Материал: bio_otvety_2016-17

1) Определение биологии как науки. Предмет и методы биологии. Значение достижений фундаментальной биологии (геномики, протеиномики, метаболиомики) для медицины на современном этапе.

Биология — наука о жизни. Она изучает жизнь как особую форму движения материи,

законы ее существования и развития. Современная биология представляет собой систему наук о живой природе. Общие закономерности развития живой природы, раскрывающие сущность жизни, ее формы и развитие, рассматривает общая биология. Соответственно объектам изучения - животным, растениям, вирусам — существуют специальные науки, изучающие каждую из названных групп организмов.

Основными частными методами в биологии являются:

Описательный (заключается в сборе и описании фактов);

Экспериментальный (изучение явления природы в заданных условиях);

Моделирование (позволяет описывать сложные природные явления с помощью относительно простых моделей);

Исторический (изучает ход развития исследуемого объекта);

Сравнительный (основан на анализе сходств и различий изучаемых объектов).

Геномика — раздел молекулярной генетики, посвящённый изучению генома и генов живых организмов. Геномика человека является основой молекулярной медицины и имеет важнейшее значение для разработки методов диагностики, лечения и профилактики наследственных и ненаследственных болезней. Для медицины первостепенное значение имеют исследования в области геномики патогенных микроорганизмов, поскольку они проливают свет на природу инфекционного процесса и создание лекарств, направленных на специфические мишени бактерий.

Протеомика — наука, основным предметом изучения которой являются белки, их функции и взаимодействия в живых организмах, в том числе — в человеческом. Основная задача протеомики — количественный анализ экспрессии белков в клетках в зависимости от их типа, состояния или влияния внешних условий. Сравнение протеомов здорового и больного пациентов позволяет выявить конкретные белки, потенциально вовлеченные в развитие болезни, которые в дальнейшем могут стать мишенями для новых лекарственных препаратов. Кроме того, если такие белки уже известны, анализ протеома может использоваться как метод ранней диагностики. Анализ протеома дает больше информации, чем сравнение уровня экспресии по мРНК, так как учитывает еще и посттрансляционные модификации и альтернативный сплайсинг.

Метаболомика - это научное изучение химических процессов, в которые вовлечены метаболиты. Каждый процесс, протекающий в клетках живых организмов, требует энергии. Эта энергия высвобождается из питательных веществ и тратится на синтез новых, механическую работу, процессы терморегуляции и т.д. в процессах метаболизма. Биохимия часто подразумевает расшифровку метаболических путей, по которым питательные вещества и энергия перемещаются в клетках организма.

Традиционно такой анализ осуществляли путем измерения активности отдельных ферментов или уровней отдельных химических соединений (метаболитов) в биологическом образце. Данный подход обеспечил ряд наиболее серьезных достижений в биологии, однако он требует очень больших временных затрат и имеет свои ограничения. Метаболомика, напротив, позволяет нам одновременно измерять уровни сотен или тысяч химических соединений, что обеспечивает получение гораздо более подробной картины обмена веществ. Этот потенциал и универсальность открывают перед метаболомикой широкий спектр возможных областей применения.

2)Определение жизни. Фундаментальные свойства живого. Эволюционно-обусловленные уровни организации живого. Современные теории и главные этапы возникновения и развития жизни на Земле.

Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка.(Ф. Энгельс)

Фундаментальные свойства живого:

Самообновление. Связано с потоком вещества и энергии. Основу обмена веществ составляют сбалансированные и четко взаимосвязанные процессы ассимиляции (анаболизм, синтез, образование новых веществ) и диссимиляции (катаболизм, распад).

Самовоспроизведение. Обеспечивает преемственность между сменяющимися генерациями биологических систем. Это свойство связано с потоками информации, заложенной в структуре нуклеиновых кислот.

Саморегуляция. Базируется на совокупности потоков вещества, энергии и информации через живой организм;

Раздражимость. Связана с передачей информации извне в любую биологическую систему и отражает реакцию этой системы на внешний раздражитель.

Наследственность. Обеспечивает преемственность между поколениями .

Изменчивость. Cпособность приобретать новые признаки и утрачивать прежние. Результатом оказывается разнообразие особей, принадлежащих к одному и тому же виду.

Развитие – онто- и филогенез.

Адаптация - способность живого организма постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям существования в окружающей среде.

Движение, т. е. пространственное перемещение всего организма или отдельных частей их тела.;

Дискретность и целостность. Любая биологическая система состоит из отдельных частей т. е. дискретна. Но взаимодействие этих отдельных частей образует целостную систему.

Уровни организации живого:

Молекулярный уровень.

Клеточный уровень.

Тканевый уровень.

Органный уровень.

Организменный уровень

Популяционно-видовой уровень организации характеризуется объединением родственных особей в популяции, а популяций - в виды, что приводит к возникновению новых свойств системы. Основные свойства этого уровня: рождаемость, смертность, выживание, структура (половая, возрастная, экологическая), плотность, численность, функционирование в природе. Основная стратегия популяционно-видового уровня проявляется в более полном использовании возможностей среды обитания, в стремлении к возможно более длительному существованию, в сохранении свойств вида и самостоятельном развитии;

Биогеоценотический (экосистемный) уровень Данный уровень характеризуется множеством свойств. К ним относятся: структура экосистемы, видовой и количественный состав ее населения, типы биотических связей, пищевые цепи и сети", трофические уровни, продуктивность, энергетика, устойчивость и др.

Биосферный уровень. Самый высокий уровень организации жизни. Основными структурными единицами этого уровня являются биогеоценозы (экосистемы) и окружающая их среда.

Теории возникновения жизни:

Креационизм (лат. сгеа — создание). Согласно этой концепции, жизнь и все населяющие Землю виды живых существ являются результатом творческого акта высшего существа в какое-то определенное время.

Самопроизвольное (спонтанное) зарождение. Идеи происхождения живых существ из неживой матёрии .

Гипотеза панспермии. Согласно этой гипотезе жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью

Гипотеза биохимической эволюции. В 1924 г. биохимиком А. И. Опариным, а

позднее английским ученым Дж. Холдейном (1929) была сформулировала гипотеза, рассматривающая жизнь как результат длительной эволюции углеродных соединений. Современная теория возникновения жизни на Земле, называемая теорией биопоэза, была сформулирована в 1947 г. английским ученым Дж. Берналом.

Этапы позникновения жизни на Земле:

Синтез низкомолекулярных органических соединении (биологических мономеров) из газов первичной атмосферы.

Образование биологических полимеров.

Формирование фазообособленных систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами (протобионтов).

Возникновение простейших клеток.

Первые три этапа относят к периоду химической эволюции, а с четвертого начинается эволюция биологическая.

3)Клетка как открытая система. Поток информации, энергии и вещества в клетке. Роль внутриклеточных структур в энергетическом и пластическом обмене.

Клетка — открытая система, связанная с окружающей средой обменом веществ и энергии. Это функциональная система, в которой каждая молекула выполняет определенные функции. Клетка обладает устойчивостью, способностью к саморегуляции и самовоспроизводству.

Благодаря наличию потока информации клетка на основе многовекового эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, а также передает в ряду поколений.

Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспечивается механизмами энергоснабжения —брожением, фотоили хемосинтезом, дыханием.

Потоки информации, энергии и веществ осуществляются непрерывно и составляют необходимое условие сохранения клетки как живой системы.

Роль внутриклеточных структур в энергетическом и пластическом обмене:

Благодаря наличию потока информации клетка приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, передает в ряду поколений. В этом потоке участвуют ядро, макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму (мРНК), цитоплазматический аппарат транскрипции (рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты активации аминокислот). Позже полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную и четвертичную структуру, и используется в качестве катализаторов или структурных белков. Также функционируют геномы митохондрий, а в зеленых растениях — и хлоропластов.

4)Клеточный цикл, его периодизация. Митотический цикл, его механизмы. Регуляция митоза. Апоптоз и некроз, их значения в медицине. Проблема клеточной пролиферации в медицине.

Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов:

Период клеточного роста, называемый «интерфаза», во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки.

Период клеточного деления, называемый «метозом» (от слова mitosis — митоз).

Интерфаза состоит из нескольких периодов:

G1фаза - начального роста, во время которой идет синтез мРНК, белков, других клеточных компонентов;

S-фаза во время которой идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит удвоение центриолей

G2-фазы, во время которой идет подготовка к митозу.

У дифференцировавшихся клеток, которые более не делятся, в клеточном цикле может отсутствовать G1 фаза. Такие клетки находятся в фазе покоя G0.

Период клеточного деления (фаза М) включает две стадии:

кариокинез (деление клеточного ядра);

цитокинез (деление цитоплазмы).

Митоз

Пролиферация. Размножение тканей организма путём размножения клеток митозом.

Роль внутриклеточных регуляторов играют специфические белки цитоплазмы. В течение каждого клеточного цикла существуют несколько критических точек, соответствующих переходу клетки из одного периода цикла в другой. При нарушении внутренней системы контроля клетка под влиянием собственных факторов регуляции элиминируется апоптозом, либо на некоторое время задерживается в одном из периодов цикла.

Апоптоз – запрограмированная гибель клетки. Пример нарушения апаптоза - синдактилия Некроз — гибель клеток и тканей в результате патологических воздействий. Причины некроза разнообразны. например пролежни.

5. Химическая организация генетического материала. Структура ДНК и РНК. Виды РНК. Уровни компактизации генетического материала и их роль в выполнении функций хромосом в клеточном цикле.

Молекула нуклеиновой кислоты представляет собой полимер (полинуклеотид), состоящий из последовательно соединенных друг с другом мономеров (нуклеотидов). В свою очередь, каждый нуклеотид представляет собой соединение, в котором присутствуют три различные молекулы:

остаток фосфорной кислоты (фосфат), углевод (пентоза) и азотистое основание (пуриновое либо пиримидиновое). Следует отметить, что нуклеотиды молекул ДНК (дезоксирибонуклеотиды) содержат углевод дезоксирибозу и одно из четырех азотистых оснований — аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц), В состав нуклеотидов РНК (рибонуклеотидов) входит рибоза и также— аденин, гуанин, урацил (У) и цитозин.

Виды РНК:

1)информационная РНК, которая кодирует наследственную информацию с ДНК и переносит ее к месту сборки белка;

2)транспортная РНК, которая присоединяет аминокислоты и переносит их к месту сборки белка;

3)рибосомальная РНК, которая входит в состав рибосом.

Уровни компактизации генетического материала:

Нить ДНК претерпевает пять уровней :

1) Первый уроыень компактизации хромосом считается нуклеосомный. Нуклеосома представляет собой структурную единицу хромосомы обр. компактизацией ДНК с гистоновыми белками Н2А, Н2В, НЗ, Н4 (по две молекулы каждого). Хроматин на этой стадии имеет вид «бусин», нанизанных на «нить» Такая структура обеспечивает компактизацию примерно в 6—7 раз.

2) Вторая ступень компактизации - формирование хроматиновой фибриллы диаметром 30 нм. В этом процессе участвует гистон HI, который сворачивает нуклеосомную фибриллу в спираль.Уровень компактизации на этом этапе достигает примерно 40.

3) Третий этап — петельно-доменный — наиболее сложный. Соленоидная фибрилла складывается, образуя петли различной длины. Общий уровень компактизации возрастает до 1000.

4) На четвертом этапе компактизации 300 нм-фибриллы дополнительно сворачиваются, образуя хроматиды диаметром примерно 600-700 нм.

5) Пятая ступень компактизации (в 7000 раз) характерна для метафазной хромосомы;