Уровни организации живого

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена.

Энергетический  обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакции расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.

  У большинства живых организмов  – аэробов, живущих в кислородной  среде, в ходе диссимиляции  осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный.

  У анаэробов, обитающих в среде  лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.

    Первый этап – подготовительный  – заключается в ферментативном

расщеплении  сложных органических соединении на более простые :белков на аминокислоты; полисахаридов на моносахариды; нуклеиновых кислот на

нуклеотиды. Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит под действием гидролитических ферментов лизосом. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты, а образующиеся малые органические молекулы могут подвергнутся дальнейшему расщеплению и использоваться клеткой как «строительный материал» для синтеза собственных органических соединений.

    Второй этап – неполное окисление  – осуществляется непосредственно  в цитоплазме клетки, в присутствии кислорода не нуждается и заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное–неполное- расщепление глюкозы называют гликолизом.

    Третий этап – полное окисление  – протекает при обязательном  участие кислорода. В его результате молекула глюкозы расщепляется до

неорганического диоксида углерода, а высвободившаяся  при этом энергия частично расходуется на синтез АТФ. 

   Пластический обмен, или ассимиляция, представляют собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений в клетке.

Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды.

  Фотосинтез – синтез органических соединении из неорганических, идущий за счет энергии клетки. Ведущую роль в процессах фотосинтеза играют фотосинтезирующие пигменты, обладающие свойством улавливать свет и превращать в химическую энергию. Главным и наиболее важным в энергетическом плане является пигмент хлорофилла. Фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид у эукариот или во впячивания цитоплазматической мембраны у прокариот.

    В процессе фотосинтеза кроме  моносахаридов (глюкоза и др.), которые превращаются в крахмал и запасаются растением, синтезируются мономеры других органических соединении – аминокислоты, глицерин и жирные кислоты.

Таким образом, благодаря фотосинтезу  растительные, а точнее –

хлорофиллосодержащие, клетки обеспечивают себя и все живое  на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.

Хемосинтез также представляет собой процесс синтеза органических

соединении  из неорганических, но осуществляется он не за счет энергии

света, а за счет химической энергии, получаемой при окислении

неорганических  веществ (серы, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.). Наибольшее значение имеют нитрифицирующие железо- и серобактерии.

    Высвобождающаяся в ходе реакций  окисления энергия запасается  бактериями в виде АТФ и используется для синтеза органических соединений.

Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют в очистке сточных вод, способствуют накоплению в почве

минеральных веществ, повышают плодородие почвы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Мейоз. Особенности  первого и второго  деления мейоза.     Биологическое значение. Отличие мейоза  от митоза. 

Мейоз – процесс образования половых клеток. Он состоит из двух последовательных делений исходной диплоидной клетки (содержат два набора хромосом – 2n) и формирования четырёх гаплоидных половых клеток, или гамет (содержат по одному набору хромосом – n). Уменьшение (редукция) числа хромосом (2nn) происходит за счёт того, что на два деления приходится лишь одно удвоение (репликация) хромосомного материала. При оплодотворении гаплоидные гаметы – яйцеклетка и сперматозоид – сливаются и диплоидное число хромосом, характерное для каждого вида, восстанавливается(n+n2n).  
В главных чертах мейоз протекает сходно у разных групп организмов и у особей женского и мужского пола. Два следующих друг за другом деления первичной половой клетки обозначаются как мейоз I и мейоз II.

 Подобно  делению соматических клеток  —митозу, и мейоз I, и мейоз II состоят из четырёх основных стадий – профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Вступающая в мейоз клетка диплоидна, а каждая хромосома содержит удвоенное количество ДНК.

В первом мейотическом делении особенно сложна и длительна профаза I (у человека она занимает 22,5 сут). Ее условно делят на пять стадий:

- лептотена  – характеризуется увеличением  ядра и началом спирализации  хромосом,

- зиготена   - в процессе этой стадии происходит  коньюгация (сближение) гомологичных  хромосом , имеющих одинаковую форму  и размер, одна получена от  матери, другая от отца. Центромера одной точно прилегает к центромере другой хромосомы.

- пахитена  – конъюгирующие хромосомы тесно прилегают друг к другу, образуя биваленты. Каждый бивалент состоит из четверки хроматид, число бивалентов становится равным гаплоидному набору хромосом. В процессе дальнейшей спирализации возможен обмен идентичными участками гомологичных хромосом – кроссинговер.

 

- диплотена  – под действием сил отталкивания хромосомы начинают отходить друг от друга, оставаясь соединенными в хиазмах( местах перекреста, где происходит кроссинговер), они спирализуются и укорачиваются.

- диакинез  – продолжается спирализация  и отталкивание, ядрышко и ядерная оболочка растворяются, центриоли клеточного ядра расходятся к полюсам, образуя веретено деления.

В метафазе I мейоза завершается формирование веретена деления. Его нити прикрепляются к центромерам хромосом, объединенных в биваленты, таким образом, что от каждой центромеры идет лишь одна нить к одному из полюсов веретена. В результате нити, связанные с центромерами гомологичных хромосом, направляясь к разным полюсам, устанавливают бивалентны в плоскости экватора веретена деления.

В анафазе I мейоза ослабляются связи между гомологичными хромосомами в бивалентах и они отходят друг от друга, направляясь к разным полюсам веретена деления. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящих из двух хроматид.

В телофазе I мейоза у полюсов веретена собирается одинарный, гаплоидный набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК.Формула генетического материала образующихся дочерних клеток соответствует п2с.

 Особенностью  мейоза в овогенезе является  наличие специальной стадии — диктиотены, отсутствующей в сперматогенезе. На этой стадии, достигаемой у человека еще в эмбриогенезе, хромосомы, приняв особую морфологическую форму «ламповых щеток», прекращают какие-либо дальнейшие структурные изменения на многие годы. По достижении женским организмом репродуктивного возраста под влиянием лютеинизирующего гормона гипофиза, как правило, один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз.

После мейоза I обычно сразу или после короткой интерфазы, во время которой удвоение хромосом не происходит, следует  мейоз II.

Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Это деление  аналогично митозу с той разницей, что делятся гаплоидные клетки. В анафазе II сестринские хроматиды разделяются и, став хромосомами, расходятся к полюсам. Число хромосом и количество ДНК приходят в соответствие, и мейоз II завершается образованием четырёх гаплоидных гамет, каждая из которых несёт уникальный генетический материал.  
          Мейоз – один из ключевых биологических процессов. Его значение состоит в поддержании в поколениях постоянства хромосомных наборов (кариотипов), т.е. в обеспечении наследственности, и в создании новых сочетаний отцовских и материнских генов, т.е. в обеспечении генотипической изменчивости.

Мейоз имеет несколько принципиальных различий по сравнению с митозом.

При мейозе из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных, при митозе – две аналогичных диплоидных.

В процессе мейоза происходит конъюгация с образованием бивалентов и кроссинговер, дающий возможность перекомбинации наследственного материала, при митозе этого нет – дочерние клетки точно копируют материнскую ( исключения – мутации).

Мейоз имеет  место во время во время овогенеза  и сперматогенеза в половых клетках, митоз же обеспечивает клеточный  механизм процессов роста, регенерации, бесполого размножения организма. 
 
 
 
 
 
 
 

6.Формы  биологических связей  в природе. Симбиоз,  его виды. Паразитизм  как биологический  феномен. Примеры.

Ничто в  природе не существует само по себе. Все живое прямо или косвенно взаимодействует между собой. Эта взаимосвязь определяет основные условия жизни в сообществе, предоставляя возможность добывания пищи и завоевывания нового пространства.

Живые организмы  поселяются друг с другом не случайно, а образуют определенные сообщества, приспособленные к совместному  обитанию. По направленности действия на организм все воздействия подразделяются на позитивные, негативные и нейтральные. В структуре экосистемы преобладают взаимоотношения, при которых один из видов извлекает пользу, а другому наносит вред.

Позитивные  отношения, при которых совместная жизнь организмов приносит обоюдную пользу, называются симбиозом. Есть несколько форм симбиоза:

Кооперация – при этой форме совместное существование выгодно для обоих.

 Примером является симбиоз раков-отшельников с актиниями или губками. Во всех морях встречаются актинии, поселяющиеся на раковинах моллюсков, в которых живет рак-отшельник. При передвижении рак таскает с собой раковину с сидящей на ней актинией, благодаря чему последняя получает возможность менять место и находить все новые, богатые пищей места и свежую, насыщенную кислородом воду. Кроме того, актиния питается остатками пищи рака. С другой стороны, рак-отшельник находится под защитой актинии, щупальца которой вооружены стрекательными клетками. Наличие у актиний такого мощного стрекательного аппарата отпугивает от нее и ее симбионта даже таких опасных хищников, как каракатицы. Активной стороной в этом симбиозе обычно бывает рак, который с помощью своих клешней отрывает партнера от субстрата и пересаживает на свою раковину. 

Мутуализм -  форма симбиоза, выгодная для обоих симбионтов, при котором ни  одна из сторон не может существовать без другой.

      Типичным примером мутуализма является сожительство некоторых жгутиковых и термитов. Термит, потребляя древесную пищу, не может сам переваривать древесину. Живущие же в его кишечнике жгутиковые питаются этой древесиной, причем продукты ее разложения усваиваются вторым симбионтом. 
 
Общеизвестен пример симбиоза водорослей с грибами, приводящего к возникновению особых органических форм - лишайников, в которых грибы получают от водорослей, содержащих хлорофилл, органическую пищу, снабжая их в свою очередь водой и растворенными в ней минеральными веществами. Примером мутуалистических взаимоотношений является сожительство человека с микрофлорой его кишечника, основным компонентом которой являются разнообразные штаммы бактерий кишечной палочки Escherichia coli.