Эукариоты имеют оформленное ядро, содержащее ДНК. Размер типичной эукариотической клетки, например, клетки печени человека, составляет в поперечнике ~ 25 мкм. Ее ядро, размером ~ 5 мкм в диаметре, содержит 46 хромосом, суммарная длина ДНК которых равна 2 м. Эукариоты содержат значительно больше ДНК, чем прокариоты. Так, клетки человека и других млекопитающих содержат в 600 раз больше ДНК, чем в Е.coli. Общая длина всей ДНК, выделенной из клеток организма взрослого человека, составляет ~ 2 х 10 13 м или 2 х 10 10 км, что превышает окружность земного шара (4 х 10 4 км) и расстояние от Земли до Солнца (1,44 х 10 8 км).

Разработка методов одномолекулярной локализующей микроскопии позволила добиться точности локализации нанометрового масштаба внутри ячеек, что позволило разрешить ультратонкую клеточную структуру и выяснение важнейших молекулярных механизмов. Разработка одномолекулярной локализующей микроскопии, в частности для изображений с высоким разрешением, позволила исследователям визуализировать биологические процессы, происходящие в масштабе ниже дифракционного предела. Полученные локализации впоследствии могут быть восстановлены в изображение пуантилиста с пространственным разрешением, более чем в 10 раз превышающим масштаб широкополосной микроскопии.

У эукариот ДНК находится в хромосомах. В клетках человека 46 хромосом (хроматид), которые организованы в 23 пары. Каждая хромосома эукариотической клетки содержит одну очень большую молекулу двухцепочечной ДНК, несущую набор генов. Совокупность генов клетки составляет ее геном. Гены – это участки ДНК, которые кодируют полипептидные цепи и РНК.

Применение одномолекулярной микроскопии для понимания явлений, не обладающих какой-либо упорядоченной структурой, в основном ограничивалось прокариотами, используя их физические размеры с помощью таких методов, как полная флуоресцентная микроскопия внутреннего отражения.

Частично это связано с отсутствием определенных методов преодоления проблем, связанных с большей глубиной резкости. Он предоставляет исследователям возможность выполнять сложные генетические эксперименты с относительной технической легкостью одноклеточного организма, будучи более тесно связанными с людьми, чем прокариот.

Молекулы ДНК в 46 хромосомах человека не одинаковы по размеру. Средняя длина хромосомы составляет 130 млн. пар оснований и имеет длину 5 см. Понятно, что уместить такой длины ДНК в ядре возможно только путем ее определенной упаковки. При образовании третичной структуры ДНК человека происходит в среднем уменьшение ее размеров в 100 тысяч раз.

Каждая лазерная линия отображала четвертьволновую пластину и фильтр нижних частот. Оба лазерных луча были расширены и коллимированы с помощью встроенного расширителя пучка, состоящего из двух совпадающих линз и соединенного с использованием дихроичного зеркала.

Для разделения сигнала флуоресценции от лазерного излучения использовалось многодиапазонное дихроичное зеркало, полосовой фильтр и длинный фильтр. После инкубации клетки затем промывали три раза и ресуспендировали в ледяном фосфатном забуференном физиологическом растворе . Непосредственно перед изображениями клетки помещали на 1% агарозную подушечку и зажаты между двумя озонированными покровными стеклами, которые затем были запечатаны парафиновым воском.

Упаковка ДНК в эукариотических хромосомах отличается от ее упаковки в прокариотических хромосомах. Эукариотические ДНК имеют не кольцевую, а линейную двухцепочечную структуру. Кроме того, третичная структура ДНК у эукариотических клеток отличается тем, что многократная спирализация ДНК сопровождается образованием комплексов с белками. ДНК эукариот содержит экзоны - участки, кодирующие полипептидные цепи, и интроны – некодирующие участки (выполняют регуляторную функцию).

Моделирование создает изображение путем случайного позиционирования молекул и моделирования флуоресцентных выбросов фотонов и диффузии молекул в течение определенного времени с использованием настроенных интервалов. Шаги моделирования были интегрированы в заданное время экспозиции, позволяя диффузионным молекулам перемещаться в пределах одного выходного кадра. Каждый пиксель подвергался пуассоновскому шуму. Фоновый шум, интенсивность флуорофора и параметры мигания моделировались в соответствии с экспериментальными значениями, наблюдаемыми в наших оптимизированных условиях визуализации.

Эукариотические хромосомы состоят из хроматиновых волокон .

Эукариотические хромосомы выглядят как резко очерченные структуры только непосредственно до и во время митоза- процесса деления ядра в соматических клетках . В покоящихся, неделящихся эукариотических клетках хромосомный материал, называемый хроматином , выглядит нечетко и как бы беспорядочно распределен по всему ядру. Однако, когда клетка готовится к делению, хроматин уплотняется и собирается в хромосомы.

Нуклеазы и лигазы

Для каждого моделирования было смоделировано всего 500 молекул и случайным образом помещены в ограниченные сферические области диаметром 2 мкм, чтобы имитировать конфайнмент ядра деления дрожжей. Диффузионные молекулы моделировались в трех измерениях глубиной 2 мкм, подобно глубине дрожжевой клетки. Статические молекулы были моделированы в двух измерениях внутри удержания, чтобы имитировать статические молекулы в фокальной плоскости. Имитированные данные были снабжены нашими двумерными гауссовскими подпрограммами и результатами по сравнению с известными позициями моделирования.

Хроматин состоит из очень тонких волокон, которые содержат ~ 60 % белка, ~ 35 % ДНК, и, вероятно, ~ 5 % РНК. Хроматиновые волокна в хромосоме свернуты и образуют множество узелков и петель. ДНК в хроматине прочно связана с белками-гистонами, функция которых состоит в упаковке и упорядочении ДНК в структурные единицы – нуклеосомы. В хроматине содержится также ряд негистоновых белков. Хроматиновые волокна напоминают по внешнему виду нитки бус. Бусинки – это нуклеосомы .

Напомним, что одиночные молекулы измеряли, вычисляя процент молекул, которые были правильно локализованы, по меньшей мере, один раз в пределах 50 нм от истинного положения. Анализ с использованием отзыва всех локализаций показал аналогичные результаты.

Шум в изображении оценивался путем вычисления суммы различий каждого пикселя с четырьмя непосредственными соседями, разделенными на формирование остатка пикселя. Затем наименьшую половину квадратов остатков суммировали и использовали для оценки шума. Этот метод обеспечивал очень стабильную оценку шума независимо от количества пятен, присутствующих в данном кадре. Пики, появляющиеся в соседних кадрах в пределах порогового расстояния 800 нм, считались принадлежащими к одной и той же молекулярной траектории.

Нуклеосома состоит из белков-гистонов. Каждая нуклеосома содержит 8 молекул гистонов – по 2 молекулы Н2А. Н2В, Н3, Н4. Двухцепочечная ДНК обвивает нуклеосому дважды.

Нить ДНК намотана на гистоновое ядро нуклеосомы снаружи. В промежутках между нуклеосомами расположена соединительная нить ДНК, с которой связывается гистон Н1. Таким образом, нуклеосомы – это структурные единицы хроматина, выполняют функцию плотной упаковки ДНК. (ДНК укорачивается за счет того, что она обвивает гистоны). Хроматин связан также с негистоновыми белками ядра, которые образуют ядерный матрикс.

Флуоресцентная корреляционная спектроскопия

Отдельные следы одиночных диффузионных белков, состоящие как минимум из четырех этапов, были сохранены для дальнейшего диффузионного анализа путем вычисления их среднего квадратического смещения. Поэтому мы моделировали трехмерное броуновское движение внутри сферы радиусом 1 мкм, чтобы получить более точный коэффициент диффузии внутри ядра. Число молекул в поле зрения было скорректировано так, чтобы было пригодно для анализа отслеживания одиночных частиц. Мы предположили, что существенных изменений в коэффициенте диффузии слитых белков не произойдет из-за почти одинаковых структур и молекулярных масс двух флуоресцентных репортеров.

Эукариотические клетки содержат также цитоплазматическую ДНК .

Кроме ДНК в ядре у эукариот есть ДНК в митохондриях . Хлоропласты фотосинтезирующих клеток также содержат ДНК. Обычно ДНК в цитоплазме составляет » 0, 1 % всей клеточной ДНК.

Митохондриальные ДНК – это двухцепочечные кольцевые молекулы малого размера.

Для всех экспериментов стеклянные слайды микроскопа были тщательно очищены перед использованием. Боросиликатные покровные стекла № 1 сначала озонировали в течение 30 мин, чтобы удалить следы аутофлуоресценции. Клетки помещали на 5% -ную агарозную подушечку, помещенную между двумя озонированными покровными стеклами, запечатанными парафиновым воском. Эксперименты проводились при 0 ± 5 ° С при малой мощности возбуждения 45 мкВт в образце, чтобы уменьшить эффект фотообесцвечивания во время эксперимента.

Для калибровки объема детектирования использовали раствор 10 нМ коммерческого флуоресцеина. Использование расширенного времени экспозиции позволило нам отделить флуоресцентный сигнал, возникающий от рассеивающих и неподвижных популяций: несвязанные белки, которые быстро диффундируют, излучают флуоресцентный сигнал из нескольких разделенных физических мест в образце в течение времени экспозиции каждого полученного кадра.

Молекулы ДНК в хлоропластах значительно больше, чем в митохондриях.

ДНК митохондрий и хлоропластов не связана с гистонами.

Для бактерий и сине-зеленых водорослей, которых принято причислять к классу прокариот (то есть доядерных живых организмов), характерно наличие бактериальной хромосомы. Это условное название, за которым скрывается единственная кольцевая молекула ДНК. Она имеется у всех клеток прокариот, располагается непосредственно в цитоплазме, не имея защитной оболочки.

При коротких временных интервалах ожидается, что флуоресценция от отдельных рассеивающих молекул появится как отдельная пункция и, следовательно, будет неотличима от статических молекул. Это не приведет к различию между стадией клеточного цикла. Однако, поскольку время экспозиции увеличивается, ожидается, что флуоресценция от рассеивающих молекул станет все более размытой.

Моделирование молекулярной диффузии для оптимизации времени экспозиции

Время, на которое визуализировались одиночные флуорофоры, составляло экспоненциальное распределение со средним временем 40 мс и 95-й процентиль локализаций, падающих на 97 мс. Уменьшение обнаружения связанных молекул при более высоких временах экспозиции, вероятно, будет связано с продолжающейся интеграцией фонового сигнала, ограничивая локализацию, обнаруженную выше фона, до небольшой популяции долгоживущих флуорофоров. Преимуществом дрожжей в качестве модельных эукариот является легкость, с которой можно провести сложные генетические эксперименты для выяснения важных взаимосвязей между функцией гена и фенотипом.

Особенности доядерных микроорганизмов

Как становится понятным из определения прокариот, основное качество их строения заключается в отсутствии ядра. Кольцевая молекула ДНК отвечает за сохранность и передачу всей информации, которая понадобится новой клетке , созданной в процессе деления. Структура цитоплазмы очень плотная и она неподвижна. В ней нет ряда органоидов, которые выполняют важные функции в:

Однако в будущем использование этих технологий будет основываться на разработке надежного методологического инструментария, который позволит непосредственно характеризовать и визуализировать конкретные явления. Однако нет априорной причины, почему метод не может быть распространен на других эукариот. Одним из ограничений нашего подхода является то, что, поскольку хроматин движется за время, затраченное на сбор данных, восстановленные снимки не предоставляют пространственную информацию о локализации белка в клетке в любой момент времени.

• митохондрий,
• лизосом,
• эндоплазматической сети,
• пластидов,
• комплекса Гольджи.

В цитоплазме хаотично расположены рибосомы, которые «заняты» на производстве белков. Немаловажной является миссия по производству энергии. Ее синтез происходит в митохондриях, но строение бактерий исключает их наличие. Поэтому функцию данных органоидов взяла на себя именно цитоплазма.

Действительно, выход в основном ограничивается количественным измерением, которое представляет собой хроматин-ассоциированную фракцию белка, которая может быть интерпретирована только между двумя или более конкретными условиями. Все авторы внесли свой вклад в разработку экспериментов. Б. провел эксперименты с микроскопом. Е. проанализировал номера локализации, восстановил изображения с высоким разрешением и выполнил моделирование. Б. выполнил одночастичный анализ слежения. Г. спроектировал и построил микроскоп.

Структуры на концах хромосом

† Авторы хотели бы знать, что, по их мнению, первые два автора следует рассматривать как совместные первые авторы. Финансирование платы за открытый доступ: Европейский исследовательский совет. Конфликт интересов. Получение внутриклеточных флуоресцентных белков с разрешением нанометра. Сверхвысокое разрешение с помощью флуоресцентной фотоактивационной микроскопии локализации.

Геном микроорганизмов

Процесс самовоспроизведения, во время которого происходит копирование важных данных из одного источника на другой, называют репликацией. Результатом этого действия (свойственного в том числе и для клеток бактерий) является создание себе подобной структуры. Участниками репликации (репликонами) у прокариотов считаются:

Компоненты прокариотических клеток

Прокариот - это простой, одноклеточный организм , в котором отсутствует организованное ядро ​​или другая связанная с мембраной органелла. Описать структуру прокариотических клеток. Все ячейки имеют четыре общих компонента. Общая структура прокариотической клетки. На этом рисунке показана обобщенная структура прокариотической клетки. Другие показанные структуры присутствуют в некоторых, но не во всех, бактериях.

Однако прокариоты отличаются от эукариотических клеток несколькими способами. Прокариот - это простой, одноклеточный организм, в котором отсутствует организованное ядро ​​или любая другая мембраносвязанная органелла. Вскоре мы увидим, что это значительно отличается у эукариот.

• кольцевая молекула ДНК,
• плазмиды.

Вообще, одна хромосома способна нести в себе около 1000 известных генов.

Плазмиды

Еще одним репликоном прокариот являются плазмиды. У бактерий они представляют собой молекулы ДНК, имеющие строение в виде двух цепочек, замкнутых в кольцо. В отличие от бактериальной хромосомы они отвечают за кодирование тех «умений» бактерии, которые помогут ей выжить, если вдруг она окажется в неблагоприятных условиях для существования. Они могут автономно воспроизводить себя, поэтому в цитоплазме может быть несколько копий плазмид.

Большинство прокариотов имеют клеточную стенку пептидогликана, и многие из них имеют полисахаридную капсулу. Клеточная стенка действует как дополнительный слой защиты, помогает клетке поддерживать свою форму и предотвращает обезвоживание. Капсула позволяет клетке прикрепляться к поверхностям в окружающей среде . Некоторые прокариот имеют жгутики, пили или фимбрии. Пили используются для обмена генетическим материалом во время размножения, называемого конъюгацией. При диаметре от 1 до 0 мкм прокариотические клетки значительно меньше, чем эукариотические клетки с диаметром от 10 до 100 мкм.

Трансмиссивные репликоны способны передаваться из одной клетки в другую. Они несут в своей кольцевой молекуле ДНК некоторые признаки, которые причисляют к категории фенотипических изменений:

• выработка устойчивости к антибиотикам;
• способность продуцировать колицины (белковые вещества , способные уничтожать микроорганизмы того же рода, что послужили источником их возникновения);
• переработка сложных органических веществ;
• синтез антибиотических веществ;
• способность проникать в организм и вызывать заболевания;
• возможность преодолевать защитные механизмы , размножаться и распространяться в организме;
• умение вырабатывать токсины.

Последние три «навыка» называют факторами патогенности, знания о которых содержит в себе кольцевая молекула ДНК плазмид. Именно благодаря этим факторам болезнетворные бактерии становятся опасными для человеческого организма.

Небольшие размеры прокариотов позволяют ионам и органическим молекулам проникать в них, чтобы они быстро диффундировали в другие части клетки. Аналогично, любые отходы, образующиеся в прокариотической клетке, могут быстро диффундировать. Это не относится к эукариотическим клеткам, которые разработали различные структурные адаптации для улучшения внутриклеточного транспорта.

Размер микроорганизмов: на этом рисунке показаны относительные размеры микробов по логарифмической шкале. Малый размер, в общем, необходим для всех клеток, будь то прокариотический или эукариотический. Во-первых, мы рассмотрим площадь и объем типичной ячейки. Не все клетки имеют сферическую форму, но большинство склонны приближать сферу. Таким образом, по мере увеличения радиуса ячейки его площадь поверхности увеличивается как квадрат ее радиуса, но его объем увеличивается как куб его радиуса. Следовательно, по мере увеличения размера ячейки ее отношение площади поверхности к объему уменьшается.

Таким образом, кольцевая молекула ДНК, имеющаяся у всех прокариот, одна несет в себе целый комплекс навыков, полезных для их выживания и жизнедеятельности.

Для бактерий и сине-зеленых водорослей, которых принято причислять к классу прокариот (то есть доядерных живых организмов), характерно наличие бактериальной хромосомы. Это условное название, за которым скрывается единственная кольцевая молекула ДНК. Она имеется у всех клеток прокариот, располагается непосредственно в цитоплазме, не имея защитной оболочки.

Как становится понятным из определения прокариот, основное качество их строения заключается в отсутствии ядра. Кольцевая молекула ДНК отвечает за сохранность и передачу всей информации, которая понадобится новой клетке, созданной в процессе деления. Структура цитоплазмы очень плотная и она неподвижна. В ней нет ряда органоидов, которые выполняют важные функции в клетках эукариот:

• митохондрий,
• лизосом,
• эндоплазматической сети,
• пластидов,
• комплекса Гольджи.

В цитоплазме хаотично расположены рибосомы, которые «заняты» на производстве белков. Немаловажной является миссия по производству энергии. Ее синтез происходит в митохондриях, но строение бактерий исключает их наличие. Поэтому функцию данных органоидов взяла на себя именно цитоплазма.

В митохондриях имеется одна особенность, делающая их несколько схожими с бактериями, – в них хранится митохондриальная ДНК. Ее строение напоминает бактериальные хромосомы. ДНК в митохондриях собрана в отдельный кольцевой нуклеоид. Некоторые особо длинные органоиды могут содержать до десяти таких молекул. Когда в подобных митохондриях начинается процесс деления, то от них отделяется участок, содержащий в себе один нуклеоид. И в этом можно также найти сходство с бинарным делением бактерий.

Геном микроорганизмов

Процесс самовоспроизведения, во время которого происходит копирование важных данных из одного источника на другой, называют репликацией. Результатом этого действия (свойственного в том числе и для клеток бактерий) является создание себе подобной структуры. Участниками репликации (репликонами) у прокариотов считаются:

• кольцевая молекула ДНК,
• плазмиды.

Нуклеотиды ДНК у клеток бактерий расположены в определенной последовательности. Такое строение позволяет выстроить порядок аминокислот в белке. В каждом гене содержится уникальное число и расстановка нуклеотидов.

Все свойства и особенности прокариот определены их комплексом генов (генотипом). Если вести речь о микроорганизмах, то для них генотип и геном являются практически синонимами.

Фенотип является результатом взаимодействия совокупности генов и условий обитания. Он находится в зависимости от конкретных условий окружающей среды, но контролируется непосредственно генотипом. Это обусловлено тем, что все возможные изменения уже определены набором генов, составляющим участок кольцевой молекулы ДНК.

Генотип может меняться не только в зависимости от влияния окружающей среды. К его модификации могут приводить различные мутации или перестановки генов в строении молекулы ДНК. Исходя из этого, выделяют ненаследственную (средовую) изменчивость и наследственную (модификационную) форму изменений генотипа. Если нуклеотиды в кольцевой молекуле ДНК перестроились или были частично утеряны под воздействием мутации, то такое строение будет необратимым. А когда «виновником» изменений становятся факторы окружающей среды, то с их устранением исчезнут и вновь приобретенные качества.

Бактериальная хромосома

Кольцевая молекула ДНК в клетках различных представителей класса бактерий отличается по размерам. Но имеет схожее строение, как и функции, во всех случаях.

1. Бактериальная хромосома у прокариотов всегда одна.
2. Она находится в цитоплазме.
3. Если в клетках у эукариотов молекула ДНК имеет линейное строение и считается более длинной (в ней имеется до 1010 пар оснований), то у бактерий она замкнута в кольцо. И еще бактериальная хромосома прокариот короче (5106 пар оснований).
4. В одной кольцевой молекуле ДНК находится информация обо всех нужных функциях для жизнедеятельности бактерий. Эти гены можно поделить на 10 групп (по принципу процессов, которые они контролируют в клетке). Можно отобразить данную классификацию в виде таблицы.

Процессы жизнедеятельности в клетках прокариот	Число изученных генов, которые находятся в клетке бактерий и отвечают за определенные процессы
Доставка клетке различных соединений и питательных веществ	92
Проведение синтеза фосфолипидов, жирных и аминокислот, нуклеотидов, витаминов и других соединений	221
Организация работы аппарата по синтезу белков	164
Синтез оболочки	42
Расщепление сложных органических веществ и другие реакции для выработки энергии	138
Катаболизм (переработка, расщепление) макромолекул белков, углеводов и жиров	22
Способность направленного движения к полезным веществам и от раздражителя (хемотаксис), подвижность бактерий в целом	39
Выработка АТФ (универсальная форма химической энергии, присущая любой живой клетке). Как упоминалось ранее, данный процесс у эукариотов протекает в митохондриях и является для этих органоидов основным родом деятельности	15
Репликация нуклеиновых кислот, в том числе и генов	49
Иные гены, в том числе и с неизученными функциями	110

Вообще, одна хромосома способна нести в себе около 1000 известных генов.

Плазмиды

Еще одним репликоном прокариот являются плазмиды. У бактерий они представляют собой молекулы ДНК, имеющие строение в виде двух цепочек, замкнутых в кольцо. В отличие от бактериальной хромосомы они отвечают за кодирование тех «умений» бактерии, которые помогут ей выжить, если вдруг она окажется в неблагоприятных условиях для существования. Они могут автономно воспроизводить себя, поэтому в цитоплазме может быть несколько копий плазмид.

Трансмиссивные репликоны способны передаваться из одной клетки в другую. Они несут в своей кольцевой молекуле ДНК некоторые признаки, которые причисляют к категории фенотипических изменений:

• выработка устойчивости к антибиотикам;
• способность продуцировать колицины (белковые вещества, способные уничтожать микроорганизмы того же рода, что послужили источником их возникновения);
• переработка сложных органических веществ;
• синтез антибиотических веществ;
• способность проникать в организм и вызывать заболевания;
• возможность преодолевать защитные механизмы, размножаться и распространяться в организме;
• умение вырабатывать токсины.

Последние три «навыка» называют факторами патогенности, знания о которых содержит в себе кольцевая молекула ДНК плазмид. Именно благодаря этим факторам болезнетворные бактерии становятся опасными для человеческого организма.

Таким образом, кольцевая молекула ДНК, имеющаяся у всех прокариот, одна несет в себе целый комплекс навыков, полезных для их выживания и жизнедеятельности.

Тема: «Строение клеток эукариот».

Выберите один правильный ответ.

А1. Митохондрий нет в клетках

2) стафилококка

А2. В выведении продуктов биосинтеза из клетки участвует

1) комплекс Гольджи

2) рибосомы

3) митохондрии

4) хлоропласты

А3. В клубнях картофеля запасы крахмала накапливаются в

1) митохондриях

2) хлоропластах

3) лейкопластах

4) хромопластах

А4. Ядрышко - это место образования

2) хромосом

3) лизосом

4) рибосом

А5. Хроматин находится в

2) рибосомах

3) аппарате Гольджи

4) лизосомах

А6. Функция внутриклеточного переваривания макромолекул принадлежит

1) рибосомам

2) лизосомам

4) хромосомам

А7. Рибосома - это органоид активно участвующий в

1) биосинтезе белка

2) синтезе АТФ

3) фотосинтезе

4) делении клетки

А8. Ядро в клетке растений открыл

1) А. Левенгук

3) Р. Броун

4) И. Мечников

А9. К немембранным компонентам клетки относится

2) аппарат Гольджи

4) рибосома

А10. Кристы имеются в

1) вакуолях

2) пластидах

3) хромосомах

4) митохондриях

А11. Движение одноклеточного животного обеспечивают

1) жгутики и реснички

2) клеточный центр

3) цитоскелет клетки

4) сократительные вакуоли

А12. Молекулы ДНК находятся в хромосомах, митохондриях, хлоропластах клеток

1) бактерий

2) эукариот

3) прокариот

4) бактериофагов

А13. Все прокариотические и эукариотические клетки имеют

1) митохондрии и ядро

2) вакуоли и комплекс Гольджи

3) ядерную мембрану и хлоропласты

4) плазматическую мембрану и рибосомы

А14. Клеточный центр в процессе митоза отвечает за

1) биосинтез белков

2) спирализацию хромосом

3) перемещение цитоплазмы

4) образование веретена деления

А15. Ферменты лизосом образуются в

1) комплексе Гольджи

2) клеточном центре

3) пластидах

4) митохондриях

А16. Термин клетка был введён

1) М. Шлейденом

2) Р. Гуком

3) Т. Шванном

4) Р. Вирховым

А17. Ядро отсутствует в клетках

1) кишечной палочки

2) простейших

4) растений

А18. Клетки прокариот и эукариот различаются по наличию

2) рибосом

А19. Эукариотической клеткой является

1) лимфоцит

2) вирус гриппа

3) бацилла чумы

4) серобактерия

А20. Клеточная мембрана состоит из

1) белков и нуклеиновых кислот

2) липидов и белков

3) только липидов

4) только углеводов

А21. Клетки всех живых организмов имеют

2) митохондрии

3) цитоплазму

4) клеточную стенку

В1. Выберите три верных ответа из шести. Для животной клетке характерно наличие

1) рибосом

2) хлоропластов

3) оформленного ядра

4) целлюлозной клеточной стенки

5) комплекса Гольджи

6) одной кольцевой хромосомы

В2. Выберите три верных ответа из шести. В каких структурах клетки эукариот локализованы молекулы ДНК?

1) цитоплазме

3) митохондриях

4) рибосомах

5) хлоропластах

6) лизосомах

В3. Выберите три верных ответа из шести. Для растительной клетки характерно

1) поглощение твёрдых частиц путём фагоцитоза

2) наличие хлоропластов

3) присутствие оформленного ядра

4) наличие плазматической мембраны

5) отсутствие клеточной стенки

6) наличие одной кольцевой хромосомы

В4. Выберите три верных ответа из шести. Каково строение и функции митохондрий?

1) расщепляют биополимеры до мономеров

2) характеризуются анаэробным способом получения энергии

4) имеют ферментативные комплексы, расположенные на кристах

5) окисляют органические вещества с образованием АТФ

6) имеют наружную и внутреннюю мембраны

В5. Выберите три верных ответа из шести. Сходство клеток бактерий и животных состоит в том, что они имеют

1) оформленное ядро

2) цитоплазму

3) митохондрии

4) плазматическую мембрану

5) гликокаликс

6) рибосомы

В6. Выберите три верных ответа из шести. Для животной клетки характерно

1) наличие вакуолей с клеточным соком

2) присутствие хлоропластов

3) захват веществ путём фагоцитоза

4) деление митозом

5) присутствие лизосом

6) отсутствие оформленного ядра

В7. В клетке растений в отличии от клетки животных, имеются

1) рибосомы

2) хлоропласты

3) центриоли

4) плазматическая мембрана

5) целлюлозная клеточная стенка

6) вакуоли с клеточным соком

В8. Установите соответствие между признаком и группой организмов

А) отсутствие ядра 1) прокариоты

Б) наличие митохондрий 2) эукариоты

В) отсутствие ЭПС

Г) наличие аппарата Гольджи

Д) наличие лизосом

Е) линейные хромосомы, состоящие из ДНК и белка

В9. Установите соответствие между признаком организма и царством, для которого этот признак характерен

А) по способу питания в основном автотрофы 1) Растения

Б) имеют вакуоли с клеточным соком 2) Животные

В) клеточная стенка отсутствует

Г) в клетках имеются пластиды

Д) большинство способно передвигаться

Е) по способу питания преимущественно гетеротрофы

В10. Установите соответствие между наличием названных органоидов у бактериальной и животной клеток.

А) митохондрии 1) клетка печени животного

Б) клеточная стенка 2) бактериальная клетка

Г) аппарат Гольджи

Д) нуклеоид

Е) жгутики

В11. Установите соответствие между структурами клеток и их функциями

А) синтез белков 1) клеточная мембрана

Б) синтез липидов 2) ЭПС

В) разделение клетки на отделы (компартменты)

Г) активный транспорт молекул

Д) пассивный транспорт молекул

Е) формирование межклеточных контактов

В12. Расставьте перечисленные события в хронологическом порядке

А) Изобретения электронного микроскопа

Б) Открытие рибосом

В) Изобретение светового микроскопа

Г) Утверждение Р. Вирхова о появлении «каждой клетки от клетки»

Д) Появление клеточной теории Т. Шванна и М. Шлейдена

Е) Первое употребление термина «клетка» Р. Гуком

В13. Установите соответствие между органоидами клеток и их функциями

А) расположены на гранулярной ЭПС

Б) синтез белка

В) фотосинтез 1) рибосомы

Г) систоят из двух субъединиц 2) хлоропласты

Д) состоят из гран с тилакоидами

Е) образуют полисому

С1. Найдите ошибки в приведённом тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок. 1. Все живые организмы, - животные, растения, грибы, бактерии, вирусы - состоят из клеток.

2. Любые клетки имеют плазматическую мембрану.

3. Снаружи от мембраны у клеток живых организмов имеется жесткая клеточная стенка.

4. Во всех клетках имеется ядро.

5. В клеточном ядре находится генетический материал клетки - молекулы ДНК.

Дайте полный развёрнутый ответ на вопрос

С2. Докажите, что клетка является открытой системой.

С3. Какова роль биологических мембран в клетке?

С4. Каким образом происходит формирование рибосом в клетках эукариот?

С5. Какие черты сходства митохондрий с прокариотами позволили выдвинуть симбиотическую теорию происхождения эукариотической клетки?

С6. Каково строение и функции оболочки ядра?

С7. Какие особенности хромосом обеспечивают передачу наследственной информации?

Ответы на вопросы уровня А

Ответы на задания уровня В

В10. 1 А В Г

В11. 1 В Г Д Е

В12. В Е Д Г А Б

Справа крупнейшая спираль ДНК человека, выстроенная из людей на пляже в Варне (Болгария), вошедшая в книгу рекордов Гиннесса 23 апреля 2016 года

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Общие сведения

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) - своеобразный чертеж жизни, сложный код, в котором заключены данные о наследственной информации. Эта сложная макромолекула способна хранить и передавать наследственную генетическую информацию из поколения в поколение. ДНК определяет такие свойства любого живого организма как наследственность и изменчивость. Закодированная в ней информация задает всю программу развития любого живого организма. Генетически заложенные факторы предопределяют весь ход жизни как человека, так и любого др. организхма. Искусственное или естественное воздействие внешней среды способны лишь в незначительной степени повлиять на общую выраженность отдельных генетических признаков или сказаться на развитии запрограммированных процессов.

Дезоксирибонуклеи́новая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.

С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы (С ) и фосфатной (Ф ) группы (фосфодиэфирные связи).

Рис. 2. Нуклертид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула закручена по винтовой линии.

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином (А-Т ), гуанин — только с цитозином (Г-Ц ). Именно эти пары и составляют «перекладины» винтовой "лестницы" ДНК (см.: рис. 2, 3 и 4).

Рис. 2. Азотистые основания

Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции.

Рис. 3. Репликация ДНК

Расположение базовых комбинаций химических соединений ДНК и количественные соотношения между этими комбинациями обеспечивают кодирование наследственной информации.

Образование новой ДНК (репликация)

1. Процесс репликации: раскручивание двойной спирали ДНК — синтез комплементарных цепей ДНК-полимеразой — образование двух молекул ДНК из одной.
2. Двойная спираль «расстегивается» на две ветви, когда ферменты разрушают связь между базовыми парами химических соединений.
3. Каждая ветвь является элементом новой ДНК. Новые базовые пары соединяются в той же последовательности, что и в родительской ветви.

По завершении дупликации образуются две самостоятельные спирали, созданные из химических соединений родительской ДНК и имеющие с ней одинаковый генетический код. Таким путем ДНК способна перерывать информацию от клетки к клетке.

Более подробная информация:

СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Рис. 4 . Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) относится к нуклеиновым кислотам. Нуклеиновые кислоты - это класс нерегулярных биополимеров, мономерами которых являются нуклеотиды.

НУКЛЕОТИДЫ состоят из азотистого основания , соединенного с пятиуглеродным углеводом (пентозой) - дезоксирибозой (в случае ДНК) или рибозой (в случае РНК), который соединяется с остатком фосфорной кислоты (H 2 PO 3 -).

Азотистые основания бывают двух типов: пиримидиновые основания - урацил (только в РНК), цитозин и тимин, пуриновые основания - аденин и гуанин.

Рис. 5. Структура нуклеотидов (слева), расположение нуклеотида в ДНК (снизу) и типы азотистых оснований (справа): пиримидиновые и пуриновые

Атомы углерода в молекуле пентозы нумеруются числами от 1 до 5. Фосфат соединяется с третьим и пятым атомами углерода. Так нуклеинотиды соединяются в цепь нуклеиновой кислоты. Таким образом, мы можем выделить 3’ и 5’-концы цепи ДНК:

Рис. 6. Выделение 3’ и 5’-концов цепи ДНК

Две цепи ДНК образуют двойную спираль . Эти цепи в спирали сориентированы в противоположных направлениях. В разных цепях ДНК азотистые основания соединены между собой с помощью водородных связей . Аденин всегда соединяется с тимином, а цитозин - с гуанином. Это называется правилом комплементарности .

Правило комплементарности:

A-T G-C

Например, если нам дана цепь ДНК, имеющая последовательность

3’- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5’,

то вторая ей цепь будет комплементарна и направлена в противоположном направлении - от 5’-конца к 3’-концу:

5’- TACAGGATCGACGAGC- 3’.

Рис. 7. Направленность цепей молекулы ДНК и соединение азотистых оснований с помощью водородных связей

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК

Репликация ДНК - это процесс удвоения молекулы ДНК путем матричного синтеза. В большинстве случаев естественной репликации ДНК праймером для синтеза ДНК является короткий фрагмент (создаваемый заново). Такой рибонуклеотидный праймер создается ферментом праймазой (ДНК-праймаза у прокариот, ДНК-полимераза у эукариот), и впоследствии заменяется дезоксирибонуклеотидами полимеразой, выполняющей в норме функции репарации (исправления химических повреждений и разрывов в молекле ДНК).

Репликация происходит по полуконсервативному механизму. Это значит, что двойная спираль ДНК расплетается и на каждой из ее цепей по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Дочерняя молекула ДНК, таким образом, содержит в себе одну цепь от материнской молекулы и одну вновь синтезированную. Репликация происходит в направлении от 3’ к 5’ концу материнской цепи.

Рис. 8. Репликация (удвоение) молекулы ДНК

ДНК-синтез - это не такой сложный процесс, как может показаться на первый взгляд. Если подумать, то для начала нужно разобраться, что же такое синтез. Это процесс объединения чего-либо в одно целое. Образование новой молекулы ДНК проходит в несколько этапов:

1) ДНК-топоизомераза, располагаясь перед вилкой репликации, разрезает ДНК для того, чтобы облегчить ее расплетание и раскручивание.
2) ДНК-хеликаза вслед за топоизомеразой влияет на процесс «расплетения» спирали ДНК.
3) ДНК-связывающие белки осуществляют связывание нитей ДНК, а также проводят их стабилизацию, не допуская их прилипания друг к другу.
4) ДНК-полимераза δ (дельта), согласовано со скоростью движения репликативной вилки, осуществляет синтез ведущей цепи дочерней ДНК в направлении 5"→3" на матрице материнскойнити ДНК по направлению от ее 3"-конца к 5"-концу (скорость до 100 пар нуклеотидов в секунду). Этим события на данной материнской нити ДНК ограничиваются.

Рис. 9. Схематическое изображение процесса репликации ДНК: (1) Отстающая цепь (запаздывающая нить), (2) Ведущая цепь (лидирующая нить), (3) ДНК-полимераза α (Polα ), (4) ДНК-лигаза, (5) РНК-праймер, (6) Праймаза, (7) Фрагмент Оказаки, (8) ДНК-полимераза δ (Polδ ), (9) Хеликаза, (10) Однонитевые ДНК-связывающие белки, (11) Топоизомераза.

Далее описан синтез отстающей цепи дочерней ДНК (см. Схему репликативной вилки и функции ферментов репликации)

Нагляднее о репликации ДНК см.

5) Непосредственно сразу после расплетания и стабилизации другой нити материнской молекулы к ней присоединяется ДНК-полимераза α (альфа) и в направлении 5"→3" синтезирует праймер (РНК-затравку) - последовательность РНК на матрице ДНК длиной от 10 до 200 нуклеотидов. После этого фермент удаляется с нити ДНК.

Вместо ДНК-полимеразы α к 3"-концу праймера присоединяется ДНК-полимераза ε .

6) ДНК-полимераза ε (эпсилон) как бы продолжает удлинять праймер, но в качестве субстрата встраивает дезоксирибонуклеотиды (в количестве 150-200 нуклеотидов). В результате образуется цельная нить из двух частей - РНК (т.е. праймер) и ДНК . ДНК-полимераза ε работает до тех пор, пока не встретит праймер предыдущего фрагмента Оказаки (синтезированный чуть ранее). После этого данный фермент удаляется с цепи.

7) ДНК-полимераза β (бета) встает вместо ДНК-полимеразы ε , движется в том же направлении (5"→3") и удаляет рибонуклеотиды праймера, одновременно встраивая дезоксирибонуклеотиды на их место. Фермент работает до полного удаления праймера, т.е. пока на его пути не встанет дезоксирибонуклеотид (еще более ранее синтезированный ДНК-полимеразой ε ). Связать результат свой работы и впереди стоящую ДНК фермент не в состоянии, поэтому он сходит с цепи.

В результате на матрице материнской нити "лежит" фрагмент дочерней ДНК. Он называется фрагмент Оказаки .

8) ДНК-лигаза производит сшивку двух соседних фрагментов Оказаки , т.е. 5"-конца отрезка, синтезированного ДНК-полимеразой ε , и 3"-конца цепи, встроенного ДНК-полимеразой β .

СТРОЕНИЕ РНК

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.

Так же, как ДНК, РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом . Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы. Однако в отличие от ДНК, РНК обычно имеет не две цепи, а одну. Пентоза в РНК представлена рибозой, а не дезоксирибозой (у рибозы присутствует дополнительная гидроксильная группа на втором атоме углевода). Наконец, ДНК отличается от РНК по составу азотистых оснований: вместо тимина (Т ) в РНК представлен урацил (U ) , который также комплементарен аденину.

Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы используют РНК (мРНК) для программирования синтеза белков.

Клеточные РНК образуются в ходе процесса, называемого транскрипцией , то есть синтеза РНК на матрице ДНК, осуществляемого специальными ферментами - РНК-полимеразами .

Затем матричные РНК (мРНК) принимают участие в процессе, называемом трансляцией, т.е. синтеза белка на матрице мРНК при участии рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим модификациям, и после образования вторичной и третичной структур выполняют функции, зависящие от типа РНК.

Рис. 10. Отличие ДНК от РНК по азотистому основанию: вместо тимина (Т) в РНК представлен урацил (U), который также комплементарен аденину.

ТРАНСКРИПЦИЯ

Это процесс синтеза РНК на матрице ДНК. ДНК раскручивается на одном из участков. На одной из цепей содержится информация, которую необходимо скопировать на молекулу РНК - эта цепь называется кодирующей. Вторая цепь ДНК, комплементарная кодирующей, называется матричной. В процессе транскрипции на матричной цепи в направлении 3’ - 5’ (по цепи ДНК) синтезируется комплементарная ей цепь РНК. Таким образом, создается РНК-копия кодирующей цепи.

Рис. 11. Схематическое изображение транскрипции

Например, если нам дана последовательность кодирующей цепи

3’- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5’,

то, по правилу комплементарности, матричная цепь будет нести последовательность

5’- TACAGGATCGACGAGC- 3’,

а синтезируемая с нее РНК - последовательность

ТРАНСЛЯЦИЯ

Рассмотрим механизм синтеза белка на матрице РНК, а также генетический код и его свойства. Также для наглядности по ниже приведенной ссылке рекомендуем посмотреть небольшое видео о процессах транскрипции и трансляции, происходящих в живой клетке:

Рис. 12. Процесс синтеза белка: ДНК кодирует РНК, РНК кодирует белок

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

Генетический код - способ кодирования аминокислотной последовательности белков с помощью последовательности нуклеотидов. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов - кодоном или триплетом.

Генетический код, общий для большинства про- и эукариот. В таблице приведены все 64 кодона и указаны соответствующие аминокислоты. Порядок оснований — от 5" к 3" концу мРНК.

Таблица 1. Стандартный генетический код

1-е основа ние	2-е основание								3-е основа ние
	U		C		A		G
U	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr/Y)	U G U	(Cys/C)	U
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Leu/L)	U C A		U A A	Стоп-кодон**	U G A	Стоп-кодон**	A
	U U G		U C G		U A G	Стоп-кодон**	U G G	(Trp/W)	G
C	C U U		C C U	(Pro/P)	C A U	(His/H)	C G U	(Arg/R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln/Q)	C GA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Ile/I)	A C U	(Thr/T)	A A U	(Asn/N)	A G U	(Ser/S)	U
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys/K)	A G A		A
	A U G	(Met/M)	A C G		A A G		A G G		G
G	G U U	(Val/V)	G C U	(Ala/A)	G A U	(Asp/D)	G G U	(Gly/G)	U
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Glu/E)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Среди триплетов есть 4 специальных последовательности, выполняющих функции «знаков препинания»:

• *Триплет AUG , также кодирующий метионин, называется старт-кодоном . С этого кодона начинается синтез молекулы белка. Таким образом, во время синтеза белка, первой аминокислотой в последовательности всегда будет метионин.

• **Триплеты UAA , UAG и UGA называются стоп-кодонами и не кодируют ни одной аминокислоты. На этих последовательностях синтез белка прекращается.

Свойства генетического кода

1. Триплетность . Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов - триплетом или кодоном.

2. Непрерывность . Между триплетами нет никаких дополнительных нуклеотидов, информация считывается непрерывно.

3. Неперекрываемость . Один нуклеотид не может входить одновременно в два триплета.

4. Однозначность . Один кодон может кодировать только одну аминокислоту.

5. Вырожденность . Одна аминокислота может кодироваться несколькими разными кодонами.

6. Универсальность . Генетический код одинаков для всех живых организмов.

Пример. Нам дана последовательность кодирующей цепи:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA - 5’.

Матричная цепь будет иметь последовательность:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT - 3’.

Теперь «синтезируем» с этой цепи информационную РНК:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA - 5’.

Синтез белка идет в направлении 5’ → 3’, следовательно, нам нужно перевернуть последовательность, чтобы «прочитать» генетический код:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC - 3’.

Теперь найдем старт-кодон AUG:

5’- AUAUG CUAGCUGCACGUUAGCC - 3’.

Разделим последовательность на триплеты:

звучит следующим образом: информация с ДНК передается на РНК (транскрипция), с РНК - на белок (трансляция). ДНК также может удваиваться путем репликации, и также возможен процесс обратной транскрипции, когда по матрице РНК синтезируется ДНК, но такой процесс в основном характерен для вирусов.

Рис. 13. Центральная догма молекулярной биологии

ГЕНОМ: ГЕНЫ и ХРОМОСОМЫ

(общие понятия)

Геном - совокупность всех генов организма; его полный хромосомный набор.

Термин "геном" был предложен Г. Винклером в 1920 г. для описания совокупности генов, заключенных в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома в отличие от генотипа является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова. Большая часть ДНК эукариотических клеток представлена некодирующими ("избыточными") последовательностями нуклеотидов, которые не заключают в себе информации о белках и нуклеиновых кислотах. Таким образом, основную часть генома любого организма составляет вся ДНК его гаплоидного набора хромосом.

Гены — это участки молекул ДНК, кодирующие полипептиды и молекулы РНК

За последнее столетие наше представление о генах существенно изменилось. Ранее геном называли участок хромосомы, кодирующий или определяющий один признак или фенотипическое (видимое) свойство, например цвет глаз.

В 1940 г. Джордж Бидл и Эдвард Тейтем предложили молекулярное определение гена. Ученые обрабатывали споры гриба Neurospora crassa рентгеновским излучением и другими агентами, вызывающими изменения в последовательности ДНК (мутации ), и обнаружили мутантные штаммы гриба, утратившие некоторые специфические ферменты, что в некоторых случаях приводило к нарушению целого метаболического пути. Бидл и Тейтем пришли к выводу, что ген — это участок генетического материала, который определяет или кодирует один фермент. Так появилась гипотеза «один ген — один фермент» . Позднее эта концепция была расширена до определения «один ген — один полипептид» , поскольку многие гены кодируют белки, не являющиеся ферментами, а полипептид может оказаться субъединицей сложного белкового комплекса.

На рис. 14 показана схема того, как триплеты нуклеотидов в ДНК определяют полипептид - аминокислотную последовательность белка при посредничестве мРНК. Одна из цепей ДНК играет роль матрицы для синтеза мРНК, нуклеотидные триплеты (кодоны) которой комплементарны триплетам ДНК. У некоторых бактерий и многих эукариот кодирующие последовательности прерываются некодирующими участками(так называемыми интронами ).

Современное биохимическое определение гена еще более конкретно. Генами называются все участки ДНК, кодирующие первичную последовательность конечных продуктов, к которым относятся полипептиды или РНК, обладающие структурной или каталитической функцией.

Наряду с генами ДНК содержит и другие последовательности, выполняющие исключительно регуляторную функцию. Регуляторные последовательности могут обозначать начало или конец генов, влиять на транскрипцию или указывать место инициации репликации или рекомбинации. Некоторые гены могут экспрессироваться разными путями, при этом один и тот же участок ДНК служит матрицей для образования разных продуктов.

Мы можем приблизительно рассчитать минимальный размер гена , кодирующего средний белок. Каждая аминокислота в полипептидной цепи кодируется последовательностью из трех нуклеотидов; последовательности этих триплетов (кодонов) соответствуют цепочке аминокислот в полипептиде, который кодируется данным геном. Полипептидная цепь из 350 аминокислотных остатков (цепь средней длины) соответствует последовательности из 1050 п.н. (пар нуклеотидов ). Однако многие гены эукариот и некоторые гены прокариот прерываются сегментами ДНК, не несущими информации о белке, и поэтому оказываются значительно длиннее, чем показывает простой расчет.

Сколько генов в одной хромосоме?

Рис. 15. Вид хромосом в прокаритической (слева) и эукариотической клеках. Гистоны (Histones) — обширный класс ядерных белков, выполняющих две основные функции: они участвуют в упаковке нитей ДНК в ядре и в эпигенетической регуляции таких ядерных процессов, как транскрипция, репликация и репарация.

Как известно, бактериальные клетки имеют хромосому в виде нити ДНК, уложенной в компактную структуру - нуклеоид. Хромосома прокариота Escherichia coli , чей геном полностью расшифрован, представляет собой кольцевую молекулу ДНК (на самом деле, это не правильный круг, а скорее петля без начала и конца), состоящую из 4 639 675 п.н. В этой последовательности содержится примерно 4300 генов белков и еще 157 генов стабильных молекул РНК. В геноме человека примерно 3,1 млрд пар нуклеотидов, соответствующих почти 29 000 генам, расположенным на 24 разных хромосомах.

Прокариоты (Бактерии).

Бактерия E. coli имеет одну двухцепочечную кольцевую молекулу ДНК. Она состоит из 4 639 675 п.н. и достигает в длину примерно 1,7 мм, что превышает длину самой клетки E. coli приблизительно в 850 раз. Помимо крупной кольцевой хромосомы в составе нуклеоида многие бактерии содержат одну или несколько маленьких кольцевых молекул ДНК, свободно располагающихся в цитозоле. Такие внехромосомные элементы называют плазмидами (рис. 16).

Большинство плазмид состоит всего из нескольких тысяч пар нуклеотидов, некоторые содержат более 10000 п. н. Они несут генетическую информацию и реплицируются с образованием дочерних плазмид, которые попадают в дочерние клетки в процессе деления родительской клетки. Плазмиды обнаружены не только в бактериях, но также в дрожжах и других грибах. Во многих случаях плазмиды не дают никаких преимуществ клеткам-хозяевам, и их единственная задача — независимое воспроизведение. Однако некоторые плазмиды несут полезные для хозяина гены. Например, содержащиеся в плазмидах гены могут придавать клеткам бактерий устойчивость к антибактериальным агентам. Плазмиды, несущие ген β-лактамазы, обеспечивают устойчивость к β-лактамным антибиотикам, таким как пенициллин и амоксициллин. Плазмиды могут переходить от клеток, устойчивых к антибиотикам, к другим клеткам того же или другого вида бактерий, в результате чего эти клетки также становятся резистентными. Интенсивное применение антибиотиков является мощным селективным фактором, способствующим распространению плазмид, кодирующих устойчивость к антибиотикам (а также транспозонов, которые кодируют аналогичные гены) среди болезнетворных бактерий, и приводит к появлению бактериальных штаммов с устойчивостью к нескольким антибиотикам. Врачи начинают понимать опасность широкого использования антибиотиков и назначают их только в случае острой необходимости. По аналогичным причинам ограничивается широкое использование антибиотиков для лечения сельскохозяйственных животных.

См. также: Равин Н.В., Шестаков С.В. Геном прокариот // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2013. Т. 17. № 4/2. С. 972-984.

Эукариоты.

Таблица 2. ДНК, гены и хромосомы некоторых организмов

	Общая ДНК, п.н.	Число хромосом*	Примерное число генов
Escherichia coli (бактерия)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae (дрожжи)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans (нематода)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana (растение)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster (плодовая мушка)	120 367 260		20 000
Oryza sativa (рис)	480 000 000		57 000
Mus musculus (мышь)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens (человек)	3 070 128 600		29 000

Примечание. Информация постоянно обновляется; для получения более свежей информации обратитесь к сайтам, посвященным отдельным геномным проектам

* Для всех эукариот, кроме дрожжей, приводится диплоидный набор хромосом. Диплоидный набор хромосом (от греч. diploos- двойной и eidos- вид) - двойной набор хромосом (2n), каждая из которых имеет себе гомологичную.
**Гаплоидный набор. Дикие штаммы дрожжей обычно имеют восемь (октаплоидный) или больше наборов таких хромосом.
***Для самок с двумя Х хромосомами. У самцов есть Х хромосома, но нет Y, т. е. всего 11 хромосом.

В клетке дрожжей, одних из самых маленьких эукариот, в 2,6 раза больше ДНК, чем в клетке E. coli (табл. 2). Клетки плодовой мушки Drosophila , классического объекта генетических исследований, содержат в 35 раз больше ДНК, а клетки человека — примерно в 700 раз больше ДНК, чем клетки E. coli. Многие растения и амфибии содержат еще больше ДНК. Генетический материал клеток эукариот организован в виде хромосом. Диплоидный набор хромосом (2n ) зависит от вида организма (табл. 2).

Например, в соматической клетке человека 46 хромосом (рис. 17 ). Каждая хромосома эукариотической клетки, как показано на рис. 17, а , содержит одну очень крупную двухспиральную молекулу ДНК. Двадцать четыре хромосомы человека (22 парные хромосомы и две половые хромосомы X и Y) различаются по длине более чем в 25 раз. Каждая хромосома эукариот содержит определенный набор генов.

Рис. 17. Хромосомы эукариот. а — пара связанных и конденсированных сестринских хроматид из хромосомы человека. В такой форме эукариотические хромосомы пребывают после репликации и в метафазе в процессе митоза. б — полный набор хромосом из лейкоцита одного из авторов книги. В каждой нормальной соматической клетке человека содержится 46 хромосом.

Если соединить между собой молекулы ДНК человеческого генома (22 хромосомы и хромосомы X и Y или Х и Х), получится последовательность длиной около одного метра. Прим.: У всех млекопитающих и других организмов с гетерогаметным мужским полом, у самок две X-хромосомы (XX), а у самцов — одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY).

Большинство клеток человека , поэтому общая длина ДНК таких клеток около 2м. У взрослого человека примерно 10 14 клеток, таким образом, общая длина всех молекул ДНК составляет 2・10 11 км. Для сравнения, окружность Земли — 4・10 4 км, а расстояние от Земли до Солнца — 1,5・10 8 км. Вот как удивительно компактно упакована ДНК в наших клетках!

В клетках эукариот есть и другие органеллы, содержащие ДНК, — это митохондрии и хлоропласты. Выдвигалось множество гипотез относительно происхождения ДНК митохондрий и хлоропластов. Общепризнанная сегодня точка зрения заключается в том, что они представляют собой рудименты хромосом древних бактерий, которые проникли в цитоплазму хозяйских клеток и стали предшественниками этих органелл. Митохондриальная ДНК кодирует митохондриальные тРНК и рРНК, а также несколько митохондриальных белков. Более 95% митохондриальных белков кодируется ядерной ДНК.

СТРОЕНИЕ ГЕНОВ

Рассмотрим строение гена у прокариот и эукариот, их сходства и различия. Несмотря на то, что ген — это участок ДНК, кодирующий всего один белок или РНК, кроме непосредственно кодирующей части, он также включает в себя регуляторные и иные структурные элементы, имеющие разное строение у прокариот и эукариот.

Кодирующая последовательность - основная структурно-функциональная единица гена, именно в ней находятся триплеты нуклеотидов, кодирующие аминокислотную последовательность. Она начинается со старт-кодона и заканчивается стоп-кодоном.

До и после кодирующей последовательности находятся нетранслируемые 5’- и 3’-последовательности . Они выполняют регуляторные и вспомогательные функции, например, обеспечивают посадку рибосомы на и-РНК.

Нетранслируемые и кодирующая последовательности составлют единицу транскрипции - транскрибируемый участок ДНК, то есть участок ДНК, с которого происходит синтез и-РНК.

Терминатор - нетранскрибируемый участок ДНК в конце гена, на котором останавливается синтез РНК.

В начале гена находится регуляторная область , включающая в себя промотор и оператор .

Промотор - последовательность, с которой связывается полимераза в процессе инициации транскрипции. Оператор - это область, с которой могут связываться специальные белки - репрессоры , которые могут уменьшать активность синтеза РНК с этого гена - иначе говоря, уменьшать его экспрессию .

Строение генов у прокариот

Общий план строения генов у прокариот и эукариот не отличается - и те, и другие содержат регуляторную область с промотором и оператором, единицу транскрипции с кодирующей и нетранслируемыми последовательностями и терминатор. Однако организация генов у прокариот и эукариот отличается.

Рис. 18. Схема строения гена у прокариот (бактерий) - изображение увеличивается

В начале и в конце оперона есть единые регуляторные области для нескольких структурных генов. С транскрибируемого участка оперона считывается одна молекула и-РНК, которая содержит несколько кодирующих последовательностей, в каждой из которых есть свой старт- и стоп-кодон. С каждого из таких участков с интезируется один белок. Таким образом, с одной молекулы и-РНК синтезируется несколько молекул белка.

Для прокариот характерно объединение нескольких генов в единую функциональную единицу - оперон . Работу оперона могут регулировать другие гены, которые могут быть заметно удалены от самого оперона - регуляторы . Белок, транслируемый с этого гена называется репрессор . Он связывается с оператором оперона, регулируя экспрессию сразу всех генов, в нем содержащихся.

Для прокариот также характерно явление сопряжения транскрипции и трансляции .

Рис. 19 Явление сопряжения транскрипции и трансляции у прокариот - изображение увеличивается

Такое сопряжение не встречается у эукариот из-за наличия у них ядерной оболочки, отделяющей цитоплазму, где происходит трансляция, от генетического материала, на котором происходит транскрипция. У прокариот во время синтеза РНК на матрице ДНК с синтезируемой молекулой РНК может сразу связываться рибосома. Таким образом, трансляция начинается еще до завершения транскрипции. Более того, с одной молекулой РНК может одновременно связываться несколько рибосом, синтезируя сразу несколько молекул одного белка.

Строение генов у эукариот

Гены и хромосомы эукариот очень сложно организованы

У бактерий многих видов всего одна хромосома, и почти во всех случаях в каждой хромосоме присутствует по одной копии каждого гена. Лишь немногие гены, например гены рРНК, содержатся в нескольких копиях. Гены и регуляторные последовательности составляют практически весь геном прокариот. Более того, почти каждый ген строго соответствует аминокислотной последовательности (или последовательности РНК), которую он кодирует (рис. 14).

Структурная и функциональная организация генов эукариот гораздо сложнее. Исследование хромосом эукариот, а позднее секвенирование полных последовательностей геномов эукариот принесло много сюрпризов. Многие, если не большинство, генов эукариот обладают интересной особенностью: их нуклеотидные последовательности содержат один или несколько участков ДНК, в которых не кодируется аминокислотная последовательность полипептидного продукта. Такие нетранслируемые вставки нарушают прямое соответствие между нуклеотидной последовательностью гена и аминокислотной последовательностью кодируемого полипептида. Эти нетранслируемые сегменты в составе генов называют интронами , или встроенными последовательностями , а кодирующие сегменты — экзонами . У прокариот лишь немногие гены содержат интроны.

Итак, у эукариот практически не встречается объединение генов в опероны, и кодирующая последовательность гена эукариот чаще всего разделена на транслируемые участки - экзоны , и нетранслируемые участки - интроны.

В большинстве случаев функция интронов не установлена. В целом, лишь около 1,5% ДНК человека являются ≪кодирующими≫, т. е. несут информацию о белках или РНК. Однако с учетом крупных интронов получается, что ДНК человека на 30% состоит из генов. Поскольку гены составляют относительно небольшую долю в геноме человека, значительная часть ДНК остается неучтенной.

Рис. 16. Схема строение гена у эукариот - изображение увеличивается

С каждого гена сначала синтезируется незрелая, или пре-РНК, которая содержит в себе как интроны, так и экзоны.

После этого проходит процесс сплайсинга, в результате которого интронные участки вырезаются, и образуется зрелая иРНК, с которой может быть синтезирован белок.

Рис. 20. Процесс альтернативного сплайсинга - изображение увеличивается

Такая организация генов позволяет, например, осуществить , когда с одного гена могут быть синтезированы разные формы белка, за счет того, что в процессе сплайсинга экзоны могут сшиваться в разных последовательностях.

Рис. 21. Отличия в строении генов прокариот и эукариот - изображение увеличивается

МУТАЦИИ И МУТАГЕНЕЗ

Мутацией называется стойкое изменение генотипа, то есть изменение нуклеотидной последовательности.

Процесс, который приводит к возникновению мутаций называется мутагенезом , а организм, все клетки которого несут одну и ту же мутацию — мутантом .

Мутационная теория была впервые сформулирована Гуго де Фризом в 1903 году. Современный ее вариант включает в себя следующие положения:

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно.

2. Мутации передаются из поколения в поколение.

3. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными, доминантными или рецессивными.

4. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

5. Сходные мутации могут возникать повторно.

6. Мутации не направленны.

Мутации могут возникать под действием различных факторов. Различают мутации, возникшие под действием мутагенных воздействий : физических (например, ультрафиолета или радиации), химических (например, колхицина или активных форм кислорода) и биологических (например, вирусов). Также мутации могут быть вызваны ошибками репликации .

В зависимости от условий появления мутации подразделяют на спонтанные — то есть мутации, возникшие в нормальных условиях, и индуцированые — то есть мутации, которые возникли при особых условиях.

Мутации могут возникать не только в ядерной ДНК, но и, например, в ДНК митохондрий или пластид. Соответственно, мы можем выделять ядерные и цитоплазматические мутации.

В результате возникновения мутаций часто могут появляться новые аллели. Если мутантный аллель подавляет действие нормального, мутация называется доминантной . Если нормальный аллель подавляет мутантный, такая мутация называется рецессивной . Большинство мутаций, приводящих к возникновению новых аллелей являются рецессивными.

По эффекту выделяют мутации адаптивные , приводящие к повышению приспособленности организма к среде, нейтральные , не влияющие на выживаемость, вредные , понижающие приспособленность организмов к условиям среды и летальные , приводящие к смерти организма на ранних стадиях развития.

По последствиям выделяются мутации, приводящие к потери функции белка , мутации, приводящие к возникновению у белка новой функции , а также мутации, которые изменяют дозу гена , и, соответственно, дозу белка синтезируемого с него.

Мутация может возникнуть к любой клетке организма. Если мутация возникает в половой клетке, она называется герминативной (герминальной, или генеративной). Такие мутации не проявляются у того организма, у которого они появились, но приводят к появлению мутантов в потомстве и передаются по наследству, поэтому они важны для генетики и эволюции. Если мутация возникает в любой другой клетке, она называется соматической . Такая мутация может в той или иной степени проявляться у того организма, у которого она возникла, например, приводить к образованию раковых опухолей. Однако такая мутация не передается по наследству и не влияет на потомков.

Мутации могут затрагивать разные по размеру участки генома. Выделяют генные , хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации

Мутации, которые возникают в масштабе меньшем, чем один ген, называются генными , или точечными (точковыми) . Такие мутации приводят к изменению одного и нескольких нуклеотидов в последовательности. Среди генных мутаций выделяют замены , приводящие к замене одного нуклеотида на другой, делеции , приводящие к выпадению одного из нуклеотидов, инсерции , приводящие к добавлению лишнего нуклеотида в последовательность.

Рис. 23. Генные (точечные) мутации

По механизму воздействия на белок, генные мутации делят на: синонимичные , которые (в результате вырожденности генетического кода) не приводят к изменению аминокислотного состава белкового продукта, миссенс-мутации , которые приводят к замене одной аминокислоты на другую и могут влиять на структуру синтезируемого белка, хотя часто они оказываются незначительными, нонсенс-мутации , приводящие к замене кодирующего кодона на стоп-кодон, мутации, приводящие к нарушению сплайсинга:

Рис. 24. Схемы мутаций

Также по механизму воздействия на белок выделяют мутации, приводящие к сдвигу рамки считывания , например, инсерции и делеции. Такие мутации, как и нонсенс-мутации, хоть и возникают в одной точке гена, часто воздействуют на всю структуру белка, что может привести к полному изменению его структуры.

Рис. 29. Хромосома до и после дупликации

Геномные мутации

Наконец, геномные мутации затрагивают весь геном целиком, то есть меняется количество хромосом. Выделяют полиплоидии — увеличение плоидности клетки, и анеуплоидии, то есть изменение количества хромосом, например, трисомии (наличие у одной из хромосом дополнительного гомолога) и моносомии (отсутствие у хромосомы гомолога).

Видео по теме ДНК

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК, КОДИРОВАНИЕ РНК, СИНТЕЗ БЕЛКА

Источник заданий: https://ege.sdamgia.ru/ (решали сами)

Задание 1.

Рассмотрите схему. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса.

Объяснение: гипоталамус посылает сигнал в гипофиз (а вообще-то выработкой гормонов занимается гипоталамо-гипофизарный комплекс), который выделяет гормон роста.

Правильный ответ - гипофиз.

Задание 2.

Какие науки изучают живые системы на организменном уровне? Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны.

1. Анатомия

2. БИоценология

3. Физиология

4. Молекулярная биология

5. Эволюционное учение

Объяснение: на организменном уровне живые системы изучаются анатомией (строение организма) и физиологией (внутренние процессы).

Правильный ответ - 13.

Задание 3.

В ДНК на долю нуклеотидов с аденином приходится 18%. Определите процентное содержание нуклеотидов с цитозином, входящих в состав молекулф. В ответе запишите только соответствующее число.

Объяснение: на долю нуклеотидов с аденином приходится 18%. По принципу комплементарности аденин связан с тимином, а цитозин с гуанином. Значит, количество нуклеотидов с тимином тоже 18%. Тогда на долю нуклеотидов с цитозином и гуанином приходится 100% - (18% + 18%) = 64%.

Разделим на 2, получим 32%.

Правильный ответ - 32%.

Задание 4.

Выберите два верных ответа из пяти. В каких структурах клетки эукариот локализованы молекулы ДНК?

1. Цитоплазме

2. Ядре

3. Митохондриях

4. Рибосомах

5. Лизосомах

Объяснение: ДНК в эукариотических клетках содержится в ядре линейная молекула (одна или несколько) и в митохондриях (кольцевая митохондриальная ДНК), так как раньше митохондрии были свободноживущими микроорганизмами и построены по типу эукариотических клеток.

Правильный ответ - 23.

Задание 5.

Установите соответствие между признакми органоида клетки и органоидом, для которого эти признаки характерны.

Признаки органоида

А. Содержит зеленый пигмент

Б. Состоит из двойной мембраны, тилакоидов и гран

В. Преобразует энергию света в химическую энергию

Г. Состоит из двойной мембраны и крист

Д. Обеспечивает окончательное окисление питательных веществ

Е. Запасает энергию в виде 38 молей АТФ при расщеплении 1 моля глюкозы

Органоиды

1. Хлоропласт

2. Митохондрия

Объяснение:

хлоропласты - зеленые пластиды, состоящие из двойной мембраны, тилакоидов и гран, они преобразуют энергию света в энергию химических связей.

Митохондрии - двумембранные органеллы, имеющие кристы (вогнутости внутренней мембраны). В митохондриях происходит окисление питательных веществ, в ходе чего выделяется 38 молекул АТФ при расчете на однк молекулу глюкозы.

Правильный ответ - 111222.

Задание 7.

В данном списке указаны клетки, в которых набор хромосом гаплоиден. Определите два признака, "выпадающих" из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.

1. Клетки заростка папоротника

2. Клетки коробочки мха

3. Спермии ржи

4. Клетки эндосперма пшеницы

5. Споры хвоща

Объяснение: гаплоидный набор хромосом содержится в клетках заростка папоротника (так как развивается из гаплоидной споры), в спермиях ржи (в половых клетках гаплоидный набор хромосом) и споры хвоща (образуются мейозом). В клетках коробочки мха и клетках эндосперма пшеницы диплоидный набор хромосом.

Правильный ответ - 24.

Задание 8.

Установите соответствие между способом размножения и конкретным примером.

Пример

А. Спорообразование папоротника

Б. Образование гамет хламидомонады

В. Образование спор у сфагнума

Г. Почкование дрожжей

Д. Нерест рыб

Способ размножения

1. Бесполое

2. Половое

Объяснение: бесполое размножение происходит без участия половых клеток, к нему отнесем спорообразование папоротника и мха сфагнума, почкование дрожжей.

Половое размножение идет с участием половых клеток, то есть образование гамет хламидомонады и нерест рыб.

Правильный ответ - 12112.

Задание 9.

Какими особенностями обладают грибы? Выберите три верных признакак из шести.

1. Автотрофные организмы

2. В клеточных стенках есть хитин

3. Все многоклеточные

4. Некоторые образуют микоризу с растениями

6. Растут всю жизнь

Объяснение: грибы - отдельное царство живых организмов. В их клеточных стенках содержится хитин, некоторые из них образуют микоризу с растениями и растут в течение всей жизни.

Правильный ответ - 246.

Задание 10.

Установите соответствие между признаками организма и организмом, которому данный признак принадлежит.

Признаки

А. Запасают углеводы в виде крахмала

Б. Тело образовано гифами

В. В состав клеточной стенки входит хитин

Д. При размножении образуют споры

Е. Запасное вещество - гликоген

Организмы

1. Водоросли

2. Грибы

Объяснение: водоросли - низшие растения, в их клетках углеводы запасаются в виде крахмала, содержат зеленый пигмент - хлорофилл и образуют зооспоры при размножении.

Грибы имеют тело, образованное гифами, в состав их клеточных стенок входит хитин, а запасное вещество клеток - гликоген.

Правильный ответ - 122112.

Задание 11.

Расположите в правильном порядке кости задних конечностей птицы, начиная с позвоночника. В ответе запишите соответствующую последовательность цифр.

1. Цевка

2. Кость голени

3. Фаланги пальцев

4. Бедренная кость

Объяснение: рассмотрим картинку.

Сверху вниз располагаются кости: бедренная кость - голень - цевка - фаланги пальцев.

Правильный ответ - 4213.

Задание 12.

Выберите признаки безусловных рефлексов человека.

1. Не наследуются

2. Вырабатываются в процессе эволюции

3. Характерны для всех особей вида

4. Приобретаются в течение жизни

5. Передаются по наследству

6. Индивидуальны

Объяснение: безусловные рефлексы - это те рефлексы, с которыми рождается определенный вид живых организмов. Они вырабатываются в процессе эволюции, характерны для всех особей всегда и передаются по наследству.

Правильный ответ - 235.

Задание 13.

Установите соответствие между показателями жизненнх функций человека и диагнозами заболевания.

Показатели жизненных функций

А. Авитаминоз С

Б. Выпадение зубов

В. Повышенное содержание тироксина в крови

Г. Повышенное содержание глюкозы в крови

Д. Выпученный глаза, зоб

Е. Недостаток инсулина в крови

Диагноз

1. Сахарный диабет

2. Цинга

3. Базедова болезнь

Объяснение: сахарный диабет бывает нескольких типов и вырабатывается при пониженном содержании инсулина (инсулин - гормон поджелудочной железы, который переносит глюкозу в клетки), без инсулина (или при его недостатке) глюкоза накапливается в крови и не вырабатывается АТФ.

Цинга - болезнь моряков при недостатке витамина С (авитаминоз С), характеризуется выпадением зубов и кровоточивостью десен.

Базедова болезнь развивается при повышенном содержании тироксина в крови (гиперфункции щитовидной железы), характеризуется выпученными глазами, зобом).

Правильный ответ - 223131.

Задание 14.

Расположите в правильном порядке кости верхней конечности, начиная с плечевого пояса. В ответе запишите соответствующую последовательность цифр.

1. Кости пясти

2. Плеченвая кость

3. Фаланги пальцев

4. Лучевая кость

5. Кости запястья

Объяснение: скелет свободной верхней коснечности выгладит так:

То есть: плечевая кость, лучевая кость, кости запястья, кости пясти, фаланги пальцев.

Правильный ответ - 24513.

Задание 15.

Выберите признаки, характеризующие естественный отбор как движущую силу эволюции.

1. Источник эволюционного материала

2. Обеспечивает резерв наследственной изменчивости

3. Объектом является фенотип особи

4. Обеспечивает селекцию генотипов

5. Фактор направленного действия

6. Фактор случайного действия

Объяснение: Естественный отбор - отбор, в результате которого (в естественной среде) выживает наиболее приспособленный к данным условиям среды организм (выделяют формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный).

Естественный отбор - одна из движущих сил эволюции.

Характеристики:

Обект - фенотип особи

Обеспечивает селекцию генотипов

Является фактором направленного действия (в сторону образования наиболее приспособленных организмов).

Правильный ответ - 345.

Задание 16.

Установите соответствие между организмами, появившимися или расцветавшими в процессе эволюции, и эрами, в которые они появились и расцветали.

Организмы

А. Возникновение первых птиц

Б. Расцвет рептилий

В. Расцвет моллюсков

Г. Расцвет насекомых

Д. Расцвет млекопитающих

Е. Распространение птиц

Эры

1. Палеозойская

2. Мезозойская

3. Кайнозойская

Объяснение: рассмотрим таблицу.

В палеозое происходит расцвет моллюсков.

В мезозое - расцвет рептилий и появление первых птиц (археоптерикс и т.д.).

В кайнозое - расцвет насекомых и млекопитающих, распространение птиц.

Правильный ответ - 221333.

Задание 17.

Какие признаки характеризуют агроценоз? Выберите три верных ответа из шести и запишите их.

1. Естественный круговорот веществ у данного сообщества нарушен

2. Высокая численность растений одного вида

3. Большое число видов растений и животных

4. Ведущий фактор, влияющий на сообщество, - искусственный отбор

5. Замкнутый круговорот веществ

6. Виды имеют различные приспособления к совместному обитанию

Объяснение: агроценоз - искусственная экосистема, созданная человеком. В ней нарушен естественный круговорот веществ (круговорот веществ незамкнут), высокая численность растений одного вида (например, картофельное поле), ведущим фактором является искусственный отбор.

Правильный ответ - 124.

Задание 18.

Установите соответствие между характеристикой среды и ее фактором.

Характеристика

А. Постоянство газового состава атмосферы

Б. Изменение толщины озонового экрана

В. Изменение влажности воздуха

Г. Изменение численности консументов

Д. Изменение численности продуцентов

Факторы среды

1. Биотические

2. Абиотические

Абиотические факторы - факторы неживой природы - постоянство газового состава атмосферы, изменение толщины озонового экрана, изменение влажности воздуха.

Правильный ответ - 111222.

Задание 19.

Расположите в правильном порядке элементы классификации вида Серая жаба, начиная с наименьшего. В ответе запишите соответствующую последовательность цифр.

1. Класс Земноводные

2. Тип Хордовые

3. Род Жабы

4. Царство Животные

5. Отряд Бесхвостые

Объяснение: располагаем таксоны, начиная с наименьшего.

Вид Жаба серая

Род Жабы

Отряд Бесхвостые

Класс Земноводные

Тип Хордовые

Царство Животные

Правильный ответ - 35124.

Задание 20.

Вставьте в текст «Питание в листе» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст цифры выбранных ответов, а затем получившуюся последовательность цифр (по тексту) впишите в приведённую ниже таблицу.

ПИТАНИЕ В ЛИСТЕ

Органические вещества образуются в листе в процессе ___________ (А). Затем они перемещаются по особым клеткам проводящей ткани — ___________ (Б) — к остальным органам. Эти клетки расположены в особой зоне коры стебля — ___________ (В). Такой вид питания растений получил называние ___________ (Г), поскольку исходным веществом для него служит углекислый газ, добываемый растением из атмосферы.

Перечень терминов:

1. Воздушное

2. Древесина

3. Дыхание

4. Луб

5. Почвенное

6. Ситовидная трубка

7. Сосуд

8. Фотосинтез

Объяснение: растениям свойственен процесс образования органических веществ из неорганических - фотосинтез. Органические вещества перемещаются по клеткам проводящей ткани - ситовидным трубкам. Они расположены в лубе. Такое питание растений называется воздушным.

Правильный ответ - 8641.

Задание 21.

Пользуясь таблицей "Размножение рыб" и знаниями из области биологии, выберите правильный утверждения.

1) Наибольший средний диаметр икринок у щук.

2) Треску балтийскую рыбаки отлавливают в неполовозрелом возрасте.

3) Наибольший средний диаметр икринок у сазана и трески.

4) Количество икринок у колюшки самое низкое, так как действует естественный отбор: поедают хищники, гибнут от болезней и случайных факторов.

5) Сазан выметывает самое большое количество икринок, т.к. это самые крупные рыбы, из указанных представителей.

Объяснение: исходя из данных таблицы, икринки щуки имеют наибольший средний диаметр (2, 7 мм).

Треска балтийская достигает половозрелости к 5-9 годам, а вылавливают ее в 3 года (то есть до половозрелости).

Утверждение 3 - неверно.

Утверждения 4 и 5 возможно и верны, но таких данных у нас нет (про естественный отбор и размеры рыб).

Правильный ответ - 12.

Задание 22.

К каким изменениям в экосистеме леса может привести сокращение численности растительноядных млекопитающих?

Объяснение: возможные последствия:

1. Отсутствие контроля численности растений (заселение растениями "бедных" областей) - распространение заболеваний среди растений.

2. Сокращение количества консументов 1 порядка (из-за отсутствия еды)

3. Сокращение количества консументов 2 и 3 порядков (из-за сокращения количества консументов 1 порядка).

Задание 23.

Назовите изображенный на рисунке организм и тип, к которому его относят. Что обозначено буквами А и Б, назовите функции указанных клеток.

Объяснение: на рисунке изображена гидра, Тип Кишечнополостные.

Гидра имеет два слоя - наружный (эктодерма) и внутренний (энтодерма).

Буквой А обозначены стрекательные клетки. Их гидра выпускает, чтобы поймать и обездвижить жертву.

Буквой Б обозначена пищеварительная мускульная клетка (функция - переваривание).

Задание 24.

Най-ди-те ошиб-ки в при-ве-ден-ном тек-сте. Ука-жи-те но-ме-ра пред-ло-же-ний, в ко-то-рых сде-ла-ны ошиб-ки, объ-яс-ни-те их.

1. Полость носа выстлана мерцательным эпителием.

2. Гортань - полый орган воронкообразной формы.

3. Над-гор-тан-ник за-кры-ва-ет вход в пищевод.

5. Ка-шель про-ис-хо-дит при силь-ном вдохе.

6. Гор-тань пе-ре-хо-дит в в два круп-ных брон-ха.

Объяснение: предложение- 3 - надгортанник (надгортанный хрящ) закрывает вход в гортань, а не в пищевод.

Предложение 5 - мы кашляем при сильном выдохе, а не вдохе (при сужении дыхательных путей при простудном заболевании, например. Но, вообще, причин кашля на выдохе может быть очень много).

Предложение 6 - гортань переходит в трахею, а она разделяется на два больших бронха.

Задание 25.

Приспособленность скелета птиц к полету. Указать не менее 4-х признаков.

Объяснение:

1. Полые кости

2. Двойное дыхание - воздушные мешки

3. Развитие передних конечностей в крылья

4. Развитие перьев

5. Мускулистый и железистый желудок

6. Развитие киля

7. Развитие цевки

8. Редукция зубов

9. Редукция мочевого пузыря и правого яичника

Задание 26.

Укажите примеры губительного влияния человека на флору, поясните, в чем выражается вред влияния. Укажите не менее 4-х пунктов.

Объяснение: к снижению биологического разнообразия приводят следующие действия человека:

1. Сжигание лесов (травы и т.д.).

2. Вырубка лесов.

3. Распашка почв.

4. Уничтожение отдельных видов растений.

5. Уничтожение растений, занесенных в Красную книгу.

6. Уничтожение сорняков (прополка или использование специальных веществ - гербицидов).

7. Осушение болот - уничтожение водорослей, мхов и т.д.

8. Способствование усилению глобальных изменений.

Задание 27.

В соматических клетках овса 42 хромосомы. Определите хромосомный набор и количество молекул ДНК перед началом мейоза I и в метафазе мейоза II. Ответ поясните.

Объяснение: соамтические клетки овса содержат диплоидный (двойной) набор хромосом, а в процессе мейоза получается 4 гаплоидный клетки (с одинарным набором хромосом). В начале мейоза происходит удвоение количества молекул ДНК, то есть было 2n2c, а стало 2n4с. К метафазе мейоза II уже произошло одно деление, то есть набор остался 1n2c.

Расмотрим таблицу.

Задание 28.

При скрещивании растений кукурузы с гладкими окрашенными семенами и растений с морщинистыми неокрашенными семенами потомство оказалось с гладкими и окрашенными семенами. В анализирующем скрещивании гибрида F1 получилось потомство двух фенотипических групп. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родительских особей, генотипы и фенотипы потомства в скрещиваниях. Объясните появление двух фенотипических групп в F2. Какой закон наследственности проявляется в F1 и F2?

Объяснение: А - гладкие семена

а - морщинистые семена

В - окрашенные семена

в - неокрашенные семена

В первом скрещивании в потомстве получаем единообразие (все растения с гладкими и окрашенныеми семенами). Значит скрещивание выглядит так:

Р1: ААВВ х аавв

Г1: АВ х ав

АаВв - гладкие окрашенные семена

Проведем анализирующее скрещивание (с рецессивной гомозиготой):

Р2: АаВв х аавв

Г2: АВ, ав х ав, так как в потомстве были получены только две фенотипические группы, делаем вывод, что гены АВ и ав сцеплены

F2: АаВв - гладкие окрашенные семена

аавв - морщинистые неокрашенные семена