- •Основные группы наук
- •Жизнь. Что это такое? Основные свойства живого
- •Основные классы неорганических соединений
- •Единицы живого
- •Общий биологический принцип разделения функций. На примере клетки.
- •Как формируются признаки организма?
- •Дифференциальная экспрессия генов
- •Основные направления в биологии
- •Размножение
- •Вирусы. Живые или нет?
- •Систематика
- •История жизни Филогения
- •Геохронология
- •Возникновение человека
- •Очеловечивание
- •Расовая теория
Основные направления в биологии
-
Биология развития.
-
Эволюция.
-
Экология.
Биология развития
Детерминированное дробление – дробление, которое начинает быть видным очень рано. Наиболее яркий пример: нематоды. У них можно до клеток просчитать, сколько их в каждом сегменте (считают ядра).
Caenorhabditis ebgans (нематода). У взрослой особи количество соматических ядер – 959. Если на одно меньше или больше – мутант по развитию. Для каждой клетки определена судьба. Некоторые клетки, образовавшиеся из первых, должны умереть. Это явление получило название апаптоз. У человека апаптоз проявляется как разделение кисти (лопаточка на ранних стадиях) на пальцы. Некоторые клетки отмирают, что позволяет образовываться пальцам.
Эволюция
Градуализм – накопление маленьких изменений, в сумме дающих сильное изменение – эволюция.
При копирование гена рано или поздно возникнет мутационный ген. Это две аллели. С каждой аллели считывается генетическая информация. Если есть мутация в аллели, то в большинстве случает есть изменение в иРНК и аномалия в молекуле белка. Из-за изменений в молекуле белка произойдет изменение функции, т. е. одна функция превращается в другую. Белок начинает выполнять некую другую функцию – идея градуализма.
Вероятность полезного изменения очень мала. Если функция будет изменена, то скорее всего она будет изменена в сторону ухудшения.
Тогда как в результате мутаций может идти эволюция? Крупные эволюционные события происходят не за счет мутаций, а за счет каких-то других изменений. В третичной структуре белка выделяют более или менее отдельные части – домены. Домены в ходе эволюции могут перекомбенироваться, вследствие чего один функциональный белок становится другим. В основе эволюции скорее всего лежит перекомбенирование доменов, или генетических модулей. А шлифовка этих перегруппировок идет за счет мутаций.
Экология
Экология изучает взаимоотношение живых организмов с окружающей средой. Любые трофические отношения состоят из элементарных частей. Центральным звеном любых экологических отношений являются разнообразные биологические ответы – это система адекватных реакций организма на определенный внешний или внутренний сигнал.
Формирование быстрого биологического ответа.
Сигнал
Взаимодействие сигнала с рецептором
Рецептор меняет конфигурацию и превращается в ПК #
…
Формирование ПКn-1
Активация ПКn-1
Формирование ПКn
Активация ПКn
Формирование белка Х
Активация белка Х
Биологический ответ
Формирование медленного биологического ответа.
Сигнал
Взаимодействие сигнала с рецептором
Рецептор меняет конформацию и превращается в ТФ1 #
…
Запуск транскрипции гена, кодирующего ТФn-1
Запуск биосинтеза ТФn-1
Запуск транскрипции гена, кодирующего ТФn
Запуск биосинтеза ТФn
Запуск транскрипции гена, кодирующего ген Х
Запуск биосинтеза белка Х
Биологический ответ
Существует множество способов активации (инактивации) белков. Однако чаще всего этот процесс связан с формированием белков, т. е. присоединение фосфатной группы. Фосфолирование приводит к изменению конфигурации белка, т. е. изменению функции. Это происходит за счет того, что фосфатная группа легко диссоциирует и приобретает сильный заряд. Специфические ферменты, обеспечивающие фосфолирование белков, называется протеинкиназами.
Все сигналы принято условно подразделять на химические и физические. Химические сигналы – молекулы, их ионы. В ходе взаимодействия с химическим сигналом рецептор образует с ним комплекс, а потом рецептор меняет свою конформацию, следовательно, и функцию. Рецептор – чувствительная молекула. Физический сигнал – уровень температуры, свет, звук, механическое давление и др. Рецептор взаимодействует не со светом, а с квантом света. Рецептор не может образовать с ним комплекса, но он поглощает энергию, которую пускает на конформацию.
# - и то, и другое происходит в простейшем случае, но чаще всего это происходит через серию вспомогательных белков. Рецептор на клеточной мембране, ТФ – в ядре. У животных (человека) рецепторы кортикоидных гормонов сами становятся ТФ и уходят в ядро.
Первая схема идет быстрее, т. к. в клетке уже все есть, нужно лишь отфосфорилировать некую молекулу. Медленные биологические ответы реализуются в течение часов, дней, недель. Быстрые в течение секунд, долей секунд.
У растений, грибов и бактерий преобладают медленные биологические ответы. У животных – быстрые. В основе этого разделения лежит наличие или отсутствие клеточной стенки. В значительной степени наличие быстрого/медленного биологического ответа определяется экологическим поведением: пережидание/уход. Нервная система по своей сути предназначена для чрезвычайно быстрой реализации биологических ответов.
Медленные биологические ответы у человека.
Например, гормональная регуляция. У всех животных, имеющих нервную систему молекулярная регуляция одинаковая. Существует множество ситуаций, когда в формирование биологического ответа участвуют элементы быстрых и медленных биологических ответов. Нейро-эндокринная система обеспечивает реализацию биологических ответов: выработка молока у женщин не сразу после оплодотворения. Функции нервной системы: реакция на внешние сигналы – связь с окружающей средой, реакция на внутренние сигналы – координация органов.
У дрозофилы 25 тыс. генов, у человека 35 тыс. генов (но работающих вроде бы 25 тыс.).
Сегодня биология не описательная наука, а наука, изучающая причинно-следственную связь (как реализуется генетическая информация).