Кодирование и передача наследственной информации начинается на уровне: А1. Кодирование и передача наследственной информации начинается на уровне1)   

А1. кодирование и передача наследственной информации начинается на уровне 1) организменном 3) клеточном 2) тканевом 4) молекулярно-генетическом а2. эволюционно-обусловленным уровнем организации живой материи не является 1) молекулярно-генетический 3) органный 2) клеточный 4) организменный а3. работы г. менделя по изучению наследования признаков являются классическим примером применения 1) описательного метода 2) сравнительного метода 3) метода 4) экспериментального метода выберите три правильных ответа из шести предложенных. в1. российскими учёными являются 1) и. и. шмальгаузен 2) т. морган 3) м. я. шлейден 4) к. м. бэр 5) и. и. мечников 6) ж. б. ламарк в2. совокупность клеток и межклеточного вещества, общностью общностью происхождения, строения и выполняемой функции, — это 1) мышечная ткань 2) печень 3) эритроцит 4) нервная ткань 5) головной мозг 6) эпителиальная ткань установите правильную последовательность биологических процессов, явлений, практических действий. в5. установите последовательность этапов научного исследования. а)подтверждение гипотезы б) постановка экспериментов для оценки гипотезы в)наблюдение и сбор фактов г) создание теории д) выдвижение гипотезы

витамины группы в — жирорастворимые вещества, которые играют ключевую роль в клеточном обмене организма и участвуют почти во всех жизненно важных процессах. в эту группу входит 11 элементов. среди них в1, в6 и в12 — витамины, польза и вред которых требует детального рассмотрения. что это за
элементы? как они действуют на организм, и существует ли опасность для здоровья? ниже эти вопросы будут рассмотрены более подробно.тиамин (в1)

тиамин — бесцветное вещество кристаллического типа, которое растворяется только в воде, хорошо усваивается и играет важную роль для здоровья
человека. действие элемента направлено на решение следующих :

нормализация углеводного обмена в печени, живых тканях и «сером веществе» (головном мозге). тиамин успешно борется с пировиноградной и молочной кислотой, которые относятся к «токсинам усталости». переизбыток таких
элементов приводит к дефициту энергии, слабости и чрезмерному утомлению. главное действие оказывает карбоксилаза, которая формируется в организме после приема в1 и превращает вредные элементы в глюкозу. такому действию, человек быстрее избавляется от депрессии, улучшается аппетит, успокаивается
нервная система.

участие в выработке жирных кислот ненасыщенного типа, одной из функций которых является защита печени и желчного пузыря от формирования камней.

оптимизация обмена аминокислот. доказано, что дефицит тиамина приводит к сбоям в обменных процессах, связанных с усвояемостью
белков.

снижение воспаления кожных покровов, улучшение состояния слизистых оболочек. об этих качествах знают медики, которые применяют целебные свойства тиамина при лечении псориаза, экземы и ожогов, а также для устранения признаков нейродермита.

улучшение роста волос и состояния
волосяных луковиц.

участие в кроветворении, а также в делении клеток. доказано, что тиамин — один из регуляторов транспорта генетического материала.

укрепление иммунной системы. польза витамина в12 и в1 известна с позиции благотворного влияния на защитные функции организма. кроме того,
этим элементам улучшается работа щитовидки, печени и органов пищеварения.

оказание болеутоляющей функции, а также снижение негативного воздействия от употребления спиртного или табака. тиамин часто назначается при хроническом алкоголизме.

замедление процессов старения. в1 участвует в
создании новых клеток организма, что в продлении молодости.

регулирование работы аминомасляной кислоты, отвечающей за корректную работу головного мозга, а также за выработку серотонина — вещества, отвечающего за хорошее настроение.

оптимизация состояния цнс и мышечного аппарата.
действие обусловлено способностью тиамина препятствовать расщеплению холина, который не дает накапливаться вредному холестерину, защищает клетки и питает их необходимыми для жизни элементами.тиамин (в1)

тиамин — бесцветное вещество кристаллического типа, которое растворяется только в воде,
хорошо усваивается и играет важную роль для здоровья человека. действие элемента направлено на решение следующих :

нормализация углеводного обмена в печени, живых тканях и «сером веществе» (головном мозге). тиамин успешно борется с пировиноградной и молочной кислотой, которые
относятся к «токсинам усталости». переизбыток таких элементов приводит к дефициту энергии, слабости и чрезмерному утомлению. главное действие оказывает карбоксилаза, которая формируется в организме после приема в1 и превращает вредные элементы в глюкозу. такому действию, человек быстрее избавляется
от депрессии, улучшается аппетит, успокаивается нервная система.

участие в выработке жирных кислот ненасыщенного типа, одной из функций которых является защита печени и желчного пузыря от формирования камней.

оптимизация обмена аминокислот. доказано, что дефицит тиамина приводит к
сбоям в обменных процессах, связанных с усвояемостью белков.

снижение воспаления кожных покровов, улучшение состояния слизистых оболочек. об этих качествах знают медики, которые применяют целебные свойства тиамина при лечении псориаза, экземы и ожогов, а также для устранения признаков
нейродермита.

улучшение роста волос и состояния волосяных луковиц.

участие в кроветворении, а также в делении клеток. доказано, что тиамин — один из регуляторов транспорта генетического материала.

укрепление иммунной системы. польза витамина в12 и в1 известна с позиции
благотворного влияния на защитные функции организма. кроме того, этим элементам улучшается работа щитовидки, печени и органов пищеварения.

оказание болеутоляющей функции, а также снижение негативного воздействия от употребления спиртного или табака. тиамин часто назначается при хроническом
алкоголизме.

замедление процессов старения. в1 участвует в создании новых клеток организма, что в продлении молодости.

регулирование работы аминомасляной кислоты, отвечающей за корректную работу головного мозга, а также за выработку серотонина — вещества, отвечающего за хорошее
настроение.

1. Уровни организации жизни

Различают такие уровни организации живой материи — уровни биологической организации: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой и экосистемный.

Молекулярный уровень организации — это уровень функционирования биологических макромолекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.

Клеточный уровень— это уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка — это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.

Тканевый уровень организации— это уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей. Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией.

Органный уровень организации— это уровень органов многоклеточных организмов. Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология.

Организменный уровень организации— это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.

Популяционно-видовой уровень — это уровень совокупностей особей — популяций и видов. Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций. На этом уровне изучаются генетические и экологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов.

Экосистемный уровень организации — это уровень микроэкосистем, мезоэкосистем, макроэкосистем. На этом уровне изучаются типы питания, типы взаимоотношений организмов и популяций в экосистеме, численность популяций, динамика численности популяций, плотность популяций, продуктивность экосистем, сукцессии. Этот уровень изучает экология.

Выделяют также биосферный уровень организации живой материи. Биосфера — это гигантская экосистема, занимающая часть географической оболочки Земли. Это мега-экосистема. В биосфере происходит круговорот веществ и химических элементов, а также превращение солнечной энергии.

2. Фундаментальные свойства живой материи

Обмен веществ (метаболизм)

Обмен веществ (метаболизм) — совокупность протекающих в живых системах химических превращений, обеспечивающих их жизнедеятельность, рост, воспроизведение, развитие, самосохранение, постоянный контакт с окружающей средой, способность адаптироваться к ней и ее изменениям. В процессе обмена веществ происходит расщепление и синтез молекул, входящих в состав клеток; образование, разрушение и обновление клеточных структур и межклеточного вещества. В основе метаболизма лежат взаимосвязанные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Ассимиляция — процессы синтеза сложных молекул из простых с расходованием энергии, запасенной в ходе диссимиляции (а также накопление энергии при отложении в запас синтезированных веществ). Диссимиляция — процессы расщепления (анаэробного или аэробного) сложных органических соединений, идущее с высвобождением энергии, необходимой для осуществления жизнедеятельности организма. В отличие от тел неживой природы обмен с окружающей средой для живых организмов является условием их существования. При этом происходит самообновление. Процессы обмена веществ, протекающие внутри организма, объединены в метаболические каскады и циклы химическими реакциями, которые строго упорядочены во времени и пространстве. Согласованное протекание большого количества реакций в малом объеме достигается путем упорядоченного распределения отдельных звеньев обмена веществ в клетке (принцип компартментализации). Процессы обмена веществ регулируются с помощью биокатализаторов — особых белков-ферментов. Каждый фермент обладает субстратной специфичностью катализировать превращение лишь одного субстрата. В основе этой специфичности лежит своеобразное «узнавание» субстрата ферментом. Ферментативный катализ отличается от небиологического чрезвычайно высокой эффективностью, в результате чего скорость соответствующей реакции повышается в 1010 — 1013 раз. Каждая молекула фермента способна осуществлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов операций в минуту, не разрушаясь в процессе участия в реакциях. Еще одно характерное отличие ферментов от небиологических катализаторов состоит в том, что ферменты способны ускорять реакции при обычных условиях (атмосферном давлении, температуре тела организма и т.п.). Все живые организмы могут быть разделены на две группы — автотрофы и гетеротрофы, отличающиеся источниками энергии и необходимых веществ для своей жизнедеятельности. Автотрофы — организмы, синтезирующие из неорганических веществ органические соединения с использованием энергии солнечного света (фотосинтетики — зеленые растения, водоросли, некоторые бактерии) или энергии, получаемой при окислении неорганического субстрата (хемосинтетики — серо-, железобактерии и некоторые другие), Автотрофные организмы способны синтезировать все компоненты клетки. Роль фотосинтезирующих автотрофов в природы является определяющей — являясь первичным продуцентом органического вещества в биосфере, они обеспечивают существование всех других организмов и ход биогеохимических циклов в круговороте веществ на Земле. Гетеротрофы (все животные, грибы, большинство бактерий, некоторые бесхлорофилльные растения) — организмы, нуждающиеся для своего существования в готовых органических веществах, которые, поступая в качестве пищи, служат как источником энергии, так и необходимым «строительным материалом». Характерной чертой гетеротрофов является наличие у них амфиболизма, т.е. процесса образования мелких органических молекул (мономеров), образующихся при переваривании пищи (процесс деградации сложных субстратов). Такие молекулы — мономеры используются для сборки собственных сложных органических соединений.

Самовоспроизведение (репродукция)

Способность к размножению (воспроизведению себе подобных, самовоспроизведению) относится к одному из фундаментальных свойств живых организмов. Размножение необходимо для того, чтобы обеспечить непрерывность существования видов, т.к. продолжительность жизни отдельного организма ограничена. Размножение с избытком компенсирует потери, обусловленные естественным отмиранием особей, и таким образом поддерживает сохранение вида в ряду поколений особей. В процессе эволюции живых организмов происходила эволюция способов размножения. Поэтому у ныне существующих многочисленных и разнообразных видов живых организмов мы обнаруживаем разные формы размножения. Многие виды организмов сочетают несколько способов размножения. Необходимо выделить два, принципиально отличающихся типа размножения организмов — бесполое (первичный и более древний тип размножения) и половое. В процессе бесполого размножения новая особь образуется из одной или группы клеток (у многоклеточных) материнского организма. При всех формах бесполого размножения потомки обладают генотипом (совокупность генов) идентичным материнскому. Следовательно, все потомство одного материнского организма оказывается генетически однородным и дочерние особи обладают одинаковым комплексом признаков. При половом размножении новая особь развивается из зиготы, образующейся путем слияния двух специализированных половых клеток (процесс оплодотворения), продуцируемых двумя родительскими организмами. Ядро в зиготе содержит гибридный набор хромосом, образующийся в результате объединения наборов хромосом слившихся ядер гамет. В ядре зиготы, таким образом, создается новая комбинация наследственных задатков (генов), привнесенных в равной мере обоими родителями. А развивающийся из зиготы дочерний организм будет обладать новым сочетанием признаков. Иными словами, при половом размножении происходит осуществление комбинативной формы наследственной изменчивости организмов, обеспечивающий приспособление видов к меняющимся условиям среды и представляющей собой существенный фактор эволюции. В этом заключается значительное преимущество полового размножения по сравнению с бесполым. Способность живых организмов к самовоспроизведению базируется на уникальном свойстве нуклеиновых кислот к репродукции и феномене матричного синтеза, лежащего в основе образования молекул нуклеиновых кислот и белков. Самовоспроизведение на молекулярном уровне обусловливает как осуществление обмена веществ в клетках, так и самовоспроизведение самих клеток. Клеточное деление (самовоспроизведение клеток) лежит в основе индивидуального развития многоклеточных организмов и воспроизведения всех организмов. Размножение организмов обеспечивает самовоспроизведение всех видов, населяющих Землю, что в свою очередь обусловливает существование биогеоценозов и биосферы.

Наследственность и изменчивость

Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток генетической информации) между поколениями организмов. Она тесно связана с репродукцией на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Генетическая информация, определяющая разнообразие наследственных признаков, зашифрована в молекулярной структуре ДНК (у некоторых вирусов — в РНК). В генах закодирована информация о структуре синтезируемых белков, ферментных и структурных. Генетический код — это система «записи» информации о последовательности расположения аминокислот в синтезируемых белках с помощью последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Совокупность всех генов организма называется генотипом, а совокупность признаков — фенотипом. Фенотип зависит как от генотипа, так и факторов внутренней и внешней среды, которые влияют на активность генов и обусловливают регулярные процессы. Хранение и передача наследственной информации осуществляется у всех организмов с помощью нуклеиновых кислот, генетический код един для всех живых существ на Земле, т.е. он универсален. Благодаря наследственности из поколения в поколение передаются признаки, обеспечивающие приспособленность организмов к среде их обитания. Если бы при размножении организмов проявлялась только преемственность существующих признаков и свойств, то на фоне меняющихся условий внешней среды существование организмов было бы невозможно, так как необходимым условием жизни организмов является их приспособленность к условиям среды обитания. Проявляется изменчивость в разнообразии организмов, принадлежащих к одному и тому же виду. Изменчивость может реализовываться у отдельных организмов в ходе их индивидуального развития или в пределах группы организмов в ряду поколений при размножении. Выделяют две основные формы изменчивости, различающиеся по механизмам возникновения, характеру изменения признаков и, наконец, их значимости для существования живых организмов — генотипическую (наследственную) и модификационную (ненаследственную). Генотипическая изменчивость связана с изменением генотипа и приводит к изменению фенотипа. В основе генотипической изменчивости могут лежать мутации (мутационная изменчивость) или новые комбинации генов, возникающие в процессе оплодотворения при половом размножении. При мутационной форме изменения связаны, в первую очередь, с ошибками при репликации нуклеиновых кислот. Таким образом происходит возникновение новых генов, несущих новую генетическую информацию; происходит появление новых признаков. И если вновь возникающие признаки полезны организму в конкретных условиях, то они «подхватываются» и «закрепляются» естественным отбором. Таким образом, на наследственной (генотипической) изменчивости базируется приспособляемость организмов к условиям внешней среды, разнообразие организмов, создаются предпосылки для позитивной эволюции. При ненаследственной (модификационной) изменчивости происходят изменения фенотипа под действием факторов внешней среды и не связанные с изменением генотипа. Модификации (изменения признаков при модификационной изменчивости) происходят в пределах нормы реакции, находящейся под контролем генотипа. Модификации не передаются следующим поколениям. Значение модификационной изменчивости заключается в том, что она обеспечивает приспособляемость организма к факторам внешней среды в течение его жизни.

Индивидуальное развитие организмов

Всем живым организмам свойственен процесс индивидуального развития — онтогенез. Традиционно, под онтогенезом понимают процесс индивидуального развития многоклеточного организма (образующегося в результате полового размножения) от момента формирования зиготы до естественной смерти особи. За счет деления зиготы и последующих поколений клеток формируется многоклеточный организм, состоящий из огромного числа разных типов клеток, различных тканей и органов. Развитие организма базируется на «генетической программе» (заложенной в генах хромосом зиготы) и осуществляется в конкретных условиях среды, существенно влияющей на процесс реализации генетической информации в ходе индивидуального существования особи. На ранних этапах индивидуального развития происходит интенсивный рост (увеличение массы и размеров), обусловленный репродукцией молекул, клеток и других структур, и дифференцировка, т.е. появление различий в структуре и усложнение функций. На всех этапах онтогенеза существенное регулирующее влияние оказывают на развитие организма различные факторы внешней среды (температура, гравитация, давление, состав пищи по содержанию химических элементов и витаминов, разнообразные физические и химические агенты). Изучение роли этих факторов в процессе индивидуального развития животных и человека имеет огромное практическое значение, возрастающее по мере усиления антропогенного воздействия на природу. В различных областях биологии, медицины, ветеринарии и других наук широко проводятся исследования по изучению процессов нормального и патологического развития организмов, выяснению закономерностей онтогенеза.

Раздражимость

3 класса способов передачи информации, описываемые догмой
Общие	Специальные	Неизвестные
ДНК → ДНК	РНК → ДНК	белок → ДНК
ДНК → РНК	РНК → РНК	белок → РНК
РНК → белок	ДНК → белок	белок → белок

Неотъемлемым свойством организмов и всех живых систем является раздражимость — способность воспринимать внешние или внутренние раздражители (воздействия) и адекватно на них реагировать. У организмов раздражимость сопровождается комплексом изменений, выражающихся в сдвигах обмена веществ, электрического потенциала на мембранах клеток, физико-химических параметров в цитоплазме клеток, в двигательных реакциях, а высокоорганизованным животным присущи изменения в их поведении.

4. Центральная догма молекулярной биологии — обобщающее наблюдаемое в природе правило реализации генетической информации: информация передаётся от нуклеиновых кислот к белку, но не в обратном направлении. Правило было сформулировано Френсисом Криком в 1958 году и приведено в соответствие с накопившимися к тому времени данными в 1970 году. Переход генетической информации от ДНК к РНК и от РНК к белку является универсальным для всех без исключения клеточных организмов, лежит в основе биосинтеза макромолекул. Репликации генома соответствует информационный переход ДНК → ДНК. В природе встречаются также переходы РНК → РНК и РНК → ДНК (например у некоторых вирусов), а также изменение конформации белков, передаваемое от молекулы к молекуле.

Универсальные способы передачи биологической информации

В живых организмах встречаются три вида гетерогенных, то есть состоящих из разных мономеров полимера — ДНК, РНК и белок. Передача информации между ними может осуществляться 3 х 3 = 9 способами. Центральная догма разделяет эти 9 типов передачи информации на три группы:

-Общий — встречающиеся у большинства живых организмов;

-Специальный — встречающиеся в виде исключения, у вирусов и у мобильных элементов генома или в условиях биологического эксперимента;

-Неизвестные — не обнаружены.

Репликация ДНК (ДНК → ДНК)

ДНК — основной способ передачи информации между поколениями живых организмов, поэтому точное удвоение (репликация) ДНК очень важна. Репликация осуществляется комплексом белков, которые расплетают хроматин, затем двойную спираль. После этого ДНК полимераза и ассоциированные с ней белки, строят на каждой из двух цепочек идентичную копию.

Транскрипция (ДНК → РНК)

Транскрипция — биологический процесс, в результате которого информация, содержащаяся в участке ДНК, копируется на синтезируемую молекулу информационной РНК. Транскрипцию осуществляют факторы транскрипции и РНК-полимераза. В эукариотической клетке первичный транскрипт (пре-иРНК) часто редактируется. Этот процесс называется сплайсингом.

Трансляция (РНК → белок)

Зрелая иРНК считывается рибосомами в процессе трансляции. В прокариотических клетках процесс транскрипции и трансляции не разделён пространственно, и эти процессы сопряжены. В эукариотических клетках место транскрипции клеточное ядро отделено от места трансляции (цитоплазмы) ядерной мембраной, поэтому иРНК транспортируется из ядра в цитоплазму. иРНК считывается рибосомой в виде трёхнуклеотидных «слов». Комплексы факторов инициации и факторов элонгации доставляют аминоацилированные транспортные РНК к комплексу иРНК-рибосома.

5. Обратная транскрипция — это процесс образования двуцепочечной ДНК на матрице одноцепочечной РНК. Данный процесс называется обратной транскрипцией, так как передача генетической информации при этом происходит в «обратном», относительно транскрипции, направлении.^[1]

Идея обратной транскрипции вначале была очень непопулярна, так как противоречила центральной догме молекулярной биологии, которая предполагала, что ДНК транскрибируется в РНК и далее транслируется в белки. Встречается у ретровирусов, например, ВИЧ и в случае ретротранспозонов.

Трансдукция (от лат. transductio — перемещение) — процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую бактериофагом. Общая трансдукция используется в генетике бактерий для картирования генома и конструирования штаммов. К трансдукции способны как умеренные фаги, так и вирулентные, последние, однако, уничтожают популяцию бактерий, поэтому трансдукция с их помощью не имеет большого значения ни в природе, ни при проведении исследований.

Векторная молекула ДНК — это молекула ДНК, которая выступает в роли носителя. Молекулу-носитель должен отличать ряд особенностей:

— Способность к автономной репликации в клетке хозяина (чаще бактериальной или дрожжевой)

— Наличие селективного маркера

— Наличие удобных сайтов рестрикции

В роли векторов чаще всего выступают бактериальные плазмиды.

6. Химическая организация гена Исследования, направленные на выяснение химической природы наследственного материала, неопровержимо доказали, что материальным субстратом наследственности и изменчивости являются нуклеиновые кислоты, которые были обнаружены Ф. Мишером (1868) в ядрах клеток гноя. Нуклеиновые кислоты являются макромолекулами, т.е. отличаются большой молекулярной массой. Это полимеры, состоящие из мономеров — нуклеотидов, включающих три компонента: сахар (пентозу), фосфат и азотистое основание (пурин или пиримидин). К первому атому углерода в молекуле пентозы С-1′ присоединяется азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил), а к пятому атому углерода С-5′ с помощью эфирной связи — фосфат; у третьего атома углерода С-3′ всегда имеется гидроксильная группа – ОН Соединение нуклеотидов в макромолекулу нуклеиновой кислоты происходит путем взаимодействия фосфата одного нуклеотида с гидроксилом другого так, что между ними устанавливается фосфодиэфирная связь. В результате образуется полинуклеотидная цепь. Остов цепи состоит из чередующихся молекул фосфата и сахара. К молекулам пентозы в положении С-1′ присоединено одно из перечисленных выше азотистых оснований

Схема строения нуклеотида

Объяснение см. в тексте; обозначения компонентов нуклеотида, использованные в этом рисунке, сохраняются во всех последующих схемах нуклеиновых кислот

Сборка полинуклеотидной цепи осуществляется при участии фермента полимеразы, который обеспечивает присоединение фосфатной группы следующего нуклеотида к гидроксильной группе, стоящей в положении 3′, предыдущего нуклеотида (рис. 3.3). Благодаря отмеченной специфике действия названного фермента наращивание полинуклеотидной цепи происходит только на одном конце: там, где находится свободный гидроксил в положении 3′. Начало цепи всегда несет фосфатную группу в положении 5′. Это позволяет выделить в ней 5′ и 3 ‘-концы.

Среди нуклеиновых кислот различают два вида соединений: дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. Изучение состава основных носителей наследственного материала — хромосом — обнаружило, что их наиболее химически устойчивым компонентом является ДНК, которая представляет собой субстрат наследственности и изменчивости.

7. Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

Свойства генетического кода

-Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

-Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

-Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов. (Не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

-Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте. (Свойство не является универсальным. Кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин)^[1]

-Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

-Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии)

-Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными. Мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.

Трансляцией называют осуществляемый рибосомой синтез белка из аминокислот на матрице информационной (или матричной) РНК (иРНК или мРНК).

Механизм трансляции

Общая схема трансляции. Инициация. 1. Узнавание стартового кодона, Сопровождается присоединением тРНК аминоацилированной метионином и сборкой рибосомы из большой и малой субъединиц. Элонгация. 2. Узнавание текущего кодона соответствующей ему аминоацил-тРНК (комплементарное взаимодействие кодона мРНК и антикодона тРНК увеличено). 3. Присоединение аминокислоты, принесённой тРНК, к концу растущей полипептидной цепи. 4. Продвижение рибосомы вдоль матрицы, сопровождающееся высвобождением молекулы тРНК. 5. Аминоацилирование высвободившейся молекулы тРНК соответствующей ей аминоацил-тРНК-синтетазой. 6. Присоединение следующей молекулы аминоацил-тРНК, аналогично стадии (2). 7. Движение рибосомы по молекуле мРНК до стоп-кодона (в данном случае UAG). Терминация. Узнавание рибосомой стоп-кодона сопровождается (8) отсоединением новосинтезированного белка и в некоторых случаях (9) диссоциацией рибосомы.

Синтез белка является основой жизнедеятельности клетки. Для осуществления этого процесса в клетках всех без исключения организмов имеются специальные органеллы — рибосомы. Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеидные комплексы, построенные из 2 субъединиц: большой и малой. Функция рибосом заключается в узнавании трёхбуквенных (трехнуклеотидных) кодонов мРНК, сопоставлении им соответствующих антикодонов тРНК, несущих аминокислоты, и присоединении этих аминокислот к растущей белковой цепи. Двигаясь вдоль молекулы мРНК, рибосома синтезирует белок в соответствии с информацией, заложенной в молекуле мРНК.^[1]

Для узнавания аминокислот в клетке имеются специальные «адаптеры», молекулы транспортной РНК (тРНК). Эти молекулы, имеющие форму клеверного листа, имеют участок (антикодон), комплементарный кодону мРНК, а также другой участок, к которому присоединяется аминокислота, соответствующая этому кодону. Таким образом, специфичность трансляции определяется взаимодействием между кодоном мРНК и антикодоном тРНК, а также специфичностью аминоацил-тРНК-синтетаз, присоединяющих аминокислоты строго к соответствующим им тРНК.

Процесс трансляции разделяют на

-инициацию — узнавание рибосомой стартового кодона и начало синтеза.

-элонгацию — собственно синтез белка.

-терминацию — узнавание терминирующего кодона (стоп-кодона) и отделение продукта.

9. Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Получила распространение техника, позволяющая использовать для синтеза ДНК, в том числе мутантной, полимеразную цепную реакцию. Термостабильный фермент, ДНК-полимераза, используется в ней для матричного синтеза ДНК, в качестве затравки которого применяют искусственно синтезированные кусочки нуклеиновой кислоты — олигонуклеотиды. Фермент обратная транскриптаза позволяет с использованием таких затравок (праймеров) синтезировать ДНК на матрице выделенной из клеток РНК. Синтезированная таким способом ДНК называется комплементарной (РНК) или кДНК. Изолированный, «химически чистый» ген может быть также получен из фаговой библиотеки. Так называется препарат бактериофага, в геном которого встроены случайные фрагменты из генома или кДНК, воспроизводимые фагом вместе со всей своей ДНК.

Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты — рестриктазы и лигазы, также являющиеся полезным инструментом генной инженерии. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор. Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки.

Значительные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клеток растений и животных. Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку. Такой процесс получил название трансфекция.

Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детеныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения.

12. Геном человека — это геном биологического вида Homo sapiens. В нормальной ситуации в большинстве клеток человека должно присутствовать 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол, эти 46 хромосом составляют один геном. Хромосомы в общей сложности содержат приблизительно 3 миллиарда пар оснований нуклеотидов ДНК, в которых по оценкам содержится 20000-25000 генов. ^[1] В ходе выполнения проекта «Геном человека» содержимое хромосом находящихся в стадии интерфаза в клеточном ядре (вещество эухроматин) было выписано в виде последовательности символов. В настоящее время эта последовательность активно используется по всему миру в биомедицине. В ходе исследований выяснилось, что человеческий геном содержит значительно меньшее число генов, нежели ожидалось в начале проекта. Только для 1,5 % всего материала удалось выяснить функцию, остальная часть составляет так называемую мусорную ДНК. ^[2] В эти 1,5 % входят собственно сами гены, которые кодируют РНК и белки, а также их регуляторные последовательности, интроны и, возможно, псевдогены).

13. Полимера́зная цепна́я реа́кция (ПЦР) — экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе).

Помимо амплификации ДНК, ПЦР позволяет производить множество других манипуляций с нуклеиновыми кислотами (введение мутаций, сращивание фрагментов ДНК) и широко используется в биологической и медицинской практике, например, для диагностики заболеваний (наследственных, инфекционных), для установления отцовства, для клонирования генов, выделения новых генов.

Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях (in vitro). При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. В отличие от амплификации ДНК в живых организмах, (репликации), с помощью ПЦР амплифицируются относительно короткие участки ДНК. В обычном ПЦР-процессе длина копируемых ДНК-участков составляет не более 3000 пар оснований (3 kbp^[6]). С помощью смеси различных полимераз, с использованием добавок и при определённых условиях длина ПЦР-фрагмента может достигать 20-40 тысяч пар нуклеотидов. Это всё равно значительно меньше длины хромосомной ДНК эукариотической клетки. Например, геном человека состоит примерно из 3 млрд пар оснований

ДНК-дактилоскопия или генетическая дактилоскопия представляет собой метод, используемый в судебно-медицинской экспертизе для идентификации лиц на основе уникальности последовательностей ДНК индивидуума. Метод был открыт в 1984 году британским генетиком Алеком Джеффризом. Рассматривая рентгеновские снимки ДНК, он обнаружил, что ДНК разных людей имеют уникальные последовательности нуклеотидов. Последовательности ДНК конкретного человека составляют его ДНК-профиль или генетический паспорт, который можно использовать для идентификации личности. Составление ДНК-профиля человека (ДНК-профилирование) не следует путать с полной рашифровкой его генома.

15. Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток — прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). Прокариотические клетки — более простые по строению, по-видимому, они возникли в процессе эволюции раньше. Эукариотические клетки — более сложные, возникли позже. Клетки, составляющие тело человека, являются эукариотическими.

Несмотря на многообразие форм организация клеток всех живых организмов подчинена единым структурным принципам.

Живое содержимое клетки — протопласт — отделено от окружающей среды плазматической мембраной, или плазмалеммой. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой расположены различные органоиды и клеточные включения, а также генетический материал в виде молекулы ДНК. Каждый из органоидов клетки выполняет свою особую функцию, а в совокупности все они определяют жизнедеятельность клетки в целом.

Прокариотическая клетка

Строение типичной клетки прокариот: капсула, клеточная стенка, плазмалемма, цитоплазма, рибосомы, плазмида, пили, жгутик, нуклеоид.

Прокариоты (от лат. pro — перед, до и греч. κάρῠον — ядро, орех) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток — митохондрии и пластиды.

Эукариотическая клетка

Эукариоты (эвкариоты) (от греч. ευ — хорошо, полностью и κάρῠον — ядро, орех) — организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства (кроме динофлагеллят) комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты-прокариоты — митохондрии, а у водорослей и растений — также и пластиды.

Поверхностный комплекс животной клетки Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира — гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет собой «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в неё молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образом актиновые микрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличие микроворсинок).

Структура цитоплазмы

Передвижение органоидов координируется при помощи микротрубочек, служащих внутриклеточными «дорогами» и специальных белков динеинов и кинезинов, играющих роль «двигателей». Отдельные белковые молекулы также не диффундируют свободно по всему внутриклеточному пространству, а направляются в необходимые компартменты при помощи специальных сигналов на их поверхности, узнаваемых транспортными системами клетки.

Эндоплазматический ретикулум

В эукариотической клетке существует система переходящих друг в друга мембранных отсеков (трубок и цистерн), которая называется эндоплазматическим ретикулумом (или эндоплазматическая сеть, ЭПР или ЭПС). Ту часть ЭПР, к мембранам которого прикреплены рибосомы, относят к гранулярному (или шероховатому) эндоплазматическому ретикулуму, на его мембранах происходит синтез белков. Те компартменты, на стенках которых нет рибосом, относят к гладкому (или агранулярному) ЭПР, принимающему участие в синтезе липидов. Внутренние пространства гладкого и гранулярного ЭПР не изолированы, а переходят друг в друга и сообщаются с просветом ядерной оболочки.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи представляет собой стопку плоских мембранных цистерн, несколько расширенных ближе к краям. В цистернах аппарата Гольджи созревают некоторые белки, синтезированные на мембранах гранулярного ЭПР и предназначенные для секреции или образования лизосом. Аппарат Гольджи асимметричен — цистерны располагающиеся ближе к ядру клетки (цис-Гольджи) содержат наименее зрелые белки, к этим цистернам непрерывно присоединяются мембранные пузырьки — везикулы, отпочковывающиеся от эндоплазматического ретикулума. По-видимому, при помощи таких же пузырьков происходит дальнейшее перемещение созревающих белков от одной цистерны к другой. В конце концов от противоположного конца органеллы (транс-Гольджи) отпочковываются пузырьки, содержащие полностью зрелые белки.

Ядро

Клеточное ядро содержит молекулы ДНК, на которых записана генетическая информация организма. В ядре происходит репликация — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на матрице ДНК. В ядре же синтезированные молекулы РНК претерпевают некоторые модификации (например, в процессе сплайсинга из молекул матричной РНК исключаются незначащие, бессмысленные участки), после чего выходят в цитоплазму. Сборка рибосом также происходит в ядре, в специальных образованиях, называемых ядрышками. Компартмент для ядра — кариотека — образован за счёт расширения и слияния друг с другом цистерн эндоплазматической сети таким образом, что у ядра образовались двойные стенки за счёт окружающих его узких компартментов ядерной оболочки. Полость ядерной оболочки называется люменом или перинуклеарным пространством. Внутренняя поверхность ядерной оболочки подстилается ядерной ламиной, жесткой белковой структурой, образованной белками-ламинами, к которой прикреплены нити хромосомной ДНК. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются и образуют так называемые ядерные поры, через которые происходит материальный обмен между ядром и цитоплазмой.

Лизосомы

Лизосома — небольшое тельце, ограниченное от цитоплазмы одинарной мембраной. В ней находятся литические ферменты, способные расщепить все биополимеры. Основная функция — автолиз — то есть расщепление отдельных органоидов, участков цитоплазмы клетки.

Цитоскелет

К элементам цитоскелета относят белковые фибриллярные структуры, расположенные в цитоплазме клетки: микротрубочки, актиновые и промежуточные филаменты. Микротрубочки принимают участие в транспорте органелл, входят в состав жгутиков, из микротрубочек строится митотическое веретено деления. Актиновые филаменты необходимы для поддержания формы клетки, псевдоподиальных реакций. Роль промежуточных филаментов, по-видимому, также заключается в поддержании структуры клетки. Белки цитоскелета составляют несколько десятков процентов от массы клеточного белка.

Центриоли

Центриоли представляют собой цилиндрические белковые структуры, расположенные вблизи ядра клеток животных (у растений центриолей нет). Центриоль представляет собой цилиндр, боковая поверхность которого образована девятью наборами микротрубочек. Количество микротрубочек в наборе может колебаться для разных организмов от 1 до 3.

Вокруг центриолей находится так называемый центр организации цитоскелета, район в котором группируются минус концы микротрубочек клетки.

Перед делением клетка содержит две центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу. В ходе митоза они расходятся к разным концам клетки, формируя полюса веретена деления. После цитокинеза каждая дочерняя клетка получает по одной центриоли, которая удваивается к следующему делению. Удвоение центриолей происходит не делением, а путём синтеза новой структуры, перпендикулярной существующей.

Центриоли, по-видимому, гомологичны базальным телам жгутиков и ресничек.

Митохондрии

Митохондрии — особые органеллы клетки, основной функцией которых является синтез АТФ — универсального носителя энергии. Дыхание (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) происходит также за счёт энзиматических систем митохондрий.

Внутренний просвет митохондрий, называемый матриксом отграничен от цитоплазмы двумя мембранами, наружной и внутренней, между которыми располагается межмембранное пространство. Внутренняя мембрана митохондрии образует складки, так называемые кристы. В матриксе содержатся различные ферменты, принимающие участие в дыхании и синтезе АТФ. Центральное значение для синтеза АТФ имеет водородный потенциал внутренней мембраны митохондрии.

Митохондрии имеют свой собственный ДНК—геном и прокариотические рибосомы, что безусловно указывает на симбиотическое происхождение этих органелл. В ДНК митохондрий закодированы совсем не все митохондриальные белки, большая часть генов митохондриальных белков находятся в ядерном геноме, а соответствующие им продукты синтезируются в цитоплазме, а затем транспортируются в митохондрии. Геномы митохондрий отличаются по размерам: например геном человеческих митохондрий содержит всего 13 генов. Самое большое число митохондриальных генов (97) из изученных организмов имеет простейшее Reclinomonas americana.

3. Уровни организации живой материи. Методы биологии

3. Уровни организации живой материи. Методы биологии

Вспомните!

Какие уровни организации живой материи вам известны?

Какие вы знаете методы научных исследований?

Уровни организации живой материи. Окружающий нас мир живых существ – это совокупность биологических систем разной степени сложности, образующих единую иерархическую структуру. Причём следует отчётливо представлять, что взаимосвязь отдельных биологических систем, принадлежащих к одному уровню организации, формирует качественно новую систему. Одна клетка и множество клеток, один организм и группа организмов – разница не только в количестве. Совокупность клеток, обладающих общим строением и функцией, – это качественно новое образование – ткань. Группа организмов – это семья, стая, популяция, т. е. система, обладающая совершенно иными свойствами, нежели простое механическое суммирование свойств нескольких особей.

В процессе эволюции происходило постепенное усложнение организации живой материи. При образовании более сложного уровня предыдущий уровень, возникший ранее, входил в него как составная часть. Именно поэтому уровневая организация и эволюция являются отличительными признаками живой природы. В настоящее время жизнь как особая форма существования материи представлена на нашей планете несколькими уровнями организации (рис. 4).

Молекулярно-генетический уровень. Как бы сложно ни была организована любая живая система, в её основе лежит взаимодействие биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, углеводов, а также других органических и неорганических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: кодирование и передача наследственной информации, обмен веществ, превращение энергии.

Клеточный уровень. Клетка – это структурно-функциональная единица всего живого. Существование клетки лежит в основе размножения, роста и развития живых организмов. Вне клетки жизни нет, а существование вирусов только подтверждает это правило, потому что они могут реализовывать свою наследственную информацию только в клетке.

Рис. 4. Уровни организации живой материи

Тканевый уровень. Ткань – это совокупность клеток и межклеточного вещества, объединённых общностью происхождения, строения и выполняемой функции. В животных организмах выделяют четыре основных типа ткани: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную. В растениях различают образовательные, покровные, проводящие, механические, основные и выделительные (секреторные) ткани.

Органный уровень. Орган – это обособленная часть организма, имеющая определённую форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (две) преобладает.

Организменный (онтогенетический) уровень. Организм – это целостная одноклеточная или многоклеточная живая система, способная к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован, как правило, совокупностью тканей и органов. Существование организма обеспечивается путём поддержания гомеостаза (постоянства структуры, химического состава и физиологических параметров) в процессе взаимодействия с окружающей средой.

Популяционно-видовой уровень. Популяция – совокупность особей одного вида, в течение длительного времени проживающих на определённой территории, внутри которой осуществляется в той или иной степени случайное скрещивание и нет существенных внутренних изоляционных барьеров; она частично или полностью изолирована от других популяций данного вида.

Вид – совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Все особи одного вида имеют одинаковый кариотип, сходное поведение и занимают определённый ареал.

На этом уровне осуществляется процесс видообразования, который происходит под действием эволюционных факторов.

Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Биогеоценоз – исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания. В биогеоценозах осуществляется круговорот веществ и энергии.

Биосферный (глобальный) уровень. Биосфера – биологическая система высшего ранга, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере и литосфере. Биосфера объединяет все биогеоценозы (экосистемы) в единый комплекс. В ней происходят все вещественно – энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

Таким образом, жизнь на нашей планете представлена саморегулирующимися и самовоспроизводящимися системами различного ранга, открытыми для вещества, энергии и информации. Происходящие в них процессы жизнедеятельности и развития обеспечивают существование и взаимодействие этих систем.

На каждом уровне организации живой материи существуют свои специфические особенности, поэтому в любых биологических исследованиях, как правило, какой-то определённый уровень является ведущим. Так, например, механизмы деления клетки изучают на клеточном уровне, а основные успехи в области генной инженерии достигнуты на молекулярно-генетическом. Но такое разделение проблем по уровням организации является весьма условным, потому что большинство задач биологии так или иначе касаются одновременно нескольких уровней, а порой и всех сразу. Например, проблемы эволюции затрагивают все уровни организации, а методы генной инженерии, реализуемые на молекулярно-генетическом уровне, направлены на изменение свойств всего организма.

Методы познания живой природы. Исследуя системы разной степени сложности, биология использует разнообразные методы и приёмы. Одним из наиболее древних является метод наблюдения, на котором основывается описательный метод. Сбор фактического материала и его описание были основными приёмами исследования на раннем этапе развития биологии. Но и в настоящее время они не утратили своего значения. Эти методы широко используют зоологи, ботаники, микологи, экологи и представители многих других биологических специальностей.

В XVIII в. в биологии стал широко применяться сравнительный метод, который позволял в процессе сопоставления объектов выявлять сходства и различия организмов и их частей. Благодаря этому методу были заложены основы систематики растений и животных, создана клеточная теория. Применение этого метода в анатомии, эмбриологии, палеонтологии способствовало утверждению в биологии эволюционной теории развития.

Исторический метод позволяет сравнить существующие факты с данными, известными ранее, выявить закономерности появления и развития организмов, усложнения их структуры и функций.

Огромное значение для развития биологии имел экспериментальный метод, его первое применение связывают с именем римского врача Галена (II в. н. э.). Гален впервые продемонстрировал участие нервной системы в организации поведения и в работе органов чувств. Однако широко использоваться этот метод начал лишь с XIX в. Классическим образцом применения экспериментального метода являются работы И. М. Сеченова по физиологии нервной деятельности и Г. Менделя по изучению наследования признаков.

В настоящее время биологи всё чаще используют метод моделирования, позволяющий воспроизвести такие экспериментальные условия, которые в реальности воссоздать порой не представляется возможным. С помощью компьютерного моделирования, например, можно рассчитать последствия постройки плотины для определённой экосистемы или воссоздать эволюцию определённого вида живых организмов. Меняя параметры, можно выбрать оптимальный путь развития агроценоза или подобрать наиболее безопасное сочетание лекарственных препаратов при лечении конкретного заболевания.

Любое научное исследование, использующее разные методы, состоит из нескольких этапов. Сначала в результате наблюдений собирают данные – факты, на основе которых выдвигают гипотезу. Для того чтобы оценить верность этой гипотезы, осуществляют серии экспериментов с целью получения новых результатов. Если гипотеза подтверждается, она может стать теорией, включающей в себя определённые правила и законы.

При решении биологических задач используют самую разнообразную технику: световые и электронные микроскопы, центрифуги, химические анализаторы, термостаты, компьютеры и множество других современных приборов и инструментов.

Настоящую революцию в биологических исследованиях произвело появление электронного микроскопа, в котором вместо светового пучка используют пучок электронов. Разрешающая способность такого микроскопа в 100 раз выше, чем светового.

Одним из видов электронного микроскопа является сканирующий. В нём электронный луч не проходит через образец, а отражается от него и преобразуется в изображение на телеэкране. Это позволяет получать трёхмерное изображение исследуемого объекта.

Вопросы для повторения и задания

1. Как вы считаете, почему необходимо выделять различные уровни организации живой материи?

2. Перечислите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.

3. Назовите биологические макромолекулы, входящие в состав живых систем.

4. Как проявляются свойства живого на различных уровнях организации?

5. Какие методы исследования живой материи вы знаете?

6. Может ли многоклеточный организм не иметь тканей и органов? Если вы считаете, что может, приведите примеры таких организмов.

Рис. 5. Амёба под микроскопом

Подумайте! Выполните!

1. Выделите основные признаки понятия «биологическая система».

2. Согласны ли вы с тем, что описательный период в биологии продолжается и в XXI в.? Ответ обоснуйте.

3. Рассмотрите рис. 5. Определите, какое изображение было получено при помощи световой микроскопии, какое – при помощи электронной, а какое – результат использования сканирующего микроскопа. Объясните свой выбор.

4. Из предыдущих курсов биологии, физики, химии или других предметов вспомните какую-нибудь хорошо известную вам теорию (закон или правило). Попробуйте описать основные этапы её (его) формирования.

5. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте презентацию или красочный стенд на тему «Современное научное оборудование и его роль в решении биологических задач». С каким оборудованием вы уже познакомились при изучении курса «Человек и его здоровье»? Для каких целей его используют? Можно ли медицинское оборудование считать биологическим? Объясните свою точку зрения.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Повторите и вспомните!

Растения

Появление тканей и органов растений. Появление тканей и органов в эволюции растений было связано с выходом на сушу. У водорослей отсутствуют органы и специализированные ткани, так как все их клетки находятся в одинаковых условиях (температурный режим, освещённость, минеральное питание, газообмен). Каждая клетка водоросли обычно содержит хлоропласты и способна к фотосинтезу.

Однако, выйдя на сушу, предки современных высших растений попали в совершенно иные условия: кислород, необходимый для дыхания, и углекислый газ, используемый для фотосинтеза, растения должны были получать из воздуха, а воду – из почвы. Новая среда обитания не была однородной. Возникли проблемы, которые надо было решать: защита от высыхания, поглощение воды из почвы, создание механической опоры, сохранение спор. Существование растений на границе двух сред – почвы и воздуха – привело к возникновению полярности: нижняя часть растения, погружаясь в почву, поглощала воду с растворёнными в ней минеральными веществами, верхняя часть, оставаясь на поверхности, активно фотосинтезировала и обеспечивала всё растение органическими веществами. Так появились два основных вегетативных органа современных высших растений – корень и побег.

Такое расчленение тела растений на отдельные органы, усложнение их структуры и функций происходило постепенно в процессе длительной эволюции растительного мира и сопровождалось усложнением тканевой организации.

Первой появилась покровная ткань, обеспечившая защиту растения от высыхания и повреждений. Подземная и наземная части растения должны были иметь возможность обмениваться различными веществами. Вода с растворёнными в ней минеральными солями поднималась вверх из почвы, а органические вещества перемещались вниз, к подземным частям растения, не способным к фотосинтезу. Это требовало развития проводящих тканей – ксилемы и флоэмы. В воздушной среде надо было противостоять силам гравитации, выдерживать порывы ветра – это потребовало развития механической ткани.

У высших растений различают вегетативные и генеративные (репродуктивные) органы. Вегетативными органами высших растений являются корень и побег, состоящий из стебля, листьев и почек. Вегетативные органы обеспечивают фотосинтез и дыхание, рост и развитие, поглощение и проведение в теле растения воды и растворённых в ней минеральных солей, транспорт органических веществ, а также участвуют в вегетативном размножении.

Генеративные органы – это спорангии, спороносные колоски, шишки и цветки, образующие плоды и семена. Они появляются в определённые периоды жизни и выполняют функции, связанные с размножением растений.

Человек

Методы изучения человека. Одним из первых анатомических методов, начиная с эпохи Возрождения, был метод аутопсии (вскрытия трупов). Однако в настоящее время существует множество методов, которые позволяют изучать организм прижизненно: рентгеноскопия, ультразвуковое исследование, магнитно-резонансная томография и многие другие.

Основу всех физиологических методов составляют наблюдения и эксперименты. Современные физиологи успешно применяют разнообразные инструментальные методы. Электрокардиограмма сердца, электроэнцефалограмма головного мозга, термография (получение теплофотографий), радиография (введение в организм радиометки), разнообразные эндоскопии (осмотры внутренних органов при помощи специальных приборов – эндоскопов) помогают специалистам не только изучать работу организма, но и на ранних стадиях выявлять заболевания и нарушения в работе органов. Многое о состоянии здоровья человека может сказать его артериальное давление, анализ крови и мочи.

Основными методами психологии являются наблюдения, анкетирование, эксперимент.

Гигиена, наряду с методами, используемыми в других науках, имеет свои специфические методы исследования: эпидемиологический, санитарного обследования, санитарной экспертизы, санитарного просвещения и некоторые другие.

Ваша будущая профессия

1. Оцените роль науки в жизни каждого человека и общества в целом. Напишите эссе по данной теме. Обсудите в классе, существует ли в настоящее время профессиональная деятельность, на которую не влияет развитие науки.

2. Оцените значение информации в современном обществе. Какова роль информации в успешном профессиональном росте? Раскройте смысл высказывания премьер-министра Великобритании Уинстона Черчилля (1874–1965) «Кто владеет информацией – тот владеет миром».

3. Попробуйте смоделировать ситуации, в которых вам могут пригодиться знания, полученные при изучении этой главы.

4. Специальность – комплекс приобретённых путём специальной подготовки и опыта работы знаний, умений и навыков, необходимых для определённого вида деятельности в рамках той или иной профессии. Профессия – социально значимый род занятий человека, вид его деятельности. Определите, что из ниже приведённого списка относится к специальности, а что – к профессии: биология, инженер-эколог, биотехнолог, экология, генный инженер, молекулярный биолог. Аргументируйте свой выбор.

5. Какую специальность вы планируете приобрести в ходе дальнейшего обучения? Определились ли вы уже с выбором профессии?

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Уровни организации живой материи. Методы биологии

«Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10-11 классы». В.И. Сивоглазов (гдз)

Вопрос 1. Что такое жизнь? 
Попытайтесь дать свое определение.

Вопрос 2. Перечислите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.
Обычно выделяют восемь уровней организации живого.
Молекулярно-генетический уровень. Это уровень макромолекул: нуклеиновых кислот, углеводов, белков и других органических веществ. На этом уровне начинаются важнейшие биологические процессы: кодирование и передача наследственной информации, обмен веществ, превращение энергии.
Клеточный уровень. Клетка — это структурно-функциональная единица живого. Процессы, происходящие в клетке, лежат в основе роста и развития живых организмов.
Тканевый уровень. Ткань — это совокупность клеток, сходных по строению, происхождению и выполняемой функции. В состав ткани входит также межклеточное вещество.
Органный уровень. Орган — это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (реже — две) преобладает.
Организменный (онтогенетический) уровень. Организм — целостная одноклеточная или многоклеточная живая система, способная к самостоятельному существованию и поддержанию гомеостаза (т. е. постоянства внутренней среды). Многоклеточный организм представляет собой совокупность тканей и органов.
Популяционно-видовой уровень. Вид — это совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. На этом уровне под действием эволюционных факторов осуществляется процесс видообразования. Популяция — это совокупность особей одного вида, в течение достаточно длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенную территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других по-добных совокупностей.
Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания.
Биосферный (глобальный) уровень. Биосфера — биологическая система высшего ранга, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере, литосфере и объединяющая все экосистемы в единый комплекс. На этом уровне происходят вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

Вопрос 3. Назовите биологические макромолекулы, входящие в состав живых систем.
Понятие «макромолекула» совпадает с химическим определением полимера. Макромолекулы состоят из большого числа (сотен, тысяч и более) повторяющихся элементов-звеньев. Важнейшими макромолекулами, входящими в состав живых организмов, являются нуклеиновые кислоты, белки и углеводы (полисахариды). К макромолекулам можно отнести также, например, каучук — углеводород, входящий в состав латекса (сока дерева гевеи). Наиболее распространенными на нашей планете макромолекулами являются полисахариды целлюлоза и хитин.

Вопрос 4. Как проявляются свойства живого на различных уровнях организации?
Для всех уровней организации живой материи на Земле характерно единство химического и биохимического состава; обязательно присутствие основных макромолекул. Понятие «макромолекула» совпадает с химическим определением полимера. Макромолекулы состоят из большого числа (сотен, тысяч и более) повторяющихся элементов-звеньев. Важнейшими макромолекулами, входящими в состав живых организмов, являются нуклеиновые кислоты, белки и углеводы (полисахариды). К макромолекулам можно отнести также, например, каучук — углеводород, входящий в состав латекса (сока дерева гевеи). Наиболее распространенными на нашей планете макромолекулами являются полисахариды целлюлоза и хитин. Каждый уровень представляет собой целостную систему, состоящую из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Наличие этого взаимодействия обеспечивает саморегуляцию системы, ее рост, развитие и общее увеличение биомассы (размножение). Наконец, на любом уровне организации живой материи мы наблюдаем процессы обмена веществ и энергии с окружающей сре-дой, а также способность отвечать на изменения окружающего мира и приспосабливаться к ним. Конечно, клетка и экосистема по-разному отвечают, например, на повышение температуры или сезонные изменения освещенности, но сам принцип реагирования (раздражимости) присущ живой материи на любой ступени ее организации.

Вопрос 5. Какие методы исследования живой материи вы знаете?
Перечислим основные методы исследования живых объектов.
Метод наблюдения и связанный с ним описательный метод основаны на сборе фактического ма-териала. С их применения начинается большинство биологических исследований. Особое значение эти методы имеют, например, для анатомических дисциплин (изучение строения организма человека, растений, животных).
Сравнительный метод позволяет, сопоставляя разные организмы, выявлять их сходство и различие. Благодаря этому методу были заложены основы систематики растений и животных, создана клеточная теория. Исторический метод позволяет выявить закономерности появления организмов, их развития, усложнения структуры и функций. Он имеет ключевое значение для теории эволюции, эмбриологии (науки об индивидуальном развитии организмов).
Экспериментальный метод в настоящее время, пожалуй, наиболее актуален. Ученый, использующий экспериментальный метод, активно влияет на организм, помещая его в те или иные условия, оказывая на него различные воздействия и изучая ответные реакции.
Метод компьютерного моделирования незаменим для исследования биологических процессов, воссоздать которые в реальности очень сложно либо вообще невозможно. С помощью моделирования можно, например, за несколько дней оценить действие на организм сотен лекарственных препаратов и выбрать наиболее эффективный. На аналогичные экспериментальные исследования ушли бы многие месяцы.

Подготовка к ЕГЭ по теме Уровни организации живой материи

Уровни организации живой материи

Одна из сложностей определения понятия «жизнь» связана с тем, что живые организмы являются открытыми дискретными системами, то есть они активно обмениваются с окружающей средой веществом и энергией и имеют прерывистое строение – состоят из отдельных живых частей (клеток, тканей и органов). Эта зависимость от окружающей среды, в том числе от других живых существ, заставляет рассматривать надорганизменные системы (популяции, виды, сообщества, экосистемы и биосферу), тоже в качестве живых систем.

Взаимосвязь живого

Мир живых существ, вместе с человеком, представляет собой биологические системы разнообразной формы, различающиеся по размерам и сложности внутреннего устройства. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка может быть отдельным организмом или элементарной составной частью более сложного организма.

Если клетка существует в виде самостоятельного организма, то она проявляет все функции целостной системы, но если клетка входит в состав более сложного организма – многоклеточного, то совокупность клеток сразу образует ткань, то есть клетка теряет свою самостоятельность и не способна существовать вне живого организма.

Несколько тканей вместе формируют органы. Органы входят в состав целого организма, организм – в состав популяции, вида.

Взаимодействующие между собой виды образуют экосистему и сообщество, они, в свою очередь, являются важнейшими компонентами биосферы.

Для живых систем характерна многоуровневость и иерархическая организация.

Уровни организации живой материи

Выделяют 8 уровней организации живой материи:

Молекулярный

Молекулярный уровень организации — это уровень функционирования биологических макромолекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов.

С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации.

Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.

Клеточный уровень

Клеточный уровень — это уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка — это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. На этом уровне изучаются такие процессы, как обмен веществ и энергии, обмен информацией, размножение, фотосинтез, передача нервного импульса. На этом уровне происходят процессы морфологической организации клетки, синтез специфических органических веществ, регуляция химических реакций, способы деления клеток, специализация клетки в процессе ее развития, а также функционируют основные структуры клетки.

Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.

Тканевый уровень

Тканевый уровень организации — это уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей.

Ткань – это совокупность межклеточного вещества и клеток, сходных по строению и происхождению и выполняющих одинаковые функции.

На этом уровне проявляются такие процессы как обмен веществ, раздражимость

Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией

Органный уровень

Органный уровень организации — это уровень органов многоклеточных организмов. Органы – это структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань.

Органы выполняют ряд разнообразных функций: пищеварение, газообмен, транспорт веществ, движение и т.д.

Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология.

Организменный уровень

Организменный уровень организации — это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. На этом уровне организм изучается как единое целое, устойчивость которого обеспечивается за счет согласованной работы всех его органов.

Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида, обмен веществ, раздражимость, размножение, онтогенез, нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности, обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания.

Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.

Популяционно-видовой

Популяционно-видовой уровень — это уровень совокупностей особей — популяций и видов. На этом уровне изучаются генетические и экологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов. На этом уровне изучаются факторы, влияющие на динамику и численность популяции, на возрастной состав популяции, взаимодействие между особями и популяциями, именно в популяции происходят элементарные эволюционные процессы – накопление, проявление и отбор мутаций , выработка адаптации к меняющимся условиям сред, изучаются проблемы исчезающих видов и действие факторов макроэволюции,

Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций.

Биогеоценотический (экосистемный)

На биогеоценотическом (экосистемном) уровне представлены системы популяций разных видов и их взаимосвязи между собой и окружающей средой.

На этом уровне изучаются типы питания, типы взаимоотношений организмов и популяций в экосистеме, взаимоотношение организма и среды,  численность популяций, динамика численности популяций, плотность популяций, продуктивность экосистем, факторы неживой и живой природы, влияющие на устойчивость и продуктивность экосистем, а также действие хозяйственной деятельности человека на экосистемы, сукцессии.

Этот уровень изучает экология.

Биосферный

Биосферный уровень – высшая форма организации живой материи, объединяющая все экосистемы планеты. В биосфере происходят глобальные биогеохимические циклы (круговороты веществ и потоки энергии).

На этом уровне изучается круговорот веществ, химических элементов и энергии, связанный с проявлением жизнедеятельности всех живых организмов, обитающих на планете Земля.

Задание

1. Вспомните уровни организации живой природы. Какие процессы характерны для каждого из уровней?

2. Какие вещества рассматриваются на молекулярном уровне организации живого?

3. Какие уровни организации живого могут совпадать?

4. Вспомните основные ткани животных и растений. К какому уровню организации живого относятся ткани?

5. Почему надорганизменные системы тоже относят к живым системам?

6. Что такое биосфера?

7. Обсудите с друзьями и родными, как происходит переход с одного уровня организации живого на другой.

Тест 1 «Уровни организации живой материи» Часть А

А1. Уровень, на котором изучаются процессы биогенной миграции атомов, называется:

1) биогеоценотический 2) биосферный

3) популяционно-видовой 4) молекулярно-генетический

А2. На популяционно-видовом уровне изучают:

1) мутации генов 2) взаимосвязи организмов одного вида

3) системы органов 4) процессы обмена веществ в организме

А3. Поддержание относительного постоянства химического состава организма называется

1) метаболизм 2) ассимиляция 3) гомеостаз 4) адаптация

А4. Возникновение мутаций связано с таким свойством организма, как

1) наследственность 2) изменчивость 3) раздражимость 4) самовоспроизведение

А5. Какая из перечисленных биологических систем образует наиболее высокий уровень жизни?

1) клетка амебы 2) вирус оспы 3) стадо оленей 4) природный заповедник

А6. Отдергивание руки от горячего предмета – это пример

1) раздражимости 2) способности к адаптациям

3) наследования признаков от родителей 4) саморегуляции

А7. Фотосинтез, биосинтез белков – это примеры

1) пластического обмена веществ 2) энергетического обмена веществ

3) питания и дыхания 4) гомеостаза

А8. Какой из терминов является синонимом понятия «обмен веществ»?

1) анаболизм 2) катаболизм 3) ассимиляция 4) метаболизм

Часть В

В1. Выберите процессы, изучаемые на молекулярно-генетическом уровне жизни

1) репликация ДНК

2) наследование болезни Дауна

3) ферментативные реакции

4) строение митохондрий

5) структура клеточной мембраны

6) кровообращение

В2. Соотнесите характер адаптации организмов с условиями, к которым они вырабатывались

Адаптация	Условия жизни
А) яркая окраска самцов павианов Б) пятнистая окраска молодых оленей В) борьба двух оленей Г) сходство палочников с сучками Д) ядовитость пауков Е) сильный запах у кошек	1) защита от хищников 2) поиск полового партнера

Часть С

С1. Какие приспособления растений обеспечивают им размножение и расселение?

С2. Что общего и в чем заключаются различия между разными уровнями организации жизни?

ОТВЕТЫЧасть А. А1 – 2. А2 – 2. А3 – 3. А4 – 2. А5 – 4. А6 – 1. А7 – 1. А8 – 4.

Часть В. В1 – 1, 5, 3. В2 . А – 2; Б – 1; В – 2; Г – 1; Д – 1; Е – 2.

Часть С. С1 Запах, окраска, наличие нектара, соответствие формы тела насекомых строению опыляемых цветков.

С2.Общее. Каждый уровень представлен биологической системой, обладающей всеми свойствами жизни (клетка, популяция, биогеоценоз, биосфера).

Различия. Уровни отличаются друг от друга сложностью организации и характером взаимодействия составляющих элементов системы. Внутриклеточные взаимодействия элементов менее сложны, чем их взаимодействия в биосфере.

Тест 2. « Уровни организации живой материи»

Какой уровень организации живой природы представляет собой совокупность популяций разных видов, связанных между собой и окружающей неживой природой

 

1) организменный 2) популяционно-видовой

3) биогеоценотический 4) биосферный

Пояснение.

Совокупность популяций разных видов, связанных между собой и неживой природой называется биогеоценозом. Биосферный уровень включает все биогеоценозы планеты. А популяционно– видовой состоит из особей одного вида.

Ответ:3

2.Генные мутации происходят на уровне организации живого

 

1) организменном 2) клеточном 3) видовом 4) молекулярном

Пояснение.

Генные мутации связаны с неправильным удвоением молекулы ДНК, с выпадением, заменой, или встраиванием нового нуклеотида. Это происходит на уровне молекул, т. е. молекулярном.

Ответ:4

3.Зеленая эвглена, совмещающая признаки растений и животных, — пример уровня организации

 

1) популяционно-видового 2) организменного

3) биогеоценотического 4) молекулярного

Пояснение.

Это одноклеточный организм, поэтому и уровень организменный.

Ответ:2

4.Амеба обыкновенная представляет собой как клеточный уровень организации жизни, так и

 

1) молекулярный 2) организменный 3) видовой 4) биоценотический

Пояснение.

Амеба – это целостный организм состоящий из одной клетки, поэтому она представитель организменного уровня организации.

Ответ:2

5.Стая волков в тайге представляет собой уровень жизни

 

1) биосферный 2) популяционно-видовой 3) организменный 4) биоценотический

Пояснение.

Совокупность растений, животных, грибов и прокариот, населяющих участок суши или водоема и находящихся в определенных отношениях между собой (тайга) — это компоненты биоценотического уровня.

 

Группы родственных особей (стая волков), объединённых определённым генофондом и специфическим для них взаимодействием с окружающей средой, являются компонентами популяционно-видового уровня организации жизни.

Ответ: 2

6.Удвоение ДНК происходит на уровне организации жизни

 

1) клеточном 2) молекулярном 3) органо-тканевом 4) организменном

Пояснение.

ДНК это молекула, поэтому репликация происходит на молекулярном уровне.

Ответ:2

7. Движение цитоплазмы наблюдается на уровне организации жизни

 

1) клеточном 2) молекулярном 3) органо-тканевом 4) организменном.

Пояснение.

Цитоплазма находится в клетке, поэтому ее движение происходит на клеточном уровне.

Ответ:1

8.Круговорот воды в природе наблюдается на уровне организации жизни

 

1) популяционно-видовом 2) биосферном 3) экосистемном 4) организменном.

Пояснение.

Круговоротом веществ и энергии связано все живое на планете, поэтому он происходит на биосферном уровне.

Ответ: 2

9. Миграция северных оленей наблюдается на уровне организации жизни

 

1) организменном 2) биосферном 3) экосистемном 4) популяционно-видовом.

Пояснение.

Северные олени принадлежат к животным одного вида, мигрируют они группами, популяциями, и уровень будет популяционно-видовой.

Ответ: 4

10.Газообмен в лег­ких наблюдается на уров­не организации жизни

 

1) клеточном 2) молекулярном 3) органно-тканевом 4) организменном

Пояснение.

Газообмен идет в легких, это орган; по­это­му газообмен про­хо­дит на органно-тканевом уровне.

Ответ: 3

11.Цветение черемухи обыкновенной наблюдается на уровне организации жизни

 

1) клеточном 2) молекулярном 3) органо-тканевом 4) организменном

Пояснение.

В опылении и оплодотворении принимает участие несколько органов одного организма, поэтому, этот процесс происходит на организменном уровне.

Ответ: 4

12.Миграция атомов и молекул в природе — это проявление жизни на уровне

 

1) популяционно-видовом 2) биосферном 3) экосистемном 4) организменном.

Пояснение.

Миграция атомов составляет круговорот атомов в природе, что происходит на биосферном уровне.

Ответ: 2

13. Деление ядра – это пример проявления жизни на уровне

 

1) клеточном 2) молекулярном 3) органо-тканевом 4) организменном.

Пояснение.

Ядро – это клеточная структура, поэтому и уровень клеточный.

Ответ: 1

14. Динамика численности уссурийского тигра – это пример на уровне

 

1) популяционно-видовом 2) биосферном 3) экосистемном 4) организменном.

Пояснение.

Это популяция тигров одного вида. Изменения происходят на уровне популяции, значит, и уровень популяционно-видовой.

Ответ: 1 

15.Строение и функции молекул белка изучают на уровне организации живого

 

1) организменном 2) тканевом 3) молекулярном 4) популяционном

Пояснение.

Белок это молекула, уровень организации молекулярный.

Ответ: 3

16.Митоз – это проявление жизни на уровне организации жизни

 

1) клеточном 2) молекулярном 3) органо-тканевом 4) организменном.

Пояснение.

Митоз идет в клетке, значит, уровень организации клеточный.

Ответ: 1

17. Круговорот веществ и превращение энергии на Земле происходит на уровне организации живого

 

1) биосферном 2) организменном 3) клеточном 4) популяционно-видовом

Пояснение.

Круговорот включает все организмы, которые живут в биосфере. Поэтому, круговорот веществ происходит на биосферном уровне.

Ответ: 1

18. Какой уровень организации живого служит основным объектом изучения цитологии?

 

1) клеточный 2) популяционно-видовой 3) биогеоценотический 4) биосферный

Пояснение.

Цитология – наука о клетке.

Ответ: 1

19. Образование новых видов организмов происходит на уровне организации живого

 

1) организменном 2) популяционно-видовом

3) биогеоценотическом 4) биосферном

Пояснение.

Популяция – единица эволюции, в популяции идут процессы видообразования.

Ответ: 2

20. Теория биогеохимических циклов В. И. Вернадского описывает уровень жизни

 

1) биогеоценотический 2) биосферный

3) популяционно-видовой 4) организменный

Пояснение.

Основные процессы, изучаемые на биосферном уровне:

 

— активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты

 

— биологический глобальный круговорот веществ и энергии

 

— активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность

Ответ: 2

21. Передача наследственной информации происходит на уровне жизни

 

1) молекулярном 2) тканевом 3) организменном 4) биогеоценотическом

Пояснение.

Молекулярный уровень представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.

Компоненты: Молекулы неорганических и органических соединений

 

Основные процессы:

Объединение молекул в особые комплексы

Осуществление, кодирование и передача генетической информации

Ответ: 1

22. Бескислородный этап энер­ге­ти­че­ско­го обмена про­те­ка­ет в мно­го­кле­точ­ном организме на уров­не организации живого

 

1) видовом 2) популяционном 3) организменном 4) клеточном

Пояснение.

Бескислородный этап энер­ге­ти­че­ско­го обмена про­те­ка­ет в мно­го­кле­точ­ном организме на уров­не организации жи­во­го — клеточном.

 

Клеточный уро­вень — это уро­вень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, од­но­кле­точ­ных животных и водорослей, од­но­кле­точ­ных грибов, кле­ток многоклеточных организмов). Клет­ка — это струк­тур­ная единица живого, функ­ци­о­наль­ная единица, еди­ни­ца развития. Этот уро­вень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.

 

Организменный уро­вень организации — это уро­вень одноклеточных, ко­ло­ни­аль­ных и мно­го­кле­точ­ных организмов. Спе­ци­фи­ка организменного уров­ня в том, что на этом уров­не происходит де­ко­ди­ро­ва­ние и ре­а­ли­за­ция генетической информации, фор­ми­ро­ва­ние признаков, при­су­щих особям дан­но­го вида. Этот уро­вень изучается мор­фо­ло­ги­ей (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.

 

Популяционно-видовой уро­вень — это уро­вень совокупностей осо­бей — по­пу­ля­ций и видов. Этот уро­вень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, ге­не­ти­кой популяций. На этом уров­не изучаются ге­не­ти­че­ские и эко­ло­ги­че­ские особенности популяций, эле­мен­тар­ные эволюционные фак­то­ры и их вли­я­ние на ге­но­фонд (микроэволюция), про­бле­ма сохранения видов.

Ответ: 4

23. Таксономическая еди­ни­ца ВИД су­ще­ству­ет на уров­не ор­га­ни­за­ции жизни 

 

1) организменном 2) клеточном 3) надорганизменном 4) молекулярном

Пояснение.

Вид — это груп­па особей, оди­на­ко­вых по строению, про­жи­ва­ю­щих на одной территории, сво­бод­но скрещивающихся между собой и да­ю­щих плодовитое потомство. Вид — это на­дор­га­низ­мен­ный уровень организации.

Ответ: 3

24. Взаимоотношения между раз­ны­ми организмами, оби­та­ю­щи­ми на одной территории, изу­ча­ют­ся на уров­не ор­га­ни­за­ции жизни

 

1) биосферном 2) биогеоценотическом 3) популяционно-видовом 4) организменном

Пояснение.

Сообщество ор­га­низ­мов оби­та­ю­щих на одной территории, вза­и­мо­дей­ству­ю­щих между собой и окру­жа­ю­щей сре­дой на­зы­ва­ют биогеоценозом.

Ответ: 2

25. Какой уро­вень организации живой при­ро­ды является пред­ме­том науки экологии?

 

1) молекулярный 2) популяционно-видовой 3) органный 4) клеточный

Пояснение.

Экология изучает взаимосвязь организмов с окружающей средой, в том числе популяции. Значит, ответ — популяционно-видовой.

 

Молекулярный уровень изучают такие науки как биохимия, молекулярная биология, молекулярная генетика.

Клеточный уровень изучает цитология.

Органный может изучаться анатомией, морфологией и другими науками.

Ответ: 2

26. Процесс «трансляции» на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции про­ис­хо­дит на уров­не ор­га­ни­за­ции жизни

 

1) клеточном 2) организменном 3) биогеоценотическом 4) молекулярном

Пояснение.

События на клеточном уровне обеспечивают биоинформационное и вещественно-энергетическое сопровождение феномена жизни на всех уровнях ее организации. Сегодня наукой достоверно установлено, что наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка, которая представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. В клетке сохраняется и воплощается в процессы жизнедеятельности биологическая (генетическая, наследственная) информация — ДНК, матричный механизм репликации ДНК и синтеза белков.

 

Про­цесс транс­ля­ции — про­цесс син­те­за белка из ами­но­кис­лот на мат­ри­це иРНК (мРНК), осу­ществ­ля­е­мый ри­бо­со­мой. Участ­ву­ют не­сколь­ко ком­по­нен­тов клет­ки, по­это­му ответ — на кле­точ­ном уров­не ор­га­ни­за­ции.

Ответ: 1

27. Какой метод не­об­хо­ди­мо применить, чтобы доказать, что определённая вак­ци­на за­щи­ща­ет ор­га­низм от определённого ин­фек­ци­он­но­го заболевания?

 

1) метод наблюдения 2) метод эксперимента 3) метод сравнения 4) описательный метод

Пояснение.

Экспериментальный метод в биологии позволяет активно изучать то или иное явление. Любой эксперимент связан с наблюдением, однако эксперимент и наблюдение не тождественны. В отличие от описания и сравнения, основу которых составляет наблюдение, эксперимент позволяет изучать не только то, что бросается в глаза и сразу видно экспериментатору, но и то, что скрыто в глубине предмета, явления. Эксперимент позволяет изучать явления целенаправленно, в условиях, которые можно точно учитывать качественно и количественно, а также воссоздавать заново.

Ответ: 2

28. На каком уров­не жизни про­ис­хо­дит пе­ре­да­ча на­след­ствен­ной информации?

1) молекулярном 2) тканевом 3) организменном 4) биогеоценотическом

Пояснение.

На молекулярно-генетическом уров­не про­те­ка­ют важ­ней­шие про­цес­сы жиз­не­де­я­тель­но­сти — кодирование, пе­ре­да­ча и ре­а­ли­за­ция на­след­ствен­ной информации. На этом же уров­не ор­га­ни­за­ции жизни осу­ществ­ля­ет­ся про­цесс из­ме­не­ния на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции (генные мутации)

Ответ: 2

29. Один из при­зна­ков от­ли­чия жи­во­го от не­жи­во­го — спо­соб­ность к

 

1) распаду веществ 2) самовоспроизведению 3) движению 4) накоплению хи­ми­че­ских элементов

Пояснение.

Признаки живых ор­га­низ­мов (свойства живого) — их много, но наи­бо­лее важ­ные для определения:

— Обмен ве­ществ и энер­гии с окру­жа­ю­щей средой, за счет ко­то­ро­го под­дер­жи­ва­ет­ся по­сто­ян­ство внут­рен­ней среды ор­га­низ­ма (гомеостаз).

— Раз­дра­жи­мость – спо­соб­ность ор­га­низ­ма из­би­ра­тель­но ре­а­ги­ро­вать на внеш­ние воздействия.

— Самовоспроизведение – спо­соб­ность ор­га­низ­ма да­вать потомство, ко­то­рое за счет на­след­ствен­но­сти по­хо­же на родителя.

— Спо­соб­ность к эволюции: за счет из­мен­чи­во­сти дети рож­да­ют­ся не пол­ны­ми ко­пи­я­ми родителей, и этих детей рож­да­ет­ся слиш­ком много, на всех не хва­та­ет ресурсов, по­это­му вы­жи­ва­ют наи­бо­лее приспособленные.

5. По­сто­ян­ство состава:

98% массы всех живых ор­га­низ­мов со­став­ля­ют СОНN, при­чем уг­ле­ро­да и азота в них со­дер­жит­ся го­раз­до больше, чем в окру­жа­ю­щей среде

 

1, 3, 4 от­ве­ты под­хо­дят также и к не­жи­вым объектам

Ответ: 2

30.Какая наука изу­ча­ет био­ло­ги­че­скую си­сте­му — клетку?

 

1) физиология 2) бионика 3) цитология 4) морфология

Пояснение.

Цитология — раз­дел биологии, изу­ча­ю­щий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, про­цес­сы клеточного размножения, ста­ре­ния и смерти.

 

Физиология — наука, изу­ча­ю­щая закономерности функ­ци­о­ни­ро­ва­ния живых организмов, их от­дель­ных систем, органов, тка­ней и клеток. Про­цес­сы ассимиляции и диссимиляции.

 

Морфология — на­уч­ная дисциплина, изу­ча­ю­щая форму и стро­е­ние организмов.

 

Бионика — при­клад­ная наука о при­ме­не­нии в тех­ни­че­ских устройствах и си­сте­мах принципов организации, свойств, функ­ций и струк­тур живой природы, то есть формы жи­во­го в при­ро­де и их про­мыш­лен­ные аналоги. Проще говоря, био­ни­ка — это со­еди­не­ние биологии и техники.

 

Ответ: 3

31. Какие из уров­ней жизни тож­де­ствен­ны по своим осо­бен­но­стям для од­но­кле­точ­ных организмов?

 

1) организменный и популяционно-видовой 2) клеточный и молекулярный

3) организменный и биогеоценотический 4) клеточный и организменный

Пояснение.

У одноклеточных одна клетка выполняем все функции организма, поэтому ответ: клеточный и организменный

Ответ: 4

32.Какой уро­вень ор­га­ни­за­ции жизни ха­рак­те­рен для од­но­го эк­зем­пля­ра гриба мукора?

 

1) популяционно-видовой 2) клеточный 3) биогеоценотический 4) биосферный

Пояснение.

Мукор — од­но­кле­точ­ный гриб, т. е. одна клет­ка вы­пол­ня­ет все функ­ции живого.

Ответ: 2

33. Какой уро­вень ор­га­ни­за­ции жизни об­ра­зу­ют стада оле­ней в тундре?

 

1) организменный 2) биосферный 3) популяционно-видовой 4) биогеоценотический

Пояснение.

Уро­вень ор­га­ни­за­ции жизни, который об­ра­зу­ют стада оле­ней в тундре — популяционно-видовой уровень.

Популяционно-видовой уровень представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций. Компоненты: Группы родственных особей, объединённых определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой.

 

Организменный уровень — представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий. Компоненты: Клетка — основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма

 

Биогеоценотический уровень. Компоненты: популяции различных видов, факторы среды, пищевые цепи, потоки веществ и энергии.

 

Биосферный уровень. Компоненты: Биогеоценозы. Антропогенное воздействие.

Ответ: 3

34. На био­сфер­ном уров­не про­ис­хо­дят такие процессы, как

 

1) ди­вер­ген­ция и видообразование 2) био­гео­хи­ми­че­ские про­цес­сы на Земле

3) смена от­дель­ных биогеоценозов 4) пе­ре­да­ча на­след­ствен­ной информации

Пояснение.

На био­сфер­ном уров­не про­ис­хо­дят такие про­цес­сы, как био­гео­хи­ми­че­ские про­цес­сы на Земле.

 

1) ди­вер­ген­ция и ви­до­об­ра­зо­ва­ние — популяционно-видовой уровень. На по­пу­ля­ци­он­ном уров­не осу­ществ­ля­ют­ся про­стей­шие эво­лю­ци­он­ные преобразования, что спо­соб­ству­ет по­сте­пен­но­му по­яв­ле­нию но­во­го вида;

3) смена от­дель­ных био­гео­це­но­зов — био­гео­це­но­ти­че­ский уровень;

4) пе­ре­да­ча на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции — молекулярно-генетический уровень.

 Ответ: 2.

35.Уровень, на ко­то­ром изучаются процессы био­ген­ной ми­гра­ции атомов, называется

 

1) биогеоценотический 2) биосферный 3) популяционный 4) организменный

Пояснение.

На био­сфер­ном уровне про­ис­хо­дит круговорот ве­ществ и энер­гии на Земле с уча­сти­ем всех живых ор­га­низ­мов биосферы.

Ответ: 2.

36. Процесс тран­скрип­ции на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции осу­ществ­ля­ет­ся на уров­не

 

1) тканевом 2) видовом 3) организменном 4) молекулярном

Пояснение.

Про­цесс тран­скрип­ции на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции осу­ществ­ля­ет­ся на мо­ле­ку­ляр­ном уров­не.

 

Ответ: 4.

37.Каким ме­то­дом уста­нов­ле­ны при­чи­ны воз­ник­но­ве­ния син­дро­ма Дауна?

 

1) наблюдения 2) эксперимента 3) биохимическим 4) цитогенетическим

Пояснение.Цитогенетический метод ис­поль­зу­ют для изу­че­ния нор­маль­но­го ка­ри­о­ти­па человека, а также при ди­а­гно­сти­ке на­след­ствен­ных заболеваний, свя­зан­ных с ге­ном­ны­ми и хро­мо­сом­ны­ми мутациями. Син­дром Дауна — три­со­мия по 21 паре. 

Ответ: 4.

38. К какому уровню организации жизни относится эвглена зелёная?

 

1) к молекулярному 2) к субклеточному 3) к популяционному 4) к организменному

Пояснение.Эвглена зеленая — одноклеточная, одна клетка (одна особь) выполняет все функции целого организма, поэтому и относится к организменному уровню организации. Ответ:4

18.При изучении растительной клетки под световым микроскопом можно увидеть

 

1) клеточную мембрану и аппарат Гольджи

2) оболочку, цитоплазму, ядро

3) рибосомы и митохондрии

4) эндоплазматическую сеть и лизосомы

Пояснение.

Разрешающая сила самого сильного светового микроскопа составляет около 150—200 нм и не позволяет увидеть многие органеллы, а тем более рассмотреть их внутреннее строение. Последнее стало возможным лишь после изобретения электронного микроскопа.

В растительной клетке с помощью светового микроскопа можно увидеть оболочку, цитоплазму, ядро. Ответ:2

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/377747-podgotovka-k-egje-po-teme-urovni-organizacii-

ДНК. Механизмы хранения и обработки информации. Часть II / Хабр

Привет Хабр! Сегодня мы продолжим прошлый рассказ о ДНК. В нем мы поговорили о том, сколько ее бывает, как ДНК хранится и почему так важно то, как она хранится. Сегодня мы начнем с исторической справки и закончим основами кодирования информации в ДНК.

История

Сама по себе ДНК была выделена еще в 1869 году Иоганном Фридрихом Мишером из лейкоцитов, которые он получал из гноя. Лейкоциты это белые клетки крови, выполняющие защитную функцию. В гное их довольно много, ведь они стремятся к поврежденным тканям, где «поедают» бактериальные клетки. Он выделил вещество, в состав которого входят азот и фосфор. Вначале оно получило название нуклеин, однако, когда у него обнаружили кислотные свойства, название изменили на нуклеиновую кислоту. Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время считалась, что в нем запасается фосфор. Даже в начале XX века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, как тогда казалось, было слишком однообразным и не могло закодировать столько информации.

К 1901 году Альбрехт Коссель выделил и описал пять азотистых оснований, входящих в состав ДНК и РНК. А еще чуть позже Петр Левен установил, что углеводным компонентом нуклеиновых кислот являются дезоксирибоза и рибоза. Нуклеиновые кислоты, в состав которых входит рибоза стали называть рибонуклеиновыми кислотами или, сокра­щенно, РНК, а те, которые содержали дезоксирибозу, дезоксирибонуклеиновыми кислотами, или ДНК.

Теперь, встал вопрос, как отдельные звенья соединены между собой. Для этого цепи ДНК нужно было разрушить и посмотреть на то, что получится после разрушения. Для этого полимер ДНК подвергался гидролизу. Однако Левен изменил метод гидролиз. Теперь вместо многочасового кипячения в закисленной среде он использовал ферменты. На этот раз из гидролизатов удалось выделить не только отдельные аденин, гуанин, тимин, цитозин, дезоксирибозу и фосфорную кислоту, но и более крупные фраг­менты, например соединения азотистых оснований с углеводом или углевода с фосфорной кислотой. Вместе с тем в гидролизатах нуклеиновых кислот не были обнаружены соедине­ния, состоящие из двух азотистых оснований, или соединения типа основание – фосфорная кислота. То есть стало понятно, что фосфорная кислота соединяется с сахаром, а он в свою очередь, с азотистым основанием. Соединения азотистых ос­нований с углеводом было предложено называть нуклеозидами, а фос­форные эфиры нуклеозидов назвали нуклеотидами.

В результате этих работ Левен пришел к выводу, что нуклеиновые кислоты являются полимерами. В качестве мономеров служат нуклео­тиды. Содержание каждого из четырех нуклеотидов в ДНК, или РНК, по данным химического анализа того времени, представлялось Левену равным. Поэтому Левен предложил следую­щую теорию строения нуклеиновых кислот: они являются поли­мерами, мономерами которых служат блоки из четырех нуклео­тидов, соединенных последовательно.
Теория тетрануклеотидного строения в то время выглядела вполне обоснованно, войдя во все учебники довоенного времени. Однако вопрос функции ДНК оставался неясным. Чтобы прояснить этот вопрос понадобилось почти полвека.

Наступил период, во время которого биологи накапливали сведения об распространении нуклеиновых кислот в различных типах животных и растительных тканей, в бактериях и вирусах, в некоторых одноклеточных организмах.

В то время научное сообщество всерьез полагало, что за хранение генетической информации ответственны именно белки. Традиционное представление о первичной роли белков в жизненном процессе не позволяло и думать о том, что столь важное ве­щество, как вещество наследственности, могло быть чем-либо, кроме белка. Белки были крайне разнообразны по своей структуре, чего тогда не могли сказать о нуклеиновых кислотах. Известный советский генетик-цитолог Н. К. Кольцов подсчитал, что, варьируя последовательность 20 аминокислот, входящих в состав белковой молекулы, можно создать триллионы непохожих друг на друга белков.

Если бы мы захотели напечатать в самой упрощенной форме, как печатаются логарифмические таблицы, этот триллион молекул и предоставили для выполнения этого плана все ныне существующие типографии мира, выпуская в год 50000 томов по 100 печатных листов, то до конца предпринятой работы протекло б столько времени, сколько его прошло с архейского периода д наших дней.

Действительно много… 20 в 20й… А ведь последовательности бывают куда длиннее чем 20 аминокислот.

А вот как пишет по этому поводу А. Р. Кизель – один из наиболее эрудированных биохимиков того времени.

Из только что приведенных воззрений на роли нуклеиновой кислоты… вытекает ее непричастность к строению генов и следует, что гены составлены из какого-то другого материала. Этого материала мы еще достоверно не знаем, несмотря на то, что он в большинстве случаев прямо называется белком.

Первый успех пришел из микробиологии. В 1944 г. были опубликованы результаты опытов Эвери и сотрудников (США) по трансформации бактерий. Пару слов о трансформации.

Сама трансформация была открыта в 1928 году микробиологом Гриффитсом.

Гриффит работал с культурами пневмококка (Streptococcus pneumoniae) возбудителя одной из форм пневмонии. Некоторые штаммы этой бактерии являются вирулентными, вызывая воспаление легких. Их клетки покрыты полисахаридной капсулой, защищающей бактерию от действия иммунной системы. В культуре такие бактерии образуют крупные гладкие колонии правильной сферической формы. Благодаря этому, они получили название S–штаммы (от английского smooth – гладкий).

Существуют различные вирулентные штаммы пневмококка, они отличаются по антителам, которые вырабатываются в организме при попадании в него бактерий. Их называют IS, IIS, IIIS и т. д. Время от времени некоторые клетки вирулентных штаммов S мутируют, утрачивая способность синтезировать полисахаридную оболочку, и становятся авирулентными. В культуре они образуют мелкие шероховатые колонии неправильной формы, из-за этого получили название R–штаммов (от английского rough – шероховатый). Иногда происходят обратные мутации, восстанавливающие способность к синтезу полисахаридной оболочки, но только в группах соответствующих штаммов:

IIS — IIR

IIIS — IIIR
Это говорит о том, что авирулентные R–штаммы всегда соответствуют родительскому вирулентному S–штамму.

Гриффит вводил разным группам лабораторных мышей вирулентный и авирулентный штамм пневмококка. В первой контрольной группе инъекция вирулентного штамма IIIS приводила к гибели животных. Животные второй контрольной группы после инъекции авирулентного штамма IIR оставались живы. После этого Гриффит нагревал раствор с культурой вирулентого штамма IIIS при температуре 60 °С, что привело к гибели бактерий. Убитые нагреванием бактерии он ввел третьей группе подопытных мышей. Животные остались живы, что в принципе и ожидалось. Однако это не все. Он ввел части выживших мышей бактерии авирулентного штамма IIR.

Казалось, ни к каким страшным последствиям для мышей это не могло привести. Однако вопреки ожиданиям, животные погибли. Когда из их тел были выделены бактерии и высеяны в культуру, оказалось, что они относятся к вирулентному штамму IIIS.

Тот факт, что вызывающие гибель мышей клетки синтезировали полисахаридную оболочку типа III, а не II, свидетельствовал о том, что они не могли возникнуть в результате обратной мутации IIR — IIS. Из этого Гриффит сделал очень важный вывод. Авирулентные бактерии штамма IIR могут трансформироваться в вирулентные как-то взаимодействуя с убитыми нагреванием бактериями штамма IIIS, которые еще оставались в теле мышей. Другими словами, авирулентные бактерии штамма IIR получают от мертвых бактерий штамма IIIS некий фактор, превращающий их в вирулентные. Однако, что это за фактор, Гриффит не знал.

Собственно этот феномен и был назван бактериальной трансформацией. Он представляет собой однонаправленный перенос наследственных признаков от одной бактериальной клетки к другой.

Теперь вернемся к опытам Эвери. Схема их экспериментов несколько схожа с экспериментами Гриффитса. Эвери и сотрудники поставили перед собой задачу выяснить химическую природу трансформирующего агента. Они разру­шали суспензию пневмококков и удаляли из экстракта белки, капсульный полисахарид и РНК, однако трансформирующая активность экстракта сохранялась. Трансформирующая активность препарата не терялась при его обработке кристаллическим трипсином или химотрипсином (разрушающими белки), рибонуклеазой (разрушает РНК). Было ясно, что препарат не являлся ни белком, ни РНК. Однако трансформирующая активность препарата полностью утрачивалась при обработке его дезоксирибонуклеазой (разрушающей ДНК), причем ничтожные количества фермента вызывали полную инактивацию препарата. Таким образом, было установлено, что трансформирующий фактор у бактерий является чис­той ДНК. Этот вывод явился значительным открытием, и Эвери отлично сознавал это. Он писал, что это как раз то, о чем дав­но мечтали генетики, а именно вещество гена. Кажется вот оно доказательство. Но уж слишком сильна была вера в белок, как вещество наследственности. Некоторые считали, что трансформацию могут вызывать и те ничтожные примеси белка, которые оставались в препарате.

Новым доказательством прямой генетической роли ДНК явились опыты вирусологов Херши и Чейз. Они работали с бактериофагом Т2 (Бактериофаги — вирусы бактерий), который заражает бактерию Escherichia coli (кишечную палочку).

Собственно что они сделали. В состав ДНК одних бактериофагов они включили радиоактивный фосфор (P32), а в состав белков других — изотоп серы (S35). Для этого одни бактерии выращивались на среде с добавлением радиоактивного фосфора в составе фосфат иона, другие — на среде с добавлением радиоактивной серы в составе сульфат иона. Затем к этим бактериям добавлялся бактериофаг Т2, который, размножаясь в клетках бактерий, включал радиоактивную метку в свою ДНК (P есть в ДНК, но нет в белках), или белки (S есть в белках, но нет в ДНК).

После выделения радиоактивно-меченых бактериофагов их добавляли к культуре свежих (не содержащих изотопов) бактерий. Что приводило к инфицированию этих бактерий. Бактериофаг присоединяется к клетке бактерии и «впрыскивает» свою ДНК. После этого среду с бактериями подвергали энергичному встряхиванию в специальном смесителе (было показано, что при этом оболочки фага отделяются от поверхности бактериальных клеток), а затем инфицированных бактерий отделяли от среды. Когда в первом опыте к бактериям добавлялись меченые фосфором-32 бактериофаги, оказалось, что радиоактивная метка находилась в бактериальных клетках. Когда же во втором опыте к бактериям добавлялись бактериофаги, меченые серой-35, то метка была обнаружена во фракции среды с белковыми оболочками, но её не было в бактериальных клетках. Это подтвердило, что материалом, которым инфицировались бактерии, является ДНК. Поскольку внутри инфицированных бактерий формируются полные вирусные частицы, содержащие белки вируса, данный опыт стал одним из решающих доказательств того факта, что генетическая информация (информация о структуре белков) содержится в ДНК.

Эти открытия сильно повлияли на многих биологов того времени. В особенности на знаменитого своими правилами Чаргаффа. Он считал, что Эвери по сути открыл ‘новый язык’, или как минимум показал, где его искать.

Чаргафф при­нялся искать разницу в нуклеотидном составе и расположении нуклеотидов в препаратах ДНК, полученных из различных источников. И, поскольку методов позволяющих точно дать химическую характеристику ДНК, в то время не существовало… ему пришлось их придумать. Им было показано, что старая тетрануклеотидная теория строения нуклеиновых кислот неверна. ДНК у разных организмов по составу и строению сильно отличаются. При этом обнаружились новые факты, не установленные ранее для других природных полимеров, а именно регулярности в соотношении отдельных ос­нований в составе всех исследованных ДНК. Сейчас даже школьники знают их, как правила Чаргаффа.

1. Количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.
2. Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А+Г=Т+Ц.
3. Вытекает из первого и второго. Количество оснований с аминогруппами в положении 6 равно количеству оснований с кетогруппами в положении 6: А+Ц=Т+Г.

Механизм мы затрагивали в прошлой статье, поэтому тут я останавливаться на нем не буду.

Потихоньку мы подошли к двум легендарным людям, открывшим структуру ДНК. Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон встретились впервые в 1951 году. Уотсон тогда решил заняться структурой ДНК. Как биолог, он понимал, что при выборе определенной структуры ДНК нужно учитывать существование какого-то простого принципа удвоения молеку­лы ДНК, заложенного в ее структуре. Ведь одним из важнейших свойств генов является передача наследственной информации.
Криком же была создана теория дифракции рентгеновских лучей на спи­ралях, позволяющая опреде­лить, находится исследуемая структура в спиральной конформации или нет. В то вре­мя рентгенограммы ДНК уже существовали. Их получили в Лондоне Морис Уилкинс и Розалинд Фрэнклин.

По характеру рентгенограммы ДНК Уотсон и Крик поняли, что исследуемая структура находится в спираль­ной конформации. Они знали также, что молекула ДНК представляет собой длинную линейную полимерную цепь, состоящую из мономеров-нуклеотидов. Фосфодезоксирибозный костяк этого полимера непрерывен, а сбоку к дезоксирибозным остаткам присоединены азотистые основания. Для построения моделей оставалось решить вопрос, сколько цепей линейного полимера уложено в компактную структуру.

На основании рентгенограммы В-формы ДНК Уотсон и Крик предположили, что молекула ДНК состоит из двух линейных полинуклеотидных цепей с фосфодезоксирибозным остовом снаружи молекулы и азотистыми основаниями внутри ее. Что в последствии подтвердилось. Оставалось только решить вопрос о порядке расположения азотистых оснований двух цепей внутри биспирали.

Рассматривая возможные комбинации пар азоти­стых оснований, Уотсон обнаружил, что пары аденин–тимин и гуанин–цитозин имеют одинаковый размер и ста­билизируются водородными связями. Сразу же объяснялись и правила Чаргаффа: если в биспирали ДНК аденин одной цепи всегда соединяется с тимином другой цепи, а гуанин всегда входит в паре с цитозином, то аденина в составе ДНК должно быть всегда столько же, сколько тимина, а гуанина – столько же, сколько цитозина. Ясно было также, как должно происходить удвоение молекулы ДНК. Каждая цепь комплементарна другой, и в процессе репликации ДНК цепи биспирали должны разойтись и на каж­дой полинуклеотидной цепи должна достроиться комплемен­тарная к ней цепь. Тут тоже было несколько теорий, но о них через неделю, в следующей статье.

Кодирование информации

Итак, мы знаем, что ДНК — носитель информации, знаем из чего она состоит. Но как кодирует информацию — все еще не понятно.

Пойдем от задачи. ДНК кодирует 20 аминокислот (можно сказать, что 21, но селеноцистенин пока не трогаем). Нуклеотидов имеется 4 варианта. То есть один нуклеотид может кодировать 4 варианта, 2 — 16, 3 -64. Логично предположить, что код — триплетен (то есть три основания кодируют одну аминокислоту). Про экспериментальное подтверждение можете почитать здесь. Боюсь, что тут и без того много истории…

Собственно у нас есть 64 варианта и 20 аминокислот. Аминокислоты могут кодироваться разными кодонами. Так же существуют старт и стоп кодоны, с которых начинается считывание.
Не забываем, что сначала ДНК считывается в РНК, с которой уже происходит считывание в белок.
Таблица внизу — соответствие кодонов РНК аминокислотам. Помним, что в РНК нет тимина, вместо него идет урацил.

Если вы не нашли в таблице старт кодон — поищите AUG. Он кодирует метионин и одновременно является стартовым. При трансляции генов прокариот, пластидных и митохондриальных генов стартовой аминокислотой является N-формилметионин (это просто для справки)).

Если расписать весь путь от ДНК до белка, получим что-то такое.

На данном рисунке синтез идет с красной цепи. Как следствие РНК будет совпадать с синей цепью (не забываем про замену Т на У)

Как я уже говорил, каждую аминокислоту может кодировать несколько кодонов. На первый взгляд это кажется не особо нужным побочным эффектом избыточности числа кодонов. Но у него, на самом деле, довольно важная роль.

Тут мы немного затронем мутации. Они бывают разных типов. От хромосомных, когда целые куски хромосом удаляются из генома, меняются местами, дублируются, до точечных, когда происходит замена одного азотистого основания на другое. Сфокусируемся на точечных мутациях.

К чему могут привести точечные мутации?

Кодон может начать кодировать другую аминокислоту, что не всегда страшно. Такие мутации называются миссенс-мутацими (то есть со сменой смысла). Это может повлиять на структуру белка. Например если положительно заряженная аминокислота заменится на отрицательно заряженную — это может сделать белок нестабильным, или приведет к тому, что он свернется в другую конформацию (да, линейная последовательность аминокислот обычно сворачивается в определенную форму) и не сможет выполнять свои функции (или начнет делать это лучше, это уже попахивает эволюцией).

Если конкретно, то гемоглобин S имеет единичную замену нуклеотида (А на Т) в кодирующем гене. В результате триплет ГАГ, кодирующий глутамат, заменяется на ГТГ, кодирующий валин. Гемоглобин S тоже может транспортировать кислород, но делает это хуже чем обычный гемоглобин.

В молекуле гемоглобина Хикари аспарагин замещен на лизин, однако он все также хорошо перенести кислород.

Как пример с потерей функции рассмотрим гемоглобин M. Другая точечная мутация в гене гемоглобина приводит к полной утрате функции (гистидин меняется на тирозин в активном центре).

Кстати, сворачивание белка выглядит примерно так, если опустить все нюансы.

Что еще может произойти?

Замена одного азотистого основания может так же привести к появлению стоп кодона в центре последовательности, или наоборот стоп кодон в конце исчезнет. На выходе получится либо неполная цепь, либо экстремально длинная цепь, которые в любом случае не смогут нормально функционировать. Такие мутации называются нонсенс.

Есть еще третий тип мутации — сайленс-мутация. По сути происходит смена кодона на другой, кодирующий ту же аминокислоту. Свойства белка не меняются.

Подитожим общей схемой.

В завершение хотел бы еще рассказать об одной интересной особенности. Одну аминокислоту может кодировать несколько кодонов. Это мы знаем. Но что это значит? Организм использует сразу все кодоны для кодирования. Но какие-то чаще, какие-то реже.

Сравним человека и… кишечную палочку (Escherichia coli) по частоте использования кодонов кодирующих цистеин.

Он кодируется двумя кодонами UGU и UGC.

Человек
UGU 10.6
UGC 12.6

Кишечная палочка (штамм O127:H6)
UGU 19.1
UGC 0.0

Цифры это встречаемость триплета на тысячу. Видно, что мы используем оба кодона примерно с одинаковой частотой, в то время как E. coli почти не использует UGC кодон.

Об этой особенности нужно помнить, особенно когда ты занимаешься геноинженерией и хочешь нарабатывать продукт гена одного организма в другом. Если ген человека, с частой встречаемость UGC кодона попытаться вставить в кишечную палочку данного штамма — вас ждет разочарование. В клетке аминокислоты связаны с транспортными РНК, каждая из которых соответствует своему кодону. Так вот тРНК соответствующих UGC кодону будет крайне мало, что сильно замедлит синтез.

Если интересно, тут можно посмотреть отличия в кодонном составе у разных организмов.

Кодонный состав может сильно отличаться как у организмов разных видов, так и разных штаммов. Так у Escherichia coli O157:H7 EDL933 все более менее поровну в плане UGC и UGU. Или вот еще пример. У штаммов туберкулезной палочки выделенных в разных странах также отличается кодовый состав.

Подытожу

В этот раз было очень много истории и относительно мало биологии. Больше такого не будет. Мы поговорили о том, как стало понятно, что ДНК — носитель информации, как она хранится в самой ДНК. Поговорили об избыточности ген кода и о том, к чему это приводит. Немного затронули мутации и разницу в частоте использования определенных кодонов.

В следующий раз поговорим о репликации ДНК.

P.S.: там тоже будет история, но куда меньше. Постараюсь больше не делать таких пауз в написании.

Вопросы по биологии Модуль 1 Flashcards

Цитоплазма представляет собой водянистое вещество — цитозоль, в котором располагаются различные органеллы, а также питательные вещества. Основу цитоплазмы составляют микронити и микротрубочки(по ним перемещаются органеллы).
Включениями называют относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами (жир, гликоген), продуктами, подлежащими выведению из
клетки (гранулы секрета), балластными веществами (некоторые пигменты).

Органеллы общего значения:
Эндоплазматическая сеть — это сеть мембран, пронизывающих цитоплазму эукариотических клеток. Эндоплазматическая сеть связывает органеллы между собой, по ней происходит транспорт питательных веществ. Гладкая ЭПС-в ней осуществляется синтез липидов и углеводов. На гранулярной ЭПС расположено множество рибосом (это ультрамикроскопические сферические гранулы, состоящие из двух половинок- большой и малой субъединиц).
Рибосомы — мелкие (15-20 нм в диаметре) органеллы, состоящие из р-РНК и полипептидов. Важнейшая функция рибосом — синтез белка.
Митохондрии — 2-х мембранные органеллы, могут быть сферическими, овальными и нитевидными. Оболочка митохондрий состоит из двух мембран. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует складки — кристы. Складки увеличивают площадь мембраны, повышая ее активность в биохимических процессах.
На внутренней мембране расположены ферментные комплексы, осуществляющие реакции полного окисления органических веществ до углекислого газа и воды. При этом освобождается энергия, которую митохондрии запасают в виде химических связей синтезируемых ими молекул АТФ .
Аппарат Гольджи представляет собой стопку мембранных мешочков (цистерн) и связанную с ними систему пузырьков. Основной функцией аппарата Гольджи является транспорт веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, а также синтез жиров и углеводов. Аппарат Гольджи участвует в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом.
Лизосомы(названы ученым Де Дюву) представляют собой мембранные мешочки, наполненные пищеварительными ферментами. Функции: переваривание в-в попавших в клетку, автолиз(посмертное растворение компонентов клетки за счет ферментов).
Органеллы специального значения:
Реснички-тончайшие подвижные выросты цитоплазмы, в которых находятся ультратонкие фибриллы, содержащие белок с сократ. функцией. (встречаются у одноклеточных организмов-бактерий, простейших).
— миофибриллы (состоят из ультратонких нитей протофибрилл-актин и миозин) — нах-ся в мышечных клетках, обеспечивают мышечное сокращение;
-нейрофибриллы — в нервных клетках, обеспечивают проведение нервного импульса;

17.1: Поток генетической информации

Поток генетической информации

У бактерий, архей и эукариот основная роль ДНК — хранить наследуемую информацию, которая кодирует набор инструкций, необходимых для создания рассматриваемого организма. Хотя мы намного лучше научились быстро считывать химический состав (последовательность нуклеотидов в геноме и некоторые химические модификации, которые были внесены в него), мы все еще не знаем, как надежно расшифровать всю информацию внутри и все механизмов, с помощью которых он читается и в конечном итоге выражается.

Однако существуют некоторые основные принципы и механизмы, связанные с чтением и выражением генетического кода, основные этапы которых понятны и должны быть частью концептуального инструментария для всех биологов. Двумя из этих процессов являются транскрипция и трансляция, которые представляют собой копирование частей генетического кода, записанного в ДНК, в молекулы родственной полимерной РНК и считывание и кодирование кода РНК в белки, соответственно.

В BIS2A мы в основном фокусируемся на развитии понимания процесса транскрипции (напомним, что Energy Story — это просто рубрика для описания процесса) и его роли в выражении генетической информации.Мы мотивируем наше обсуждение транскрипции, сосредотачиваясь на функциональных проблемах (включая части нашей рубрики решения проблем / разработки задач), которые должны быть решены в процессе, который должен иметь место. Затем мы переходим к описанию того, как этот процесс используется Природой для создания множества функциональных молекул РНК (которые могут иметь различные структурные, каталитические или регулирующие роли), включая молекулы так называемой информационной РНК (мРНК), которые несут информацию, необходимую для синтеза белков. . Точно так же мы сосредотачиваемся на проблемах и вопросах, связанных с процессом трансляции, процессом, с помощью которого рибосомы синтезируют белки.

Основной поток генетической информации в биологических системах часто изображается в схеме, известной как «центральная догма» (см. Рисунок ниже). Эта схема утверждает, что информация, закодированная в ДНК, поступает в РНК посредством транскрипции и, в конечном итоге, в белки посредством трансляции. Такие процессы, как обратная транскрипция (создание ДНК из матрицы и РНК-матрицы) и репликация, также представляют собой механизмы распространения информации в различных формах. Эта схема, однако, ничего не говорит сама по себе о том, как кодируется информация или о механизмах, с помощью которых регуляторные сигналы перемещаются между различными слоями типов молекул, изображенных в модели.Следовательно, хотя приведенная ниже схема является почти необходимой частью лексикона любого биолога, возможно, оставшейся от старой традиции, студенты также должны знать, что механизмы информационного потока более сложны (мы узнаем о некоторых по ходу дела, и что «центральная догма» представляет лишь некоторые основные пути).

Рисунок 1 . Поток генетической информации.
Атрибуция: Марк Т. Фаччиотти (оригинальная работа)

Генотип до фенотипа

Важным понятием в следующих разделах является взаимосвязь между генетической информацией, генотипом , и результатом его экспрессии, фенотипом .Эти два термина и механизмы, которые их связывают, будут неоднократно обсуждаться в течение следующих нескольких недель — начните овладевать этим словарем.

Рисунок 2 . Информация, хранящаяся в ДНК, находится в последовательности отдельных нуклеотидов при чтении от 5 ‘до 3’ направления. Преобразование информации из ДНК в РНК (процесс, называемый транскрипцией) дает вторую форму, которую информация принимает в клетке. МРНК используется в качестве матрицы для создания аминокислотной последовательности белков (при трансляции).Здесь показаны два разных набора информации. Последовательность ДНК немного отличается, что приводит к образованию двух разных мРНК, за которыми следуют два разных белка и, в конечном итоге, у мышей два разных цвета шерсти.

Генотип относится к информации, хранящейся в ДНК организма, последовательности нуклеотидов и составу его генов. Фенотип относится к любым физическим характеристикам, которые вы можете измерить, таким как рост, вес, количество продуцируемого АТФ, способность метаболизировать лактозу, реакцию на раздражители окружающей среды и т. Д.Различия в генотипах, даже незначительные, могут привести к различным фенотипам, которые подлежат естественному отбору. На рисунке выше изображена эта идея. Также обратите внимание, что, хотя классические обсуждения генотипа и взаимосвязи фенотипа обсуждаются в контексте многоклеточных организмов, эта номенклатура и лежащие в основе концепции применимы ко всем организмам, даже к одноклеточным организмам, таким как бактерии и археи.

Примечание: возможное обсуждение

Можно ли считать фенотипом то, что нельзя увидеть «на глаз»?

Примечание: возможное обсуждение

Могут ли одноклеточные организмы иметь одновременно несколько фенотипов? Если да, то можете ли вы предложить пример? Если нет, то почему?

Гены

Что такое ген? Ген — это сегмент ДНК в геноме организма, который кодирует функциональную РНК (такую ​​как рРНК, тРНК и т. Д.)) или белковый продукт (ферменты, тубулин и др.). Родовой ген содержит элементы, кодирующие регуляторные области, и область, кодирующую транскрибируемую единицу.

Гены могут приобретать мутаций — определяемых как изменения в составе и / или последовательности нуклеотидов — либо в кодирующих, либо в регуляторных областях. Эти мутации могут привести к нескольким возможным результатам: (1) в результате не происходит ничего измеримого; (2) ген больше не экспрессируется; или (3) экспрессия или поведение генного продукта (ов) отличаются.В популяции организмов, имеющих один и тот же ген, разные варианты этого гена известны как аллелей . Различные аллели могут приводить к различиям в фенотипах людей и вносить вклад в разнообразие биологии, находящейся под давлением отбора.

Начните изучать эти термины словаря и связанные с ними понятия. Затем вы немного познакомитесь с ними, когда мы начнем более подробно разбираться с ними в следующих лекциях.

Рисунок 3. Ген состоит из кодирующей области для РНК или белкового продукта, сопровождаемой его регуляторными областями. Кодирующая область транскрибируется в РНК, которая затем транслируется в белок.

генетический код | Определение, характеристики, таблица и факты

Генетический код , последовательность нуклеотидов в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) и рибонуклеиновой кислоте (РНК), которая определяет аминокислотную последовательность белков. Хотя линейная последовательность нуклеотидов в ДНК содержит информацию о белковых последовательностях, белки не производятся непосредственно из ДНК.Вместо этого из ДНК синтезируется молекула информационной РНК (мРНК), которая управляет образованием белка. РНК состоит из четырех нуклеотидов: аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и урацила (U). Три соседних нуклеотида составляют единицу, известную как кодон, который кодирует аминокислоту. Например, последовательность AUG представляет собой кодон, который определяет аминокислоту метионин. Существует 64 возможных кодона, три из которых не кодируют аминокислоты, а указывают конец белка. Остающийся 61 кодон определяет 20 аминокислот, из которых состоят белки.Кодон AUG, помимо кодирования метионина, находится в начале каждой мРНК и указывает начало белка. Метионин и триптофан — единственные две аминокислоты, которые кодируются одним кодоном (AUG и UGG соответственно). Остальные 18 аминокислот кодируются от двух до шести кодонов. Поскольку большинство из 20 аминокислот кодируется более чем одним кодоном, код называется вырожденным.

Подробнее по этой теме

наследственность: Генетический код

Наследственная информация содержится в нуклеотидной последовательности ДНК в виде своего рода кода.Закодированная информация точно копируется в …

Генетический код, который когда-то считался идентичным для всех форм жизни, немного отличается у некоторых организмов и в митохондриях некоторых эукариот. Тем не менее, эти различия редки, и генетический код идентичен почти у всех видов с одними и теми же кодонами, определяющими одни и те же аминокислоты. Расшифровка генетического кода была произведена американскими биохимиками Маршаллом В. Ниренбергом, Робертом В.Холли и Хар Гобинд Хорана в начале 1960-х гг.

Тройки нуклеотидов (кодоны), определяющие разные аминокислоты, показаны в таблице.

Генетический код: триплеты (кодоны) нуклеотидов, определяющие различные аминокислоты в белковых цепях *

Триплет ДНК	Триплет РНК	аминокислота
* Столбцы можно читать следующим образом: Триплет ДНК транскрибируется в триплет РНК, который затем направляет производство аминокислоты.
AAA	УУУ	фенилаланин
AAG	UUC
AAT	UUA	лейцин
AAC	UUG
GAA	CUU
GAG	CUC
GAT	CUA
GAC	CUG
AGA	UCU	серин
AGG	UCC
AGT	UCA
AGC	UCG
TCA	AGU
TCG	AGC
GGA	CCU	пролин
GGG	CCC
GGT	CCA
GGC	CCG
TAA	AUU	изолейцин (Ileu)
ТЕГ	AUC
ТАТ	AUA
TAC	AUG	метионин
TGA	ACU	треонин
TGG	ACC
TGT	ACA
ТГК	ACG
CAA	ГУ	валин
CAG	GUC
CAT	GUA
CAC	ГУГ
CGA	GCU	аланин
CGG	GCC
CGT	GCA
CGC	GCG
ACA	УГУ	цистеин
ACG	UGC
ACC	UGG	триптофан
ATA	UAU	тирозин
ATG	ОАК
ATT	UAA	(окончание: конец спецификации)
УВД	UAG
ACT	UGA
GCA	CGU	аргинин
GCG	CGC
GCT	CGA
GCC	CCG
TCT	AGA
ТСС	AGG
GTA	CAU	гистидин
GTG	CAC
GTT	CAA	глутамин (GluN)
GTC	CAG
ТТА	AAU	аспарагин (AspN)
TTG	AAC
TTT	AAA	лизин
ТТС	AAG
CCA	ГГУ	глицин
CCG	GGC
CCT	GGA
CCC	GGG
CTA	GAU	аспарагиновая кислота
CTG	GAC
CTT	GAA	глутаминовая кислота
СТС	GAG

наследственности | Определение и факты

Донаучные концепции наследственности

Наследственность долгое время была одним из самых загадочных и загадочных явлений природы.Это произошло потому, что половые клетки, образующие мост, по которому наследственность должна передаваться между поколениями, обычно невидимы невооруженным глазом. Только после изобретения микроскопа в начале 17 века и последующего открытия половых клеток можно было понять основы наследственности. До этого времени древнегреческий философ и ученый Аристотель (4 век до н. Э.) Предполагал, что относительный вклад родителей-мужчин и женщин был очень неравным; считалось, что самка обеспечивает то, что он называл «материей», а самец — «движением».Институты Ману , составленные в Индии между 100 и 300 годами нашей эры, рассматривают роль женского пола как роль поля и мужского пола как роль семени; новые тела образуются «совместным действием семени и поля». В действительности оба родителя передают образец наследственности в равной степени, и в среднем дети похожи на своих матерей так же сильно, как и на своих отцов. Тем не менее, женские и мужские половые клетки могут сильно отличаться по размеру и структуре; масса яйцеклетки иногда в миллионы раз больше, чем масса сперматозоида.

Древние вавилоняне знали, что пыльцу мужской финиковой пальмы нужно наносить на пестики женского дерева, чтобы принести плоды. Немецкий ботаник Рудольф Якоб Камериус показал в 1694 году, что то же самое верно и для кукурузы (кукурузы). Шведский ботаник и исследователь Каролус Линней в 1760 году и немецкий ботаник Йозеф Готлиб Кёльройтер в серии работ, опубликованных с 1761 по 1798 год, описали скрещивания разновидностей и видов растений. Они обнаружили, что эти гибриды в целом были промежуточными между родителями, хотя по некоторым характеристикам они могли быть ближе к одному родителю, а по другим — к другому родителю.Кёльройтер сравнил потомство реципрокных скрещиваний, т. Е. Скрещиваний разновидности A , функционирующей как самка, с разновидностью B как самец и наоборот, разновидности B как самки с A как самец. Гибридные потомки этих реципрокных скрещиваний обычно были похожи, что указывает на то, что, вопреки убеждению Аристотеля, наследственные способности потомства были получены в равной степени от женских и мужских родителей. Еще много экспериментов над гибридами растений было проведено в 1800-х годах.Эти исследования также показали, что гибриды обычно занимали промежуточное положение между родителями. Между прочим, они зафиксировали большинство фактов, которые позже привели Грегора Менделя ( см. ниже) к формулированию своих знаменитых правил и к основанию теории гена. По-видимому, никто из предшественников Менделя не понимал важности накопленных данных. Общая промежуточность гибридов, казалось, лучше всего согласовывалась с верой в то, что наследственность передается от родителей к потомству «по крови», и это убеждение было принято большинством биологов 19-го века, включая английского натуралиста Чарльза Дарвина.

Кровная теория наследственности, если это понятие может удостоиться такого названия, на самом деле является частью фольклора, предшествующего научной биологии. Это подразумевается в таких популярных фразах, как «полукровка», «новая кровь» и «голубая кровь». Это не значит, что наследственность действительно передается через красную жидкость в кровеносных сосудах; Существенным моментом является вера в то, что родитель передает каждому ребенку все свои характеристики и что наследственные способности ребенка представляют собой сплав, смесь одарений его родителей, бабушек и дедушек и более отдаленных предков.Эта идея привлекает тех, кто гордится своей благородной или замечательной «кровной» родословной. Однако возникает загвоздка, когда замечают, что у ребенка есть некоторые характеристики, которые не присутствуют ни у одного из родителей, но присутствуют у некоторых других родственников или у более отдаленных предков. Еще чаще можно увидеть, что братья и сестры, хотя и демонстрируют семейное сходство по одним чертам, но по другим явно отличаются. Как одни и те же родители могли передавать разную «кровь» каждому из своих детей?

Мендель опроверг теорию крови.Он показал (1), что наследственность передается через факторы (теперь называемые генами), которые не смешиваются, а разделяются, (2) что родители передают только половину имеющихся у них генов каждому ребенку, и они передают разные наборы генов каждому ребенку. разные дети, и (3) что, хотя братья и сестры получают свою наследственность от одних и тех же родителей, они не получают одинаковой наследственности (исключение составляют однояйцевые близнецы). Таким образом, Мендель показал, что, даже если бы выдающееся положение какого-либо предка было полностью отражением его генов, весьма вероятно, что некоторые из его потомков, особенно более отдаленные, вообще не унаследовали бы эти «хорошие» гены.У организмов, размножающихся половым путем, включая людей, каждый человек имеет уникальные наследственные способности.

Ламаркизм — школа мысли, названная в честь пионера французского биолога и эволюциониста XIX века Жана-Батиста де Моне, кавалера де Ламарка — предполагала, что характеры, приобретенные в течение жизни человека, наследуются его потомством, или, говоря современным языком, , что модификации, вызванные окружающей средой в фенотипе, отражаются в аналогичных изменениях в генотипе.Если бы это было так, результаты физических упражнений сделали бы упражнения намного проще или даже ненужными для потомства человека. Не только Ламарк, но и другие биологи XIX века, включая Дарвина, признавали наследование приобретенных черт. Это было подвергнуто сомнению немецким биологом Августом Вейсманном, чьи знаменитые эксперименты в конце 1890-х годов по ампутации хвостов у поколений мышей показали, что такая модификация не приводит ни к исчезновению, ни даже к укорочению хвостов их потомков.Вейсман пришел к выводу, что наследственные свойства организма, которые он назвал зародышевой плазмой, полностью отделены и защищены от влияний, исходящих от остальной части тела, называемой соматоплазмой или сомой. Зародышевая плазма – соматоплазма связана с концепциями генотип – фенотип, но они не идентичны, и их не следует путать с ними.

Ненаследование приобретенных признаков не означает, что гены не могут быть изменены под воздействием окружающей среды; Рентгеновские лучи и другие мутагены, безусловно, меняют их, и генотип популяции может быть изменен путем отбора.Это просто означает, что то, что приобретено родителями в их телосложении и интеллекте, не передается их детям. С этими заблуждениями связаны убеждения в «преобладании» — т. Е. В то, что одни люди передают свою наследственность своим потомкам более эффективно, чем другие — и в «пренатальные влияния» или «материнские впечатления», т.е. отражаются в конституции будущего ребенка. Насколько древны эти верования, говорится в Книге Бытия, в которой Иаков производит пятнистое или полосатое потомство у овец и коз, показывая стадам полосатые прутья во время размножения животных.Еще одна такая вера — «телегония», восходящая к Аристотелю; в нем утверждалось, что на наследственность человека влияет не только его отец, но и самцы, с которыми самка могла спариваться и которые были причиной предыдущих беременностей. Даже Дарвин в 1868 году серьезно обсуждал предполагаемый случай телегонии: кобылу, повязанную с зеброй, а затем с арабским жеребцом, от которого кобыла произвела жеребенка со слабыми полосами на ногах. Простое объяснение этого результата состоит в том, что такие полосы встречаются в природе у некоторых пород лошадей.

Все эти верования, от наследования приобретенных черт до телегонии, теперь следует классифицировать как суеверия. Они не выдерживают экспериментального исследования и несовместимы с тем, что известно о механизмах наследственности и о замечательных и предсказуемых свойствах генетических материалов. Тем не менее некоторые люди до сих пор придерживаются этих убеждений. Некоторые заводчики животных серьезно относятся к телегонии и не считают чистокровными особей, чьи родители считаются «чистыми», но чьи матери повязались с самцами других пород.Советский биолог и агроном Трофим Денисович Лысенко был в состоянии почти четверть века, примерно между 1938 и 1963 годами, сделать свою особую разновидность ламаркизма официальным символом веры в Советском Союзе и подавить большую часть преподавания и исследований в области ортодоксальной генетики. . Он и его сторонники опубликовали сотни статей и книг, якобы подтверждающих их утверждения, которые фактически отрицают достижения биологии, по крайней мере, за предыдущий век. Официально лысенковцы были дискредитированы в 1964 году.

Как передается синдром ломкой Х-хромосомы

Синдром ломкой Х-хромосомы (FXS) является генетическим заболеванием. Генетическое заболевание означает, что в генах человека произошли изменения. FXS, или риск развития FXS, может передаваться от родителей к детям через гены.

Гены

Каждая клетка человеческого тела содержит тысячи генов. Гены определяют многое в человеке. Например, как будет выглядеть человек и есть ли у него какие-либо заболевания.Кроме того, у генов есть инструкции по производству белков в клетках. Белки необходимы для правильной работы организма.

FXS вызван изменением в гене, который ученые назвали геном ломкой X умственной отсталости 1 (FMR1), когда он был впервые обнаружен. Ген FMR1 производит белок, который ученые назвали белком ломкой X-умственной отсталости (FMRP), который необходим для нормального развития мозга.

Хромосомы

Гены находятся на хромосомах. Каждая клетка человека содержит 23 пары хромосом.Люди получают свои хромосомы от родителей. Люди получают по одной хромосоме каждой пары от матери и по одной хромосоме каждой пары от отца. Хромосомы, образующие 23-ю пару, называются половыми хромосомами. Они решают, мужчина человек или женщина. У женщин две X-хромосомы (XX), а у мужчин — одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY).

Ген FMR1 находится на Х-хромосоме.

ДНК

Хромосомы и гены имеют особый код, называемый ДНК. ДНК состоит из четырех химических букв, называемых «основаниями»: A, C, T и G.Порядок букв определяет информацию, передаваемую в каждом гене, подобно тому, как определенный набор букв составляет слова в предложении.

Как наследуется FXS

В гене FMR1 есть место, где структура ДНК CGG повторяется снова и снова. У большинства людей количество повторов невелико (от 5 до 44 повторов), что нормально. Наличие большего количества повторов может изменить количество вырабатываемого белка и увеличивает риск связанных расстройств и связанных с ними проблем.Если количество повторов слишком велико (более 200 повторов), ген отключается. Когда ген выключен, белок не производится. Без белка у человека развивается FXS. Это называется «нарушением тринуклеотидных повторов». Люди передают (наследуют) заболевание от родителей.

Как ВИЧ заражает организм и жизненный цикл ВИЧ

БЫСТРЫЕ ФАКТЫ

• ВИЧ заражает лейкоциты в иммунной системе организма, называемые Т-хелперами (также называемыми клетками CD4).

• Жизненный цикл ВИЧ — это различные шаги, предпринимаемые вирусом для создания своих копий.

• Сначала вирус прикрепляется к Т-хелперной клетке; Затем он сливается с ней, берет под контроль ее ДНК, создает свои копии и высвобождает больше ВИЧ в кровь.

• Препараты

  против ВИЧ нацелены на разные этапы жизненного цикла ВИЧ, поэтому знание того, как ВИЧ заражает организм, может помочь вам понять различные варианты профилактики и лечения.

Жизненный цикл ВИЧ

ВИЧ инфицирует лейкоциты в иммунной системе организма, называемые Т-хелперами (также называемыми клетками CD4). Эти жизненно важные клетки поддерживают наше здоровье, борясь с инфекциями и болезнями.

ВИЧ не может воспроизводиться сам по себе. Вместо этого вирус прикрепляется к Т-хелперной клетке и сливается с ней (соединяется вместе). Затем он берет под контроль ДНК клетки, копирует себя внутри клетки и, наконец, выпускает больше ВИЧ в кровь.ВИЧ будет продолжать размножаться и распространяться по телу — процесс, называемый жизненным циклом ВИЧ .

Таким образом, ВИЧ ослабляет естественные защитные силы организма и со временем серьезно повреждает иммунную систему. Скорость развития вируса зависит от общего состояния здоровья человека, от того, как быстро ему поставят диагноз и начнут антиретровирусное лечение, а также от того, насколько последовательно он будет лечиться.

Антиретровирусное лечение и жизненный цикл ВИЧ

Антиретровирусное лечение ВИЧ сочетает в себе несколько различных типов лекарств, каждый из которых нацелен на разные стадии жизненного цикла ВИЧ.Это означает, что репликация ВИЧ останавливается по нескольким направлениям, что делает его очень эффективным.

При правильном приеме он поддерживает здоровье иммунной системы, предотвращает развитие симптомов и заболеваний, связанных со СПИДом, и означает, что люди могут жить долгой и здоровой жизнью.

Если кто-то не принимает лечение правильно или постоянно (каждый день в нужное время), уровень ВИЧ в его крови может повыситься, и лекарства могут перестать действовать. Это называется развитием лекарственной устойчивости.

Этапы жизненного цикла ВИЧ

Переплет и сплавление (приложение)

ВИЧ прикрепляется к Т-хелперной клетке. Затем он сливается с ней и передает свою генетическую информацию в клетку.

Типы лекарств, которые останавливают эту стадию жизненного цикла, называются лекарствами слияния или ингибиторами проникновения, поскольку они предотвращают проникновение ВИЧ в клетку.

Обратная транскрипция (преобразование) и интеграция

Попав внутрь Т-хелперной клетки, ВИЧ преобразует свой генетический материал в ДНК ВИЧ. Этот процесс называется обратной транскрипцией.Затем новая ДНК ВИЧ проникает в ядро ​​клетки-хозяина и берет его под свой контроль.

Типы лекарств, которые останавливают этот этап жизненного цикла, называются НИОТ (нуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы), ННИОТ (ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы) и лекарственные средства, ингибирующие интегразу.

Транскрипция и трансляция (репликация)

Инфицированная Т-хелперная клетка затем производит белки ВИЧ, которые используются для производства большего количества частиц ВИЧ внутри клетки.

Сборка, бутонизация и созревание

Новый ВИЧ собирается вместе и затем высвобождается из Т-хелперной клетки в кровоток, чтобы инфицировать другие клетки; и так процесс начинается снова.

Лекарства, которые останавливают этот этап жизненного цикла, называются ингибиторами протеазы (ИП).

Диаграмма жизненного цикла ВИЧ

Чтобы узнать больше о жизненном цикле ВИЧ, взгляните на нашу инфографику жизненного цикла ВИЧ.

ПОМОГИТЕ НАМ ПОМОГИТЕ ДРУГИМ

Avert.org помогает предотвратить распространение ВИЧ и улучшить сексуальное здоровье, предоставляя людям достоверную и актуальную информацию.

Мы предоставляем все это БЕСПЛАТНО, но для того, чтобы Avert.org продолжал работать, нужны время и деньги.

Можете ли вы поддержать нас и защитить наше будущее?

Помогает каждый вклад, даже самый маленький.

Фото: © iStock.com / Rost-9D

Разблокировка генетического кода нового коронавируса поможет нам предотвратить другие заболевания — ScienceDaily

Как новый коронавирус, вызывающий COVID-19, совершил скачок от животных к людям, — это загадка, которую ученые пытаются решить, когда человечество вступает в схватку со смертельной пандемией, охватившей земной шар.

На переднем крае этой научной работы находится профессор Эдвард Холмс, вирусолог-эволюционист, который работает совместно со Школой наук о жизни и окружающей среде и Школой медицинских наук Сиднейского университета.

Он тесно сотрудничал с учеными в Китае и по всему миру, чтобы раскрыть генетический код SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, понять его происхождение и помочь в гонке, в которой участвуют другие ученые. найти эффективную вакцину.

Их работа также поможет в мониторинге и предотвращении других вирусов, которые потенциально могут передаваться от дикой природы человеку, вызывая так называемые зоонозные заболевания.

Уже в этом году профессор Холмс является соавтором четырех статей о новом коронавирусе, включая два из самых ранних описаний вируса (опубликованные в журналах Nature и The Lancet ).

На этой неделе он публикует еще два.

Принятый для ранней публикации в четверг издательством Nature после экспертной оценки, первый документ идентифицирует коронавирус, аналогичный тому, который сейчас заражает людей в популяции малайских панголинов на юге Китая.Соавтор статьи профессор Холмс — единственный ученый, работающий за пределами Китая.

Понимание эволюционного пути, по которому этот новый коронавирус передался людям, поможет нам не только бороться с текущей пандемией, но и поможет определить будущие угрозы со стороны других коронавирусов у других видов.

Этот документ — важная часть решения этой загадки.

Профессор Холмс сказал: «Роль, которую играют панголины в возникновении SARS-CoV-2 (причина COVID-19), все еще неясна.Однако поразительно то, что вирусы панголина содержат некоторые области генома, которые очень тесно связаны с вирусом человека. Самым важным из них является рецептор-связывающий домен, который определяет, как вирус может прикрепляться и инфицировать клетки человека ».

В статье определены ящеры как возможные промежуточные хозяева для нового появившегося вируса человека. Авторы призывают убрать этих и других животных с влажных рынков, чтобы предотвратить передачу зоонозов человеку.

Профессор Холмс сказал: «Совершенно очевидно, что дикая природа содержит множество коронавирусов, которые потенциально могут появиться у людей в будущем. Важнейший урок этой пандемии, который поможет предотвратить следующую, состоит в том, что люди должны уменьшить свое воздействие на дикую природу, например, запретив «мокрые рынки» и торговля дикой природой ».

Буквально на прошлой неделе Nature Medicine опубликовали исследование, в соавторстве с профессором Холмсом и учеными из Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, Эдинбургского университета, Колумбийского университета в Нью-Йорке и Университета Тулейн в Новом Орлеане.

Эта статья развеяла фантастическую идею о том, что новый коронавирус был искусственно созданным биологическим агентом.

Используя сравнительный анализ геномных данных, ученые показывают, что SARS-CoV-2 не является лабораторной конструкцией или специально созданным вирусом.

Профессор Холмс сказал: «Просто нет доказательств того, что SARS-CoV-2 — причина COVID-19 — возникла в лаборатории. На самом деле это своего рода случай возникновения естественного заболевания, который исследователи в этой области как я предупреждал много лет.«

Эта статья быстро стала высшим академическим исследованием всех времен по оценке Altmetric, компании, которая следит за освещением исследовательских работ в СМИ.

«Высокий показатель Altmetric является убедительным свидетельством огромного глобального интереса к этой теме», — сказал профессор Холмс.

И сегодня профессор Холмс публикует комментарий в журнале Cell со своим коллегой профессором Юн-Чжэнь Чжаном из Шанхайского клинического центра общественного здравоохранения и Школы наук о жизни при Фуданьском университете в Шанхае.

В этой статье они описывают наши текущие знания о том, что геномные данные показывают о появлении вируса SARS-CoV-2, и обсуждают пробелы в наших знаниях.

Это включает в себя отбор образцов с влажного рынка Ухани, где, как считается, произошел вирус. В документе говорится, что «последовательности генома« образцов окружающей среды »- вероятных поверхностей — с рынка теперь получены, и филогенетический анализ показывает, что они очень тесно связаны с вирусами, взятыми у самых ранних пациентов из Ухани.«

Однако профессор Холмс и профессор Чжан сразу же отмечают, что, поскольку «не все ранние случаи [COVID-19] были связаны с рынком, вполне возможно, что история возникновения более сложна, чем предполагалось изначально».

В документе говорится, что вирус SARS-CoV-2, вероятно, станет пятым эндемическим коронавирусом в человеческой популяции. В нем делается вывод о том, что «коронавирусы явно обладают способностью преодолевать границы видов и адаптироваться к новым хозяевам, что позволяет легко предсказать, что в будущем появится больше.«

Как мы будем реагировать на это, потребуют дополнительных исследований, чтобы помочь в разработке политики общественного здравоохранения.

Они указывают на политику и другие меры, направленные на предотвращение того, чтобы другие коронавирусы стали опасными для здоровья человека. К ним относятся:

— Надзор за коронавирусами животных у различных видов млекопитающих. Известно, что летучие мыши переносят множество коронавирусов, мы мало знаем о том, какие другие виды переносят эти вирусы и которые могут появиться у людей.

— Усиление действий против незаконной торговли экзотическими животными

— Удаление млекопитающих и, возможно, птиц с влажных рынков

Передача SARS-CoV-2 от людей без симптомов COVID-19 | Глобальное здоровье | Открытие сети JAMA

Ключевые моменты

Вопрос Какая доля распространения коронавирусного заболевания 2019 (COVID-19) связана с передачей тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса 2 (SARS-CoV-2) от людей без симптомов?

Выводы В этой аналитической модели принятия решений, оценивающей несколько сценариев для инфекционного периода и доли передачи от людей, у которых никогда не было симптомов COVID-19, передача от бессимптомных людей, по оценкам, составляла более половины всех случаев передачи.

Значение Результаты этого исследования показывают, что выявление и изоляция людей с симптоматическим COVID-19 сами по себе не будут контролировать продолжающееся распространение SARS-CoV-2.

Важность Тяжелый острый респираторный синдром — коронавирус 2 (SARS-CoV-2), этиология коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19), легко передается от человека к человеку. Оптимальный контроль COVID-19 зависит от направления ресурсов и сообщений о состоянии здоровья на меры по смягчению последствий, которые, скорее всего, предотвратят передачу, но относительная важность таких мер оспаривается.

Цель Оценить долю случаев передачи SARS-CoV-2 в сообществе от людей без симптомов.

Дизайн, обстановка и участники Эта аналитическая модель принятия решений оценивала относительное количество передачи от лиц, не имеющих симптомов, никогда не проявляющих симптомов, и лиц с симптомами по ряду сценариев, в которых доля передачи от людей, у которых никогда не проявлялись симптомы (т. Е. Оставались бессимптомными), и инфекционный период варьировались в зависимости от опубликовал лучшие оценки.Для всех оценок использовались данные метаанализа, чтобы установить инкубационный период на среднем уровне 5 дней. Продолжительность инфекционного периода поддерживалась на уровне 10 дней, а пиковая инфекционность варьировала от 3 до 7 дней (-2 и +2 дня относительно среднего инкубационного периода). Общая доля SARS-CoV-2 варьировалась от 0% до 70% для оценки широкого диапазона возможных пропорций.

Основные результаты и мероприятия Уровень передачи SARS-CoV-2 от лиц с предсимптомным, бессимптомным и бессимптомным образом.

Результаты Исходные допущения для модели заключались в том, что пиковая инфекционность приходилась на срединное время появления симптомов и что у 30% лиц с инфекцией никогда не развиваются симптомы, а на 75% они так же заразны, как и те, у кого симптомы появляются. В совокупности эти исходные предположения предполагают, что на людей с инфекцией, у которых никогда не развиваются симптомы, может приходиться примерно 24% всех случаев передачи. В этом базовом случае 59% всех случаев передачи произошло бессимптомным путем, включая 35% от лиц с несимптомным течением и 24% от лиц, у которых никогда не проявлялись симптомы.Согласно широкому диапазону значений для каждого из этих предположений, по меньшей мере, 50% новых инфекций SARS-CoV-2, по оценкам, возникли в результате контакта с людьми с инфекцией, но без симптомов.

Выводы и значимость В этой аналитической модели принятия решений для нескольких сценариев пропорции бессимптомных людей с COVID-19 и инфекционных периодов, передача от бессимптомных людей оценивалась как более чем половина всех передач.Помимо выявления и изоляции лиц с симптомами COVID-19, эффективный контроль распространения потребует снижения риска передачи от людей с инфекцией, у которых нет симптомов. Эти результаты показывают, что такие меры, как ношение масок, гигиена рук, социальное дистанцирование и стратегическое тестирование людей, которые не болеют, будут основой для замедления распространения COVID-19 до тех пор, пока безопасные и эффективные вакцины не будут доступны и широко используются.

Когда тяжелый острый респираторный синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2), новый коронавирус, вызывающий коронавирусное заболевание 2019 года (COVID-19), начал распространяться по всему миру, стало очевидно, что этот вирус, в отличие от тесно связанного с ним SARS-CoV в вспышку 2003 г. невозможно было сдержать только обследованием на основе симптомов.Бессимптомные и клинически легкие инфекции были редкостью во время вспышки SARS-CoV в 2003 году, и не было зарегистрировано случаев передачи инфекции от людей до появления симптомов. ¹ SARS-CoV-2 распространяется быстрее, чем SARS-CoV, и накопленные данные показали, что SARS-CoV-2, в отличие от SARS-CoV, передается от людей без симптомов. Однако меры по сокращению передачи от людей, у которых нет симптомов COVID-19, стали противоречивыми и политизированными и, вероятно, оказали негативное влияние на экономику и многие виды общественной деятельности.Оптимальный контроль COVID-19 зависит от направления ресурсов и сообщений о состоянии здоровья на меры по смягчению последствий, которые, скорее всего, предотвратят передачу. Относительная важность смягчающих мер, предотвращающих передачу инфекции от людей без симптомов, оспаривается. Определение доли передачи SARS-CoV-2 от людей без симптомов является основополагающим для приоритезации методов и политики контроля.

Передача от людей, которые инфицированы, но не имеют никаких симптомов, может возникать в результате 2 различных состояний инфекции: пресимптомных людей (которые заразны до появления симптомов) и людей, которые никогда не испытывают симптомов (бессимптомные инфекции, которые мы будем называть бессимптомными) .Ранние модельные исследования данных о случаях COVID-19 показали, что интервал генерации SARS-CoV-2 был короче, чем последовательный интервал, что указывает на то, что среднее время между заражением одного человека и заражением другого человека короче среднего времени между У 1 человека развиваются симптомы, а у человека, которым они заразились, развиваются симптомы. ^{2 -5} Это открытие означало, что эпидемия росла быстрее, чем можно было бы ожидать, если бы передача ограничивалась периодом болезни, в течение которого у людей были симптомы.К тому времени, когда у второго поколения людей появились симптомы, третье поколение уже инфицировалось. Эпидемиологические данные, полученные в начале пандемии, также предполагают возможность пресимптомной передачи, ^{6 , 7} , а лабораторные исследования подтвердили, что уровни вирусной РНК в респираторном секрете уже были высокими на момент появления симптомов. ^{8 -10}

Бессимптомная передача SARS-CoV-2 также происходит от людей с инфекцией, у которых никогда не бывает симптомов (или у которых наблюдаются очень легкие или почти нераспознаваемые симптомы).Долю людей с инфекцией, у которых никогда не было явных симптомов, сложно определить количественно, поскольку для этого требуется интенсивный проспективный клинический отбор образцов и скрининг симптомов из репрезентативной выборки лиц с инфекцией и без нее. Тем не менее, данные исследований домашних контактов показывают, что возникают бессимптомные или очень легкие симптоматические инфекции, ^{11 -14} , а лабораторные и эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что люди, у которых никогда не развиваются симптомы, могут с такой же вероятностью, как и люди с симптомами, передавать SARS-CoV 2 другим. ^{9 , 15 , 16}

Центры по контролю и профилактике заболеваний определили, что это аналитическое исследование решений, в котором не участвовали люди, не требовало одобрения институционального наблюдательного совета. Мы использовали простую модель для оценки доли передачи от пресимптоматических (т. Е. Инфекционных до появления симптомов), никогда не симптоматических и не имеющих симптомов индивидуумов по ряду сценариев, в которых мы варьировали время инфекционного периода для оценки различных вкладов пресимптоматической передачи. и процент передачи от людей, у которых никогда не появляются симптомы (т. е. остаются бессимптомными).

Для всех оценок мы использовали данные метаанализа 8 исследований из Китая, чтобы установить инкубационный период в среднем на 5 дней, когда у 95% лиц с симптомами симптомы развиваются к 12-му дню. ¹⁷ Следовательно, ежедневно ( t ) вероятность появления симптомов ( p _{, поэтому} ) для лиц, у которых развиваются симптомы, составляла:

p _{, поэтому} ( t ) = F _{Log − Normal} ( t , среднее логарифмическое = 1.63, logsd = 0,5).

Чтобы приблизиться к распределению инфекционного периода, мы сделали базовое предположение, что пиковая инфекционность происходит в среднем в то же время, что и средний инкубационный период, так что заразность начинается до появления симптомов (таблица). ^{9 , 12 , 14 -16,18 , 20} Затем мы предположили, что инфекционность ( I ) с течением времени может быть аппроксимирована функцией плотности γ и что средний человек заразен как примерно 10 дней (т.е. 98% передачи происходит в течение 10-дневного периода) ¹¹ :

I (t) = f _γ ( t , режим = 5, интервал = 10).

Для всех оценок мы поддерживали продолжительность инфекционного периода на уровне 10 дней, но варьировали режим от 3 до 7 дней (-2 и +2 дня относительно среднего инкубационного периода).

Остается также неопределенность в отношении доли лиц с инфекцией, у которых никогда не было симптомов ( р _нс ), и относительного вклада этих инфекций в передачу ( р _нс ). Оценки p _нс варьируются от однозначных до более чем 50%, многие из них имеют потенциальные систематические ошибки, связанные с исследуемой популяцией (например, возраст, распространенность сопутствующих заболеваний) и степенью длительного наблюдения ^{12 -14,19 , 20} (таблица).Мы сделали исходное предположение, что 30% людей с инфекцией никогда не проявляют симптомов, а затем оценили предположения выше или ниже. Мы также сделали исходное предположение, что люди с бессимптомными инфекциями в среднем на 75% так же заразны, как и люди с симптоматическими инфекциями. ^{9 , 15 , 16} В совокупности эти исходные предположения предполагают, что на людей с инфекцией, у которых никогда не развиваются симптомы, может приходиться примерно 24% всех случаев передачи ( T ):

T _нс = p _нс × r _нс / ( p _нс × r _нс + [1 — p _нс].

Мы варьировали эту общую пропорцию, T _ns , от 0% до 70%, чтобы оценить широкий диапазон возможных пропорций. Таким образом, ежедневная доля передачи от людей после появления симптомов ( T _s ) составила:

T _s ( t ) = (1 — T _ns ) × p _{, поэтому} ( t ) × I ( t ),

, а ежедневная доля передачи от предсимптомных ( T _пс ) лиц, то есть от тех, у кого симптомы развиваются, но становятся инфекционными до появления симптомов, составляет:

T _пс ( т ) = 1- T _с ( т ) — T _нс .

Мы изменили исходные предположения, чтобы учесть относительную важность различных уровней бессимптомной и пресимптомной передачи. Код доступен в электронном приложении в Приложении.

Все анализы проводились в R версии 4.0.1 (проект R для статистических вычислений). Статистическое тестирование не проводилось, поэтому заранее заданный уровень значимости не устанавливался.

Исходя из исходных предположений, приблизительно 59% всех случаев передачи произошло бессимптомным путем: 35% от лиц, не имеющих симптомов, и 24% от лиц, у которых никогда не было симптомов (рис. 1).Поскольку каждый компонент является неопределенным, мы оценили разные сроки пика заразности относительно начала заболевания и разные пропорции передачи от людей, у которых никогда не было симптомов. Сохранение 24% случаев передачи от людей, у которых никогда не было симптомов, но смещение пика заразности на 1 день раньше (на 4 день) увеличило досимптомную передачу до 43%, а все бессимптомные передачи — до 67% (рис. 1A). Более поздний пик (например, 6-й день) снизился до 27%, а бессимптомная передача снизилась до 51% (рис. 1C).

Удерживая день пика заразности постоянным на 5-м дне и уменьшая долю передачи от лиц, никогда не проявляющих симптомов, до 10% с относительной инфекционностью 75% (исходное предположение), доля всех случаев передачи от лиц, никогда не проявляющих симптомов, снизилась. до 8%, досимптомная передача увеличилась до 42%, а комбинированная бессимптомная передача составила 50% от всех случаев передачи (рис. 1D). Напротив, если доля тех, у кого когда-либо появлялись симптомы, составляла 30%, а их относительная инфекционность увеличивалась до 100%, на них приходилось 30% всей передачи, досимптомная передача составляла 32%, а комбинированная бессимптомная передача составляла 62% всех случаев передачи (рис. 1F).

Остается неопределенность относительно масштабов как бессимптомной, так и бессимптомной передачи. Таким образом, мы проанализировали более широкий диапазон каждого из этих компонентов, при этом пиковая инфекционность варьировала от 2 дней до (более досимптомная передача) до 2 дней после (менее досимптомная передача) медианного появления симптомов и с отсутствием симптоматической передачи в диапазоне от 0% до 70%. (Фигура 2). В рамках этого более широкого диапазона сценариев большинство комбинированных предположений о времени пика заразности и передачи от людей, у которых никогда не было симптомов, показали, что по крайней мере 50% новых инфекций SARS-CoV-2, вероятно, возникли от людей, не имевших симптомов на момент передачи.Если более 30% передачи было от людей, у которых никогда не было симптомов, общая бессимптомная передача была выше 50% при любом значении пика заразности в течение 2 дней после среднего времени появления симптомов. Если пиковая инфекция была в любой момент примерно за 6 часов до среднего времени появления симптомов, более 50% передачи было от людей без симптомов, независимо от доли от тех, у кого никогда не было симптомов. Даже очень консервативное предположение о пиковой инфекционности через 2 дня после медианы начала и 0% случаев без симптомов передачи все же привело к более чем 25% передачи от бессимптомных лиц.

Представленные здесь результаты дополняют более раннюю оценку ²¹ и подчеркивают важность бессимптомной передачи: согласно ряду вероятных сценариев, по меньшей мере, 50% передачи произошли от людей без симптомов. Эта общая доля передачи от лиц, не имеющих симптомов, и никогда не проявляющих симптомов, является ключом к определению мер смягчения, которые могут помочь контролировать SARS-CoV-2.Например, если количество воспроизведений ( R ) в данной настройке равно 2,0, то необходимо как минимум 50% -ное снижение передачи, чтобы число воспроизводимых изображений было ниже 1,0. Учитывая, что в некоторых условиях R , вероятно, намного больше, чем 2, и более половины случаев передачи может происходить от лиц, которые не имели симптомов на момент передачи, эффективный контроль должен снизить риск передачи от людей без симптомов.

Это исследование имеет ограничения.Во-первых, мы использовали упрощенную модель для представления сложного явления, то есть средней заразности инфекций SARS-CoV-2 с течением времени. Мы намеренно использовали эту модель для проверки предположений о сроках пика инфекционности и передачи инфекции среди бессимптомных лиц, чтобы мы могли варьировать только эти 2 критических параметра и оценивать их относительные эффекты. Таким образом, этим результатам недостает количественной точности, но они демонстрируют качественную роль этих двух компонентов и показывают, что в широком диапазоне возможных предположений вывод о том, что бессимптомная передача является критическим компонентом динамики передачи SARS-CoV-2, остается неизменным.

Как обсуждалось здесь, точные пропорции предсимптоматической и бессимптомной передачи неизвестны. Это также относится к оценкам инкубационного периода, которые основаны на индивидуальном воздействии и начальных окнах, которые трудно наблюдать с точностью и, следовательно, включают существенную неопределенность даже при использовании оценок из нескольких исследований. Более того, они, вероятно, существенно различаются в разных популяциях. Например, у пожилых людей более вероятно появление симптомов, чем у молодых, ²⁰ , поэтому в популяциях пожилых людей никогда не бывает бессимптомной передачи инфекции.Однако определенные возрастные группы редко изолированы исключительно от других возрастных групп, поэтому риск бессимптомной передачи по-прежнему важен в этих группах и тем более в более молодых возрастных группах, в которых передача может даже в большей степени зависеть от бессимптомной передачи. ²⁰

Реальная динамика передачи также не полностью зависит от динамики заразности на индивидуальном уровне с течением времени. Теперь, когда COVID-19 получил широкое признание, люди с симптомами COVID-19 с большей вероятностью изолируют себя и еще больше сокращают долю передачи от лиц с симптомами, перекладывая большую долю передачи на тех, у кого нет симптомов.В этом смысле приведенные здесь оценки представляют собой нижний предел доли бессимптомной передачи при наличии вмешательств, направленных на снижение симптоматической передачи.

С учетом ряда предположений о досимптомной передаче и передаче от людей с инфекцией, у которых никогда не развиваются симптомы, представленная здесь модель показала, что более половины случаев передачи происходит от бессимптомных людей. В отсутствие эффективного и широко распространенного использования терапевтических средств или вакцин, которые могут сократить или устранить инфекционность, успешный контроль SARS-CoV-2 не может полагаться только на выявление и изоляцию симптоматических случаев; даже если она будет реализована эффективно, этой стратегии будет недостаточно.Эти данные свидетельствуют о том, что эффективный контроль также требует снижения риска передачи инфекции от людей, у которых нет симптомов. Такие меры, как ношение масок и социальное дистанцирование, дают людям возможность защитить себя и, в случае заражения, снизить риск для своих сообществ. ²¹ Эти меры также могут быть дополнены стратегическим тестированием людей, которые не болеют, например тех, кто подвержен известным случаям (например, отслеживание контактов) или подвержен высокому риску заражения других (например, коллективный персонал учреждения, те, кто при частом контакте с общественностью).Для борьбы с SARS-CoV-2 совершенно необходимы многочисленные меры, которые эффективно снижают риск передачи при отсутствии симптомов.

Принято к публикации: 7 декабря 2020 г.

Опубликовано: 7 января 2021 г. doi: 10.1001 / jamanetworkopen.2020.35057

Исправление: Эта статья была исправлена ​​12 февраля 2021 г., чтобы исправить ошибку в Приложении.

Открытый доступ: Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии CC-BY.© 2021 Йоханссон М.А. и др. Открытая сеть JAMA .

Автор для переписки: Джей К. Батлер, доктор медицины, Офис заместителя директора по инфекционным заболеваниям, Центры США по контролю и профилактике заболеваний, 1600 Clifton Rd, Mailstop h34-12, Atlanta, GA 30329 ([email protected] ).

Вклад авторов: Д-р Йоханссон имел полный доступ ко всем данным в исследовании и берет на себя ответственность за целостность данных и точность анализа данных.

Концепция и дизайн: Johansson, Quandelacy, Kada, Brooks, Slayton, Butler.

Сбор, анализ или интерпретация данных: Все авторы.

Составление рукописи: Йоханссон, Кванделаси, Брукс, Биггерстафф, Батлер.

Критический пересмотр рукописи на предмет важного интеллектуального содержания: Йоханссон, Када, Прасад, Стил, Брукс, Слейтон, Биггерстафф, Батлер.

Статистический анализ: Johansson, Quandelacy, Kada.

Административная, техническая или материальная поддержка: Prasad, Steele, Brooks, Biggerstaff, Butler.

Куратор: Йоханссон, Батлер.

Раскрытие информации о конфликте интересов: Не сообщалось.

Финансирование / поддержка: Эта работа проводилась в рамках ответных мер на коронавирусную болезнь 2019 Центров США по контролю и профилактике заболеваний и финансировалась исключительно за счет федеральной базы и финансирования ответных мер.

Роль спонсора / спонсора: Спонсор не участвовал в разработке и проведении исследования; сбор, управление, анализ и интерпретация данных; подготовка, рецензирование или утверждение рукописи; и решение представить рукопись для публикации.

Заявление об ограничении ответственности: Выводы и заключения в этом отчете принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Центров по контролю и профилактике заболеваний.

4. Чжао S, Гао Д, Чжуан Z, и другие. Оценка серийного интервала нового коронавирусного заболевания (COVID-19): статистический анализ с использованием общедоступных данных в Гонконге с 16 января по 15 февраля 2020 г. Front Phys .Опубликовано в Интернете 17 сентября 2020 г. doi: 10.3389 / fphy.2020.00347Google Scholar6.Wei МЫ, Ли Z, Chiew CJ, Ён SE, Toh Депутат Ли VJ. Пресимптоматическая передача SARS-CoV-2 — Сингапур, 23 января — 16 марта 2020 г. MMWR Morb Mortal Wkly Rep . 2020; 69 (14): 411-415. doi: 10.15585 / mmwr.mm6914e1Google ScholarCrossref 9.Lee S, Ким Т, Ли E, и другие. Клиническое течение и молекулярное вирусное выделение среди бессимптомных и симптоматических пациентов с инфекцией SARS-CoV-2 в общинном лечебном центре в Республике Корея. JAMA Intern Med . 2020. doi: 10.1001 / jamainternmed.2020.3862PubMedGoogle Scholar10.Benefield А.Е., Скрип Лос-Анджелес, Клемент А, Альтхаус РА, Чанг S, Альтхаус BM. Пики вирусной нагрузки SARS-CoV-2 до появления симптомов: систематический обзор и индивидуальный объединенный анализ вирусной нагрузки коронавируса из 66 исследований. medRxiv . Предварительно отпечатано, опубликовано в Интернете 30 сентября 2020 г. doi: 10.1101 / 2020.09.28.20202028Google Scholar11.Byrne AW, McEvoy Д, Коллинз AB, и другие.Предполагаемая продолжительность инфекционного периода SARS-CoV-2: быстрый обзор объема и анализ имеющихся доказательств для бессимптомных и симптоматических случаев COVID-19. BMJ Открыть . 2020; 10 (8): e039856. DOI: 10.1136 / bmjopen-2020-039856PubMedGoogle Scholar13.Poletti P, Тирани М, Цереда D, и другие. Вероятность появления симптомов и критического заболевания после заражения SARS-CoV-2. arXiv. Препринт опубликован онлайн 22 июня 2020 г., дата обращения 10 декабря 2020 г. https: // arxiv.org / abs / 2006.0847114.Buitrago-Garcia Д, Эгли-Ганы D, Counotte MJ, и другие. Возникновение и потенциал передачи бессимптомных и пресимптомных инфекций SARS-CoV-2: живой систематический обзор и метаанализ. ПЛоС Мед . 2020; 17 (9): e1003346. DOI: 10.1371 / journal.pmed.1003346PubMedGoogle Scholar16.Mc Evoy D, McAloon CG, Коллинз AB, и другие. Относительная инфекционность бессимптомных лиц, инфицированных SARS-CoV-2, по сравнению с лицами с симптомами: обзор быстрого обзора. medRxiv . Препринт опубликован в Интернете 1 августа 2020 г. doi: 10.1101 / 2020.07.30.20165084Google Scholar17.McAloon C, Коллинз Б, Хант K, и другие. Инкубационный период COVID-19: быстрый систематический обзор и метаанализ наблюдательных исследований. BMJ Открыть . 2020; 10 (8): e039652. DOI: 10.1136 / bmjopen-2020-039652PubMedGoogle Scholar18.Casey М, Гриффин Джей, МакАлун CG, и другие. Предсимптоматическая передача инфекции SARS-CoV-2: вторичный анализ с использованием опубликованных данных. medRxiv . Препринт опубликован в Интернете 11 июня 2020 г. doi: 10.1101 / 2020.05.08.20094870Google Scholar19.Byambasuren О, Доблер CC, Bell K, и другие. Сравнение серологической распространенности инфекций SARS-CoV-2 с кумулятивными и предполагаемыми случаями COVID-19: систематический обзор. medRxiv . Препринт опубликован онлайн 22 октября 2020 г. doi: 10.1101 / 2020.07.13.20153163Google Scholar20.Davies НГ, Клепач П, Лю Y, Prem К, Джит М, Яйцо RM; CMMID COVID-19 рабочая группа.Возрастозависимые эффекты в передаче эпидемии COVID-19 и борьбе с ней.