Биология как наука. Методы научного познания

1. Какой из перечисленных ниже процессов характерен только для животных?

1) образование органических веществ из неорганических на свету

2) восприятие раздражений из окружающей среды и преобразование их в нервные импульсы

3) поступление веществ в организм, их преобразование и удаление конечных продуктов жизнедеятельности

4) поглощение кислорода и выделение углекислого газа в процессе дыхания

2. Какое свойство организмов обеспечивает преемственность жизни на Земле?

1) обмен веществ

2) раздражимость

3) размножение

4) изменчивость

3.Укажите признак, характерный только для царства животных.

1) дышат, питаются, размножаются

2) состоят из разнообразных тканей

3) обладают раздражимостью

4) имеют нервную ткань

4. Русский биолог Д.И. Ивановский, изучая заболевание листьев табака, открыл

1) вирусы

2) простейших

3) бактерии

5.Развитие организма животного от момента образования зиготы до рождения изучает наука

1) генетика

2) физиология

3) морфология

4) эмбриология

6.Строение и распространение древних папоротниковидных изучает наука

1) физиология растений

2) экология растений

3) палеонтология

4) селекция

7. Какая наука изучает многообразие организмов и объединяет их в группы на основе родства?

1) морфология

2) систематика

3) экология

4) физиология

8.Для изучения строения молекул полисахаридов и их роли в клетке используют метод

1) биохимический

2) электронной микроскопии

3) цитогенетический

4) световой микроскопии

9.Способность организма отвечать на воздействия окружающей среды называют

1) воспроизведением

2) эволюцией

3) раздражимостью

4) нормой реакции

10. Генеалогический метод использует наука

1) морфология

2) биохимия

3) генетика

4) эмбриология

11.Изучение сортового и видового разнообразия растений – задача науки

1) палеонтологии

2) биогеографии

3) экологии

4) селекции

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

1) клеточный

2) популяционно-видовой

3) биогеоценотический

4) биосферный

13.Обмен веществ характерен для

1) тел неживой природы

2) бактериофагов

3) вирусов гриппа

4) водорослей

14. На каком уровне организации происходит реализация наследственной информации?

1) биосферном

2) экосистемном

3) популяционном

4) организменном

15.Наука, классифицирующая организмы на основе их родства, –

1) экология

2) систематика

3) морфология

4) палеонтология

16.Высшим уровнем организации жизни является

1) организм

2) экосистема

3) биосфера

4) популяция

17. Генные мутации происходят на уровне организации живого

1) организменном

2) популяционном

3) видовом

4) молекулярном

18.Получением высокоурожайных полиплоидных растений занимается наука

1) селекция

2) генетика

3) физиология

4) ботаника

19.Выведением новых высокопродуктивных штаммов микроорганизмов занимается наука

1) генетика

2) биохимия

3) цитология

4) селекция

20. Какие методы используют для изучения строения и функций клетки?

1) генная инженерия

2) микроскопирование

3) цитогенетический анализ

4) культуры клеток и тканей

5) центрифугирование

6) гибридизация

21. Методы выведения новых пород животных разрабатывает наука

1) генетика

2) микробиология

3) селекция

4) физиология животных

22. Генетика имеет большое значение для медицины, так как она

1) устанавливает причины наследственных заболеваний

2) создает лекарства для лечения больных

3) ведет борьбу с эпидемиями

4) защищает окружающую среду от загрязнения мутагенами

23. Главный признак живого –

1) движение

2) увеличение массы

3) обмен веществ

4) преобразование веществ

24. Изучать структуру органоидов клетки позволяет метод

1) светового микроскопирования

2) электронного микроскопирования

3) центрифугирования

4) культуры тканей

25.Процессы экологического и географического видообразования исследует наука

1) генетика

2) селекция

3) об эволюции

4) систематика

26. Изучением влияния загрязнений на окружающую среду занимается наука

1) физиология

2) экология

3) биогеография

4) селекция

27. По каким признакам живые организмы отличаются от тел неживой природы?

1. единство химического состава (С, Н.О, N – 98 %, образуют белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты

2. клеточный принцип организации (клетка – структурная и функциональная единица живого. Исключение составляют вирусы, не имеющие клеточного строения, но не способные к размножению вне клетки)

3. энергозависимость

4.открытость

5. обмен веществ (дыхание, питание, выделение)

6. раздражимость (таксисы у простейших, тропизмы и настии у растений, рефлексы у животных)

7. саморегуляция

8. наследственность (способность передавать признаки от предков к потомкам)

9. изменчивость (способность приобретать новые признаки)

10. Рост (количественные изменения)

11. развитие (качественные изменения). Онтогенез – индивидуальное развитие. Филогенез – историческое развитие

12. ритмичность (фотопериодизм)

13. дискретность (способность состоять из отдельных частей, взаимосвязанных друг с другом и формирующих единое целое)

28. В цитологии используют метод

1) гибридологического анализа

2) искусственного отбора

3) электронной микроскопии

4) близнецовый

29.Клевер красный, занимающий определенный ареал, представляет собой уровень организации живой природы

1) организменный

2) биоценотический

3) биосферный

4) популяционно-видовой

30. Эмбриология – наука, которая изучает

1) ископаемые остатки организмов

2) причины мутаций

3) законы наследственности

4) зародышевое развитие организмов

31. Какая наука изучает строение и функции клеток организмов разных царств живой природы?

1) экология

2) генетика

3) селекция

4) цитология

31.Основная задача систематики – изучение

1) этапов исторического развития организмов

2) отношений организмов и окружающей среды

3) приспособленности организмов к условиям обитания

4) организмов и объединение их в группы на основе родства

33.На каком уровне организации живого осуществляется в природе круговорот веществ?

1) клеточном

2) организменном

3) популяционно-видовом

4) биосферном

34.Увеличение массы и размеров тела в онтогенезе человека –

1) размножение

2) развитие

3) рост

4) эволюция

35.Для живых объектов природы, в отличие от неживых тел, характерно

1) уменьшение веса

2) перемещение в пространстве

3) дыхание

4) растворение веществ в воде

36. Для выявления изменений, происходящих в живой клетке в процессе митоза, используется метод

1) микроскопии

2) пересадки генов

3) конструирования генов

4) центрифугирования

37. Ископаемые остатки организмов изучает наука

1) биогеография

2) эмбриология

3) сравнительная анатомия

4) палеонтология

38. Наука о многообразии организмов и распределении их по родственным группам –

1) цитология

2) селекция

3) систематика

4) биогеография

39.В какой микроскоп можно увидеть внутреннее строение хлоропластов?

1) школьный

2) световой

3) бинокулярный

4) электронный

40.Один из признаков отличия живого от неживого – это способность к

1) изменению размеров

2) самовоспроизведению

3) разрушению

41.Изучение строения мельчайших органоидов клетки и крупных молекул стало возможным после изобретени 1) ручной лупы

2) электронного микроскопа

3) штативной лупы

4) светового микроскопа

42.Наука, изучающая сходство и различие зародышей позвоночных, –

1) биотехнология

2) генетика

3) анатомия

4) эмбриология

43.Близнецовый метод используется в науке

1) селекции

2) генетике

3) физиологии

4) цитологии

44.Образование новых видов организмов происходит на уровне организации живого

1) организменном

2) популяционно-видовом

3) биогеоценотическом

4) биосферном

45.Какая наука занимается проблемами взаимосвязи организмов между собой и их средой обитания?

1) палеонтология

2) эмбриология

3) экология

4) селекция

46.Какому уровню организации живого свойственны хромосомные мутации?

1) организменному

2) видовому

3) клеточному

4) популяционному

47.В световой микроскоп можно увидеть

1) деление клетки

2) биосинтез белка

3) рибосомы

4) молекулы АТФ

48.Первичную, вторичную, третичную структуры белка изучают на уровне организации живого

1) тканевом

2) молекулярном

3) организменном

4) клеточном

49.Причины комбинативной изменчивости изучают

1) генетики

2) палеонтологи

3) экологи

4) эмбриологи

50.Какой метод исследования используют в цитологии?

1) гибридологический

2) центрифугирования

3) генеалогический

4) инбридинг

51.Какой признак живого характерен для вирусов?

1) раздражимость

2) возбудимость

3) обмен веществ

4) воспроизведение

52.Нарушения углеводного обмена у человека исследуют с помощью метода

1) цитогенетического

2) генеалогического

3) экспериментального

4) биохимического

53.Особенности процессов онтогенеза изучает наука

1) систематика

2) селекция

3) эмбриология

4) палеонтология

54.Использование в цитологии современных методов исследования позволило изучить строение и функции

1) организма растений

2) органов животных

3) органоидов клетки

4) систем органов

55.Какие органоиды были обнаружены в клетке с помощью электронного микроскопа?

1) рибосомы

3) хлоропласты

4) вакуоли

56.В основе разделения органоидов методом центрифугирования лежат их различия по

1) размеру и массе

2) строению и составу

3) выполняемым функциям

4) расположению в цитоплазме

57.Созданием новых особей из комбинированных клеток занимается

1) цитология

2) микробиология

3) клеточная инженерия

4) генная инженерия

58.Наука, изучающая роль митохондрий в метаболизме, –

1) генетика

2) селекция

3) органическая химия

4) молекулярная биология

59. Начальные стадии онтогенеза позвоночных животных изучает наука

1) морфология

2) генетика

3) эмбриология

Запишите сначала номер задания (36, 37 и т. д.), затем подробное решение. Ответы записывайте чётко и разборчиво.

Малярия – заболевание человека, в результате которого развивается малокровие. Кем оно вызывается? Объясните причину малокровия.

Показать ответ

Малярия вызывается малярийным плазмодием. Переносчик плазмодия – комар. Заражённый комар кусает человека, возбудитель малярии проникает в кровь человека и начинает активно размножаться в эритроцитах, разрушая их. Снижение содержания эритроцитов в крови и есть одна из причин малокровия.

Какой орган человека обозначен на рисунке цифрой 4? Какое строение он имеет? Объясните выполняемые им функции, исходя из его строения.

Показать ответ

Цифрой 4 на рисунке обозначена трахея. Это трубка, по которой при дыхании идет воздух. Она окружена хрящевыми полукольцами, которые поддерживают форму трахеи, но при этом не пережимают пищевод, прилежащий к трахее сзади.

Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1. Полисахарид целлюлоза выполняет в клетке растения резервную, запасающую функцию. 2. Накапливаясь в клетке, углеводы выполняют главным образом регуляторную функцию. 3. У членистоногих полисахарид хитин формирует покровы тела. 4. У растений клеточные стенки образованы полисахаридом крахмалом. 5. Полисахариды обладают гидрофобностью. 6. По функциональным свойствам полисахариды подразделяются на три группы: структурные, водорастворимые и резервные.

Показать ответ

Ошибки допущены в следующих предложениях:

1 – Полисахарид целлюлоза выполняет в клетке растения строительную функцию.

2 – Основная функция углеводов – энергетическая.

4 – У растений клеточная стенка образована полисахаридом целлюлозой.

Где расположены центры нервной регуляции мочеиспускания в организме человека? Как осуществляется нервная регуляция этого процесса?

Показать ответ

1. Центры нервной регуляции мочеиспускания расположены в крестцовом отделе спинного мозга, а высшие центры мочеиспускания – в лобных долях больших полушарий головного мозга.

2. Мочеиспускание – рефлекторный процесс. При накоплении в мочевом пузыре мочи стенки пузыря растягиваются, что вызывает раздражение рецепторов. Нервные импульсы направляются в центр мочеиспускания, находящийся в крестцовом отделе спинного мозга. Из спинного мозга по волокнам парасимпатических тазовых нервов поступают сигналы, вызывающие одновременное сокращение мускулатуры стенок пузыря и раскрытие сфинктеров мочеиспускательного канала.

Какие ароморфозы в процессе эволюции появились у папоротниковидных по сравнению с моховидными и позволили им завоевать сушу? Приведите не менее четырёх признаков. Ответ поясните.

Показать ответ

1. Преобладание спорофита над гаметофитом

2. Появление сосудистой системы

3. Корни для водного и минерального питания

4. Листья выполняют одновременно две функции – спороношение и фотосинтез

В результате мутации во фрагменте молекулы белка аминокислота треонин (тре) заменилась на глутамин (глн). Определите аминокислотный состав фрагмента молекулы нормального и мутированного белка и фрагмент мутированной иРНК, если в норме иРНК имеет последовательность: ГУЦАЦАГЦГАУЦААУ. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Правила пользования таблицей

ПОЛИСАХАРИДЫ (гликаны), полимерные углеводы, молекулы которых построены из моносахаридных остатков, соединенных гликозидными связями.

Степень полимеризации полисахаридов составляет от 10-20 до нескольких тысяч остатков. Каждый моносахаридный остаток в составе полисахарида может находиться в пиранозной или фуранозной форме и иметь а- или р-конфигурацию гликозидного центра. Моносахаридный остаток способен образовывать одну гликозидную связь с соседним моносахаридом, но может предоставить неск. гидроксильных групп для присоединения др. моносахаридов. В соответствии с этим, как и в случае олигосахаридов, молекулы полисахарида могут быть линейными или разветвленными. Линейные полисахариды имеют один невосстанавливающий и один восстанавливающий конец; в разветвленных полисахаридах также м.б. только один восстанавливающий конец, тогда как число невосстанавливающих концевых моносахаридных остатков на 1 превышает число разветвлений. Благодаря гликозидной гидроксигруппе восстанавливающего конца молекулы П. могут присоединяться к молекулам неуглеводной природы, напр. к белкам и пептидам с образованием гликопротеинов и протеогликанов, к липидам с образованием липополисахаридов и гликолипидов и т.д.; в сравнительно редких случаях наблюдается образование циклических полисахаридов.

Гидрокси-, карбокси- и аминогруппы моносахаридных остатков, входящих в полисахариды, в свою очередь могут служить местами присоединения неуглеводных группировок, таких, как остатки органических и неорганических кислот (с образованием ацетатов, сульфатов, фосфатов и др.), пировиноградной кислоты (образующей циклические ацетали), метанола (образующего сложные эфиры с уроновыми кислотами) и т.д.

Полисахариды, построенные из остатков только одного моносахарида, называются гомополисахаридами (гомогликанами); в соответствии с природой этого моносахарида различают глю-каны, маннаны, галактаны, ксиланы, арабинаны и др. Полное название полисахарида должно содержать информацию об абсолютной конфигурации входящих в его состав моносахаридных остатков, размере циклов, положении связей и конфигурации гликозидных центров; в соответствии с этими требованиями строгим названием, например, целлюлозы будет поли(1: 4)-D-глюкопиранан.

Полисахариды, построенные из остатков двух и более моносахаридов, называют гетерополисахаридами (гетерогликанами). К ним относятся глюкоманнаны, арабиногалактаны, араби-ноксиланы и др. Строгие названия гетерогликанов, (а также и гомополисахаридов, содержащих разветвления или нескольких типов связей) громоздки и неудобны в употреблении; обычно пользуются широко распространенными тривиальными назв. (напр., гепарин, гликоген, инулин, ламтаран, хитин), а для изображения структурных формул часто применяют сокращенную запись:

Галактоманнан; ?-D-галактопирано-?-D-маннопиранан (Manp и Galp- соотв. остатки маннозы и галактозы в пиранозной форме)

4-О-Метилглюкуроноксилан; (4-О-метил)-?-D-глюкопиран-уроно-?-D-ксилопиранан (Xylp и GlcpA-соотв. остатки ксилозы и глюкуроновой к-ты в пиранозной форме, Me = СН 3)

Гиалуроновая кислота, глюкозаминоглюкуроногликан; 2-ацет-амидо-2-дезокси-?-D-глюкопирано-?-D-глюкопирануроно-гликан [Ас = СН 3 С(О)]

Полисахарид в природе составляют главную массу органического вещества, находящегося в биосфере Земли. Они выполняют в живых организмах три важнейших типа биологических функций, выступая в роли энергетического резерва, структурных компонентов клеток и тканей или же защитных веществ.

Хорошо известными резервными полисахаридами являются крахмал, гликоген, фруктаны, галактоманнаны и некоторые р-глюканы. Эти полисахариды способны быстро гидролизоваться имеющимися в клетках ферментами, и их содержание сильно зависит от условий существования и стадии развития организма.

Структурные полисахариды можно разделить на два класса. К первому относят нерастворимые в воде полимеры, образующие волокнистые структуры и служащие армирующим материалом клеточной стенки (целлюлоза высших растений и нек-рых водорослей, хитин грибов, ?-D-ксиланы и?-D-ман-наны нек-рых водорослей и высших растений). Ко второму классу относят гелеобразующие полисахариды, обеспечивающие эластичность клеточных стенок и адгезию клеток в тканях. Характерными представителями этого класса полисахаридов являются сульфатированные гликозаминогликаны (мукополисахариды) соединительные ткани животных, сульфатированные галактаны красных водорослей, альгиновые кислоты, пектины и некоторые гемицеллюлозы высших растений.

К защитным полисахаридам относят камеди высших растений (гетеро-полисахариды сложного состава и строения), образующиеся в ответ на повреждение растительных тканей, и многочисленные внеклеточные полисахариды микроорганизмов и водорослей, образующие защитную капсулу или модифицирующие свойства среды обитания клеток.

Большинство полисахаридов - бесцветные аморфные порошки, разлагающиеся при нагревании выше 200 °С. Полисахариды, молекулы которых обладают разветвленной структурой или имеют полианионный характер благодаря карбоксильным или сульфатным группам, как правило, достаточно легко растворяются в воде, несмотря на высокие молекулярные массы, тогда как линейные полисахариды, обладающие жесткими вытянутыми молекулами (целлюлоза, хитин), образуют прочные упорядоченные надмолекулярные ассоциаты, в результате чего практически не растворимы в воде. Известны промежутучные случаи блочных молекул полисахаридов, в которых одни участки склонны к межмолекулярной ассоциации, а другие - нет; водные растворы таких полисахаридов при определенных условиях переходят в гели (пектины, альгиновые к-ты, кар-рагинаны, агар).

Растворимые полисахариды можно осадить из водных растворов смешивающимися с водой органическими растворителями (например, этанолом, метанолом, ацетоном). Растворимость конкретного полисахарида определяет методику выделения его из природного объекта. Так, целлюлозу и хитин получают, отмывая подходящими реагентами все сопутствующие вещества, тогда как прочие полисахариды вначале переводят в раствор и выделяют затем фракционным осаждением растворителями, с помощью образования нерастворимых комплексов или солей, ионообменной хроматографией и т.д.

Солюбилизация сложных надмолекулярных комплексов (например, полисахариды клеточных стенок) требует подчас достаточно жестких условий, не исключающих расщепления некоторых химических связей. Выделенные полисахаридные препараты обычно представляют собой смеси полимергомологичных молекул; в случае нерегулярных полисахаридах дополнительным фактором неоднородности служит так называемая микрогетерогенность - различия отдельных молекул друг от друга по степени протекания постполимеризационных модификаций.

Из химических реакций полисахаридов важное значение имеет гидролиз гликозидных связей под действием разбавленных минеральных кислот, позволяющий получить моносахариды, входящие в состав полисахаридов. В отличие от олигосахаридов, восстанавливающие свойства или мутаротация (связанные с наличием в молекуле концевой карбонильной группы) в полисахаридах проявляются слабо из-за их больших молекулярных масс. Наличие множества гидроксильных групп позволяет проводить реакции алкилирования или ацилирования; некоторые из них имеют существенное значение для установления строения или практического использования полисахаридов.

2) электронной микроскопии

3) цитогенетический

4) световой микроскопии

2. Хлоропласты имеются в клетках

1) корня капусты

2) гриба-трутовика

3) листа красного перца

4) древесины стебля липы

3. В бескислородной стадии энергетического обмена расщепляются молекулы

1) глюкозы до пировиноградной кислоты

2) белка до аминокислот

3) крахмала до глюкозы

4) пировиноградной кислоты до углекислого газа и воды

4. Для первой фазы мейоза характерен процесс

1) конъюгации

2) биосинтеза белка

3) редупликации

4) синтеза АТФ

5. Какая структура изображена на рисунке?

1) хромосома

2) эндоплазматическая сеть

3) комплекс Гольджи

4) микротрубочка

6. Какой процент нуклеотидов с цитозином содержит ДНК, если доля её адениновых нуклеотидов составляет 10% от общего числа?

7. Ядро соматической клетки лягушки содержит 26 хромосом. Сколько молекул ДНК содержит сперматозоид лягушки?

8. Аллельными называют гены, расположенные в

1) негомологичных хромосомах

2) одинаковых локусах гомологичных хромосом

3) разных парах аутосом

4) различных локусах гомологичных хромосом

9. Эффект гетерозиса проявляется вследствие

1) увеличения доли гомозигот

2) появления полиплоидных особей

3) увеличения числа мутаций

4) перехода рецессивных мутаций в гетерозиготное состояние

10. Гибриды F1, полученные при скрещивании растений земляники с красными и белыми плодами, имели плоды розового цвета – это свидетельствует о проявлении

1) множественного действия генов

2) независимого расщепления признака

3) неполного доминирования

4) сцепленного наследования

Выберите три верных ответа:

11. Хлоропласты:

1) выполняют транспортную функцию;

2) имеются в клетках растений;

3) имеются у прокариот;

4) преобразуют солнечную энергию в энергию углеводов;

5) состоят из микротрубочек;

6) образуются путем деления.

Установите соответствие:

12. Установите соответствие между признаками организмов и надцарством, для которого они характерны.

13. Установите соответствие между видом нуклеиновой кис лоты и ее характеристикой.

ХАРАКТЕРИСТИКА

НУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА

А) двойная спираль Б) одинарная цепь, свернутая в виде клеверного листа В) обеспечивает хранение и передачу наслед­ственной информации Г) доставляет аминокислоты к месту синтеза белка Д) имеет в своем составе рибозу 3) генетика 4) эмбриология 2. В основе каких реакций обмена лежит матричный принцип? 1) синтеза молекул АТФ 2) сборки молекул белка из аминокислот 3) синтеза глюкозы из углекислого газа и воды 4) образования липидов 3. Какие признаки характерны для телофазы митоза? 1) спирализация хромосом 2) выстраивание хромосом в экваториальной плоскости клетки 3) деление центромеры и расхождение хромосом к полюсам клетки 4) деспирализация хромосом, образование двух ядер 4. Хлорофилл в хлоропластах растительных клеток 1) осуществляет связь между органоидами 2) ускоряет реакции энергетического обмена 3) поглощает энергию света в процессе фотосинтеза 4) осуществляет окисление органических веществ в процессе дыхания 5. Какие связи определяют первичную структуру молекул белка? 1) гидрофобные между радикалами 2) между полипептидными нитями 3) пептидные между аминокислотами 6. Хромосомный набор в соматических клетках у женщины состоит из 1) 44 аутосом и двух Х-хромосом 2) 44 аутосом и двух Y-хромосом 3) 44 аутосом и X - и Y-хромосом 4) 22 пар аутосом и X - и Y-хромосом 7. Сходство митохондрий и хлоропластов состоит в том, что в них происходит 1) окисление органических веществ 2) синтез органических веществ 3) синтез молекул АТФ 4) восстановление углекислого газа до углеводов 8. Промежуточное наследование признаков проявляется в результате 1) нарушения сцепления генов 2) неполного доминирования 3) цитоплазматической изменчивости 4) полного доминирования 9. Партеногенез – это 1) размножение путем развития взрослой особи из неоплодотворенного яйца 2) размножение гермафродитов, имеющих одновременно и семенники, и яичники 3) размножение путем почкования 4) искусственное оплодотворение яйцеклетки («в пробирке») 10. Скрестили дигетерозиготное растение томата с красными круглыми плодами и гомозиготное растение с желтыми овальными плодами (красный цвет и круглая форма плода – доминантные признаки). Определите соотношение генотипов F1 . Выберите три верных ответа: 11. Рибосома: 1) имеет двойную мембрану; 2) состоит из РНК и белка; 3) синтезирует углеводы; 4) не имеет мембраны; 5) осуществляет синтез белков; 6) образует лизосомы Установите соответствие: 12. Установите соответствие между признаками и группой организмов, для которой они характерны. 13. Установите соответствие между органическими соедине ниями и их особенностями . 14. Установить последовательность Установите последовательность процессов энергетиче­ского обмена в клетке: А) поступление пировиноградной кислоты в митохондрии; Б) расщепление биополимеров до мономеров; В) синтез 36 молекул АТФ; Г) расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты; Д) слияние лизосомы с пищевой частицей, содержащей органи­ческие вещества. Е) синтез 2 молекул АТФ Часть II 15. Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. 1. Эукариотическая клетка содержит различные мембранные органоиды. 2. Важнейшими мембранными органоидами являют­ся рибосомы, т. к. они осуществляют синтез белка. 3. Многие синтезированные белки накапливаются в клеточном центре, упаковываются в секреторные пузырьки и выводятся из клетки. 4. Другой важный органоид - лизосома - обеспечивает внутрикле­точное переваривание. 5. Энергетическими станциями клетки называют митохондрии. 6. Как и другие мембранные органоиды, митохондрии имеют одну мембрану. 16. Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность АЦТАТАГЦА. Определите нуклеотидную последовательность второй цепи и общее количество водородных связей, которые образуются между двумя цепями. 17. У гороха красная окраска цветков доминирует над белой, а высокий рост над карликовым. Признаки наследуются независимо. При скрещивании двух растений с красными цветками, одно из ко­торых было высокого роста, а другое низкого, получили 35 высоких растений с красными цветками, 32 низких растения с красными цвет­ками, 10 высоких с белыми цветками и 13 низких с белыми цветками. Каковы генотипы родителей?

Молекулы полисахаридов включают десятки, сотни и даже ты­сячи моносахаридных остатков, соединенных такими же глико­зидными связями, как и в составе олигосахаридов. Большинство из них образуют линейные полимеры, формирующие определённую пространственную структуру, однако некоторые полисахариды имеют разветвлённые молекулы. Моносахаридные остатки в составе полисахаридов находятся в циклической форме в виде α- или b-стереоизомеров.

Большинство полисахаридов представляют собой сложные углеводы, построенные из многократно повторяющихся остатков одного моносахарида. Однако известны полисахариды, молекулы которых состоят из остатков разных моносахаридов.

По выполняемым функциям различают запасные и структурные полисахариды. Запасные - откладываются в клетках листьев или запасающих тканей в виде упорядоченных структур - гранул. Структурные - участвуют в построении клеточных стенок растений.

Крахмал. Крахмал - основное запасное вещество растений, представляю­щее собой смесь двух полисахаридов - амилозы и амилопектuна, различающихся по строению молекулы и физико-химическим свойствам. Однако молекулы этих полисахаридов построены из одного моносахарида - α-D-глюкозы, находящейся в пиранозной форме.

В молекулах амилозы остатки a-D-глюкозы соединены а (1®4)-связями, образуя спиралевидно закрученные цепо­чечные структуры, включающие от 100 до 1-2 тыс. глюкозных остатков (рис. 1). Молекулярная масса амилозы обычно составляет от 20 до 500 тыс. Спиралевид­ное закручивание молекулы происходит вследствие образования водородных связей между остатками глюкозы, нахо­дящимися в соседних витках. В каждом витке амилозы содержится шесть пира­нозных cтpyктyp, соединённых в цепочку гликозидными связями.

Амилоза растворяется в теплой воде и при добавлении водного раствора йода в йодистом калии окрашивается в синий цвет вследст­вие того, что йод образует комплeксы с остатками глюкозы. Водные растворы амилозы не отличаются высокой вязкостью и при стоянии довольно быстро образуют кристаллический осадок.

Амилопектин имеет разветвлённые молекулы, построенные из α-D-глюкозы. В точках ветвления гликозидные связи образуются между первым и шестым углеродными атомами глюкозных остатков (α(I®6)-связи). Между точками ветвления глюкозные остатки так же, как в амилозе, соединены α(I®4)-связями.

Точки ветвления в молекулах амилопектина имеются через каждые 12-15 остатков глюкозы. Молекулярная масса амилопек­тина значительно больше, чем у амилозы, и может достигать 1 млн. Схема строения молекулы амилопектина показана на рисунке 2.

Амилопектин в тёплой воде не растворяется, а при более силь­ном нагревании с водой образует очень вязкий коллоидный раствор - клейстер. Температура клейстеризации картофельного и ржаного крахмала 55-65°С, пшеничного и кукурузного - 60-70°С, крахмала риса - 70-80°C. Йодом амилопектин окрашивается в красно­-фиолетовый цвет. В амилопектине в небольшом количестве содер­жатся остатки фосфорной кислоты, соединённые эфирной связью с остатками глюкозы.

Соотношение амилозы и амилопектина в различных раститель­ных продуктах изменяется в очень широких пределах. В карто­фельном крахмале на долю амилозы приходится около 20%, пше­ничном и кукурузном - около 25%, рисовом - 15-20%, в крахмале гороха и некоторых сортов кукурузы - 50-80%. Крахмал яблок почти полностью состоит из амилозы, а крахмал восковидных сортов кукурузы - только из амилопектина.

У одного и того же вида растений содержание амилозы и ами­лопектина в крахмале может изменяться в зависимости от фазы развития и условий внешней среды. В разных органах растений синтезируется крахмал совершенно определенного состава. Так, например, в крахмале клубней картофеля обычно содержится 19-22% амилозы, а в молодых побегах в два раза больше.

В растениях крахмал образуется в листьях как продукт фото­синтеза, а также в зерновках и семенах, клубнях, корневищах, утол­щенных частях стеблей как запасное вещество. Фотосинтетический крахмал откладывается в хлоропластах в виде гранул, называемых крахмальными зёрнами, и довольно быстро используется в процессе дыхания и для синтеза других веществ. Значительная его часть превращается в транспортную форму углеводов - сахарозу, которая по флоем­ной системе поступает в нефотосинтезирующие органы, распа­дается там до глюкозы и фруктозы и в виде моносахаридов вклю­чается в различные биосинтетические процессы.

Запасной крахмал также откладывается в виде зёрен и у целого ряда растений накапливается в значительном количестве в запаса­ющих тканях и органах. В зерне злаковых его содержание обычно составляет 50-70%, в рисе -75-80%, в зерне зернобобовых куль­тур - 30-50%, в клубнях картофеля - 12-20%, в клубнях батата, ямса и маниока - 20-30%, в листьях растений - до 1-2%.

Крахмальные зёрна чаще всего имеют вид овальных или сферичес­ких частиц (рис. 3), имеющих разную форму и размеры (2-170 мкм). Под микроскопом можно различить их слоистое строение. Разме­ры и строение крахмальных зёрен у разных видов и даже сортов растений имеют характерную специфику и могут использовать­ся для идентификации генотипов, а также обнаружения примесей одного растительного продукта в другом.

Запасной крахмал вначале откладывается в пластидах, назы­ваемых амилопластами. По мере наполнения происходит посте­пенная деградация их мембранной структуры и они превращаются в крахмальные зерна.

Крахмалоносные растения представляют легковозобновляемое сырье для перерабатывающей промышленности, которое исполь­зуется для получения продовольственного и технического крахма­ла, глюкозы, этилового спирта и даже пластмасс, обладающих высокой прочностью и экологической безопасностью (при сгорании не дают ядовитых выделений).

Полифруктозиды. В растениях семейств лилейные, мятликовые, астровые, коло­кольчиковые синтезируются запасные углеводы, построенные из 4-40 остатков b-D-фруктозы, в связи с чем их называют поли­фруктозидами, или фруктанами. Остатки фруктозы в их молекулах соединены гликозидными связями, образующимися между вторым и первым углеродными атомами (b (1®2)-связи).

Полифрутозиды содержатся в листьях, корнях, семенах ука­занных выше растений, накапливаются в значительном количестве в нижней утолщённой части стеблей мятликовых трав (до 6-8% сухой массы) и в созревающих зерновках злаковых культур (рожь, пшеница, ячмень, овёс). В листьях они являются основными продуктами фотосинтеза, тогда как фотосинтетический крахмал у этих растений не образуется.

Из полифруктозидов наиболее хорошо изучен инулин, содер­жащий в молекуле 37-44 фруктозных остатка. К одному из концов молекулы инулина присоединён остаток α-D-глюкозы. Молекуляр­ная масса инулина 5-6 тыс. Он хорошо растворяется в горячей воде, не обладает восстановительными свойствами, хорошо усваи­вается организмами человека и животных, в связи с чем растения, способные накапливать инулин, используются как кормовые куль­туры и как сырьё для промышленного получения фруктозы. Фруктозу получают из инулина путём его кислотного гидролиза.

Большое количество инулина содер­жится в клубнях георгина и артишо­ка (до 50%), топинамбура (10-12%), корнях цикория (свыше 10%). В чесно­ке общее содержание полифруктозидов достигает 20-30% и половину из них составляет инулин.

Целлюлоза. Целлюлоза, или клетчатка - довольно устойчивое вещество волокнистого строения, не растворяется в воде и органических растворителях, однако хорошо растворимо в аммиачном растворе гидроксида меди (реактив Швейцера). Молекулы целлюлозы состоят из остатков b- D-глюкозы, соединенных b(1®4)-связями. В каждой молекуле целлюлозы может содержаться 1500-10000 пиранозных остатков b- D-глюкозы, образующих неразветвлённый полимер.

Между линейно вытянутыми молекулами целлюлозы, имею­щими свободные гидроксильные группы, возникают водородные связи, с помощью которых нитевидные полимеры, построенные из остатков глюкозы, объединяются в пучки, включающие несколько десятков молекул. Такие целлюлозные пучки, или фибриллы, обла­дают очень высокой прочностью и служат структурной основой клеточных стенок растений. Как видно на электронной микро­фотографии клеточной оболочки (рис. 4), целлюлозные фибриллы размещаются слоями, образуя сетчатую структуру, сквозь которую свободно проникает вода с растворенными в ней веществами.

Целлюлоза в том или ином количестве содержится во всех растительных тканях. Особенно много целлю­лозы в растительных волокнах (хлопковом, льняном) - 80-95%, древесине и соломе - 40-50%. В других растительных продуктах её значительно меньше: зерно злаковых и зернобобовых культур – 2-6%, зерно пленчатых злаков - 7-14%, семена масличных - 5-25%, клубни картофеля - около 1 %, корнеплоды - 0,5-1,5%, овощи ­0,5-1,2% (томаты - 0,2%), плоды и ягоды - 0,5-2%, вегетативная масса кормовых трав - 20-30% (последний показатель - в расчёте на сухую массу).

Целлюлоза практически не усваивается организмами человека и нежвачных животных, тогда как жвачные животные способны её усваивать с помощью ферментов микроорганизмов, обитаю­щих в преджелудках этих животных и участвующих в процес­сах пищеварения.

При нагревании с раствором кислоты целлюлоза подвергается гидролизу, превращаясь в глюкозу, которая используется как ис­точник углерода для культивирования дрожжевых клеток с целью промышленного получения этилового спирта и кормовых дрож­жей с повышенным содержанием белков и витаминов. При этом в качестве источника целлюлозы служат отходы древесины и целлюлозосодержащие растительные остатки - солома, корзинки подсолнечника, льняная костра, стержни кукурузных початков, свекловичная меласса, картофельная мезга, хлопковая шелуха и др. Большое количество целлюлозы расходуется для химичес­кой переработки.

В построении клеточных стенок растений наряду с целлюло­зой участвуют также другие структурные полисахариды - геми­целлюлозы и пектиновые вещества, которые связаны с молекулами целлюлозы водородными связями.

Гемицеллюлозы. Гемицеллюлозы - это смесь полисахаридов, образу-ющих при гидролизе маннозу, галактозу, ксилозу, арабинозу и уроновые кислоты - глюкуроновую и галактуроновую. Они нерастворимы в воде, но растворяются в щелочных растворах. В клеточных стен­ках растений содержание гемицеллюлоз составляет около 30%. Много их накапливается в древесине и соломе (10-30%), оболочках семян, кукурузных початках, отрубях, вегетативной массе растений. Разные виды растений заметно различаются по составу ге­мицеллюлоз.

ГАЛАКТАНЫ. Их молекулы построены из остатков b-D-­ галактозы, соединённых b(1®4)-связями. В каждой молекуле объединяются более 100 остатков галактозы.

МАННАНЫ. Остатки маннозы в маннанах соединены b(1®4)-­связями. В каждой молекуле насчитывается от 200 до 400 моно­сахаридных единиц. Много маннанов содержится в древесине хвойных деревьев и в клеточных стенках водорослей.

КСИЛАНЫ. Их молекулы построены из остатков b-D-ксилозы в пиранозной форме, соединённых b(1®4)-связями. В составе полимера могут находиться до 200 ксилозных остатков. В соломе и древесине содержание ксиланов достигает 25-28%.

В молекулах ксиланов обычно имеются ответвления в виде ос­татков арабинозы, а также глюкуроновой и галактуроновой кислот. Ответвления чаще всего образуются за счёт этерификации третьего углеродного атома ксилозы. Карбоксильные группы остатков уро­новых кислот образуют эфиры с метиловым спиртом. Ксиланы раз­ных растений отличаются частотой и моносахаридным набором ответвлений в молекуле.

АРАБАНЫ. Это полисахариды клеточной стенки растений, которые состоят из остатков a-L-арабинозы, соединённых глико­зидной связью между первым и пятым углеродными атомами. Приэтом к каждому второму остатку арабинозы в линейной струк­туре присоединён в виде ответвления еще один остаток арабинозы. В ответвлениях связь образуется между третьим углеродным атомом арабинозы, находящейся в цепочке, и первым углеродным атомом бокового остатка арабинозы.

Как и целлюлоза, гемицеллюлозы не усваиваются организмом человека, но могут усваиваться жвачными животными с помощью ферментов микроорганизмов, находящихся в преджелудках.

ГЛЮКАНЫ. К глюканам относятся полисахариды, образуемые из b-D-глюкозы, но в их молекулах остатки глюкозы соединяются не только b(1®4) -связями, как в целлюлозе, но также и b(1®3)-­связями или только b(1®3)- связями. К таким полисахаридам относятся каллоза и лихенин. Каллоза - полисахарид, включающий до 100 остатков b-D-глюкозы в молекуле, соединённых b(1®3)-­связями. Она содержится в ситовидных трубках флоэмной систе­мы растений. В молекулах лихенина остатки b-D-глюкозы соеди­нены как b(1®4)-связями, так и b(1®3)-связями (встречаются с частотой около 30%). Лихенин входит в состав клеточных сте­нок растений, особенно много его в лишайниках.

Пектиновые вещества. Пектиновые вещества в растениях представлены двумя груп­пами соединений - пектинами и протопектинами, которые раз­личаются строением и физико-химическими свойствами.

Пектины - водорастворимые полисахариды, построенные из остатков α-D-галактуроновой кислоты, которые соединены α(1®4)-связями. Большая часть карбоксильных групп остатков галакту­роновой кислоты связана эфирными связями с остатками метилового спир­та, а к другим карбоксильным группам присоединены катионы кальция или магния. В каждой молекуле пектина содержится более 100 остатков галактуроновой кислоты.

Основная масса пектиновых веществ растений представлена протопектином, который находится в структуре клеточных стенок. Протопектин образуется в результате связывания эфирными связя­ми пектина с галактанами и арабанами, входящими в состав кле­точной стенки растения. Эфирные связи возникают между карбоксильными группами пектина и гидроксильными группами гемицеллюлоз.

Полисахариды протопектина нерастворимы в воде и имеют более высокую молекулярную массу по сравнению с пектинами. Много протопектина накапливается в формирующихся плодах rpуши, яблони, цитрусовых, айвы, что обусловливает их жёсткую консистенцию. При созревании плодов происходит превращение протопектинов в пектины, вследствие чего их консистенция становится мягкой.

Характерная особенность пектиновых веществ плодов и ягод - способность образо­вывать желе, или студни, в насыщенном растворе сахара (65-70%) и кислой среде (рН 3,1-3,5). Лучшей желирующей способностью обла­дают более высокомолекулярные полисахариды пектиновых веществ.

В стеблях льна пектиновые вещества скрепляют между собой волокна. Для отделения раcтитeльных волокон производится росяная или водяная мочка льносоломы, при которой происходит гидролиз пекти­новых веществ под действием ферментов микроорганизмов.

Камеди и слизи. Это растворимые в воде полисахариды, образующие очень вяз­кие растворы вследствие их набухания.

Растительные камеди выделяются на стволах и ветвях некото­рых деревьев (вишневых, сливовых, миндальных) в виде клейких наплывов при повреждениях. При гидролизе они дают галактозу, маннозу, рамнозу, арабинозу, ксилозу, а также уроновые кислоты.

Слизи, откладываясь между плазмалеммой и клеточной стенкой, способствуют удерживанию воды в клетках и полостях растения, защищают от проникновения инфекции. При их гидро­лизе в основном образуются пентозы (арабиноза и ксилоза), а также небольшое количество галактозы, глюкозы и фруктозы.

Много слизей содержится в семенах льна, клевера, люцерны, ржи и некоторых других растений. Повышенная вязкость ржи при размоле вызвана наличием именно слизей, вследствие чего зерно ржи размалывается значительно труднее, чем пшеница. Содержащиеся в ржаной муке слизи замедляют гидролитические процессы при формировании теста и тем самым улучшают его формо­удерживающую способность.

Камеди и слизи из различных растительных источников существен­но отличаются набором и удельным соотношением образующих их полисахаридов. Они состоят из молекул разной степени полимериза­ции, многие из которых имеют довольно высокую степень ветвления.

Вопросы для повторения.

1. Каковы структурные особенности стереоизомеров моносахари­дов, относящихся к D- или L-ряду? 2. Как образуются циклические формы моносахаридов и в чём состоят различияа - иb-стереоизоме­ров? 3. Как записывается структура пиранозных и фуранозных форм моносахаридов с помощью формул Хеуорса? 4. Какие образуются кон­формации молекул у гексоз и пентоз? 5. Как образуются окисленные и восстановленные производные, а также фосфорнокислые эфиры мо­носахаридов? 6. В чём состоят особенности образования гликозидов, дезокси- и аминопроизводных моносахаридов? 7. Каковы структур­ные и биологические особенности важнейших альдоз и кетоз? 8. Как об­разуются молекулы сахарозы, мальтозы, целлобиозы,b-левулина и других олигосахаридов? 9. Из каких моносахаридов и по какому принципу строятся молекулы важнейших полисахаридов - крахмала, полифруктозидов, целлюлозы и гемицеллюлоз, пектиновых веществ, камедей и слизей? 10. Какие биологические функции выполняют ука­занные выше олигосахариды и полисахариды? 11. Каково содержа­ние сахаров и различных полисахаридов в растительных продуктах? 12. Какие моносахариды и олигосахариды относятся к редуцирующим сахарам? 13. Какое значение имеют углеводы в фор­мировании качества растительных продуктов? 14. Из каких основных компонентов состоит крахмал и каковы строение и свойства этих компонентов? 15. Какие известны разновидности гемицеллюлоз и пектиновых веществ?

Резюме по модульной единице 2.

Углеводы являются важными компонентами клеток живых организмов. Одни из них служат основным дыхательным материалом организмов (сахара, крахмал, по-лифруктозиды) и откладываются в качестве запасных веществ, другие выполняют структурные (целлюлоза, гемицеллюлозы, протопектин) и защитные (камеди и слизи) функции. Большинство сахаров существуют в форме стереоизомеров и относятся, как правило к D-ряду. Гексозы и пентозы существют в организмах преимущественно в виде циклических форм (пиранозных или фуранозных).

Из моносахаридов образуются восстановленные (многоатомные спирты), окисленные (альдоновые, альдаровые и уроновые кислоты) производные, фосфорнокислые эфиры, амино- и дезоксипроизводные, гликозиды, которые являются продуктами превращения моносахаридов и участвуют в метаболизме. Легкоусвояемые формы углеводов (сахара, крахмал, полифруктозиды, пектиновые вещества) способны накапливаться в значительном количестве в растительных продуктах и поэтому определяют их питательную и техническую ценность.

Олигосахариды образуются из моносахаридов, остатки которых соединяются в молекулах олигосахаридов О-гликозидными связями. Сахароза и олигофрукто-зиды откладываются в запасающих органах растений или используются в качестве транспортных форм углеводов в растительных организмах. Мальтоза – продукт распада крахмала, целлобиоза в свободном виде не накапливается, так как используется в синтезе целлюлозы.

Молекулы полисахаридов построены из остатков моносахаридов, которые соединяются, как и в молекулах олигосахаридов, О-гликозидными связями. Молекулы амилозы, полифруктозидов, пектинов, маннанов, галактанов представляют собой цепочечные полимеры. Молекулы амилопектина, ксиланов, арабанов, камедей и слизей имеют ответвления разной степени сложности. Крахмал, полифруктозиды, пектины откладываются в запасающих органах растений. Целлюлоза, гемицеллюлозы, протопектин участвуют в построении клеточных стенок растений.

Модульная единица 3. Липиды.

Цели и задачи изучения модульной единицы. Изучить строение, свойства и биологические функции основных групп липидов. Научить студентов использовать сведения о липидах при оценке качества растительной продукции.

К липидам относятся вещества, различающиеся по химическому составу, строению и выполняемым функциям, но обладающие близкими фифизико-химическими свойствами. Все они содержат гидрофобные радикалы и группировки, вследствие чего не растворяются в воде, но хорошо растворимы в неполярных органических растворителях - эфире, бензине, бензоле, хлороформе.

В зависимости от химического состава и строения липиды под-разделяют на три класса: простые , сложные и стероидные .

Простые липиды представляют собой сложные эфиры спиртов и вы-сокомолекулярных карбоновых кислот, к ним относятся жиры и воски. Сложные липиды содержат в составе молекул, кроме спирта глицерина и карбоновых кислот, остатки других соединений: ортофосфорной кислоты, азотистых оснований, моносахаридов и др. Они образуют две группы веществ - фосфолипиды и гликолипиды.

Стероидные липиды - это циклические соединения, являющиеся про-

изводными циклопентанопергидрофенантрена и представленные как сво-

бодными стероидными веществами, так и связанными формами в виде гли-

гликозидов и эфиров. К липидам очень часто относят также растворимые в жирах витамины и пигменты.

Общее содержание структурных липидов в вегетативных частях растений находится в пределах 0,1-0,5%. Накопление запасных липидов в семенах различных растений достигает следующих величин: зерно злаковых и зернобобовых культур - 1-8%, соя и хлопчатник - 20-30%, подсолнечник, арахис, лен, конопля, рапс, горчица, маслины - 20-50%, мак, клещевина, ядра орехов - 50-60%, в зародышах зерновок пшеницы - 8-14%, кукурузы - 30-40%. Растения с высоким содержанием в семенах запасных липидов выделены в особую группу масличных культур. Известны также растения - накопители воска.