Эта статья станет для нас очередной вехой среди нашего набора ответов - ГДЗ для различных школьных предметов. И конкретно в этом случае речь пойдет об ответах для учебника по биологии 10 класс (Линия Жизни) Пасечник. Это один из самых популярных авторов для учебников биологии, но сегодня не о нем.
Мы расскажем о программе учебника за 10 класс, об ответах, о том когда и как ими следует пользоваться. Что на счет содержимого, то учебник состоит из 27 параграфов и приложения из лабораторного практикума. В содержимом рассказано о строении клеток, о процессах протекающих в них, о простейших протекающих химических процессах и реакциях. Само собой на основании этой информации вам необходимо будет подготовить и ответы на вопросы, в чем мы вам и поможем...
Что насчет этих ответов, то самое правильное, как нам кажется, это использование ответов для сверок, а не для списывания, на том и перейдем к самим ответам.
ГДЗ ответы для учебника по биологии 10 класс (Линия Жизни) Пасечник
Кликаем по нужному нам параграфу и перед нами открываются ответы на домашние задания.
§1 Биология в системе наук
-
§1. Биология в системе наук
§1. Вспомните. Номер №1
Что такое наука? Каков её основной принцип?
Решение
Наука — сфера духовной деятельности человека, направленная на выработку системы объективных знаний о мире, закономерностях развития природы, общества и мышления. Основной принцип науки выражен в универсализме, общности, бескорыстности и организованном скептицизме.
Номер №2
Какое место занимает биология в системе наук?
Решение
Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками:
• фундаментальными (математикой, физикой, химией);
• естественными (геологией, географией, почвоведением);
• общественными (психологией, социологией);
• прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы).
Номер №3
Каковы основные этапы развития биологии как науки?
Решение
В процессе становления биологии обычно выделяют три основных этапа:
• традиционный или этап систематики, связанный с именем швейцарского естествоиспытателя Карла Линнея (1707−1778);
• эволюционный, связанный с именем английского ученого Чарльза Дарвина (1809−1882);
• этап биологии микромира или молекулярно−генетическая биология, связанная с именем австрийского ученого Грегора Менделя (1822−1884).
Подумайте. Номер №1
Возможно ли в настоящее время учёному совершить научное открытие без активного сотрудничества с другими исследователями?
Решение
В настоящее время невозможно совершить научное открытие без сотрудничества с исследователями из других сфер, так как любая научная область смежна с другими. Например в медицине применяются знания из физики и химии, а также биологии.
Тренируемся. Номер №1
Что понимают под современной научной картиной мира и от кого зависит её формирование?
Решение
Научная картина мира — это система представлений человека о свойствах и закономерностях реально существующего мира, построенная в результате обобщения научных знаний и принципов.
Созданием естественно−научной картины мира занимается целый комплекс наук, среди которых можно выделить физику, химию и биологию. Все они так или иначе связаны друг с другом, что в ряде случаев позволяет взглянуть на одну и ту же научную проблему с разных точек зрения, а также попытаться решить её с применением различных научных методов. Таким образом, учёным удаётся либо значительно продвинуться в уже существующем направлении научных исследований, либо раскрыть перед собой новые горизонты, связанные с формированием научной картины мира. В настоящее время практически все открытия делаются на стыке нескольких научных направлений. Целостность научной картины зависит прежде всего от того, насколько глубокими и разносторонними познаниями обладает конкретный учёный или коллектив научных сотрудников, занимающийся изучением какой−либо проблемы.
Номер №2
Что позволяет исследователям постепенно продвигаться в науке, открывая новые горизонты, связанные с формированием целостной научной картины мира, и от чего зависит её целостность?
Решение
Созданием естественно−научной картины мира занимается целый комплекс наук, среди которых можно выделить физику, химию и биологию. Все они так или иначе связаны друг с другом, что в ряде случаев позволяет взглянуть на одну и ту же научную проблему с разных точек зрения, а также попытаться решить её с применением различных научных методов.Таким образом, учёным удаётся либо значительно продвинуться в уже существующем направлении научных исследований, либо раскрыть перед собой новые горизонты, связанные с формированием научной картины мира. В настоящее время практически все открытия делаются на стыке нескольких научных направлений. Целостность научной картины зависит прежде всего от того, насколько глубокими и разносторонними познаниями обладает конкретный учёный или коллектив научных сотрудников, занимающийся изучением какой−либо проблемы.
Номер №3
Почему мы можем с уверенностью говорить о взаимосвязи и взаимозависимости естественных наук?
Решение
Одной из закономерностей развития естествознания является взаимодействие естественных наук, взаимосвязь всех отраслей естествознания. Наука, таким образом, является единым целым.
Главными путями взаимодействия являются следующие:
• изучение одного предмета одновременно несколькими науками (например, изучение человека);
• использование одной наукой знаний, полученных другими науками, например, достижения физики тесно связаны с развитием астрономии, химии, минералогии, математики и используют знания, полученные этими науками;
• использование методов одной науки для изучения объектов и процессов другой. Чисто физический метод – метод «меченых атомов» – широко применяется в биологии, ботанике, медицине и т. д. Электронный микроскоп используется не только в физике − он необходим и для изучения вирусов.
• взаимодействие через изучение общих свойств различных видов материи, ярким примером чему служит кибернетика – наука об управлении в сложных динамических системах любой природы (технических, биологических, экономических, социальных, административных и т. п.), использующих обратную связь.
Номер №4
Каково место биологии в системе естественных наук и какую роль она играет в формировании современной научной картины мира?
Решение
Особое место в формировании современной научной картины мира занимает биология, в рамках которой учёные исследуют живые организмы, их строение, развитие и происхождение, взаимоотношения со средой обитания и с другими объектами живой природы. Её вклад в текущее научное мировоззрение заключается в изучении и раскрытии общих законов и закономерностей развития живой природы, т. е. её эволюции.
Номер №5
Расскажите о роли биологии в жизни человека.
Решение
Биологические знания не только позволяют расширить научную картину мира, но и могут быть использованы в практических целях. Так, связь биологии с медициной и сельским хозяйством сформировалась в далёком прошлом. А в наше время она приобрела ещё большее значение. Благодаря достижениям биологии стало возможно получать промышленным путём медицинские препараты, витамины, биологически активные вещества. Открытия, сделанные в генетике, анатомии, физиологии и биохимии, позволяют поставить больному человеку правильный диагноз и выработать эффективные пути лечения и профилактики различных болезней, в том числе и тех, которые раньше считались неизлечимыми. Знание законов наследственности изменчивости позволило учёным−селекционерам получить новые высокопродуктивные породы домашних животных и сорта культурных растений. На основе изучения взаимоотношений между организмами были созданы биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Данные, полученные при изучении строения и принципов работы различных систем живых организмов, помогают найти оригинальные решения в технике и строительств.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя ключевые слова параграфа, постройте основу схемы (ментальной карты), показывающей место биологии в системе наук.
Решение
Номер №2
Подготовьте краткое сообщение о влиянии естественных наук в целом и биологии в частности на окружающую среду, экономическую, технологическую, социальную и этическую сферы деятельности человека. Оформите сообщение в виде презентации.
Решение
Естественные науки — это дисциплины, ориентированные на постижение законов, управляющих природой. В понимании этой области знаний понятие природа включает в себя любые элементы Вселенной.
Многие достижения, определяющие современную цивилизацию, есть результат знаний и технологий, порождённых исследованиями в области естественных наук. Прогресс естествознания позволил человечеству победить неизлечимые в прошлом болезни, извлечь из недр Земли необходимые ресурсы, обеспечить население продуктами питания и совершить научно−техническую революцию.
Здравоохранение, сельское хозяйство, промышленность (лёгкая, пищевая, медицинская, химическая, лесная), а также просвещение и образование в значительной степени базируются на знаниях и достижениях современных естиественных наук. Например, биология, равно как и другие естественные науки, так или иначе влияет на экономическую, технологическую, социальную и этическую сферы деятельности человека и в конечном итоге через достижения в этих отраслях — на окружающую его среду.
Одной из закономерностей развития естествознания является взаимодействие, взаимозависимость естественных наук, взаимосвязь всех отраслей естествознания. Наука, таким образом, единое целое. Например, один предмет одновременно изучается несколькими науками (например, изучение человека). Взаимозависимость проявляется в использовании одной наукой знаний, полученных другими науками, например, достижения физики тесно связаны с развитием астрономии, химии, минералогии, математики и используют знания, полученные этими науками.
Номер №3
Подготовьте презентацию об интересующей вас профессии. В презентации раскройте возможные её связи с биологией.
Решение
Биология — быстроразвивающаяся востребованная наука, а наше время – век биотехнологий и открытий. Лекарство от рака, вакцина против гепатита В, протезирование, выращивание тропических растений в Сибири, технологии переработки мусора с использованием специально выведенных бактерий — все это благодаря профессиям, связанным с биологией.
Лично я выбрал для себя профессию ветеринара. Ветеринар – это врач, который лечит домашних и сельскохозяйственных животных. Ветеринарные клиники есть в каждом городе. Профессия очень тесно взаимодействует с такими науками, как химия, биология, фармацевтика. Ни одна сельскохозяйственная ферма, занимающаяся животноводством, ни обходится без врача для животных.
Это интересный, увлекательный, очень ответственный, в большей мере умственный труд. Ведь ветеринар должен уметь правильно поставить диагноз, назначить лечение, помочь животному в опасной для жизни ситуации. А внимания будут требовать самые разнообразные представители животного мира: от маленьких хомячков, преданных собак, ласковых кошек до птиц, дельфинов и огромных слонов. Профессия требует храбрости и выдержки, ведь врач работает и с животными дикого мира, совершенно неприрученными и даже опасными. В ходе работы возможны взаимодействия с экологами, инженерами лесного хозяйства, медиками.
Номер №4
Напишите эссе на тему «Моя биологическая грамотность» (как вариант «Зачем нужна человеку биологическая грамотность»).
Решение
Зачем нужна человеку биологическая грамотность
До недавнего времени люди считали, что восстановительные способности природы безграничны. Но оказалось, что это не так. Незнание или игнорирование законов природы приводит к экологическим катастрофам, которые грозят гибелью всем живым организмам, в том числе и человеку. Сейчас большинство людей понимают, что будущее нашей планеты зависит от каждого из нас. Это привело к осознанию важности биологического образования, поскольку без него становится невозможным предотвращение загрязнения окружающей среды и другого негативного антропогенного воздействия на природу. Таким образом, в современном мире биологическая грамотность необходима каждому человеку так же, как умение читать, писать и считать.
Особая роль в современных условиях развития качественно новых технологий, кризисного состояния жизненной среды принадлежит биологическому (и, в качестве его существенной составной части, экологическому) образованию. Биологическая грамотность населения в целом – это важнейший инструмент для достижения более сбалансированного развития общества. Она – основа сохранения здоровья; естественнонаучного мировоззрения, определяющего биосферное понимание существования и развития жизни на планете, а также развитие инновационной эколого−сбалансированной экономики.
Обсуждаем. Номер №1
Прочитайте текст. Подберите свои примеры научной и ненаучной гипотез. Обоснуйте их с помощью критерия фальсифицируемости Поппера. Предложите свой вариант проверки гипотез.
Как отличить науку от не науки? Именно этот вопрос задал себе английский философ и учёный Карл Раймунд Поппер (1902—1994) в 1935 г. Впрочем, вопрос о критерии, который провёл бы чёткую границу между научным и всеми остальными видами познания, волновал его достаточно давно. Ещё будучи студентом, Поппер часто задумывался над тем, почему, например, астрофизика считается наукой, а использующая похожие методы (в том числе и математические) астрология нет.
Учёный долго размышлял над этим и в конце концов понял, в чём разница: научная теория не может быть принципиально неопровержимой. Это открытие легло в основу критерия Поппера о фальсифицируемости научных гипотез, который позволил раз и навсегда отделить науку от «метафизики» (так Поппер называл все способы познания, не относящиеся к научному). Согласно этому критерию, любая гипотеза является научной в том случае, если существует возможность её опровержения путём постановки того или иного эксперимента (даже если такой эксперимент ещё не был поставлен). Это утверждение легко объяснить на примере сравнения двух гипотез. Как вы помните из курса физики, Исаак Ньютон в результате наблюдений и их анализа пришёл к выводу, что большие тела всегда притягивают к себе те, что меньше их (позже из этой гипотезы был выведен закон всемирного тяготения). Его легко проверить экспериментально, например, проследить поведение подброшенного вверх мяча не только в различных точках нашей планеты, но даже и на Марсе, и на Луне, куда сейчас этот мяч вполне возможно доставить. И если в каком−нибудь из опытов брошенный вверх мяч не вернётся на поверхность планеты, то в этом случае гипотезу Ньютона следует рассматривать как неверную, потому что будет экспериментально доказан тот факт, что не всегда большее тело притягивает к себе меньшее.
Совершенно очевидно, что данный эксперимент представляет собой попытку опровержения вышеупомянутого закона. Так как сейчас космические аппараты смогут провести его на поверхности многих космических объектов, то гипотезу Ньютона следует признать научной, а также верной, поскольку поставленное им условие выполняется не только в земных условиях. Но ничего подобного нельзя сказать про гипотезу, согласно которой расположение планет в момент рождения человека влияет на формирование его характера, поскольку невозможно поставить такой эксперимент, который опроверг бы это (ибо даже теоретически невозможно представить себе рождение человека в таком месте, которое было бы свободно от влияния любого небесного тела). Значит, эта гипотеза, которой пользуются астрологи, ненаучная.
Резюмируя, можно с уверенностью сказать, что физика — это наука, а астрология не наука, так как гипотезы, с которыми имеет дело физик, соответствуют критерию Поппера, а те, которыми оперирует астролог, не соответствуют. Как видите, критерий фальсифицируемости действительно надёжно разделяет науку и не науку. И хотя он не универсален (есть, например, некоторые положения теории эволюции, которые не проходят отбор по этому критерию, и некоторые метафизические гипотезы, которые проходят), учёные до сих пор используют его в качестве первичной проверки гипотезы на предмет того, является она научной или нет.
Решение
Например, гипотеза Резерфорда о планетарной модели атома, по которой атом состоит из очень маленького положительно заряженного ядра, размер которого в тысячи раз меньше самого атома, и электронов, которые вращаются вокруг ядра по круговым орбитам − является научной. Если предположить, что атом построен не по "планетарной системе", мы должны будем предложить другое строение атома, при котором положительная частица (ядро) должна уживаться с электронами и "создавать" устойчивый атом. Мы не можем предложить другого варианта расположения этих частиц с учетом всех законов физики и химии, соответственно планетарная модель атома является верной.
В случае ненаучной теории возьмем креационизм. Креационизм − религиозные представления, религиозное и философское учение, согласно которой мир и человек были созданы Богом посредством сверхъестественного акта творения. В данном случае нет никаких точных доказательств достоверности этой теории, так как после биологической смерти человека уже нельзя воскресить, а в случае клинической смерти человек зачастую ничего не помнит.
Номер №2
Выясните, кто из ваших знакомых имеет профессию, связанную с биологией. Каково их мнение о своей профессии? Почему они её выбрали?
Решение
Мой дядя является врачом − торакальным хирургом. Торакальный хирург изучает и исследует патологии органов, расположенных в области груди, включая те, которые расположены в прилежащих к ней зонах. Он очень любит свою профессию, строго предан сваоему делу. В свое время он выбрал свою специальность с целью возвращать людям здоровье, приносить им пользу. §2 Объект изучения биологии
-
§2. Объект изучения биологии
§2. Вспомните. Номер №1
Каковы основные черты биологии как науки?
Решение
Характерные черты биологии:
• тесное взаимодействие с различными дисциплинами, входящими в ее состав;
• высокая специализация;
• интеграция.
Сегодня интересующая нас наука постоянно обогащается новыми обобщениями, теориями, фактическим материалом.
Номер №2
Что изучают учёные−биологи?
Решение
Биологи − это ученые, научные сотрудники, которые изучают живые организмы. В зависимости от объекта исследования биологи могут называться по−разному. Например, ботаник изучает расстения, зоолог − животных, а микробиолог − микроорганизмы. Существует множество специализаций биолога: вирусолог, орнитолог и т.д. Биологи могут работать как в лаборатории, так и в поле, т.е. их работа может быть связанна с поездками по всему земному шару.
Номер №3
Какими свойствами обладают объекты живой природы?
Решение
Основными свойствами живого принято считать:
• Обмен веществ и энергией.
• Питание.
• Выделение.
• Дыхание.
• Рост и развитие.
• Раздражимость.
• Способность к движению.
• Способность к размножению.
• Саморегуляция.
Подумайте. Номер №1
Чем схожи и чем отличаются друг от друга научное исследование и проект?
Решение
Исследовательская и проектная деятельность схожи в главном – это самостоятельная, а следовательно, поисковая деятельность школьников.
Проект − это работа ученика, завершающаяся созданием продукта, и ее представлением в рамках устной или письменной презентации; это работа по выработке новых знаний для ученика. А исследование в свою очередь не предполагает создания какого−либо продукта.
Тренируемся. Номер №1
Что позволяет нам говорить о биологии как о науке?
Решение
Говоря о биологии как о науке, мы должны чётко представлять себе основные черты исследований в её области, отличающие их от исследований в других научных областях, т. е. её методологию. Любую науку характеризуют прежде всего объект и предмет, а также цели и методы исследования.
Номер №2
Приведите примеры возможных объектов и предметов исследования в биологии.
Решение
Объектом исследования в области биологии является вся живая природа, а точнее её различные процессы или явления, протекающие в ней. Так как направлений биологической науки много, следовательно, и объекты и предметы исследования в них разные. Например, озеро, растение, мухомор и тд.
Предметами исследования будут выступать различные проявления жизни у конкретного объекта, на которые исследователь может так или иначе влиять, для того чтобы проверить имеющиеся у него научные предположения (гипотезы). Например, происхождение голосеменных растений, развитие эмбриона, связи живых организмов между собой.
Номер №3
Почему трудно дать всеобъемлющее определение понятию «жизнь»?
Решение
Несмотря на то, что учёные до сих пор не могут дать всеобъемлющее определение жизни, даже ребёнок понимает, что растение или собака живые, а камень или автомобиль − нет. На первый взгляд кажется, что всё просто − живые организмы обладают рядом признаков, отсутствующих у большинства объектов неживой природы. Однако среди этих признаков нет ни одного такого, который был бы присущ только живому (например, для живых организмов характерен рост, но ведь и кристаллы могут расти).
Номер №4
Перечислите известные вам свойства живого и приведите примеры их проявления в природе.
Решение
Основные критерии (признаки) живого:
1. Живые организмы имеют сходный химический состав и единый принцип строения. Живые организмы на 98 % состоят из четырёх элементов — углерода, кислорода, азота и водорода, которые участвуют в образовании сложных оргаических молекул (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры).
2. Все живые организмы представляют собой открытые биологические системы (от греч. systema — целое, состоящее из взаимосвязанных частей), которые устойчивы лишь при условии непрерывного поступления в них энергии и вещества из окружающей среды. Зелёные растения используют солнечную энергию для синтеза органических веществ, которые необходимы им для нормальной жизнедеятельности. Другие существа получают энергию в результате распада сложных органических веществ, содержащихся в пище, на более простые. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них извне поступают энергия (солнечная или химическая) и питательные вещества.
3. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой: из неё они получают вещества, необходимые для жизни, а выделяют продукты жизнедеятельности. Казалось бы, в неживой природе можно наблюдать похожие процессы. Так, например, во время горения костра или свечи поглощаются органические вещества (целлюлоза, воск) и кислород (из воздуха), а выделяются углекислый газ и другие вещества.
4. Живые организмы реагируют на изменение факторов окружающей их среды. В процессе эволюции у живых организмов появилась способность избирательно реагировать на внешние воздействия — раздражимость. Причёму некоторых из них такие реакции проявляются быстро (например, животные убегают, нападают, прячутся, сжимаются и т. д.), а у других — медленно (например, растения поворачивают листья к свету).
5. Живые организмы растут и развиваются.
6. Всё живое размножается. Новые организмы — от бактерии до человека — возникают только в результате бесполого или полового размножения особей данного вида.
7. Все живые организмы обладают наследственностью и изменчивостью.
8. Живые организмы приспособлены к определённой среде обитания. Например, вы сразу отличите хищную птицу от зерноядной, влаголюбивые растения от засухоустойчивых обитателей пустынь.
Номер №5
Установите, в чём заключаются сходство и различия в проявлении какого−либо из свойств живой материи (например, обмен веществ или рост) у животных и зелёных растений.
Решение
Все живые организмы представляют собой открытые биологические системы (от греч. systema — целое, состоящее из взаимосвязанных частей), которые устойчивы лишь при условии непрерывного поступления в них энергии и вещества из окружающей среды. Зелёные растения используют солнечную энергию для синтеза органических веществ, которые необходимы им для нормальной жизнедеятельности. Животные получают энергию в результате распада сложных органических веществ, содержащихся в пище, на более простые. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них извне поступают энергия (солнечная или химическая) и питательные вещества.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя информационные источники в Интернете, подготовьте сообщение (презентацию) о флаге и гербе своего региона или соседних регионов, если на них изображены представители флоры или фауны. Выясните, по какой причине там разместили их изображения.
Решение
Главным символом во всем гербе Ярославля можно назвать медведя. Этот зверь еще с давних пор является настоящим олицетворением Ярославля. Цвет его на протяжении годов варьировался от бурого до черного. Медведь – грозный и хищный зверь, один из самых опасных в дикой природе. Говорит это о некой суровости, силе и мощи. Однако при всех этих качествах, медведи составляют большой пласт культуры как в истории Ярославля, так и в истории всей России. Так, он является символом могущества, власти, решительности, храбрости. Медведь – не просто хищное, но и справедливое животное. А согласно большому количеству приданий, обладает сообразительностью и житейской мудростью.
Номер №2
Используя информационные источники (например, https://ru.wikipedia.org), изучите существующие на сегодняшний день определения понятия «жизнь». Выберите из них наиболее понравившееся вам и подготовьте краткое сообщение с его обоснованием.
Решение
Жизнь (лат. vita) — основное понятие биологии и философии — активная форма существования материи, которая в обязательном порядке содержит в себе «свойства живого»; совокупность физических и химических процессов, протекающих в организме, позволяющих осуществлять обмен веществ и деление его клеток или размножение. Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует всё многообразие живых организмов (вне клетки жизнь не существует, вирусы проявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала вириона в клетку). Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации.
Более или менее точно определить понятие «жизнь» можно только перечислением качеств, отличающих её от нежизни. На текущий момент нет единого мнения относительно понятия жизни, однако учёные в целом признают, что биологическое проявление жизни характеризуется: организацией (высокоупорядоченное строение), метаболизмом (получение энергии из окружающей среды и использование её на поддержание и усиление своей упорядоченности), ростом (способность к развитию), адаптацией (адаптированы к своей среде), реакцией на раздражители (активное реагирование на окружающую среду), воспроизводством (все живое размножается) и эволюцией. Генетическая информация, необходимая каждому живому организму, расщепляется в нем, содержится в хромосомах, и передаётся от каждого индивидуума потомкам. Также можно сказать, что жизнь является характеристикой состояния организма.
Номер №3
В ходе изучения данного курса биологии вам предстоит выполнить ряд учебных и исследовательских проектов. На основе известных вам биологических знаний попробуйте сформулировать несколько возможных научных проблем (тем для исследования) и дайте характеристику предполагаемого объекта исследования.
Решение
Возможные научные проблемы биологии:
• Получение однозначной модели зарождения жизни − точная теория происхождения жизни.
• Направление эволюции − постановка точной теории эволюции и сокращение неизученных звеньев.
• Лечение рака − глубокое проникновение в сущность рака должно в перспективе позволить победить рак и другие злокачественные опухоли.
• Старение − увеличение продолжительности жизни.
Обсуждаем. Номер №1
Связь организма со средой — необходимое условие существования живых организмов.
Решение
Среда обитания — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие.
Из среды организмы получают всё необходимое для жизни и в неё же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, приносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.
Различают естественную и искусственную (созданную человеком) среду обитания.
Отдельные свойства и элементы среды, воздействующие на организмы, называют экологическими факторами.
На нашей планете организмы освоили четыре основные среды обитания: водную, наземную (воздушную), почвенную и тело другого организма, используемое паразитами и полу паразитами.
Благоприятные или неблагоприятные природные факторы (климат, пища, враги, конкуренты) образуют среду, к которой должна приспособиться не только единичная особь в ее борьбе за жизнь, но и весь вид в целом, так как именно весь вид подвергается под воздействием среды естественному отбору. Приспособление организмов к изменившимся внешним условиям путем изменения внутривидовой информации (через соответствующие мутации) признается, таким образом, главным событием эволюции − изменения видов. Вместе с тем приспособленность вида к какой−либо постоянной среде является предпосылкой его длительного стабильного существования. Изменчивость и отбор – это, по выражению Конрада Лоренца, "два великих конструктора видообразования". С позиций экологии можно считать, что многообразие организмов, их изменчивость и их сохранение в природе, их становление и само их существование являются результатом воздействия окружающей среды и адаптации.
Функциональное единство адаптации организма и окружающей его среды связывает в одно целое внешний облик животных данного вида и образ их жизни. Некоторые экологи выражают то же самое другими словами, говоря о том, что каждый вид животных заселяет свою собственную "экологическую нишу", то есть что существует ровно столько экологических ниш, сколько различных видов животных. При этом выражение "ниша" следует понимать не как убежище, укрытие или место пребывания, а как синоним понятия "присущая ему окружающая среда". Такое выделение в функциональном круге вида двух явлений − окружающей среды и адаптации − весьма полезно в ходе научного исследования. Ведь окружающую среду можно постигать путем измерения характеристик внешнего мира и таким образом устанавливать сферу действия факторов, из которых каждый вид со свойственной ему адаптацией "вырезает" свою собственную среду обитания. Но саму эту адаптацию нужно изучать, исходя из животного, учитывая его анатомию, физиологию и поведение, для чего необходимо использовать как основание другие разделы биологической науки.
Номер №2
Понятие «жизнь» необходимо рассматривать только в биологии.
Решение
«Жизнь есть способ существования белковых тел»— это строчка из классического определения жизни немецкого философа Ф. Энгельса в книге «Анти−Дюринг». Все развитие биологии за последние 100−150 лет подтверждает неразрывную связь жизнедеятельности организмов с белками.
Понятие «жизнь» с биологической точки зрения
Классическое определение «Жизнь — это способ существования белковых тел» нуждается в дополнении «…и нуклеиновых кислот». После создания электронного микроскопа появилась возможность досконально изучить строение и функции клеток, химических веществ в их составе.
Если предлагается задание «Вспомните полное определение понятия «жизнь», то недостаточно воспроизвести короткую фразу о существовании белковых тел. Понятие «жизнь» многогранно, включает в себя и способ бытия сущностей (живых организмов), и особую форму движения материи. Что такое жизнь или живое существо — в современной биологии чаще всего определяется через набор специфичных процессов.Важные признаки отличия живого от неживого:
• обмен веществ и энергии;
• саморегуляция;
• раздражимость;
• самовоспроизведение;
• наследственность;
• изменчивость;
• развитие и рост.
Субстрат жизни — это белки. Нуклеиновые кислоты отвечают за синтез белковых молекул, хранение и передачу наследственной информации. Клетки, состоящие из биополимеров, способны к самовоспроизведению благодаря удвоению молекул ДНК.
Номер №3
Что такое жизнь с точки зрения физики?
Решение
Немецкий физик Эрвин Шрёдингер написал книгу, которая так и называется – «Что такое жизнь с точки зрения физики?». И в ней дал весьма примечательное определение: «Жизнь – это работа специальным образом организованной системы по понижению собственной энтропии за счёт повышения энтропии окружающей среды».
Получается, что живые организмы – даже примитивные, микроскопические! – способны «перераспределять» энтропию, предотвращать всеобщую деградацию, повышать сложность систем, перенаправлять потоки энергии.
Этой неожиданной теории существуют подтверждения – например, в геологии.
На сегодняшний день геологам известно около 5000 различных минералов (горных пород). Однако далеко не все горные породы, присутствующие на Земле, есть на безжизненных небесных телах – скажем, на Луне! Там нет и не может быть ни мела, ни мрамора, ни известняка, ни каменного угля... Почему?
Потому что эти минералы образовались из отложений живых организмов!
Если бы на Земле не существовало жизни, на ней смогло бы образоваться около 500 разных горных пород. Это означает, что 90% горных пород (!) на нашей планете возникли исключительно благодаря такому удивительному явлению, как жизнь!
Получается, жизнь действительно может многократно повышать сложность «системы в целом», уменьшая тем самым её энтропию, повышая «энергетический потенциал» §3 Методы научного познания в биологии
-
§3. Методы научного познания в биологии
§3. Вспомните. Номер №1
Что такое научный метод? Какие научные методы познания вам известны?
Решение
Научный метод — совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки.
Общие методы научного познания обычно делят на две большие группы:
• методы эмпирического исследования (наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент)
• методы теоретического исследования (абстрагирование, анализ и синтез, идеализация, индукция и дедукция, мысленное моделирование, восхождение от абстрактного к конкретному и др.)
Номер №2
Охарактеризуйте основные этапы научного исследования.
Решение
Основные этапы научного исследования:
1. Первый этап − обоснование темы научного исследования.
2. Второй этап − определение цели, задач, предмета, объекта и методов научного исследования.
3. Третий этап − выбор метода проведения исследования.
4. Четвертый этап − описание процесса исследования.
5. Пятый этап − обсуждение результатов исследования.
6. Шестой этап − формулирование выводов и оценка полученных результатов.
Номер №3
Какими научными методами вы чаще всего пользуетесь в своей учебной и учебно−исследовательской работе?
Решение
Я чаще всего пользуюсь методами наблюдения, сравнения, измерения, эксперимента.
Подумайте. Номер №1
В чём заключается отличие современных биологических исследований от классических исследований, описанных в трудах биологов, живших в прошлых веках (до XX столетия)?
Решение
На данный момент ученые обладают большим количеством специализированного оборудования, которое позволяет производить более точные замеры в исследованиях (световой и электрический микроскоп, УЗИ, МРТ). Также появились новые методы исследований (биотехнология, селекция).
Тренируемся. Номер №1
Приведите примеры общих и специальных методов, применяющихся в биологии.
Решение
1. Методы эмпирического исследования:
• наблюдение
• описание
• измерение
• сравнение
• эксперимент
2. Методы теоретического исследования:
• анализ и синтезидеализация
• индукция и дедукция
• моделирование
• абстрагирование
• восхождение от абстрактного к конкретному и др.
Номер №2
Охарактеризуйте основные этапы научного исследования.
Решение
Обычно научное исследование начинается с наблюдения над объектом или явлением. После обобщения полученных в результате данных выдвигаются гипотезы (предположения), которые могут объяснить наблюдения. На следующем этапе исследования разрабатываются и проводятся эксперименты для их проверки. Научный эксперимент должен непременно сопровождаться контрольным опытом, условия которого отличаются от условий эксперимента одним (и только одним) фактором. Анализ результатов эксперимента позволит решить, какая из гипотез верна. Та из них, которая была проверена и оказалась лучшим объяснением наблюдаемых фактов, а также способна служить основой для верных предсказаний, может быть названа теорией или законом.
Номер №3
Какое значение имеет сбор фактического материала для проведения исследования?
Решение
Сбор фактического материала является ответственной стадией исследовательской деятельности, так как позволяет получить исходную, первичную информацию об изучаемом объекте. Качество и глубина научного исследования, объективность выводов во многом будут зависеть от того, насколько правильно, полно подобран и проанализирован фактический материал.
Номер №4
Можно ли провести научное исследование без формулирования гипотезы?
Решение
Гипотезы (предположения) объясняют наблюдения. Соответственно без формулирования гипотезы научное исследование провести нельзя.
Номер №5
Всегда ли по результатам исследования возможно провести теоретическое обобщение?
Решение
После анализа результатов эксперимента формируется теория или закон. Формируется она за счет того, что оказывается лучшим объяснением наблюдаемых фактов, а также способна служить основой для верных предсказаний.
Номер №6
Какая теория может претендовать на возведение в ранг закона?
Решение
Называя какое−либо положение законом, учёные как бы подчёркивают его универсальность, неоспоримость и большую достоверность. Однако часто термины «закон» и «теория» употребляются как равнозначные.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя материал статьи «Классическая модель научного метода», составьте схему, раскрывающую этапы проведения научного исследования и их взаимосвязь. Для выполнения данной работы вы можете использовать графические редакторы, установленные на вашем компьютере.
Решение
Обсуждаем. Номер №1
Используя доступные интернет−ресурсы, найдите научную статью в интересующей вас области биологии или реферат исследования и проведите анализ содержащегося в ней/нём методологического аппарата. Обсудите с учителем или одноклассниками обоснованность выбора автором методов проведения данного исследования.
Решение
Тема: Экологические проблемы
Всё взаимосвязано со всем − гласит первый экологический закон. Значит, и шага нельзя ступить, не задев, а порой и не нарушив чего−либо из окружающей среды. Каждый шаг человека по обычной лужайке − это десятки погубленных микроорганизмов, спугнутых насекомых, изменяющих миграционные пути, а может быть, и снижающих свою естественную продуктивность.
Экологическая проблема − одна из серьезнейших глобальных проблем, с которыми столкнулось человечество. Проблема загрязнения воды и атмосферы является наиболее актуальной на сегодняшний день, потому что любые изменения природной среды ведут к нарушению и функционированию природы.
В данном проекте используются следующие методы исследования: исследование и сбор материала, анализ научной литературы, анкетирование, разработка мероприятий по профилактике экологической безопасности.1. Анализ научной литературы. В данном случае можно просмотреть многие статьи ученых, вышедшие в последние 60 лет.
2. Наблюдение. Можно увидеть доказательства по своим личным наблюдениям (например, во многих местностях в последние года температура за лето в среднем выросла на 5 градусов).
3. Исследование. В данной работе выбрали анкетирование — как один из методов исследования, который является непосредственным обследованием объектов. Данный метод обладает следующими достоинствами:
— высокой оперативностью получения информации;
— возможностью организации массовых обследований;
— сравнительно малой трудоемкостью процедур подготовки и проведения исследований, обработки их результатов;
— отсутствием влияния личности и поведения опрашивающего на работу респондентов;
— не выраженностью у исследователя отношений субъективного пристрастия к кому — либо из отвечающих.
4. Разработка мероприятий по экологической безопасности. Поможет развить в людях осведомленность по отношению к экологическим проблемам.
Номер №2
Прочитайте статью «Тайна светящегося червя» на с. 32—33. Разберите её с точки зрения методов, которые использовали исследователи. Ответ обоснуйте.
Решение
В статье «Тайна светящегося червя» были использованы такие методы: наблюдение, моделирование, эксперимент и анализ. §4 Биологические системы и их свойства
-
§4. Биологические системы и их свойства
§4. Вспомните. Номер №1
Что означают понятия «вещество» и «физическое тело»?
Решение
Вещество — это любая совокупность атомов и молекул, находящаяся в определенном агрегатном состоянии.
Физическое тело — материальный объект, имеющий массу, форму, объём; и отделенный от других тел внешней границей раздела.
Номер №2
Что такое система? Чем открытые системы отличаются от закрытых?
Решение
Система – это совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых частей, которые находятся в таком порядке, который позволяет воспроизвести целое. Разделяют открытые и закрытые системы.
Закрытая система − система, ограниченная от окружающего мира, взаимодействие протекает только между ее структурными компонентами, внутри самой системы.
Открытая система противоположна закрытой, она функционирует благодаря взаимодействию с окружающей средой.
Номер №3
О чём говорят законы сохранения массы вещества и превращения энергии, открытые в результате естественно−научных исследований?
Решение
Закон сохранения массы вещества: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.
Закон постоянства состава вещества: всякое чистое вещество, независимо от способа его получения имеет постоянный качественный и количественный состав.
Подумайте. Номер №1
Почему владение фундаментальными положениями (понятиями) биологической науки, как правило, позволяет оценить достоверность биологической информации, получаемой из различных информационных источников?
Решение
Благодаря владению фундаментальными положениями (понятиями) биологической науки замечать неточности и ошибки в источниках с биологической информацией. Владение положениями позволит также выявить недостоверность информации, ложные данные в статьях и источниках.
Тренируемся. Номер №1
Какие уровни организации живого выделяют в биологии?
Решение
Учёные выделяют несколько уровней организации биологических систем, в частности:
• молекулярный
• клеточный
• организменный
• популяционно−видовой
• экосистемный
• биосферныйОднако следует заметить, что часто выделяют и другие уровни организации, такие, как уровень сообщества (консорции), органов и тканей (его вы подробно изучали в 8 классе), клеточных органоидов и т. п., — это переходные уровни между пятью основными.
Номер №2
Что является материальной основой существования биологических систем?
Решение
Фундаментальной характеристикой биологических систем является их материальная природа, а также использование энергии для осуществления своей жизнедеятельности. То есть все компоненты биологических систем любого уровня организации представляют собой физические тела, образованные химическими веществами.
Номер №3
Что такое генетическая информация и какое значение она имеет для биологической системы любого уровня организации? Приведите примеры.
Решение
Именно генетическая информация обусловливает особенности строения биологической системы, а точнее, её элементарного структурного и функционального компонента, т.е. клетки. Вам уже известно, что внутри её, в структурах, называемых хромосомами (которые можно рассмотреть в клетке с помощью микроскопа только на определённых стадиях её жизни), содержится генетический материал, представленный прежде всего дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Молекулярная структура ДНК обусловливает её способность хранить и воспроизводить заложенную в ней наследственную информацию, а также передавать её из поколения в поколение.
Номер №4
Что позволяет компонентам биологической системы взаимодействовать как единое целое? Какие механизмы лежат в основе этих процессов?
Решение
На любом уровне биологической иерархии взаимодействие между компонентами системы обеспечивает интеграцию всех её частей так, что они функционируют как единое целое. В основе этого лежат различные процессы саморегуляции, основанные на механизме обратной связи. Благодаря этому механизму конечный продукт осуществляемого процесса жизнедеятельности системы непосредственно регулирует его протекание. Наиболее распространённой формой этого процесса является регуляция по пути отрицательной обратной связи. Например, повышенное усвоение глюкозы клетками приводит к уменьшению содержания глюкозы в крови, что, в свою очередь, является стимулом к уменьшению секреции инсулина.
Номер №5
Какая фундаментальная идея лежит в основе научного объяснения единства и многообразия жизни?
Решение
Научное объяснение единства и многообразия организмов предоставляет нам теория эволюции. Основная идея этой теории заключается в том, что все организмы, жившие и живущие в настоящее время на Земле, являются модифицированными потомками их общих предков. Исходя из этого положения, мы можем объяснить причины различия черт (признаков) организмов, принадлежащих к разным видам, и эти изменения произошли в череде поколений не у отдельно взятого организма, а у целой группы особей одного вида в процессе адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды в конкретном месте их проживания.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя рисунок 12, связным текстом опишите последовательность, изображающую восходящую иерархию биологических систем, начиная с молекулярного уровня. Например: «Молекула состоит из атомов, соединённых друг с другом».
Решение
Вещество состоит из огромного числа молекул, которые, в свою очередь, состоят из еще более мелких частиц — атомов, которые определяют состав молекулы. Вещество делится на органическое и неорганическое. Все эти вещества составляют органоиды клетки. Клетка в свою очередь состоит из этих клеток и составляет элементарную единицу жизни. Из сходных по строению и функциональности клеток состоят ткани. Ткани в свою очередь формируют систему органов. А за счет системы органов формируется целостный организм. Несколько целостных организмов морфологически и физиологически сходных формируют популяцию. А разные популяции разных видов составляют биогеоценоз.
Номер №2
Какое значение имеет изучение свойств биологических систем на различных уровнях организации?
Решение
Благодаря изучению свойств биологических систем на различных уровнях организации можно понять эволюционный ход истории живых организмов, их развитие с усложнением организации.
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Механизмы саморегуляции» на с. 200.
Цель: провести исследование функций своего организма и объяснить полученные результаты с позиции понимания сущности механизмов саморегуляции.
Ход работы:
1. Измерьте собственный пульс, находясь в состоянии покоя. Запишите результат в тетрадь.
2. Сделайте десять интенсивных и глубоких приседаний. Повторно измерьте пульс. Запишите полученные данные в тетрадь.
3. Сравните полученные результаты и сделайте вывод.
Решение
1. Мой пульс, находясь в состоянии покоя, составляет 58 ударов в минуту.
2. После нагрузки пульс − 100 ударов в минуту.
3. Вывод: мы видим, что после активной нагрузки пульс повышается. Повышается он за счет того, что кровь начинает течь по сосудам интенсивнее для питания тканей кислородом (эритроциты в крови переносят кислород). §5 Молекулярный уровень общая характеристика
-
§5. Молекулярный уровень: общая характеристика
§5. Вспомните. Номер №1
Каковы основные положения атомно−молекулярного учения?
Решение
Основные положения атомно−молекулярного учения:
1. Все вещества состоят из «корпускул» (молекул).
2. Молекулы состоят из «элементов» (атомов).
3. Частицы (молекулы и атомы) находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел − есть результат движения этих частиц.
4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых, сложных − из различных атомов.
Номер №2
Что такое химические элементы? Как устроены атомы разных химических элементов?
Решение
Химический элемент — совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер.
Атом состоит из протонов, число которых равно атомному номеру элемента, и нейтронов, число которых может быть различным, а также положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Номер №3
Чем различаются свойства химических элементов главных и побочных подгрупп из левой и правой частей таблицы Менделеева?
Решение
Причина разделение группы на главную подгруппу (A) и побочную подгруппу (B латинская или Б русская) − различные химических свойства каждой подгруппы. Так VIIA−группа представляет собой галогены − F фтор, Cl хлор, Br бром, I йод, At астат, которые являются типичными неметаллами, сильными окислителями. А вот в VIIB−группе расположены Mn марганец, Tc технеций, Re рений, Bh борий, которые являются металлами. Вообще, все элементы побочных подгрупп являются металлами.
Номер №4
Что такое валентные электроны?
Решение
В химии валентными электронами называют электроны, находящиеся на внешней (валентной) оболочке атома. Валентные электроны определяют поведение химического элемента в химических реакциях, то есть они участвуют в образовании химической связи и завершают электронный слой атомов, участвующих в ней.
Подумайте. Номер №1
Основные макроэлементы, в первую очередь углерод, водород и азот, присутствуют в живых организмах в больших количествах, чем в неживой природе. Почему? Что из этого следует?
Решение
Углерод, водород и азот присутствуют в живых организмах в больших количествах в связи с их способностью образовывать более прочные ковалентные связи, а также они являются частью органических соединений. Также белки состоят из аминокислот, содержащих углерод, кислород, водород и азот.
Тренируемся. Номер №1
Какие химические элементы относят к группе макроэлементов и почему?
Решение
В живых системах в значительных количествах встречаются кислород, углерод, водород и азот (в сумме около 96 %). Вместе с ещё восьмью (железо, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий и хлор) химическими элементами, содержание которых в живых организмах превышает 0,01 %, их называют макроэлементами.
Номер №2
Из чего состоят молекулы различных веществ? Что лежит в основе образования их структуры?
Решение
Почти все встречающиеся в природе вещества состоят из молекул (впрочем, есть вещества, состоящие непосредственно из атомов). А вот молекулы, в свою очередь, состоят из атомов различных химических элементов.
Номер №3
Что лежит в основе разделения веществ на органические и неорганические?
Решение
Значительная часть соединений, входящих в состав клетки, встречается только в живой природе. Почти все подобные молекулы, за небольшим исключением, относятся к соединениям углерода, которые называют органическими веществами. Кроме того, в клетках в значительных количествах представлены и неорганические вещества: вода и некоторые соли, которые нужны для осуществления функций живых организмов.
Номер №4
Какие особенности атомов углерода обусловливают многообразие органических веществ в природе?
Решение
Очень важным свойством атома углерода является его способность образовывать связи сразу с четырьмя другими такими же атомами. Благодаря этой способности атомы углерода могут образовывать каркасы огромного количества разнообразных биологических молекул, которые называют углеродными скелетами.
Номер №5
Какие органические вещества являются биополимерами? Приведите примеры известных вам регулярных и нерегулярных полимеров, гомо− и гетерополимеров.
Решение
В состав живых организмов входят не только низкомолекулярные органические вещества (аминокислоты, сахара, органические кислоты, нуклеотиды, липиды и т. д.), но и высокомолекулярные, к которым относятся различные биологические полимеры (биополимеры).
Все подобные молекулы разделяют на гомополимеры, которые состоят из одинаковых мономеров (так, полисахариды крахмал, гликоген и целлюлоза состоят из молекул глюкозы), и гетерополимеры, которые построены из нескольких различающихся структурных блоков (так, в построении белков участвуют 20 разных аминокислот, а нуклеиновые кислоты состоят из 4 типов нуклеотидов).
Гетерополимеры могут быть регулярными и нерегулярными. Например, белки и нуклеиновые кислоты — это нерегулярные гетерополимеры, поскольку последовательности аминокислот в разных белках или нуклеотидов в ДНК и РНК уникальны и не имеют строгой периодичности. А вот перечисленные среди гомополимеров полисахариды (см. выше) являются типичными регулярными.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя данные таблицы 1, постройте диаграмму, отражающую содержание указанных в ней химических элементов в организме человека и в земной коре (% по массе).
Решение
Номер №2
Прочитайте статью «Химические связи в молекулах веществ». Составьте схему образования молекул известных вам веществ: водорода ($H_{2}$), кислорода ($O_{2}$), воды ($H_{2}O$), хлорида натрия ($NaCl$) и метана ($CH_{4}$). Подпишите на схеме названия типов химических связей, участвующих в их образовании.
Решение
Номер №3
Используя материалы свободной энциклопедии «Википедия» (https://ru.wikipedia.org), обобщите собственные представления о строении атома и молекул. Оформите их в виде таблицы.
РешениеПризнак Молекула Атом Определение Электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов Частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств Состав Состоит из атомов, связанных определенными связями (ковалентными, ионными, металлическими или водородными) Состоит из положительно заряженного ядра (протоны и нейтроны) и отрицательно заряженных электронов Заряд Электронейтральна Есть определенный заряд у электронов и у ядра Автономность Существует отдельно Не может существовать отдельно
Номер №4
Используя доступные информационные источники, найдите и рассмотрите таблицу химических элементов Д. И. Менделеева. Найдите в ней элементы, относящиеся к микро− и макроэлементам. Атомы нескольких химических элементов обладают строением, сходным со строением атомов углерода. Назовите эти элементы. Могли бы они заменить углерод в структуре органических веществ? Ответ обоснуйте и подкрепите известными вам примерами.
Решение
Макроэлементы — химические элементы, являющиеся основными компонентами всех живых организмов. К ним относят кислород, водород, углерод, азот, железо, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий и хлор. Эти элементы также и универсальные компоненты органических соединений. Их концентрация достигает в сумме 98−99%.
Химические элементы, встречающиеся в организме в очень малых концентрациях, называются микроэлементами. К микроэлементам, необходимым для нормальной жизнедеятельности нашего организма, относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор.
Кремний, Германий, Азот, Сера − как и углерод, могут проявлять степень окисления +2 и +4, и соответственно обладают сходным строением. Эти элементы не могут заменить углерод, так как он имеет одну отличительную черту, его способность образовывать связи сразу с четырьмя другими такими же атомами. Благодаря этой способности атомы углерода могут образовывать каркасы огромного количества разнообразных биологических молекул, которые называют углеродными скелетами.
Обсуждаем. Номер №1
Какую проблему необходимо учитывать учёным в связи с разработкой и внедрением в производство новых искусственно созданных органических веществ? Обсудите это с учителем и одноклассниками.
Решение
Отрицательное действие на экологическую среду оказывают сбросы токсичных веществ в атмосферу и водоемы. Воздух загрязняется продуктами соединений углерода, новыми созданными органическими веществами, угольной золой, аммиаком, стиролом, оксидами азота, соединениями свинца, серы.
Заводы влияют на экологию не самым лучшим образом, сточные воды содержат большое количество химикатов, вредных для окружающей среды.
ТЭЦ влияет на промышленное предприятие, так как представляет источник тепловых и электрических нагрузок. Вред экологии вызван выбросами при сжигании угля, так как в них присутствуют радиоактивные элементы.
Химическая и нефтехимическая промышленность — один из главных источников загрязнения, так как в процессе производства осуществляются выбросы, влияющие на качество воздуха, воду, почву. Они будут увеличиваться, если размещать оборудование на открытых площадках. Токсичные вещества начинают скапливаться около источника, потому что температура окружающей среды, промышленных выбросов не особо отличается друг от друга.
Помимо загрязненного воздуха, не менее опасными являются сточные воды, так как они содержат различные кислоты, щелочи, органические вещества, также причиняющие вред окружающей среде. §6 Неорганические вещества вода, соли
-
§6. Неорганические вещества: вода, соли
§6. Вспомните. Номер №1
Какие вещества называют неорганическими?
Решение
Неорганические вещества — простые вещества и химические соединения, не являющиеся органическими, то есть, не содержащие в своей основе углерод, а также некоторые углеродсодержащие соединения (карбиды, цианиды, карбонаты, оксиды углерода, CO и $CO_{2}$).
Номер №2
Какие известные вам организмы содержат много воды?
Решение
Рыбы, моллюски, медузы и человек содержат в своем организме много воды.
Номер №3
Какие неорганические вещества мы употребляем в пищу? Почему?
Решение
К неорганическим веществам, которые мы употребляем в пищу, относятся вода и минеральные (зольные) соединения. Все минеральные вещества, входящие в продукты разделяют на микро− и макроэлементы.
Макроэлементы − содержатся в продуктах в относительно больших количествах (более 0,01 %). К ним относятся Ca, P, Mg, Na, K, Cl, S. Макроэлементы являются пластическим материалом для построения костной ткани, их обмен в организме тесно связан с водным обменом.
Минеральные вещества не обладают энергетической и пищевой ценностью, но выполняют пластические функции в процессах жизнедеятельности, и особенно велика их роль в построении костной ткани. Минеральные вещества участвуют так же в обменных, ферментативных процессах, способствуют поддержанию кислотно−щелочного равновесия организма.
Подумайте. Номер №1
Уникальные свойства воды определяются в том числе существованием между её молекулами водородных связей. Возможно ли существование таких связей между молекулами других веществ?
Решение
Да, возможно. Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. Другие примеры молекул с водородными связями − диоксид углерода $CO_{2}$ в форме «сухого льда», твёрдый аммиак $NH_{3}$, конденсированная органика (метан $CH_{4}$ , бензол $C_{6}H_{6}$ , фенол $C_{6}H_{5}OH$ , различные белки).
Тренируемся. Номер №1
Какие неорганические вещества содержатся в живых организмах?
Решение
В живых организмах содержится вода и минеральные вещества.
Номер №2
Что определяет уникальные физические и химические свойства воды, столь важные для существования живой материи?
Решение
Уникальные физические и химические свойства воды определяются особенностями структуры её молекулы, которые возникают в результате специфического расположения электронов в атомах кислорода и водорода.
Номер №3
Какие химические связи называют водородными?
Решение
Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F.
Номер №4
Какие физико−химические свойства воды наиболее важны для обеспечения жизнедеятельности клеток и многоклеточных организмов в разных условиях?
Решение
Физико−химические свойства воды:
1. Наличие водородных связей между молекулами воды обеспечивает её структурированность, что и объясняет такие необычные свойства, как высокая температура кипения, плавления и высокая теплоёмкость.
2. Именно высокая теплоёмкость (способность поглощать тепло при незначительном изменении собственной температуры) воды предохраняет клетку от резких температурных колебаний, а высокая теплопроводность обеспечивает возможность равномерного распределения теплоты между отдельными частями организма.
3. Высокая теплота испарения используется живыми организмами для предохранения от перегрева: испарение жидкости растениями и животными охлаждает организм и является защитной реакцией на повышение температуры.
4. Вода практически несжимаема, благодаря чему клетки поддерживают свою форму и обладают упругостью. Очень важно, что лёд легче воды, так как вода имеет максимальную плотность при +4°C, поэтому пресные водоёмы не промерзают до дна.
5. Для живых организмов весьма важно ещё и то, что молекулы воды являются диполями. Как уже говорилось выше, атомы водорода в молекуле воды несут частичный положительный заряд, а атомы кислорода — отрицательный. Угол между связями H—O—H составляет 104,5°, поэтому отрицательный заряд сосредоточен на одной стороне молекулы, а положительный заряд — на другой. Дипольный характер молекулы воды определяет её способность ориентироваться в электрическом поле. Именно это свойство воды определяет её уникальность как растворителя: если в молекулах веществ содержатся заряженные группы атомов, они вступают в электростатические взаимодействия с молекулами воды и растворяются в ней.
Номер №5
В каких растворителях могут растворяться гидрофобные вещества, а в каких — гидрофильные? Какие растворители вам известны?
Решение
Дипольность воды определяет её уникальность как растворителя: если в молекулах веществ содержатся заряженные группы атомов, они вступают в электростатические взаимодействия с молекулами воды и растворяются в ней. Такие вещества называют гидрофильными. В клетках имеется большое количество гидрофильных соединений: это соли, некоторые низкомолекулярные органические соединения (органические кислоты, аминокислоты, простые сахара), а также полимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты).
Однако есть ряд веществ, которые почти не содержат заряженных атомов, и поэтому они не растворяются в воде. Их называют гидрофобными. К этим соединениям относятся, в частности, липиды (жиры).
Совершенствуемся. Номер №1
Используя интернет−ресурсы и другие источники информации, найдите сведения о значении для клетки и организма следующих элементов: B, P, S, Ca, Mn, Fe, Co, Zn, Cu. Ответ представьте в виде таблицы.
РешениеЭлемент Значение для клетки и организма Бор (B) Входит в состав костной ткани, участвует в метаболизме кальция, фосфора и магния, участвует в ферментативных реакциях. Фосфор (P) Входит в состав нуклеиновых кислот, участвует в работе буферных систем, входя в состав фосфорной кислоты, входит в состав костей. Сера (S) Входит в состав витаминов, белков (формирует третичную структуру) и аминокислот, повышает иммунитет, повышает кислородный баланс, оказывает противоаллергическое действие. Кальций (Ca) Входит в состав зубов и костной ткани. является одним из факторов свертывания крови. Марганец (Mn) Участие в гемостазе, участвует в работе иммунной, нервной и сердечно−сосудистой систем, нейтрализует свободные радикалы. Железо (Fe) Участвует в дыхательной цепи и переносе кислорода, входит в состав гемоглобина. Железо (Fe) Участвует в дыхательной цепи и переносе кислорода, входит в состав гемоглобина. Кобальт (Со) Входит в состав ферментов, стимулирует кроветворение, участвует в клеточном дыхании. Цинк (Zn) Участвует в синтезе белка, входит в состав ферментов, участвует в обмене веществ, влияет на рост клеток, важен для половой системы, иммунной системы. Медь (Cu) Входит в состав многих ферментов, принимает участие у кислородном обеспечении тканей, участвует в образовании гемоглобина и эритроцитов, участвует в формировании тканей и костей, поддерживает эластичность кожи и сосудов.
Номер №2
Прочитайте статью «Сахар против льда» и на основе полученной информации предложите свой способ борьбы со льдом.
Решение
В современных условиях этой борьбы выбор против гололедных средств достаточно широк, и они могут поставляться как в жидком, так и в твердом виде. Например, российскими учеными был разработан реагент «Бионорд» − химический состав: хлорид кальция − 20−50%, хлорид натрия − 20−65%, хлорид калия или карбамид − 5−15%.
«Бионорд» − представляет собой оптимально подобранный состав компонентов, позволяющий добиться плавящей способности материла даже при очень низкой температуре, в сочетании с благоприятным воздействием на почву и растительность.
Обсуждаем. Номер №1
Используя доступные информационные источники, уточните, какие условия проведения эксперимента в естественных науках (давление, температура и др.) считаются нормальными. Обсудите с учителем и одноклассниками, почему при нормальных условиях вода ($H_{2}O$) — это жидкость, а сероводород ($Н_{2}S$) — газ.
Решение
Нормальные условия определены IUPAC (Международным союзом практической и прикладной химии) следующим образом: Атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт. ст. Температура воздуха 273,15 K = 0°C.
При нормальных условиях объём одного моля идеального газа составляет 22,413 996 (39) $дм^{3}$ (следствие из закона Авогадро), а количество молекул в 1 $см^{3}$ составляет 2,6867774 (47) * $10^{19}$ (постоянная Лошмидта).
Молекулы воды связаны друг с другом "крючочками" водородной связи, что не позволяет молекулам воды попросту разлететься друг от друга. Именно за счёт водородной связи, то есть за счёт взаимного электростатического притяжения молекул воды друг к другу мы и можем наблюдать, как вода, словно живая, будучи разлитой, сама по себе распределяется на ассоциации молекул, которые мы чаще всего и наблюдаем в виде капель.
Сероводород (сернистый водород, сульфид водорода, дигидросульфид) $H_{2}S$ − самое активное из серосодержащих соединений. Газ − потому что атомы водорода в молекуле не образуют прочных водородных связей, в отличие от молекул воды. §7 Липиды их строение и функции
-
§7. Липиды, их строение и функции
§7. Вспомните. Номер №1
Какие соединения называют гидрофильными?
Решение
Гидрофильность — характеристика интенсивности молекулярного взаимодействия вещества с водой, способность хорошо впитывать воду, а также высокая смачиваемость поверхностей водой.
Номер №2
Что такое низкомолекулярные вещества?
Решение
Низкомолекулярные вещества − состоящие из малого количества атомов, например вода, кислород, йод и так далее.
Номер №3
Какие продукты питания богаты жирами?
Решение
Практически все продукты рациона человека, за исключением сахара, меда, соков, алкоголя, содержат жиры. Наибольшие количества жиров – более 40 г на 100 г продукта – содержат масла, маргарины, сало, свиной шпик, орехи, семечки, жирная свинина, мясо утки, рыбий жир, печень трески, сырокопченые колбасы, майонез, белый шоколад.
Подумайте. Номер №1
Почему борщ имеет красный цвет, а капли жира на его поверхности жёлтые?
Решение
Цвет борща зависит главным образом от свеклы. В свекле содержится бетацианин (водорастворимый). Капли жира имеют жёлтый цвет за счёт каратиноидов.
Тренируемся. Номер №1
Какие органические вещества относят к липидам? Приведите примеры.
Решение
В состав липидов входят различные вещества (например, жиры). Эти вещества имеют разную структуру, но их объединяет то, что все они — гидрофобные соединения, нерастворимые в воде (полярный растворитель). При этом липиды достаточно хорошо растворимы в неполярных органических растворителях (хлороформе, бензоле, эфире). К липидам относятся воски, триглицериды, холестерин, жирные кислоты, фосфолипиды, гликолипиды.
Номер №2
Какова типичная структура молекулы нейтрального жира?
Решение
Типичная структура молекулы нейтрального жира − эфиры трёхатомного спирта глицерина и жирных (карбоновых) кислот, с числом углеродных атомов от 14 до 22 (чаще всего их 16 или 18). Если все гидроксильные группы глицерина связаны эфирными связями с жирными кислотами, образуются триглицериды, если только две или одна — диглицериды и моноглицериды соответственно.
Номер №3
Каковы основные функции липидов?
Решение
Для липидов характерны функции:
• строительная (состав биологических мембран);
• энергетическая (расщепление липидов дает вдвое больше энергии, чем расщепление углеводов);
• запасающая (в виде липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма);
• участие в метаболизме (витамин Д играет ключевую роль в обмене кальция и фосфора).
Номер №4
Чем отличаются фосфолипиды от остальных групп сложных липидов? Какова их основная функция?
Решение
Фосфолипиды являются эфирами глицерина и жирных кислот, но в их молекулах с последними связаны только две спиртовые группы глицерина, а третья образует эфирную связь с остатком фосфорной кислоты. Обычно она образует дополнительную эфирную связь с низкомолекулярными спиртами, и на том, с какими именно, основано выделение различных классов фосфолипидов.Таким образом, в составе молекул всех фосфолипидов имеются гидрофобная (остатки жирных кислот) и гидрофильная (фосфорная кислота и присоединённый к ней спирт) части. Именно поэтому эти молекулы могут контактировать как с полярными, так и с неполярными растворителями (такие вещества называют амфифильными). В воде и водных растворах фосфолипиды самопроизвольно формируют различные структуры: мицеллы, или капли, в которых остатки жирных кислот (гидрофобные хвосты) обращены внутрь,а полярные головки — в раствор; липосомы — двухслойные фосфолипидные пузырьки, внутренний объём которых заполнен водой; протяжённые плоские бислои — основу всех биологических мембран. Такие мембраны окружают клетки, создавая гидрофобный барьер между внутриклеточным содержимым и наружной средой, а мембраны клеточных органоидов отделяют их содержимое от цитоплазмы и делят клетку на отсеки — компартменты.
Совершенствуемся. Номер №1
Подсчитайте, сколько молекул воды образуется при окислении стеариновой жирной кислоты (общая формула $С_{18}Н_{36}О_{2}$) кислородом? Напишите уравнение. Что ещё образуется при окислении стеариновой кислоты?
Решение
Уравнение:
$C_{17}H_{35}COOH$ +26 $O_{2} $ =18 $CO_{2} $ +18 $H_{2}O$ .
Образуется 18 молекул воды и 18 молекул углекислого газа.
Номер №2
Известно, что при окислении жиров выделяется примерно в 2 раза больше энергии, чем при окислении углеводов и белков. Почему жиры так богаты энергией?
Решение
При окислении жиров выделяется два раза больше энергии, чем при окислении углеводов и белков. Молекулы жиров и углеводов построены из атомов углерода, водорода и кислорода, но окисляться могут только атомы углерода и водорода. Поэтому, чем меньше кислорода (и, соответственно, чем больше углерода и водорода) содержится в молекулах окисляемых веществ, тем больше энергии высвобождается в результате окисления.
Например, в молекуле жира тристеарата $С_{3}Н_{5}(С_{17}Н_{35}СОО)_{3}$ на 6 атомов кислорода приходится 57 атомов углерода и 110 атомов водорода.
Обсуждаем. Номер №1
Известно, что для быстрого наращивания массы мышц некоторые спортсмены употребляют анаболические стероиды — искусственные аналоги стероидных гормонов коры надпочечников (кортикостероидов). Обсудите с одноклассниками, опасно ли это для здоровья. Почему?
Решение
Прием анаболитических стероидов опасен своими побочными действиями. Побочными эффектами могут быть заболевания печени, артериальная гипертензия, повышение уровня холестерина в крови, что существенно повышает риск сердечно−сосудистых заболеваний; бесплодие, акне, нарушение функции почек и печени, у женщин − нарушения менструального цикла и др. Кроме того, последствиями приема анаболических стероидов могут быть психологическая зависимость, депрессии, резкая смена настроений и агрессивное поведение.
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Обнаружение липидов с помощью качественной реакции» на с. 200.
Цель: показать наличие липидов в биологических объектах.
Оборудование: штатив с пробирками, водяная баня, мерный стакан объёмом 50 мл.
Реактивы: подсолнечное (или любое растительное) масло, 10 %−ный раствор гидроксида натрия, плод фенхеля.
Ход работы:
1. В пробирку налейте 1 мл растительного масла, прибавьте щепотку ванилина и прилейте 4—5 капель 10 %−ного NaOH. Нагрейте на водяной бане. Наблюдается жёлто−оранжевая окраска.
2. Плод фенхеля поместите на поверхность дистиллированной воды, при этом он начнёт непрерывно вращаться.
3. Внесите на поверхность дистиллированной воды небольшое количество растительного масла — движение фенхеля мгновенно прекратится.
4. Запишите результаты эксперимента и сделайте вывод
Решение
1. В пробирке мы можем наблюдать желто−оранжевую окраску, так как это является качественной реакцией на липиды.
2. Плод фенхеля поместили на поверхность дистиллированной воды, при этом он начал непрерывно вращаться.
3. Внесли на поверхность дистиллированной воды небольшое количество растительного масла — движение фенхеля мгновенно прекратилось, так как растительное масло не растворяется в воде.
4. Вывод: этот опыт показывает наличие липидов в клетках организма. §8 Углеводы, из строение и функции
-
§8 Углеводы, из строение и функции
§8. Вспомните. Номер №1
Какие углеводы вы знаете?
Решение
Углеводы делятся на две группы — простые углеводы, или моносахариды, и сложные углеводы, которые, в свою очередь, включают в себя дисахариды, олигосахариды и полисахариды.
Номер №2
Какие продукты питания имеют сладкий вкус? Как вы думаете, почему?
Решение
Сахар, шоколад, яблоко, хлеб, молоко и другие. Продукты имеют сладкий вкус, потому что в них присутствуют углеводы.
Номер №3
В результате какого процесса на Земле образуются углеводы?
Решение
Углеводы образуются в растениях за счет фотосинтеза (при участии хлорофилла за счёт солнечной энергии).
Подумайте. Номер №1
Почему в клетках в качестве запасных углеводов откладываются полисахариды (крахмал и гликоген), а не моносахарид глюкоза?
Решение
Основной запасной растительный полисахарид крахмал и основной запасной полисахарид грибов и животных гликоген представляют собой разветвлённые полимеры, близкие по своей структуре (гликоген имеет более разветвлённую структуру, чем крахмал, в состав которого входят также и линейные не разветвлённые молекулы). Оба вещества состоят из глюкозы. А сама глюкоза может расщепиться очень быстро, если останется в свободном виде.
Номер №2
Почему после лечения крупного рогатого скота антибиотиками падают надои молока (у молочных пород) и привес (у мясных пород)? Что нужно сделать для того, чтобы исправить ситуацию?
Решение
В результате лечения антибиотиками бактерии толстого кишечника редуцируются, что приводит к снижению синтеза молочной лактозы и уменьшению мышечной массы. Для исправления ситуации после курса антибиотиков назначают пробиотики для восстановления микрофлоры кишечника.
Тренируемся. Номер №1
Какой состав имеют молекулы углеводов? Приведите общую химическую формулу углеводов. Возможны ли исключения?
Решение
Углеводами или сахарами называют органические соединения с общей формулой $(CH_{2}O)_ {n}$ или $C_{n}(H_{2}O)_ {m}$, хотя эти соотношения не всегда строго выполняются (например, углевод рибоза имеет состав $C_{5}H_{10}O_{5}$, а в молекуле похожей на неё дезоксирибозы на один атом кислорода меньше, $C_{5}H_{10}O_{4}$).
Номер №2
Какие моносахариды имеют наибольшее значение в природе и почему?
Решение
Среди моносахаридов наибольшее значение для клетки имеют пятиуглеродные рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот, и рибулоза, к которой присоединяется углекислый газ в процессе фотосинтеза. Также для живых организмов весьма важны и некоторые шестиуглеродные сахара, такие как глюкоза — основной источник энергии для человека и многих животных, фруктоза и галактоза, содержащиеся соответственно в продуктах растительного происхождения и в молоке млекопитающих. Поскольку глюкоза необходима для нормального функционирования любой ткани организма, её содержание в крови человека и других животных поддерживается на постоянном уровне.
Номер №3
Почему даже здоровым людям важно контролировать уровень глюкозы в крови? Для кого это жизненно необходимо?
Решение
Глюкоза, также известная как "сахар", попадает в кровоток, а гормон инсулин помогает перенести ее в клетки. Этот процесс снижает количество глюкозы в крови. Если процесс работает эффективно, мышцы и органы получают необходимое им топливо, при этом уровень глюкозы не повышается. Существуют факторы, при которых опасность развития диабета значительно повышается. Люди, относящиеся к группе риска, должны внимательно следить за уровнем глюкозы, чтобы не пропустить прогрессирования болезни.
Номер №4
Какова роль (функции) полисахаридов в природе и жизни человека?
Решение
Полисахариды жизненно необходимы для нормальной работы организма. В живой природе они играют важную роль:
• являются структурными компонентами тканей и клеток;
• выполняют защитную функцию;
• являются запасными питательными веществами, энергетическим резервом организма.
Полисахариды активно участвуют в обменных процессах, укрепляют иммунитет, придают прочность клеточным стенкам, не дают растениям засохнуть.
Номер №5
Напишите формулу четырёхуглеродного сахара (тетрозы).
Решение
Тетрозы — общее родовое химическое название класса четырехуглеродных моносахаридов, то есть сахаров, общей формулой которых является $C_{4}(H_{2}O)_{4}$, или $C_{4}H_{8}O_{4}$.
Совершенствуемся. Номер №1
На основе текста параграфа и анализа иллюстраций составьте схему, отражающую классификацию углеводов, исходя из их структурных особенностей.
Решение
Номер №2
Посчитайте, сколько молекул кислорода потребуется для полного окисления молекулы сахарозы ($C_{12}H_{22}O_{11}$) и лауриловой (додекановой) жирной кислоты ($C_{12}H_{24}O_{2}$). Напишите уравнение реакций.
Решение
Для полного окисления молекулы сахарозы ($C_{12}H_{22}O_{11}$) требуется 12 молекул кислорода.
$C_{12}H_{22}O_{11}$ + 12 $O_{2}$ = 12 $CO_{2}$ + 11 $H_{2}O$
Для полного окисления молекулы лауриловой (додекановой) жирной кислоты ($C_{12}H_{24}O_{2}$) понадобится 17 молекул кислорода.
($C_{12}H_{24}O_{2}$ + 17 $O_{2}$ = 12 $CO_{2}$ + 12 $H_{2}O$)
Номер №3
Определите, сколько звеньев ($С_{6}Н_{10}О_{5})_{n}$, т. е. чему равно число n, в молекулярной формуле полимера: хлопкового волокна (Mr = 1 750 000) и льняного волокна (Mr = 5 900 000).
Решение
1. Молекулярная масса $С_{6}Н_{10}О_{5}$ = 6 * 12 + 1 * 10 + 5 * 16 = 162 (г/моль).
2. Количество звеньев хлопкового волокна будет равно (n) = 175000 : 162 = 10802
($С_{6}Н_{10}О_{5})_{n}$ = $(С_{6}Н_{10}О_{5})_ {10802}$
3. В льняном волокне количество звеньев = 5900000 : 162 = 36420
$(С_{6}Н_{10}О_{5})_{36420}$
Номер №4
Составьте сравнительную таблицу горения органических веществ и их биологического окисления.
РешениеОтличительные признаки Биологическое окисление Горение органических соединений Происходит окисление В живых организмах Вне живых организмов Участие ферментов Наблюдается Отсутствует Процессы протекают Ступенчато Непрерывно Огонь Отсутствует Часто наблюдается Энергия 50% энергии выделяется в виде тепла, а остальные 50% превращается в энергию АТФ Почти вся энергия выделяется в виде тепла Повышение температуры среды Не наблюдается в следствие ступенчатого окисления веществ Вызывает повышение температуры окружающей среды
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Обнаружение углеводов с помощью качественной реакции» на с. 200.
Цель: показать наличие углеводов в биологических объектах.
Оборудование: штатив с пробирками, пипетки ёмкостью 1 мл, водяная баня.
Реактивы: холодная вода со льдом, 1 %−ный раствор крахмала, 1 %−ный раствор иода в иодиде калия (раствор Люголя).
Ход работы:
1. К 10—12 каплям 1 %−ного раствора крахмала прибавьте каплю раствора Люголя. Запишите результат.
2. Осторожно нагрейте раствор на водяной бане (100 °С). Отметьте, что произошло с раствором. Запишите результат.
3. Аккуратно поставьте пробирку в холодную воду со льдом. Что происходит с раствором по мере его охлаждения?
4. Сделайте вывод. Объясните сущность наблюдаемых процессов.
Решение
1. Мы видим, как крахмал окрасился в синий цвет (качественная реакция на крахмал).
2. В результате нагревания раствора произошло его обесцвечивание.
3. По мере охлаждения раствор становится синего цвета.
4. Вывод: качественной реакцией на крахмал является раствор глюколя, содержащий йод. Если нам нужно узнать, находится ли в биологическом объекте углевод, мы можем провести реакцию с йодом. Синий цвет обозначает наличие углеводов. §9 Белки Состав и структура белков
-
§9. Белки. Состав и структура белков
§9. Вспомните. Номер №1
Что такое аминокислоты?
Решение
Аминокислоты — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.
Номер №2
Какую роль играют белки в организме человека?
Решение
Белок является важным компонентом каждой клетки в организме. Также белок используется организмом для создания и восстановления тканей, производства ферментов, гормонов и других химических веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма.
Функции белка в организме разнообразны:
• транспортная
• защитная
• структурная
• двигательная
• рецепторная
Белок является важным компонентом костей, мышц, хрящей, кожи и крови.
Номер №3
Какие продукты питания богаты белками?
Решение
Наиболее богатые белком продукты − это мясо, рыба, птица, морепродукты, творог, яйца. Белок животного происхождения содержит полный набор незаменимых аминокислот. Также большое количество белка содержится в растительных продуктах, таких как бобовые, соя, орехи, меньше в крупах.
Подумайте. Номер №1
Наверняка каждый из вас пробовал незамысловатые, но питательные блюда из куриных яиц. Кто−то любит их в варёном виде, кто−то в виде омлета или глазуньи. Чем можно объяснить изменение внешнего вида белка куриного яйца после его кулинарной обработки? Можно ли вернуть варёному яйцу первоначальную консистенцию?
Решение
Во время термической куриного яйца происходит денатурация белка. Денатурация – это разрушение вторичной и третичной структуры белка (полное или частичное) и изменение его природных свойств. Первоначальную консистенцию варёное яйцо принять уже не может — это самый известный случай необратимой денатурации белка в быту.
Тренируемся. Номер №1
Какие органические вещества называют белками?
Решение
Белки — это полимеры, состоящие из ковалентно связанных между собой мономеров−аминокислот, имеющих сходное, но не одинаковое строение, а также из компонентов неаминокислотной природы (например, гемоглобин содержит гемкомплекс органических веществ порфиринов и железа).
Номер №2
В чём заключаются структурные особенности аминокислот как мономеров белков?
Решение
Молекула аминокислоты состоит из двух частей. Одна из них у всех подобных веществ одинакова: она содержит аминогруппу (—$NH_{2}$) и карбоксильную группу (—$COOH$), которые присоединены к одному и тому же атому углерода.
Номер №3
Как образуется пептидная связь?
Решение
В белковых молекулах последовательно расположенные остатки аминокислот соединяются друг с другом, образуя при этом длинные неразветвлённые полимерные цепи. Они располагаются в цепи так, что аминогруппа одной аминокислоты взаимодействует с карбоксильной группой другой. При подобном взаимодействии происходит образование пептидной связи с выделением молекулы воды, поэтому образовавшееся соединение называют пептидом. Если он состоит из двух аминокислот, то его называют дипептидом, из трёх — трипептидом и т. п. Как правило, молекулы белков представляют собой полипептиды, содержащие сотни и тысячи аминокислотных остатков.
Номер №4
Что представляет собой первичная структура белка и от чего она зависит?
Решение
Порядок расположения аминокислотных остатков в молекуле белка определяет только его первичную структуру или, как сказали бы химики, его формулу.
Номер №5
Что такое денатурация белка? Что её может вызвать?
Решение
При повышении температуры или изменении кислотности среды до экстремальных значений происходят необратимые нарушения структуры белков, которые называют денатурацией. Примером этого процесса является свёртывание белка куриного яйца при его варке. В процессе денатурации не происходит разрыва пептидных связей, а лишь разрушение характерной для данного белка четвертичной, третичной и вторичной структур. Поэтому в денатурированном состоянии полипептидные цепи белков образуют случайные и беспорядочные клубки и петли, слипаются друг с другом и формируют крупные, но совершенно неработоспособные агрегаты.
Совершенствуемся. Номер №1
Изучите статью параграфа «Строение белков» и иллюстрации к ней. Обобщите для себя в виде ментальной карты, как образуются вторичная, третичная и четвертичная структуры белка. От чего они зависят? Составьте сравнительную таблицу свойств белков и углеводов.
Решение
Первичная структура белка − это линейная последовательность аминокислот в пептиде или белке.
Вторичной структурой белка называют пространственное расположение полипептидной цепи белка на отдельных ее участках в виде спирали или слоя (листа).
Третичная структура белка – пространственная трехмерная ориентация полипептидной спирали.
Четвертичная структура белка описывает количество и расположение множественных свернутых белковых субъединиц в многокомпонентном комплексе.Признаки Белки Углеводы Мономеры Аминокислоты Моносахариды Энергия при расщеплении 17,6 кДж 17,6 кДж Функции Выполняют пластическую (строительную), каталитическую (ферментативную), энергетическую, сигнальную (рецепторную), сократительную (двигательную), транспортную, защитную, регуляторную и запасающую функции Энергетическая, рецепторная, защитная, антигенная и пластическая §10 Белки. Функции белков
-
§10. Белки. Функции белков
§10. Вспомните. Номер №1
Что такое иммунитет?
Решение
Иммунитет (лат. immunitas — освобождение) человека и животных — способность организма поддерживать свою биологическую индивидуальность путём распознавания и удаления чужеродных веществ и клеток (в том числе болезнетворных бактерий и вирусов, а также собственных видоизменённых опухолевых клеток).
Номер №2
Что такое катализатор?
Решение
Катализатор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не расходующееся в процессе реакции.
Номер №3
Какие белки вам известны? Каковы их функции?
Решение
К простым белкам относят альбумины, глобулины, протамины, гистоны, проламины, глютелины, протеиноиды. Альбумины и глобулины белки, которые есть во всех тканях. Сыворотка крови наиболее богата этими белками. На долю альбуминов приходится более половины белков плазмы крови. Альбумины – составляют основную часть белков животных и растительных тканей.
Подумайте. Номер №1
Почему в запасных тканях семян растений (эндосперме, семядолях), даже очень богатых углеводами или жирами, обязательно присутствуют белки?
Решение
Белки являются строительным материалом клеток, способствуют росту молодого растения.
Тренируемся. Номер №1
Какие функции белков вам известны?
Решение
Биологические функции белков:
1. Структурная (кератин волос и ногтей, коллаген соединительной ткани, муцины слизистых выделений).
2. Каталитическая (ферменты).
3. Транспортная (гемоглобин, миоглобин, альбумины. сыворотки).
4. Защитная (антитела, фибриногены крови).
5. Сократительная (актин, миозин мышечной ткани).
6. Гормональная (инсулин, гастрин).
7. Резервная / Питательная / Запасная (овальбумин).
Номер №2
Чем объясняется многообразие функций белков?
Решение
В состав белков в качестве мономеров входит 20 разных аминокислот — таким образом, в белковых молекулах встречается 20 различных по структуре радикалов. Они могут быть заряжены отрицательно или положительно, содержать ароматические кольца и гетероциклические структуры, гидрофобные группировки, гидроксильные (—OH) группы или атом серы. Особенности радикалов аминокислот, входящих в состав данного белка, определяют его свойства и лежат в основе всех сложных и разнообразных функций белковых молекул.
Номер №3
Что представляют собой белки−ферменты? Приведите примеры таких белков.
Решение
Белки−ферменты являются катализаторами биохимических реакций, в ходе которых идёт расщепление и окисление питательных веществ, поступивших в организм. Увеличивая скорости этих реакций в миллионы раз, они обеспечивают нормальное протекание обменных процессов. Каждая клеточная реакция катализируется особым ферментом. По своей эффективности биологические катализаторы значительно превосходят неорганические. На сегодняшний день известно более четырёх тысяч различных ферментов. Например, фермент пепсин, каталаза, пероксидаза.
Номер №4
Как реализуется белками защитная функция?
Решение
При попадании в организм животных или человека вирусов, бактерий или любых чужеродных белков в организме происходит синтез защитных белков — антител. Связывание их с белками вирусов или бактерий подавляет функциональную активность последних и останавливает развитие инфекции. Антитела обладают уникальным свойством: они способны отличать чужеродные белки от собственных белков организма. Механизм защиты организма от возбудителей заболеваний с участием антител называют гуморальным иммунитетом. Иммунитет к инфекционным заболеваниям можно создать путём инъекции небольших количеств некоторых биополимеров из соответствующих возбудителей в виде вакцин.
Номер №5
Что вам известно о гормонах? Есть ли среди них вещества белковой природы? Приведите примеры.
Решение
Гормоны — биологически активные вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции (эндокринные железы), поступающие в кровь, связывающиеся с рецепторами клеток−мишеней и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции.
В специализированных клетках растений и животных синтезируются регуляторы (гормоны), часть из которых является белками и пептидами. В поджелудочной железе вырабатывается инсулин — гормон, регулирующий уровень глюкозы в клетках организма. При недостатке инсулина возникает заболевание сахарный диабет. Пептидами являются и гормоны гипофиза — гормон роста, адренокортикотропный гормон, вазопрессин и др.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя доступные информационные источники, подготовьте сообщение о конкретных видах белков, встречающихся в организмах, и выполняемых ими функциях.
Решение
Белки являются основными биополимерами клеток, за счет которых осуществляются практически все функции организма.
Классификация белков по функции:
• Ферменты или катализаторы, активаторы и ингибиторы ферментов являются катализаторами биохимических реакций, в ходе которых идёт расщепление и окисление питательных веществ, поступивших в организм. Известны белки−активаторы (апопротеин Al, СМ) и ингибиторы (ингибиторы трипсина из поджелудочной железы, соевых бобов; ингибиторы протеина из яда гадюки, ингибитор химотрипсина из картофеля).
• Гормоны (гормоны гипоталамуса, гипофиза, поджелудочной железы, паращитовидных желез, кальцитонин)
• Регуляторные белки − осуществление белками регуляции процессов в клетке или в организме, что связано с их способностью к приёму и передаче информации (гистоны).
• Защитные белки − при попадании в организм животных или человека вирусов, бактерий или любых чужеродных белков в организме происходит синтез защитных белков — антител. Антитела (иммуноглобулины) вырабатываются в ответ на введение антигенов; белки системы свертывания крови, белки системы комплемента.
• Транспортные белки участвуют в переносе различных веществ в организмах живых существ. Альбумины и глобулины − переносчики различных веществ в плазме крови. Порины − образуют поры для переноса веществ через клеточные мембраны. Транслоказы − обеспечивают обмен компонентами различных компартментов клеток.
• Структурные белки участвуют в построении различных структурных элементов клетки (коллаген, ретикулин, кератин, кристаллины, белки ядерного матрикса, белки цитоплазматического скелета).
Номер №2
Почему белки называют молекулами жизни?
Решение
Своим бесконечным разнообразием всё живое обязано именно уникальным молекулам белка. Белок является строительным материалом клетки, его основой, так же участвует в процессах роста и развития.
Номер №3
Используя дополнительные источники информации, найдите сведения о классах белков−ферментов. Результаты представьте в виде таблицы.
Решение
Выделяют несколько классов белков−ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы.Классы ферментов Примеры ферментов Сведения о классах белков−ферментов Оксидоредуктазы Дегидрогеназа, оксидаза Ферменты данного класса катализируют окислительно−восстановительные реакции, являясь, таким образом, ключевыми в процессах синтеза органических веществ из неорганических и в процессах клеточного дыхания. Трансферазы Трансминаза, киназа Переносят химические группы от одной молекулы к другой. Коферментами трансфераз являются многие водорастворимые витамины и их производные (коэнзим А). Гидролазы Липаза, амилаза Это ферменты, осуществляющие гидролиз субстрата. Лиазы Фумараза, альдолаза Катализируют разрыв внутримолекулярных связей негидролитическим путём. Изомеразы Изомераза, мутаза Катализируют изомерные превращения в пределах одной молекулы. Коферментами выступают глутатион, производные водорастворимых витаминов (пиридоксальфосфат) и др. Лигазы Синтетаза Катализируют присоединение двух молекул друг к другу с использованием энергии макроэргических связей.
Номер №4
Найдите в приведённом тексте ошибки. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки. Исправьте их.
1) Большое значение в строении и жизнедеятельности организмов имеют белки.
2) Это биополимеры, мономерами которых являются азотистые основания.
3) Белки входят в состав плазматической мембраны.
4) Все белки выполняют в клетке ферментативную функцию.
5) Молекулы белка несут наследственную информацию о признаках организма.
6) Молекулы белка входят в состав рибосом.
Решение
1) Большое значение в строении и жизнедеятельности организмов имеют белки.
2) Это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
3) Белки входят в состав плазматической мембраны.
4) Некоторые белки выполняют в клетке ферментативную функцию. Остальные могут выполняться строительную, рецепторную, защитную, транспортную и тд.
5) Нуклеиновые кислоты несут наследственную информацию о признаках организма.
6) Молекулы белка входят в состав рибосом.
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Обнаружение белков с помощью качественной реакции» на с. 201.
Цель: показать наличие белков в биологических объектах.
Оборудование: штатив с пробирками, водяная баня, кристаллизатор со льдом, мерный стакан объёмом 50 мл.
Реактивы: куриное яйцо, концентрированная азотная кислота, раствор аммиака, гидроксид натрия, раствор медного купороса, вода.
Ход работы:
1. Приготовьте раствор белка.
2. Ксантопротеиновая реакция. В пробирку налейте 2—3 мл раствора белка и добавьте несколько капель азотной кислоты. Соблюдайте технику безопасности при работе с химическими реагентами! Нагрейте содержимое пробирки, при этом образуется жёлтый осадок. Охладите смесь и добавьте раствор аммиака до перехода жёлтой окраски в оранжевую.
3. Биуретовая реакция. В пробирку налейте 2—3 мл раствора белка и 2—3 мл раствора гидроксида натрия, затем 1—2 мл раствора медного купороса. Появляется фиолетовое окрашивание.
4. Запишите результаты эксперимента и сделайте вывод.
Решение
1. После приготовления раствора белка и добавления азотной кислоты мы получаем ксантопротеиновую реакцию (качественную реакцию. В результате получается раствор желтого цвета.
2. При добавлении к раствору белка гидроксида натрия, а затем медного купороса мы получаем биуретовую реакцию, раствор становится васильково−фиолетовым.
3. Биуретовая реакция. В пробирку налили 2—3 мл раствора белка и 2—3 мл раствора гидроксида натрия, затем 1—2 мл раствора медного купороса. Появляется фиолетовое окрашивание.
4. Вывод: Ксантопротеиновая и биуретовая реакции являются качественными реакциями на белки. В результате мы можем узнать о присутствии белка в биологическом объекте. §11 Ферменты биологические катализаторы
-
§11. Ферменты - биологические катализаторы
§11. Вспомните. Номер №1
Что такое катализ? Какие катализаторы химических реакций вы знаете?
Решение
Катализ − ускорение химических реакций под действием малых количеств веществ (катализаторов), которые сами в ходе реакции не изменяются. Примеры катализаторов: неорганические ($Al_{2}O_{3}$, $TiO_{2}$, $ThO_{2}$, $MnO_{2}$), органические (каталаза, пероксидаза, праймаза).
Номер №2
Что такое экзо− и эндотермические реакции?
Решение
По тепловому эффекту химические реакции делят на экзотермические и эндотермические. Экзотермическими называются реакции, которые протекают с выделением теплоты. Эндотермическими называются реакции, которые протекают с поглощением теплоты.
Номер №3
Что такое прямая и обратная химические реакции?
Решение
Прямая реакция – реакция, которая направлена в сторону продуктов.
Обратная реакция – реакция, которая направлена в сторону реагентов. Если реакция протекает в обоих направлениях (и прямом, и обратном), то такая реакция называется обратимой.
Подумайте. Номер №1
Почему белки редко используются организмами в качестве источника энергии для процессов жизнедеятельности?
Решение
Основными источниками энергии являются липиды и углеводы. Липиды также выделяют 38,9 кДж, что больше в 2 раза чем у белков и углеводов. Также белки являются строительным материалом, при их расщеплении не будет происходить роста и развития клетки.
Тренируемся. Номер №1
Какова роль катализаторов в протекании химических реакций?
Решение
Катализаторы могут значительно ускорять протекание химических реакций.
Номер №2
Что лежит в основе работы (механизма действия) любых катализаторов, в том числе ферментов?
Решение
Механизм действия катализаторов связан с уменьшением энергии активации реакции за счет образования промежуточных соединений. Дело в том, что для вступления в реакцию субстрат (субстраты) должен получить дополнительное количество энергии, называемое энергией активации. Только после этого происходит образование продукта (продуктов) реакции. Катализаторы — они снижают необходимое количество энергии активации, и за счёт этого ускоряется протекание реакции.
Номер №3
Какое строение имеет молекула белка−фермента?
Решение
Ферменты могут быть простыми, состоящими только из белка, и сложными.
Сложные белки (холоферменты) состоят из двух частей: простого белка (апофермента), и небелковой части − кофактора. Кофактор представлен веществами неорганической природы (чаще всего ионами металлов) или органическими соединениями, которые могут быть либо рыхло связаны с апоферментом (коферментные группы), либо соединяются с ним прочными связями.
Номер №4
Какую роль в составе фермента играют коферменты? Какие вещества в организме являются их предшественниками? Приведите примеры.
Решение
В состав многих ферментов, помимо аминокислотных радикалов, часто входят и небелковые соединения — коферменты. Это могут быть, например, ионы металлов ($Fe^{2+}$, $Cu^{2+}$) или органические соединения — динуклеотиды ($НАД^{+}$, $ФАД$) и др. Они принимают самое непосредственное участие в катализе. Многие водорастворимые витамины, в частности витамины группы В, необходимы нам именно для синтеза таких коферментов.
Номер №5
Как осуществляется регуляция активности фермента?
Решение
Регуляция каталитической активности фермента осуществляется:
• присоединением эффекторных молекул (активаторы и ингибиторы);
• регуляция с помощью белок−белковых взаимодействий;
• путем ковалентной модификации (фосфорилирование, ацилирование, метилирование);
• регуляция частичным или ограниченным протеолизом.
Совершенствуемся. Номер №1
Приведите примеры химических реакций с участием катализаторов, укажите условия их протекания.
Решение
1. 2 $H_{2}O_{2}$ = 2 $H_{2}O$ + $O_{2}$ ↑− реакция разложения перекиси водорода на воду и кислород. Катализатором могут быть $MnO_{2}$ или $FeCl_{3}$ (при обычной температуре).
2. 2 $KClO_{3}$ = 2 $KCl$ + 3 $O_{2}$ ↑ – эта реакция протекает при нагревании и использовании катализатора $MnO_{2}$.
Номер №2
Из курса химии вам известно, что реакции, протекающие при участии катализаторов (никель, платина), требуют высоких температур и давления. Ферментативные процессы протекают в узких пределах изменения температуры и давления. Дайте объяснение этому факту.
Решение
Никель и платина ускоряют реакции в 10−100 раз. Соответственно, нагревание не нужно, катализатор активно работает и при комнатной температуре, и при нормальном давлении.
Обсуждаем. Номер №1
Взрослые люди часто тяжело переносят повышение температуры тела на несколько градусов от нормы, что само по себе является важнейшей защитной реакцией организма против возбудителей целого ряда заболеваний. Как это может повлиять на работу ферментов и других физиологически важных веществ организма человека, имеющих белковую природу?
Решение
Повышенная температура, до 41−42 градусов, способствует лучшей активности ферментов, и соотвественно выздоровлению человека. Выше 42 градусов происходит процесс денатурации белка−фермента, потеря его свойств и функций.
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Каталитическая активность ферментов (на примере амилазы)» на с. 201.
Цель: доказать каталитическое действие белков−ферментов, показать их высокую специфичность, а также зависимость их действия от условий среды.
Оборудование: штатив с пробирками, мерный цилиндр объёмом 50 мл, пипетки, водяная баня или термостат, термометр.
Реактивы: лёд, 1 %−ный раствор крахмала, 1 %−ный раствор иода в иодиде калия (раствор Люголя), 5 %−ный раствор сульфата меди (II), 10 %−ный раствор гидроксиданатрия, 2 %−ный раствор сахарозы, 0,2 %−ная соляная кислота, свежий 3 %−ный раствор пероксида водорода.
Ход работы:
1. Приготовление раствора слюны, содержащего фермент амилазу.
− Тщательно прополощите рот водой.
− Наберите 2−4 мл слюны в мерный цилиндр.
− Добавьте в цилиндр воды до объёма 10 мл.
2. В две пронумерованные пробирки налейте по 10 капель раствора крахмала.
3. В пробирку № 1 внесите четыре капли воды (контроль), а в пробирку № 2 − 4 капли раствора слюны.
4. Перемешайте и поставьте на водяную баню или в термостат на 15 мин при температуре 37°С.
5. Из пробирки № 2 возьмите четыре капли исследуемого вещества и внесите их в две разные пробирки (по две капли в каждую). В одну из них добавьте каплю раствора иода в иодиде калия. В другую − каплю раствора сульфата меди (II) и четыре капли раствора гидроксида натрия и осторожно нагрейте до кипения. Те же действия проделайте с содержимым контрольной пробирки (№ 1).
6. Оформите полученные результаты в виде таблицы.
7. Сделайте вывод на основе проведённого исследования.
Решение
Пробирка Результат Результат после закипания
№ 2.1 − с каплей раствора йода в иодиде калия Мы наблюдаем красное окрашивание с расщеплением крахмала После закипания цвет исчезает (раствор обесцвечивается)
№ 2.2 − с каплей раствора сульфата меди (II) и 4−мя каплями раствора гидроксида натрия Мы видим синее окрашивание Появление желтого осадка, который становится красно−коричневым
№ 1.1 − с каплей раствора йода в йодиде калия Появляется васильковое окрашивание в результате образования комплексного соединения Обесцвечивание раствора
№ 1.2 − с каплей раствора сульфата меди (II) и 4−мя каплями раствора гидроксида натрия Раствор становится мутным Раствор становится черного цвета
Вывод: в данном случае белок амилаза представляет собой фермент, который расщепляет (гидролизует) крахмал до мономеров. Данный фермент действует в зависимости от условий среды (температура). §12 Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК
-
§12. Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК
§12. Вспомните. Номер №1
Какие вещества называют кислотами?
Решение
Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода (которые могут замещаться на атомы металлов) и кислотных остатков. Кислотные остатки могут быть представлены как одним атомом, так и группой атомов.
Номер №2
Какие органические вещества, содержащиеся в составе клетки, отвечают за хранение и передачу наследственных признаков?
Решение
Все живые клетки содержат дезоксирибонуклеиновую и рибонуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Нуклеиновые кислоты — это биополимеры, которые являются носителями генетической (наследственной) информации. Эти вещества хранят в закодированном виде, воспроизводят и передают информацию о первичной структуре всех белков, необходимых данному организму.
Номер №3
Какие процессы происходят в клетке перед началом её деления?
Решение
Перед началом деления идет интерфаза.
Интерфаза состоит из нескольких промежуточных фаз:
• G1−фаза (фаза начального роста – пресинтетическая): происходит транскрипция, трансляция и синтез белков;
• S−фаза (синтетическая фаза): происходит репликация ДНК;
• G2−фаза (постсинтетическая фаза): происходит подготовка клетки к митотическому делению.
Подумайте. Номер №1
Возможно ли существование нуклеотидов в клетке не в качестве мономеров нуклеиновых кислот? Какие функции такие молекулы выполняют в этом случае?
Решение
Да, в клетке присутствуют свободные нуклеотиды. Свободные нуклеотиды, в частности АТФ, цАМФ, АДФ, играют важную роль в энергетических и информационных внутриклеточных процессах, а также являются составляющими частями многих коферментов.
Тренируемся. Номер №1
Какую роль играют нуклеиновые кислоты в хранении и реализации наследственной информации?
Решение
Ещё один важный класс биополимеров — это нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро). Они являются носителями генетической информации, а также принимают участие в процессах её реализации, а точнее — в процессе синтеза белков.
Номер №2
Что представляет собой молекула ДНК как биополимер?
Решение
Молекула ДНК — биополимер, мономерами которого служат нуклеотиды. В состав мономера входят остаток фосфорной кислоты, пятиуглеродный сахар — дезоксирибоза и азотистое основание.
Номер №3
Какое строение имеет нуклеотид?
Решение
Нуклеотид — это органическая молекула, состоящая из трёх последовательно соединённых компонентов: азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и одного или нескольких остатков фосфорной кислоты. Нуклеотиды ДНК и РНК обладают сходной, но не одинаковой структурой. Те из них, что входят в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из четырёх азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин или тимин (сокращённо А, Г, Ц и Т). Ну а те, которые являются мономерами РНК, состоят из пятиуглеродного сахара рибозы, остатка фосфорной кислоты, а также одного из четырёх азотистых оснований: аденина, гуанина, цитозина или урацила (сокращённо А, Г, Ц и У).
Номер №4
В чём заключается принцип комплементарности?
Решение
Строгое соответствие нуклеотидов, расположенных напротив друг друга в парных цепях молекулы ДНК, называют принципом комплементарности (от лат. complementum — дополнение). Именно благодаря этому свойству молекулы ДНК возможно точное воспроизведение генетической информации в процессе самокопирования биологических систем (деления клетки или размножения организмов).
Номер №5
Как и когда происходит репликация ДНК в клетке?
Решение
Из−за структурных особенностей двойной спирали ДНК записанная в ней биологическая информация может точно копироваться и передаваться по наследству в череде поколений. Если разделить цепи этой молекулы и использовать каждую из них в качестве шаблона (матрицы) для построения второй, то получатся две новые идентичные молекулы ДНК, которые несут одинаковую генетическую информацию. Именно так и происходит удвоение (репликация) ДНК перед делением клетки. В результате разрыва водородных связей между азотистыми основаниями соседних цепей ДНК эти цепочки разделяются, а затем происходит синтез двух новых (дочерних) цепей с использованием в виде матрицы родительских молекул. Эти реакции были названы реакциями матричного синтеза.
Номер №6
Какие типы молекул РНК вам известны? Какие функции они выполняют?
Решение
В клетках существует три основных типа рибонуклеиновых кислот: информационная, или матричная, РНК (иРНК, или мРНК), транспортная РНК (тРНК) и рибосомная РНК (рРНК).
Информационные, или матричные, РНК (иРНК) синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется.
Рибосомные РНК (рРНК) входят в состав рибосом и участвуют в формировании их активных центров, в которых происходит процесс биосинтеза белка. Молекулы рРНК состоят из 3—5 тысяч нуклеотидов и синтезируются в особых областях клеточного ядра — ядрышках, где находятся многочисленные копии генов рибосомных РНК.
Транспортные РНК (тРНК) — самые маленькие по размеру — транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка, последовательно добавляя их к вновь синтезируемой полипептидной цепи. Эти аминокислоты могут прикрепляться к одному из концов молекулы тРНК. Молекулярная масса этой разновидности РНК невелика — от 75 до 90 нуклеотидов.
Совершенствуемся. Номер №1
Прочитайте текст параграфа, раскрывающий структурные особенности молекул ДНК и РНК. В чём сходство и различия молекул данных нуклеиновых кислот и выполняемых ими функций? Представьте ответ в виде схемы или таблицы.
РешениеПризнаки ДНК РНК Местонахождение в клетке Ядро, митохондрии, хлоропласты Ядро, рибосомы, цитоплазмы, митохондрии, хлоропласты Местонахождение в ядре Хромосомы Ядрышко Строение макромолекулы Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью Одинарная полинуклеотидная цепочка Мономеры Дезоксирибонуклеотиды Рибонуклеотиды Состав нуклеотида Азотистое основание (пуриновое−аденин, гуанин, пиримидиновое — тимин, цитозин); дезоксирибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты Азотистое основание (пуриновое−аденин, гуанин, пиримидиновое−урацил, цитозин); рибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты Функции Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК, синтез РНК, информация о структуре белков Информационная (иРНК) — передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы, рибосомальная (рРНК) — входит в состав рибосом; транспортная (тРНК) — переносит аминокислоты к рибосомам; митохондриальная и платидная РНК — входят в состав рибосом этих органелл
Номер №2
Выполните задания в тетради. Рибоза, в отличие от дезоксирибозы, входит в состав:
1) ДНК;
2) белков;
3) полисахаридов;
4) иРНК.
Установите соответствие между признаками нуклеиновой кислоты и её видами.ПРИЗНАКИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ ВИДЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ А) состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль 1) ДНК 2) тРНК Б) состоит из одной полинуклеотидной неспирализованной цепи 1) ДНК 2) тРНК В) передаёт наследственную информацию из ядра к рибосоме 1) ДНК 2) тРНК Г) является хранителем наследственной информации 1) ДНК 2) тРНК Д) состоит из нуклеотидов: АТГЦ 1) ДНК 2) тРНК Е) состоит из нуклеотидов: АУГЦ 1) ДНК 2) тРНК
Решение
Рибоза входит в состав и РНК.
Ответ: 4.
А − 1, Б − 2, В − 2, Г − 1, Д − 1, Е − 2.
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Выделение ДНК из ткани печени» на с. 202.
Метод основан на способности ДНП (дезоксинуклеопротеида) растворяться в солевых растворах большой ионной силы и выпадать в осадок при снижении их концентрации.
Цель: выделить из клеток печени ДНП−соединение, состоящее из ДНК и белков.
Оборудование: ступка с пестиком, мелкий песок, кристаллизатор, мерный цилиндр объёмом 50 мл, деревянные палочки с насечками, водяная баня, марля для фильтрования.
Реактивы: хлорид натрия (5 %−ный раствор, содержащий 0,04 % нитрата натрия), дистиллированная вода, печень свежая или мороженая.
Ход работы:
1. 2−3 г ткани печени тщательно разотрите в ступке с песком, постепенно приливая 35−40 мл раствора хлорида натрия.
2. Из двух слоёв марли сделайте фильтр и пропустите через него полученный вязкий раствор в кристаллизатор.
3. Цилиндром отмерьте шестикратный (по отношению к фильтрату) объём дистиллированной воды и медленно добавьте её в фильтрат.
4. Возьмите деревянную палочку и намотайте на неё образовавшиеся нити ДНП.
5. Сделайте вывод.
Решение
Вывод: В результате выпадения белых нитей дезоксирибонуклеопротеидов в осадок в солевых растворах, мы понимаем, что клетки печени очень богаты нуклеопротеидами. §13 АТФ и другие нуклеотиды Витамины
-
§13. АТФ и другие нуклеотиды. Витамины
§13. Вспомните. Номер №1
Что такое обмен веществ?
Решение
Метаболизм, или обмен веществ, — это химические реакции, поддерживающие жизнь в живом организме.
Номер №2
Почему для жизнедеятельности любой биологической системы необходима энергия?
Решение
Энергия используется живыми организмами для построения новых клеток, для роста и работы органов и тканей, а также для поддержания оптимальной температуры тела и осуществления всех своих процессов жизнедеятельности.
Номер №3
Какие витамины вам известны? Какую роль они играют в организме человека?
Решение
Витамин A, витамины группы B ($B_{1}$, $B_{2}$, $B_{3}$, $B_{5}$, $B_{6}$, $B_{7}$, $B_{9}$, $B_{12}$), витамин D, витамин C, витамин E, витамин K.
Витамины группы B — входят в состав многих ферментов; содержатся в продуктах; некоторые синтезируются кишечными симбионтами;
Витамин C, или аскорбиновая кислота — необходим для нормального формирования соединительной ткани; поступает с пищей; при его недостатке развивается цинга;
Витамин K— фактор свертываемости крови; образуется кишечными симбионтами;
Витамин A (ретинол) — необходим для образования зрительного пигмента — родопсина, при его недостатке развиваются нарушения зрения; поступает в организм с пищей животного происхождения или синтезируется в организме из провитамина витамина А — каротина, содержащегося в красно−оранжевых плодах и корнеплодах;
Витамин D — участвует в минерализации костной ткани, его активная форма формируется в организме при ультрафиолетовом облучении, поэтому связанное с ним заболевание — рахит — может развиваться при недостатке самого витамина или при недостатке ультрафиолета в зимнее время в северных районах.
Номер №4
Какой процесс называют гидролизом?
Решение
Гидролиз — химическая реакция взаимодействия вещества с водой, в результате которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений.
Подумайте. Номер №1
Можно ли удобрения, применяемые человеком для подкормки культурных растений, рассматривать в качестве аналогов витаминов?
Решение
Да, можно. Удобрения нужны для поддержания баланса в питании растений, нормального их роста и развития, повышения устойчивости растений к вредителям и болезням, теми же свойствами обладают витамины.
Тренируемся. Номер №1
Какое строение имеет молекула АТФ?
Решение
Молекула АТФ состоит из азотистого основания – аденина, пентозы – рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, т.е. АТФ – особый адениловый нуклеотид. В отличие от других нуклеотидов АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты.
Номер №2
Какое значение имеет АТФ для осуществления процессов обмена веществ у разных групп организмов?
Решение
АТФ является универсальным аккумулятором энергии — своеобразной энергетической «валютой» в клетках живых организмов. Клетки научились сопрягать процессы, сопровождающиеся выделением энергии, с синтезом АТФ из АДФ и неорганического фосфата (в качестве примеров можно привести субстратное фосфорилирование в ходе гликолиза и брожения, а также окислительное фосфорилирование в митохондриях и фотофосфорилирование в хлоропластах растений). В свою очередь, все процессы, протекающие с потреблением энергии, сопровождаются гидролизом АТФ до АДФ и неорганического фосфата (или до АМФ и пирофосфата). Освобождаемая при этом энергия используется клетками для совершения механической работы и для транспорта через биологические мембраны ионов натрия, калия или кальция против градиента их концентрации, а также для различных процессов биосинтеза.
Номер №3
Какие связи называют макроэргическими? Приведите примеры.
Решение
Макроэргические связи — это ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением значительного количества энергии: 30 кДж/моль и более (свободная энергия гидролиза). В молекуле АТФ имеются две макроэргические связи: между первым и вторым, а также между вторым и третьим остатками фосфорной кислоты.
Номер №4
Какую роль в организме человека и животных играют витамины?
Решение
Витамины участвуют в регуляции обмена веществ; они являются биологическими катализаторами или реагентами фотохимических процессов, протекающих в организме, также они активно участвуют в образовании ферментов.
Витамины влияют на усвоение питательных веществ, способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Являясь составной частью ферментов, витамины определяют их нормальную функцию и активность.
Номер №5
Что является источником витаминов для человека? Приведите примеры.
Решение
Большинство витаминов не синтезируются в организме человека и животных, но некоторые синтезируются микрофлорой кишечника и тканями в минимальных количествах, поэтому основным источником витаминов является пища. Витамин $B_{12}$ содержится в печени, почках, сердце, а также находится в морепродуктах, сыры, молоке, рыбе, яичном желтке.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя доступные информационные источники, подготовьте сообщение о роли нуклеотидов и витаминов в осуществлении процессов жизнедеятельности организмов. Оформите его в виде презентации.
Решение
Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные линейные полимеры. Так как содержание нуклеиновых кислот больше всего в ядре, то они получили свое название от латинского слова nucleus («ядро», лат.). Впрочем, нуклеиновые кислоты содержатся не только в ядре, где, безусловно, их больше всего, но и в хлоропластах и митохондриях.
Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, которые состоят из мономеров – нуклеотидов. Молекула нуклеотида состоит из трех составных частей: из пятиуглеродного сахара – пентозы, из азотистого основания и остатка фосфорной кислоты.
Функции ДНК – хранение и передача наследственной информации.
• Хранение наследственной информации. Порядок расположения нуклеотидных остатков в молекуле ДНК определяет последовательность аминокислот в молекуле белка. В молекуле ДНК зашифрована вся информация о признаках и свойствах нашего организма.
• Передача наследственной информации следующему поколению. Эта функция осуществляется, благодаря способности молекулы ДНК к самоудвоению – репликации. ДНК может распадаться на две комплементарные цепочки, и на каждой из них на основе того же принципа комплементарности восстановится исходная последовательность нуклеотидов.
Обсуждаем. Номер №1
Каким образом человек может обеспечить свой организм необходимым количеством энергии и витаминов? Обсудите это с учителем и одноклассниками.
Решение
Все продукты снабжают организм энергией, но одни обеспечивают быстрое насыщение и скачок уровня сахара в крови, а другие — медленное, и человек дольше остается сытым и энергичным. Организму больше требуется энергия, которая медленно высвобождается при переваривании.Список:
1. Фрукты
Бананы — источник калия, необходимого для полноценной работы сердца, а также поддержания энергии. В них содержится клетчатка, поддерживающая нормальную работу кишечника и процессы пищеварения.
Еще один рекомендованный фрукт — авокадо. Он богат: нутриентами, витаминами, минералами, клетчаткой, Омега−жирными кислотами, повышающими уровень энергии в организме.
Яблоки обеспечивают организм энергией надолго. В их составе большое количество антиоксидантов. Апельсины – фрукты, которые не только поддерживают оптимальный уровень энергии, но хорошее настроение и работоспособность. Исследования показали, что молодые люди, регулярно употребляющие апельсины, в меньшей степени подвержены депрессии, гневу и раздражению.
2. Мясо и рыба
Специалисты рекомендуют включать в рацион жирные сорта рыбы. Например, в лососе содержатся Омега−3 жирные кислоты, снижающие уровень усталости и улучшающие работу головного мозга, ведь он состоит на 60% из жиров.
Рыба – это источник легкоусвояемого белка, витаминов группы В, и она поддерживает уровень энергии в течение дня.
Куриные яйца – источник полноценного белка и питательных веществ. Даже в вареных яйцах содержатся витамины, минералы, белки и жиры, поддерживающие энергию, и позволяющие дольше оставаться сытым.
3. Овощи
Овощи обеспечивают организм энергией. Это ценные источники клетчатки для полноценного переваривания, а также многочисленных витаминов и минералов.
Некоторые из овощей особенно ценны, например, свекла. Она не только быстро обеспечивает организм энергией, но и улучшает кровоток. Листовая зелень – это отличный источник витаминов, минералов и клетчатки. Она быстро восстанавливает уровень энергии и дарит заряд бодрости для всего организма.
4.Темный шоколад
Темный шоколад – самый быстрый способ обеспечить организм энергией. Насыщенный темный шоколад содержит меньше сахара, поэтому он не так вреден, как молочный. Более того, стоматологи отмечают, что этот тип шоколада в меньшей степени вредит зубам.
5. ЗерновыеЦельнозерновые продукты обеспечивают организм энергией на длительное время. Это еще и отличный источник клетчатки для поддержания энергии. Это еще и отличные источники минералов, витаминов, фенольных соединений, которые поддерживают уровень энергии в организме.
Кукуруза содержит углеводы, а также клетчатку, помогающую длительно поддерживать энергию. Кстати, кукуруза содержит в себе мало калорий, но за счет длительного переваривания, человек дольше остается сытым.
Все виды риса одинаково полезны. Поддерживать уровень энергии позволяет коричневый рис. В нем больше всего клетчатки, в отличие от белого риса. Необработанный рис обеспечивает длительное насыщение, поддержание энергии. §14 Вирусы неклеточная форма жизни
-
§14. Вирусы - неклеточная форма жизни
§14. Вспомните. Номер №1
Какие организмы относят к паразитам?
Решение
Общее определение слова «паразит» касается не только многоклеточных и простейших, живущих за счёт своего хозяина и во вред последнему, но также вирусов, бактерий и грибов с подобными качествами. Согласно исторической традиции, и с точки зрения медицинской паразитологии, паразитами принято называть любые существа, ведущие паразитический образ жизни, кроме вирусов и бактерий с подобными качествами.
Номер №2
Что представляют собой вирусы?
Решение
Вирусы – неклеточная форма жизни. Вирусы (от лат. virus [вирус] — «яд») — микроскопические частицы, способные заражать живые организмы. Их изучением занимается раздел микробиологии — наука вирусология.
Номер №3
Какие вирусы вам известны?
Решение
Примеры вирусов:
• Коронавирус
• Вирус гриппа
• Ротавирус
• Эбола
• Вирус бешенства
• Осла
• Марбург
• Чума
• ВИЧ и СПИД
Подумайте. Номер №1
На основании чего вирусы относят к живым организмам?
Решение
Вирусы представляют собой неклеточную форму жизни. Они способны проникать в живые клетки и размножаться только внутри их, используя для этой цели биосинтетические и энергетические системы клетки хозяина. Пока вирус не проник в клетку−хозяина, он не проявляет свойств живого организма, т. е. в нём не протекает никаких биохимических реакций, он не может размножаться и т. д. Учитывая данные обстоятельства, можно утверждать, что вирусы являются внутриклеточными паразитами. В отличие от всех других живых существ в вирусах присутствует только один тип нуклеиновой кислоты, которая является носителем генетической информации. Это либо ДНК, либо РНК.
Тренируемся. Номер №1
Почему вирусы можно считать внутриклеточными паразитами?
Решение
Пока вирус не проник в клетку−хозяина, он не проявляет свойств живого организма, т. е. в нём не протекает никаких биохимических реакций, он не может размножаться и т. д. Учитывая данные обстоятельства, можно утверждать, что вирусы являются внутриклеточными паразитами.
Номер №2
Почему вирусы считают неклеточной формой жизни?
Решение
Вирусы представляют собой неклеточную форму жизни. Они способны проникать в живые клетки и размножаться только внутри их, используя для этой цели биосинтетические и энергетические системы клетки хозяина. Пока вирус не проник в клетку−хозяина, он не проявляет свойств живого организма, т. е. в нём не протекает никаких биохимических реакций, он не может размножаться и т. д.
Номер №3
Каковы особенности строения вирусов? Расскажите об этом на конкретных примерах.
Решение
В отличие от всех других живых существ в вирусах присутствует только один тип нуклеиновой кислоты, которая является носителем генетической информации. Это либо ДНК, либо РНК. По этому признаку вирусы делят на ДНК− и РНК−содержащие. Нуклеиновые кислоты могут быть представлены в вирусах в различной форме: встречаются как одно−, так и двуцепочечные молекулы ДНК и РНК. И если вирусная ДНК может иметь как линейную, так и кольцевую структуру, то молекулы РНК вирусов, как правило, имеют только линейную форму.
Номер №4
Каковы основные пути заражения вирусами? Приведите примеры.
Решение
Существуют разные пути распространения вирусной инфекции:
• воздушно−капельный (кашель, чихание);
• с кожи на кожу (при прикосновениях и рукопожатиях);
• с кожи на продукты (при прикосновениях к пище грязными руками вирусы могут попасть в пищеварительную и дыхательную системы);
• через жидкие среды организма (кровь, слюну и другие).
Номер №5
Каковы основные меры профилактики вирусных заболеваний?
Решение
Основные меры профилактики вирусных заболеваний:
• Избегайте контактов с кашляющими людьми.
• Придерживайтесь здорового образа жизни (сон, здоровая пища, физическая активность).
• Пейте больше жидкости.
• Регулярно проветривайте и увлажняйте воздух в помещении, в котором находитесь.
• Реже бывайте в людных местах.
• Используйте маску, когда находитесь в транспорте или в людных местах.
• Избегайте объятий, поцелуев и рукопожатий при встречах.
• Не трогайте лицо, глаза, нос немытыми руками.
Совершенствуемся. Номер №1
Какие особенности отличают вирусы от других живых организмов? Представьте ответ на вопрос в форме таблицы.
РешениеОтличительные признаки Вирус Клетка Размеры 15−3500 нм 0,2 мкм−2 м Вода Не содержат Содержат значительное количество Структурные компоненты Белковая капсула (капсид) и нуклеиновые кислоты Клеточная мембрана, ядро, цитоплазма Нуклеиновые кислоты Только одного типа — ДНК или РНК Двух типов — ДНК и РНК Признаки живой материи Вне живого организма не обнаруживают признаков живой материи Выявляют признаки жизни независимо от присутствия других живых клеток Собственный обмен веществ Отсутствует Наблюдается Размножение Требует присутствия живых клеток Не требует присутствия других клеток Номер №2
Используя дополнительные источники информации, подготовьте короткое сообщение в виде презентации о сходстве СПИДа и вирусного гепатита В.
Решение
Сходство СПИДа и гепатита В состоит в следующих факторах:
• И ВИЧ, и гепатит В, являются вирусными заболеваниями.
• Оба заболевания имеют сходные пути передачи − половой, парентеральный (через использованные шприцы и загрязнённый медицинский инструментарий, то есть через биологические жидкости, и плацентарный (от матери плоду).
• Оба заболевания лечатся противовирусными препаратами, но разными.
• Оба заболевания могут иметь длительный инкубационный период.
Различия:
• При ВИЧ, поддерживающую терапию, нужно принимать пожизненно.
• Можно снизить вирусную нагрузку до неопределяемой, но полностью, от ВИЧ, излечиться невозможно.
• От гепатита В, возможно излечиться полностью в ряде случаев и при адекватно проводимом, правильном лечении.
• Гепатит В, зачастую, проявляется в острой форме и тяжело переносится, а после этого, формируется бессимптомное носительство. При этом, главной мишенью гепатита В, является печень.
• Главной мишенью ВИЧ являются иммунные клетки Т−лимфоциты, и если не проводить антивирусную терапию, ВИЧ перейдет в свою следующую стадию − СПИД, проявлением которой, могут быть самые различные симптомы и страдать разные органы и системы.
• От гепатита В, существует вакцина. От ВИЧ вакцины пока не существует.
Номер №3
Какие распространённые заболевания, вызываемые вирусами, вы знаете? Предложите правила профилактики вирусных заболеваний.
Решение
Я знаю такие вирусные заболевания, как ковид, грипп, ротовирусные инфекции и т.д.
Основные меры профилактики вирусных заболеваний:
• Избегайте контактов с кашляющими людьми.
• Придерживайтесь здорового образа жизни (сон, здоровая пища, физическая активность).
• Пейте больше жидкости.
• Регулярно проветривайте и увлажняйте воздух в помещении, в котором находитесь.
• Реже бывайте в людных местах.
• Используйте маску, когда находитесь в транспорте или в людных местах.
• Избегайте объятий, поцелуев и рукопожатий при встречах.
• Не трогайте лицо, глаза, нос немытыми руками.
Номер №4
Выполните задание в тетради.
1) Вирусы размножаются:
а) самостоятельно вне клетки хозяина;
б) только в клетке хозяина;
в) только в воде;
г) в присутствии солнечного света.
2) Капсид — это:
а) цитоплазма вируса;
б) ДНК вируса;
в) оболочка вируса;
г) ферменты вируса.
3) Вирусы относят к доклеточным организмам, потому что они:
а) не содержат ядро
б) не способны к самостоятельному обмену веществ;
в) являются паразитами;
г) не способны размножаться.
Решение
Ответ: 1 − б; 2 − в; 3 − б.
Обсуждаем. Номер №1
Используя доступные информационные источники, изучите и обсудите с учителем и одноклассниками проблему происхождения вирусов.
Решение
Вирусы встречаются везде, где есть жизнь, и, вероятно, существовали с тех пор, как живые клетки впервые эволюционировали. Происхождение вирусов неясно, потому что они не образуют окаменелостей, поэтому для изучения того, как они возникли, используются молекулярные методы. Кроме того, вирусный генетический материал иногда интегрируется в зародышевую линию организмов−хозяев, с помощью которой он может передаваться вертикально потомству хозяина в течение многих поколений. §15 Клеточный уровень общая характеристика. Клеточная теория
-
§15. Клеточный уровень: общая характеристика. Клеточная теория
§15. Вспомните. Номер №1
Что такое научная картина мира? Что влияет на её изменение?
Решение
Научная картина мира — множество научных теорий в совокупности описывающих известный человеку мир, целостная система представлений об общих принципах и законах устройства мироздания. Влияют на ее изменение факторы природно−географические, климатические, цивилизационные, этнические, религиозно−конфессиональные, историко−культурные, уровень развития экономики, бытовая культура, обычаи, культура высокая, роль и место страны в мировой истории.
Номер №2
Какие одноклеточные организмы среди представителей различных групп (царств) живых существ вы можете вспомнить?
Решение
К одноклеточным царства животных относятся амёба, инфузория−туфелька, радиолярия.
К одноклеточным царства растений относится хламидомонада, хлорелла.
В царстве бактерий − стрептококки, стафиллококки, холерный вибрион.
К одноклеточным царства грибов относятся дрожжи.
Номер №3
Какие клетки в организме человека имеют длинные отростки и для чего они нужны?
Решение
Такие отростки имеют нейроны. Длинные отростки (аксоны) нервных клеток пронизывают организм и обеспечивают связь головного и спинного мозга с любым участком тела.
Подумайте. Номер №1
Могут ли существовать в природе настолько маленькие клетки, что их невозможно различить в современные микроскопы?
Решение
Есть вероятность того, что есть еще более микроскопические клетки, но мы не можем точно этого знать, так как современные микроскопы не могут их разглядеть.
Тренируемся. Номер №1
Можно ли в оптический микроскоп увидеть вирус? Почему?
Решение
Вирусы настолько малы, что в обычный микроскоп их увидеть невозможно. Размеры вирусов составляют от 20 до 300 нанометров. Для их рассмотрения используют только электронные микроскопы.
Номер №2
Можно ли в электронный микроскоп увидеть бактерию?
Решение
Да, можно. Бактерии — это крошечные организмы, изучать которые можно только с помощью увеличительной техники. Увидеть бактерии можно и в световой микроскоп, а вот рассмотреть мельчайшие структуры бактериальных клеток позволяют только электронные микроскопы.
Номер №3
От чего зависят размеры и особенности строения клетки? Чьи клетки крупнее: кашалота или дельфина?
Решение
Размер и особенности строения клетки связаны главным образом с функцией, выполняемой ею. Соответственно, в крови функция эритроцитов − переносить кислород, лейкоцитов − борьба с инородными клетками; лейкоциты больше в размерах. Клетки кашалота и дельфина одинаковы в размерах, отличаются они только между своими же тканями.
Номер №4
Какие методы изучения клетки вы знаете?
Решение
Основными методами изучения клетки являются:
• микроскопия
• центрифугирование (ультрацентрифугирование)
• культивирование клеток
• метод рекомбинантных ДНК
• метод меченных атомов
• хроматография
• электрофорез
Номер №5
Что такое клеточная теория и каковы её современные положения?
Решение
Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов.
Основные положения современной клеточной теории:
1. Клетка — основная структурная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, способная к самовоспроизведению и саморегуляции.
2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным процессам жизнедеятельности и обмену веществ.
3. Размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.
4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервной и гуморальной регуляциям.
5. Клеточное строение организмов — доказательство единства происхождения всего живого.
Совершенствуемся. Номер №1
Докажите, что клетка является системой.
Решение
Клетка является системой, так как в ее состав входят различные органоиды: ядро, митохондрии, цитоплазма, мембарана, рибосомы и др. Также клетка способна к обмену веществ, поддержанию гомеостаза, росту и развитию.
Номер №2
Используя доступные источники информации и статью учебника «Основные этапы развития цитологии», подготовьте презентацию о развитии представлений о клеточном строении живых организмов.
Решение
Клетка — это элементарная единица строения любого организма, способная к самостоятельному обмену веществ, росту, развитию и воспроизведению. Основные части клетки – ядро, цитоплазма с органоидами и клеточная мембрана.
Клеточная мембрана ограничивает живое содержимое клеток от окружающей среды. Важнейшим свойством плазматической мембраны является ее избирательная проницаемость, т. е. через нее в клетку свободно могут попадать лишь некоторые вещества. За счет этого свойства мембрана регулирует поступление веществ в клетку и обмен с внешней средой.
Цитоплазма – это жидкое содержимое клетки с находящими в ней органоидами. Основное вещество цитоплазмы – вода. Цитоплазма живых клеток находится в постоянном движении, что обеспечивает взаимосвязь всех органоидов и доступ к ним различных веществ.
К органоидам клетки относят эндоплазматическую сеть – систему многочисленных канальцев и цистерн, которые пронизывают всю цитоплазму. Эндоплазматическая сеть разделяет клетку на отсеки, обеспечивает сообщение между частями клетки и транспорт веществ. На эндоплазматической сети располагаются рибосомы. Это очень маленькие органоиды, но их функция очень важна для клетки – в рибосомах синтезируются белки.
Митохондрии – это достаточно крупные органоиды, которые можно увидеть даже в световой микроскоп. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление органических веществ кислородом воздуха. Выделившаяся в этом процессе энергия запасется в образующихся молекулах АТФ, которые способны при распаде отдавать свою энергию туда, где она нужна.
Регуляторным центром клетки служит ядро. Оно отделено от цитоплазмы двойной ядерной оболочкой. Внутри ядро заполнено ядерным соком, в котором находятся хромосомы. Хромосомы содержат гены, определяющие наследственность организма. В ядре так же можно увидеть одно или несколько ядрышек. В них происходит формирование рибосом. Ядро регулирует все процессы жизнедеятельности клетки, обеспечивает передачу и хранение наследственной информации.
Номер №3
От чего зависит выбор методов в процессе проведения исследования?
Решение
Выбор методов в процессе проведения исследования зависит от строения и функций предмета исследования, то есть в зависимости от того, что вы хотите узнать об объекте. Например, хроматография используется для разделения компонентов экстракта растений.
Номер №4
Прочитайте статью «Основные этапы развития цитологии». Подготовьте презентацию с использованием указанных в ней сведений.
Решение
Основные этапы развития цитологии
В 1930−х гг. советский биолог Ольга Борисовна Лепешинская, основываясь на данных своих исследований, выдвинула «новую клеточную теорию», согласно которой клетки можно воссоздать из неклеточного вещества. В своих исследованиях она якобы получала жизнеспособные размножающиеся клетки из растёртых и тем самым умерщвлённых клеток. Однако, как показала проверка, дело было в том, что далеко не все клетки разрушались при растирании, а уцелевшие неповреждённые клетки, делясь, образовывали новые.
О том, что живые организмы в основном состоят из тех же химических элементов, что и неживые объекты, учёные догадывались, очевидно, ещё со времён алхимии. Но то, что живая материя организована особым образом и построена из особых «кирпичиков жизни», выяснилось только в 1665 г., когда один из первых микроскопистов, англичанин Роберт Гук, стал разглядывать в свой ещё очень несовершенный микроскоп кору дуба и увидел, что она имеет вид каких−то ячеек, т. е. клеток. Название «клетка» по сути своей случайное, но оно прижилось и стало одним из основных понятий биологии. А ведь Роберт Гук мог выбрать для наблюдений совсем иной биологический объект, и тогда клетки получили бы какое−то другое название: шариков, дисков, цепочек или кубиков, так как форма и размеры клеток, входящих даже в один многоклеточный организм, могут очень сильно меняться.
Только через 8 лет голландец Энтони Ван Левенгук при помощи гораздо более совершенного оптического микроскопа смог описать разные клетки самых различных живых организмов: эритроциты человека, клетки бактерий и листьев растений. Но и на этом совершенствование микроскопической техники не закончилось.
В 1781 г. Феличе Фонтана зарисовал клетки животных и их ядра, а в 1825 г. Ян Пуркинье описал клеточное ядро и ввёл термин «протоплазма» (от греч. protos — первый и plasma — оформленное). В 1838 г. вышла книга немецкого ботаника М. Шлейдена «Материалы к филогенезу», в которой он высказал идею о том, что клетка является основной структурной единицей растений, и ставил вопрос о возникновении новых клеток в организме.
Основываясь на работах М. Шлейдена, немецкий физиолог Т. Шванн всего через год опубликовал книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в которой и была изложена первая версия клеточной теории. Очень важным дополнением к ней стал принцип Рудольфа Вирхова: «Каждая клетка — из клетки» (1858). Позже, в 1875 г., Оскар Гертвиг и Эдуард Страсбургер независимо друг от друга пришли к выводу о том, что информация о наследственных признаках клетки заключена в ядре, и описали его деление, а в 1882 г. Вальтер Флеминг ввёл термин «митоз» (термин «мейоз» предложил несколько раньше первооткрыватель митоза Э. Страсбургер).
Наконец, в 1892 г. Илья Ильич Мечников открыл явление фагоцитоза. Так благодаря работам многих исследователей была создана современная клеточная теория, основой которой является клеточная теория Шлейдена— Шванна—Вирхова. Современная её версия исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей всем живым организмам, кроме вирусов. Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития живой природы.
Обсуждаем. Номер №1
Обсудите с одноклассниками, почему с момента первого описания клеток до создания клеточной теории прошло так много лет.
Решение
Первое описание клеток происходило при примитивных формах световых микроскопов. Соответственно, ученым потребовалось намного больше времени, чтобы проанализировать весь скопившийся материал (до создания микроскопов), также современные виды микроскопов появились относительно недавно (в начале 19 века), тогда М. Шлейден и Т. Шванн и создали клеточную теорию.
Номер №2
Обсудите такое утверждение: все клетки одного организма генетически идентичны. Аргументируйте свою позицию.
Решение
Все клетки одного организма генетически идентичны, так как имеют одинаковый набор хромосом, который определяет реализацию генетической информации клетки. Соответственно если мы поменяем ядра клеток между собой (организм один и тот же), они будут функционировать как обычно (опыты Дж. Гердона по пересадке ядер). Это происходит за счет того, что молекула ДНК одного организма имеет идентичную информацию.
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Сравнение строения клеток растений, животных, грибов и бактерий под микроскопом на готовых микропрепаратах и их описание» на с. 203.
Цель: на основе изучения клеток разных организмов выявить основные черты сходства и различия в их строении.
Оборудование: микроскоп, готовые микропрепараты клеток растений, животных, грибов и бактерий.
Ход работы:
1. Настройте микроскоп на малое увеличение и рассмотрите готовые микропрепараты.
2. Зарисуйте увиденное.
3. Переведите настройки микроскопа на большое увеличение и снова рассмотрите клетки организмов. Сделайте соответствующие рисунки.
4. Сделайте вывод на основе проведённого исследования.
Решение
Вывод: при малом увеличении мы можем увидеть только основные структуры клетки (ядро, плазматическая мембрана и цитоплазма), но не мембранные органоиды. В случае большего увеличения мы можем наблюдать ЭПС, аппарат Гольджи, митохондрии и другие органоиды клетки. §16 Строение клетки Клеточная мембрана Цитоплазма
-
§16. Строение клетки. Клеточная мембрана. Цитоплазма
§16. Вспомните. Номер №1
Какими свойствами обладают молекулы липидов?
Решение
Общие свойства липидов:
• обладают высокой энергоёмкостью
• имеют плотность ниже, чем у воды
• имеют высокую температуру кипения
• высококалорийные вещества
Номер №2
Как называются основные структурные части клетки?
Решение
Основными составными частями клетки являются клеточная мембрана, ядро и цитоплазма.
Номер №3
Существуют ли клетки, у которых наружная мембрана отсутствует?
Решение
Да, существуют. У некоторых одноклеточных представителей вместо мембраны присутствует пелликула (упругие покровы клетки), например у инфузорий.
Подумайте. Номер №1
Клеточная мембрана имеет одинаковое строение у всех живых существ на Земле, кроме архей. О чём может свидетельствовать этот факт?
Решение
Это свидетельствует о том, что все живые организмы имеют общее происхождение, но приобретают новые свойства в процессе эволюции. Клеточная мембрана архей принципиально отличается от мембраны бактерий и эукариот, состоящих из двух слоев фосфолипидов. У архей липиды мембраны содержат простую эфирную связь и два слоя как бы «сшиты» в один. Это делает мембрану более устойчивой, в том числе к антибиотикам.
Тренируемся. Номер №1
Какое строение имеет мембрана клетки?
Решение
Основу любой биологической мембраны образует двойной слой молекул фосфолипидов, расположенных таким образом, чтобы их нерастворимые в воде (гидрофобные) части были обращены друг к другу и формировали внутренний слой мембраны. В двойной слой липидов встроено множество молекул белков, которые могут в нём перемещаться.
У многих клеток в состав окружающей их оболочки, помимо плазматической мембраны, входят и другие структуры, придающие ей особые физиологические свойства. Например, у растительных клеток поверх мембраны находится состоящая из полисахарида целлюлозы и других веществ плотная и прочная клеточная стенка. Из−за неё зрелые растительные клетки практически не могут изменять свою форму. В клеточной стенке имеются поры, благодаря которым клетки растений могут контактировать друг с другом посредством цитоплазматических «мостиков».
У животных клеток клеточная стенка отсутствует, но с наружной стороны плазматической мембраны к молекулам образующих её липидов и белков присоединяются полисахариды, в результате чего образующиеся при этом молекулы гликолипидов и гликопротеинов формируют особый наружный слой животных клеток —гликокаликс.
Номер №2
Какие функции выполняет наружная (плазматическая) мембрана?
Решение
Оболочка клеток, основу которой составляет плазматическая мембрана, выполняет следующие функции:
1. Определяет и поддерживает форму клетки, отграничивает её внутреннее содержимое.
2. Защищает клетку от механических воздействий и проникновения повреждающих биологических агентов.
3. Регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава.
4. Осуществляет узнавание многих молекулярных сигналов (например, гормонов).
5. Участвует в формировании межклеточных контактов и различного рода специфических структур (ресничек, жгутиков) и др.
Номер №3
Какие вещества, помимо липидов и белков, могут входит в состав внешней оболочки клетки? Какое они имеют значение?
Решение
У многих клеток в состав окружающей их оболочки, помимо плазматической мембраны, входят и другие структуры, придающие ей особые физиологические свойства. Например, у растительных клеток поверх мембраны находится состоящая из полисахарида целлюлозы (полимер глюкозы) и других веществ плотная и прочная клеточная стенка. Из−за неё зрелые растительные клетки практически не могут изменять свою форму. Именно благодаря таким клеточным стенкам в природе существует многообразие древесных видов растений, а человек получает замечательный строительный материал с уникальными свойствами. В клеточной стенке имеются поры, благодаря которым клетки растений могут контактировать друг с другом посредством цитоплазматических «мостиков».
У животных клеток клеточная стенка отсутствует, но с наружной стороны плазматической мембраны к молекулам образующих её липидов и белков присоединяются полисахариды, в результате чего образующиеся при этом молекулы гликолипидов и гликопротеинов формируют особый наружный слой животных клеток — гликокаликс. Он играет важную роль в объединении клеток в ткани и выполняет многие другие важные функции (например, в клетках кишечного эпителия именно гликокаликс служит местом локализации ферментов, осуществляющих расщепление питательных веществ).
Номер №4
Как могут проникать в клетку различные вещества?
Решение
В многоклеточных организмах соседние клетки должны взаимодействовать между собой, для чего необходимо обеспечить контакт между ними. Одни контакты нужны для удержания клеток вместе (к таковым относятся, например, плотные контакты клеток эпителия), другие — для поступления в клетку необходимых ей веществ или, наоборот, удаления из неё продуктов обмена (плазмодесмы растительных клеток). Через такие контакты могут проходить только очень маленькие частицы, например анионы или катионы, а относительно крупные частицы попадают в клетку путём эндоцитоза: фагоцитозом (твёрдые частицы) или пиноцитозом (капельки жидкости). В противоположном направлении, т. е. из клетки, вещества удаляются сходным образом. Этот процесс называют экзоцитозом.
Номер №5
Из каких элементов состоит цитоплазма клетки?
Решение
Цитоплазма состоит из основного водянистого вещества и находящихся в ней различных органелл.
Совершенствуемся. Номер №1
Предложите схему, отражающую взаимосвязь компонентов мембраны клетки.
Решение
Номер №2
Из содержания параграфа вы узнали, что важнейшей структурой, обусловливающей существование клетки как структурной и функциональной единицы живого, является клеточная мембрана. Изучая в дальнейшем особенности строения клетки, обратите внимание на то, какие из органоидов имеют мембранное строение, а какие нет и почему.
Решение
Органоиды клетки бывают немембранными и мембранными.
Мембранные органоиды:
• ядро;
• эндоплазматическая сеть;
• аппарат Гольджи;
• митохондрии;
• лизосомы;
• пластиды;
• вакуоли.Немембранные органоиды :
• рибосомы;
• реснички и жгутики;
• микротрубочки;
• микрофиламенты;
• микрофибриллы;
• пероксисомы;
• клеточный центр.
Обсуждаем. Номер №1
Обсудите с одноклассниками, какие известные вам структуры клетки не входят в состав её цитоплазмы и почему. Аргументируйте свою позицию.
Решение
Цитоплазма представляет собой полужидкую внутреннюю среду клетки, которую называют гиалоплазмой, и расположенные в ней органоиды клетки и клеточные включения.
В клетке распологаются структуры, которые не входят в состав цитоплазмы. Например, цитоскелет (на переферии клетки), реснички и жгутики (органы движения на мембране) , гликолипиды и гликопротеиды (гликокаликс − на мембране), мембранные белки − вне цитоплазмы.
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Наблюдение плазмолиза и деплазмолиза в клетках кожицы лука» на с. 203.
Цель: познакомиться с явлением плазмолиза растительной клетки.
Оборудование: микроскоп, покровные и предметные стёкла, препаровальная игла, пипетка, фильтровальная бумага, репчатый лук.
Реактивы: вода, дистиллированная вода, раствор иода, 3 %−ный раствор хлорида натрия.
Ход работы:
1. Приготовьте временный препарат растительной клетки. Для этого отделите от кусочка луковицы мясистую чешуйку. Пинцетом снимите с внутренней стороны чешуйки тонкую плёнку. Положите кусочек плёнки на предметное стекло, нанесите на него каплю раствора иода и накройте покровным стеклом.
2. Рассмотрите препарат при малом, а затем при большом увеличении. Найдите клеточную стенку, окрашенное иодом ядро (возможно, и ядрышки), цитоплазму, неокрашенные вакуоли. Зарисуйте и подпишите увиденное.
3. Нанесите на один край покровного стекла 3 %−ный раствор хлорида натрия, а с противоположной стороны положите полоску фильтровальной бумаги, которая впитает часть воды. Наблюдайте за состоянием цитоплазмы в клетках (при большом увеличении). Вода из цитоплазмы клетки будет переходить в окружающую среду. Объём цитоплазмы при этом уменьшится, и она начнёт отходить от клеточных стенок. Постепенно цитоплазма примет форму шара. Это явление называют плазмолизом. Зарисуйте увиденное, объясните происходящий процесс.
4. Добавьте под покровное стекло дистиллированную воду. Что происходит с цитоплазмой? Это явление называют деплазмолизом. Зарисуйте увиденное.
5. Сделайте вывод.
Решение
Наблюдение плазмолиза и деплазмолиза в клетках кожицы лука
Плазмолиз происходит в результате того, что под воздействием более концентрированного внешнего раствора вода выходит из клетки. При помещении клетки в чистую воду или слабоконцентрированный раствор вода поступает в клетку. Объем вакуоли возрастает, клеточный сок давит на цитоплазму и прижимает ее к клеточной оболочке. Под влиянием внутреннего давления клеточная стенка растягивается, а клетка переходит в напряженное состояние (тургор).
Деплазмолиз – процесс, обратный плазмолизу, проявляющийся в восстановлении нормального состояния клетки при перенесении ее в чистую воду.
Вывод: Клетка является эластичной и достаточно прочной, так она способна в гипертоническом растворе отставать от оболочки клетки, а в гипотоническом вновь восстанавливать первоначальное положение. Плазмолиз и деплазмолиз можно наблюдать только в живых клетках. §17 Рибосомы Ядро Эндоплазматическая сеть
-
§17. Рибосомы. Ядро. Эндоплазматическая сеть
§17. Вспомните. Номер №1
Все ли клетки имеют ядра? У каких организмов клетки не содержат оформленного ядра?
Решение
Не все клетки имеют оформленное ядро, отделяющее генетическую информацию (молекулы ДНК) от цитоплазмы.
Прокариоты − одноклеточные организмы, лишенные ядра и других мембрано−связанных органелл.
Номер №2
Встречаются ли в природе многоядерные клетки? Приведите примеры.
Решение
В большинстве животных клеток одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки, например поперечно−полосатые мышцы человека, грибы, инфузории, зеленые водоросли.
Номер №3
Какие вещества отвечают за хранение, передачу и реализацию наследственной информации в биологических системах?
Решение
Хранение и передачу наследственной информации осуществляют нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты образуют молекулы ДНК, которые в свою очередь компактизуются в хромосомы.
Подумайте. Номер №1
Эритроциты человека и млекопитающих животных — красные кровяные клетки, которые во взрослом (зрелом) состоянии совсем не имеют ядра. Оно выдавливается из этой клетки в процессе её созревания. А вот эритроциты большинства других животных — ядерные. Эта особенность очень помогала сыщикам уже более 100 лет тому назад определять, не подменил ли преступник место преступления, налив где−нибудь птичьей крови, например куриной. Как вы думаете, почему эритроциты человека не имеют ядра? Какой в этом физиологический смысл?
Решение
Эритроциты — высокоспециализированные клетки, функцией которых является перенос кислорода из лёгких к тканям тела и транспорт диоксида углерода ($CO_{2}$) в обратном направлении.
Двояковогнутая форма эритроцита и отсутствие ядра способствует переносу газов, так как увеличенная поверхность клетки быстрее поглощает кислород, а отсутствие ядра позволяет использовать для транспортировки кислорода и углекислого газа весь объем клетки. Место ядра в них заполняется гемоглобином, поэтому каждый эритроцит человека может захватывать больше кислорода, чем эритроциты низших животных, например птиц.
Тренируемся. Номер №1
Какова функция ядра в клетке?
Решение
Функции ядра:
• хранение наследственной информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления;
• регуляция и контроль процессов жизнедеятельности клетки;
• участие в синтезе белка (транскрипция);
• место образования субъединиц рибосом.
Номер №2
Какое строение имеет оболочка ядра клетки? Какие функции она выполняет?
Решение
Оболочка ядра состоит из двух мембран и пронизана большим количеством ядерных пор, через которые происходит сообщение между кариоплазмой и цитоплазмой. Ядерные поры позволяют молекулам и даже некоторым органоидам перемещаться между содержимым ядра, а оболочка защищает содержимое ядра от внешних воздействий.
Номер №3
Что представляет собой хроматин? Какую функцию в ядре выполняют белки гистоны?
Решение
В кариоплазме под микроскопом различимы хроматин и ядрышки. Хроматин представляет собой комплекс генетического материала (ДНК) и особых белков — гистонов, которые участвуют в упаковке нитей ДНК в ядре и в регуляции считывания с неё информации.
Номер №4
Что представляют собой хромосомы? Каково их значение в клетке?
Решение
Перед делением клетки, когда нужно, чтобы ДНК была точно поделена между двумя дочерними клетками, хроматин спирализуется и образует плотные окрашенные тельца — хромосомы.
Номер №5
Каковы основные функции ядрышек, содержащихся в ядре клетки?
Решение
Ядрышки — это видимые в световой микроскоп небольшие шаровидные образования — участки хромосом, содержащие множество копий генов рибосомных РНК. Там происходит синтез рибосомных рибонуклеиновых кислот (рРНК), входящих в состав рибосом и принимающих участие в реализации наследственной информации в клетке, и происходит сборка большой и малой субъединиц рибосом, которые затем через ядерные поры выходят в цитоплазму.
Номер №6
Каковы функции в клетке таких органоидов, как ЭПС и рибосомы?
Решение
Цитоплазму клетки пронизывает целая сеть каналов, ограниченная такой же фосфолипидной мембраной, как и плазматическая, — эндоплазматическая сеть (ретикулум). Выделяют две разновидности ЭПС: шероховатую (гранулярную) и гладкую (агранулярную).
Шероховатая сеть располагается вблизи от ядра, присоединяется к ядерной оболочке, а её наружная поверхность покрыта рибосомами —органоидами, необходимыми для синтеза белка. Таким образом, она необходима для синтеза белков и их транспорта к месту использования. Кроме того, там производятся компоненты для «строительства» и «ремонта» мембран.
Гладкая ЭПС, хоть и соединяется с шероховатой, однако содержит мало рибосом и располагается куда дальше от ядра. Внутри каналов гладкой ЭПС производятся жироподобные вещества, половые гормоны, углеводы, а также обезвреживаются некоторые ядовитые вещества, которые могут нанести вред клетке.
Таким образом, эта сеть является главной «строительной фабрикой» клетки. Именно при её участии происходит сборка мембран для различных нужд клетки: построения наружной мембраны, «ремонта» её повреждения, создания ядерной оболочки пузырьков, цистерн, вакуолей и т. п.
Совершенствуемся. Номер №1
Прочитайте описание эксперимента и оформите его как мини−исследование.
Роль ядра в клетке можно продемонстрировать на примере следующего эксперимента. Нужно разделить клетку амёбы на две равные части, отличающиеся друг от друга только тем, что в одной из них будет содержаться ядро, а другая соответственно окажется без него. В итоге мы увидим, что первая часть быстро оправится от последствий травмы и будет активно питаться, расти и даже делиться. Вторая же часть просуществует всего несколько дней, а затем погибнет. Но если в неё ввести ядро от другой амёбы, то она быстро восстановится в нормальный одноклеточный организм.
Решение
Проблема: Значение (роль) ядра в клетке.
Объект исследования: Амёба обыкновенная.
Цель исследования: узнать, как наличие ядра влияет на жизнедеятельность организма (клетки).
Методы исследования: наблюдение, метод извлечения ядра из клетки (эксперимент).
Ход исследования:
1. Разделить клетку амёбы на две равные части (в одной будет ядро, в другой − нет).
2. Записывать изменения в жизнедеятельности каждой из клеток.
3. Ввести в безядерную половину клетки ядро.
4. Записывать изменения в жизнедеятельности этой клетки.
Вывод: клетки не могут существовать без ядра (содержащейся в нем генетиической информации).
Обсуждаем. Номер №1
Обсудите с одноклассниками, почему иногда в информационных источниках ядро не относят к органоидам клетки.
Решение
Основное различие между ядром и клеточным органоидом заключается в наличии генетического материала (ДНК или РНК) внутри ядра. Генетический материал находится только в ядре, которое отвечает за наследственность. Другие клеточные органеллы не содержат генетического материала (за исключением митохондриальной ДНК или плазмидной ДНК, ответственных за дополнительные признаки). §18 Вакуоли Комплекс Гольджи Лизосомы
-
§18. Вакуоли. Комплекс Гольджи. Лизосомы
§18. Вспомните. Номер №1
Какое значение имеют клеточные мембраны в клетке?
Решение
Клеточная мембрана контролирует движение веществ в клетках и органеллах и из них, будучи избирательно проницаемой для некоторых веществ. Кроме того, клеточные мембраны участвуют во множестве клеточных процессов, таких как клеточная адгезия, ионная проводимость и клеточная сигнализация и служит поверхностью прикрепления для нескольких структур, включая клеточную стенку и углеводный слой, называемый гликокаликсом, а также внутриклеточную сеть белковых волокон, называемых цитоскелетом.
Номер №2
Клетки каких организмов содержат вакуоли?
Решение
Вакуоль − мембраносвязанная органелла, присутствующая в клетках растений и грибов, а также в некоторых клетках протистов, животных и бактерий.
Подумайте. Номер №1
Когда головастик превращается во взрослую лягушку, многие его органы изменяются. А вот хвост головастика постепенно разрушается в результате процесса, который называют аутолизом. Какие клеточные структуры и вещества обеспечивают этот важный физиологический процесс и как он может осуществляться?
Решение
Ферменты, содержащиеся в лизосомах, составляют единую функциональную группу и выполняют главным образом литическую функцию, т. е. функцию переваривания. Все основные классы биологически активных соединений, в том числе нуклеиновые кислоты и полисахариды, а также белки, разлагаются ферментами. В митохондриях также сосредоточены ферменты, которые разрушают главным образом продукты гликолиза, жирные кислоты и продукты распада аминокислот.
Соответственно за аутолиз отвечают митохондрии и лизосомы.
Тренируемся. Номер №1
Как образуются вакуоли в клетке? Можно ли рассматривать данные клеточные структуры в качестве органоидов клетки?
Решение
Вакуоли образуются из пузыреобразных расширений эндоплазматической сети или из везикул комплекса Гольджи и присутствуют во всех растительных и грибных клетках, а также в клетках многих протистов. Вакуоли хоть и образуются временно, но их можно считать органоидами клетки, так как они тесно связаны с выполняемыми в клетке функциями и располагаются в цитоплазме.
Номер №2
Какие функции выполняет аппарат Гольджи? Каково его строение?
Решение
В аппарате Гольджи происходит окончательное формирование структуры белков, синтезируемых на рибосомах гранулярного ретикулума. Далее эти белки или хранятся в самой эндоплазматической сети, пока они не понадобятся клетке, или упаковываются в мембранные пузырьки, которые отчленяются от аппарата Гольджи и выносятся наружу. Кроме того, в этом органоиде происходит сборка фрагментов биологических мембран для строительных нужд клетки. Таким образом, аппарат Гольджи выполняет синтетическую, запасающую, строительную и секреторную функции. Кроме того, в нём происходит формирование лизосом.
Номер №3
Во всех ли клетках имеется аппарат Гольджи и почему? Приведите примеры.
Решение
Аппарат Гольджи содержится в цитоплазме почти всех эукариотических клеток, особенно в секреторных клетках животных (например, клетки эндокринных желез).
Номер №4
В каких клеточных структурах перевариваются частицы пищи?
Решение
Лизосомы являются структурами (органоидами), в которых перевариваются частицы пищи.
Номер №5
Как вы думаете, что произойдёт с клеткой, в которой по какой−то причине разрушатся мембраны лизосом?
Решение
Такая клетка погибнет, так как ферменты в лизосомах активируют аутолиз. Аутолиз — саморастворение мёртвых клеток и тканей под действием их собственных гидролитических ферментов, разрушающих структурные молекулы.
Совершенствуемся. Номер №1
Проанализируйте содержание статей параграфа, раскрывающих особенности таких клеточных структур, как лизосомы и вакуоли. Что у них общего и чем они отличаются друг от друга?
Решение
Сходства лизосом и вакуолей
Оба являются одномембранными органоидами. Также они синтезируются в ЭПС, а затем созревают в аппарате Гольджи.
Отличия лизосом и вакуолей
Лизосома − это мембраносвязанная органелла, предназначенная для функций пищеварения и фагоцитоза. Вакуоль − это еще один тип клеточных органелл, содержащий воду, пигменты, экскреторные вещества.
Обсуждаем. Номер №1
Обсудите с одноклассниками, от чего зависит наличие в клетке каких−либо клеточных структур. Может ли эта зависимость быть перенесена на любой другой уровень организации биологических систем?
Решение
Наличие в клетке каких−либо клеточных структур зависит от функций и строения этой клетки. Например, у клеток животных нет пластид, так как они не способны к фотосинтезу и образованию органических соединений. В случае эритроцитов − отстутствие ядра для заполнения клетки гемоглобином (связывание с кислородом).
Номер №2
Обсудите с одноклассниками, почему иногда в информационных источниках о строении клетки вакуоли, как и ядро, не относят к органоидам клетки.
Решение
Ядро и вакуоль в некоторых клетках являются временными органоидами, а главным признаком органеллы является ее постоянное наличие в цитоплазме.
Проводим исследование. Номер №1
Выполните лабораторную работу «Приготовление, рассматривание и описание микропрепаратов клеток растений» на с. 204.
В растительных клетках пигменты, окрашивающие в яркие цвета цветки и плоды покрытосеменных растений, содержатся не только в пластидах, но и в растворе, заполняющем крупные клеточные вакуоли.
Цель: развить умение работать с лабораторным оборудованием, освоить технику приготовления временных микропрепаратов, изучить строение клеток, сделать описание.
Оборудование: микроскоп, предметные и покровные стёкла, пипетки, пинцеты, скальпели, биологический материал (кусочки яблока, томата, мякоть арбуза).
Реактивы: вода.
Ход работы:
1. Приготовьте препараты клеток мякоти яблока, томата, арбуза. Для этого в каплю воды на предметном стекле перенесите частицу мякоти плода, разделите её на клетки и накройте покровным стеклом.
2. Рассмотрите препарат под микроскопом. Найдите в клетках вакуоли, отметьте их окраску.
3. Зарисуйте строение клеток.
4. Сделайте вывод.
Решение
Приготовление, рассматривание и описание микропрепаратов клеток растений
Клетки мякоти томата, на которых мы можем видеть небольшие темно−красные очертания вакуолей:
1. На препарате мы видим, что у вакуолей есть окраска (они заметны на фоне границ окраски других частей клетки).
2. Вывод: Сок в вакуолях также влияет на окраску плода растения, помимо пластид, содержащихся в растительной клетке. Пигменты клеточного сока (антоцианы, флавоноиды) окрашивают органы растений в красный, розовый, синий, голубой, желтый и бурый цвета. §19 Митохондрии Пластиды Органоиды движения Клеточные включения
-
§19. Митохондрии. Пластиды. Органоиды движения. Клеточные включения
§19. Вспомните. Номер №1
Приведите примеры клеток, имеющих жгутики и реснички.
Решение
Жгутики имеют бактерии и археи, а также некоторые эукариотные клетки ряда простейших, зооспор и сперматозоидов.
Реснички наблюдаются у инфузорий, некоторых эпителиальных клеток человека.
Номер №2
Какие органоиды клетки являются основными производителями энергии?
Решение
Основными энергетическими станциями живых клеток служат митохондрии. В митохондриях свободная энергия окисления продуктов питания превращается в свободную энергию АТФ.
Подумайте. Номер №1
Красные кровяные клетки эритроциты имеют характерную двояковогнутую форму. За счёт каких внутриклеточных структур она может поддерживаться?
Решение
Благодаря двояковогнутой форме эритроциты способны упруго деформироваться и проходить через самые тонкие капилляры. В процессе дифференцировки ядро, ЭПС и рибосомы утрачиваются и весь внутренний объем эритроцита заполняется железосодержащим белком — гемоглобином. Форма поддерживается за счет мембраны и гемоглобина, а также некоторых белков мембраны.
Тренируемся. Номер №1
Какое строение имеют митохондрии? Какую функцию они выполняют?
Решение
Митохондрии − это небольшие (1−7 мкм) округлые или вытянутые тельца. Каждая митохондрия образована двумя мембранами: внутренней и наружной.
Наружная мембрана митохондрий − гладкая, а внутренняя образует множество выступов и перегородок, которые называют кристами (это происходит потому, что площадь внутренней мембраны намного превышает таковую внешней). Внутреннее пространство этих органоидов называется матриксом. В матриксе митохондрий содержатся ферменты, которые расщепляют углеводы, липиды и аминокислоты до $CO_{2}$ и $H_{2}O$, а во внутренней мембране, в кристах располагаются компоненты дыхательной цепи, которые окисляют образующиеся при расщеплении органических веществ восстановительные эквиваленты (НАДН и ФАДН2), используя $O_{2}$. В результате выделяющаяся энергия запасается в виде АТФ.
Таким образом, митохондрии необходимы клеткам эукариотов для получения и запасания энергии для обеспечения жизнедеятельности этих клеток. Кроме того, в матриксе митохондрий находятся рибосомы, размер которых соответствует размеру рибосом прокариотов, а также кольцевая молекула ДНК. Поэтому митохондрии способны синтезировать некоторые собственные белки − впрочем, информация о большинстве необходимых этому органоиду белков всё−таки хранится в геноме ядра.
Номер №2
От чего зависит количество митохондрий в клетке? Почему в клетках печени их так много?
Решение
Известно, что чем больше энергии расходует какая−либо клетка, тем больше в ней митохондрий. Например, число этих органоидов в клетках печени — гепатоцитах — может превышать тысячу. Много митохондрий и в клетках мышечной ткани.
Номер №3
В клетках каких организмов можно обнаружить пластиды?
Решение
Пластиды — это органоиды растительных клеток, чаще всего имеющие округлую или вытянутую форму.
Номер №4
Какие виды пластид вам известны? Каковы особенности их строения и выполняемые ими функции?
Решение
Различают три вида пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.
Хлоропласты, как и митохондрии, окружены двумя мембранами: наружной гладкой и внутренней, образующей множественные плоские цистерны, которые как бы сложены в стопки. Эти цистерны назвают тилакоидами, а состоящие из них стопки − гранами. Внутреннюю среду, окружающую тилакоиды, называют стромой. В мембранах тилакоидов расположены белково−пигментные комплексы, содержащие хлорофилл и обеспечивающие протекание световой фазы фотосинтеза, в ходе которой накапливаются АТФ, восстановительные эквиваленты (НАДФН) и выделяется кислород, образующийся при фотолизе воды. В свою очередь, строма пластид содержит ферменты, связывающие $CO_{2}$ и синтезирующие органические соединения (в первую очередь углеводы) для питания клеток.
Хромопласты − это пластиды, окрашенные в жёлтые, красные, фиолетовые цвета. За счёт их пигментов (например, каротиноидов, придающих клеткам красную и оранжевую окраску, а также некоторых других) цветки и плоды приобретают яркий, привлекающий насекомых и животных цвет. Ну а у моркови очень много каротина содержится в корнеплоде.
Лейкопласты − пластиды, не имеющие окраски, чаще всего содержатся в клетках подземных частей растений, например в клубнях картофеля. Эти пластиды выполняют запасающую функцию. Кроме того, они весьма изменчивы и при ярком освещении могут превращаться в хлоропласты. Вот почему клубни картофеля, хранящиеся на свету, зеленеют.
Номер №5
Какое значение имеет клеточный центр?
Решение
Клеточный центр принимает участие в делении клеток животных и низших растений, образуя веретено деления, а также формирует цитоскелет.
Номер №6
Какие структурные компоненты клетки относят к клеточным включениям? В чём заключается их отличие от органоидов клетки?
Решение
Клеточные включения — это непостоянные структурные компоненты клетки, чаще всего представляющие собой запасные питательные вещества. К ним относят капли жира, зёрна белка, глыбки гликогена, мелкие вакуоли и т. п. Клеточные включения, в отличие от органоидов, это непостоянные структуры клетки.
Совершенствуемся. Номер №1
Чем схожи и чем различаются между собой пластиды и митохондрии? Ответ представьте в виде таблицы.
РешениеПризнаки Митохондрии Пластиды Где присутствуют Митохондрии присутствуют во всех типах эукариотических клеток животных или растений Пластиды присутствуют только в растениях. Структура внутренней мембраны На внутренних мембранах имеется множество складок, известных как кристы На внутренней мембране нет складок Размер 0,1−7 мкм, в нервных клетках до 20 мкм 1−10 мкм Наличие пигментов В митохондриях нет пигментов Пигменты содержатся в пластидах Синтезируют Митохондрии производят АТФ Пластиды производят глюкозу и хранят ее в виде крахмала Функции Они участвуют в клеточном дыхании и производстве энергии Пластиды участвуют в фотосинтезе Форма Овальная, палочковидная, нитевидная Дискообразная, сферическая, линзовидные Количество в клетке От 1 до нескольких тысяч От 10 до 70 Номер №2
Почему граны в хлоропласте расположены в шахматном порядке? Ответ обоснуйте.
Решение
У хлоропластов граны размещены в шахматном порядке для того, чтобы не загораживать друг другу солнечный свет, что позволяет фотосинтезу протекать интенсивнее.
Номер №3
Найдите в приведённом тексте ошибки. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки. Исправьте их.
1) Каждая митохондрия образована двумя мембранами.
2) Внутренняя мембрана митохондрий образует множественные перегородки — тилакоиды.
3) Внутреннее пространство митохондрий называют матриксом.
4) Каждая клетка многоклеточного организма имеет одну, но гигантскую митохондрию.
5) Много митохондрий содержится в клетках мышечной ткани.
6) Число митохондрий в клетке может меняться в зависимости от потребности клетки в энергии.
7) Клетки всех прокариотов имеют митохондрии.
8) Наружная мембрана митохондрий образует выросты.
Решение
1) Каждая митохондрия образована двумя мембранами.
2) Внутренняя мембрана митохондрий образует множественные перегородки — кристы.
3) Внутреннее пространство митохондрий называют матриксом.
4) Каждая клетка многоклеточного организма имеет несколько маленьких митохондрий.
5) Много митохондрий содержится в клетках мышечной ткани.
6) Число митохондрий в клетке может меняться в зависимости от потребности клетки в энергии.
7) Клетки прокариотов не имеют митохондрий, так как они не содержат мембранных органоидов (митохондрия − двумембранный органоид).
8) Наружная мембрана митохондрий гладкая (выростов нет).
Обсуждаем. Номер №1
Почему вакуоли часто не рассматривают в качестве органоидов клетки? Аргументируйте свою точку зрения.
Решение
Ядро и вакуоль в некоторых клетках являются временными органоидами, а главным признаком органеллы является ее постоянное наличие в цитоплазме. §20 Особенности строения клеток прокариотов и эукариотов
-
§20. Особенности строения клеток прокариотов и эукариотов
§20. Вспомните. Номер №1
К каким царствам относятся живые существа, обитающие на Земле?
Решение
Все живые существа делятся на 5 царств:
• Царство животных.
• Царство растений.
• Царство грибов.
• Царство бактерий.
• Царство протистов.
Номер №2
Представители каких царств чаще всего являются возбудителями болезней человека?
Решение
Представители царств грибов и бактерий чаще всего являются возбудителями болезней человека.
Подумайте. Номер №1
Как бактерий используют в хозяйственной деятельности человека?
Решение
Человек использует бактерии в хозяйственной деятельности: при производстве кисломолочных продуктов, сыров, уксуса, вина и закваске овощей. Они применяются при производстве витаминов, антибиотиков и других важных для человека веществ.
В пищевой промышленности используют молочнокислые бактерии. Питаясь сахаром, содержащимся в молоке, они образуют молочную кислоту. Под её действием молоко превращается в простоквашу, а сливки — в сметану.
Тренируемся. Номер №1
Сколько молекул ДНК содержат бактерии?
Решение
Бактерии содержат одну молекулу ДНК в своем организме.
Номер №2
Что такое мезосомы? Почему учёные долгое время считали их клеточными органоидами?
Решение
Долгое время учёные считали, что большинство ферментов бактериальных клеток расположено на специальных впячиваниях — мезосомах, которые исследователи время от времени наблюдали в световой и электронный микроскопы. Считалось даже, что эти мезосомы выполняют функции ЭПС, митохондрий, пластид, аппарата Гольджи и лизосом. Однако в конце 70−х гг. прошлого столетия накопилось множество данных, свидетельствующих о том, что мезосомы являются артефактами, т. е. искусственными структурами, возникающими при повреждении цитоплазматической мембраны во время воздействия на неё различных веществ — фиксаторов, красителей и т. п. Было установлено, что в живых клетках, а также таких, которые не подвергаются никакому химическому воздействию, никаких структур, напоминающих мезосомы, не образовывалось. Поэтому, несмотря на то что до сих пор это название иногда встречается в биологической литературе, в настоящее время большинство учёных убеждены в том, что никаких специальных выростов мембран в живых бактериальных клетках нет.
Номер №3
Какие функции спор у бактерий?
Решение
Выжить в самых трудных условиях некоторым бактериям помогает способность образовывать споры. Если окружающая обстановка становится угрожающей, например наступила засуха, эти бактерии могут образовывать вокруг своей единственной кольцевой хромосомы особые плотные оболочки, т. е. формировать спору. Остальное содержимое бактериальной клетки частично отмирает, а частично высыхает и компактизируется.
Номер №4
Приведите примеры болезней, вызываемых у людей бактериями.
Решение
Бактериальные заболевания:
• чума
• холера
• столбняк
• сибирская язва
• коклюш
Совершенствуемся. Номер №1
Используя дополнительные источники информации, подготовьте краткое сообщение (на 3−5 мин) об археях. Представьте тезисы своего сообщения.
Решение
Археи – домен микроорганизмов, которые были обнаружены в начале 1970−х годов. Подобно бактериям они являются одноклеточными прокариотами. Первоначально археи считались бактериями, пока анализ ДНК не показал, что это разные организмы. Они настолько различны, что открытие побудило ученых придумать новую систему классификации жизни.
Клетки архей
Археи являются чрезвычайно маленькими микроорганизмами, которые нужно рассматривать под электронным микроскопом, чтобы идентифицировать их характеристики. Как и бактерии, они имеют различные формы, включая кокки (круглые), бациллы (стержнеобразные) и произвольные формы. Археи имеют типичную анатомию прокариотических клеток: плазмоидная ДНК, клеточная стенка, клеточная мембрана, цитоплазма и рибосомы. У некоторых архей также есть длинные выросты, называемые жгутиками, которые помогают в движении.
Номер №2
Сформулируйте правила профилактики бактериальных заболеваний.
Решение
Профилактика бактериальных инфекций:
• Мыть руки.
• Следить за ногтями.
• Как можно реже прикасаться к лицу, глазам и носу.
• Делать вовремя прививки.
• Соблюдать самоизоляцию.
• Правильно готовить и хранить пищу.
• Лечение заболеваний вовремя. §21 Обмен веществ и превращение энергии в клетке
-
§21. Обмен веществ и превращение энергии в клетке
§21. Вспомните. Номер №1
Почему биологические системы называют открытыми?
Решение
Открытые системы − термодинамические системы, которые обмениваются с окружающей средой веществом (а также энергией и импульсом). Все это присуще биологическим объектам живой природы, так как в организмах происходит обмен веществ, рост, развитие и тд.
Номер №2
Какие вещества обеспечивают процессы жизнедеятельности клетки энергией? Какие из них можно назвать универсальными источниками?
Решение
Благодаря органическим веществам клетка получает энергию (при их расщеплении). Универсальными источниками считаются такие органические соединения, как углеводы и жиры.
Подумайте. Номер №1
Почему молекулы НАД+ и ФАД называют универсальными акцепторами водорода?
Решение
В обмене веществ помимо мононуклеотидов очень важны динуклеотиды:
НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид),
НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат),
ФАД (флавинадениндинуклеотид) и некоторые другие.
В их состав входят производное витамина PP (амид никотиновой кислоты) и витамина $B_{2}$ (рибофлавин). Если АТФ в клетках являются универсальным источником энергии, то можно сказать, что НАД+, НАДФ+ и ФАД − это универсальные акцепторы, а НАДН, НАДФН и ФАДН2 (их восстановленные формы) − универсальные доноры восстановительных эквивалентов (атомов водорода) в большей части окислительно−восстановительных реакций. Атом азота в составе остатка амида никотиновой кислоты четырехвалентен и имеет положительный заряд (это обозначается значком «+» в аббревиатуре НАД+).
Поэтому к молекуле НАД+, а точнее к ее азотистому основанию, могут легко присоединиться два электрона и протон (восстановление).
Тренируемся. Номер №1
Почему эукариоты представляют собой открытые системы?
Решение
Все эукариоты представляют собой открытые системы, которые постоянно обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. Энергия необходима клеткам для синтеза сложных органических веществ и выполнения разных видов работы: движения, выведения продуктов обмена и т. д. Для её получения организмы разлагают и окисляют различные химические соединения — как правило, это органические вещества, получаемые с пищей.
Номер №2
Для чего клеткам нужна энергия? Откуда они её берут?
Решение
Энергия необходима клеткам для синтеза сложных органических веществ и выполнения разных видов работы: движения, выведения продуктов обмена и т. д. Для её получения организмы разлагают и окисляют различные химические соединения − как правило, это органические вещества, получаемые с пищей.
Номер №3
Какие процессы называют энергетическим обменом, а какие — пластическим обменом?
Решение
Совокупность биохимических реакций разложения сложных веществ на более простые, сопровождающихся выделением энергии, а также запасанием её в форме химических связей универсального соединения−энергоносителя АТФ, получила название энергетического обмена (катаболизма или диссимиляции).
Совокупность биохимических процессов, протекающих в живых организмах с затратой энергии, называют пластическим обменом (анаболизмом или ассимиляцией).
Номер №4
Чем аэробы отличаются от анаэробов?
Решение
Те организмы, которые используют кислород, называют аэробами (от греч. aer — воздух и bios — жизнь). А вот среди прокариотов довольно часто встречаются анаэробы (приставка an− означает «противоположный», т. е. анаэробы — это противоположные аэробам существа) — существа, которым кислород не только не нужен, но даже вреден и для кого−то из них является смертельным ядом.
Номер №5
Можно ли окисление веществ в живом организме назвать горением? Почему?
Решение
Да, окисление веществ в живом организме назвать горением можно, так как в процессе окисления органических веществ в организме все таки выделяется тепло, хоть и в меньшем количестве, чем во внешней среде.
Совершенствуемся. Номер №1
Прочитайте статью в рубрике «Это интересно», предложите схему, отражающую биологическое окисление в клетке.
Решение
Номер №2
Используя ключевые слова параграфа, постройте основу схемы (ментальной карты), показывающей суть обмена веществ в клетке.
Решение
В результате фотосинтеза (энергии света и расщепления молекулы АТФ) происходит ассимиляционный (пластический) обмен с синтезом органического вещества. После накопления органического вещества в какой−то момент оно расщепляется (диссимилирует) до мономеров, с выделением тепла и энергии АТФ.
Номер №3
Установите соответствие между признаками обмена веществ у человека и его этапами.ПРИЗНАКИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ ЭТАПЫ ОБМЕНА А) вещества окисляются 1) пластический обмен 2) энергетический обмен Б) вещества синтезируются 1) пластический обмен 2) энергетический обмен В) энергия запасается в молекулах АТФ 1) пластический обмен 2) энергетический обмен Г) энергия расходуется 1) пластический обмен 2) энергетический обмен Д) в процессе участвуют рибосомы 1) пластический обмен 2) энергетический обмен Е) в процессе участвуют митохондрии 1) пластический обмен 2) энергетический обмен
Решение
Ответ:А Б В Г Д Е 2 1 2 1 1 2 Обсуждаем. Номер №1
Обсудите в классе, возможны ли случаи переноса протонов водорода через плазматическую мембрану против градиента концентрации. Аргументируйте свой ответ.
Решение
Случаи переноса протонов водорода через плазматическую мембрану против градиента концентрации возможны, так как есть Н+ − АТФаза, которая переносит протоны водорода против градиента концентрации. Это делается для поддержания нейтрального уровня pH среды, создает на мембране разность потенциалов, во многом определяя электрические свойства клеток высших растений. §22 Энергетический обмен в клетке. Гликоз и окислительное фосфорилирование
-
§22. Энергетический обмен в клетке. Гликоз и окислительное фосфорилирование
§22. Вспомните. Номер №1
Какова химическая природа АТФ?
Решение
АТФ — аденозинтрифосфорная кислота — важное органическое соединение. По структуре это нуклеотид. В его состав входит азотистое основание аденин, углевод — рибоза и три молекулы фосфорной кислоты.
Номер №2
Какие химические связи называют макроэргическими?
Решение
Макроэргические связи — это ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением значительного количества энергии: 40 кДж/моль и более (свободная энергия гидролиза).
Номер №3
В каких клетках АТФ больше всего?
Решение
Наибольшее количество АТФ содержится в скелетных мышцах 0,2–0,5%.
Подумайте. Номер №1
Почему при интенсивной физической работе появляется одышка? О чём это свидетельствует? Можно ли с этим бороться?
Решение
При интенсивной физической работе (работе мышц) одышка свидетельствует об нехватке кислорода в тканях (гипоксии).
Иногда одышка возникает у физически неактивных людей, так как для их организма не привычна усиленная работа мышечного каракаса. Данная проблема решается увелечением своей активности.
Возможными причинами одышки могут быть также нарушения в работе сердца, органов дыхания и нервной системы. В таком случае лучше обратиться ко врачу.
Тренируемся. Номер №1
Откуда берётся энергия для синтеза АТФ из АДФ?
Решение
Гликолиз — это анаэробный ферментативный путь расщепления глюкозы до молочной кислоты (лактата), сопровождающийся выделением энергии, запасаемой в виде АТФ.
Номер №2
Какие этапы выделяют в энергетическом обмене?
Решение
Для аэробов энергетический обмен проходит в три этапа:
• подготовительный;
• бескислородный;
• кислородный.
В организмах, которые обитают в бескислородной среде и не нуждаются в кислороде для энергетического обмена – анаэробах и аэробах, при недостатке кислорода проходят энергетический обмен в два этапа:
• подготовительный;
• бескислородный.
Номер №3
В чём различия энергетического обмена аэробов и анаэробов?
Решение
В случае аэробов энергетический обмен (клеточное дыхание) происходит с участием кислорода. А у анаэробов при отсутствии кислорода (гликолиз).
Совершенствуемся. Номер №1
Во сколько раз клеточное дыхание эффективнее гликолиза в энергетическом плане?
Решение
Суммарный энергетический выход гликолиза составляет 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.
В результате полного окисления глюкозы до углекислого газа (клеточное дыхание) и воды образуется большое количество АТФ − 32 молекулы.
Соответственно, клеточное дыхание эффективнее гликолиза в 16 раз.
Номер №2
Сравните процессы аэробного и анаэробного окисления. Ответ представьте в виде таблицы.
РешениеПризнаки Аэробный Анаэробный Этапы Гликолиз, цикл Кребса, дыхательная цепь Гликолиз, брожение Участие кислорода Присутствует Отсутствует Ферменты НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, каталаза, цитохромная система НАД, НАДФ, ФАД, ФМН Продукты окисления $CO_{2}$, $H_{2}O$ Промежуточные Высвобождение энергии 38 молекул АТФ 2 молекулы АТФ Номер №3
В клетках каких организмов происходит спиртовое брожение?
Решение
Спиртовое брожение – это процесс окисления углеводов, в результате которого образуется этиловый спирт, углекислота и выделяется энергия. Пивовары и виноделы использовали способность некоторых видов дрожжей для стимуляции брожения, в результате которого сахара превращаются в спирт. Брожение производят главным образом дрожжи, а также некоторые бактерии и грибы.
Номер №4
Установите соответствие между признаком энергетического обмена и его этапом.ПРИЗНАКИ ОБМЕНА ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА А) расщепляется пировиноградная кислота до углекислого газа и воды 1) гликолиз 2) кислородное расщепление Б) расщепляется глюкоза до пировиноградной кислоты 1) гликолиз 2) кислородное расщепление В) синтезируются 2 молекулы АТФ 1) гликолиз 2) кислородное расщепление Г) синтезируются 32 молекулы АТФ 1) гликолиз 2) кислородное расщепление Д) происходит в митохондриях 1) гликолиз 2) кислородное расщепление Е) происходит в цитоплазме 1) гликолиз 2) кислородное расщепление
Решение
Ответ:А Б В Г Д Е 2 1 1 2 2 1
Обсуждаем. Номер №1
Известно, что при биологическом окислении 50% энергии выделяется в виде теплоты. Почему она не повреждает чувствительные к нагреванию белки и другие вещества клетки? Ответ обоснуйте.
Решение
Процессы окисления в организме идут стадийно (ступенчато), соответственно, энергия выделяется постепенно, и нагревания белков не происходит. §23 Типы клеточного питания Фотосинтез и хемосинтез
-
§23. Типы клеточного питания. Фотосинтез и хемосинтез
§23. Вспомните. Номер №1
Какие виды автотрофного питания вы знаете?
Решение
Существует два вида автотрофного питания: фотосинтез и хемосинтез.
Фотосинтез — процесс, при котором в клетках, содержащих хлорофилл, под действием энергии света образуются органические вещества из неорганических.
Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из $CO_{2}$ служат реакции окисления неорганических соединений.
Номер №2
Как называются органоиды клетки, в которых происходит фотосинтез?
Решение
У высших растений фотосинтез происходит в особых органоидах клетки, называющихся хлоропласты. Они окружены внешней мембраной и имеют внутри сеть мембранных мешочков, в которых находится собственно хлорофилл.
Номер №3
Какое строение имеют хлоропласты?
Решение
Хлоропласты имеют двумембранную оболочку, которая отграничивает содержимое органоида от цитоплазмы. Мембраны не несут другие органоиды. У высших растений сильно развита внутренняя мембранная поверхность, которая образует плоские мешки – тилакоиды или более вытянутые – ламеллы. Несколько плотно собранных в стопки тилакоидов образуют граны.
Подумайте. Номер №1
Можно ли связать между собой проблему фотосинтеза и проблему обеспечения продовольствием населения нашей планеты?
Решение
Да, можно. В процессе фотосинтеза идет синтезирование органики (углеводы). Эту органику потребляют животные, в том числе люди, которые являются гетеротрофами (не могут синтезировать свою органику). Соответственно, чтобы нам хватало продовольствия, надо обеспечить для растений процессы качественного фотосинтеза.
Тренируемся. Номер №1
Чем автотрофное питание отличается от гетеротрофного?
Решение
Чем отличаются автотрофные организмы от гетеротрофных:
• Автотрофы питаются минеральными веществами, а гетеротрофы − органикой.
• Кроме того, автотрофы − организмы, способные к фотосинтезу, а гететрофы к этому неспособны.
• Автрофы − в основном, растения (зеленые) и некоторые бактерии, гететротрофы − в основном животные.
Номер №2
В чём суть процесса хемосинтеза?
Решение
Хемосинтез — тип автотрофного питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать $CO_{2}$ как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений. Окисляя неорганические вещества, хемосинтетики получают восстановительные эквиваленты (в виде НАДН) и энергию, которая запасается в виде АТФ, за счёт переноса электронов по цепи дыхательных ферментов, встроенных в клеточную мембрану бактерий. Биосинтез органических соединений при хемосинтезе осуществляется так же, как при фотосинтезе, в результате автотрофной ассимиляции $CO_{2}$. Бактерии, способные к хемосинтезу, не являются единой группой. Они могут окислять водород, восстановленные соединения серы, аммиак, нитриты, железо, марганец и др.
Номер №3
Что представляла собой «великая кислородная революция»?
Решение
Когда в океане появились первые фотосинтезирующие прокариоты, а затем и эукариотические водоросли, атмосфера стала постепенно насыщаться кислородом. Когда содержание этого газа в атмосфере достигло 1% от нынешнего (так называемая точка Пастера, которая была достигнута 1,8—1,5 млрд лет назад), у организмов, живших в то время, появилась возможность использовать его в процессах окисления органических соединений для получения энергии. Так возникло клеточное дыхание, которое дало живым существам во много раз больше энергии, чем бескислородные процессы. В результате этого на нашей планете произошла так называемая «великая кислородная революция». Когда кислорода стало достаточно для того, чтобы мог возникнуть озоновый слой, защитивший от смертоносного действия ультрафиолета поверхности водоёмов и суши, то организмы, освоившие новые, энергетически более выгодные процессы, стали заселять поверхностный слой воды. Теперь у фототрофов фотосинтез стал проходить более интенсивно, так как чем меньше слой воды, тем лучше он освещается солнцем.
Номер №4
Какое соединение является источником углерода для сахаров, синтезированных в процессе фотосинтеза?
Решение
Углекислый газ ($CO_{2}$) является источником углерода для сахаров, синтезированных в процессе фотосинтеза.
Совершенствуемся. Номер №1
Сравните процессы хемосинтеза и фотосинтеза. Ответ представьте в виде таблицы.
РешениеПризнаки Фотосинтез Хемосинтез Производитель органического вещества Зеленые растения Бактерии−хемосинтетики (серобактерии, азот−бактерии) Исходный продукт Углекислый газ ($CO_{2}$) Аммиак ($NH_{3}$), сероводород $(H_{2}S)$ Конечный продукт Углевод Углеводы и побочные продукты Источник энергии Свет Окисление неорганических и органических соединений Пигменты Хлорофилл, фикобилины, каротиноиды Отсутствуют (организмы бесцветные) Номер №2
Сколько глюкозы, синтезируемой в процессе фотосинтеза, приходится на каждого из 7,3 млрд жителей Земли в год?
Решение
Дано:
На планете − 7,3 млрд людей
Синтез углеводов растениями за год − 130 000 млн т
Найти:
Кол−во глюкозы на каждого жителя − ?
Решение:
За год зеленые растения производят 130 000 млн т сахаров (углеводов).
130 000 000 000 : 7 300 000 000 = 17,8 млн т.− глюкозы на каждого человека в год.
Ответ: 17,8 млн т.
Номер №3
Используя ключевые слова параграфа, постройте основу схемы (ментальной карты), показывающей суть процесса фотосинтеза.
Решение
Номер №4
Установите правильную последовательность процессов фотосинтеза.
А) преобразование солнечной энергии в энергию АТФ
Б) образование возбуждённых электронов хлорофилла
В) фиксация углекислого газа
Г) образование крахмала
Д) преобразование энергии АТФ в энергию глюкозы
Решение
Ответ: 1 − Б, 2 − А, 3 − В, 4 − Д, 5 − Г. §24 Пластический обмен биосинтез белков
-
§24. Пластический обмен: биосинтез белков
§24. Вспомните. Номер №1
Из чего состоят белки?
Решение
Белки — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа−аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью.
Номер №2
Что такое аминокислота?
Решение
Аминокислоты — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.
Подумайте. Номер №1
Что произойдёт в клетке с синтезом белка, если один из нуклеотидов антикодона тРНК изменить?
Решение
С изменением нуклеотида антикодона тРНК изменится и комплементарная этому кодону аминокислота. Если аминокислота присоединится к полипептидной цепи, то это приведет к изменению строения белка и его функций.
Тренируемся. Номер №1
Что такое ген?
Решение
Часть молекулы ДНК, последовательность нуклеотидов в которой определяет последовательность аминокислот в данном белке, называют геном.
Номер №2
Какой процесс называют транскрипцией?
Решение
Синтез иРНК осуществляется в ядре с помощью фермента, называемого ДНК−зависимой РНК−полимеразой. Вновь синтезированная иРНК имеет нуклеотидный состав, комплементарный таковому участка молекулы ДНК, который выступает в роли матрицы. Таким образом, информация, имеющаяся в гене, переписывается на иРНК. Этот процесс называют транскрипцией.
Номер №3
Где и как происходит биосинтез белка?
Решение
Биосинтез белка состоит из двух этапов: транскрипция (образование информационной РНК по матрице ДНК, протекает в ядре клетки) и трансляция (эта стадия проходит в цитоплазме клетки на рибосомах).
Номер №4
Что такое стоп−кодон?
Решение
Стоп−кодон или кодон терминации — тройка нуклеотидных остатков в мРНК, кодирующая прекращение (терминацию) синтеза полипептидной цепи (трансляции). Стандартные стоп−кодоны — УАА, УАГ и УГА.
Номер №5
Сколько видов тРНК участвует в синтезе белков в клетке?
Решение
В синтезе белков в клетке участвуют 61 вид тРНК.
Номер №6
Из чего состоит полисома?
Решение
Полирибосома (или полисома, или эргосома) − это группа рибосом, связанных с молекулой мРНК подобно “бусинкам” на “нити”. Он состоит из комплекса молекулы мРНК и двух или более рибосом, которые действуют для трансляции инструкций мРНК в полипептиды.
Номер №7
Почему в различных клетках какого−либо организма работает только часть генов?
Решение
Различные клетки одного организма выполняют совершенно разные функции. Функции клетки реализовывают белки, информация про которые находится в генах. Соответсвенно, каждая клетка будет реализовывать только часть генов.
Номер №8
Может ли существовать клетка, не способная к самостоятельному синтезу веществ?
Решение
Такая клетка не может существовать, так как синтезированные вещества нужны для роста и развития клетки, а так же для обмена веществ, в результате клетка погибает.
Совершенствуемся. Номер №1
Установите последовательность аминокислот, которая зашифрована такой последовательностью нуклеотидов в иРНК:
—А—У—Г—Ц—А—У—У—Г—У—Ц—Г—А—Г—
Решение
В последовательности нуклеотидов АУГ−ЦАУ−УГУ−ЦГА зашифрована последовательность аминокислот Метионин− Гистидин−Цистеин−Аргинин.
Номер №2
Используя ключевые слова параграфа, постройте основу схемы (ментальной карты), показывающей суть регуляции транскрипции и трансляции.
Решение
§25 Регуляция транскрипции и трансляции в клетке и организме
-
§25. Регуляция транскрипции и трансляции в клетке и организме
§25. Вспомните. Номер №1
Почему в отдельной клетке многоклеточного организма используется только часть генов?
Решение
Каждая клетка имеет свои свойства и функции, которые реализуются благодаря ферментным системам (белкам). За синтез ферментов отвечают определенные гены, соответственно в различных клетках будут использоваться различные гены (их часть).
Номер №2
Из скольких видов аминокислот состоят белки?
Решение
В состав белков входит всего 20 типов аминокислот из 170, найденных в живых организмах.
Номер №3
У каких организмов генотип включает одну молекулу ДНК?
Решение
Одна молекула ДНК содержится в организмах прокариотов, либо в вирусных формах жизни.
Номер №4
Что такое генетический код?
Решение
Генетический код — совокупность правил, согласно которым в живых клетках последовательность нуклеотидов (генов и мРНК) переводится в последовательность аминокислот (белков).
Номер №5
Чем определяется специфичность каждого организма?
Решение
Биологическая специфичность — это совокупность характеристик живых организмов или составляющих живых организмов, которые являются особыми или делают что−то особенное. Каждый вид животных или растений является особенным, имеет свой уникальный набор генов, а также белков.
Подумайте. Номер №1
Что произошло бы с организмом, если бы не существовало процесса регуляции биосинтеза белка?
Решение
Если бы не существовало процесса регуляции биосинтеза белка, белки синтезировались бы в совершенно разных количествах, создавая избыток или недостаток белков. В итоге это привело бы к дисфункции клетки и ее гибели.
Номер №2
Может ли существовать клетка, не способная к самостоятельному синтезу веществ?
Решение
Клетка, не способная к самостоятельному синтезу веществ, не может существовать, так как синтезированные вещества нужны для роста и развития клетки, а так же для обмена веществ. В результате неспособности самостоятельного синтеза веществ клетка погибает.
Тренируемся. Номер №1
Что такое оперон?
Решение
Оперон — функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входят цистроны (гены, единицы транскрипции), кодирующие совместно или последовательно работающие белки и объединенные под одним (или несколькими) промоторами.
Номер №2
Какую роль играет рецептор в регуляторном механизме клетки?
Решение
Координация регуляторных процессов осуществляется на уровне целого организма — главным образом при помощи гормонов. Они вырабатываются как в клетках желёз внутренней секреции, так и в клетках многих других тканей, например нервной. Эти вещества связываются с особыми рецепторами, расположенными или на клеточной мембране, или внутри клетки. В результате взаимодействия рецептора с гормоном в клетке активируются или, наоборот, репрессируются те или иные гены. Это приводит к кардинальному изменению характера синтеза белков в данной клетке.
Номер №3
Какова роль гормонов в регуляторном механизме клетки?
Решение
Координация регуляторных процессов осуществляется на уровне целого организма — главным образом при помощи гормонов. Они вырабатываются как в клетках желёз внутренней секреции, так и в клетках многих других тканей, например нервной. Эти вещества связываются с особыми рецепторами, расположенными или на клеточной мембране, или внутри клетки. В результате взаимодействия рецептора с гормоном в клетке активируются или, наоборот, репрессируются те или иные гены. Это приводит к кардинальному изменению характера синтеза белков в данной клетке
Номер №4
Сколько генов приблизительно содержится в каждой клетке человека?
Решение
Организм человека состоит более чем из 200 млрд клеток и в каждой из них, по последним подсчётам исследователей, содержится до 120 тыс. генов.
Номер №5
Какие вещества в многоклеточном организме играют важнейшую роль в координации работы тысяч генов?
Решение
В координации работы тысяч генов участвуют белки (белки−рецеторы, ферменты и гормоны), также нуклеиновые кислоты.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя ключевые слова параграфа, постройте основу схемы (ментальной карты), отражающей суть процесса регуляции транскрипции.
Решение
Номер №2
Что будет, если у гена повредится промотор? Ответ обоснуйте.
Решение
Промотор − последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК−полимеразой как стартовая площадка для начала транскрипции. Если повредится промотор, то не состоится транскрипция, а затем и трансляция. Соответственно, синтез белка не осуществится. §26 Деление клетки Митоз
-
§26. Деление клетки. Митоз
§26. Вспомните. Номер №1
В каких частях растения клетки делятся наиболее часто?
Решение
Клетки растения наиболее часто делятся в области стебля, так как там состредоточена образовательная ткань.
Номер №2
Как размножается амёба?
Решение
Амёбы размножаются только бесполым путём. Оно происходит путём деления клетки надвое. До деления клетки ядро удваивается, чтобы каждая дочерняя клетка получила свою копию наследственной информации.
Подумайте. Номер №1
Почему эукариоты делятся при помощи сложного процесса митоза, а не простой перетяжкой, как прокариоты?
Решение
Эукариоты в своем строении значительно сложнее прокариотов. Митотическое деление дает возможность распредлять генетическую информацию поровну между дочерними клетками. И, соответственно, функции дочерних клеток остаются в полном порядке.
Номер №2
В чём состоит смысл программированной гибели клеток?
Решение
Апоптоз — естественный и необходимый процесс для поддержания гомеостаза в тканях и нормального развития многоклеточного организма. Апоптоз, чаще называемый программированной гибелью клетки, является энергетически активным, генетически контролируемым процессом, который избавляет организм от ненужных или поврежденных клеток.
Номер №3
Почему ядра некоторых клеток делятся путём амитоза?
Решение
В амитозе процессы, обеспечивающие равномерное распределение материала каждой хромосомы между двумя клетками, отсутствуют, также образуются многоядерные клетки или увеличивается их количество.
Тренируемся. Номер №1
Перечислите стадии митоза в их естественном порядке.
Решение
Последовательность стадий митоза:
1. Интерфаза
2. Профаза
3. Метафаза
4. Анафаза
5. Телофаза
Номер №2
В какой фазе происходит деление цитоплазмы клетки?
Решение
В телофазе происходит деление цитоплазмы — цитокинез (цитотомия), в результате которого образуются две дочерние клетки с набором 2n2c. В клетках животных цитокинез осуществляется стягиванием цитоплазмы, в клетках растений — формированием плотной клеточной стенки (которая растет изнутри наружу).
Номер №3
Что такое редупликация ДНК?
Решение
Удвоение молекулы ДНК называют репликацией или редупликацией. С помощью специальных ферментов двойная спираль материнской ДНК расплетается на две нити, на каждой образовавшейся нити достраивается вторая нить, образуя две идентичных дочерних молекулы ДНК, которые затем скручиваются в отдельные спирали. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение.
Номер №4
Что происходит в интерфазе для подготовки деления клетки?
Решение
Интерфаза — период клеточного цикла, подразделяющийся на $G_{1}$ −, $G_{0}$−, S− и $G_{2}$−фазы. Во время интерфазы клетка готовится к будущему делению: растёт, удваивает количество цитоплазмы, клеточных белков и органелл. В S−фазе происходит удвоение ДНК и центросом (клеточных центров).
Номер №5
В чём заключается биологическое значение митоза?
Решение
Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.
Совершенствуемся. Номер №1
Всегда ли в хромосоме две хроматиды? Ответ обоснуйте.
Решение
Нет, не всегда. До деления хромосома имеет одну хроматиду, но уже в синтетическом периоде интерфазы (S−фазе) генетический материал удваивается и у хроматиды появляется пара. Это нужно для равномерного распределения генетической информации между двумя дочерними клетками в процессе деления.
Номер №2
В чём состоят отличия митоза от амитоза? Представьте ответ в виде сравнительной таблицы.
РешениеПризнаки Амитоз Митоз Определение Прямое деление ядра Непрямое деление Образование хромосом Не образуются хромосомы Образуются хромосомы Веретено деления Не образуется Образуется Распределение генетической информации Наследственная информация распределяется неравномерно Наследственная информация распределяется равномерно Номер №3
В чём преимущество полового размножения перед бесполым? Ответ обоснуйте.
Решение
Преимущество полового размножения перед бесполым:
• Обмен наследственной информацией между особями одного вида.
• Широкая приспосабливаемость потомков к условиям среды.
• Организм получает признаки двух родителей.
• Источник наследственной изменчивости.
• Успех в борьбе за существование. §27 Деление клетки Мейоз Половые клетки
-
§27. Деление клетки. Мейоз. Половые клетки
§27. Вспомните. Номер №1
Как происходит половое размножение у растений и животных?
Решение
Половое размножение растений происходит с участием половых клеток — гамет. Системой органов полового размножения у покрытосеменных (цветковых) растений является цветок. Сперматозоиды подплывают к яйцеклеткам, которые остаются на взрослом растении, и оплодотворяют их. Из зиготы развивается дочернее растение, содержащее двойной набор хромосом, но это «растение» не покидает материнское и растет прямо на нем, а также питается за его счет.
У животных половым называется размножение при помощи специальных половых клеток – гамет. Мужские гаметы называются спермиями, или сперматозоидами, женские – яйцеклетками.
Номер №2
В каких случаях происходит мейоз?
Решение
Мейоз происходит при образовании половых клеток: гамет (у животных) или при образованиии гаплоидных спор у растений.
Номер №3
Какой набор хромосом называют диплоидным?
Решение
Организм, гаметические клетки которого содержат по одной копии каждой хромосомы (один набор хромосом), можно считать гаплоидным, в то время как соматические клетки, содержащие по две копии каждой хромосомы (два набора хромосом), являются диплоидными.
Подумайте. Номер №1
К чему приводит химическое и радиационное повреждение генетического аппарата половых клеток?
Решение
Химическое и радиационное повреждение генетического аппарата (ДНК) половых клеток приводит к мутациям, которые в будущем затронут зиготу. Эти мутации могут быть как несовместимы с жизнью (летальны), так и привести к уродствам и генетическим заболеваниям будущего организма.
Номер №2
При кроссинговере происходит обмен идентичными участками гомологичных хромосом. Какое значение может иметь это явление?
Решение
Процесс обмена идентичными участками гомологичных хромосом с содержащимися в них генами называют перекрестом хромосом или кроссинговером. В результате кроссинговера в гомологичных хромосомах возникают новые сочетания генов. Кроссинговер был обнаружен у всех организмов — животных, растений и микроорганизмов. Обмен идентичными участками мещду гомологичными хромосомами обеспечивает рекомбинацию генов. Это имеет большое значение для эволюции.
Тренируемся. Номер №1
Какое строение имеют яйцеклетки и сперматозоиды?
РешениеСперматозоид млекопитающих имеет форму длинной нити. Длина сперматозоида человека 50–60 мкм. В строении сперматозоида можно выделить «головку», «шейку», промежуточный отдел и хвостик. В головке находится ядро и акросома. Ядро содержит гаплоидный набор хромосом. Акросома — мембранный органоид, содержащий ферменты, используемые для растворения оболочек яйцеклетки. В шейке расположены две центриоли, в промежуточном отделе — митохондрии. Хвостик представлен одним, у некоторых видов — двумя и более жгутиками. Жгутик является органоидом движения и сходен по строению со жгутиками и ресничками простейших. Для движения жгутиков используется энергия макроэргических связей АТФ, синтез АТФ происходит в митохондриях.
Форма яйцеклеток обычно округлая. Размеры яйцеклеток колеблются в широких пределах — от нескольких десятков микрометров до нескольких сантиметров (яйцеклетка человека — около 120 мкм). К особенностям строения яйцеклеток относятся: наличие оболочек, располагающихся поверх плазматической мембраны и наличие в цитоплазме более или менее большого количества запасных питательных веществ.
Номер №2
В какую фазу мейоза происходит кроссинговер?
Решение
В профазе I деления мейоза происходит важнейший процесс, относящийся к генетической рекомбинации — кроссинговер, то есть обмен участками гомологичных хромосом. В результате этого процесса создаются новые комбинации генов в потомстве.
Номер №3
В чём отличие мейоза от митоза?
Решение
Отличие мейоза от митоза :
• В митозе одно деление, в мейозе − два.
• Митоз − вид клеточного деления, который происходит в процессе роста и развития организма, а мейоз − в процессе образования половых клеток.
• При митозе образуются две диплоидные клетки, а при мейозе − четыре гаплоидные клетки.
• Митоз лежит в основе бесполого размножения в отличие от мейоза.
• В результате митоза образуются генетически идентичные клетки, а в мейозе в следствие случайного расхождения хромосом и кроссинговера дочерние клетки генетически отличаются друг от друга.
Номер №4
Каково биологическое значение мейоза?
Решение
Образовавшиеся в результате мейоза клетки различаются своими хромосомными наборами, что обеспечивает разнообразие живых организмов. Число хромосом при мейозе уменьшается в два раза, что необходимо при половом размножении. Перекомбинация генов, осуществляемая в мейозе, приводит к внутривидовой изменчивости.
Совершенствуемся. Номер №1
Используя ключевые слова параграфа, постройте основу схемы (ментальной карты), отражающей суть полового размножения организмов.
Решение
Номер №2
Сопоставьте процессы образования мужских и женских половых клеток. Ответ оформите в виде таблицы.
РешениеСтадии Образование мужских половых клеток Образование женских половых клеток Период размножения Процесс идет с момента наступления половой зрелости до глубокой старости. Образовавшиеся клетки − сперматогонии. Процесс идет в период внутриутробного развития плода.Образовавшиеся клетки − овогонии. Период роста Постоянный процесс. Образовавшиеся клетки − сперматоцит I порядка. При наступлении менструального цикла. Образовавшиеся клетки − овоцит I порядка. Период созревания Произведены 4 клетки, которым надо только сформироваться для оплодотворения. Образовавшиеся клетки − сперматиды. Только 1 из 4 клеток становится жизнеспособной яйцеклеткой, а 3 оставшиеся образуют полярные тельца. Образовавшаяся клетка − яйцеклетка. Период формирования Клетки дозревают до оплодотворения. У сперматазоидов появляется хвостик для движения. Отсутствует. Номер №3
В чём преимущество полового размножения перед бесполым? Ответ обоснуйте.
Решение
Преимущество полового размножения перед бесполым заключаются в том, что происходит обмен наследственой информации между особями одного вида и объединение этой информации в новом организме. Также за счет увелечения разнообразия генов особи данного вида лучше приспосабливаются к условиям окружающнй среды.
Номер №4
Соматические клетки человека содержат 46 хромосом. Как изменится число хромосом и молекул ДНК в ядре при гаметогенезе перед началом деления и в конце телофазы мейоза I?
Решение
Перед началом деления идет интерфаза. В синтетический период в ней происходит удвоение молекул ДНК, генетический набор клетки становится − 46 хромосом 92 молекулы ДНК. А в конце телофазы мейоза происходит расхождение сестринских хромосом и генетический набор клетки становится − 23 хромосомы и 46 молекул ДНК. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
-
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Лабораторная работа №1. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «Механизмы саморегуляции»
Цель: провести исследование функций своего организма и объяснить полученные результаты с позиции понимания сущности механизмов саморегуляции.Ход работы:
1. Измерьте собственный пульс, находясь в состоянии покоя. Запишите результат в тетрадь.
2. Сделайте десять интенсивных и глубоких приседаний. Повторно измерьте пульс. Запишите полученные данные в тетрадь.
3. Сравните полученные результаты и сделайте вывод.
Решение
1. Мой пульс, находясь в состоянии покоя, составляет 58 ударов в минуту.
2. После нагрузки пульс − 100 ударов в минуту.
3. Вывод: мы видим, что после активной нагрузки пульс повышается. Повышается он за счет того, что кровь начинает течь по сосудам интенсивнее для питания тканей кислородом (эритроциты в крови переносят кислород).
Лабораторная работа №2. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «Обнаружение липидов с помощью качественной реакции»
Цель: показать наличие липидов в биологических объектах.
Оборудование: штатив с пробирками, водяная баня, мерный стакан объёмом 50 мл.
Реактивы: подсолнечное (или любое растительное) масло, 10 %−ный раствор гидроксида натрия, плод фенхеля.Ход работы:
1. В пробирку налейте 1 мл растительного масла, прибавьте щепотку ванилина и прилейте 4−5 капель 10 %−ного NaOH. Нагрейте на водяной бане. Наблюдается жёлто−оранжевая окраска.
2. Плод фенхеля поместите на поверхность дистиллированной воды, при этом он начнёт непрерывно вращаться.
3. Внесите на поверхность дистиллированной воды небольшое количество растительного масла − движение фенхеля мгновенно прекратится.
4. Запишите результаты эксперимента и сделайте вывод
Решение
1. В пробирке мы можем наблюдать желто−оранжевую окраску, так как это является качественной реакцией на липиды.
2. Плод фенхеля поместили на поверхность дистиллированной воды, при этом он начал непрерывно вращаться.
3. Внесли на поверхность дистиллированной воды небольшое количество растительного масла − движение фенхеля мгновенно прекратилось, так как растительное масло не растворяется в воде.
4. Вывод: этот опыт показывает наличие липидов в клетках организма.
Лабораторная работа №3. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «Обнаружение углеводов с помощью качественной реакции»
Выполните лабораторную работу «Обнаружение углеводов с помощью качественной реакции» на с. 200.
Цель: показать наличие углеводов в биологических объектах.
Оборудование: штатив с пробирками, пипетки ёмкостью 1 мл, водяная баня.
Реактивы: холодная вода со льдом, 1 %−ный раствор крахмала, 1 %−ный раствор иода в иодиде калия (раствор Люголя).Ход работы:
1. К 10—12 каплям 1 %−ного раствора крахмала прибавьте каплю раствора Люголя. Запишите результат.
2. Осторожно нагрейте раствор на водяной бане (100 °С). Отметьте, что произошло с раствором. Запишите результат.
3. Аккуратно поставьте пробирку в холодную воду со льдом. Что происходит с раствором по мере его охлаждения?
4. Сделайте вывод. Объясните сущность наблюдаемых процессов.
Решение
1. Мы видим, как крахмал окрасился в синий цвет (качественная реакция на крахмал).
2. В результате нагревания раствора произошло его обесцвечивание.
3. По мере охлаждения раствор становится синего цваета.
4. Вывод: качественной реакцией на крахмал является раствор люголя, содержащий йод. Если нам нужно узнать, находится ли в биологическом объекте углевод, мы можем провести реакцию с йодом. Синий цвет обозначает наличие углеводов.
Лабораторная работа №4. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 «Обнаружение белков с помощью качественной реакции»
Цель: показать наличие белков в биологических объектах.
Оборудование: штатив с пробирками, водяная баня, кристаллизатор со льдом, мерный стакан объёмом 50 мл.
Реактивы: куриное яйцо, концентрированная азотная кислота, раствор аммиака, гидроксид натрия, раствор медного купороса, вода.Ход работы:
1. Приготовьте раствор белка.
2. Ксантопротеиновая реакция. В пробирку налейте 2−3 мл раствора белка и добавьте несколько капель азотной кислоты. Соблюдайте технику безопасности при работе с химическими реагентами! Нагрейте содержимое пробирки, при этом образуется жёлтый осадок. Охладите смесь и добавьте раствор аммиака до перехода жёлтой окраски в оранжевую.
3. Биуретовая реакция. В пробирку налейте 2−3 мл раствора белка и 2−3 мл раствора гидроксида натрия, затем 1−2 мл раствора медного купороса. Появляется фиолетовое окрашивание.
4. Запишите результаты эксперимента и сделайте вывод.
Решение
После приготовления раствора белка и добавления азотной кислоты мы получаем ксантопротеиновую реакцию (качественную реакцию). В результате получается раствор желтого цвета.
При добавлении к раствору белка гидроксида натрия, а затем медного купороса мы получаем биуретовую реакцию, раствор становится васильково−фиолетовым.
Вывод: Ксантопротеиновая и биуретовая реакции являются качественными реакциями на белки. В результате мы можем узнать о присутствии белка в биологическом объекте.
Лабораторная работа №5. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 «Каталитическая активность ферментов (на примере амилазы)»
Цель: доказать каталитическое действие белков−ферментов, показать их высокую специфичность, а также зависимость их действия от условий среды.
Оборудование: штатив с пробирками, мерный цилиндр объёмом 50 мл, пипетки, водяная баня или термостат, термометр.
Реактивы: лёд, 1 %−ный раствор крахмала, 1 %−ный раствор иода в иодиде калия (раствор Люголя), 5 %−ный раствор сульфата меди(II), 10 %−ный раствор гидроксиданатрия, 2 %−ный раствор сахарозы, 0,2 %−ная соляная кислота, свежий 3 %−ный раствор пероксида водорода.Ход работы:
1. Приготовление раствора слюны, содержащего фермент амилазу.
− Тщательно прополощите рот водой.
− Наберите 2−4 мл слюны в мерный цилиндр.
− Добавьте в цилиндр воды до объёма 10 мл.
2. В две пронумерованные пробирки налейте по 10 капель раствора крахмала.
3. В пробирку № 1 внесите четыре капли воды (контроль), а в пробирку № 2 − 4 капли раствора слюны.
4. Перемешайте и поставьте на водяную баню или в термостат на 15 мин при температуре 37 °С.
5. Из пробирки № 2 возьмите четыре капли исследуемого вещества и внесите их вдве разные пробирки (по две капли в каждую). В одну из них добавьте каплю раствора иода в иодиде калия. В другую − каплю раствора сульфата меди (II) и четыре капли раствора гидроксида натрия и осторожно нагрейте до кипения. Те же действия проделайте с содержимым контрольной пробирки (№ 1).
6. Оформите полученные результаты в виде таблицы.
7. Сделайте вывод на основе проведённого исследования.
Решение
Пробирка Результат Результат после закипания
№ 2.1 − с каплей раствора йода в иодиде калия Мы наблюдаем красное окрашивание с расщеплением крахмала После закипания цвет исчезает (раствор обесцвечивается)
№ 2.2 − с каплей раствора сульфата меди (II) и 4−мя каплями раствора гидроксида натрия Мы видим синее окрашивание Появление желтого осадка, который становится красно−коричневым
№ 1.1 − с каплей раствора йода в йодиде калия Появляется васильковое окрашивание в результате образования комплексного соединения Обесцвечивание раствора
№ 1.2 − с каплей раствора сульфата меди (II) и 4−мя каплями раствора гидроксида натрия Раствор становится мутным Раствор становится черного цвета
Вывод: в данном случае белок амилаза представляет собой фермент, который расщепляет (гидролизует) крахмал до мономеров. Данный фермент действует в зависимости от условий среды (температура).
Лабораторная работа №6. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 «Выделение ДНК из ткани печени»
Метод основан на способности ДНП (дезоксинуклеопротеида) растворяться в солевых растворах большой ионной силы и выпадать в осадок при снижении их концентрации.
Цель: выделить из клеток печени ДНП−соединение, состоящее из ДНК и белков.
Оборудование: ступка с пестиком, мелкий песок, кристаллизатор, мерный цилиндр объёмом 50 мл, деревянные палочки с насечками, водяная баня, марля для фильтрования.
Реактивы: хлорид натрия (5 %−ный раствор, содержащий 0,04 % нитрата натрия), дистиллированная вода, печень свежая или мороженая.
Ход работы:
1. 2—3 г ткани печени тщательно разотрите в ступке с песком, постепенно приливая 35—40 мл раствора хлорида натрия.
2. Из двух слоёв марли сделайте фильтр и пропустите через него полученный вязкий раствор в кристаллизатор.
3. Цилиндром отмерьте шестикратный (по отношению к фильтрату) объём дистиллированной воды и медленно добавьте её в фильтрат.
4. Возьмите деревянную палочку и намотайте на неё образовавшиеся нити ДНП.
5. Сделайте вывод.
Решение
Вывод: в результате выпадения белых нитей дезоксирибонуклеопротеидов в осадок в солевых растворах, мы понимаем, что клетки печени очень богаты нуклеопротеидами.
Лабораторная работа №7. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 «Сравнение строения клеток растений, животных, грибов и бактерий под микроскопом на готовых микропрепаратах и их описание»
Цель: на основе изучения клеток разных организмов выявить основные черты сходства и различия в их строении.
Оборудование: микроскоп, готовые микропрепараты клеток растений, животных, грибов и бактерий.
Ход работы:
1. Настройте микроскоп на малое увеличение и рассмотрите готовые микропрепараты.
2. Зарисуйте увиденное.
3. Переведите настройки микроскопа на большое увеличение и снова рассмотрите клетки организмов. Сделайте соответствующие рисунки.
4. Сделайте вывод на основе проведённого исследования.
Решение
Вывод: при малом увелечении мы можем увидеть только основные структуры клетки (ядро, плазматическая мембрана и цитоплазма), но не мембранные органоиды. В случае большего увлелечения мы можем наблюдать ЭПС, аппарат Гольджи, митохондрии и другие органоиды клетки.
Лабораторная работа №8. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 «Наблюдение плазмолиза и деплазмолиза в клетках кожицы лука»
Цель: познакомиться с явлением плазмолиза растительной клетки.
Оборудование: микроскоп, покровные и предметные стёкла, препаровальная игла, пипетка, фильтровальная бумага, репчатый лук.
Реактивы: вода, дистиллированная вода, раствор иода, 3 %−ный раствор хлорида натрия.
Ход работы:
1. Приготовьте временный препарат растительной клетки. Для этого отделите от кусочка луковицы мясистую чешуйку. Пинцетом снимите с внутренней стороны чешуйки тонкую плёнку. Положите кусочек плёнки на предметное стекло, нанесите на него каплю раствора иода и накройте покровным стеклом.
2. Рассмотрите препарат при малом, а затем при большом увеличении. Найдите клеточную стенку, окрашенное иодом ядро (возможно, и ядрышки), цитоплазму, неокрашенные вакуоли. Зарисуйте и подпишите увиденное.
3. Нанесите на один край покровного стекла 3 %−ный раствор хлорида натрия, а с противоположной стороны положите полоску фильтровальной бумаги, которая впитает часть воды. Наблюдайте за состоянием цитоплазмы в клетках (при большом увеличении). Вода из цитоплазмы клетки будет переходить в окружающую среду. Объём цитоплазмы при этом уменьшится, и она начнёт отходить от клеточных стенок. Постепенно цитоплазма примет форму шара. Это явление называют плазмолизом. Зарисуйте увиденное, объясните происходящий процесс.
4. Добавьте под покровное стекло дистиллированную воду. Что происходит с цитоплазмой? Это явление называют деплазмолизом. Зарисуйте увиденное.
5. Сделайте вывод.
РешениеПлазмолиз происходит в результате того, что под воздействием более концентрированного внешнего раствора вода выходит из клетки. При помещении клетки в чистую воду или слабоконцентрированный раствор вода поступает в клетку. объем вакуоли возрастает, клеточный сок давит на цитоплазму и прижимает ее к клеточной оболочке. под влиянием внутреннего давления клеточная стенка растягивается, а клетка переходит в напряженное состояние (тургор).
Деплазмолиз – процесс, обратный плазмолизу, проявляющийся в восстановлении нормального состояния клетки при перенесении ее в чистую воду.
Вывод: клетка является эластичной и достаточно прочной, так она способна в гипертоническом растворе отставать от оболочки клетки, а в гипотоническом вновь восстанавливать первоначальное положение. Плазмолиз и деплазмолиз можно наблюдать только в живых клетках.
Лабораторная работа №9. Номер №1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9 «Приготовление, рассматривание и описание микропрепаратов клеток растений»
В растительных клетках пигменты, окрашивающие в яркие цвета цветки и плоды покрытосеменных растений, содержатся не только в пластидах, но и в растворе, заполняющем крупные клеточные вакуоли.
Цель: развить умение работать с лабораторным оборудованием, освоить технику приготовления временных микропрепаратов, изучить строение клеток, сделать описание.
Оборудование: микроскоп, предметные и покровные стёкла, пипетки, пинцеты, скальпели, биологический материал (кусочки яблока, томата, мякоть арбуза).
Реактивы: вода.
Ход работы:
1. Приготовьте препараты клеток мякоти яблока, томата, арбуза. Для этого в каплю воды на предметном стекле перенесите частицу мякоти плода, разделите её на клетки и накройте покровным стеклом.
2. Рассмотрите препарат под микроскопом. Найдите в клетках вакуоли, отметьте их окраску.
3. Зарисуйте строение клеток.
4. Сделайте вывод.
Решение
Клетки мякоти томата на которых мы можем видеть небольшие темно−красные очертания вакуолей:На препарате мы видим что у вакуолей есть окраска (они заметны на фоне границ окраски других частей клетки).
Вывод: сок в вакуолях также влияет на окраску плода растения, помимо пластид, содержащихся в растительной клетке. Пигменты клеточного сока (антоцианы, флавоноиды) окрашивают органы растений в красный, розовый, синий, голубой, желтый и бурый цвета.
