Файл: Объект биологии живые организмы. Предмет биологии.pdf

В 1802 г. Ламарк и Тревиранус ввели термин "биология"
Объект биологии — живые организмы.
Предмет биологии — все проявления
(морфологические, физиологические, иммунологические и др.) жизни.
Задачи биологии:
1. Изучение всех биологических закономерностей, существующих в природе.
2. Раскрытие сущности жизни и её проявлений с целью познания живой материи и управления ею.
“Жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка”.
“Диалектика природы” Ф.Энгельс (1820-1895гг.)
Свойства живой материи (живых организмов):
1. Специфичность организации
2. Обмен веществ (метаболизм)
3. Саморегуляция (авторегуляция)
4. Раздражимость
5. Движение
6. Рост и развитие
7. Наследственность и изменчивость
8. Самовоспроизведение (репродукция)
Обмен веществ — совокупность физических и химических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с окружающей средой.
Основные методы биологии:
1.Описательный
2. Сравнительный
3. Исторический
4. Экспериментальный
Уровни организации живой материи:
1.Молекулярно-генетический
2.Субклеточный
3.Клеточный
4. Тканевой
5. Органный
6. Системный
7. Организменный (онтогенетический)
8. Популяционный
9. Видовой
10. Биоценотический
11. Биогеоценотический
12. Биосферный
В 1665г. Роберт Гук ввел термин «клетка».
Левенгук изготовив линзы с 150-300-кратным увеличением, впервые наблюдал и зарисовал ряд простейших, сперматозоиды, бактерии, эритроциты и их движение в капиллярах.
Мальпиги обнаружил сеть кровеносных сосудов (артерий и вен) в легких лягушки. Описал микроскопическое строение ряда тканей и органов растений, животных и человека.
Грю исследовал строение растений. Изучая строение цветков, пришел к выводу, что они являются органами оплодотворения у растений.
Грааф изучила строение семенников и яичников животных
В 1831г. Браун открыл ядро в эукариотической клетке
В 1839г. Пуркинье предложил термин "протоплазма"
Положения клеточной теории Шванн и Шлейден
1.Клетка — элементарная структурно-функциональная единица живого организма
2.Клетки растений и животных сходны по строению и выполняемым функциям
В 1858г. Вирхов дополнил теорию
3.Клетки возникают путем деления материнской клетки
4.Клетки участвуют в формировании многоклеточных организмов, которые представляют между собой совокупность взаимосвязанных между собой клеток
В 1868 г. Мишер выделил из клеточного ядра новое вещество - нуклеин
В 1928г. в опытах Гриффитса была доказана генетическая роль
ДНК
В 1944 г. группа ученых под руководством Эвери (+Маклеод и
Маккарти) установили химическую природу трансформирующего агента, им являлась молекула ДНК
Правила Чаргаффа: 1)А=Т Г=Ц 2) А+Г=Ц+Т
Для человека коэффициент (сумма А+Т; Г+Ц) 1,52
Большую роль в упаковке ДНК играют белки:
-на первых этапах гистоновые
-далее негистоновые
На первом этапе происходит образование нуклеосомы, которая состоит из 8 молекул. На следующем этапе H1 белок присоединяется к свободным участкам, соединяя нуклеосомы вместе.
Функции ДНК
Свойства ДНК
Хранение наследственной информации
Генетический код
Передача наследственной информации
Репликация (удвоение)
Реализация наследственной информации Транскрипция
Генетический код — способ записи генетической информации о последовательности аминокислот в белке с помощью последовательности нуклеотидов молекуле ДНК
Ген — участок молекулы ДНК, кодирующий последовательность аминокислот в полипептиде или последовательность нуклеотидов в молекуле тРНК и рРНК
Свойства генетического кода:
1.Триплетный
2. Неперекрывающийся
3. Вырожденный
4. Непрерывный
5. Коллинеарный
6. Универсальный
7. Линейный
Лекция
№1 (03.09.2021)
Биология — наука о жизни
Биология лекции Стр.1

Ученый
Годы жизни
Происхожден ие
Портрет
Открытие
Ренье де
Грааф
1641-1673 голландский анатом
Изучила строение семенников и яичников животных
Роберт
Броун
1773 -
1858
шотландский ботаник
В 1831 г. открыл ядро в эукариотической клетке
Ян
Эвангелист а Пуркинье
1787-1869 чешский физиолог
В 1839 г. предложил термин "протоплазма"
Теодор
Шванн
1810 -
1882
немецкий биолог
Основоположник клеточной теории
Маттиас
Якоб
Шлейден
1804 -
1881
немецкий ботаник
В 1839 труде «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» впервые сформулировал основные положения о клеточном строении всех организмов.
Рудольф
Людвиг
Карл
Вирхов
1821-1902 немецкий патологоанат ом, антрополог, археолог
В 1858 г. труде “Клеточная патология” дополнил клеточную теорию.
Обосновал принцип преемственности клеток ("каждая клетка из клетки "Omnis cellula e cellula" ).
Ученый
Годы жизни
Происхожде ние
Портрет
Открытие
Жан
Батист
Ламарк
Готфрид
Рейнхольд
Тревирану
с
1744 -
1829 1776—183 7
французски й естествоисп ытатель немецкий естествоисп ытатель
В 1802 г. ввели термин
«биология»
Роберт
Гук
1635-1703 английский естествоисп ытатель и изобретател ь
В 1665 году опубликовал книгу «Микрография».
Усовершенствовал микроскоп и установил клеточное строение тканей, ввел термин
«клетка».
Антони ван
Левенгук
1632-1723 нидерландс кий натуралист
Изготовив линзы с 150-300-кратным увеличением, впервые наблюдал и зарисовал ряд простейших, сперматозоиды, бактерии, эритроциты и их движение в капиллярах.
Марчелло
Мальпиги
1628-1694 итальянский биолог и врач
Обнаружил сеть кровеносных сосудов
(артерий и вен) в легких лягушки. Описал микроскопическое строение ряда тканей и органов растений, животных и человека.
Неемия
Грю
1641–1712 английский ботаник и врач
Исследовал строение растений.
Изучая строение цветков, пришел к выводу, что они являются органами оплодотворения у растений.
Биология лекции Стр.2

Ученый
Годы жизни
Происхо ждение
Портрет
Открытие
Иоган
Фридрих
Мишер
1811–1887 швейца рский патолог оанато м и врач
В конце 1868 г. выделил из клеточного ядра новое вещество, которое он назвал нуклеином
(лат. nucleus – ядро)
Фредерик
Гриффитс
1877–1941 английс кий генетик, врач и микроб иолог
В 1928 г. в опытах была доказана генетическая роль
ДНК
Освальд
Теодор
Эвери
С соавторами
(К.М. Маклеод
и М.
Маккарти)
1877-1955 америк анский микроб иолог, генетик
В 1944 г. установили химическую природу трансформирующег о агента. Им являлась молекула ДНК
Джефри
Уилкинсон
Розалин
Франклин
1921 –199 6
1920-1958 английс кий химик английс кий биофиз ик и учёный- рентген ограф
В 1951 г. получили первую рентгенограмму молекулы ДНК.
Ученый
Годы жизни Происх ождени е
Портрет
Открытие
Дж.Уотсон
(24 года) и
Ф.Крик
(37 лет)
В 1953 г. в журнале Nature представили материалы о пространственной структуре молекулы ДНК в форме двойной спирали.
В 1962 г. им присуждена
Нобелевская премия
Георгий
Антонович
Гамов
1904 -1968
физик
В 1954 году публикует статью, где первым ставит проблему генетического кода, доказывая, что "при сочетании 4 нуклеотидов тройками получаются
64 различные комбинации, чего вполне достаточно для
«записи наследственной информации»
Маршалл
Уоррен
Ниренберг
1927-2010
амери кански й биохим ик
Совместно с Дж. Маттеи в 1961 г. расшифровал генетический код, за что стал лауреатом
Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1968 г.
Биология лекции Стр.3

Репликация начинается с раскручивания двойной спирали. Разрыв молекул осуществляется с помощью фермента
геликазы за счёт разрыва водородных связей между основаниями. И образуется вилка
репликации. Так как молекула ДНК прикреплена на ядерный матрикс, то она не может свободно вращаться, поэтому возникает супер-спирализация или супер-напряжение.
Это напряжение возникает выше точки репликации. Далее ферменты топоизомераза
и ДНК-гираза устраняют супер-спирализацию путём разрыва одно из цепей. С каждой цепью
ДНК связываются SSB-белки и стабилизируют нить в таком состоянии. Перед началом синтеза молекулы ДНК строится короткая последовательность РНК (10-15 нуклеотидов) -
РНК-затравка или праймер при участии фермента РНК-полимеразы. Это связано с тем, что ДНК-полимераза не может работать с "нуля".
Синтез ДНК осуществляет ДНК-полимераза по принципу комплементарности в направлении
5’→3’. Таким образом строится ведущая или
лидирующая цепь. Другая (отстающая) цепь
синтезируется короткими участками -
фрагменты-Оказаки. Далее праймеры удаляются и происходит сшивание фрагментов ферментом лигазой. В итоге образуются две идентичные материнской молекулы ДНК.
В 1957 г. Мезельсон и Сталь предложили полуконсервативный механизм репликации
Геликаза - расплетает двойную спираль ДНК и формирует вилку репликации.
SSB-белки -растягивают материнские цепи в разные стороны и стабилизируют их в разведенном положении
Топоизомераза и ДНК-гираза - устраняют супер-напряжение молекулы ДНК
ДНК-полимераза - осуществляет синтез дочерних цепей в направлении 5’→3’.
РНК-полимераза -синтезирует праймеры
В 1960-1961 Жакоб и Моно при изучении генома кишечной палочки установили, что передача информации от ДНК к белку происходит с помощью короткоживущей РНК – мессенджер или посыльная РНК. Она нестабильна, живёт недолго. мРКН или иРНК синтезируются в результате процесса транскрипции.
Транскрипция – это процесс записи информации с молекулы ДНК на молекулу РНК.
Этапы транскрипции :
1)инициация
2)элонгация
3)терминация
Структурно-функциональной единицей генома прокариот является оперон.
Структурный ген содержи информацию о белках-ферментах. Гены регуляторы отвечают за начало или прекращение работы оперона с помощью белков-репрессоров. Белки- репроссоры связываются с оператором: включают или выключают оперон.
Промотор – это место присоединения РНК- полимеразы, которое синтезирует мессенджер
РНК. Если белок-регулятор присоединился к оператору, то РНК-полимераза не может двигаться вдоль молекулы ДНК и синтезировать мессенджер РНК.
Лекция №2 (08.09.2021)
Материальные основы наследственности
Биология лекции Стр.4

Регуляция работы оперона по типу
индукции
Белком-регулятором(индуктор) является исходный субстрат S0, который попадает в клетку. В его отсутствии белок-репрессор активен и присоединяется к оператору.
Поэтому РКк-полираза не может синтезировать мессенджер РНК со структурных генов. Транскрипция не идёт.
При попадании субстрата в клетку он связывается с белком-репрессором и превращает белок-репрсессор в неактивную форму. Оперон включается.
Транскрипция идёт.
Регуляция работы оперона по типу
репрессии
Белком-регулятором является конечный продукт реакции(P). В его отсутствии белок- репрессор неактивен и не может присоединиться к оператору(О). Оперон включен. Идёт транскрипция и трансляция. В клетки накапливаются ферменты, необходимые для расщепления субстрата.
В клетке накапливается конечный продукт(Р), который и активизируется работу белка-репрессора. Белок- репрессор соединяется с оператором.
Оперон выключен.
Структурно-функциональной единицей эукариот является транскриптон.
Промотор – участок ДНК, с которым связывается РНК-полимераза.
У эукариот имеются специальные последовательности узнавания:
ТАТА(бокс Хогнеса), ЦААТ. ТАТААТ(бокс
Привнова).
Модуляторы – это регуляторные последовательности, усиливающие или ослабляющие работу генов.
Модуляторы бывают двух видов:
1)энхансеры – усилители транскрипции
2)сайленсеры – замедлители транскрипции
Структурные гены эукариот имеют «ласкутное» строение, то есть содержат экзоны(кодирующие участки) и интроны (некодирующие участки). На границе интронов и экзонов расположена консенсусная последовательность: GT в начале и AG в конце – это донорно-акцепторные сайты спайсинга.
Спейсеры(разделители) выполняют структурную роль.
ПРОКАРИОТ
Транскрипция и трансляция осуществляются в цитоплазме.
Этапы реализации
информации
ЭУКАРИОТ
Транскрипция и процессинг проходят в ядре, а трансляция –
в цитоплазме.
Биология лекции Стр.5

Непосредственный продукт транскрипции у эукариот называется предшественник или про-m-
РНК. Для превращения про-m-РНК в m-РНК или информационную РНК она подвергается процессингу.
Этапы процессинга:
1.Кэпирование – это присоединение к 5 штрих концу «колпачка» или КЭПа – особого химического вещества. Оно защищает мессенжер РНК от разрушения и способствует её распознаванию рибосомами.
2.Сплайсинг – это вырезание интронов и сшивание экзонов. Сшивание экзонов не в той последовательности, в которой они располагались изначально, называются интернативным сплайсингом.
3.Полиаденилирование - это присоединение к 3 штрих концу мессенджер РНК последовательности из 220 адениловых нуклеотидо (ПОЛИ-А). Повышает стабильность, защищая от деградации.
Результат процессинга зрелая информационная РНК.
Информоферный цикл – это транспорт m-РНК из ядра в цитоплазму. Молекула про-m-РНК спирально закручивается вокруг белковой глобулы. Глобула состоит из 36 молекул белка- информотина. Про-m-РНК делает 6 витков вокруг глобулы информоферы.
Трансляция – это процесс образования полипептидной цепи на основании цепи
Этапы транляции:
1)инициация
2)элонгация
3)терминация
Состав белково-синтезирующей системы клетки:
1.и-РНК
2.Рибосомы состоят из молекул р-РНК и рибосомных белков.
Рибосома состоит из двух субединиц: малой и большой.
Рибосомы эукариот называются 80S, у прокариот 70 S
рибосомы. S- особая единица свербер, котоая отражает скорость малой и большой единиц в центробежном поле. В рибосоме выделяют А-участок (аминоацильный, в которой находится аминоацил-т-РНК с какой-то аминокислотой) и П- участок (пептидильный, который будет нагружен полипептидом).
3.Комплекс аминоацил-т-РНК
Первичная структура т-РНК – это короткая последовательность нуклеотида РНК (75-90 штук)
Вторичная структура т-РНК – лист клевера. Вершина листа – это антикодон(триплет, комплементарный кодону m-РНК, который шифрует ту аминокислоту, которую транспортирует данная т-
РНК к месту синтеза). Аминокислота присоединяет к 3 штрих концу с помощью аминоацилтранспортнаярнксинтетаза.
4.Факторы трансляции
Биология лекции Стр.6

Размножение – способность живых организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений.
Существует два основных типа размножения – бесполое и половое.
При бесполом размножении участвует один родитель и новые особи имеют такой же генотип, что и родительский. Основным клеточным механизмом, обеспечивающим бесполое размножение, является
митоз. Генетическая изменчивость при бесполом размножении минимальна и связана лишь с мутационным процессом
-вегетативное размножение(у растений)
-фрагментация(дождевой червь)
-почкование(гидра)
-спорообразование(характерно для высших растений)
-полиэмбриония(дробление зиготы - тотипотентность бластомеров)
Пример: броненосцы (гомозиготные близнецы)
Тотипотентность - способность клетки путём деления дать начало любому клеточному типу организма.
•
Половое размножение предполагает наличие
•
двух родительских особей. При половом размножении происходит слияние двух половых клеток с гаплоидным набором хромосом и образованием диплоидной зиготы.
Основным биологическим механизмом, обеспечивающим половое размножение, является мейоз.
Копуляция– это способ размножения, когда отдельные клетки приобретают свойство гамет и потом сливаются с образованием общей зиготы, которая затем дает начало новому организму (характерен для споровиков, у них происходит чередование полового и бесполого размножения)
Конъюгация - это способ размножения, когда две особи сближаются, между ними образуется цитоплазматический мостик и происходит обмен наследственного материала. Таким образом, происходит рекомбинация наследственного материала.
А затем увеличение особей происходит простым делением надвое.
Андрогенез - новый организм развивается из яйцеклетки с мужским пронуклеусом.
Гиногенез - новый организм развивается из яйцеклетки с женским пронуклеусом.
Бесполое размножение воникло значительно раньше полового размножения. Тело прокариот делилось посредством амитоза. Митотическое деление, лежащее в основе бесполого размножения, появилось на более поздних этапах эволюции. Затем возникли механизмы, дающие возможность обмена наследственной информацией (кроссинговер и др.), чтообеспечило возможность появления полового размножения. Выделяют несколько этапов эволюции полового размножения:
1) Изогамный способ размножения (изос одинаковые). В размножении принимают участие половые клетки, гаметы, морфологически одинаковые.
2) Гетерогамный способ размножения –
переход от изогамии к гетерогамии, когда мужские и женские клетки имеют морфологические различия.
3) Появление специализированных органов, где происходит созревание половых клеток
(половые железы).
3.1)Вначале у одного организма имеются как мужские, так и женские половые железы –