1. Охарактеризуйте строение хромосомы. Хромосома — это ДНК?
Хромосома — это структура, состоящая из молекулы ДНК, которая тесно связана с белками, называемыми гистонами. В хромосомах содержится генетическая информация, которая наследуется от родителей. Во время клеточного деления хромосомы принимают компактную форму, которая видна под микроскопом. Хромосома — это не просто ДНК, а комплекс, состоящий из ДНК и белков, обеспечивающих её компактное сворачивание и организацию.
2. Поясните, какие функции в ядре выполняет хроматин.
Хроматин — это совокупность ДНК и белков, которая находится в ядре клетки. Хроматин выполняет несколько ключевых функций:
Он упаковывает ДНК, позволяя ей умещаться в клеточном ядре. Хроматин регулирует доступ к генетической информации, участвуя в процессах транскрипции (синтезе РНК) и репликации ДНК. Он также играет важную роль в процессе клеточного деления, где хроматин конденсируется в хромосомы, обеспечивая точное распределение генетической информации между дочерними клетками.
3. Что является продуктом действия хромосом?
Продуктом действия хромосом являются белки и РНК, которые кодируются генами, расположенными на хромосомах. В процессе транскрипции информация с ДНК переписывается в РНК, которая затем используется для синтеза белков в процессе трансляции. Эти белки играют важную роль в структуре и функционировании клетки, а также в осуществлении всех жизненно важных процессов, таких как метаболизм, клеточный цикл и клеточное деление.
4. Поясните, какая разница между репликацией ДНК и репликацией хромосом.
Репликация ДНК — это процесс удвоения молекулы ДНК перед клеточным делением, в ходе которого создаются две идентичные копии ДНК, каждая из которых будет передана в дочернюю клетку.
Репликация хромосом — это более широкий процесс, который включает репликацию ДНК, а также организацию и упаковку ДНК в хромосомы. В процессе репликации хромосом происходит не только удвоение ДНК, но и её конденсация в хромосомы, что необходимо для правильного распределения генетического материала между дочерними клетками в ходе митоза или мейоза.
§ 24.1. Многообразие прокариот
1. Назовите функции основных структур клетки бактерии.
Основные структуры клетки бактерии и их функции:
Цитоплазма — место для большинства биохимических реакций, включая метаболизм и синтез белков. Клеточная мембрана — регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой, участвует в передаче сигналов и транспортировке молекул. Клеточная стенка — защищает клетку от механических повреждений, поддерживает её форму и предотвращает лизис. Нуклеоид — участок цитоплазмы, где расположена кольцевая молекула ДНК, содержащая генетическую информацию. Рибосомы — синтезируют белки, переведя информацию с РНК в аминокислотную последовательность. Жгутики и фимбрии — жгутики обеспечивают подвижность бактерии, а фимбрии участвуют в прикреплении к поверхностям. Плазмиды — маленькие кольцевые молекулы ДНК, которые могут передавать гены, включая гены устойчивости к антибиотикам.
2. Докажите, что клетка бактерии является биосистемой.
Клетка бактерии является биосистемой, поскольку она обладает всеми признаками живой системы:
Самовоспроизведение: Бактерии способны к размножению (обычно делением), что обеспечивает передачу генетической информации. Метаболизм: Бактерии проводят обмен веществ, включая катаболизм (расщепление органических веществ) и анаболизм (синтез молекул). Реакция на раздражители: Бактерии могут реагировать на изменения в окружающей среде, такие как изменения температуры, концентрации питательных веществ и даже присутствие токсинов. Генетическая информация: Бактерии содержат ДНК, которая кодирует информацию для синтеза необходимых белков и регулирует все клеточные процессы. Энергетический обмен: Для выполнения своих жизненных функций бактерии используют энергию, например, для синтеза АТФ.
3. Поскольку цианобактерии, обладая хлорофиллом, способны к фотосинтезу, их считают эволюционно более молодой группой среди прокариот. А какие ещё признаки этих организмов вы назовёте в подтверждение данной идеи?
Цианобактерии обладают рядом признаков, которые подтверждают их эволюционную молодость среди прокариот:
Наличие хлорофилла: цианобактерии используют хлорофилл для фотосинтеза, подобно растениям, что свидетельствует о развитой способности к преобразованию солнечной энергии в химическую. Фотосинтетические пигменты: кроме хлорофилла, цианобактерии используют другие пигменты, такие как фикоцианин, что позволяет им использовать более широкий спектр света. Кислородный фотосинтез: цианобактерии могут выделять кислород в процессе фотосинтеза, что отличает их от большинства других прокариотов, которые проводят анаэробный фотосинтез. Наличие специализированных клеток: цианобактерии могут образовывать клеточные структуры, такие как гетероцисты (клетки для фиксации азота), что свидетельствует о высокоорганизованной структуре и функциональности. Наличие механизма синтеза АТФ: цианобактерии используют хлоропласты, что является аналогом у растений, подтверждая их более позднее происхождение.
§ 24.2. Роль бактерий в природе
1. Охарактеризуйте роль прокариот в биосфере.
Прокариоты играют ключевую роль в биосфере, выполняя несколько важных функций:
Круговорот веществ: Прокариоты участвуют в разложении органических веществ, превращая их в простые соединения, которые могут быть использованы другими организмами. Это важный этап в экосистемах, так как прокариоты обеспечивают доступность питательных веществ для более сложных форм жизни. Азотфиксирование: Азотфиксирующие бактерии, такие как цианобактерии и Rhizobium, могут преобразовывать молекулярный азот из воздуха в формы, доступные растениям. Это делает возможным жизнь на земле, обеспечивая растения необходимым азотом. Участие в симбиозе: Многие прокариоты живут в симбиотических отношениях с другими организмами. Например, бактерии, живущие в кишечнике человека, помогают переваривать пищу и синтезировать витамины. Стабилизация экосистем: Прокариоты способствуют поддержанию экологического баланса, участвуют в биогеохимических циклах, таких как углеродный и серный циклы.
2. Поясните, в чём выражается опасность внесения прокариотных препаратов в природную среду для борьбы с её загрязнителями.
Внесение прокариотных препаратов в природную среду может вызвать ряд экологических рисков:
Неопределённые долгосрочные последствия: Появление новых или генетически изменённых прокариотов может повлиять на устойчивость экосистемы, нарушая баланс между видами и приводя к неожиданным последствиям. Генетическая нестабильность: Генетически модифицированные бактерии, предназначенные для разложения загрязнителей, могут передавать свои гены другим организмам, что приведет к изменению экосистемных процессов. Экологические "инвазии": Прокариоты, введённые в новые экосистемы, могут стать инвазивными видами, что нарушит естественные механизмы поддержания здоровья окружающей среды.
3. Известно, что у всех самых разнообразных азотфиксирующих бактерий наличествует один и тот же фермент нитрогеназа, катализирующий связывание молекулярного азота. Какое значение в эволюции живой природы имеет этот факт?
Факт того, что все азотфиксирующие бактерии используют один и тот же фермент нитрогеназу, имеет огромное значение для эволюции:
Эволюционная универсальность: Это свидетельствует о том, что азотфиксирующие бактерии имеют общие эволюционные корни и произошли от одного общего предка. Наличие одного фермента у столь различных бактерий подтверждает древность и важность этого процесса для жизни на Земле. Роль в глобальных процессах: Связывание азота является важнейшим процессом, обеспечивающим доступность азота для растений и, следовательно, поддерживающим жизнь на планете. Эволюция азотфиксирующих бактерий обеспечила возможность существования сложных экосистем. Поддержание жизни: Стабильность азотного цикла на Земле и постоянный доступ к биологически активным формам азота благодаря этим бактериям позволили растениям и животным эволюционировать и приспособиться к жизни на Земле.
4. Американский биолог и эколог Барри Коммонер в начале 70-х гг. XX в. выдвинул тезис как закон экологии: «Природа знает лучше». Поясните, что имелось в виду. Выскажите ваше мнение по этому поводу. Поясните ваш ответ примерами.
Барри Коммонер под этим законом экологии имел в виду, что природные экосистемы и процессы развивались миллиарды лет и обладают своим внутренним балансом. Когда люди вмешиваются в эти процессы, они могут нарушить этот баланс, что приводит к непредсказуемым и часто негативным последствиям.
Моё мнение по поводу этого тезиса заключается в том, что вмешательство человека в природные процессы, такие как загрязнение, вырубка лесов или изменение климата, приводит к ухудшению экологической ситуации. Природа действительно имеет механизмы саморегуляции, однако они могут быть нарушены человеческой деятельностью.
Примером может служить глобальное потепление, вызванное увеличением парниковых газов, когда природные процессы, такие как поглощение углекислого газа растениями и океанами, уже не могут справиться с избыточным количеством углерода в атмосфере.
§ 24.3. Многообразие одноклеточных эукариот
1. Почему у водорослей много разных форм полового процесса?
У водорослей существует множество различных форм полового процесса, потому что их жизненные циклы включают разные типы размножения в зависимости от внешних условий. Водоросли могут размножаться как половым, так и бесполовым способом. Разные виды водорослей могут иметь различные формы полового процесса — от простого слияния клеток до более сложных форм с образованием зиготы и спор. Это разнообразие позволяет водорослям адаптироваться к различным условиям окружающей среды и обеспечивать выживание.
2. Охарактеризуйте основную роль водорослей в биологическом круговороте веществ биосферы.
Водоросли играют важную роль в биологическом круговороте веществ:
Фиксация углекислого газа: Водоросли активно поглощают углекислый газ из атмосферы, участвуя в фотосинтезе и производя кислород, что способствует поддержанию баланса углерода в биосфере. Производство органических веществ: Водоросли являются основными производителями органических веществ в водных экосистемах, служа пищей для многих водных организмов, начиная от микроорганизмов и заканчивая крупными рыболовами. Цикл питательных веществ: Водоросли участвуют в круговороте азота, серы и других важных элементов, перерабатывая их и возвращая обратно в экосистему.
3. Охарактеризуйте роль простейших в жизни человека и природы.
Простейшие играют важную роль в жизни человека и природы:
Экологическое значение: Простые организмы, такие как амёбы, инфузории и другие, являются важными звеньями пищевых цепочек в экосистемах. Они способствуют переработке органических веществ, разлагая мертвые части растений и животных. Заболевания: Некоторые простейшие могут быть возбудителями болезней, таких как малярия (плазмодии), лейшманиоз и другие. Изучение этих организмов важно для разработки методов борьбы с инфекциями. Микробиология: Простые организмы играют ключевую роль в научных исследованиях, поскольку многие из них используются в биотехнологиях и других научных областях.
4. Какое значение имеют наши знания о разнообразии простейших?
Знания о разнообразии простейших имеют огромное значение для медицины, экологии и биотехнологий. Изучение их биологии помогает:
Диагностировать и лечить заболевания, вызванные простейшими, такие как малярия, лейшманиоз и другие. Разрабатывать новые методы борьбы с инфекциями. Оценивать влияние простейших на экосистемы и понимать их роль в круговороте веществ и в пищевых цепочках.
§ 24.4. Микробиология на службе человека
1. Поясните, почему микробиология изучает главным образом бактерий.
Микробиология в первую очередь занимается изучением бактерий, потому что бактерии являются самыми многочисленными и разнообразными микроорганизмами на планете. Они встречаются в различных средах, включая воду, воздух, почву и живые организмы. Бактерии играют ключевую роль в биогеохимических процессах, таких как азотфиксация, разложение органических веществ и даже в производстве пищи. Кроме того, многие бактерии могут быть патогенами, что делает их изучение важным для медицины и здоровья.
2. Поясните, почему эволюция клеток бактерий идёт быстрее, чем клеток эукариот.
Эволюция клеток бактерий происходит быстрее, чем у эукариот, по нескольким причинам:
Быстрое размножение: Бактерии размножаются гораздо быстрее, чем эукариотические клетки. Это позволяет им быстрее адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Генетическая изменчивость: Бактерии могут обмениваться генетической информацией через горизонтальный перенос генов, что способствует быстрому распространению новых признаков и устойчивости к антибиотикам. Отсутствие сложных механизмов контроля: У бактерий нет такой сложной регуляции, как у эукариот, что позволяет им быстрее эволюционировать, особенно в ответ на изменения в среде.
3. Охарактеризуйте значение бактерий для человека и природы.
Бактерии имеют огромное значение как для природы, так и для человека:
Биогеохимические циклы: Бактерии играют ключевую роль в цикле углерода, азота, серы и других элементов, перерабатывая вещества, разлагая органику и возвращая необходимые элементы в экосистемы. Пищеварение: Бактерии в кишечнике человека помогают переваривать пищу, синтезировать витамины и защищать организм от патогенов. Заболевания: Некоторые бактерии являются возбудителями болезней (например, туберкулёз, холера, пневмония). Поэтому их изучение важно для разработки вакцин и лечения инфекций. Применение в промышленности: Бактерии используются в биотехнологии для производства антибиотиков, витаминов, ферментов и даже в очистке сточных вод.