Гипотезы возникновения жизни.

Среди современных взгля дов на происхождение жизни важнейшее место занимает биохимическая концепция, которую выдвинул в 1924 г. советский биохимик А.И. Опарин. Согласно этой концепции жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и является закономерным результатом химической эволюции соединений углерода во Вселенной.

Процесс возникновения жизни включает три этапа:

Возникновение органических веществ;

Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.);

Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов. В каких же условиях могли происходить эти явления?

А.И. Опарин высказал мысль, что атмосфера первичной Земли была не такой, как сейчас, и носила строго восстановительный характер.

Возраст Земли, по мнению геологов и астрономов, составляет примерно 4,5 млрд лет. В далеком прошлом состояние нашей планеты было мало похоже на нынешнее. По всей вероятности, температура ее поверхности была очень высокой (4000—8000°С).

По мере остывания углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образовывали земную кору. В ее состав, кроме карбидов, входят соединения алюминия, кальция, железа, магния, натрия, калия и других элементов. Поверхность планеты была, вероятно, неровной. В результате вулканической деятельности, непрерывных подвижек коры и сжатия, вызванного охлаждением, на ней образовывались складки и возвышения. Легкие газы — водород, гелий, азот, кислород и аргон — уходили из атмосферы, так как гравитационное поле нашей планеты не могло их удерживать. Однако простые соединения, содержащие эти и другие элементы, удерживались у Земли. К ним относится вода, аммиак, диоксид углерода и метан, возможно, цианистый водород.

При остывании Земли у ее поверхности происходило конденсирование паров воды, что привело к образованию первичного водного океана. Под воздействием различных видов энергии (электрические разряды молний, солнечная энергия и др.) из простых соединений образовались более сложные органические вещества, а затем и биополимеры. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно, необходимым условием образования органических веществ. Это предположение подтверждается результатами лабораторных опытов, показавшими, что органические вещества гораздо легче создаются в отсутствии кислорода.

Важнейшей биохимической гипотезой происхождения жизни на Земле является коацерватная гипотеза Опарина—Холдейна. Согласно этой гипотезе жизнь возникла в бескислородных условиях в первичном водном океане путем самоорганизации молекул органических веществ, возникших абиогенным путем. Возникновение жизни на Земле шло в три этапа.

4.Современная теория эволюции. Направления, пути и движения силы эволюции.

Основные принципы эволюционного учения Ч. Дарвина:

1. Каждый вид способен к неограниченному размножению.

2. Ограниченность жизненных ресурсов препятствует беспредельному размножению. Большая часть особей гибнет в борьбе за существование и не оставляет потомства.

3. Гибель или успех в борьбе за существование носят избирательный характер. Избирательное выживание и размножение наиболее приспособленных организмов Ч. Дарвин назвал естественным отбором.

4. Поддействием естественного отбора, происходящего в разных условиях, группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки. Группы особей приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды (принцип расхождения признаков).

Под наследственностьюДарвин понимал способность организмов сохранять в потомстве свои видовые, сортовые и индивидуальные особенности, а под изменчивостью — способность организмов приобретать новые признаки под влиянием условий среды. Он различал определенную, неопределенную и соотноси- тельную изменчивость.

Внутривидовая (состязание). Результат — сохранение популяции и вида за счет гибели слабых. Победа более жизнеспособной популяции над менее жизнеспособной, занимающей ту же экологическую нишу. Примеры: состязание между хищниками одной популяции за добычу; внутривидовой каннибализм — уничтожение молодняка при избыточной численности популяции; борьба за главенство в стае; одновозрастный сосновый лес.

Межвидовая. Результат борьбы — использование одного вида другим в качестве пищи, расселение на новой территории. Примеры: вытеснение жалоносной европейской пчелой местной австралийской; борьба за пищу между видами одного рода — серой и черной крысами; поедание хищниками жертв. Ели в лиственном лесу хорошо развиваются под пологом деревьев, а затем перегоняют в росте лиственные деревья, всходы которых гибнут в глубокой тени; растения-паразиты питаются за счет растения-хозяина.

Борьба с неблагоприятными условиями. Результат — выживание в крайних или изменившихся условиях наиболее приспособленных. Примеры: зимой животные меняют окраску, густоту шерсти, впадают в спячку.

5.История изучения клетки. Современная клеточная теория.

1590 г. Янсен изобрел микроскоп, в котором большое увеличение обеспечивалось соединением двух линз.

1666 г. Р. Г у к, пользуясь усовершенствованным микроскопом, изучал строение пробки и впервые употребил термин клетка для описания структурных единиц, из которых состоит эта ткань. Он считал клетки пустыми, а живое вещество — это клеточные стенки.

1827 г.Долланд резко улучшил качество линз. После этого интерес к микроскопии быстро возрос и распространился.

1831 г. Р. Б р о у н описал ядро в растительных клетках.

1838— 1839 гг. Ботаник Шлейден и зоолог Ш в а н н объединили идеи разных ученых и сформулировали «клеточную теорию», которая постулировала, что основной единицей структуры и функции в живых организмах является клетка.

1840 г. Пуркинье предложил название протоплазма для клеточного содержимого, убедившись в том, что именно содержимое (а не клеточные стенки) представляют собой живое вещество. Позднее был введен термин цитоплазма (цитоплазма + ядро = = протоплазма).

1855 г. В и р х о в показал, что все клетки образуются из других клеток путем клеточного деления.

1866—1888 гг. Подробно изучено клеточное строение и описаны хромосомы.

1880— 1883 гг. Открыты пластиды, в частности хлоропласты.

1890 г. Открыты митохондрии.

1898 г. Открыт аппарат Гольджи.

1887— 1900 гг. Усовершенствованы микроскоп, а также методы фиксации, окрашивания препаратов и приготовления срезов.

1900 г. Вновь открыты законы Менделя, забытые с 1865 г., и это дало толчок развитию цитогенетики. Световой микроскоп достиг теоретического предела разрешения.

1930-е гг. Появился электронный микроскоп.

С 1946 г. и по настоящее время электронный микроскоп получил широкое распространение в биологии.

6.Химический состав клетки: химические элементы и неорганические вещества.

Углеводы— органические вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Наиболее простые из них моносахариды — гексоза, фруктоза, глюкоза (содержатся в фруктах, меде), галактоза (в молоке) и полисахариды— состоящие из нескольких простых углеводов. Сюда относятся крахмал, гликоген. Углеводы — основной источник энергии для всех форм клеточной активности (движение, биосинтез, секреция и т. д.) и играют роль запасных веществ.

Нуклеиновые кислоты— образуются в ядре клетки. Они бывают двух типов: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Биологическая роль их очень велика. Они определяют синтез белков и передачу наследственной информации.

Липиды в мембранах представлены фосфолипидами, гликолипидами и стеролами. У фосфолипидов (соединений, содержащих фосфатную группу) молекулы состоят из полярной и неполярной части — полярной головы и двух неполярных хвостов. Гликолипиды — продукт соединения липидов с углеводами. Они тоже состоят из полярной головы и неполярных хвостов. Стеролами называют спирты, относящиеся к классу стероидов. Наиболее распространен среди них холестерол. Его молекулы полностью неполярны и в этом его отличие от фосфолипидов и гликолипидов.

Белки представлены: интегральными белками /, которые пронизывают всю толщу мембраны; полуинтегральными белками 2, молекулы которых наполовину погружены в мембрану, выступая с внешней или внутренней ее стороны; периферическими белками 3, которые располагаются на поверхности билипидного слоя и связаны с «головками» липидных молекул

7. Органические вещества клетки: углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты.

Органические соединения составляют в среднем 20—30% массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул— гормонов, пигментов, АТФ и многие другие.

В различные типы клеток входит неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы — полисахариды, в животных — больше белков и жиров. Тем не менее, каждая из групп органических веществ в любом типе клеток выполняет сходные функции.

Аминокислоты, азотистые основания, липиды, углеводы и т. д. поступают в клетку вместе с пищей или образуются внутри ее из предшественников. Они служат исходными продуктами для синтеза ряда полимеров, необходимых клетке.

Белки являются мощными высокоспецифическими ферментами и регулируют обмен веществ клетки.

Нуклеиновые кислоты служат хранителями наследственной информации. Кроме того, нуклеиновые кислоты контролируют образование соответствующих белков-ферментов в нужном количестве и в нужное время.

Липиды — так называют жиры и жироподобные вещества (липоиды). Относящиеся сюда вещества характеризуются растворимостью в органических растворителях и нерастворимостью (относительной) в воде.

Различают растительные жиры, имеющие при комнатной температуре. Липиды входят в состав всех плазматических мембран. Они выполняют в клетке энергетическую роль, активно участвуют в процессах метаболизма и размножения клетки.

В составуглеводоввходят углерод, водород и кислород. Различают следующие углеводы.

Моносахариды, или простые углеводы, которые в зависимости от содержания атомов углерода имеют названия триозы, пентозы, гексозы и т. д. Пентозы — рибоза и дезоксирибоза — входят в состав ДНК и РНК. Гексоза – глюкоза — служит основным источником энергии в клетке. Их эмпирическую формулу можно представить в виде Cn (H2O) n.

Полисахариды — полимеры, мономерами которых служат моносахариды гексозы. Наиболее известными из дисахаридов (два мономера) являются сахароза и лактоза. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и гликоген, служащие запасными веществами клеток растений и животных, а также целлюлоза — важнейший структурный компонент растительных клеток.

Среди органических веществ клетки белки занимают первое место, как по количеству, так и по значению. У животных на них приходится около 50% сухой массы клетки. В организме человека встречается около 5 млн. типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов. Несмотря на такое разнообразие и сложность строения, белки построены всего из 20 различных аминокислот.

8. Особенности строения прокариотной и эукариотной клетки. Оболочка и протопласт: мембрана, цитоплазма и ее основные органоиды, ядро, их функции.

Клетка прокариот имеет жёсткую наружную оболочку. Давление внутри бактерии может быть очень большим – до 8 атмосфер, поэтому только крепкий наружный каркас спасает её от разрывов. Некоторые бактерии имеют органы движения – жгутики. Прокариоты не имеют хромосом.Хромосомы, грубо говоря, представляют из себя белковые катушки, на которые наматываются нити ДНК. Если всю ДНК человеческой клетки связать вместе, то получится нить около 2 м дины. Как во время клеточного деления растащить ДНК по дочерним клеткам, чтобы она не запуталась? Приходится упаковывать её в хромосомы, чтобы потом снова размотать – перевести из транспортного в рабочее состояние. Собственно хромосомы – окрашивающиеся палочки – появляются только в момент деления клетки, однако ДНК эукариот постоянно связана с белками гистонами, из которых собирается катушка.

В типичном случае прокариотнный геном представлен единственной кольцевой молекулой ДНК, лишённой гистонов. Это кольцо имеет точку прикрепления к клеточной мембране. При делении бактериальной клетки происходит удвоение колец и разрастание клеточной мембраны между их точками прикрепления.

Строение эукариотной клетки

Клетка эукариот исходно подвижная.

Оболочка эукариотной клетки гибкая, пластичная. Разумеется, можно найти достаточно примеров (клетки костной ткани, древесного ствола, известковых водорослей), когда наружная оболочка очень прочная, но не в них суть. Сама наружная клеточная мембрана эукариот несёт следы приспособления к амебоидному образу жизни – она содержит стерины, вещества, повышающие её вязкость и текучесть.

Эукариотные клетки имеют внутренний скелет и сократимые элементы, внутриклеточные "кости и мышцы". Мышцами – в прямом и переносном смысле - является актино-миозиновый белковый комплекс. Это наиболее распространённый движитель внутри эукариотных клеток. Акино-миозиновые волокна и некоторые похожие на них называются микрофиламентами. В некоторых случаях - например, у многих амёб – чехол микрофиламентов выполняет скелетные функции.Подробнее об опроно-двигательном аппарате клетки

Однако у эукариот имеются и более крупные и жёсткие арматурные прутья –микротрубочки. В тех случаях, когда клетка имеет наружные выступы, они обычно поддерживаются микротрубочками. Но микротрубочки при определённых обстоятельствах тоже способны к движению. Жгутики эукариот образованы микротрубочками.

Прокариотные клетки имеют ядро, в котором содержится ДНК в виде линейных (некольцевых) нитей, соединённых с гистонами. Для их разделения по дочерним клеткам существует сложный аппарат митоза, в котором движением хромосом управляют микротрубочки.

ДНК эукариот содержит интроны и набор ферментов сплайсинга. Это позвлояет собирать новые гены из старых, добавляя или выбрасывая из них некоторые экзоны.

9. Метаболизм клетки: процесс ассимиляции и диссимиляции. Фотосинтез, его механизм и значение.

Обмен веществ (метаболизм)— совокупность протекающих в живых организмах процессов (потребления, превращения, накопления и выделения веществ и энергии), обеспечивающих их жизнедеятельность, развитие, рост, воспроизведение. В процессе обмена веществ происходит расщепление и синтез молекул, входящих в состав клеток; обновление клеточных структур и межклеточного вещества.

В основе метаболизма лежат взаимосвязанные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). При ассимиляции (пластический обмен) происходит синтез сложных веществ из простых. Именно благодаря этому создаются все органические вещества в клетке, необходимые для построения ее структурных компонентов, ферментных систем и т. д.

Ассимиляция и диссимиляция, обмен веществ – это закономерный процесс превращения веществ и энергии в живых организмах, который направлен на их сохранение и самовоспроизведение.

Ассимиляция всегда осуществляется с затратой энергии.

В ходе диссимиляции (энергетический обмен) сложные органические вещества расщепляются до более простых или до неорганических. При этом выделяется энергия, которая расходуется клеткой на выполнение различных процессов, обеспечивающих ее жизнедеятельность (синтез и транспорт веществ, механическую работу и т. д.).

Фотосинтез — это процесс, при котором энергия солнечного света превращается в химическую энергию. В процессе фотосинтеза из простых неорганических соединений (С02, Н20) строятся различные органические вещества.

Почти весь кислород атмосферы фотосинтетического происхождения. Следовательно, процессы дыхания и горения стали возможны только после того, как возник фотосинтез. Все это и позволяет говорить о космическом значении фотосинтеза. Появление свободного кислорода в атмосфере Земли вызвало значительные изменения во всей живой природе. Возникли аэробные организмы, способные усваивать кислород. На поверхности Земли процессы приняли биогеохимический характер, произошло окисление соединений железа, серы, марганца и др. Изменился состав атмосферы. В настоящее время существует опасность частичного разрушения озонового экрана вследствие загрязнения атмосферы промышленными и другими отходами. Фотосинтез имеет важнейшее значение и в жизни самого растительного организма, являясь процессом воздушного питания растений.

10.Реакция матричного синтеза: репликация ДНК, биосинтез белка. Генетический код и его свойства.

Биосинтез белка включает два основных процесса: транскрипции и трансляции. Участок ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи, называется геном. Таким образом, информация о структуре белка находится в ДНК-Процесс списывания информации с ДНК на структуру иРНК, осуществляемый РНК-полимеразой, называется транскрипцией.

В процессе транскрипции можно выделить четыре стадии:

1) связывание РНК-полимеразы с промотором;

2) инициация — начало синтеза. Она заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между АТФ и вторым нуклеотидом синтезирующейся молекулы иРНК;

3) элонгация — рост цепи РНК, т. е_; последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу. Скорость элонгации достигает 50 нуклеотидов в секунду;

4) терминация — завершение синтеза иРНК.

Синтез полипептидных цепей белков по матрице иРНК, выполняемый рибосомами, называется трансляцией.

Код— это система символов для перевода одной формы информации в другую.

Свойства кода:Код триплетен. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью трех нуклеотидов, называемых триплетом или кодоном.Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном.Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.Между генами имеются знаки «препинания» — кодоны-терминаторы. Код является неперекрывающимся, т. е. один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух соседних триплетов.Внутри гена нет «знаков препинания», поскольку генетический код подобен языку. Код универсален. Генетический код един для всех живущих на Земле существ.

11.Энергетический обмен в клетке: брожение и клеточное дыхание.

Брожение— процесс анаэробного распада углеводов на более простые соединения с выделением энергии, совершающийся при участии некоторых микроорганизмов или выделенных из них ферментов. Одним из примеров брожения является спиртовое брожение, вызываемое дрожжами и заключающееся в разложении Сахаров на спирт и углекислый газ. Известны также молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое брожение и др.

Клеточным дыханием называют совокупность протекающих в каждой клетке ферментативных процессов, в результате которых молекулы углеводов, жирных кислот и аминокислот расщепляются в конечном счете до углекислоты и воды, а освобожденная биологически полезная энергия используется на жизнедеятельность клетки.