www.ronl.ru
Возникновение жизни на земле.
Проблема возникновения жизни на Земле была и остается главнейшей проблемой наряду с космологией и познанием найти строение материи. Современная наука не располагает прямыми доказательствами того, как и где возникла жизнь. Существуют лишь логические построения и косвенные свидетельства полученные путем модельных экспериментов, и данные в области палеонтологии, геологии, астрономии и т. п.
В научной биологии наиболее известны гипотезы возникновения жизни на Земле является теория панспермии С. Аррениуса и теория возникновения жизни на Земле как результат длительного эволюционного развития материи предложенная А. И. Опариным.
Теория панспермии широкое распространение имела в конце 19 начала 20 века. Да и сейчас она имеет много сторонников.
Согласно этой теории живые существа были занесены на Землю из космического пространства. Особенно широкое хождение имели предположения заносе зародышей живых организмов на Землю с метеоритами или космической пылью. До сего времени в метеоритах пытаются обнаружить какие признаки живого. В 1962 году американские ученые, в 1982 году ученые России сообщили об обнаружении в метеоритах остатков организмов. Но вскоре было показано что найденные структурные образования фактически являются минеральными гранулами и лишь по виду напоминают биологические структуры. В 1992 году появились работы американских ученых, где они на основании исследования материала подобранного в Антарктиде, описывают наличие в метеоритах остатков живых существ напоминающих бактерии. Что ждет это открытие покажет время. Но, интерес к теории панспермии не угас до сего времени.
Начало систематической разработки проблемы возникновения жизни на Земле было положено в 20-х годах нашего века. В 1924 году вышла в свет книга А. И. Опарина ⌠Происхождение жизни■ и в 1929 году статья Д. Холдейна на это же тему. Но, как позже отмечал сам Холдейн, в его статье вряд ли можно было найти что-либо новое, чего не было у Опарина. Поэтому теория о происхождении жизни на Земле в результате ⌠биологического большого взрыва■ смело можно назвать теорией Опарина, а не теорией Опарина-Холдейна.
Согласно теории Опарина жизнь возникла на Земле. Этот процесс складывался из следующих этапов: 1) Из неорганических веществ образуются органические вещества; 2) происходит быстрая физико-химическая перестройка первичных органических веществ. Зеркально асимметричные органические предбиологические вещества в условиях активной вулканической деятельности, высокой температуры, радиации, усиленного ультрафиолетового излучения, грозовых размеров быстро . При полимеризации левовращающих аминокислот образовались первичные белки. Одновременно возникли азотистые основания √ нуклеотиды; 3) физико-химические процессы способствовали образованию коацерватных капель ( коацерватов ) √ структур типа геля; 4) образованию полинуклеотидов √ ДНК и РНК и включению их в коацерваты; 5) образование ⌠пленки■ которая отделила коацерваты от окружающей среды, что привело к возникновению предбиологической системы, которая являлась открытой системой. Имела способность к матричному синтезу белка и разложению.
В последующие годы теория Опарина получила полное подтверждение. Огромное достоинство теории состоит в том, что большая ее часть может быть проверена или логически связана с поддающимися проверке положениями.
Чрезвычайно важным шагом в процессе возникновения жизни был переход неорганических соединений углерода в органические. Данные астрономии показали, что и сейчас повсеместно происходит образование органических веществ совершенно независимо от жизни. Отсюда был сделан вывод, что такой синтез проходил на Земле при образовании земной коры. Начало серии работ по синтезу было положено в 1953 году С. Миллером, который синтезировал ряд аминокислот при пропускании электрического разряда через смесь газов, предположительно составляющих первичную атмосферу ( водород, пары воды, аммиак, метан ). Меняя отдельные составляющие и факторы воздействия различные ученые получили глицин, аскаргиновую кислоту и другие аминокислоты. В 1963 году моделируя условия древней атмосферы ученые получили отдельные полипептиды с молекулярным весом 3000-9000. За последние годы в институте биохимии РАН и в МГУ детально изучен химический состав, физико-химические свойства и механизм образования коацерватных капель. Было показано, что одновременно с общим процессом эволюции предбиологических систем проходило их превращение в более специализированные структуры.
И тут становится ясным, что естественный отбор должен привести в дальнейшем к возникновению клетки √ элементарной структурной и функциональной единицы живого организма.
Основные признаки живого.
Совокупность перечисленных признаков несомненно характеризует живое как систему образующую обменом веществ, раздражимостью и способностью размножаться, Но следует помнить, что понятие живого значительно сложнее ( см, введение ).
Уровни организации жизни.
Уровень организации √ функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей ⌠системе систем■ живого. Обычно выделяют молекулярный ( молекулярно-генетический), клеточный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биосферный уровни организации.
Элементарной и функциональной единицей жизни является клетка. Клетка обладает почти всеми основными признаками живого, В отличии от так называемых неклеточных организмов ( напр. Вирусов), Которые существуют на молекулярном уровне.
Организм это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее биосвойствами.
Вид это группа сходных по строению и происхождению особей.
Биоценоз это взаимосвязанная совокупность видов, населяющих более или менее однородный участок суши или водоема.
Биосфера √ это совокупность всех биоценозов Земли.
Методы изучения биологии.
Методы современной биологии определяется ее задачами. Одна из основных задач биологии √ познание окружающего нас мира живых существ. Методы современной биологии направлены именно на изучение этой проблемы.
Научное исследование обычно начинается с наблюдений. Этот метод изучения биологических объектов использовался с момента начала осмысленного существования человека. Этот метод позволяет создать представление об изучаемом объекте, собрать материл для дальнейшей работы.
Наблюдение было основным методом в описательный период развития биологии. На основе наблюдений выдвигается гипотеза.
Следующие шаги в изучении биологических объектов связаны с экспериментом.
Стало основой для перехода биологии от описательной науки к экспериментальной. Эксперимент позволяет проверить результаты наблюдений и получить данные, которые невозможно получить на первом этапе исследования.
Настоящий научный эксперимент должен сопровождаться контрольным экспериментом.
Эксперимент должен обязательно быть воспроизводимым. Это позволит получить достоверные данные и обрабатывать данные с помощью ЭВМ.
В последние годы в биологии широко используется метод моделирования. Создание математических моделей явлений и процессов стало возможным с широким внедрением в биологические исследования ЭВМ.
В качестве примера можно привести алгоритм исследования видовой принадлежности растения. На первом этапе исследователь изучает признаки организма. Результаты наблюдения заносятся в специальный журнал. На основе выявления всех доступных признаков выдвигается гипотеза о принадлежности организма к определенному виду. Верность гипотезы определяется экспериментом. Зная, что представители одного вида свободно скрещиваются и дают плодовитое потомство, исследователь выращивает организм из семян взятых у изучаемого индивидуума и скрещивает выращенный организм с эталонным организмом, видовая принадлежность которого устанавливается заранее. Если в результате этого эксперимента получаются семена, из которых развивается жизнеспособный организм, то гипотеза считается подтвержденной.
Многообразие органического мира.
Многообразие, а также разнообразие жизни на Земле изучает систематика √ важнейший раздел биологии.
Отражением разнообразия жизни на Земле являются системы организмов. На Земле обитают представители трех групп организмов: вирусы, прокариоты, эукариоты.
Вирусы √ организмы, не имеющие клеточного строения. Прокариоты и эукариоты √ это организмы основной структурной единицей которых является клетка. Клетки прокариот не имеют оформленного клеточного ядра. У эукариот клетка имеет настоящее ядро, где ядерный материал отделен от цитоплазмы двумембранной оболочкой.
К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Бактерии это одноклеточные, в основной массе гетерозиготные организмы. Сине-зеленые водоросли это одноклеточные, колониальные или многоклеточные организмы со смешанным типом питания. В клетках сине-зеленых есть хлорофил, обеспечивающий автотрофное питание, но сине-зеленые могут поглощать готовые органические вещества из которых они строят свои собственные высокомолекулярные вещества. В пределах эукариот выделяется три царства: грибы, растения, животные. Грибы √ это гетеротрофные организмы тело которых представлено мецелием. Особую группу грибов составляют лишайники, где симбионтами грибов являются одноклеточные или сине-зеленые водоросли.
Растения √ это первично автотрофные организмы.
Животные √ это гетерозиготные эукариоты.
Живые организмы на Земле существуют в состоянии сообществ √ биоценозов.
Вирусы.
Само отношение вирусов к организмов является дискуссионным, т. к. они не могут размножаться вне клетки и не имеют клеточного строения. И все таки большинство биологов считают, что вирусы это мельчайшие живые организмы.
Первооткрывателем вирусов считается русский ботаник Д. И. Ивановский, но только с изобретением электронного микроскопа стало возможным изучения строения этих загадочных структур. Вирусы устроены очень просто. ⌠Сердцевину■ вируса составляет молекула ДНК или РНК, Эту ⌠сердцевину■ окружает белковая оболочка. У некоторых вирусов появляется липопротеиновая оболочка, которая возникает из цитоплазматической мембраны клетки √ хозяина.
Попадая внутрь клетки вирусы приобретают способность к самовоспроизведению. При этом они ⌠выключают■ хозяйскую ДНК и используя свою нуклеиновую кислоту, дают команду синтезировать новые копии вируса. Вирусы могут ⌠нападать■ на клетки всех групп организмов . Вирусы , которые ⌠нападают■ на бактерии получили особое наименование √ бактериофаги.
Значение вирусов в природе связано с их способностью вызывать различные заболевания. Это и мозаика листьев, грипп, оспа, корь, полиомиелит, свинка и ⌠чума■ двадцатого века √ СПИД.
Способ передачи вирусов осуществляется капельножидким путем, контактным путем, с помощью переносчиков ( блохи, крысы, мыши и т. д. ), через фекалии и пищу.
Синдром приобретенного иммунного дефицита ( СПИД ). Вирус СПИДа.
СПИД √ инфекционное заболевание вызываемое РНК-содержащим вирусом. Вирус СПИДа имеет палочковидную или овальную, или округлую форму. В последнем случае диаметр его достигает 140 нм. Состоит вирус из РНК, фермента-ревартазы, двух типов белков двух типов гликопротеинов и липидов, образующих внешнюю мембрану. Фермент катализирует в пораженной вирусом клетке реакцию синтеза нити ДНК по матрице вирусной РНК. Вирус СПИДа имеет выраженный к Т-лимфоцитам.
Вирус неустойчив к окружающей среде, чувствителен к многим антисептикам. Инфекционная активность вируса снижается в 1000 раз при прогревании при температуре 56С в течении 30 мин.
Болезнь передается половым путем или через кровь. Заражение СПИДом обычно приводит к летальному исходу!
Основы цитологии.
Основные положения клеточной теории.
Клетка была открыта во второй половине 17 века. Особенно сильно изучение клетки развернулось во второй половине 19 века в связи с созданием клеточной теории. Клеточный уровень исследования сделался ведущим принципом важнейших биологических дисциплин. В биологии оформился новый раздел √ цитология. Объектом изучения цитологии являются клетки многоклеточных организмов, а также организмы, тело которых представлено одной клеткой. Цитология изучает строение, химический состав, пути их размножения, адаптивные свойства.
Теоретической базой цитологии является клеточная теория. Клеточная теория была сформулирована в 1838 году Т. Шванном, хотя первые два положения клеточной теории принадлежат М. Шлейдену, который занимался изучением клеток растений. Т. Шванн √ известный специалист по строению клеток животных в 1838 году, опираясь на данные работ М. Шлейдена и результаты своих собственных исследований, сделал следующие выводы:
Дальнейшее изучение строения и жизнедеятельности позволило узнать о ней много нового. Этому способствовало совершенство микроскопической техники, методов исследования и приход в цитологию многих талантливых исследователей. Было детально изучено строение ядра, проведен цитологический анализ таких важнейших биологических процессов как митоз, мейоз, оплодотворение. Стало известной микроструктура самой клетки. Были открыты и описаны органоиды клетки. Программа цитологических исследований 20 века поставила задачу выяснить и точнее разграничить свойства клетки. Отсюда особое внимание стало уделяться изучению химического состава клетки и механизма поглощения клеткой веществ окружающей средой.
Все эти исследования позволили умножить и расширить положения клеточной теории, основные постулаты которой в настоящее время выглядят следующим образом:
Клетка √ основная и структурная единица всех живых организмов
Клетки образуются только из клеток в результате деления.
Клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным физиологическим функциям.
Клетки многоклеточных организмов образуют единый функциональный комплекс.
Клетки высших растений и животных образуют функционально связанные группы √ ткани; из тканей сформированы органы, которые составляют организм.
Особенности строения клеток прокариот и эукариот.
Прокариоты √ древнейшие организмы образующие самостоятельное царство. К прокариотам относятся бактерии, сине-зеленые ⌠водоросли■ и ряд других мелких групп.
Клетки прокариот не обладают четко выраженным ядром. Генетический аппарат представлен . состоит из кольцевидной ДНК. Отсутствуют в клетке митохондрии и аппарат Гольджи.
Эукариоты √ организмы имеющие настоящие ядро. К эукариолтам относятся представители царства растений, царства животных, царства грибов.
Клетки эукариот обычно более крупнее клеток прокариот, разделены на отдельные структурные элементы. ДНК связанная с белком образует хромосомы, которые располагаются в ядре, окруженном ядерной оболочкой и заполненном кариоплазмой. Разделение эукариотических клеток на структурные элементы осуществляется с помощью биологических мембран.
Клетки эукариот. Строение и функции.
К эукариотам относятся растения, животные, грибы.
Строение клеток растений и грибов подробно рассмотрено в разделе ботаника ⌠Пособия для поступающих в ВУЗы■ Составленного М. А. Галкиным.
В данном пособии мы укажем на отличительные особенности клетки животных, опираясь на одно из положений клеточной теории. ⌠Между клетками растений и животных больше сходств, чем различий■.
Клеточной стенки у клеток животных нет. Она представлена голым протопластом. Пограничный слой клетки животных √ гликокаликс это верхний слой цитоплазматической мембраны ⌠усиленный■ молекулами полисахаридов, которые входят в состав межклеточного вещества, чем в состав клетки.
Митохондрии имеют складчатые кристы.
В клетках животных есть клеточный центр, состоящий из двух центриолей. Это говорит о том, что любая клетка животных потенциально способна к делению.
Включение в животной клетке представлено в виде зерен и капель ( белки, жиры, углевод гликоген ), конечных продуктов обмена, кристаллов солей, пигментов.
В клетках животных могут быть сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли небольших размеров.
В клетках нет пластид, включений в виде крахмальных зерен, зерен, крупных вакуолей заполненных соком.
Деление клеток.
Клетка образуется только из клетки в результате деления. Эукариотические клетки делятся по типу митоза или по типу мейоза. Оба эти деления протекают в три стадии:
Деление клетки растений по типу митоза и по типу мейоза подробно описано в разделе ⌠Ботаника■ пособия для поступающих в вузы составленного М. А. Галкиным.
Здесь мы укажем только особенности деления для клеток животных.
Особенности деления у клеток животных связаны с отсутствием у них клеточной стенки. При делении клетки по типу митоза в цитокинезе уже на первом этапе происходит обособление дочерних клеток.. У растений дочерние клетки оформляются под защитой клеточной стенки материнской клетки, которая разрушается только после появления у дочерних клеток первичной клеточной стенки. При делении клетки по типу мейоза у животных разделение происходит уже в телофазе 1. У растений в телофазе 1 заканчивается образование двуядерной клетки.
Образованию веретена деления в телофазе один предшествует расхождение центриолей к полюсам клетки. От ценриолей начинается образование нитей веретена. У растений нити веретена начинают формироваться от полюсных скоплений микротрубочек.
Движение клеток. Органоиды движения.
Живые организмы состоящие из одной клетки часто обладают способностью к активному движению. Механизмы движения, возникшие в процессе эволюции, весьма разнообразны. Основными формами движения являются √ амебоидная и с помощью жгутиков. Кроме того, клетки могут передвигаться путем выделения слизи или за счет движения основного вещества цитоплазмы.
Амебоидное движение получило свое название от простейшего организма √ амебы. Органами движения у амебы являются ложные ножки √ псевдоподобии являющиеся выступами цитоплазмы. Образуются они в разных местах поверхности цитоплазмы. Могут исчезать и появляться в другом месте.
Движение с помощью жгутиков характерно для многих одноклеточных водорослей ( например хламидомонады), простейших (например эвглена зеленая) и бактерий. Органами движения у этих организмов являются жгутики √ цитоплазматические выросты на поверхности цитоплазмы.
Химический состав клетки.
Химический состав клетки тесно связан с особенностями строения и функционирования этой элементарной и функциональной единицы живого.
Как и морфологическом отношении наиболее общим и универсальным для клеток представителей всех царств является химический состав протопласта. Последний содержит около 80% воды, 10% органических веществ и 1% солей. Ведущую роль в образовании протопласта среди них прежде всего белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы.
По составу химических элементов протопласт чрезвычайно сложен. В нем содержатся вещества как с небольшим молекулярным весом так, так и вещества с крупной молекулой. 80% веса протопласта составляют высоко молекулярные вещества и лишь 30% приходится на низкомолекулярные соединения. В то же время на каждую макромолекулу приходятся сотни, а на каждую крупную макромолекулы тысячи и десятки тысяч молекул.
Если рассматривать содержание в клетке химических элементов, то первое место следует отдать кислороду (65-25%). Далее идут углерод (15-20%), водород (8-10%) и азот (2-3%). Количество остальных элементов, а а их в клетках обнаружено около ста, значительно меньше. Состав химических элементов в клетке зависит как от биологических особенностей организма, так и от места обитания
.Неорганические вещества и их роль в жизнедеятельности клетки.
К неорганическим веществам клетки относятся вода и соли. Для процессов жизнедеятельности из входящих в состав солей катионов наиболее важны K , Ca , Mg , Fe , Na , NH , из анионов NO , HPO , HPO.
К клетках растений ионы аммония и нитратов восстанавливаются до NH и включаются в синтез аминокислот; У животных аминокислоты идут на построение собственных белков. При отмирании организмов включаются в круговорот веществ в форме свободного азота. Входят в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот и АТФ. Если фосфоро-фосфаты, находясь в почве, растворяются корневыми выделениями растений и усваиваются. Входят в состав всех мембранных структур, нуклеиновых кислот и АТФ, ферментов, тканей.
Калий содержится во всех клетках в виде ионов К . ⌠Калиевый насос■ клетки способствуют проникновению веществ через клеточную мембрану. Активизирует процессы жизнедеятельности клеток, возбуждений и импульсов.
Кальций содержится в клетках в виде ионов или кристаллов солей. Входит в состав крови способствует ее свертыванию. Входит в состав костей , раковин, известковых скелетов коралловых полипов.
Магний содержится в виде ионов в клетках растений. Входит в состав хлорофилла.
Ионы железа входят в состав гемоглобина, содержащегося в эритроцитах, которые обеспечивают транспорт кислорода.
В процессе транспорта веществ через мембрану участвуют ионы натрия.
На первом месте среди веществ , входящих в состав клетки, стоит вода. Она содержится в основном веществе цитоплазме, В клеточном соке, в кариоплазме, в органоидов. Вступает в реакции синтеза, гидролиза и окисления. Является универсальным растворителем, и источником кислорода. Вода обеспечивает тургор, регулирует осмотическое давление. Наконец это среда для физиологических и биохимических процессов происходящих в клетке. С помощью воды обеспечивается транспорт веществ через биологическую мембрану, процесс терморегуляции и прочее.
Вода с другими компонентами √ органическими и неорганическими, высокомолекулярными и низкомолекулярными √ участвует в образовании структуры протопласта.
Органические вещества (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, АТФ), их строение и роль в жизнедеятельности клетки.
Клетка является той элементарной структурой, в которой осуществляются все основные этапы биологического обмена веществ и содержаться все основные химические компоненты живой материи. 80% веса протопласта составляют высокомолекулярные вещества √ белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты.
Среди основных компонентов протоплазмы ведущее значение принадлежит белку. Макромолекула белка имеет наиболее сложный состав и строение, и характеризуется чрезвычайно богатым проявлением химических и физико-химических свойств. В ней заключено одно из важнейших свойств живой материи √ биологическая специфичность.
Основным структурным элементом молекулы белка являются аминокислоты. В молекулах большинства аминокислот содержится по одной карбоксильной и аминной группе. Аминокислоты в белке связаны между собой посредством пептидных связей за счет карбоксильных и - аминных групп, то есть белок это полимер, мономером которого являются аминокислоты. Белки живых организмов образованы двадцатью ⌠золотыми■ аминокислотами.
Совокупность пептидных связей, Объединяющая цепочку аминокислотных остатков, образует пептидную цепь √ своеобразный хребет молекул полипептида.
В макромолекуле белка различают несколько порядков структуры √ первичную, вторичную, третичную. Первичную структуру белка определяет последовательность аминокислотных остатков. Вторичная структура полипептидных цепей представляет сплошную или прерывистую спираль. Пространственная ориентация этих спиралей или совокупность нескольких полипептидов составляют систему более высокого порядка √ третичную структуру, характерную для молекул многих белков. Для крупных молекул белка такие структуры являются лишь субъединицами, взаимное пространственное расположение которых составляет четвертичную структуру.
Физиологически активные белки имеют глобулярную структуру типа клубка или цилиндра.
Аминокислотная последовательность и структура определяют свойства белка, а свойства определяют функцию. Существуют белки не растворимые в воде, а есть белки свободно растворимые в воде. Есть белки растворимые только в слабых растворах щелочи или 60-80% спирте. Отличаются и белки по молекулярному весу, а отсюда по размерам полипептидной цепи. Молекула белка под воздействие определенных факторов способна разрываться или раскручиваться. Это явление носит название денатурации. Процесс денатурации обратим, т. е. белок способен менять свои свойства.
Функции белков в клетке разнообразны. Это прежде всего строительные функции √ белок входит в состав мембран. Белки выступают в роли катализаторов. Они ускоряют реакции обмена. Клеточные катализаторы называют ферментами. Выполняют белки так же транспортную функцию. Ярким примером является гемоглобин √ агент по переносу кислорода. Известна защитная функция белков. Вспомним образование в клетках веществ, которые связывают и обезвреживают вещества способные нанести вред клетке. Хотя и незначительно, но белки выполняют энергетическую функцию. Распадаясь на аминокислоты они выделяют энергию.
Около 1% сухого вещества клетки составляют углеводы. Углеводы подразделяют на простые сахара, низкомолекулярные углеводы и высокомолекулярные сахара. В состав всех типов углеводов входят атомы углерода, водорода и кислорода.
Простые сахара, или монозы по числу углеродных звеньев в молекуле делятся на пентозы и гептозы. Из низкомолекулярных углеводов в природе наиболее широко распространены сахароза, мальтоза, лактоза. Высокомолекулярные углеводы подразделяются на простые и сложные. К простым относятся полисахариды, молекулы которых состоят из остатков какой- либо одной монозы. Это крахмал, гликоген, Целлюлоза. К сложным относятся пектин, слизи. В состав сложных углеводов кроме моноз, входят продукты их окисления и восстановления.
Углеводы выполняют строительную функцию, составляя основу клеточной стенки. Но главная функция углеводов √ энергетическая. При расщеплении сложных углеводов до простых, А простых до углекислого газа и воды выделяется значительное количество энергии.
Во всех клетках животных и растений содержатся липиды. К липидам относятся вещества различной химической природы, Но обладающие общими физико-химическими свойствами, а именно: Не растворимостью в воде и хорошей растворимостью в органических растворителях √ эфире, бензоле, бензине, хлороформе.
По химическому составу и строению липиды подразделяются на фосфолипиды, сульфолипиды, стерины, растворимые в жирах пигменты, жиры и воска. Молекулы липидов богаты гидрофобными радикалами и группами.
Велика строительная функция липидов. Основная масса биологических мембран состоит из липидов. В ходе расщепления жиров освобождается большое количество энергии. К липидам относятся некоторые витамины (А, D). Выполняют липиды защитную функцию у животных. Они откладываются под кожей, создавая слой с низкой теплопроводимостью. У верблюда жир это источник воды. Один килограмм жира окисляясь дает один килограмм воды.
Нуклеиновым кислотам, как и белкам принадлежит ведущая роль в обмене веществ и молекулярной организации живой субстанции. С ними связан синтез белка, рост и деление клетки, Образование клеточных структур, а, следовательно, формообразование и наследственность организма.
Нуклеиновые кислоты содержат три основных структурных элемента: фосфорную кислоту, углевод типа пентозы и азотистые основания; соединяясь они образуют нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды, т. е. продукты полимеризации большого количества нуклеотидов. В нуклеотидах структурные элементы связаны в следующей последовательности: фосфорная кислота √ пентоза √ азотистое основание. При этом с фосфорной кислотой пентоза связана эфирной связью, с основанием √ глюкозидной. Связь между нуклеотидами в нуклеиновой кислоте осуществляется через фосфорную кислоту, свободные радикалы которой обуславливают кислые свойства нуклеиновых кислот.
В природе существует два типа нуклеиновых кислот √ рибонуклеинновая и дезоксирибонулеинновая (РНК и ДНК). Они отличаются по углеродному компоненту и набору азотистых оснований.
РНК в качестве углеродного компонента содержит рибозу, ДНК содержит дезоксирибозу.
Азотистые основания нуклеиновых кислот являются производными пурина и пирамидина. К первым относятся аденин и гуанин √ обязательные компоненты нуклеиновых кислот. Производными пирамидина являются цитозин, тимин, урацил. Из них только цитозин является обязательным для обеих нуклеиновых кислот. Что касается тимина и урацила, то первый характерен для ДНК, второй √ для РНК. В зависимости от наличия азотистого основания нуклеотиды называются адениновый, цитозиловый, гуаниновый, тиминовый, урациловый.
Структурное строение нуклеиновых кислот стало известно после величайшего открытия сделанного в 1953 году Уотсоном и Криком.
Молекула ДНК представляет собой две спирально идущие полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси. Эти цепи обращены друг к другу азотистыми основаниями. Последние скрепляют обе цепи на всем протяжении молекулы. В молекуле ДНК возможны только два сочетания: аденин с тимином, и гуанин с цитозином. По ходу спирали в макромолекуле образуется два ⌠желобка■ √ один малый расположенный между двумя полинуклеотидными цепями, другой √ большой представляет проем между витками. Расстояние между парами оснований по оси молекулы ДНК составляет 3, 4 А, В один ход спирали укладывается 10 пар нуклеотидов, соответственно протяженность одного витка равна 3,4 А. Диаметр поперечного сечения спирали равен 20 А. ДНК у эукариот содержится в ядре клетки, где входит в состав хромосом, и в цитоплазме, где она находится в митохондриях и хлоропластах.
Особым свойством ДНК является ее способность удваиваться √ этот процесс саморепродукции определят передачу наследственных свойств от материнской клетки дочерним.
Синтезу ДНК предшествует переход ее структуры от двуцепной к одноцепной. После этого на каждой полинуклеотидной цепи , как на матрице формируется новая полинуклеотидная цепь, нуклеотидная последовательность в которой соответствует исходной, такая последовательность определяется принципом комплиментарности оснований. Против каждого А встает Т, против Ц √ Г.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) это полимер, мономерами которого являются рибонуклеотиды: адениновый, цитозиновый, гуаниновый, урациловый.
В настоящее время различают три вида РНК √ структурную, растворимую или транспортную, информационную. Структурная РНК находится главным образом в составе рибосом. Поэтому ее называют рибосомной РНК. Она составляет до 80% всей РНК клетки. Транспортная РНК состоит из 80-80 нуклеотидов. Находится в составе основного вещества цитоплазмы. Составляет примерно 10-15% всей РНК. Играет роль переносчика аминокислот в рибосомы, где осуществляется синтез белка. Информационная РНК весьма не однородна; она может иметь молекулярный вес от 300000 до 2-х и более миллионов и отличается чрезвычайно высокой метаболической активностью. Информационная РНК непрерывно образуется в ядре на ДНК, играющей роль матрицы, и направляется в рибосомы где она участвует в в синтезе белка. В связи с этим информационную РНК называют РНК-посредником. Она составляет 10-5% от общей суммы РНК.
Среди органических веществ клетки особое место занимает аденинтрифосфорная кислота. Она содержит три известных компонента: азотистое основание аденин), углевод (рибоза), и фосфорную кислоту. Особенностью строения АТФ является наличие двух дополнительных фосфатных групп, присоединенных к уже имеющемуся остатку фосфорной кислоты, в результате чего образуются богатые энергией связи. Такие связи называются макроэнеретическими. Одна макроэнергитическая связь в грамм-молекуле вещества заключает в себе до 16000 калорий. Образуется АТФ и АДФ в процессе дыхания за счет энергии, освобождающейся при окислительном распаде углеводов, жиров и пр. Обратный процесс, т. е. переход от АТФ к АДФ, сопровождается выделением энергии, которая непосредственно используется в тех или иных жизненных процессов √ в синтезе веществ, в движении основного вещества цитоплазмы, в проведении возбуждений и пр. АТФ является единым и универсальным источником энергоснабжающим источником клетки. Как стало известно в последние годы, АТФ, и АДФ, АМФ являются исходным материалом для образования нуклеиновых кислот.
Регуляторные и сигнальные вещества.
Белки обладают целым рядом замечательных свойств.
Ферменты. Большинство реакций ассимиляции и диссимиляции в организме идут при участии ферментов √ белков являющимися биологическими катализаторами. В настоящее время известно существование около 700 ферментов. Все они простые или сложные белки. Последние состоят из белка и кофермента. Коферменты √ это различные физиологически активные вещества или их производные √ нуклеотиды, флавины и т. д.
Ферменты отличаются чрезвычайно высокой активностью, которая в значительной степени зависит от рН среды. Для ферментов наиболее характерна их специфичность. Каждый фермент способен регулировать, лишь строго определенный тип реакции.
Таким образом, ферменты выполняют функцию ускорителей и регуляторов почти всех биохимических процессов в клетке и в организме.
Гормоны.
Гормоны √ секреты желез внутренней секреции. Гормоны обеспечивают в клетке синтез определенных ферментов, активизируют или тормозят их работу. Таким образом они ускоряют рост организма и деление клеток, усиливают работу мышц, регулируют всасывание и выделение воды и солей. Гормональная система вместе с нервной системой обеспечивает деятельность организма как единого целого, через специальное действие гормонов
Витамины. Их биологическая роль.
Витамины √ это органические вещества образующиеся в животном организме или поступающие с пищей в очень незначительных количествах, но абсолютно необходимых для нормального обмена веществ. Недостаток витаминов приводит к заболеванию гипо- и авитаминозам.
В настоящее время известно более 20 витаминов. Это витамины группы В, витамины Е, А, К, С, РР и др.
Биологическая роль витаминов заключается в том, что при их отсутствии или недостатке нарушается в работа определенных ферментов, нарушаются биохимические реакции и нормальная деятельность клеток.
Биосинтез белков. Генетический код.
Биосинтез белков, а точнее полипептидных цепей, осуществляется на рибосомах, но это лишь конечный этап сложного процесса.
Информация о структуре полипептидной цепи содержится в ДНК. Отрезок ДНК, несущий информацию о полипептидной цепи это ген. Когда это стало известно, стало ясно, Что последовательность нуклеотидов ДНК должна определять аминокислотную последовательность полипептидной цепи. Эта зависимость между основаниями и аминокислотами известна под названием генетического кода. Как известно молекула ДНК построена из нуклеотидов четырех типов в состав которых входят одно из четырех оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц). Нуклеотиды соединены в полинуклеотидную цепь. С помощью этого четырех буквенного алфавита записаны инструкции для синтеза потенциально бесконечного числа белковых молекул. Если бы одно основание определяло положение одной аминокислоты, то цепь содержала только четыре аминокислоты. Если бы каждая аминокислота кодировалась двумя основаниями, то с помощью такого кода можно было бы зашифровать 16 аминокислот. Только код, состоящий из троек оснований (триплетный код), может обеспечить включение в полипептидную цепь всех 20 аминокислот. В такой код входят 64 разных триплета. В настоящее время генетический код известен для всех 20 аминокислот.
Главные черты генетического кода можно сформулировать следующим образом.
Последовательность оснований в одном гене, которая несет информацию о полипептидной цепи, ⌠переписывается в комплиментарную ее последовательность оснований информационной или матричной РНК. Этот процесс называется транскрипцией, Молекула И-РНК образуется в результате связывания друг с другом свободных рибонуклеотидов под действием РНК √ лимеразы в соответствии с правилами спаривания оснований ДНК и РНК (А-У, Г-Ц, Т-А, Ц-Г). Синтезированные молекулы И-РНК, несущие генетическую информацию, выходят из ядра и направляются к рибосомам. Здесь происходит процесс названный трансляцией √ последовательность триплетов оснований в молекуле И-РНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи.
К концу молекулы ДНК прикрепляется несколько рибосом образующих полисому. Вся эта структура представляет собой последовательно соединенные рибосомы. При этом, на одной молекуле И-РНК, может осуществляться синтез нескольких полипептидных цепей. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц √ малой и большой. И-РНК Присоединяется к поверхности малой субъединицы в присутствии ионов магния. При этом два ее первых транслируемых кодона оказываются обращенными к большой субъединице рибосомы. Первый кодон связывает молекулу т_рнк содержащую комплиментарный ему антикодон и несущую первую аминокислоту синтезируемого полипептида. Затем второй антикодон присоединяет комплекс аминокислота-т-РНК, содержащий антикодон комплиментарный этому кодону.
Функция рибосомы заключается в том, чтобы удерживать в нужном положении и-РНК, т-РНК и белковые факторы, участвующие в процессе трансляции, до тех пор пока между соседними аминокислотами не образуется пептидная связь.
Как только новая аминокислота присоединилась к растущей полипептидной цепи, рибосома перемещается по нити и-РНК с тем, чтобы поставить на надлежащие место следующий кодон. Молекула т-РНК, которая была связана перед этим с полипептидной цепью, теперь освободившись от аминокислоты, покидает рибосому и возвращается в основное вещество цитоплазмы, чтобы образовать новый комплекс аминокислота-т-РНК. Такое последовательное ⌠считывание■ рибосомой заключенного в и-РНК ⌠текста■ продолжается до тех пор, пока процесс не доходит до одного из стоп-кодонов. Такими кодонами являются триплеты УАА, УАГ или УГА. На этом этапе полипептидная цепь, первичная структура которой была закодирована на участке ДНК √ гене, покидает рибосому и трансляция завершена.
После того как полипептидные цепи отделились от рибосомы, они могут приобретать свойственную им вторичную, третичную или четвертичную структуры.
В заключении следует отметить, что весь процесс синтеза белка в клетке идет с участием ферментов. Они обеспечивают синтез и-РНК, ⌠захват■ аминокислот т-РНК, соединение аминокислот в полипептидную цепь, формирование вторичной, третичной, четвертичной структуры. Именно из-за участия ферментов синтез белка называют биосинтезом. Для обеспечения всех стадий синтеза белка , используется энергия высвобождающаяся при расщеплении АТФ.
Регуляция транскрипции и трансляции (синтеза белков) у бактерий и высших организмов.
Каждая клетка содержит полный набор молекул ДНК. С информацией о строении всех полипептидных цепей, какие только могут быть синтезированы в данном организме. Однако в определенной клетке реализуется только часть этой информации, Как же осуществляется регуляция этого процесса?
В настоящее время выяснены только отдельные механизмы синтеза белков. Большинство белков-ферментов образуется только в присутствии веществ-субстратов, на которые они действуют. Строение белка-фермента закодировано в соответствующем гене (структурный ген). Рядом со структурным геном находится другой ген-оператор. Кроме того в клетке присутствует особое вещество √ репрессор, способное взаимодействовать как с геном-оператором, так и с веществом-субстратом. Синтез репрессора регулируется геном-регулятором.
Присоединившись к гену-оператору, репрессор препятствует нормальному функционированию соседнего с ним структурного гена. Однако, соединившись с субстратом, репрессор утрачивает способность соединяться с геном-оператором и и препятствовать синтезу и-РНК. Образованием самих репрессоров управляют особые гены-регуляторы, функционирование которых управляется репрессорами второго порядка. Вот почему не все , а только специфические клетки реагируют на данный субстрат синтезом соответствующего фермента.
На этом, однако, иерархия репрессорных механизмов не прерывается имеются репрессоры и более высоких порядков, что говорит об удивительной сложности связанного с запуском гена в клетке.
Считывание заключенного в и-РНК ⌠текста■ прекращается когда этот процесс доходит до стоп-кодона.
Автотрофные (аутотрофные) и гетеротрофные организмы.
Автотрофные организмы синтезируют из неорганических веществ органические с использованием энергии Солнца или энергии, освобождающейся при химических реакциях. Первые называются гелиотрофами, вторые √ хемотрофами. К автотрофным организмам относятся растения и некоторые бактерии.
Гетеротрофные организмы используют вещества производимые другими видами. К гетеротрофам относятся все животные, паразитические растения, большинство бактерий, грибы.
Различают два типа гетеротрофного питания: сапрофитное √ питание органическими веществами, образующимися при разложении тел организмов; паразитное √ питание органическими вест вами вырабатываемыми живыми организмами.
В природе встречается и смешанный тип питания, который характерен для некоторых бактерий, водорослей и простейших. Такие организмы органические вещества своего тела могут синтезировать из готовых органических веществ и из неорганических.
Объем веществ в клетке.
Объем веществ это процесс последовательного потребления, превращения, использования , накопления потери веществ и энергии позволяющий клетке самосохраняться, расти, развиваться и размножаться. Обмен веществ состоит из непрерывно протекающих процессов ассимиляции и диссимиляции.
Пластический обмен в клетке.
Пластический обмен в клетке это совокупность реакций ассимиляции, т. е. превращение определенных веществ внутри клетки с момента их поступления до образования конечных продуктов √ белков, глюкозы, жиров и пр. Для каждой группы живых организмов характерен особый, генетически закрепленный тип пластического обмена.
Пластический обмен у животных. Животные являются гетеротрофными организмами, т. е. они питаются пищей содержащей готовые органические вещества. В кишечном тракте или кишечной полости они расщепляются: белки до аминокислот, углеводы до моноз, жиры до жирных кислот и глицерина. Продукты расщепления проникают в кровь и непосредственно в клетки тела. В первом случае продукты расщепления опять таки оказываются в клетках организма. В клетках происходит синтез веществ характерный уже для данной клетки, т. е. формируется специфический набор веществ. Из реакций пластического обмена простейшими являются реакции обеспечивающие синтез белков. Синтез белка происходит на рибосомах, согласно информации о структуре белка содержащийся в ДНК, из аминокислот поступивших в клетку. Синтез ди-, полисахаридов идет из моноз в аппарате Гольджи. Из глицерина и жирных кислот синтезируются жиры. Все реакции синтеза идут с участием ферментов и нуждаются в затрате энергии, энергию для реакций ассимиляции дает АТФ.
Пластический обмен в клетках растений имеет много общего с пластическим обменом в клетках животных, но обладает определенной специфичной связанной со способом питания растений. Растения это аутотрофные организмы. Растительные клетки, содержащие хлоропласты, способны синтезировать органические вещества из простых неорганических соединений с использованием энергии света. Этот процесс известный под названием фотосинтеза позволяет растениям с участием хлорофила из шести молекул углекислого газа и шести молекул воды получать одну молекулу глюкозы и шесть молекул кислорода. В дальнейшем преобразование глюкозы идет по известному нам пути.
Метаболиты возникающие у растений в процессе обмена веществ дают начало составным элементам белков √ аминокислотам и жиров √ глицерину и жирным кислотам. Синтез белка у растений идет как и животных на рибосомах, а синтез жиров на цитоплазме. Все реакции пластического обмена у растений идут с участием ферментов и АТФ. В результате пластического обмена образуются вещества обеспечивающие рост и развитие клетки.
Энергетический обмен в клетке и его сущность.
Совокупность реакций диссимиляции, сопровождающихся выделением энергии, называется энергетическим обменом. Наиболее энергетическими веществами являются белки, жиры и углеводы.
Энергетический обмен начинается с изготовительного этапа, когда белки распадаются на аминокислоты, жиры на глицерин и жирные кислоты, полисахариды на моносахариды. Образующаяся энергия на этом этапе незначительна и рассеивается в виде тепла. Из образовавшихся веществ основным поставщиком является энергии глюкоза. Расщепление глюкозы в клетке, в результате которого происходит синтез АТФ , происходит в две стадии. Все начинается с бескислородного расщепления √ гликолиза. Вторую стадию называют кислородным расщеплением.
Гликолизом называют последовательность реакций, в результате которых одна молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты. Эти реакции протекают в основном веществе цитоплазмы и не требуют присутствия кислорода. Процесс происходит в два этапа. На первом этапе происходит превращение глюкозы в фруктозо √1, 6,-бифосфат, а на втором - расщепление последнего на два трехуглеродного сахара, которые позже превращаются в пировиноградную кислоту. При этом на первом этапе в реакциях фосфорилирования потребляются две молекулы АТФ. Таким образом чистый выход АТФ при гликолизе составляет две молекулы АТФ. Кроме того, при гликолизе освобождается четыре атома водорода.. Суммарную реакцию гликолиза можно записать так:
CHO 2CHO + 4H + 2 АТФ
В дальнейшем при наличии кислорода пировиноградная кислота переходит в митохондрии для полного окисления до СО и воды ( аэробное дыхание ). Если кислорода нет, то она праевращается либо в этанол, либо в молочную кислоту (анаэробное дыхание).
Кислородное расщепление (аэробное дыхание) происходит в митохондриях, где под действием ферментов пировиноградная кислота вступает в реакцию с водой и полностью распадается с образованием углекислого газа и атомов водорода. Углекислый газ удаляется из клетки. Атомы водорода попадают в мембрану митохондрий, где в результате ферментативного процесса окисляются. Электроны и катионы водорода с помощью молекул-переносчиков Транспортируются на противоположные стороны мембраны: электроны на внутреннюю, протоны на наружную. Электроны соединяются с кислородом. В результате этих перестроек мембрана снаружи заряжается положительно, а изнутри отрицательно. При достижении критического уровня разности потенциалов на мембране положительно заряженные частицы проталкиваются через канал в молекуле фермента встроенного в мембрану на внутреннюю сторону мембраны, где соединяясь с кислородом образуют воду.
Процесс кислородного дыхания можно представить в виде следующего уровня:
2СНО + 6О + 36АДФ + 36НРО 36АТФ + 6СО + 42НО.
А суммарное уравнение гликолиза и кислородного процесса выглядит так:
СНО + 6О + 38АДФ + 38НРО 38АТФ + 6СО + 44НО
Таким образом, расщепление в клетке одной молекулы глюкозы до углекислого газа и воды обеспечивает синтез 38 молекул АТФ.
Значит в процессе энергетического обмена образуется АТФ √ универсальный источник энергии в клетке.
Хемосинтез.
Каждый организм для поддержания жизни и осуществления процессов, совокупность которых составляет обмен веществ, нуждается в постоянном притоке энергии.
Процесс образования некоторыми микроорганизмами органических веществ, из углекислого газа за счет энергии, получаемой при окислении неорганических соединений (аммиака, водорода, соединений серы, закисного железа) называется хемосинтезом.
В зависимости от минеральных соединений, в результате окисления которых микроорганизмы, а это в основном бактерии, способны получать энергию хемоавтотрофы делятся на нитрифицирующие, водородные, серобактерии, железобактерии.
Нитрофицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты. Этот процесс идет в две фазы. Сначала идет окисление аммиака до азотной кислоты:
2NH + 3O = 2HNO + 2HO + 660 кДж.
Затем азотистая кислота превращается в азотную:
2HNO + O = 2HNO + 158 кДж.
В сумме выделяется 818 кДж , которые используются для утилизации углекислого газа.
У железобактерий окисление двухвалентного железа происходит согласно уравнению
Поскольку реакция сопровождается малым выходом энергии (46,2*10 Дж/г окисленного железа), то для поддержания роста бактериям приходится окислять весма большое количество железа.
При окислении одной молекулы сероводорода выделяется √ 17,2*10 Дж., одной молекулы серы √ 49,8*10 Дж., а одной молекулы - 88,6*10 Дж.
Процесс хемосинтеза был открыт в 1887 году С.Н. Виноградским. Это открытие не только пролило свет на особенности обмена веществ у бактерий, но и позволило определить значимость бактерий √ хемоавтотрофоф. Особенно это касается азотфиксирующих бактерий, которые недоступный растениям азот превращают в аммиак, чем способствуют повышению плодородия почвы. Стал понятен и процесс участия бактерий в круговороте веществ в природе.
Размножение организмов.
Формы размножения организмов.
Способность размножаться, т.е. производить новое поколение того же вида, одна из основных особенностей живых организмов.
Существует два основных типа размножения √ бесполое и половое.
Бесполое размножение.
При бесполом размножении потомки происходят от одного организма. Идентичное потомство происходящее от оной родительской особи, называется клоном. Члены одного клона могут быть генетически различными только в случае возникновения случайных мутаций. Бесполое размножение не встречается только у высших животных. Однако известно, что клонирование было успешно проведено для некоторых видов и высших животных √ лягушек, овец, коров.
referat.store
СОДЕРЖАНИЕ
Клетка, как открытая система. Организация потоков веществ и энергии. Биологическое окисление, дыхание, брожение. Фото — и хемосинтез
Половое размножение у простейших. Коньюгация и копуляция
Взаимодействие неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия. Плейотропия
Жизненные циклы развития. Онтогенез и его периодизация: предэмбриональный, эмбриональный, постэмбриональный периоды. Прямое и непрямое развитие
Основные положения эволюционной теории Ч. Дарвина
Простейшие. Классификация. Характерные черты организации. Значение для медицины
Свиной цепень. Систематическое положение: морфология, цикл развития. Лабораторная диагностика, пути заражения, профилактика
Список используемой литературы
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Клетка, как открытая система. Организация потоков веществ и энергии. Биологическое окисление, дыхание, брожение. Фото- и хемосинтез
Обязательным условием существования любого организма является постоянный приток питательных веществ и постоянное выделение конечных продуктов химических реакций, происходящих в клетках. Поступившие в клетки органические вещества (или синтезированные в ходе фотосинтеза) расщепляются на строительные блоки — мономеры и направляются во все клетки организма. Часть молекул этих веществ расходуется на синтез специфических органических веществ, присущих данному организму. В клетках синтезируются белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие вещества, которые выполняют различные функции (строительную, каталитическую, регуляторную, защитную и т.д.).
Другая часть низкомолекулярных органических соединений, поступивших в клетки, идет на образование АТФ, в молекулах которой заключена энергия, предназначенная непосредственно для выполнения работы. Энергия необходима для синтеза всех специфических веществ организма, поддержания его высокоупорядоченной организации, активного транспорта веществ внутри клеток, из одних клеток в другие, из одной части организма в другую, для передачи нервных импульсов, передвижения организмов, поддержания постоянной температуры тела (у птиц и млекопитающих) и для других целей.
В ходе превращения веществ в клетках образуются конечные продукты обмена, которые могут быть токсичными для организма и выводятся из него (например, аммиак). Таким образом, все живые организмы постоянно потребляют из окружающей среды определенные вещества, преобразуют их и выделяют в среду конечные продукты.
Фотосинтез.
Это процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ. Процесс фотосинтеза обычно описывают уравнением:
/>
Такое преобразование происходит в хлоропластах, где имеются молекулы хлорофиллов, поглощающих световые волны разной длины. Важнейшими из них являются хлорофиллы П700 и П680, поглощающие свет с длиной волны 700 и 680 нм соответственно.
Процесс фотосинтеза представляет собой цель окислительно-восстановительных реакций, где происходит восстановление углекислого газа до органических веществ. Всю совокупность фотосинтетических реакций принято подразделять на две фазы — световую и темновую. Темновая фаза происходит параллельно световой с использованием продуктов, образованных в световой фазе.
Световая фаза фотосинтеза.
Прохождение световой фазы связано с мембранами тилакоидов при участии хлорофилла и других пигментов, фермента АТФ-синтетазы, встроенного в мембрану тилакоидов, и белков-переносчиков.
Для световой фазы фотосинтеза характерно то, что энергия солнечной радиации, поглощенная хлорофиллами, преобразуется сначала в электрохимическую, а затем в энергию макроэргических связей АТФ. Это достигается путем переноса электронов и ионов водорода с помощью специальных переносчиков через мембрану тилакоидов (приложение 1).
Световая фаза фотосинтеза разделяется на фотофизическую и фотохимическую. В фотофизической фазе происходит поглощение квантов света молекулами хлорофиллов П700 (фотосистема I) и П680 (фотосистема II) и переход этих молекул в возбужденное состояние.
В фотохимической фазе обе фотосистемы работают согласованно.
Темновая фаза фотосинтеза.
Этот сложный процесс, осуществляемый в строме хлоропластов без непосредственного поглощения света, включает большое количество реакций, приводящих к восстановлению С02 до уровня органических веществ, за счет использования энергии АТФ и НАДФ-Н + Н, синтезированных в световую фазу.
В темновой фазе фотосинтеза, таким образом, энергия макроэргических связей АТФ преобразуется в химическую энергию органических веществ, т.е. энергия как бы консервируется в химических связях органических веществ.
Таким образом, фотосинтез — процесс, при котором происходит поглощение электромагнитной энергии Солнца хлорофиллом и вспомогательными пигментами, поглощение углекислого газа из атмосферы, восстановление его в органические соединения и выделение кислорода в атмосферу.
На скорость фотосинтеза оказывают влияние различные факторы окружающей среды: интенсивность падающего света, наличие влаги, минеральных веществ, температура, концентрация С02 и др.
Значение фотосинтеза.
Уникальность и общебиологическое значение фотосинтеза определяются тем, что ему обязано своим существованием все живое на нашей планете. Этот процесс является основным источником образования первичных органических веществ, а также единственным источником свободного кислорода на Земле. Из кислорода образовался и поддерживается озоновый слой, защищающий живые организмы от воздействия коротковолновой ультрафиолетовой радиации. Кроме того, благодаря фотосинтезу регулируется содержание С02 в атмосфере.
Хемосинтез.
Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез, свойственный некоторым бактериям. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе используется не световая энергия, а энергия, выделенная при окислении некоторых неорганических соединений, например сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотистой кислоты, оксидных соединений железа и марганца и др.
Важнейшей группой хемосинтезирующих организмов являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять образующийся при гниении органических остатков аммиак до нитрита, а затем и до нитрата:
/>
Азотная кислота, реагируя с минеральными соединениями почвы, превращается в соли азотной кислоты, которые хорошо усваиваются растениями.
Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу: />
При недостатке сероводорода бактерии производят дальнейшее окисление накопившейся в них серы до серной кислоты.
/>
Железобактерии переводят железо Fe3+ в железо Fe3+: />
Водородные бактерии используют в качестве источника энергии реакции окисления молекулярного водорода, а в качестве единственного источника углерода — углекислый газ. Реакция окисления происходит по схеме:
/>
Энергия, выделяемая при окислении указанных выше соединений, используется бактериями-хемосинтетиками для восстановления С02 до органических веществ.
Клеточное дыхание.
Образование и накопление энергии, доступной клетке, происходит в процессе клеточного дыхания. Для осуществления клеточного дыхания большинству организмов необходим кислород — в этом случае говорят об аэробном дыхании или аэробном высвобождении энергии. Однако некоторые организмы могут получать энергию из пищи без использования свободного атмосферного кислорода, т.е. в процессе так называемого анаэробного дыхания (анаэробного высвобождения энергии).
Таким образом, исходными веществами для дыхания служат богатые энергией органические молекулы, на образование которых в свое время была затрачена энергия. Основным веществом, используемым клетками для получения энергии, является глюкоза.
Аэробное (кислородное) дыхание.
Процесс аэробного дыхания можно условно разделить на несколько последовательных этапов.
Первый этап — подготовительный, или этап пищеварения, включающий в себя расщепление полимеров до мономеров. Эти процессы происходят в пищеварительной системе животных или цитоплазме клеток. На данном этапе не происходит накопления энергии в молекулах АТФ.
Следующий этап — безкислородный, или неполный. Он протекает в цитоплазме клеток без участия кислорода.
Аэробное дыхание, включающее безкислородный и кислородный этапы, можно выразить суммарным уравнением:
/>
При распаде молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж/ моль. В АТФ запасается 55% энергии, остальная рассеивается в виде тепла.
Анаэробное дыхание. Анаэробное дыхание — эволюционно более ранняя и энергетически менее рациональная форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным дыханием.
В основе анаэробного дыхания лежит процесс, в ходе которого глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты и высвобождаются атомы водорода. Акцептором атомов водорода, отщепляемых в результате дыхания, является пировиноградная кислота, которая превращается в молочную.
Молочнокислое брожение осуществляют молочнокислые бактерии (например, кокки из рода стрептококк). Образование молочной кислоты по такому типу происходит также в животных клетках в условиях дефицита кислорода.
В природе широко распространено спиртовое брожение, которое осуществляют дрожжи. В отсутствие кислорода дрожжевые клетки образуют из глюкозы этиловый спирт и СО;. Вначале спиртовое брожение идет аналогично молочнокислому, но последние реакции приводят к образованию этилового спирта. От каждой молекулы пировиноградной кислоты отщепляется молекула С02, и образуется молекула двууглеродного соединения — уксусного альдегида, который затем восстанавливается до этилового спирта атомами водорода:
/>
Суммарное уравнение:
/>
Спиртовое брожение, кроме дрожжей, осуществляют некоторые анаэробные бактерии. Этот тип брожения наблюдается в растительных клетках в отсутствие кислорода.
Половое размножение у простейших. Коньюгация и копуляция
Половое размножение отличается наличием полового процесса, который обеспечивает обмен наследственной информацией и создает условия для возникновения наследственной изменчивости. В нем, как правило, участвуют две особи — женская и мужская, которые образуют гаплоидные женские и мужские половые клетки — гаметы. В результате оплодотворения, т.е. слияния женской и мужской гамет, образуется диплоидная зигота с новой комбинацией наследственных признаков, которая и становится родоначальницей нового организма.
Половое размножение по сравнению с бесполым обеспечивает появление наследственно более разнообразного потомства. Формами полового процесса являются конъюгация и копуляция.
Конъюгация — своеобразная форма полового процесса, при которой оплодотворение происходит путем взаимного обмена мигрирующими ядрами, перемещающимися из одной клетки в другую по цитоплазматическому мостику, образуемому двумя особями. При конъюгации обычно не происходит увеличения количества особей, но происходит обмен генетическим материалом между клетками, что обеспечивает перекомбинацию наследственных свойств. Конъюгация типична для ресничных простейших (например, инфузорий), некоторых водорослей (спирогиры).
--PAGE_BREAK--Копуляция (гаметогамия) — форма полового процесса, при которой две различающиеся по полу клетки — гаметы — сливаются и образуют зиготу. При этом ядра гамет образуют одно ядро зиготы.
Различают следующие основные формы гаметогамии: изогамия, анизогамия и оогамия.
При изогамии образуются подвижные, морфологически одинаковые гаметы, однако физиологически они различаются на «мужскую» и «женскую». Изогамия встречается у многих водорослей.
При анизогамии (гетерогамии) формируются подвижные, различающиеся морфологически и физиологически гаметы. Такой тип полового процесса характерен для многих водорослей.
В случае оогамии гаметы сильно отличаются друг от друга. Женская гамета — крупная неподвижная яйцеклетка, содержащая большой запас питательных веществ. Мужские гаметы — сперматозоиды — — мелкие, чаще всего подвижные клетки, которые перемещаются с помощью одного или нескольких жгутиков. У семенных растений мужские гаметы — спермии — не имеют жгутиков и доставляются к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки. Оогамия характерна для животных, высших растений и многих грибов.
Взаимодействие неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия. Плейотропия
В ряде случаев на один признак организма могут влиять две (или более) пары неаллельных генов. Это приводит к значительным численным отклонениям фенотипических (но не генотипических) классов от установленных Менделем при дигибридном скрещивании. Взаимодействие неаллельных генов подразделяют на основные формы: комплементарность, эпистаз, полимерию. P>при комплементарном взаимодействии признак проявляется лишь в случае одновременного присутствия в генотипе организма двух доминантных неаллельных генов. Примером комплементарного взаимодействия может служить скрещивание двух различных сортов душистого горошка с белыми лепестками цветков. В результате такого скрещивания в F1 все гибриды имеют лепестки пурпурной окраски, а в F2 будет наблюдаться расщепление: 9/16 растений будут с пурпурными лепестками цветов и 7/16 – с белыми.
Это можно объяснить тем, что доминантный ген А определяет выработку пропигмента, то есть вещества, которое может превратиться в пигмент, а у гомозиготы рецессивной (аа) пропигмент не вырабатывается. Доминантный ген В обеспечивает выработку фермента, который катализирует превращение пропигмента в пурпурный пигмент, а если это гомозигота рецессивная, то фермента не образуется.
Следующим видом взаимодействия неаллельных генов является эпистаз, при котором ген одной аллельной пары подавляет действие гена другой пары. Ген, подавляющий действие другого, называется эпистатическим геном (или супрессором). Подавляемый ген носит название гипостатического. Эпистаз может быть доминантным и рецессивным. Примером доминантного эпистаза служит наследование окраски оперения кур, масти у лошади. Эпистатическое действие рецессивного гена иллюстрирует наследование окраски шерсти у домовых мышей.
Наследование признака, передача и развитие которого обусловлены, как правило, двумя аллелями одного гена, называют моногенным. Кроме того, известны гены из разных аллельных пар (их называют полимерными или полигенами), примерно одинаково влияющие на признак. Явление одновременного действия на признак нескольких неаллельных однотипных генов получило название полимерии. Хотя полимерные гены не являются аллельными, но так как они определяют развитие одного признака, их обычно обозначают одной буквой А(а), цифрами указывая число аллельных пар. Действие полигенов чаще всего бывает суммирующим. Это означает, что степень проявления признака зависит от числа доминантных аллелей разных генов в генотипе организма. Так, при суммирующем действии фенотип будет более выражен при генотипе А1А1А2А2, чем при А1а1А2а2. Признаки, зависящие от полимерных генов, относят к количественным признакам. Принципиальной особенностью количественных признаков является то, что различия по ним между отдельными организмами могут быть очень небольшими и требуют точных измерений; в отличие от качественных альтернативных признаков разница между некоторыми из них велика и видна просто при наблюдении. Например, рост, вес, цвет кожи.
Плейотропный эффект проявляется в том, что действие фермента помимо влияния на один признак отражается на вторичных реакциях биосинтеза, которые, в свою очередь, влияют на формирование различных признаков организма.
Следовательно, множественное действие генов является отражением интегрированности процессов развития, в которых один генный продукт биохимического пути может в конечном итоге оказывать влияние на множество путей развития. В связи с этим плейотропное действие генов зависит от стадии отногенеза, во время которой проявляются соответствующие аллели. Чем раньше проявится аллель, тем больше эффект плейотропии.
Жизненные циклы развития. Онтогенез и его периодизация: предэмбриональный, эмбриональный, постэмбриональный периоды. Прямое и непрямое развитие
Индивидуальное развитие организма, или онтогенез, — это совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до смерти. В онтогенезе происходит реализация наследственной информации, полученной организмом от родителей.
В онтогенезе выделяют два основных периода — эмбриональный и постэмбриональный. В эмбриональном у животных формируется эмбрион, у которого закладываются основные системы органов. В постэмбриональном периоде завершаются формообразовательные процессы, происходит половое созревание, размножение, старение и смерть.
Эмбриональный период начинается с образования зиготы и заканчивается рождением или выходом из яйцевых или зародышевых оболочек молодой особи. Он состоит из трех стадий: дробления, гаструляции и органогенеза.
Начальный этап развития оплодотворенного яйца носит название дробления. Через несколько минут или несколько часов (у разных видов по-разному) после внедрения сперматозоида в яйцеклетку образовавшаяся зигота начинает делиться митозом на клетки, называемые бластомерами.
Следующий этап эмбрионального развития — образование двухслойного зародыша — гаструляция. После того как бластула ланцетника полностью сформировалась, дальнейшее дробление клеток особенно интенсивно происходит на одном из полюсов. Вследствие этого они как бы втягиваются (впячиваются) внутрь. В результате образуется двухслойный зародыш.
После гаструляции начинается следующий этап в развитии зародыша — дифференцировка зародышевых листков и закладка органов (органогенез). Вначале происходит формирование осевых органов — нервной системы, хорды и пищеварительной трубки. Стадия, на которой осуществляется закладка осевых органов, называется неирулой.
После рождения или выхода из яйцевых оболочек наступает постэмбриональный, или послезародышевый, период онтогенеза, который может происходить двумя различными путями. Различают прямое и непрямое развитие. При прямом развитии рождающийся организм имеет все органы, свойственные взрослому животному. Прямое (неличиночное) развитие характерно для рыб, пресмыкающихся и птиц, а также беспозвоночных, яйца которых богаты желтком, т.е. питательным материалом, достаточным для завершения онтогенеза. Прямое развитие осуществляется у высших млекопитающих (внутриутробный тип развития) и происходит не за счет питательных веществ яйцеклетки, а благодаря поступлению их из материнского организма. В связи с этим из тканей матери и зародыша образуются сложные провизорные органы, в первую очередь плацента.
Многим видам животных присуще непрямое развитие (развитие с превращением — метаморфозом). В этом случае эмбриональное развитие приводит к образованию личинки, которая значительно отличается по внешнему и внутреннему строению от взрослого организма, а затем куколки. Куколка, как правило, неподвижна, она не питается. Из нее развивается полностью сформировавшееся взрослое насекомое. В этом случае говорят о полном превращении (бабочки, мухи, комары, стрекозы). У насекомых с неполным превращением происходит постепенное изменение личинки, сходной со взрослым организмом, сопровождающееся линьками и увеличением размеров; стадия куколки отсутствует.
Основные положения эволюционной теории Ч. Дарвина
Эволюционная теория Дарвина представляет собой целостное учение об историческом развитии органического мира. Она охватывает широкий круг проблем, важнейшими из которых являются доказательства эволюции, выявление движущих сил эволюции, определение путей и закономерностей эволюционного процесса и др.
Сущность эволюционного учения заключается в следующих основных положениях:
Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда не были кем-то созданы.
Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями.
В основе преобразования видов в природе лежат такие свойства организмов, как наследственность и изменчивость, а также постоянно происходящий в природе естественный отбор. Естественный отбор осуществляется через сложное взаимодействие организмов друг с другом и с факторами неживой природы; эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование.
Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе.
Простейшие. Классификация. Характерные черты организации. Значение для медицины
К одноклеточным принадлежат свыше 30 тыс. видов, обитающих на дне и в толще воды морских и пресных водоемов, влажной почве. Более 3,5 тыс. видов являются паразитами человека и животных. Размеры тела простейших в основном микроскопические, но встречаются и более крупные, достигающие нескольких миллиметров и даже сантиметров.
Общими чертами организации простейших являются следующие:
Большинство простейших — одноклеточные, реже колониальные организмы. Их одноклеточное тело обладает функциями целостного организма, которые выполняются органеллами общего назначения (ядро, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, рибосомы и др.) и специального (пищеварительные и сократительные вакуоли, жгутики, реснички и др.). Согласованно функционируя, они обеспечивают отдельной клетке возможность существования в качестве самостоятельного организма.
Покровы простейших представлены либо только плазматической мембраной, либо еще и плотной, довольно гибкой и эластичной оболочкой — пелликулой, придающей им относительное постоянство формы тела. В цитоплазме четко различаются два слоя: поверхностный, более плотный — эктоплазма, и внутренний, более жидкий и зернистый — эндоплазма, в которой располагаются органеллы простейшего. Благодаря коллоидным свойствам цитоплазмы эти два слоя могут взаимно переходить друг в друга.
Органоиды движения большинства видов — ложноножки, жгутики или многочисленные короткие реснички.
Подавляющее большинство простейших питаются бактериями, одноклеточными водорослями, частицами разлагающихся отмерших растений и животных — детритом, а паразитические формы — соками, тканью или кровью хозяина, в организме которого они обитают. Пища переваривается в пищеварительных вакуолях под действием ферментов лизосом. Растворенные питательные вещества поступают в цитоплазму, а не переваренные остатки удаляются из клетки.
У пресноводных одноклеточных имеется 1 — 2 сократительные вакуоли, основная функция которых состоит в поддержании постоянства осмотического давления, осуществляемого за
счет периодического удаления избытка воды, проникающей в цитоплазму простейшего. Побочная функция — выведение некоторой части конечных продуктов жизнедеятельности. У морских и паразитических простейших сократительные вакуоли, как правило, отсутствуют.6. Газообмен осуществляется всей поверхностью тела.
Раздражимость у простейших проявляется в форме таксисов.
Все простейшие размножаются бесполым способом. После митотического деления ядра следует деление клетки надвое. У малярийного паразита делению клетки предшествует многократное деление ядра, после которого паразит распадается на множество особей (шизогония). Для всех без исключения инфузорий характерен половой процесс — конъюгация, при которой две конъюгирующие особи обмениваются наследственной информацией, после чего расходятся. Увеличения числа особей при этом не происходит. У некоторых видов простейших, в том числе и малярийного паразита, кроме бесполого происходит и половое размножение, т.е. наблюдается чередование бесполого и полового поколений.
Большинство простейших обладает способностью переносить неблагоприятные условия в состоянии покоящейся стадии — цисты. При этом клетка округляется, втягивает или отбрасывает органоиды движения и покрывается плотной защитной оболочкой. Стадия цисты дает возможность простейшему не только переживать в неактивном состоянии неблагоприятные условия, но и расселяться. Попав в благоприятные условия, простейшее покидает оболочку цисты и начинает питаться и размножаться.
Простейшие подразделяются на классы: Корненожки, Жгутиковые, Инфузории, Споровики.
Многообразие и значение одноклеточных.
Мир одноклеточных многообразен, и по организации его представители отличаются от рассмотренных видов. Так, многие виды корненожек-фораминифер, обитающие на дне океанов, имеют тело, заключенное в известковую раковину. После отмирания фораминифер образуется известняк, который человек использует как строительный материал, а его разновидность — в качестве писчего мела. Есть среди корненожек и паразитические виды. Так, дизентерийная амеба, проникая под слизистую оболочку толстого кишечника человека, разрушает ее с образованием язв. Распространяется она, как и все одноклеточные, с помощью цист.
Некоторые жгутиковые, например вольвокс, — колониальные организмы. Шаровидная колония вольвокса объединяет от 8 до 10 тыс. двужгутиковых особей, полу погруженных в студенистое вещество, заполняющее полость шара. Все клетки колонии соединены между собой цитоплазматическими мостиками, благодаря чему возможна координация биения жгутиков и движения колонии.
Многие виды жгутиковых — паразиты человека и животных. Так, один из видов трипаносом со слюной мухи цеце попадает в кровь человека и вызывает сонную болезнь с частым смертельным исходом. Это заболевание — одно из наиболее массовых, встречаемое и в настоящее время у жителей стран тропической Африки и Юго-Восточной Азии. Другой паразитический жгутиконосец — лямблия — вызывает заболевания кишечника, печени, желчного пузыря.
Свободноживущие автогетеротрофные жгутиконосцы играют огромную роль в жизни водоемов, являясь начальными звеньями пищевых цепей, а образуемый ими в ходе фотосинтеза кислород насыщает водную среду и используется для дыхания гидробионтов.
Среди инфузорий много паразитических видов. Например, балантидий вызывает воспаление кишечника. Некоторые виды приспособились к жизни в определенных отделах сложного желудка жвачных парнокопытных, где они осуществляют ферментативное расщепление клетчатки.
Простейшие — самый древний тип животных. К наиболее древним классам этого типа принято относить корненожек и жгутиковых, которые, как полагают, произошли от примитивной, вымершей к настоящему времени группы эукариотических гетеротрофных организмов. Предполагают, что от жгутиковых (через колониальные формы) ведут свое начало все многоклеточные организмы.
продолжение --PAGE_BREAK--Свиной цепень. Систематическое положение: морфология, цикл развития. Лабораторная диагностика, пути заражения, профилактика
Постоянным хозяином цепней является человек. Свиной цепень вызывает тениоз. В кишечнике свиньи из яйца развивается личинка, названная онкосферой, представляющая собой шарик из множества клеток с шестью хитиновыми крючками на нем (приложение 3).
Активно работая этими крючками, личинки проникают в кровь и переносятся в мышцы и другие органы.
Там яйца преобразуются в личиночные пузырьки — цистицерки (финны). Это особая стадия развития всех ленточных червей, ее еще называют пузырчатой глистой. Внешне финна свиного цепня выглядит как пузырек размером с горошину, наполненный жидкостью.
Если мясо зараженного животного не подвергнется достаточной тепловой обработке и попадет в организм человека, личинки активизируются, и это станет началом развития взрослой особи гельминта.
В кишечнике человека финна выворачивает наружу втянутую до этого головку. Присосками и крючьями она крепко цепляется к стенкам кишечника, и солитер начинает наращивать от головки новые членики.
Взрослая особь свиного цепня представляет собой червя с лентовидным телом белого цвета, размерами от 1,5 до 6 м. Головка цепня микроскопических размеров (2-3 мм), имеет венчик крючьев и 4 присоски. За головкой расположена шейка, а за ней — членики, имеющие квадратную форму.
От свиного цепня легче избавиться, чем от бычьего, но он гораздо опаснее, потому что может паразитировать не только в кишечнике человека.
Финны этого гельминта могут находиться в мозге, печени и даже в глазах. Подобные случаи паразитирования цепня неизлечимы и часто заканчиваются смертью большого. Жизненный цикл свиного цепня (приложение 4).
Заражение происходит через грязные руки, несвежее белье, продукты. Для человека, в кишечнике которого паразитирует свиной солитер, существует опасность, что при рвоте личинки гельминта могут попасть из кишечника в желудок, откуда онкосферы разнесут финны по другим органам.
Симптомы заболевания бывают самыми разными: тошнота, рвота, понос, отсутствие аппетита. При диагностике недостаточно обнаружить яйца гельминта в фекалиях, так как онкосферы бычьего и свиного цепней нельзя отличить друг от друга. Необходимо обнаружить и исследовать зрелые членики.
Человек может служить и промежуточным хозяином для свиного цепня, когда заражение происходит от другого человека. Цистицерки, образовавшиеся в органах человека, вызывают цистицеркоз, который может проявляться в судорожных припадках и слепоте.
Заражение ленточными червями-паразитами обычно проявляется расстройством желудка, неустойчивым стулом, болями в животе, аллергическими реакциями, нарушениями деятельности нервной системы.
Диагноз при заболевании этим видом гельминтоза поставить совсем не трудно: в каловых массах можно невооруженным глазом увидеть фрагменты члеников цепня. При исследовании кала под микроскопом видны и многочисленные созревшие яйца гельминта.
Профилактикой заражения свиным и бычьим цепнями является употребление в пищу только прошедшего ветеринарный контроль мяса. При отсутствии данных о проверке мясо необходимо подвергнуть длительной варке, так как при жарке прогрев кусков мяса может быть недостаточным.
Список используемой литературы
Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рефф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. – М., 1994.
Гилберт С. Биология развития. – М., 1993.
Н.А. Лемеза Л.В. Камлюк Н.Д. Лисов «Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы».
Небел Б. Наука об окружающей среде. – М., 1993.
Чебышев Н.В., Чупряга А.М. Простейшие. – М., 1992.
Ярыгин В.Н. Биология. – М.: Высшая школа, 1997.
Приложение 1
Схема фотосинтеза (стрелками показан перенос протонов и электронов).
/>
Приложение 2
Схема строения животной клетки по данным электронной микроскопии: I — ядерная оболочка; 2 — ядрышко; 3 — ядро; 4 — цитоплазма; 5 — митохондрии; б — лизосомы; 7 — центриоли; 8 — эндоплазматический ретикулум; 9-аппарат Гольджи; 10-рибосомы; II — клеточная мембрана.
/>
Приложение 3
На рисунке изображена головка свиного цепня с крючьями:
а — хоботок с крючьями;
б — присоски;
/> в — шейка;
Приложение 4
Жизненный цикл свиного цепня
яйцо с онкосферой во внешней среде;
онкосфера;
финна;
финна с вывернутой головкой;
/> половозрелая форма в теле окончательного хозяина.
www.ronl.ru
СОДЕРЖАНИЕ
Клетка, как открытая система. Организация потоков веществ и энергии. Биологическое окисление, дыхание, брожение. Фото - и хемосинтез 3
Половое размножение у простейших. Коньюгация и копуляция 8
Взаимодействие неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия. Плейотропия 10
Жизненные циклы развития. Онтогенез и его периодизация: предэмбриональный, эмбриональный, постэмбриональный периоды. Прямое и непрямое развитие 12
Основные положения эволюционной теории Ч. Дарвина 13
Простейшие. Классификация. Характерные черты организации. Значение для медицины 14
Свиной цепень. Систематическое положение: морфология, цикл развития. Лабораторная диагностика, пути заражения, профилактика 18
Список используемой литературы 20
Приложение 1 21
Приложение 2 22
Приложение 3 23
Приложение 4 24
Обязательным условием существования любого организма является постоянный приток питательных веществ и постоянное выделение конечных продуктов химических реакций, происходящих в клетках. Поступившие в клетки органические вещества (или синтезированные в ходе фотосинтеза) расщепляются на строительные блоки - мономеры и направляются во все клетки организма. Часть молекул этих веществ расходуется на синтез специфических органических веществ, присущих данному организму. В клетках синтезируются белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие вещества, которые выполняют различные функции (строительную, каталитическую, регуляторную, защитную и т.д.).
Другая часть низкомолекулярных органических соединений, поступивших в клетки, идет на образование АТФ, в молекулах которой заключена энергия, предназначенная непосредственно для выполнения работы. Энергия необходима для синтеза всех специфических веществ организма, поддержания его высокоупорядоченной организации, активного транспорта веществ внутри клеток, из одних клеток в другие, из одной части организма в другую, для передачи нервных импульсов, передвижения организмов, поддержания постоянной температуры тела (у птиц и млекопитающих) и для других целей.
В ходе превращения веществ в клетках образуются конечные продукты обмена, которые могут быть токсичными для организма и выводятся из него (например, аммиак). Таким образом, все живые организмы постоянно потребляют из окружающей среды определенные вещества, преобразуют их и выделяют в среду конечные продукты.
Фотосинтез.
Это процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ. Процесс фотосинтеза обычно описывают уравнением:
Такое преобразование происходит в хлоропластах, где имеются молекулы хлорофиллов, поглощающих световые волны разной длины. Важнейшими из них являются хлорофиллы П700 и П680, поглощающие свет с длиной волны 700 и 680 нм соответственно.
Процесс фотосинтеза представляет собой цель окислительно-восстановительных реакций, где происходит восстановление углекислого газа до органических веществ. Всю совокупность фотосинтетических реакций принято подразделять на две фазы - световую и темновую. Темновая фаза происходит параллельно световой с использованием продуктов, образованных в световой фазе.
Световая фаза фотосинтеза.
Прохождение световой фазы связано с мембранами тилакоидов при участии хлорофилла и других пигментов, фермента АТФ-синтетазы, встроенного в мембрану тилакоидов, и белков-переносчиков.
Для световой фазы фотосинтеза характерно то, что энергия солнечной радиации, поглощенная хлорофиллами, преобразуется сначала в электрохимическую, а затем в энергию макроэргических связей АТФ. Это достигается путем переноса электронов и ионов водорода с помощью специальных переносчиков через мембрану тилакоидов (приложение 1).
Световая фаза фотосинтеза разделяется на фотофизическую и фотохимическую. В фотофизической фазе происходит поглощение квантов света молекулами хлорофиллов П700 (фотосистема I) и П680 (фотосистема II) и переход этих молекул в возбужденное состояние.
В фотохимической фазе обе фотосистемы работают согласованно.
Темновая фаза фотосинтеза.
Этот сложный процесс, осуществляемый в строме хлоропластов без непосредственного поглощения света, включает большое количество реакций, приводящих к восстановлению С02 до уровня органических веществ, за счет использования энергии АТФ и НАДФ-Н + Н, синтезированных в световую фазу.
В темновой фазе фотосинтеза, таким образом, энергия макроэргических связей АТФ преобразуется в химическую энергию органических веществ, т.е. энергия как бы консервируется в химических связях органических веществ.
Таким образом, фотосинтез - процесс, при котором происходит поглощение электромагнитной энергии Солнца хлорофиллом и вспомогательными пигментами, поглощение углекислого газа из атмосферы, восстановление его в органические соединения и выделение кислорода в атмосферу.
На скорость фотосинтеза оказывают влияние различные факторы окружающей среды: интенсивность падающего света, наличие влаги, минеральных веществ, температура, концентрация С02 и др.
Значение фотосинтеза.
Уникальность и общебиологическое значение фотосинтеза определяются тем, что ему обязано своим существованием все живое на нашей планете. Этот процесс является основным источником образования первичных органических веществ, а также единственным источником свободного кислорода на Земле. Из кислорода образовался и поддерживается озоновый слой, защищающий живые организмы от воздействия коротковолновой ультрафиолетовой радиации. Кроме того, благодаря фотосинтезу регулируется содержание С02 в атмосфере.
Хемосинтез.
Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции - хемосинтез, свойственный некоторым бактериям. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе используется не световая энергия, а энергия, выделенная при окислении некоторых неорганических соединений, например сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотистой кислоты, оксидных соединений железа и марганца и др.
Важнейшей группой хемосинтезирующих организмов являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять образующийся при гниении органических остатков аммиак до нитрита, а затем и до нитрата:
Азотная кислота, реагируя с минеральными соединениями почвы, превращается в соли азотной кислоты, которые хорошо усваиваются растениями.
Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу: 
При недостатке сероводорода бактерии производят дальнейшее окисление накопившейся в них серы до серной кислоты.
Железобактерии переводят железо Fe3+ в железо Fe3+: 
Водородные бактерии используют в качестве источника энергии реакции окисления молекулярного водорода, а в качестве единственного источника углерода - углекислый газ. Реакция окисления происходит по схеме:
Энергия, выделяемая при окислении указанных выше соединений, используется бактериями-хемосинтетиками для восстановления С02 до органических веществ.
Клеточное дыхание.
Образование и накопление энергии, доступной клетке, происходит в процессе клеточного дыхания. Для осуществления клеточного дыхания большинству организмов необходим кислород - в этом случае говорят об аэробном дыхании или аэробном высвобождении энергии. Однако некоторые организмы могут получать энергию из пищи без использования свободного атмосферного кислорода, т.е. в процессе так называемого анаэробного дыхания (анаэробного высвобождения энергии).
Таким образом, исходными веществами для дыхания служат богатые энергией органические молекулы, на образование которых в свое время была затрачена энергия. Основным веществом, используемым клетками для получения энергии, является глюкоза.
Аэробное (кислородное) дыхание.
Процесс аэробного дыхания можно условно разделить на несколько последовательных этапов.
Первый этап - подготовительный, или этап пищеварения, включающий в себя расщепление полимеров до мономеров. Эти процессы происходят в пищеварительной системе животных или цитоплазме клеток. На данном этапе не происходит накопления энергии в молекулах АТФ.
Следующий этап - безкислородный, или неполный. Он протекает в цитоплазме клеток без участия кислорода.
Аэробное дыхание, включающее безкислородный и кислородный этапы, можно выразить суммарным уравнением:
При распаде молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж/ моль. В АТФ запасается 55% энергии, остальная рассеивается в виде тепла.
Анаэробное дыхание. Анаэробное дыхание - эволюционно более ранняя и энергетически менее рациональная форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным дыханием.
В основе анаэробного дыхания лежит процесс, в ходе которого глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты и высвобождаются атомы водорода. Акцептором атомов водорода, отщепляемых в результате дыхания, является пировиноградная кислота, которая превращается в молочную.
Молочнокислое брожение осуществляют молочнокислые бактерии (например, кокки из рода стрептококк). Образование молочной кислоты по такому типу происходит также в животных клетках в условиях дефицита кислорода.
В природе широко распространено спиртовое брожение, которое осуществляют дрожжи. В отсутствие кислорода дрожжевые клетки образуют из глюкозы этиловый спирт и СО;. Вначале спиртовое брожение идет аналогично молочнокислому, но последние реакции приводят к образованию этилового спирта. От каждой молекулы пировиноградной кислоты отщепляется молекула С02, и образуется молекула двууглеродного соединения - уксусного альдегида, который затем восстанавливается до этилового спирта атомами водорода:
Суммарное уравнение:
Спиртовое брожение, кроме дрожжей, осуществляют некоторые анаэробные бактерии. Этот тип брожения наблюдается в растительных клетках в отсутствие кислорода.
Половое размножение отличается наличием полового процесса, который обеспечивает обмен наследственной информацией и создает условия для возникновения наследственной изменчивости. В нем, как правило, участвуют две особи - женская и мужская, которые образуют гаплоидные женские и мужские половые клетки - гаметы. В результате оплодотворения, т.е. слияния женской и мужской гамет, образуется диплоидная зигота с новой комбинацией наследственных признаков, которая и становится родоначальницей нового организма.
Половое размножение по сравнению с бесполым обеспечивает появление наследственно более разнообразного потомства. Формами полового процесса являются конъюгация и копуляция.
Конъюгация - своеобразная форма полового процесса, при которой оплодотворение происходит путем взаимного обмена мигрирующими ядрами, перемещающимися из одной клетки в другую по цитоплазматическому мостику, образуемому двумя особями. При конъюгации обычно не происходит увеличения количества особей, но происходит обмен генетическим материалом между клетками, что обеспечивает перекомбинацию наследственных свойств. Конъюгация типична для ресничных простейших (например, инфузорий), некоторых водорослей (спирогиры).
Копуляция (гаметогамия) - форма полового процесса, при которой две различающиеся по полу клетки - гаметы - сливаются и образуют зиготу. При этом ядра гамет образуют одно ядро зиготы.
Различают следующие основные формы гаметогамии: изогамия, анизогамия и оогамия.
При изогамии образуются подвижные, морфологически одинаковые гаметы, однако физиологически они различаются на "мужскую" и "женскую". Изогамия встречается у многих водорослей.
При анизогамии (гетерогамии) формируются подвижные, различающиеся морфологически и физиологически гаметы. Такой тип полового процесса характерен для многих водорослей.
В случае оогамии гаметы сильно отличаются друг от друга. Женская гамета - крупная неподвижная яйцеклетка, содержащая большой запас питательных веществ. Мужские гаметы - сперматозоиды - - мелкие, чаще всего подвижные клетки, которые перемещаются с помощью одного или нескольких жгутиков. У семенных растений мужские гаметы - спермии - не имеют жгутиков и доставляются к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки. Оогамия характерна для животных, высших растений и многих грибов.
В ряде случаев на один признак организма могут влиять две (или более) пары неаллельных генов. Это приводит к значительным численным отклонениям фенотипических (но не генотипических) классов от установленных Менделем при дигибридном скрещивании. Взаимодействие неаллельных генов подразделяют на основные формы: комплементарность, эпистаз, полимерию. P>при комплементарном взаимодействии признак проявляется лишь в случае одновременного присутствия в генотипе организма двух доминантных неаллельных генов. Примером комплементарного взаимодействия может служить скрещивание двух различных сортов душистого горошка с белыми лепестками цветков. В результате такого скрещивания в F1 все гибриды имеют лепестки пурпурной окраски, а в F2 будет наблюдаться расщепление: 9/16 растений будут с пурпурными лепестками цветов и 7/16 – с белыми.
Это можно объяснить тем, что доминантный ген А определяет выработку пропигмента, то есть вещества, которое может превратиться в пигмент, а у гомозиготы рецессивной (аа) пропигмент не вырабатывается. Доминантный ген В обеспечивает выработку фермента, который катализирует превращение пропигмента в пурпурный пигмент, а если это гомозигота рецессивная, то фермента не образуется.
Следующим видом взаимодействия неаллельных генов является эпистаз, при котором ген одной аллельной пары подавляет действие гена другой пары. Ген, подавляющий действие другого, называется эпистатическим геном (или супрессором). Подавляемый ген носит название гипостатического. Эпистаз может быть доминантным и рецессивным. Примером доминантного эпистаза служит наследование окраски оперения кур, масти у лошади. Эпистатическое действие рецессивного гена иллюстрирует наследование окраски шерсти у домовых мышей.
Наследование признака, передача и развитие которого обусловлены, как правило, двумя аллелями одного гена, называют моногенным. Кроме того, известны гены из разных аллельных пар (их называют полимерными или полигенами), примерно одинаково влияющие на признак. Явление одновременного действия на признак нескольких неаллельных однотипных генов получило название полимерии. Хотя полимерные гены не являются аллельными, но так как они определяют развитие одного признака, их обычно обозначают одной буквой А(а), цифрами указывая число аллельных пар. Действие полигенов чаще всего бывает суммирующим. Это означает, что степень проявления признака зависит от числа доминантных аллелей разных генов в генотипе организма. Так, при суммирующем действии фенотип будет более выражен при генотипе А1А1А2А2, чем при А1а1А2а2. Признаки, зависящие от полимерных генов, относят к количественным признакам. Принципиальной особенностью количественных признаков является то, что различия по ним между отдельными организмами могут быть очень небольшими и требуют точных измерений; в отличие от качественных альтернативных признаков разница между некоторыми из них велика и видна просто при наблюдении. Например, рост, вес, цвет кожи.
Плейотропный эффект проявляется в том, что действие фермента помимо влияния на один признак отражается на вторичных реакциях биосинтеза, которые, в свою очередь, влияют на формирование различных признаков организма.
Следовательно, множественное действие генов является отражением интегрированности процессов развития, в которых один генный продукт биохимического пути может в конечном итоге оказывать влияние на множество путей развития. В связи с этим плейотропное действие генов зависит от стадии отногенеза, во время которой проявляются соответствующие аллели. Чем раньше проявится аллель, тем больше эффект плейотропии.
Индивидуальное развитие организма, или онтогенез, - это совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до смерти. В онтогенезе происходит реализация наследственной информации, полученной организмом от родителей.
В онтогенезе выделяют два основных периода - эмбриональный и постэмбриональный. В эмбриональном у животных формируется эмбрион, у которого закладываются основные системы органов. В постэмбриональном периоде завершаются формообразовательные процессы, происходит половое созревание, размножение, старение и смерть.
Эмбриональный период начинается с образования зиготы и заканчивается рождением или выходом из яйцевых или зародышевых оболочек молодой особи. Он состоит из трех стадий: дробления, гаструляции и органогенеза.
Начальный этап развития оплодотворенного яйца носит название дробления. Через несколько минут или несколько часов (у разных видов по-разному) после внедрения сперматозоида в яйцеклетку образовавшаяся зигота начинает делиться митозом на клетки, называемые бластомерами.
Следующий этап эмбрионального развития - образование двухслойного зародыша - гаструляция. После того как бластула ланцетника полностью сформировалась, дальнейшее дробление клеток особенно интенсивно происходит на одном из полюсов. Вследствие этого они как бы втягиваются (впячиваются) внутрь. В результате образуется двухслойный зародыш.
После гаструляции начинается следующий этап в развитии зародыша - дифференцировка зародышевых листков и закладка органов (органогенез). Вначале происходит формирование осевых органов - нервной системы, хорды и пищеварительной трубки. Стадия, на которой осуществляется закладка осевых органов, называется неирулой.
После рождения или выхода из яйцевых оболочек наступает постэмбриональный, или послезародышевый, период онтогенеза, который может происходить двумя различными путями. Различают прямое и непрямое развитие. При прямом развитии рождающийся организм имеет все органы, свойственные взрослому животному. Прямое (неличиночное) развитие характерно для рыб, пресмыкающихся и птиц, а также беспозвоночных, яйца которых богаты желтком, т.е. питательным материалом, достаточным для завершения онтогенеза. Прямое развитие осуществляется у высших млекопитающих (внутриутробный тип развития) и происходит не за счет питательных веществ яйцеклетки, а благодаря поступлению их из материнского организма. В связи с этим из тканей матери и зародыша образуются сложные провизорные органы, в первую очередь плацента.
Многим видам животных присуще непрямое развитие (развитие с превращением - метаморфозом). В этом случае эмбриональное развитие приводит к образованию личинки, которая значительно отличается по внешнему и внутреннему строению от взрослого организма, а затем куколки. Куколка, как правило, неподвижна, она не питается. Из нее развивается полностью сформировавшееся взрослое насекомое. В этом случае говорят о полном превращении (бабочки, мухи, комары, стрекозы). У насекомых с неполным превращением происходит постепенное изменение личинки, сходной со взрослым организмом, сопровождающееся линьками и увеличением размеров; стадия куколки отсутствует.
Эволюционная теория Дарвина представляет собой целостное учение об историческом развитии органического мира. Она охватывает широкий круг проблем, важнейшими из которых являются доказательства эволюции, выявление движущих сил эволюции, определение путей и закономерностей эволюционного процесса и др.
Сущность эволюционного учения заключается в следующих основных положениях:
Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда не были кем-то созданы.
Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями.
В основе преобразования видов в природе лежат такие свойства организмов, как наследственность и изменчивость, а также постоянно происходящий в природе естественный отбор. Естественный отбор осуществляется через сложное взаимодействие организмов друг с другом и с факторами неживой природы; эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование.
Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе.
К одноклеточным принадлежат свыше 30 тыс. видов, обитающих на дне и в толще воды морских и пресных водоемов, влажной почве. Более 3,5 тыс. видов являются паразитами человека и животных. Размеры тела простейших в основном микроскопические, но встречаются и более крупные, достигающие нескольких миллиметров и даже сантиметров.
Общими чертами организации простейших являются следующие:
Большинство простейших - одноклеточные, реже колониальные организмы. Их одноклеточное тело обладает функциями целостного организма, которые выполняются органеллами общего назначения (ядро, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, рибосомы и др.) и специального (пищеварительные и сократительные вакуоли, жгутики, реснички и др.). Согласованно функционируя, они обеспечивают отдельной клетке возможность существования в качестве самостоятельного организма.
Покровы простейших представлены либо только плазматической мембраной, либо еще и плотной, довольно гибкой и эластичной оболочкой - пелликулой, придающей им относительное постоянство формы тела. В цитоплазме четко различаются два слоя: поверхностный, более плотный - эктоплазма, и внутренний, более жидкий и зернистый - эндоплазма, в которой располагаются органеллы простейшего. Благодаря коллоидным свойствам цитоплазмы эти два слоя могут взаимно переходить друг в друга.
Органоиды движения большинства видов - ложноножки, жгутики или многочисленные короткие реснички.
Подавляющее большинство простейших питаются бактериями, одноклеточными водорослями, частицами разлагающихся отмерших растений и животных - детритом, а паразитические формы - соками, тканью или кровью хозяина, в организме которого они обитают. Пища переваривается в пищеварительных вакуолях под действием ферментов лизосом. Растворенные питательные вещества поступают в цитоплазму, а не переваренные остатки удаляются из клетки.
У пресноводных одноклеточных имеется 1 - 2 сократительные вакуоли, основная функция которых состоит в поддержании постоянства осмотического давления, осуществляемого за
счет периодического удаления избытка воды, проникающей в цитоплазму простейшего. Побочная функция - выведение некоторой части конечных продуктов жизнедеятельности. У морских и паразитических простейших сократительные вакуоли, как правило, отсутствуют.6. Газообмен осуществляется всей поверхностью тела.
Раздражимость у простейших проявляется в форме таксисов.
Все простейшие размножаются бесполым способом. После митотического деления ядра следует деление клетки надвое. У малярийного паразита делению клетки предшествует многократное деление ядра, после которого паразит распадается на множество особей (шизогония). Для всех без исключения инфузорий характерен половой процесс - конъюгация, при которой две конъюгирующие особи обмениваются наследственной информацией, после чего расходятся. Увеличения числа особей при этом не происходит. У некоторых видов простейших, в том числе и малярийного паразита, кроме бесполого происходит и половое размножение, т.е. наблюдается чередование бесполого и полового поколений.
Большинство простейших обладает способностью переносить неблагоприятные условия в состоянии покоящейся стадии - цисты. При этом клетка округляется, втягивает или отбрасывает органоиды движения и покрывается плотной защитной оболочкой. Стадия цисты дает возможность простейшему не только переживать в неактивном состоянии неблагоприятные условия, но и расселяться. Попав в благоприятные условия, простейшее покидает оболочку цисты и начинает питаться и размножаться.
Простейшие подразделяются на классы: Корненожки, Жгутиковые, Инфузории, Споровики.
Многообразие и значение одноклеточных.
Мир одноклеточных многообразен, и по организации его представители отличаются от рассмотренных видов. Так, многие виды корненожек-фораминифер, обитающие на дне океанов, имеют тело, заключенное в известковую раковину. После отмирания фораминифер образуется известняк, который человек использует как строительный материал, а его разновидность - в качестве писчего мела. Есть среди корненожек и паразитические виды. Так, дизентерийная амеба, проникая под слизистую оболочку толстого кишечника человека, разрушает ее с образованием язв. Распространяется она, как и все одноклеточные, с помощью цист.
Некоторые жгутиковые, например вольвокс, - колониальные организмы. Шаровидная колония вольвокса объединяет от 8 до 10 тыс. двужгутиковых особей, полу погруженных в студенистое вещество, заполняющее полость шара. Все клетки колонии соединены между собой цитоплазматическими мостиками, благодаря чему возможна координация биения жгутиков и движения колонии.
Многие виды жгутиковых - паразиты человека и животных. Так, один из видов трипаносом со слюной мухи цеце попадает в кровь человека и вызывает сонную болезнь с частым смертельным исходом. Это заболевание - одно из наиболее массовых, встречаемое и в настоящее время у жителей стран тропической Африки и Юго-Восточной Азии. Другой паразитический жгутиконосец - лямблия - вызывает заболевания кишечника, печени, желчного пузыря.
Свободноживущие автогетеротрофные жгутиконосцы играют огромную роль в жизни водоемов, являясь начальными звеньями пищевых цепей, а образуемый ими в ходе фотосинтеза кислород насыщает водную среду и используется для дыхания гидробионтов.
Среди инфузорий много паразитических видов. Например, балантидий вызывает воспаление кишечника. Некоторые виды приспособились к жизни в определенных отделах сложного желудка жвачных парнокопытных, где они осуществляют ферментативное расщепление клетчатки.
Простейшие - самый древний тип животных. К наиболее древним классам этого типа принято относить корненожек и жгутиковых, которые, как полагают, произошли от примитивной, вымершей к настоящему времени группы эукариотических гетеротрофных организмов. Предполагают, что от жгутиковых (через колониальные формы) ведут свое начало все многоклеточные организмы.
Постоянным хозяином цепней является человек. Свиной цепень вызывает тениоз. В кишечнике свиньи из яйца развивается личинка, названная онкосферой, представляющая собой шарик из множества клеток с шестью хитиновыми крючками на нем (приложение 3).
Активно работая этими крючками, личинки проникают в кровь и переносятся в мышцы и другие органы.
Там яйца преобразуются в личиночные пузырьки - цистицерки (финны). Это особая стадия развития всех ленточных червей, ее еще называют пузырчатой глистой. Внешне финна свиного цепня выглядит как пузырек размером с горошину, наполненный жидкостью.
Если мясо зараженного животного не подвергнется достаточной тепловой обработке и попадет в организм человека, личинки активизируются, и это станет началом развития взрослой особи гельминта.
В кишечнике человека финна выворачивает наружу втянутую до этого головку. Присосками и крючьями она крепко цепляется к стенкам кишечника, и солитер начинает наращивать от головки новые членики.
Взрослая особь свиного цепня представляет собой червя с лентовидным телом белого цвета, размерами от 1,5 до 6 м. Головка цепня микроскопических размеров (2-3 мм), имеет венчик крючьев и 4 присоски. За головкой расположена шейка, а за ней - членики, имеющие квадратную форму.
От свиного цепня легче избавиться, чем от бычьего, но он гораздо опаснее, потому что может паразитировать не только в кишечнике человека.
Финны этого гельминта могут находиться в мозге, печени и даже в глазах. Подобные случаи паразитирования цепня неизлечимы и часто заканчиваются смертью большого. Жизненный цикл свиного цепня (приложение 4).
Заражение происходит через грязные руки, несвежее белье, продукты. Для человека, в кишечнике которого паразитирует свиной солитер, существует опасность, что при рвоте личинки гельминта могут попасть из кишечника в желудок, откуда онкосферы разнесут финны по другим органам.
Симптомы заболевания бывают самыми разными: тошнота, рвота, понос, отсутствие аппетита. При диагностике недостаточно обнаружить яйца гельминта в фекалиях, так как онкосферы бычьего и свиного цепней нельзя отличить друг от друга. Необходимо обнаружить и исследовать зрелые членики.
Человек может служить и промежуточным хозяином для свиного цепня, когда заражение происходит от другого человека. Цистицерки, образовавшиеся в органах человека, вызывают цистицеркоз, который может проявляться в судорожных припадках и слепоте.
Заражение ленточными червями-паразитами обычно проявляется расстройством желудка, неустойчивым стулом, болями в животе, аллергическими реакциями, нарушениями деятельности нервной системы.
Диагноз при заболевании этим видом гельминтоза поставить совсем не трудно: в каловых массах можно невооруженным глазом увидеть фрагменты члеников цепня. При исследовании кала под микроскопом видны и многочисленные созревшие яйца гельминта.
Профилактикой заражения свиным и бычьим цепнями является употребление в пищу только прошедшего ветеринарный контроль мяса. При отсутствии данных о проверке мясо необходимо подвергнуть длительной варке, так как при жарке прогрев кусков мяса может быть недостаточным.
Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рефф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. – М., 1994.
Гилберт С. Биология развития. – М., 1993.
Н.А. Лемеза Л.В. Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы".
Небел Б. Наука об окружающей среде. – М., 1993.
Чебышев Н.В., Чупряга А.М. Простейшие. – М., 1992.
Ярыгин В.Н. Биология. – М.: Высшая школа, 1997.
Схема фотосинтеза (стрелками показан перенос протонов и электронов).
Схема строения животной клетки по данным электронной микроскопии: I - ядерная оболочка; 2 - ядрышко; 3 - ядро; 4 - цитоплазма; 5 - митохондрии; б - лизосомы; 7 - центриоли; 8 - эндоплазматический ретикулум; 9-аппарат Гольджи; 10-рибосомы; II - клеточная мембрана.
На рисунке изображена головка свиного цепня с крючьями:
а - хоботок с крючьями;
б - присоски;
в
- шейка;
Жизненный цикл свиного цепня
яйцо с онкосферой во внешней среде;
онкосфера;
финна;
финна с вывернутой головкой;
п
оловозрелая форма в теле окончательного хозяина.
topref.ru
СОДЕРЖАНИЕ
Клетка, как открытая система. Организация потоков веществ и энергии. Биологическое окисление, дыхание, брожение. Фото - и хемосинтез
Половое размножение у простейших. Коньюгация и копуляция
Взаимодействие неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия. Плейотропия
Жизненные циклы развития. Онтогенез и его периодизация: предэмбриональный, эмбриональный, постэмбриональный периоды. Прямое и непрямое развитие
Основные положения эволюционной теории Ч. Дарвина
Простейшие. Классификация. Характерные черты организации. Значение для медицины
Свиной цепень. Систематическое положение: морфология, цикл развития. Лабораторная диагностика, пути заражения, профилактика
Список используемой литературы
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Клетка, как открытая система. Организация потоков веществ и энергии. Биологическое окисление, дыхание, брожение. Фото- и хемосинтез
Обязательным условием существования любого организма является постоянный приток питательных веществ и постоянное выделение конечных продуктов химических реакций, происходящих в клетках. Поступившие в клетки органические вещества (или синтезированные в ходе фотосинтеза) расщепляются на строительные блоки - мономеры и направляются во все клетки организма. Часть молекул этих веществ расходуется на синтез специфических органических веществ, присущих данному организму. В клетках синтезируются белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие вещества, которые выполняют различные функции (строительную, каталитическую, регуляторную, защитную и т.д.).
Другая часть низкомолекулярных органических соединений, поступивших в клетки, идет на образование АТФ, в молекулах которой заключена энергия, предназначенная непосредственно для выполнения работы. Энергия необходима для синтеза всех специфических веществ организма, поддержания его высокоупорядоченной организации, активного транспорта веществ внутри клеток, из одних клеток в другие, из одной части организма в другую, для передачи нервных импульсов, передвижения организмов, поддержания постоянной температуры тела (у птиц и млекопитающих) и для других целей.
В ходе превращения веществ в клетках образуются конечные продукты обмена, которые могут быть токсичными для организма и выводятся из него (например, аммиак). Таким образом, все живые организмы постоянно потребляют из окружающей среды определенные вещества, преобразуют их и выделяют в среду конечные продукты.
Фотосинтез.
Это процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ. Процесс фотосинтеза обычно описывают уравнением:
Такое преобразование происходит в хлоропластах, где имеются молекулы хлорофиллов, поглощающих световые волны разной длины. Важнейшими из них являются хлорофиллы П700 и П680, поглощающие свет с длиной волны 700 и 680 нм соответственно.
Процесс фотосинтеза представляет собой цель окислительно-восстановительных реакций, где происходит восстановление углекислого газа до органических веществ. Всю совокупность фотосинтетических реакций принято подразделять на две фазы - световую и темновую. Темновая фаза происходит параллельно световой с использованием продуктов, образованных в световой фазе.
Световая фаза фотосинтеза.
Прохождение световой фазы связано с мембранами тилакоидов при участии хлорофилла и других пигментов, фермента АТФ-синтетазы, встроенного в мембрану тилакоидов, и белков-переносчиков.
Для световой фазы фотосинтеза характерно то, что энергия солнечной радиации, поглощенная хлорофиллами, преобразуется сначала в электрохимическую, а затем в энергию макроэргических связей АТФ. Это достигается путем переноса электронов и ионов водорода с помощью специальных переносчиков через мембрану тилакоидов (приложение 1).
Световая фаза фотосинтеза разделяется на фотофизическую и фотохимическую. В фотофизической фазе происходит поглощение квантов света молекулами хлорофиллов П700 (фотосистема I) и П680 (фотосистема II) и переход этих молекул в возбужденное состояние.
В фотохимической фазе обе фотосистемы работают согласованно.
Темновая фаза фотосинтеза.
Этот сложный процесс, осуществляемый в строме хлоропластов без непосредственного поглощения света, включает большое количество реакций, приводящих к восстановлению С02 до уровня органических веществ, за счет использования энергии АТФ и НАДФ-Н + Н, синтезированных в световую фазу.
В темновой фазе фотосинтеза, таким образом, энергия макроэргических связей АТФ преобразуется в химическую энергию органических веществ, т.е. энергия как бы консервируется в химических связях органических веществ.
Таким образом, фотосинтез - процесс, при котором происходит поглощение электромагнитной энергии Солнца хлорофиллом и вспомогательными пигментами, поглощение углекислого газа из атмосферы, восстановление его в органические соединения и выделение кислорода в атмосферу.
На скорость фотосинтеза оказывают влияние различные факторы окружающей среды: интенсивность падающего света, наличие влаги, минеральных веществ, температура, концентрация С02 и др.
Значение фотосинтеза.
Уникальность и общебиологическое значение фотосинтеза определяются тем, что ему обязано своим существованием все живое на нашей планете. Этот процесс является основным источником образования первичных органических веществ, а также единственным источником свободного кислорода на Земле. Из кислорода образовался и поддерживается озоновый слой, защищающий живые организмы от воздействия коротковолновой ультрафиолетовой радиации. Кроме того, благодаря фотосинтезу регулируется содержание С02 в атмосфере.
Хемосинтез.
Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции - хемосинтез, свойственный некоторым бактериям. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе используется не световая энергия, а энергия, выделенная при окислении некоторых неорганических соединений, например сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотистой кислоты, оксидных соединений железа и марганца и др.
Важнейшей группой хемосинтезирующих организмов являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять образующийся при гниении органических остатков аммиак до нитрита, а затем и до нитрата:
Азотная кислота, реагируя с минеральными соединениями почвы, превращается в соли азотной кислоты, которые хорошо усваиваются растениями.
Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу:
При недостатке сероводорода бактерии производят дальнейшее окисление накопившейся в них серы до серной кислоты.
Железобактерии переводят железо Fe3+ в железо Fe3+:
Водородные бактерии используют в качестве источника энергии реакции окисления молекулярного водорода, а в качестве единственного источника углерода - углекислый газ. Реакция окисления происходит по схеме:
Энергия, выделяемая при окислении указанных выше соединений, используется бактериями-хемосинтетиками для восстановления С02 до органических веществ.
Клеточное дыхание.
Образование и накопление энергии, доступной клетке, происходит в процессе клеточного дыхания. Для осуществления клеточного дыхания большинству организмов необходим кислород - в этом случае говорят об аэробном дыхании или аэробном высвобождении энергии. Однако некоторые организмы могут получать энергию из пищи без использования свободного атмосферного кислорода, т.е. в процессе так называемого анаэробного дыхания (анаэробного высвобождения энергии).
Таким образом, исходными веществами для дыхания служат богатые энергией органические молекулы, на образование которых в свое время была затрачена энергия. Основным веществом, используемым клетками для получения энергии, является глюкоза.
Аэробное (кислородное) дыхание.
Процесс аэробного дыхания можно условно разделить на несколько последовательных этапов.
Первый этап - подготовительный, или этап пищеварения, включающий в себя расщепление полимеров до мономеров. Эти процессы происходят в пищеварительной системе животных или цитоплазме клеток. На данном этапе не происходит накопления энергии в молекулах АТФ.
Следующий этап - безкислородный, или неполный. Он протекает в цитоплазме клеток без участия кислорода.
Аэробное дыхание, включающее безкислородный и кислородный этапы, можно выразить суммарным уравнением:
При распаде молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж/ моль. В АТФ запасается 55% энергии, остальная рассеивается в виде тепла.
Анаэробное дыхание. Анаэробное дыхание - эволюционно более ранняя и энергетически менее рациональная форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным дыханием.
В основе анаэробного дыхания лежит процесс, в ходе которого глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты и высвобождаются атомы водорода. Акцептором атомов водорода, отщепляемых в результате дыхания, является пировиноградная кислота, которая превращается в молочную.
Молочнокислое брожение осуществляют молочнокислые бактерии (например, кокки из рода стрептококк). Образование молочной кислоты по такому типу происходит также в животных клетках в условиях дефицита кислорода.
В природе широко распространено спиртовое брожение, которое осуществляют дрожжи. В отсутствие кислорода дрожжевые клетки образуют из глюкозы этиловый спирт и СО;. Вначале спиртовое брожение идет аналогично молочнокислому, но последние реакции приводят к образованию этилового спирта. От каждой молекулы пировиноградной кислоты отщепляется молекула С02, и образуется молекула двууглеродного соединения - уксусного альдегида, который затем восстанавливается до этилового спирта атомами водорода:
Суммарное уравнение:
Спиртовое брожение, кроме дрожжей, осуществляют некоторые анаэробные бактерии. Этот тип брожения наблюдается в растительных клетках в отсутствие кислорода.
Половое размножение у простейших. Коньюгация и копуляция
Половое размножение отличается наличием полового процесса, который обеспечивает обмен наследственной информацией и создает условия для возникновения наследственной изменчивости. В нем, как правило, участвуют две особи - женская и мужская, которые образуют гаплоидные женские и мужские половые клетки - гаметы. В результате оплодотворения, т.е. слияния женской и мужской гамет, образуется диплоидная зигота с новой комбинацией наследственных признаков, которая и становится родоначальницей нового организма.
Половое размножение по сравнению с бесполым обеспечивает появление наследственно более разнообразного потомства. Формами полового процесса являются конъюгация и копуляция.
Конъюгация - своеобразная форма полового процесса, при которой оплодотворение происходит путем взаимного обмена мигрирующими ядрами, перемещающимися из одной клетки в другую по цитоплазматическому мостику, образуемому двумя особями. При конъюгации обычно не происходит увеличения количества особей, но происходит обмен генетическим материалом между клетками, что обеспечивает перекомбинацию наследственных свойств. Конъюгация типична для ресничных простейших (например, инфузорий), некоторых водорослей (спирогиры).
www.coolreferat.com
