Биология
курс на лекции за студенти,
студенти, които учат на руски език
Държавно учебно заведение
висше професионално образование
„Рязански държавен медицински университет
на името на акад И. П. Павлова
Федерална агенция за здравеопазване и социално развитие"
Катедра по хистология и биология
Калигина Т.А. Бризгалина Л.И. Шутов В.И.
Биология
курс на лекции за студенти,
доц. д.ф.н. Бризгалина Л.И.
доц. д.ф.н. Шутов В.И.
Рецензенти: Ендолов В.В., професор, гл. отдел по ана-
Томи, физиология и хигиена на човека Rya-
Зан държавен университет на име.
С. Есенина
Дармограй В.Н., професор, гл. отдел
фармакогнозия с курс по ботаника.
Ил.20, библиогр.8 ББК 28.0
UDC 57(075.8)
© Т. А. Калигина,
Л.И.Бризгалина,
Шутов В.И.
© Държавна образователна институция за висше професионално образование Ryaz. GMU.2008
Съвременната биология, като основна дисциплина, играе първостепенна роля в професионалното обучение на различни специалисти, включително лекари.
В областта на медицинското образование е необходима широка биологична подготовка на студентите, за да получат фундаментални знания в областта на биологията и медицината, тя е ориентирана към човека и отговаря на нуждите на практическата медицина.
Основната цел на тази работа е да се формира цялостно разбиране за основите на биологията, като се вземат предвид съвременните постижения на този бързо развиващ се клон на науката и да се подпомогне първокурсниците чуждестранни студенти в овладяването на теоретични знания, за да се постигне необходимото ниво в познаване на учебния материал.
Материалът на този курс от лекции е представен в традиционната последователност в съответствие с разпоредбите на теорията на биологичните системи и идеите за нивата на организация на живата природа. Материалът е разделен на 16 теми и включва цитология, молекулярна биология, размножаване и развитие на организмите, обща и медицинска генетика, теория на еволюцията и антропогенезата.
Представен е основният теоретичен материал, изучаван през първата година от чуждестранните студенти от специалностите “Обща медицина”, “Стоматология”, “Фармация”.
Въведение в науката биология
Планирайте
1. Предмет на биологията. Класификация на биологичните науки.
2. Методи за изучаване (изследване) на биологията.
3. Основни свойства на живите същества.
Определение на понятието "живот".
4. Нива на организация на живите същества.
Предмет на биологията. Класификация на биологичните науки
Терминът "биология" се формира от две гръцки думи (bios - живот и logos - учение).
Терминът е въведен през 1802 г. от двама натуралисти - Дж. Б. Ламарк и Г. Р. Тревиранус, независимо един от друг.
Биологията изучава общи закономерности, които са характерни за всички живи същества и разкриват същността на живота, неговите форми и развитие.
Биологията е сложна наука. Разделите на науката биология се класифицират в следните области:
1) изследване на систематични групи (според обектите на изследване). Например зоология, ботаника, вирусология.
В рамките на тези науки има тесни направления (или дисциплини). Например в зоологията има протозоология, хелминтология, ентомология и др.
2) изучаването на различни нива на организация на живите същества: молекулярна биология, хистология и др.
3) свойства и прояви на живота на отделните организми. Например физиология, генетика, екология.
4) връзки с други науки (в резултат на интеграция на науките). Това са биохимия, биофизика, биотехнология, радиобиология и др.
Методи за изучаване на биологията
Основните методи, които се използват в биологичните науки са:
1) наблюдението и описанието са най-старият (традиционен) метод на биологията. Този метод се използва широко в наше време (в зоологията, ботаниката, цитологията, екологията и др.)
2) сравнение, т.е. Сравнителният метод позволява да се открият прилики и разлики, общи закономерности в структурата на организмите.
3) опит или експеримент. Например експериментите на Г. Мендел или работата на И. П. Павлов по физиология.
4) моделиране - създаване на конкретен модел или процеси и тяхното изучаване. Например моделиране на условията и процесите (недостъпни за наблюдение) на произхода на живота.
5) исторически метод - изучаване на закономерностите на появата и развитието на организмите
Основни свойства на живите същества
Живите същества се различават от неживите тела по редица свойства. Основните свойства на живите същества включват:
Специфична организация .
Живите организми имат необходимите структури, които осигуряват жизнените им функции.
Специфичната организация на живите същества се проявява и в определен химичен състав. От химичните елементи най-голям дял заемат кислородът, въглеродът, водородът и азотът. Заедно те съставляват повече от 98% от химичния състав. Тези елементи образуват сложни органични съединения в живите организми - протеини, мазнини, нуклеинови киселини, въглехидрати, които не се срещат в неживата природа.
Метаболизъм и енергия.
Организмите непрекъснато обменят вещества и енергия с околната среда – това е предпоставка за съществуване.
Метаболизмът и енергията се състоят от 2 процеса:
а) синтез или асимилация, или пластичен обмен (с абсорбция на енергия).
б) разпад или дисимилация, или обмен на енергия (с освобождаване на енергия)
Хомеостазата е поддържането на постоянна вътрешна среда.
В живите същества протичат сложни саморегулиращи се процеси, които протичат в строго определен ред и са насочени към поддържане на постоянството на вътрешната среда (например постоянството на химичния състав). В този случай тялото е в състояние на динамично равновесие (т.е. подвижно равновесие), което е важно, когато съществува в променящи се условия на околната среда.
Възпроизвеждане.
Размножаването е способността на организмите да възпроизвеждат собствения си вид. Всяко живо същество има ограничена продължителност на живота, но оставяйки след себе си потомство, осигурява непрекъснатост и непрекъснатост на живота.
Способността за развитие променя обектите на живата природа.
Индивидуално развитие (онтогенеза) - развитието на индивида в повечето случаи започва от зиготата (оплодената яйцеклетка) или от деленето на майчината клетка до края на живота. По време на онтогенезата се извършва растеж, диференциация на клетки, тъкани, органи и взаимодействие на отделните части. Продължителността на живота на индивидите е ограничена от процесите на стареене, водещи до смърт.
Филогенезата е историческото развитие на света на живите организми.
Филогенезата е необратимо и насочено развитие на живата природа, което е съпроводено с образуването на нови видове и прогресивното усложняване на живота. Резултатът от историческото развитие е многообразието на живите същества.
раздразнителност.
Раздразнителността е способността на тялото да реагира на влияния с определени реакции. Формата на проявление на раздразнителност е движението.
В растенията - тропизъм (например промяна в позицията на листата в пространството поради осветяване - фототропизъм).
Едноклетъчните животни имат такси.
Многоклетъчните реакции на стимулация се осъществяват с помощта на нервната система и се наричат рефлекси.
Наследственост.
Наследствеността е свойството на организмите да предават от поколение на поколение характерните характеристики на даден вид с помощта на носители на наследствена информация, ДНК и РНК молекули.
Променливост.
Изменчивостта е свойството на организмите да придобиват нови характеристики. Вариацията създава разнообразие от материали за естествен подбор.
Въз основа на свойствата на живите същества учените се опитват да дефинират понятието „живот“. Сегашното състояние на развитие на биологията най-добре отговаря на дефиницията на живота, дадена от учения - биофизик М. В. Волкенштейн: „Живите тела са отворени, саморегулиращи се, самовъзпроизвеждащи се системи, изградени от полимери - протеини и нуклеинови киселини и поддържащи своето съществуване в резултат на обмена на вещества и енергия с околната среда."
Това определение включва признаци на живи същества. Всяка клетка и организмът като цяло е система, т.е. представляват набор от взаимодействащи, подредени структури (органели, тъканни клетки, органи). Живите същества са отворени системи, които се намират в състояние на динамично равновесие с външната среда. Живите същества осъществяват непрекъснат обмен на вещества и енергия с околната среда (поглъщане и отделяне, асимилация и дисимилация).
Планирайте
1. Клетъчна теория.
2. Клетъчен строеж.
3. Клетъчна еволюция.
Клетъчна теория.
През 1665г Р. Хук е първият, който открива растителни клетки. През 1674г А. Льовенхук открива животинската клетка. През 1839г Т. Шван и М. Шлейден формулират клетъчната теория. Основният принцип на клетъчната теория беше, че клетката е структурната и функционална основа на живите системи. Но те погрешно вярваха, че клетките се образуват от безструктурна материя. През 1859г Р. Вирхов доказва, че нови клетки се образуват само чрез разделяне на предишните.
Основни принципи на клетъчната теория :
1) Клетката е структурна и функционална единица на всички живи същества. Всички живи организми са изградени от клетки.
2) Всички клетки са основно сходни по химичен състав и метаболитни процеси.
3) Новите клетки се образуват чрез разделяне на съществуващите.
4) Всички клетки съхраняват и прилагат наследствена информация по един и същи начин.
5) Жизнената активност на многоклетъчния организъм като цяло се определя от взаимодействието на съставните му клетки.
Клетъчна структура
Въз основа на тяхната структура има 2 вида клетки:
Прокариоти
Еукариоти
Прокариотите включват бактерии и синьо-зелени водорасли. Прокариотите се различават от еукариотите по следното: те нямат мембранни органели, намиращи се в еукариотната клетка (митохондрии, ендоплазмен ретикулум, лизозоми, комплекс на Голджи, хлоропласти).
Най-важната разлика е, че те нямат заобиколено от мембрана ядро. Прокариотната ДНК е представена от една нагъната кръгла молекула. Прокариотите също нямат центриоли на клетъчния център, така че те никога не се делят чрез митоза. Те се характеризират с амитоза - директно бързо делене.
Еукариотните клетки са клетки на едноклетъчни и многоклетъчни организми. Те се състоят от три основни компонента:
Клетъчната мембрана, която обгражда клетката и я отделя от външната среда;
Цитоплазма, съдържаща вода, минерални соли, органични съединения, органели и включвания;
Ядрото, което съдържа генетичния материал на клетката.
Външна клетъчна мембрана
1 – полярна глава на фосфолипидната молекула
2 – опашка на мастна киселина на фосфолипидната молекула
3 – интегрален протеин
4 – периферен протеин
5 – полуинтегрален протеин
6 – гликопротеин
7 - гликолипид
Външната клетъчна мембрана е присъща на всички клетки (животински и растителни), има дебелина около 7,5 (до 10) nm и се състои от липидни и протеинови молекули.
Понастоящем флуидно-мозаечният модел на конструкцията на клетъчната мембрана е широко разпространен. Според този модел липидните молекули са подредени в два слоя, като водоотблъскващите им краища (хидрофобни – мастноразтворими) са обърнати един към друг, а водоразтворимите (хидрофилни) краища са обърнати към периферията. Протеиновите молекули са вградени в липидния слой. Някои от тях са разположени по външната или вътрешната повърхност на липидната част, други са частично потопени или проникват през мембраната.
Функции на мембраните :
Защитна, граница, преграда;
транспорт;
Рецептор - осъществява се поради протеини - рецептори, които имат селективна способност към определени вещества (хормони, антигени и др.), Влизат в химични взаимодействия с тях, провеждат сигнали в клетката;
Участват в образуването на междуклетъчни контакти;
Осигурете движение на някои клетки (движение на амеба).
Животинските клетки имат тънък слой гликокаликс върху външната клетъчна мембрана. Представлява комплекс от въглехидрати с липиди и въглехидрати с протеини. Гликокаликсът участва в междуклетъчните взаимодействия. Цитоплазмените мембрани на повечето клетъчни органели имат абсолютно същата структура.
В растителните клетки, извън цитоплазмената мембрана. има клетъчна стена, състояща се от целулоза.
Транспорт на вещества през цитоплазмената мембрана .
Има два основни механизма за навлизане или излизане на вещества от клетката:
1.Пасивен транспорт.
2.Активен транспорт.
Пасивният транспорт на вещества се извършва без консумация на енергия. Пример за такъв транспорт е дифузията и осмозата, при които движението на молекули или йони става от област с висока концентрация към област с по-ниска концентрация, например водни молекули.
Активен транспорт - при този вид транспорт молекули или йони проникват през мембраната срещу концентрационен градиент, което изисква енергия. Пример за активен транспорт е натриево-калиевата помпа, която активно изпомпва натрий от клетката и абсорбира калиеви йони от външната среда, транспортирайки ги в клетката. Помпата е специален мембранен протеин, който задвижва АТФ.
Активният транспорт осигурява поддържането на постоянен клетъчен обем и мембранен потенциал.
Транспортирането на вещества може да се извърши чрез ендоцитоза и екзоцитоза.
Ендоцитозата е проникване на вещества в клетката, екзоцитозата е от клетката.
По време на ендоцитозата плазмената мембрана образува инвагинации или издатини, които след това обгръщат веществото и при освобождаване се превръщат във везикули.
Има два вида ендоцитоза:
1) фагоцитоза - абсорбция на твърди частици (фагоцитни клетки),
2) пиноцитоза - абсорбция на течен материал. Пиноцитозата е характерна за амебоидните протозои.
Чрез екзоцитоза различни вещества се отстраняват от клетките: остатъците от несмляна храна се отстраняват от храносмилателните вакуоли, а течната им секреция се отстранява от секреторните клетки.
цитоплазма –(цитоплазма + ядро образуват протоплазма). Цитоплазмата се състои от воднисто основно вещество (цитоплазмен матрикс, хиалоплазма, цитозол) и различни органели и включвания, съдържащи се в него.
Включвания–отпадъчни продукти на клетките. Различават се 3 групи включвания - трофични, секреторни (клетки на жлезата) и със специално (пигментно) значение.
органели –Това са постоянни структури на цитоплазмата, които изпълняват определени функции в клетката.
Разграничават се органели от общо значение и специални. Специалните се намират в повечето клетки, но присъстват в значителни количества само в клетки, които изпълняват специфична функция. Те включват микровили на чревни епителни клетки, реснички на епитела на трахеята и бронхите, флагели, миофибрили (осигуряващи мускулна контракция и др.).
Органелите от общо значение включват ER, комплекс Голджи, митохондрии, рибозоми, лизозоми, центриоли на клетъчния център, пероксизоми, микротубули, микрофиламенти. В растителните клетки има пластиди и вакуоли. Органелите от общо значение могат да бъдат разделени на органели с мембранна и немембранна структура.
Органелите с мембранна структура са двумембранни или едномембранни. Митохондриите и пластидите се класифицират като клетки с двойна мембрана. Едномембранните клетки включват ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи, лизозоми, пероксизоми и вакуоли.
Органели, които нямат мембрани: рибозоми, клетъчен център, микротубули, микрофиламенти.
Митохондриите – това са органели с кръгла или овална форма. Те се състоят от две мембрани: вътрешна и външна. Вътрешната мембрана има издатини, наречени кристи, които разделят митохондриите на отделения. Отделенията са запълнени с вещество - матрица. Матрицата съдържа ДНК, иРНК, тРНК, рибозоми, калциеви и магнезиеви соли. Тук се извършва автономна протеинова биосинтеза. Основната функция на митохондриите е синтезът на енергия и натрупването й в молекулите на АТФ. Новите митохондрии се образуват в клетката в резултат на деленето на старите.
Пластиди – органели, открити предимно в растителните клетки. Те се предлагат в три вида: хлоропласти, които съдържат зелен пигмент; хромопласти (червени, жълти, оранжеви пигменти); левкопласти (безцветни).
Хлоропластите, благодарение на зеления пигмент хлорофил, са в състояние да синтезират органични вещества от неорганични, използвайки енергията на слънцето.
Хромопластите придават ярки цветове на цветята и плодовете.
Левкопластите са в състояние да натрупват резервни хранителни вещества: нишесте, липиди, протеини и др.
Ендоплазмения ретикулум ( EPS ) е сложна система от вакуоли и канали, които са ограничени от мембрани. Различават се гладък (грануларен) и грапав (гранулиран) EPS. Smooth няма рибозоми на мембраната си. Съдържа синтеза на липиди, липопротеини, натрупване и отстраняване на токсични вещества от клетката. Грануларният ER има рибозоми върху мембраните си, в които се синтезират протеини. След това протеините влизат в комплекса на Голджи и оттам излизат.
Комплекс на Голджи (апарат на Голджи)Това е куп сплескани мембранни торбички - цистерни и свързана система от мехурчета. Купчина цистерни се нарича диктиозома.
Функции на комплекса Голджи : протеинова модификация, синтез на полизахариди, транспорт на вещества, образуване на клетъчна мембрана, образуване на лизозома.
Лизозоми – Те са заобиколени от мембрана везикули, съдържащи ензими. Те извършват вътреклетъчно разграждане на веществата и се делят на първични и вторични. Първичните лизозоми съдържат ензими в неактивна форма. След като различни вещества навлязат в органелите, ензимите се активират и процесът на храносмилане започва - това са вторични лизозоми.
Пероксизомиимат вид на мехурчета, ограничени от една мембрана. Те съдържат ензими, които разграждат водородния прекис, който е токсичен за клетките.
Вакуоли – Това са органели на растителни клетки, съдържащи клетъчен сок. Клетъчният сок може да съдържа резервни хранителни вещества, пигменти и отпадъчни продукти. Вакуолите участват в създаването на тургорно налягане и в регулацията на водно-солевия метаболизъм.
Рибозоми – органели, състоящи се от големи и малки субединици. Те могат да бъдат разположени или на ER, или разположени свободно в клетката, образувайки полизоми. Те се състоят от рРНК и протеин и се образуват в ядрото. Биосинтезата на протеини се извършва в рибозомите.
Клетъчен център – намира се в клетките на животни, гъби и низши растения и отсъства във висшите растения. Състои се от две центриоли и лъчиста сфера. Центриолът има вид на кух цилиндър, чиято стена се състои от 9 триплета микротубули. Когато клетките се делят, те образуват нишки на митотично вретено, които осигуряват разделянето на хроматидите в анафазата на митозата и хомоложните хромозоми по време на мейозата.
Микротубули – тръбни образувания с различна дължина. Те са част от центриоли, митотични вретена, флагели, реснички, изпълняват поддържаща функция и насърчават движението на вътреклетъчните структури.
Микрофиламенти – нишковидни тънки образувания, разположени в цялата цитоплазма, но има особено много от тях под клетъчната мембрана. Заедно с микротубулите те образуват клетъчния цитоскелет, определят потока на цитоплазмата, вътреклетъчните движения на везикули, хлоропласти и други органели.
Клетъчна еволюция
Има два етапа в еволюцията на клетката:
1. Химически.
2.Биологичен.
Химическият етап започва преди около 4,5 милиарда години. Под въздействието на ултравиолетовото лъчение, радиацията, мълниевите разряди (източници на енергия) се образуват първо прости химични съединения - мономери, а след това по-сложни - полимери и техните комплекси (въглехидрати, липиди, протеини, нуклеинови киселини).
Биологичният етап на формиране на клетките започва с появата на пробионти - изолирани сложни системи, способни на самовъзпроизвеждане, саморегулация и естествен подбор. Пробионтите са се появили преди 3-3,8 милиарда години. Първите прокариотни клетки, бактерии, произхождат от пробионти. Еукариотните клетки са се развили от прокариоти (преди 1-1,4 милиарда години) по два начина:
1) Чрез симбиоза на няколко прокариотни клетки – това е симбиотична хипотеза;
2) Чрез инвагинация на клетъчната мембрана. Същността на хипотезата за инвагинация е, че прокариотната клетка съдържа няколко генома, прикрепени към клетъчната стена. След това се случи инвагинация - инвагинация, развързване на клетъчната мембрана и тези геноми се превърнаха в митохондрии, хлоропласти и ядро.
Клетъчна диференциация и специализация .
Диференциацията е образуването на различни видове клетки и тъкани по време на развитието на многоклетъчния организъм. Една хипотеза свързва диференциацията с генната експресия по време на индивидуалното развитие. Експресията е процес на включване на определени гени в работа, което създава условия за целенасочен синтез на вещества. Следователно тъканите се развиват и специализират в една или друга посока.
Планирайте
1.Устройство и функции на клетъчното ядро.
2. Хроматин и хромозоми.
3. Клетъчни и митотични клетъчни цикли.
4. Клетъчна пролиферация.
Устройство и функции на клетъчното ядро .
Ядрото е съществена част от еукариотната клетка. Основната функция на ядрото е да съхранява генетичен материал под формата на ДНК и да го прехвърля към дъщерните клетки по време на клетъчното делене. В допълнение, ядрото контролира синтеза на протеини и контролира всички жизнени процеси на клетката. (в растителна клетка ядрото е описано от Р. Браун през 1831 г., в животинска клетка от Т. Шван през 1838 г.)
Повечето клетки имат едно ядро, обикновено с кръгла форма, по-рядко с неправилна форма.
Размерът на ядрото варира от 1 µm (при някои протозои) до 1 mm (при яйцата на рибите и земноводните).
Има двуядрени клетки (чернодробни клетки, реснички) и многоядрени клетки (в клетките на напречно набраздените мускулни влакна, както и в клетките на редица видове гъби и водорасли).
Някои клетки (еритроцити) са безядрени, това е рядко явление и е вторично по природа.
Ядрото включва:
1) ядрена мембрана;
2) кариоплазма;
3) ядро;
4) хроматин или хромозоми. Хроматинът се намира в неделящото се ядро, хромозомите са в митотичното ядро.
Основната обвивка се състои от две мембрани (външна и вътрешна). Външната ядрена мембрана се свързва с мембранните канали на ER. На него са разположени рибозоми.
Ядрените мембрани имат пори (3000-4000). Чрез ядрените пори се извършва обмен на различни вещества между ядрото и цитоплазмата.
Кариоплазмата (нуклеоплазмата) е желеобразен разтвор, който запълва пространството между ядрените структури (хроматин и нуклеоли). Съдържа йони, нуклеотиди, ензими.
Ядрото, обикновено със сферична форма (едно или повече), не е заобиколено от мембрана, съдържа фибриларни протеинови нишки и РНК.
Нуклеолите не са постоянни образувания, те изчезват в началото на клетъчното делене и се възстановяват след неговото завършване. Нуклеолите присъстват само в неделящите се клетки. В нуклеолите се образуват рибозоми и се синтезират ядрени протеини. Самите нуклеоли се образуват в области на вторични хромозомни стеснения (нуклеоларни организатори). При хората нуклеоларните организатори са разположени на хромозоми 13, 14, 15, 21 и 22.
Хроматин и хромозоми
Хроматинът е деспирализирана форма на съществуване на хромозома. В деспирализирано състояние хроматинът се намира в ядрото на неделяща се клетка.
Хроматинът и хромозомите се обменят един в друг. По отношение на химическата организация хроматинът и хромозомите не се различават. Химическата основа е дезоксирибонуклеопротеинът - комплекс от ДНК с протеини. С помощта на протеини се извършва многостепенно опаковане на ДНК молекули, докато хроматинът придобива компактна форма. Например в деспирализирано (удължено) състояние дължината на ДНК молекулата на човешката хромозома достига около 6 cm, което е приблизително 1000 пъти повече от диаметъра на клетъчното ядро. Въпреки факта, че в неделящите се клетки хроматинът е в деспирализирано състояние, въпреки това отделните му участъци са спирализирани, т.е. хроматинът е хетерогенен по структура.
Спирализираните региони на хроматина се наричат хетерохроматин, а деспирализираните региони се наричат еухроматин. Процесите на транскрипция (синтез на иРНК) протичат в области на еухроматина.
Хетерохроматинът е неактивна област на хроматина; транскрипцията не се извършва тук.
В началото на клетъчното делене хроматинът се усуква (спирали) и образува хромозоми, които са ясно видими под светлинен микроскоп. Това означава, че хромозомата е суперспирален хроматин. Спирализацията достига своя максимум в метафазата на митозата. Всяка метафазна хромозома се състои от две сестрински хроматиди. Хроматидите съдържат идентични ДНК молекули, които се образуват по време на удвояването (репликацията) на ДНК по време на синтетичния период на интерфазата. Хроматидите са свързани помежду си в областта на първичната констрикция - центромера. Центромерите разделят хромозомите на две рамена. В зависимост от местоположението на центромера се разграничават следните видове хромозоми:
1) метацентрични (равни рамена);
2) субметацентрични (неравни рамене);
3) акроцентричен (пръчковиден);
4) сателит (имат вторично стесняване, което отделя малка част от хромозомата, наречена сателит).
Броят, размерът и формата на хромозомите в клетъчните ядра са важни признаци на всеки вид. Наборът от хромозоми на соматичните клетки на даден вид се нарича кариотип.
Жизнен цикъл на клетката
G1 – пресинтетичен период
S – синтетичен период
G2 – постсинтетичен период
G0 – период на пролиферативна почивка
Клетъчният цикъл или жизненият цикъл на клетката е съвкупността от процеси, протичащи в клетката от 1-во делене (нейната поява в резултат на делене) до следващото делене или до смъртта на клетката.
Митотичният цикъл е периодът на подготовка на клетката за делене и самото делене. Митотичният цикъл на клетката се състои от интерфаза и митоза. Интерфаза разделени на 3 периода:
1. Пресинтетичен или постмитотичен.
2. Синтетичен.
3. Постсинтетичен или премитотичен.
Продължителността на митотичния цикъл варира от 10 до 50 часа. През пресинтетичния период клетката изпълнява своите функции и се увеличава по размер, т.е. активно расте, броят на митохондриите и рибозомите се увеличава, синтезират се протеини и нуклеотиди, енергията се натрупва под формата на АТФ и се синтезира РНК.
Хромозомите са тънки нишки от хроматин, всяка от които се състои от един хроматид. Съдържанието на генетичен материал в клетка се обозначава, както следва: с- количество ДНК в една хроматида, n – набор от хромозоми.
Клетка в G 1 съдържа диплоиден набор от хромозоми, всяка хромозома има един хроматид (2c ДНК от 2n хромозоми).
В С - През този период се извършва репликация на ДНК молекули и тяхното съдържание в клетката се удвоява, всяка хромозома става бихроматична (т.е. хроматидът завършва своя собствена подобна). Генетичният материал става 4c2n, центриолите на клетката също се удвояват.
Продължителността на S-периода при бозайниците е 6-10 часа. Клетката продължава да изпълнява специфичните си функции.
В периода G 2 клетката се подготвя за митоза: натрупва се енергия, всички синтетични процеси замират, клетката спира да изпълнява основни функции, натрупват се протеини за изграждане на делителното вретено. Съдържанието на генетичната информация не се променя (4с2n). Продължителността на този период е 3-6 часа.
Митоза - Това е непряко делене, основният метод за делене на соматичните клетки.
Митозата е непрекъснат процес и условно се разделя на 4 етапа: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Първият и последният са най-дълги. Продължителността на митозата е 1-2 часа.
1. Профаза . В началото на профазата центриолите се отклоняват към полюсите на клетката; от центриолите започват да се образуват микротубули, които се простират от единия до другия полюс и към екватора на клетката, образувайки вретено. . До края на профазата нуклеолите и ядрената мембрана се разтварят. Нишките на вретеното са прикрепени към центромерите на хромозомите, хромозомите спираловидно се движат към центъра на клетката. Съдържанието на генетичната информация не се променя (4с2n).
2.Метафаза . Продължителност 2-10 мин. Къса фаза, хромозомите са разположени на екватора на клетката, а центромерите на всички хромозоми са разположени в една и съща равнина - екваториалната. Между хроматидите се появяват празнини. В областта на центромерите от двете страни има малки дисковидни структури - кинетохори. От тях, както и от центриолите, се простират микротубули, които се намират между нишките на вретеното.
Има гледна точка, че кинетохорните микротубули принуждават центромерите на всички хромозоми да се подредят в екваторната област. Това е етапът на най-голяма спирализация на хромозомите, когато те са най-удобни за изследване. Съдържанието на генетичната информация не се променя (4с2n).
3. Анафазапродължава 2-3 минути, най-краткият етап. В анафазата центромерите се разделят и хроматидите се разделят. След отделянето една хроматида (сестринска хромозома) започва да се движи към единия полюс, а другата половина започва да се движи към другия.
Предполага се, че движението на хроматидите се дължи на плъзгането на кинетохорните тръби по микротубулите на центриолите. Микротубулите генерират силата, която причинява разделянето на хроматидите. Според друга версия, нишките на вретеното се топят и носят хроматидите със себе си.
Клетката съдържа два диплоидни комплекта хромозоми - 4c4n (всеки полюс има 2c2n).
4. Телофаза . По време на телофазата се образуват ядрата на дъщерните клетки, хромозомите се деспирират, изграждат се ядрени мембрани и в ядрото се появяват нуклеоли.
Цитокинеза– разделянето на цитоплазмата става в края на телофазата.
В животинските клетки цитоплазмената мембрана инвагинира навътре. Клетъчните мембрани се затварят една в друга, като напълно разделят двете клетки. В растителните клетки клетъчна плоча, разположена в екваториалната равнина, се образува от мембраните на везикулите на Голджи. Клетъчната пластина, разширявайки се напълно, разделя двете дъщерни клетки. Всяка клетка съдържа 2c 2n.
Митоза
Значението на митозата.
1. Поддържане на постоянен брой хромозоми. Митозата е наследствено равно делене.
Биологичното значение на митозата е строго идентичното разпределение на сестринските хромозоми между дъщерните клетки, което осигурява образуването на генетично еквивалентни клетки и поддържа приемственост в редица клетъчни поколения.
2. Осигуряване на растежа на тялото.
3. Подмяна на износени клетки, увредени тъкани, регенериране на загубени части.
Така при човека се подменят клетките на кожата, чревния епител, белодробния епител, кръвните клетки - общо 1011 клетки на ден.
4. Митозата е в основата на безполовото размножаване.
амитоза - директното клетъчно делене чрез свързване на ядрото без спирализация води до равномерно разпределение на генетичния материал между дъщерните ядра. След амитотично делене клетките не могат да се делят митотично. Клетките се делят чрез амитоза по време на възпалителни процеси и злокачествен растеж. Амитозата възниква в клетките на някои специализирани тъкани, например в набраздените мускули и съединителната тъкан.
Клетъчна пролиферация
Пролиферация- увеличаване на броя на клетките чрез митоза, което води до растеж и обновяване на тъканите. Интензивността на пролиферацията се регулира от вещества, които се произвеждат както вътре в клетките, така и извън тях. Съвременните данни показват, че келоните са един от регулаторите на пролиферацията на клетъчно ниво. Кейлони– хормоноподобни вещества, които са полипептиди или гликопротеини. Те се образуват от всички клетки и вътре в клетките на висшите организми и се намират в различни телесни течности, включително урина. Кейлоните потискат митотичната активност на клетките. Те също участват в регулирането на растежа на тъканите, заздравяването на рани и имунните реакции.
Хормонални механизми– отдалечени регулатори на пролиферацията на организмово ниво. Например, нивото на червените кръвни клетки във високопланинските райони се повишава поради секрецията на хормона еритропоетин в специализирани бъбречни клетки. Жителите на планините имат по-висок брой червени кръвни клетки от хората, живеещи в равнината.
Освен това има хипотези за причините, които подтикват клетката да се дели. Например:
- обемен– клетката, достигнала определен обем, се дели. Ядрено-цитоплазмените съотношения се променят (от 1/6 до 1/69),
- хипотеза за "митогенетичен лъч". ». Делещите се клетки стимулират близките клетки да претърпят митоза.
- хипотеза за "хормон на раната". » . Увредените клетки отделят специални вещества, които насърчават митозата на неувредените клетки.
Размножаване на организми
Планирайте
1. Форми на размножаване на живите организми.
2. Гаметогенеза.
Гаметогенеза
Гаметогенеза – развитие на полови клетки – гамети . Развитието на мъжките репродуктивни клетки се нарича - сперматогенеза, и дамски - овогенеза.
Сперматогенеза
Оогенеза (овогенеза)
Cellules germinales primordiales - първична зародишна клетка; Ovogonie- овогония; Ovocyte de premier ordre – овоцит от първи ред; Meiose 1 – мейоза 1; Ovocyte de deuxieme ordre – овоцит от втори ред; Premier globule polaire - първо насочено тяло; Мейоза 11- мейоза 11; Second globule polaire - второ насочено тяло; Ovule (haploide) – яйцеклетка (haploid); Ovaire-яйчник; Follicule primaire - нарастващ фоликул; Follicule a maturite – зрял фоликул; Овулация- овулация; Follicule rompu - спукан фоликул; Corps jaune - жълто тяло.
Оогенезата протича в яйчника и включва периоди на размножаване, растеж и съзряване. По време на периода на възпроизвеждане от рудиментарните клетки на гонобластите чрез митоза се увеличава броят на диплоидните зародишни клетки - оогонии. Този период завършва преди раждането. Повечето от клетките умират.
Период на растеж - обемът на клетката се увеличава стотици пъти поради натрупването на жълтък и се образува овоцит от първи ред. Възниква репликация на ДНК (4c 2n).
Ооцитите от първи ред навлизат в профаза на първото делене на мейозата. Тази фаза при хората продължава до пубертета. От момента на пубертета завършва първото мейотично делене и се образува малка клетка - водещо тяло и голям овоцит от втори ред (2c 1n). След второто делене на мейозата овоцитът от втори ред се дели отново и се образуват 1 овотид (хаплоидно яйце) и водещо тяло. Първото насочено тяло също е разделено на две. След това получените направляващи клетки изчезват.
Науки, изучаващи биологията
Акарологията е наука, която изучава акарите.
Анатомията е дял от биологията и по-специално морфологията, който изучава структурата на тялото на организмите и техните части на ниво над клетъчното ниво.
Алгологията е клон на биологията, който изучава водораслите. Преди това всички водорасли бяха класифицирани като растения и следователно алгологията се считаше за клон на ботаниката.
Антропологията е биологична наука за произхода и еволюцията на физическата организация на човека и човешките раси.
Арахналогията е наука за изучаване на паяци.
Бактериология (от гръцки bakteria - пръчка и logos - дума), наука за най-малките, невидими с просто око.
Биогеографията е наука за географското разпространение и разпространение на организмите и техните съобщества на Земята.
Биоинформатиката е набор от методи и подходи, включително: математически методи за компютърен анализ в сравнителната геномика (геномна биоинформатика).
Биометричните данни включват система за разпознаване на хора въз основа на една или повече физически или поведенчески черти. В областта на информационните технологии биометричните данни се използват като форма на управление на идентификаторите за достъп и контрол на достъпа.
Биониката (от древногръцки βίον - жив) е приложна наука за прилагането в технически устройства и системи на принципите на организация, свойства, функции и структури на живата природа, т.е. формите на живите същества в природата и техните промишлени аналози .
Биоспелеологията, спелеобиологията е клон на биологията, който се занимава с изучаването на организми, живеещи в пещери.
Биофизиката е наука за физическите процеси, протичащи в биологични системи на различни нива на организация, и за влиянието на различни физически фактори върху биологичните обекти. Биофизиката е предназначена да идентифицира връзките между физическите механизми, лежащи в основата на организацията на живите обекти, и биологичните характеристики на техния живот.
Биохимията (биологична или физиологична химия) е наука за химичния състав на живите клетки и организми и химичните процеси, които са в основата на тяхната жизнена дейност.
Ботаниката е наука за растенията.
Биомеханиката е дял от природните науки, който изучава, въз основа на модели и методи на механиката, механичните свойства на живите тъкани, отделни органи и системи или на организма като цяло, както и механичните явления, протичащи в тях.
Биоценология (от биоценоза и ... логия), централният раздел на екологията, изучаващ моделите на живот на организмите в биоценозите, тяхната популационна структура, енергийните потоци и циркулацията на веществата.
Бриологията (на гръцки от bryon - мъх и logos - дума) е наука за изследване на мъховете.
Вирусологията е дял от микробиологията, който изучава вирусите (от латинската дума virus - отрова).
Хелмитологията е наука, която изучава червеите.
Генетиката е наука за законите на наследствеността и изменчивостта.
Геоботаниката е клон на биологията в пресечната точка на ботаниката, географията и екологията. Това е науката за растителността на Земята, съвкупността от растителни съобщества (фитоценози), техния състав и структура.
Херпетология. (от гръцки herpeton - влечуго и...логия), раздел от зоологията, който изучава влечугите и земноводните.
Хидробиологията е наука за живота и биологичните процеси във водата, една от биологичните дисциплини.
Хистологията е дял от биологията, който изучава структурата, жизнената дейност и развитието на тъканите на живите организми.
Дендрология" е клон на ботаниката, чийто предмет на изучаване са дървесните растения: освен дърветата, това са също храсти, полухрасти, храсти, дървовидни лиани, както и пълзящи дървесни растения.
Зоологията (от старогръцки ζῷον - животно + λόγος - изучавам) е биологична наука, която изучава представители на животинското царство. Зоологията изучава физиологията, анатомията, ембриологията, екологията и филогенията на животните.
Ихтиологията (от гръцки ichthýs - риба и ... Logia) е дял от зоологията на гръбначните животни, който изучава рибите, тяхното устройство, функциите на техните органи, начина на живот във всички етапи на развитие, разпределението на рибите във времето и пространството, тяхното систематика, еволюция.
Колеоптерологията (от Coleoptera, бръмбари и гръцки -λογία, ...логия) е дял от ентомологията, който изучава бръмбарите (насекоми от разред Coleoptera, лат. Coleoptera).
Ксенобиологията е подполе на синтетичната биология, което изучава създаването и контрола на биологични устройства и системи.
Лепидоптерологията е клон на ентомологията, който изучава представителите на разред Lepidoptera (пеперуди).
Лихенология (от гръцки λειχήν - лишей, лишей) - наука за лишеите, клон на ботаниката.
Микологията (от старогръцки μύκης – гъба) е дял от биологията, науката за гъбите.
Мирмекологията (от старогръцки μύρμηξ „мравка“ и λόγος „изучавам“) е наука, която изучава мравките.
Палеонтологията (от старогръцки παλαιοντολογία) е наука за организмите, съществували в минали геоложки периоди и запазени под формата на фосилни останки, както и следи от тяхната жизнена дейност.
Палинологията е комплекс от клонове на науката (предимно ботаника), свързани с изучаването на поленови зърна и спори.
Радиационната биология или радиобиологията е наука, която изучава ефекта на йонизиращите и нейонизиращите лъчения върху биологични обекти.
Таксономията в биологията е наука, която класифицира организмите въз основа на тяхното външно сходство и родство.
Спонгиологията е наука за гъбите.
Таксономията е изучаване на принципите и практиката на класификация и систематизация.
Териологията е дял от зоологията, който изучава бозайниците.
Токсикологията е наука, която изучава отровни (токсични) вещества, потенциалната опасност от тяхното въздействие върху организми и екосистеми, механизми на токсично действие, както и диагностични методи.
Фенологията (от гръцки φαινόμενα - явление) е система от знания и набор от информация за сезонните природни явления, времето на тяхното възникване и причините, които определят тези времена.
Физиологията (от гръцки φύσις - природа и λόγος - знание) е наука за същността на живите същества, живота в нормални условия и при патологии, тоест за моделите на функциониране и регулиране на биологичните системи на различни нива на организация.
Фитопатологията (фито-растения и патология) е наука за болестите по растенията, причинени от патогени (инфекциозни заболявания) и фактори на околната среда (физиологични фактори).
Цитологията (на гръцки κύτος „клетка” и λόγος – „учение”, „наука”) е дял от биологията, който изучава живите клетки, техните органели, тяхната структура, функциониране, процесите на клетъчно размножаване, стареене и смърт.
Биологичната еволюция (от латински evolutio - „разгръщане“) е естествен процес на развитие на живата природа, придружен от промени в генетичния състав на популациите и формиране на адаптации.
Ембриологията е наука, която изучава развитието на ембриона: ембриогенезата.
Ендокринологията е наука за структурата и функцията на жлезите с вътрешна секреция (ендокринни жлези), продуктите, които произвеждат (хормони), начините на тяхното образуване и въздействие върху организма на животните и човека; както и за болестите.
Ентомологията е дял от зоологията, който изучава насекомите.
Етоологията е полева дисциплина от зоологията, която изучава генетично обусловеното поведение (инстинктите) на животните, включително хората.
Биологичните науки и аспектите, които изучават. Анатомията е наука за вътрешната структура на тялото. Генетиката е свързана с наследствеността и изменчивостта. Ембриологията е наука за ембрионалното развитие на организма. Хистологията е наука за структурата на тъканите. Цитологията е наука за структурата на клетъчния живот. Морфологията е наука за външната структура на организма. Физиологията е наука, която изучава жизнените процеси. Зоологията е наука за животните. Ботаниката е наука за растенията. Микробиологията е наука за бактериите и вирусите.
Слайд 7от презентацията "Биология". Размерът на архива с презентацията е 1990 KB.Биология 10 клас
резюме на други презентации„Методи на възпроизвеждане“ - Размножаване чрез спори. Размножаване чрез разделяне. Образуване на зародишни клетки. Видове безполово размножаване. Спорообразуване. Полово размножаване. Индивиди, идентични с оригиналния организъм. Безполово размножаване. Вегетативно размножаване. Възпроизвеждане. Способността да се комбинира генетичен материал. Изчезването на сексуалното размножаване.
„Теории за произхода на живите същества“ - Най-добрият ми урок. Диаграма на прехода на химическата еволюция. Мъглявина. Проблемът на природата. Теории за произхода. Правила за съдийска етика. История на изпълненията. Етапи на възникване на слънчевата система. Структура на урока. История на идеите за произхода на живота. Групова работа в урока. Работата на съдиите. Хипотези за произхода на живота. материя. Етап на урока. Съвременни хипотези. Дебат. Правила на играта. Допълнителен въпрос.
„Неорганични съединения на клетката“ - Химични елементи на клетката. Химичен състав на клетката. Функции на водата. Полярността на мембраните на живите клетки. Включен във вода. Протеинов компонент. Състав на кръвната плазма. Упражнение. Химически вещества. Обърнете внимание на свойствата на водата. Подчертайте характерните свойства. Свойства на водата. Макроелементи. вещества. Диполна структура.
„Проблеми на появата на живота на Земята“ - Появата на многоклетъчни организми. Условия за възникване на примитивните живи същества. История на въглерода. Коацерватни капчици. Появата на първичните организми. Произведения на Л. Пастьор. Теории за произхода на живота. Развитие на живота. История на идеите за произхода на живота. Появата на живот на Земята. От въглерод до протеини. Представления на антични и средновековни философи. Възраст на Земята. Възможност за поява на сложни органични съединения.
„Динамика на популацията“ - Едноклетъчна амеба се разделя на две клетки на всеки три часа. Редки видове. Речник. Криви на оцеляване. Математическо и компютърно моделиране. Законът на Малтус. Модели за развитие на населението. Екологична стратегия. Модел хищник-плячка. Антропогенно въздействие върху видовете растеж. Видове нарастване на населението. Графики на промените в броя на населението. План на урока. R-стратези. Гъстота на населението. Кои видове имат стабилна популационна динамика.
„Вируси в тялото“ - Поради високата мутабилност на вирусите, лечението на вирусни заболявания е доста трудно. Вирусни заболявания. Структура и класификация на вирусите. Вирусите са причинители на много опасни заболявания на хората, животните и растенията. Вирусите са наследствени.Първото споменаване на едра шарка в Русия датира от 4 век. Опитите да се използват вируси в полза на човечеството са доста малко. Подобно на други организми, вирусите са способни да се възпроизвеждат.
Първата голяма биологична наука е ботаниката. Тя изучава растенията. Ботаниката е разделена на много дисциплини, които също могат да се считат за биологични. Алгология. Анатомията на растенията изучава структурата на растителните тъкани и клетки, както и законите, по които тези тъкани се развиват. Бриологията изучава бриофитите, дендрологията изучава дървесните растения. Карпологията изучава семената и плодовете на растенията.
Лихенологията е наука за лишеите. Микологията е за гъбите, микогеоргафията е за тяхното разпространение. Палеоботаниката е дял от ботаниката, който изучава изкопаемите останки от растения. Палинологията изучава поленовите зърна и растителните спори. С тяхната класификация се занимава науката систематика на растенията. Фитопатологията изучава различни болести по растенията, причинени от патогенни фактори и фактори на околната среда. Флористиката изучава флората, колекция от растения, исторически формирани на определена територия.
Науката етноботаника изучава взаимодействията между хора и растения. Геоботаниката е наука за растителността на Земята, за растителните съобщества – фитоценози. Географията на растенията изучава закономерностите на тяхното разпространение. Морфологията на растенията е наука за моделите. Физиологията на растенията е за функционалната дейност на растителните организми.
Зоология и микробиология
Ихтиологията е наука за рибите, карцинологията е за ракообразните, кетологията е за китоподобните, конхиологията е за мекотелите, мирмекологията е за мравките, нематологията е за кръглите червеи, оологията е за животинските яйца, орнитологията е за птиците. Палеозоологията изучава изкопаемите останки от животни, планктологията изучава планктона, приматологията изучава приматите, териологията изучава бозайниците и насекомите, протозоологията изучава едноклетъчните организми. Етоологията се занимава с изследването.
Третият основен клон на биологията е микробиологията. Тази наука изучава невидимите с просто око живи организми: бактерии, археи, микроскопични гъби и водорасли, вируси. Съответно се разграничават раздели: вирусология, микология, бактериология и др.
Биологията е наука, която изучава живите организми.Разкрива законите на живота и неговото развитие като особено природно явление.
Сред другите науки, биологията е фундаментална дисциплина и принадлежи към водещите клонове на природните науки.
Терминът "биология" се състои от две гръцки думи: "bios" - живот, "logos" - учение, наука, понятие.
За първи път се използва за обозначаване на науката за живота в началото на 19 век. Това е направено независимо от J.-B. Ламарк и Г. Тревиранус, Ф. Бурдах. По това време биологията се отделя от природните науки.
Биологията изучава живота във всичките му проявления. Предметът на биологията е устройството, физиологията, поведението, индивидуалното и историческото развитие на организмите, връзката им помежду си и с околната среда. Следователно биологията е система или комплекс от науки, които са до голяма степен взаимосвързани. Различни биологични науки възникват в историята на развитието на науката в резултат на изолирането на различни области на изследване на живата природа.
Основните клонове на биологията включват зоология, ботаника, микробиология, вирусология и др. като науки, които изучават групи живи организми, които се различават по ключови аспекти на устройството и жизнената дейност. От друга страна, изучаването на общите модели на живите организми доведе до появата на такива науки като генетика, цитология, молекулярна биология, ембриология и др. Изследването на структурата, функционалността, поведението на живите същества, техните взаимоотношения и исторически развитието породи морфология, физиология, етология, екология, еволюционно учение.
Общата биология изучава най-универсалните свойства, закономерности на развитие и съществуване на живите организми и екосистеми.
По този начин, биологията е система от науки.
Бързото развитие на биологията се наблюдава през втората половина на 20 век. Това се дължи предимно на открития в областта на молекулярната биология.
Въпреки богатата си история, откритията продължават да се правят в биологичните науки, дискусиите продължават и много концепции се преразглеждат.
В биологията се обръща специално внимание на клетката (тъй като тя е основната структурна и функционална единица на живите организми), еволюцията (тъй като животът на Земята е претърпял развитие), наследствеността и изменчивостта (които са в основата на непрекъснатостта и адаптивността на живота).
Съществуват редица последователни нива на организация на живота: молекулярно-генетично, клетъчно, организмово, популационно-видово, екосистемно. На всеки от тях животът се проявява по свой начин, който се изучава от съответните биологични науки.
Значението на биологията за човека
За хората биологичното познание има основно следното значение:
- Осигуряване на храна за човечеството.
- Екологичен смисъл - контрол на околната среда, така че да е подходяща за нормален живот.
- Медицинско значение - увеличаване на продължителността и качеството на живот, борба с инфекции и наследствени заболявания, разработване на лекарства.
- Естетическо, психологическо значение.
Човекът може да се разглежда като един от резултатите от развитието на живота на Земята. Животът на хората все още е силно зависим от общите биологични механизми на живота. Освен това човек влияе на природата и сам изпитва нейното въздействие.
Човешката дейност (развитие на промишлеността и селското стопанство), нарастването на населението са причинили екологични проблеми на планетата. Околната среда се замърсява и природните съобщества се унищожават.
За да се решат екологичните проблеми, е необходимо да се разберат биологичните закони.
Освен това много клонове на биологията са важни за човешкото здраве (медицинско значение). Здравето на хората зависи от наследствеността, средата на живот и начина на живот. От тази гледна точка най-важните раздели на биологията са наследствеността и променливостта, индивидуалното развитие, екологията и учението за биосферата и ноосферата.
Биологията решава проблема с осигуряването на хората с храна и лекарства. Биологичните знания са в основата на развитието на селското стопанство.
По този начин високото ниво на развитие на биологията е необходимо условие за благосъстоянието на човечеството.