Генетика и молекулярная биология — науки о молекулярных основах наследственности и закономерностях их проявления в популяциях организмов. Эти науки позволяют уточнить филогенетическую близость или отдаленность разных групп растений и животных и таким образом дополнить данные, получаемые другими науками. Сведения, подтверждающие современные представления об эволюции живого мира, имеются и во многих других биологических науках — селекции растений, животных, микроорганизмов, сравнительной физиологии и биохимии разных групп организмов, систематике и др.

57. Микро- и макроэволюция

Микроэволюцией называются явления и процессы, происходящие в пределах вида, в его элементарных эволюционных единицах - популяциях и приводящие к видообразованию. По учению Ч. Дарвина, видообразование начинается с одной примитивной формы, потомки которой все более отклоняются по многим признакам от родоначальной формы (дивергенция), давая начало всему многообразию современного органического мира. Однако в настоящее время установлено, что видообразование начинается не с отдельной особи, а с внутривидовых группировок - популяций - в результате перестройки их структуры.

Основные положения учения о микроэволюции заключаются в следующем. Ареной эволюционного процесса служат биогеоценозы. Биогеоценоз - это исторически сложившаяся устойчивая совокупность популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей неживой природой обменом веществ, энергии и информации. Примером таких группировок может служить однородный участок луга, леса, степи, поля. Популяции каждого вида в биогеоценозе контактируют и взаимодействуют с популяциями других видов и с условиями неживой природы, в результате чего осуществляются борьба за существование и естественный отбор.

Важная роль в процессах микроэволюции принадлежит популяционным волнам - колебаниям численности популяций под влиянием резких перепадов погоды, урожая кормов, наводнений, лесных пожаров, засухи, морозов и др

Массовая гибель или, напротив, резкий подъем численности тех или иных популяций ("волны жизни") приводят к случайному и резкому изменению концентрации различных генов внутри популяций. Результатом микроэволюции может быть внутривидовое многообразие форм, обеспечивающее их пластичность в изменяющихся условиях среды и способствующее их процветанию. Разнонаправленность микроэволюционных процессов в популяциях, разобщенных территориально, может привести к образованию географических разновидностей, подвидов или видов.

Макроэволюция - процесс эволюционных преобразований надвидового масштаба, происходящих на больших пространствах, на протяжении больших отрезков времени, который приводит к возникновению высших систематических групп - родов, семейств, отрядов, классов, типов (отделов). Макроэволюция совершается на основе микроэволюционных процессов, т. е. действия факторов наследственной изменчивости, генетической дифференцировки, изоляции при направляющем действии естественного отбора. Сходство таких групп обусловливается общностью происхождения, а различия - результатом приспособленности к разной среде. Дивергенция (расхождение) начинается внутри вида, в его популяциях, при образовании географических подвидов. Она необратима и возникает вследствие разнообразия генетической структуры вида, а также разнонаправленности действия естественного отбора.

58. Сперматогенез и его стадии

Сперматогенез — процесс развития, созревания и формирования мужских половых клеток.

Стадия размножения у человека начинается с наступлением половой зрелости.

Стадия размножения: (митозы 2n2c) – сперматогонии многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме.

Стадия роста: Клетки увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты 1го порядка. Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза; важные процессы:

- генетическая рекомбинация (кроссинговер)

- уменьшение числа хромосом

-снижение содержания ДНК

-уменьшение плоидности клеточных потомков

-значительный синтез РНК

Стадия созревания состоит из двух последовательных делений мейоза. В результате первого деления мейоза образуются сперматоциты 2го порядка(1n2c) (Из одного сперматоцита 1го порядка образуются 2 сперматоцита 2го порядка)

После второго деления мейоза –образуются сперматиды(1n1c). МейозI – редукционное деление, мейозII – эквационное.

Таким образом, в результате стадии созревания один сперматоцит 1го порядка(2n4c) образует 4 сперматиды(1n1c).

Стадия формирования: незрелые сперматиды превращаются в зрелые сперматозоиды(1n1c), приобретая все свойственные ему структуры(акросома, хвост). На этой стадии разрываются цитоплазматические мостики между сперматогенными клетками, сперматозоиды оказываются свободными (на стадиях размножения, роста и созревания сперматозоиды связаны друг с другом цитоплазматическими мостиками).

59. Овогенез: стадии и процессы протекоющие в них

Овогенез - развитие женской половой клетки — яйцеклетки.
В претерпевающих дифференцировку яичниках овогонии вступают в стадию размножения.

Стадия размножения: (митозы 2n2c) – овогонии многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Размножение овогоний у человека происходит в эмбриональном периоде.Стадия роста: Половые клетки в этом периоде называются овоцитами первого порядка. Они теряют способность к митотическому делению и вступают в профазу I мейоза. В этот период осуществляется рост половых клеток(многократное увеличение размеров) Завершив стадию роста, овоциты первого порядка в профазе первого деления мейоза приобретают оболочку из фолликулярных клеток (образуется примордиальный фолликул) и вступают в длительный период покоя, вплоть до наступления половой зрелости.

Стадия созревания: Созревание овоцита — это процесс последовательного прохождения двух делений мейоза (делений созревания). Поскольку первому(редукционное) делению созревания предшествовала S-фаза, каждая из разошедшихся хромосом содержит двойное количество ДНК (две хроматиды). Эти генетически идентичные хроматиды и расходятся по сестринским клеткам во втором делении созревания, которое является эквационным (как и обычное деление соматических клеток). После двух делений созревания число хромосом в каждой из клеток оказывается гаплоидным (1n), а общее количество хроматина в каждом клеточном ядре будет соответствовать 1с.

Таким образом, в результате стадии созревания один овоцит 1го порядка(2n4c) образует 1 зрелую яйцеклетку и 3 направительных тельца.

60. Цитоплазма: структура, функции

Цитоплазма -- внутренняя среда клетки,которая ограничивает плазматической мембраной. Цитоплазму называют внутренней средой организма, потому что она постоянно перемещается и приводит в движение все клеточные компоненты. В цитоплазме постоянно идут обменные процессы, содержатся все органические и не органические вещества.
Строение. Цитоплазма состоит из постоянной жидкой части – гиалоплазмы и элементов, которые меняются – органелл и включений. Органеллы цитоплазмы делятся на мембранные и немембранные, последние в свою очередь могут быть двухмембранные и одномембранные.

1. Немембранные органеллы: рибосомы, вакуоли, центросома, жгутики.

2. Двухмембранные органеллы: митохондрии, пластиды, ядро.

3. Одномембранные органеллы: аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли эндоплазматический ретикулум.

Жидкая часть цитоплазмы по своему химическому составу отличается в клетках разной специализации. Основное вещество – вода от 70% до 90%, также в состав входят протеины, углеводы, фосфолипиды, микроэлементы, соли.

Цитоплазма, при изучении на большом увеличении микроскопа, не является однородной средой. Различают две части – одна находится на периферии в области плазмолеммы (эктоплазма), другая – возле ядра (эндоплазма).
Эктоплазма служит связующим звеном с окружающей средой, межклеточной жидкостью и соседними клетками. Эндоплазма – это место расположения всех органелл.
В структуре цитоплазмы выделяют особые элементы – микротрубочки и микрофиламенты.
Микротрубочки – немембранные органоиды, необходимые для перемещения органелл внутри клетки и образования цитоскелета. Глобулярный белок тубулин – основное строительное вещество для микротрубочек.

61. Митохондрии: строение функции

Митохондрии — это микроскопические мембранные органоиды, которые обеспечивают клетку энергией. Поэтому их называют энергетическими станциями (аккумулятором) клеток.
Митохондрии отсутствуют в клетках простейших организмов, бактерий, энтамеб, которые живут без использования кислорода.
Наружная мембрана Гладкая оболочка, построена из липидов и белков. Отграничивает внутреннее содержимое от цитоплазмы.
Межмембранное пространство Находятся ионы водорода, белки, микромолекулы. Создает протонный градиент.
Внутренняя мембрана Образует выпячивания – кристы, содержит белковые транспортные системы. Перенос макромолекул, поддержание протонного градиента
Матрикс Место расположения ферментов цикла Кребса, ДНК, РНК, рибосом. Аэробное окисление с высвобождением энергии, превращение пирувата в ацетил-коэнзим А.
Рибосомы Объединённые две субъединицы. Синтез белка.

62. Генетический код и его характеристика

• триплетность

• специфичность

• Вырожденность

• коллинеарность

• однонаправленность

• неперекрываемость

Генетический код, способ сохранения наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Реализация генетического кода в клетке происходит в два этапа: 1) синтез молекулы матричной, или информационной, РНК (соответственно мРНК, или иРНК) на соответствующем участке ДНК; при этом последовательность нуклеотидов ДНК "переписывается" в нуклеотидную последовательность мРНК; 2)синтез белка при котором последовательность нуклеотидов мРНК переводится в соответствующую последовательность аминокислот.

Впервые идея о существовании генетического кода сформулирована А.Дауном и Дж.Гамовым в 1952-1954, которые показали, что последовательность нуклеотидов, однозначно определяющая синтез той или иной аминокислоты, должна содержать не менее трех звеньев. Позднее было доказано, что такая последовательность состоит из трех нуклеотидов, названных кодоном или триплетом. Т.к. молекулы нуклеиновых кислот, на которых происходит синтез мРНК или белка состоят из остатков только четырех разных нуклеотидов, кодонов, отличающихся между собой, может быть всего 64. Генетический код специфичен: это означает, что каждый кодон кодирует только одну аминокислоту. Лишь два кодона, кодирующие валин (ГУГ) и метионин (АУГ), способны выполнять дополнительные функции. Если они находятся в начале считываемой области мРНК, к ним присоединяется транспортная РНК (тРНК), несущая формилметионин, который всегда находится в начале строящейся полипептидной цепи, а по завершении синтеза отщепляется целиком или отщепляет формильный остаток, превращаясь в остаток метионина. Таким образом, кодоны ГУГ и АУГ-инициаторы синтеза полипептидной цепи. Если же они не стоят первыми, то не отличаются по функциям от других кодонов. Генетический код называют вырожденным, поскольку 61 кодон кодирует всего 20 аминокислот. Поэтому почти каждой аминокислоте соответствует более чем один кодон. Вырожденность генетического кода неравномерна: для аргинина, серина и лейцина она шестикратна (т.е. для каждой из этих аминокислот имеется по шесть кодонов), тогда как для многих других аминокислот (тирозина, гистидина, фенилаланина и др.) лишь двукратна. Две аминокислоты (метионин и триптофан) представлены единственными кодонами. Кодоны-синонимы почти всегда отличаются друг от друга по последнему из трех нуклеотидов, тогда как первые два совпадают. Таким образом, код аминокислоты определяется в основном первыми двумя "буквами". Вырожденность генетического кода имеет важное значение для повышения устойчивости генетической информации. С механизмами трансляции связана еще одна особенность генетического кода: он неперекрывающийся. Кодоны транслируются всегда целиком; для кодирования невозможно использование элементов одного из них в сочетании с элементами соседнего. "Рамкой", ограничивающей транслируемый кодон и перемещающейся скачком сразу на три нуклеотида, служит антикодон тРНК, который представляет собой триплет нуклеотидов, комплементарный одному из кодонов и обусловливающий специфичность к нему. Таким образом, наблюдается линейное соответствие между последовательностью кодирующих триплетов и расположением остатков аминокислот в синтезируемом полипептиде, т.е. код имеет линейный непрерывающийся порядок считывания. Важнейшее свойство генетического кода - его однонаправленность. Кодоны информативны только в том случае, если они считываются в одном направлении - от первого нуклеотида к последующим. Генетический код универсален для всех живых существ. Возможны только небольшие видовые изменения, возникшие, вероятно, при эволюции и дифференцировке клеток. Большинство из них связано с вырожденностью кода и проявляется в преимуществ. использовании разных кодонов одной и той же аминокислоты и в различиях в структуре соответствующих тРНК в разных организмах или в разных тканях одного организма.

63. Лизосомы и их роль в клетке

Лизосомы - органоиды грибов и животных, отсутствующие в клетках растений. Они представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Образуются в комплексе Гольджи . Содержат набор гидролитических ферментов. С их помощью осуществляется внутриклеточное пищеварение. У растений функции лизосом сравнимы с некоторыми функциями вакуолей .

Это самые мелкие из мембранных органелл клетки; они представляют собой пузырьки диаметром 0,5 мкм, содержащие гидролитические ферменты, способные расщеплять белки, углеводы, жиры и нуклеиновые кислоты. Лизосомы участвуют в расщеплении "старых" частей клетки, целых клеток и отдельных органов. Например, при развитии лягушки хвост головастиков "растворяется" благодаря действию лизосом. В лизосомах существуют системы защиты их от самопереваривания. При фагоцитозе лизосомы сливаются с мембраной фагоцитарного пузырька, и гидролитические ферменты переваривают поступившую в клетку пищу. Пиноцитозные пузырьки доставляют капли жидкости к вакуолям - мебранным органеллам, которые являются резервуарами воды и растворенных в ней соединений.

64. Основные гипотезы возникновения жизни на земле

Вопрос о происхождении жизни является одним из наиболее трудных вопросов современного естествознания. Однако к нему во все времена был прикован большой интерес. Трудность получения ответа на этот вопрос состоит в том, что сложно точно воспроизвести процессы и явления, происходившие во Вселенной миллиарды лет назад. В то же время нынешнее многообразие форм и проявлений жизни на Земле приковывает к этой проблеме самое пристальное внимание. Сегодня выделяют следующие основные гипотезы происхождения жизни.

Креационизм

Согласно этой гипотезе жизнь и все населяющие Землю виды живых существ созданы Богом. Причем божественное сотворение мира произошло одномоментно, поэтому сам процесс создания жизни не доступен для наблюдений во времени. Кроме того, креационизм не дает ясного толкования происхождения самого Бога Творца и поэтому носит характер постулата. Знаменитый шведский естествоиспытатель К. Линней, а также выдающийся русский химик М. В. Ломоносов поддерживали данную догму возникновения жизни.