Биология_с_основами_экологии (1) учебно-метод. пособие. Чугайнова. 2010

Классификация живых организмов по источнику энергии и источнику углерода

Большинство организмов относятся к ФОТОАВТОТРОФАМ и ХЕМОГЕТЕРОТРОФАМ.

Фотосинтез – это синтез органических соединений из неорганических, идущий за счет энергии света. Фотосинтез – это преобразование волновой энергии (света) в энергию химических связей. Ведущую роль в процессах фотосинтеза играют фотосинтетические пигменты, которые обладают уникальным свойством – улавливать свет и превращать его энергию в химическую энергию.

Хемосинтез – процесс синтеза органических соединений из неорганических за счет химической энергии, получаемой при окислении неорганических веществ (серы, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.). Наибольшее значение имеют нитрифицирующие, железо- и серобактерии.

Гетеротрофы – организмы, использующие для питания готовые сложные органические соединения, которые дают им энергию для

жизни, а также атомы и молекулы, идущие на поддержание и возобновление клетки.

Типы гетеротрофного питания

• голозойный • сапрофитный • симбиотический • паразитический

Голозойный . Организмы захватывают пищу внутрь тела, где она переваривается, превращаясь в небольшие растворимые молекулы, которые могут всасываться и усваиваться организмом. Свободноживущие голозойные имеют пищеварительный тракт, в котором протекают эти процессы. Большинство животных и насекомоядные растения – голозойные.

Этапы голозойного типа питания: поглощение пищи --- пере-

варивание ---- всасывание ---- ассимиляция ---- экскрекция:

•Поглощение пищи. Потребление сложных органических соединений.

•Переваривание. Расщепление больших, сложных, нераство-

римых молекул органических соединений и превращение их в небольшие, растворимые молекулы, способные к диффузии. Переваривание осуществляется путем механического измельчения и ферментативного гидролиза пищи и может быть как внеклеточным, так и внутриклеточным.

•Всасывание. Перенос растворимых молекул через мембрану из мест переваривания и доставка их к тканям организма. Всосавшиеся питательные вещества либо сразу поступают в клетки, либо вначале попадают в кровеносное русло и с кровью транспортируются к соответствующим участкам тела.

•Ассимиляция. Использование организмом всосавшихся молекул

для получения энергии или для пластических нужд.

• Экскреция. Удаление из организма непереваренных остатков пищи.

К голозойным относятся:

Травоядные – животные, которые питаются растительной пищей. Плотоядные – животные, которые поедают других животных. Всеядные – животные, которые едят смешанную животно-

растительную пищу.

Микрофаги– животные, которые поглощают пищу в виде мелких частиц; примером могут служить дождевые черви.

Макрофаги – животные, которые поглощают пищу крупными кусками, называются макрофагами.

Существуют животные, потребляющие только жидкую пищу, например, тли и комары.

Сапрофитный. Сапрофиты – (от греч. sapros – гнилой; phyton

– растение). Организмы, которые питаются мертвым или разлагающимся органическим материалом.

Все сапрофитные организмы выделяют ферменты непосредственно на потенциальный продукт питания, который под воздействием этих ферментов подвергается перевариванию. Растворимые конечные продукты такого переваривания всасываются и ассимилируются сапрофитом. Питаясь органическими остатками мертвых растений и животных, сапрофиты участвуют в их уничтожении путем разложения. Значительная часть образующихся при этом низкомолекулярных веществ самими сапрофитами не используются, но их поглощают растения. Таким образом, деятельность сапрофитов является важным звеном в круговороте веществ, обеспечивая возвращение необходимых для жизни химических элементов от мертвых организмов к живым.

Симбиотический. Симбиоз (от греч. simbiosis – совместная жизнь) – одна из форм совместного существования двух различных организмов. Существуют две разновидности симбиоза – мутуализм и комменсализм.

Мутуализмом называются взаимовыгодные отношения между двумя организмами. Иногда этот термин используется вместо термина «симбиоз». Мутуализм может существовать между двумя животными, двумя растениями или между растением и животным. Так, например, актиния прикрепляется к раковине, в которой живет рак отшельник. Актиния питается остатками пищи краба и перемещается вместе с ним с одного места на другое. В свою очередь она обеспечивает крабу маскировку, а её стрекательные клетки служат ей защитой. По всей видимости, актиния не может существовать, не прикрепившись к раковине краба, но и краб, лишившись актинии, будет искать другую актинию и сам перенесет её на раковину, в которой обитает.

Растительноядные жвачные дают приют обширной фауне ресничных, например Entodinium, способных переваривать целлюло-

зу. Последние могут существовать только в анаэробных условиях, подобных тем, которые имеются в пищеварительном тракте животных. Ресничные, обитающие в пищеварительном тракте жвачных, питаются содержащейся в пище хозяина целлюлозой, превращая ее в такие соединения, которые уже сами жвачные способны переваривать до продуктов, подвергающихся всасыванию и ассимиляции.

Комменсализм (лат. com-с, вместе и mensa – стол, трапеза) –

такая форма симбиоза, при которой один из партнеров извлекает пользу из совместного существования с другим партнером (иногда называемым хозяином). При такой форме симбиоза хозяин не получает от совместного существования ни пользы, ни вреда. Так, например, колониальный полип прикрепляется к раковинам брюхоногих моллюсков, в которых обитают раки-отшельники. Полип получает от краба питание, поглощая остатки его пищи, а для краба такое совместное существование является совершенно безразличным.

Паразитический. Паразит (от греч. para – около и sitos – пища) обитает внутри или на поверхности тела другого организма, называемого хозяином, и получает от него пищу и, как правило, местообитание. В данном случае совместное существование выгодно только паразиту, тогда как хозяину его присутствие может приносить вред. Процветающий паразит может сосуществовать с хозяином, не причиняя ему серьезного вреда и обеспечивая, таким образом, собственное будущее.

Паразиты, обитающие на поверхности тела хозяина, называются эктопаразитами(например,клещи,блохиипиявки);такиеорганизмы не всегда ведут исключительно паразитический образ жизни.

Паразиты, обитающие внутри организма хозяина, называются эндопаразитами (например, малярийный плазмодий и цепень

(Taenia).

Паразитизм бывает обязательным (облигатным) и необязатель-

ным (факультативным). Если организм вынужден постоянно вести паразитический образ жизни, его называют облигатным паразитом. Примером факультативных (необязательных) паразитов являются грибы, которые вначале ведут паразитический образ жизни, а после гибели хозяина переходят на сапрофитное питание на мертвом теле. Некоторые зеленые растения являются полупаразитами: обладая способностью к фотосинтезу, микроэлементы тем не менее они по-

лучают от хозяина. Примером таких растений может служить омела белая, гаустории которой проникают в древесину растения – хозяина и высасывают из нее минеральные соли и воду.

Задания для самостоятельной работы студентов

1. Заполните таблицу: Элементарный состав клетки

% от сухого вещества

Примеры

Значения

2. Заполните таблицу: Химические соединения клетки

3. Заполните таблицу: Углеводы

Где накапливается

4. Заполните таблицу: Липиды

6. Заполните таблицу: Структура белка

Химические связи, удерживающие структуру

Пример

Биологическое

значение

7. Заполните таблицу: Нуклеиновые кислоты

9. Заполните таблицу: Типы питания организмов

13. Заполните таблицу: Энергетический обмен (диссимиляция)

15. Решите задачи по молекулярной биологии:

1.Запись фрагмента белка гемоглобина в ДНК имеет следующий код – АЦЦТГТААЦААЦ. – Какие аминокислоты составляют фрагмент этого участка белка?

2.В молекуле белка следующая последовательность аминокислот: треонин – пролин – лизин – глутамин. Каков будет код этих аминокислот?

3.Фрагмент белка имеет в своём составе аминокислоты: – фенилаланин – аспаргин – цистеин – серин. Каков будет их код в ДНК?

4.ДНК содержит такую последовательность нуклеотидов: – АЦГЦГААЦЦАЦА –. Какие аминокислоты записаны в ней?

5.У людей, больных серповидноклеточной анемией, белок гемоглобин имеет 300 аминокислот. Его код в одной из цепей следующий:

–АЦЦТГТААЦААЦЦАЦГГГТГТАГТТТТ. – Назовите аминокислоты и их последовательность в этом фрагменте белка.

У здоровых людей с нормальным гемоглобином код в цепи ДНК следующий:

–АЦЦТГТААЦААЦЦАЦГГГАГТАГТТТТ – Назовите аминокислоты и их порядок в этом фрагменте белка.

Какое изменение в коде вызывает заболевание? К какому виду изменчивости оно относится?

6. В белке известны следующие аминокислоты: – тирозин – фенилаланин – цистеин – серин-. Каков будет его код в молекуле ДНК?

7.Какиеаминокислотыивкакойпоследовательностирасположены в молекуле белка, если известно, что в соответствующем участке цепи ДНК нуклеотиды следуют в таком порядке:

–ААЦГГЦААТТТАЦ – или

–ТТТГГАЦАЦААААЦ. –

8.Какиеаминокислотыивкакойпоследовательностирасположены в молекуле белка, если известно, что в соответствующем участке цепи ДНК нуклеотиды следуют в таком порядке:

– ААЦГГГЦААТТТАЦА – или

– ТТТГГГАЦАЦААААЦ –

9.Какие нуклеотиды и в каком порядке составляют какой-либо ген, если известно, что в молекуле белка аминокислоты расположены в следующей последовательности: лизин – лейцин – цистеин – пролин – валин … или валин – лейцин – пролин – лейцин – пролинлейцин – цистеин …

Вспомните принцип комплементарности. Какое строение будет иметь молекула РНК, если порядок нуклеотидов в цепочке определенного гена, на которой она синтезируется, имеет следующую последовательность:

– ГТГТААЦГАЦЦГАТАПТГТА – или

– АГГЦЦТАГГЦТАТААГЦЦГТ –

10.Укажите последовательность нуклеотидов в обеих цепочках фрагментаДНК,еслиизвестно,чтоРНК,построеннаянаэтомучастке ДНК, имеет следующее строение:

– АГУАЦЦГАУАЦУУГАУУУАЦГ –

– ЦГУАЦАГААУЦГЦУГАУ –

11. Покажите порядок аминокислот в белке, если известно, что и- РНК, по которой он строится, имеет такую последовательность нуклеотидов:

– АААЦААГУУАЦАГАУУУЦ –

12.В молекуле белка следующая последовательность аминокислот: треонин – лейцин – тирозин – лизин – серин – глицинАостройте участок цепи и-РНК, на котором он закодирован.

13.Последовательность оснований в молекуле и РНК, синтезированной на участке ДНК – ТАЦГТТЦГАГТАЦЦАТГГТАЦГ, – будет следующая – …

Клетка как биологическая система

Тема: Структурно-функциональная организация клеток прокариот и эукариот

Основные вопросы темы:

1.Основные положения клеточной теории.

2.Формы и размеры клеток.

3.Основные типы клеток: прокариотическая – бактериальная, и эукариотическая – растительная и животная.

4.Принципы структурно-функциональной организации клеток прокариот.

5.Принципы структурно-функциональной организации клеток эукариот.

Материал для справок:

Основные положения клеточной теории

(Основные положения клеточной теории сформулированы ботаником Матиасом Шлейденом в 1938 г. и зоологом-физиологом Теодором Шванном в 1939 г.)

1.Клетка – структурная и функциональная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

2.Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3.Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

4.В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Клетка – элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию; основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений. По числу клеток различают одно-, мало- и многоклеточные живые существа.

Каждая отдельная клетка обладает всеми признаками самостоятельного организма. В клетках многоклеточных организмов, вследствие их специализации, отдельные из этих признаков могут претерпевать изменения или ограничения.

Формы клеток

Определенные клетки, как правило, обладают типичной внешней формой, которая часто связана с их функцией и расположением в организме.

Типичные формы клеток:

•шаровидные (яйцеклетки, клетки бактерий);

•кубические (клетки эпидермиса, клетки паренхимы);

•изодиаметрические (каменистые клетки, клетки паренхимы);

•многоугольные (запасающие клетки, ассимилирующие клетки);

•веретеновидные (клетки гладкой мускулатуры).

Размеры клеток

Только в отдельных случаях клетки можно рассмотреть невооруженным глазом; например, яйца птиц, млечные сосуды и склеренхимные волокна у растений. Большинство клеток имеет микроско- пическималыеразмеры.Наименьшиеизних–шаровидныебактерии (микрококки) размером в 0,5 мкм (0,0005 мм). Средними по размеру можно назвать клетки как животного, так и растительного происхождения от 10 до 100 мкм.

Примеры размеров клеток (в микрометрах = мкм = 10-6 м)

Прокариоты и эукариоты.

Прокариоты (от греч. pro – до, karion – ядро) – организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра, т.е. генетический материал (ДНК) прокариот находится прямо в цитоплазме и не окружен ядерной мембраной. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.

Эукариоты (от греч. eu – настоящий, истинный, karion – ядро)

– организмы, клетки которых содержат настоящее ядро, т.е. генетический материал (ДНК) эукариот окружен двойной мембраной (ядерной оболочкой). К эукариотам относятся зеленые растения, все остальные водоросли, грибы, слизевики, животные.

Сравнение прокариот и эукариот

Бактерии

Бактериология – раздел микробиологии, изучающий бактерии. Бактерии имеют размеры 10,1 – 10 мкм, одноклеточные. Бактерии относятся к прокариотам.

Систематика

Бактерии

Строение бактерий

Капсулы и слизистые слои – слизистые или клейкие выделения. Они служат дополнительной защитой для клетки. Капсулированные труднее уничтожить.

Капсулы – толстые компактные образования. Слизистые слои – более рыхлые образования.

Клеточная стенка – придает клетке форму и жесткость. Препятствует проникновению бактерий, нуклеиновых кислот. Проникает вода. Муреин – основное упрочняющее вещество.

По строению клеточной стенки есть некоторое отличие: Грамположительные – окрашиваются по Граму. Грамотрицательные – обесцвечиваются при отмывке красителя. Плазматическая мембрана – полупроницаема. Такая же, как и у

эукариот.

Мезосомы – складки мембран, с ферментами, участвуют в дыхании – примитивные органеллы.

Фотосинтетические мембраны – впячивание мембраны в виде мешков, трубок. Находятся фотосинтетические пигменты (бактериохлорофиллы), сходные мембраны участвуют в фиксации азота.

Генетический материал – кольцевая молекула ДНК длиной 1мм, она намного короче ДНК эукариот: в среднем содержит несколько тысяч генов, что примерно в 500 раз меньше, чем в клетке человека.

Рибосомы – синтез белка, они другие, мельче 70S.

Жгутики – проще устроены, чем у эукариот. Вращаются, как бы ввинчиваясь в среду – движение.

Пили или фимбрии (у грамотрицательных) – короче и тоньше жгутиков. Служат для прикрепления клеток друг к другу или к поверхности.

Бактерии могут превращаться в цисту – покоящаяся стадия. Эндоспоры – образуются внутри клетки - толстостенные образования, долгоживущие, устойчивые к нагреванию, коротковолновым излучениям.

Размножение – деление пополам. При благоприятных условиях – делятся каждые 20 минут.

Формы бактерий.

•Кокки (сферические): кокки, стрептококки (воспаления дыхательных путей, пневмония), стафилококки (возбудители пищевого отравления);

•Бациллы (палочковидные): одиночные (возбудители брюшного тифа), цепочки палочек (азотфиксирующие бактерии);

•Спириллы (спиралевидные) – спиральная палочка с одним жгутиком (возбудитель сифилиса);

•Вибрионы – короткие палочки, изогнутые в виде запятой (воз-

будитель холеры).

Задания для самостоятельной работы студентов

1. Заполните таблицу: Сравнительная характеристика клеток

эукариот и прокариот.

2. Заполните таблицу: Клеточные структуры эукариот

Тема: Жизненный цикл клетки. Способы деления клеток

Основные вопросы темы:

1.Хромосомы как носители наследственной информации.

2.Жизненный цикл клетки.

3.Непрямое деление клетки – митоз, биологическое значение.

4.Прямое деление клетки – амитоз.

5.Мейоз, его биологическое значение.