЕНОЗ) - чинники живої природи.
2.
СТРУКТУРА ЕКОСИСТЕМИ - сукупність компонентів цілісної системи, що умовно виділяються за певними критеріями.
1. Просторова структура визначається розташуванням елементів абіотичної та біотичної частин у просторі екосистеми.(надземна та підземна ярусність).
2. Видова структура екосистеми визначається видовою різноманітністю, тобто кількістю популяцій та видів, а також співвідношенням особин цих видів. Саме цей показник забезпечує стійкість та саморегуляцію екосистем.
3. Екологічна структура - це співвідношення популяцій різних видів, які виконують певні функції в екосистемі. Цими групами є продуценти, консументи та редуценти. Їхня наявність є обов’язковою умовою існування будь-якої екосистеми.
Продуценти - популяції автотрофних організмів, здатних синтезувати органічні речовини з неорганічних.
Консументи - популяції гетеротрофних організмів, які живляться безпосередньо або через інші організми готовою органічною речовиною, синтезованою автотрофами. Розрізняють консументи І порядку (гетеротрофні рослиноїдні організми, паразити рослин) та консументи ІІ і наступних порядків (хижаки, паразити тварин, а також сапрофаги). Редуценти - популяції гетеротрофних організмів, які в процесі життєдіяльності розкладають мертві органічні речовини до мінеральних, котрі потім використовуються продуцентами.
3.
Екосистемне різноманіття - це розмаїття екосистем, що визначається різноманітністю природних умов та діяльністю людини.
За масштабами екосистеми поділяються на:
мікроекосистеми (трухляві пні, мертві стовбури дерев, мурашники тощо)
макроекосистеми (екосистеми тундри, тайги, степу, пустелі, саван, лісів, а також морські екосистеми).
За походженням екосистеми поділяють на:
природні (наприклад, ліси, річки, озера) штучні (наприклад, сади, парки, городи, поля, штучні водойми).
За походженням розрізняють:
наземні (широколисті ліси, степи, луки), прісноводні (озера, ставки, водосховища, річки, струмки, джерела, болота), морські (прибережні води, бухти, протоки, гирла річок).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Виконай завдання перейшовши за QR кодом
ЕКОСИСТЕМИ ТА ЇХ ФУНКЦІОНУВАННЯ
ПЛАН
1. ЛАНЦЮГ ЖИВЛЕННЯ
2. ФУНКЦІОНУВАННЯ ЕКОСИСТЕМ
3. КОЛООБІГ РЕЧОВИН ТА ПОТІК ЕНЕРГІЇ В ЕКОСИСТЕМІ
1.
ЛАНЦЮГ ЖИВЛЕННЯ (трофічний ланцюг) - це послідовний ряд живих організмів, пов’язаних харчовими зв’язками, який відображає передачу речовини та енергії в екосистемі. Термін «ланцюг живлення» запропонував Ч. Елтон у 1934 р.
ПРОДУЦЕНТИ - КОНСУМЕНТИ 1 ПОРЯДКУ - КОНСУМЕНТИ 2 ПОРЯДКУ - РЕДУЦЕНТИ
За джерелом надходження енергії до консументів ланцюги живлення поділяють на:
Пасовищні, або ланцюги виїдання - це ряд організмів, який починається із зелених рослин (наприклад, трава - зелений коник - ящірка - яструб).
Детритні, або ланцюги розщеплення — це ряд організмів, що починається з мертвої органічної речовини (наприклад, опале листя - дощовий черв’як - кріт - лисиця).
2.
ФУНКЦІОНУВАННЯ ЕКОСИСТЕМ - сукупність процесів, що забезпечують діяльність, існування та розвиток екосистеми в часі. Основними закономірностями функціонування екосистем є такі.
1. Правило екологічної піраміди (закон піраміди енергії Р. Ліндемана (1942), правило «десяти відсотків»): екологічна ефективність кожної наступної ланки приблизно в 10 разів менша попередньої внаслідок втрат енергії на кожному трофічному рівні.
Графічно це правило можна зобразити у вигляді піраміди, складеної з окремих блоків .
Екологічна піраміда - це графічне відображення трофічної структури ланцюга живлення.
Залежно від показника, покладеного в основу, є різні види екологічних пірамід:
• піраміда чисел — відображає кількість особин у кожному рівні ланцюга живлення; може бути оберненою;
• піраміда біомаси — кількість органічної речовини; лише прямого типу; • піраміда енергії — кількість енергії в їжі; лише прямого типу.
Екологічна піраміда
2. Закон односпрямованості потоку енергії: енергія, що її отримує екосистема, передається в одному напрямку від продуцентів до консументів та редуцентів.
3. Закон внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія, інформація та процеси, що їх пов’язують, перебувають у тісному взаємозв’язку. Зміна одного з показників неминуче призводить до змін інших за умови збереження фундаментальних властивостей - саморегуляції, самооновлення та самовідтворення.
3.
Колообіг речовин і потік енергії в екосистемі - це перенесення речовин та енергії в екосистемі, що здійснюється за участі продуцентів, консументів та редуцентів.
Слід запам’ятати, що колообіг речовин в екосистемі має циклічний характер, а потік енергії - лінійний.
Обмін речовин та енергії в екосистемі
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1. Порівняйте роль продуцентів, консументів та редуцентів, заповнивши таблицю.
ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУЦЕНТІВ,
КОНСУМЕНТІВ І РЕДУЦЕНТІВ
|
Ознака |
Продуценти |
Консументи |
Редуценти |
|
Організми |
|
|
|
|
Тип живлення |
|
|
|
|
Роль в екосистемах |
|
|
|
2. На підставі правила екологічної піраміди визначте, скільки фітопланктону необхідно, щоб в Арктиці зміг вирости та існувати один білий ведмідь масою 400 кг (ланцюг живлення: фітопланктон - зоопланктон - риби - тюлені - білий ведмідь)? Побудуйте пряму екологічну піраміду біомаси.
ЕКОЛОГІЧНІ ЧИННИКИ
ПЛАН
1. ЕКОЛОГІЧНІ ЧИННИКИ
2. ДІЯ ЕКОЛОГІЧНИХ ЧИННИКІВ НА ОРГАНІЗМ
3. ЕКОЛОГІЧНА ВАЛЕНТНІСТЬ
1.
ЕКОЛОГІЧНІ ЧИННИКИ - це усі компоненти навколишнього середовища, які впливають на живі організми та їх угруповання.
|
|
Екологічні чинники |
|
|
Абіотичні |
Біотичні |
Антропічні |
|
Кліматичні (вплив світла, температури, вологості) Атмосферні (вплив повітря) Едафічні (вплив ґрунту) Гідрологічні (вплив води) Топографічні (вплив рельєфу) |
Симбіотичні (мутуалізм, коменсалізм, паразитизм) Нейтральні Антагоністичні (хижацтво, виїдання, конкуренція) |
Техногенні (вплив галузей промисловості) Антропогенні (безпосередній вплив людини) |
2.
Загальні закономірності впливу екологічних чинників на організми й угруповання:
• Правило адаптивності: у відповідь на вплив умов середовища у організмів у процесі еволюції формуються пристосування (наприклад, адаптація риб до життя у воді).
• Закон оптимуму: кожен чинник позитивно впливає на життєдіяльність організмів лише у певних межах.
• Правило взаємодії екологічних чинників: за сумісної дії на організм одні чинники можуть посилювати чи послаблювати впливи інших чинників.
• Правило обмежувального чинника: життєдіяльність виду обмежується тим чинником, дія якого є найбільш віддаленою від оптимальної .
Обмежувальний (лімітуючий) чинник - це чинник середовища, який найбільше відхиляється від оптимуму дії серед всіх інших факторів і виходить за межі витривалості.
• Правило екологічної ніші: організми пристосовуються до всієї сукупності чинників, що діють на них, тобто кожний вид має свою екологічну нішу - сукупність всіх чинників середовища, за яких можливе існування виду.
3.
На організм одночасно впливають багато різних чинників, і дію кожного із них можна подати у вигляді загальної схеми:
Схема дії екологічного чинника
Екологічна валентність (екологічна толерантність) - здатність організмів успішно протистояти дії зовнішніх чинників у певному інтервалі даного біотопу, або, іншими словами, адаптованість видів до певних умов існування. Кількісно вона охоплює діапазон між нижньою і верхньою межами витривалості.
За екологічною валентністю організми поділяють на:
Стенобіонти (від грец. стенос - вузький та біос - життя) - організми, які можуть жити лише за дуже незначної зміни чинників середовища. Це симбіонти, мешканці морських глибин, печер, лісів високогір’я (наприклад, колібрі, осоїди, коала, форель, риби-вудильники).
Еврибіонти (від грец. еврі - широкий та біос - життя) - організми, що можуть жити за значних змін чинників середовища. Це здебільшого мешканці помірних широт (наприклад, пацюки, таргани, свині, бурий ведмідь, ворони).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Виконай завдання за QR кодом, відповіді запиши:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ
ПЛАН
1. ПОНЯТТЯ ПРО СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ
2. ОСОБЛИВОСТІ СЕРЕДОВИЩ ІСНУВАННЯ
1.
СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ - це частина простору, в якому мешкають особини, популяції й угруповання організмів різних видів. Середовище існування утворене певними екологічними чинниками, що чинять прямий або опосередкований вплив на організми.
Найголовнішою закономірністю у взаємодії організмів із середовищем їхнього життя є нерозривний стійкий двобічний зв’язок. Середовище існування є джерелом речовин, енергії та інформації, змінює живе, формує адаптації, сприяє виникненню нових популяцій й видів. Водночас й організми змінюють середовище існування, і роль їх у цьому є надзвичайно великою.
Ця закономірність називається законом єдності середовища та організмів. Її автор - видатний український науковець В. І. Вернадський (1863-1945).
Основними типами середовищ існування для організмів нашої Землі у природі є наземно-повітряне, водне, ґрунтове та гостальне (організм хазяїна). Організми можуть жити в одному або декількох середовищах.
У подібних умовах середовища існування в різних видів виробляються подібні адаптаційні комплекси, що є основою для виділення життєвих форм організмів.
У вищих рослин розрізняють такі життєві форми, як дерева, кущі, трави.
У тварин - наземні, підземні, деревні, повітряні та водяні.
2.
Різні типи середовищ існування мають свої особливості.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
1.Наведіть приклади організмів, які мешкають в різних середовищах існування та напишіть їх пристосування до цього середовища.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ________________________________
ЕКОСИСТЕМИ ТА ЇХНЯ СТАБІЛЬНІСТЬ
ПЛАН
1. СТАБІЛЬНІСТЬ ЕКОСИСТЕМ
2. ЕКОЛОГІЧНІ СУКЦЕСІЇ
3. ШТУЧНІ ЕКОСИСТЕМИ
1.
СТАБІЛЬНІСТЬ (СТІЙКІСТЬ) ЕКОСИСТЕМИ - здатність екосистеми зберігати свою структуру й функціонування під дією зовнішніх чинників.
Основні умови стабільності екосистем:
1. Значне видове різноманіття
2. Висока первинна біопродукція
3. Складність ланцюгів живлення
4. Розгалуженість трофічних мереж
5. Повнота мінералізації решток
Екосистеми є динамічними структурами із багатьох видів продуцентів, консументів, редуцентів, пов’язаних між собою трофічними ланцюгами. Протягом тривалого часу види адаптуються один до одного і до середовища існування.
Екосистема тільки прагне до стабільності, але ніколи її не досягає: по-перше, змінюються зовнішні умови, по-друге, види змінюють середовище існування.
Залежно від здатності екосистем підтримувати свою динамічну рівновагу їх поділяють на:динамічно стійкі (екосистема стійко функціонує в широкому діапазоні змін навколишніх впливів і має багато взаємозамінних видів)
динамічно нестійкі (екосистема функціонує в обмеженому діапазоні змін навколишніх впливів і має небагато взаємозамінних видів).
2.
Екологічні сукцесії (лат. succesio - наступність) - спрямовані послідовні зміни угруповань організмів на певній ділянці середовища, які призводять до відновлення чи перетворення екосистеми відповідно до природних умов. Засновником теорії сукцесій є Ф. Клементс (1874-1945).
За особливостями формування сукцесії поділяють на:
Первинні сукцесії - це поява і розвиток угруповань у місцях, де їх раніше не було (наприклад, розвиток екосистем на скельних породах, зсувах, відмілинах річок, вулканічних островах).
Вторинні сукцесії - це відновлення природних угруповань після певних порушень (наприклад, відновлення лісів після пожеж чи вирубки, степів - після розорювання).
ЕТАПИ ФОРМУВАННЯ СУКЦЕСІЙ:
• Процес сукцесії починається із заселення лишайниками, нижчими грибами і рослинами.
• Угрупування організмів, які існують на початку сукцесій, називаються піонерними. Вони зазвичай нестійкі, з незначним видовим різноманіттям, нескладними ланцюгами живлення, слабкою мінералізацією решток тощо.
• Піонерні угруповання швидко змінюються проміжними угрупованнями.
• Завершуються сукцесії, як правило, формуванням зрілих (клімаксних) екосистем з максимально можливим у даних природних умовах ступенем стійкості.
3.
Штучні екосистеми - це збіднене видами угруповання рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, створене людиною. Їхнє призначення полягає в забезпеченні людини їжею й сировиною, створенні умов проживання, організації наукових досліджень та ін. Існування штучних екосистем можливе тільки за постійного, науково обґрунтованого догляду з боку людини.
Однією з визначальних особливостей штучних екосистем є переважання одного чи декількох домінантних видів організмів, що позначається на довжині трофічних ланцюгів, складності трофічних мереж тощо.
Людина повинна постійно втручатися у структуру та функціонування екосистем для того, щоб запобігти небажаним змінам.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Порівняйте за допомогою таблиці в робочому зошиті природні й штучні екосистем та сформулюйте висновок про їхню стабільність у часі.
|
Ознака |
Екосистеми |
|
|
|
природні |
|
штучні |
|
|
Тип екосистем (за стійкістю) |
|
|
|
|
Причини виникнення |
|
|
|
|
Видове біорізноманіття |
|
|
|
|
Трофічні сітки |
|
|
|
|
Ступінь біопродуктивності |
|
|
|
|
Саморегуляція |
|
|
|
|
Джерело енергії |
|
|
|
|
Колообіг речовин й потік енергії |
|
|
|
|
Панівна форма добору |
|
|
|
БІОСФЕРА ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА
ПЛАН
1. БІОСФЕРА
2. ЖИВА РЕЧОВИНА
3. БІОЛОГІЧНИЙ КОЛООБІГ РЕЧОВИН ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ
1.
БІОСФЕРА - особлива оболонка Землі, населена живими істотами.
Перші уявлення про біосферу як «зону життя» дав Ж. Б. Ламарк, термін запропонував австрійський вчений Е. Зюсс (1875), а цілісне вчення про біосферу створив наш видатний співвітчизник В. І. Вернадський («Біосфера», 1926).
Дослідженнями біосфери займається біосферологія.
Особливості біосфери:
1. Біосфера охоплює три геологічні оболонки - літосферу, атмосферу та гідросферу. Межами біосфери є нижні шари атмосфери до висоти близько 11 км, вся гідросфера і верхній шар літосфери до глибини 3-11 км.
2. У структурі біосфери виокремлюють абіотичний та біотичний компоненти, що пов’язані переміщенням елементів.
3. Структурними елементами біосфери є 7 типів речовини: 1) жива (сукупність усіх організмів на Землі); 2) біогенна (речовина, утворена й перероблювана організмами: вугілля, нафта, кисень атмосфери тощо); 3) косна (абіотична речовина, утворена без участі живого - лава, попіл вулканів; 4) біокосна (біогенно-абіотична речовина, продукти розкладу і переробки косної речовини організмами - ґрунт); 5) радіоактивна; 6) космічна; 7) розсіяні атоми.
4. Елементарними одиницями біосфери є екосистеми в усій своїй різноманітності, об’єднані біологічним колообігом речовин й перетворенням енергії.
5. Біосфера існує з часу появи життя на Землі й на сучасному етапі свого розвитку поступово переходить у ноосферу - стан біосфери, за якого визначальними чинниками стає розумова діяльність й праця людини, а характерною рисою - екологізація всіх сфер життя.
2.
Жива речовина (біота) - вся сукупність живих організмів на планеті. На її частку припадає всього 0,01 % від маси всієї біосфери (97 % - рослини і 3 % - тварини та інші організми), проте саме з нею пов’язані найважливіші процеси, що відбуваються в усіх оболонках Землі.
Функції живої речовини:
• Газова
• Концентраційна
• Окисно-відновна
• Біохімічна
Основними властивостями живої речовини, від яких залежить реалізація цих функцій, є: обмін речовин, ріст,
самовідтворення,
здатність нагромаджувати і передавати енергію по ланцюгах живлення, зміна абіотичного середовища, адаптивність та ін.
3.
Біологічний колообіг речовин - це переміщення, розподіл і концентрація хімічних елементів і речовин у біосфері, що відбуваються за допомогою живих організмів. Біологічний колообіг речовин у природі, на відміну від геологічного, є швидким і розімкненим (частина елементів відкладається у вигляді порід органічного походження).
Серед найважливіших циклів виокремимо колообіг Н2О, СО2, Оксигену, Нітрогену і Фосфору .
Біологічне перетворення енергії — це перетворення сонячної енергії у біосфері, що відбуваються за допомогою живих організмів. Біосфера більшу частину енергії одержує у вигляді променистої енергії Сонця, і незначна частка є тепловою енергії процесів у земній корі. Лише 0,1 % сонячної енергії, що потрапляє на Землю, вловлюється продуцентами, використовується в процесі фотосинтезу й запасається у вигляді хімічної енергії вуглеводів. Ця зв’язана енергія далі використовується консументами й редуцентами в ланцюгах живлення.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Дайте відповідь на питання:
У чому суть планетарної ролі живої речовини?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
________________________________
БІОСФЕРА ТА ЇЇ ЗБЕРЕЖЕННЯ
ПЛАН
1. ВПЛИВ ЛЮДИНИ НА СУЧАСНУ БІОСФЕРУ
2. НАПРЯМКИ ОХОРОНИ БІОСФЕРИ
1.
Протягом усієї своєї історії людство поступово посилювало вплив на природу, усе більше порушуючи екологічну рівновагу й створюючи екологічні проблеми.
Екологічні проблеми - це такі зміни стану довкілля, які можуть погіршити (прямо або опосередковано) природні умови. Вони можуть мати статус місцевих чи регіональних екологічних проблем, але деякі спричиняють вплив на всю біосферу Землі й загрожують людству.
Найважливіші глобальні проблеми, як:
1) забруднення середовища (відходами виробництва, нафтопродуктами, отрутохімікатами, мінеральними добривами, синтетичними матеріалами тощо);
2) потепління клімату;
3) кислотні опади;
4) руйнування озонового шару;
5) спустелення територій;
6) зменшення біорізноманіття.
Екологічні катастрофи - швидкі й небезпечні зміни природних умов, за яких стан довкілля стрибкоподібно змінюється в несприятливий бік. Екологічна криза - глибоке порушення природної екологічної рівноваги та напружений стан взаємин між людиною і природою. До розвитку глобальної сучасної екологічної кризи призвели два чинники - демографічний та промислово-енергетичний.
2.
Людина і біосфера невіддільні одне від одного.
Одним із напрямів охорони біосфери є збереження біорізноманіття. Учені виявляють види та угруповання організмів, яким загрожує небезпека, з’ясовують, скільки їх залишилося в природі і де саме, розробляють заходи щодо охорони довкілля.
Важливий крок на шляху захисту й збереження біосфери - виділення й розвиток природно-заповідних територій.
Роль заповідних територій у збереженні біологічного різноманіття:
1) збереження генофонду рослинного і тваринного світу;
2) забезпечення загальної екологічної рівноваги та відновлення біологічного колообігу речовин у природному середовищі;
3) проведення наукових досліджень, здійснення екологічного моніторингу, прогнозування змін довкілля та розробка наукових рекомендацій щодо охорони біосфери;
4) збереження типових й унікальних природних комплексів, біорізноманіття ландшафтів та «неживої природи».
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Складіть правила, за допомогою яких можна зберегти природу і врятувати життя на Землі.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ ________________________________
Тема 9. БІОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА БІОТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕДИЦИНИ
ПОНЯТТЯ ПРО СЕЛЕКЦІЮ
ПЛАН
1. СЕЛЕКЦІЯ
2. ОДОМАШНЕННЯ ТВАРИН
3. ЦЕНТРИ ПОХОДЖЕННЯ КУЛЬТУРНИХ РОСЛИН
1.
СЕЛЕКЦІЯ (від лат. selectio - добір) - наука про створення нових та поліпшення вже існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів. Наукові основи селекції закладено Ч. Дарвіном у працях «Походження видів» (1859) та «Зміна домашніх тварин і культурних рослин» (1868), в яких обґрунтовано основи селекційного створення нових форм.
Предметом селекції є вивчення закономірностей формування сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів в створених людиною умовах. Селекція підпорядкована тим самим законам, що й еволюція видів у природі, однак природний добір частково замінений штучним.
До основних методів селекції належать:
добір, гібридизація, методи поліплоїдізації та експериментального мутагенезу.
Все ширше використовуються можливості й методи біотехнології, молекулярної біології, генетичної інженерії, що значно пришвидшує селекційний процес.
2.
Одомашнення, або доместикація (від лат. domesticus - домашній) - селекційний процес зміни тварин для використання людиною.
Процес одомашнення диких тварин починається з відбору окремих особин для отримання потомства з певними ознаками, що зацікавили людину.
Найчастіше домашніми ставали види птахів і ссавців, хоча є домашні тварини і серед безхребетних.
3.
Центри походження культурних рослин - географічні центри генетичного різноманіття культурних рослин. Дослідження, пов’язані з походженням культурних рослин, здійснював видатний вчений М. І. Вавилов. У праці «Вчення про походження культурних рослин після Дарвіна» (1939) він визначив 7 основних географічних центрів походження культурних рослин, які безпосередньо пов’язані з осередками давніх цивілізацій.
1) Південноазійський (33 %) (огірок, лимон, кокос, чорний перець, чай, апельсин);
2) Східноазіатський (20 %) (рис, просо, яблуня, груша, персик, соя, грецький горіх, хурма); 3) Південно-західноазіатський (4 %) (м’які пшениці, ячмінь, жито, фінік, горох, диня);
4) Середземноморський (11 %) (капуста, буряк, морква, олива, виноград);
5) Абіссінський (4 %) (тверда пшениця, кава, бавовник, кунжут);
6) Центральноамериканський (10 %) (кукурудза, квасоля, соняшник, гарбуз, какао);
7) Андійський (8 %) (картопля, помідор, хінне дерево, ананас, арахіс).
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Визначте географічне розташування центрів походження та виберіть приклади культурних рослин, що походять із названих центрів. Заповніть у робочому зошиті таблицю.
ЦЕНТРИ ПОХОДЖЕННЯ І РІЗНОМАНІТНОСТІ КУЛЬТУРНИХ
РОСЛИН
|
Назва |
Географічне розташування |
Батьківщина культурних рослин |
|
1. Південноазійський |
|
|
|
2. Східноазійський |
|
|
|
3. Південнозахідноазйський |
|
|
|
4. Середземноморський |
|
|
|
5. Абіссінський |
|
|
|
6. Центральноамерикансь кий |
|
|
|
7. Андійський |
|
|
МЕТОДИ СЕЛЕКЦІЇ
ПЛАН
1. СОРТ. ПОРОДА. ШТАМ
2. МЕТОДИ СЕЛЕКЦІЇ
3. ОСОБЛИВОСТІ СЕЛЕКЦІЇ
1.
Об’єктами і кінцевим результатом селекційного процесу є:
Порода тварин - це сукупність особин певного виду тварин, яка має спадкові особливості. У породі має бути достатня кількість тварин, інакше обмежується можливість застосування добору, що швидко призводить до виродження породи.
Сорт рослин - сукупність рослин певного виду, які різняться спадковими особливостями. Кожен сорт рослин має унікальне найменування та зберігає свої властивості під час багаторазового вирощування
Штами мікроорганізмів - чиста культура певного виду мікроорганізмів, у якої вивчено морфологічні й фізіологічні особливості. Штами виділяють з різних джерел (ґрунту, води, харчових продуктів). Через те один і той самий вид бактерій, дріжджів, мікроскопічних грибів може мати велике число штамів, що різняться за властивостями, наприклад за чутливістю до антибіотиків.
У штучно створених людиною форм значно більша різноманітність ознак, аніж у їхніх диких родичів.
2.
Добір - процес створення порід, сортів, штамів шляхом систематичного збереження особин з певними, цінними для людини, ознаками.
Види добору:
несвідомий (стихійний) добір без чітко визначеної мети.
свідомий (методичний) добір масовий індивідуальний Гібридизація - це процес одержання нащадків внаслідок поєднання генетичного матеріалу різних клітин або організмів.
Види гібридизації:
Споріднена гібридизація (інбридинг) - це внутрішньовидове схрещування близькоспоріднених форм, яке сприяє підвищенню гомозиготності нащадків.
Неспоріднена гібридизація (аутбридинг) - це внутрішньовидове схрещування ліній, сортів, порід, яке зазвичай сприяє підвищенню гетерозиготності нащадків.
Міжвидова (віддалена) гібридизація - схрещування особин, які належать до різних видів і навіть родів з метою поєднання у гібридів цінних комбінацій спадкових ознак. Ця форма гібридизації часто супроводжується безплідністю гібридів, що зумовлено відсутністю можливості кон’югації між гомологічними хромосомами.
3.
Селекція рослин - розділ селекції, що займається створенням нових та поліпшенням існуючих сортів культурних рослин. В селекції застосовують усі форми гібридизації. Для рослин властиве вегетативне розмноження, що дає змогу поєднувати ознаки сортів завдяки щепленню, зберігати сортові ознаки у нащадків. Наявність запилення дає змогу науковцям використовувати метод суміші пилку для подолання несхрещування рослин. Поліплоїдні рослини відрізняються більшими розмірами, високою врожайністю і активнішим обміном речовин.У рослин природним явищем є більша частота соматичних мутацій, тому селекціонери застосовують метод штучного мутагенезу, зумовлений спрямованою дією мутагенів для одержання індукованих мутацій.
Селекція тварин - розділ селекції, що займається створенням нових та поліпшенням існуючих порід домашніх тварин. Основні принципи селекції тварин не відрізняються від принципів селекції рослин. Є й особливості, що зумовлено природою організму тварин: наявність лише статевого розмноження, пізня статева зрілість, нечисленне потомство, наявність статі та ін. Так, в зв’язку з нечисленними нащадками застосовують індивідуальний добір, для визначення спадкових якостей самців за ознаками, що у них не проявляються (наприклад, кількість чи жирність молока), застосовують метод підбору плідників за нащадками.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Виконайте завдання за QR кодом. Запишить ознаки, які характерні для інбридингу та аутбридингу.
БІОТЕХНОЛОГІЯ
ПЛАН
1. БІОТЕХНОЛОГІЯ
2. КЛАСИФІКАЦІЯ БІОТЕХНОЛОГІЇ 3. ЗНАЧЕННЯ БІОТЕХНОЛОГІЇ
1.
БІОТЕХНОЛОГІЯ - це комплекс наук, технічних засобів, методів, спрямованих на одержання і використання клітин мікроорганізмів, тварин і рослин, а також продуктів їхньої життєдіяльності у промисловості.
Схема основних напрямів сучасної біотехнології
2.
За рівнем організації біотехнологію можна умовно класифікувати за такими галузями:
• нанобіотехнологія - технологія наночастинок, що мають розміри від 1 до 100 нм (наприклад, технологія адресної доставки ліків за допомогою ліпосом - ліпідних бішарових структур, вміст яких є водним розчином речовини для лікування хвороб);
• цитотехнологія - клітинна технологія (наприклад, вирощування гібридом - клітинних гібридів В-лімфоцитів і ракових клітин меланоми для отримання моноклональних антитіл; отримання противірусних білків-інтерферонів способом вирощування на штучному середовищі лейкоцитів периферійної крові людини; отримання людського інсуліну за допомогою клітин кишкової палички);
• гістотехнологія - тканинна технологія (наприклад, вирощування шкіри, органів для трансплантації, вирощування клітинних культур на поживних середовищах);
• ембріотехнологія - зародкова технологія (наприклад, пересаджування ембріональних стовбурових клітин пуповинної крові для лікування променевої хвороби; штучне запліднення й штучне осіменіння для подолання безпліддя й розведення зникаючих видів; репродуктивна технологія екстракорпорального запліднення);
• біотехнологія культивування організмів (наприклад, біотехнологія вирощування печериць й гливи, їстівних молюсків на устричних фермах, клонального мікророзмноження рослин);
• біоінженерна технологія із застосуванням технічного підходу (наприклад, тестування ДНК з використанням біочипів, створення штучних суглобів, кардіостимуляторів, апаратів ниркового діалізу чи серцевого кровообігу).
3.
За допомогою біотехнології здійснюються:
• одержання харчових продуктів (наприклад, кефірів, йогуртів, сухого молока, хліба, соків);
• отримання сортів рослин (наприклад, виведення сортів пшениці призвело до «зеленої революції» в Мексиці, створення сортів рису з вегетаційним періодом 120 днів значно поліпшило рівень життя населення Азії);
• отримання лікарських препаратів (наприклад, вакцин, антибіотиків, вітамінів, ферментів за допомогою грибів й бактерій);
• діагностика спадкових хвороб людини (наприклад, технології культивування лімфоцитів, діагностика ембріона на ранній стадії внутрішньоутробного розвитку, створення тест-систем для генної діагностики);
• розробка безвідходних технологій для очищення середовища (наприклад, використання бактерій для розкладу штучних полімерних матеріалів чи пестицидів);
• створення технологій отримання енергії (наприклад, використання метанобактерій для отримання біогазу, створення пального із цукрової тростини чи кукурудзи);
• отримання кормів для поліпшення умов вирощування
сільськогосподарських тварин (наприклад, дріжджові гриби синтезують кормові білки із парафінів нафти);
• створення засобів догляду й захисту рослин (наприклад, створення бактеріальних добрив і біогумусу);
• створення тварин-біореакторів, що виробляють речовини для лікування хвороб (наприклад, корів чи кіз, які даватимуть з молоком білок для лікування інсультів).
Використання біотехнології може мати і негативні наслідки. Це шкідливий вплив на природу мутагенів, втрата біосистемами здатності до саморегуляції, зміна геномів організмів й генофонду популяцій та ін.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Наведіть приклади, що підтверджують значення біотехнології у різних галузях діяльності людини.
|
Галузь |
Приклади |
|
Медицина |
|
|
Сільське господарство |
|
|
Енергетика |
|
|
Фармацевтика |
|
|
Харчова промисловість |
|
|
Охорона природи |
|
ОСНОВИ ГЕНЕТИЧНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ
ПЛАН
1. ГЕНЕТИЧНА ІНЖЕНЕРІЯ
2. МЕТОДИ ГЕНЕТИЧНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ 3. ЗНАЧЕННЯ ГЕНЕТИЧНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ
1.
ГЕНЕТИЧНА ІНЖЕНЕРІЯ - напрям науки, метою якого є створення генетичних структур та організмів з новими комбінаціями спадкових ознак. Генетична інженерія - це дуже молодий напрям науки на межі молекулярної біології, генетики й біотехнології, метою якого є створення організмів із новими комбінаціями спадкових ознак.
Перевагою генетичної інженерії є швидка, цілеспрямована і контрольована зміна ознак з використанням генетичного матеріалу не лише організмів одного виду, а й різних неспоріднених видів.
Методи генетичної інженерії дають змогу значно прискорити селекційні процеси: термін отримання нових форм організмів скоротився до 3-4 років замість 10-12 років, необхідних із застосуванням методів селекції.
2.
Для отримання генів, їх поєднання з векторами (плазмідами чи вірусами) в генетичній інженерії використовують ферменти: ревертази (ферменти, які каталізують синтез нитки ДНК на матриці іРНК), рестриктази (ферменти, які розрізають нуклеотидні послідовності в певних місцях), лігази (ферменти, які поєднують нуклеотидні послідовності).
Основними методами генетичної інженерії є:
1) методи отримання генетичного матеріалу (для отримання генів шляхом хімічного чи матричного синтезу, виділення природних генів із геномів, створення рекДНК);
2) методи копіювання і розмноження генів (для розмноження молекул ДНК у складі плазмід чи молекул ДНК вірусів);
3) методи перенесення і включення генетичного матеріалу в геном (для перенесення генів за участі плазмід-векторів, вірусів-векторів чи за допомогою ліпосом).
3.
Завдяки генетичній інженерії особливо швидко розвиваються сільськогосподарський та медичний напрями досліджень.
Створення трансгенних організмів.
Генетична інженерія допомагає медикам боротися з хворобами. Розвивається генотерапія - сукупність методів лікування спадкових, онкологічних, деяких вірусних захворювань шляхом внесення змін у генетичний апарат клітин пацієнтів з метою спрямованої зміни генних дефектів або надання клітинам нових функцій.
а) соматична генотерапія - введення генів у соматичні клітини пацієнта;
б) позаорганізмова генотерапія - введення генів у культивовані клітини і пересадка цих клітин пацієнтам.
З метою запобігання інфекційним хворобам створюються ДНК-вакцини.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Оцініть на конкретному прикладі переваги та можливі ризики застосування трансгенних сортів рослин для здоров'я людини.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ ________________________________
ГЕНЕТИЧНО МОДИФІКОВАНІ ОРГАНІЗМИ
ПЛАН
1. ГМО
2. ЗНАЧЕННЯ ГМО
3. РИЗИКИ ВИКОРИСТАННЯ ГМО
1.
ГЕНЕТИЧНО МОДИФІКОВАНІ ОРГАНІЗМИ (трансгенні організми) -
організми, які мають у складі свого геному чужорідні гени інших організмів.
Генетична модифікація відрізняється від природного та штучного мутагенезу спрямованістю змін генотипу. При цьому генетичний матеріал переносять з одного організму в інший, застосовуючи технологію рекомбінантних ДНК.
Генетично модифіковані організми за переважною більшістю ознак не відрізняються від вихідних форм, не мають відхилень, здатні до повноцінного розмноження і, що є важливим для людини, передають вбудовані в них спадкові характеристики наступним поколінням.
2.
Для охорони природи, в харчовій промисловості, в медицині використовуються трансгенні мікроорганізми, які:
• розкладають нафту після техногенних катастроф (штами метанобактерій);
• синтезують кормові білки, ліки (інсулін, інтерферони);
• продукують антибіотики (пеніциліни, цефалоспорини, стрептоміцини, що синтезують цвілеві гриби з родів Пеніциліум та Цефалоспоріум, бактерії роду Стрептоміцети);
• продукують закваски для виготовлення біокефірів та біойогуртів (штами молочнокислих бактерій) та ін.
Для потреб сільського господарства, медицини, садівництва створено трансгенні рослини, серед яких переважають генетично модифіковані сільськогосподарські рослини: соя (54 %), кукурудза (28 %), бавовна й ріпак (по 9 %), картопля (до 1 %).
Одним із найважливіших завдань генетичної інженерії є створення трансгенних тварин з підвищеною продуктивністю і стійкістю до захворювань, які застосовуються в тваринництві і медицині.
3.
Генетично модифіковані харчові продукти - це харчові продукти, отримані з генетично модифікованих організмів.
Одним з можливих ризиків вживання генетично модифікованої їжі розглядається її потенційна алергенність.
Існує теоретична небезпека горизонтального перенесення чужих генів у геном людини.
Існують у суспільстві й погляди про негативний вплив трансгенних рослин на довкілля.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Нещодавно науковці вивели генетично модифікованій сорт помідорів. Унаслідок високого вмісту антоціанів ці помідори мали неприродний фіолетовий колір. Такі помідори мають тривалий термін зберігання, стійкі проти «сірої гнилі», показали протираковий ефект в дослідженнях на мишах. А чому цей сорт є генетично модифікованим?
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ ________________________________
КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ
ПЛАН
1. КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ
2. КЛОНУВАННЯ
1.
КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ - це галузь науки, завданням якої є створення нових клітин та отримання тканин, органів й організмів з клітинного матеріалу.
Перевагами клітинної інженерії є те, що вона дає змогу експериментувати з клітинами, а не з цілими організмами, і навіть отримувати з клітин тканини та організми із заданими властивостями.
Основними методами сучасної клітинної інженерії є:
• метод гібридизації соматичних клітин - поєднання соматичних клітин різних тканин або організмів для отримання нових комбінацій ознак;
• метод культури клітин (тканин) - виділення й перенесення клітин з організму на поживні середовища для отримання культури клітин.
• метод злиття ембріонів на ранніх стадіях - для створення химерних організмів (наприклад, химерних мишей);
• метод клонування організмів - отримання із застосуванням нестатевих способів розмноження клонів, що складаються з генетично однорідних клітин.
2.
Клонування організмів (від грец. клон - гілка) - отримання багатьох ідентичних за формою і функціями генетично однакових нащадків однієї клітини або одного організму. У випадку одноклітинних організмів цей процес є достатньо простим. Однак для клонування багатоклітинних організмів потрібно докласти значно більше зусиль - це набагато важче завдання.
У 1996 р. генетикам з Рослінського інституту, що біля Единбурга (Шотландія), вдалося створити першу в світі тварину шляхом клонування - легендарну вівцю Доллі.
У клітинній інженерії розрізняють ще ембріональне клонування.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
Які перспективи розвитку клітинної інженерії?
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________.
про публікацію авторської розробки
Додати розробку