Центрифугирование. Дифференциальное центрифугирование, замораживания Методы изучения клетки путем центрифугирования
Метод дифференциального центрифугированияМетод дифференциального
центрифугирования используется для
фракционирования клеток, т. е. расслоения их
содержимого на фракции в зависимости от удельного
веса различных органоидов и клеточных включений.
В результате центрифугирования компоненты
клеток выпадают в осадок из раствора, располагаясь
в соответствии со своей плотностью. Более плотные
структуры осаждаются при более низких скоростях
центрифугирования, а менее плотные – при высоких
скоростях.
1. Метод, с помощью которого органеллы выделяют из клеток, называют
фракционированием. Этот метод оказался очень плодотворным, дав
биохимикам возможность выделять разные органеллы клетки в
относительно чистом виде. Он позволяет, кроме того, определять
химический состав органелл и содержащиеся в них ферменты и на
основании получаемых данных делать выводы об их функциях в
клетке. В качестве первого шага клетки разрушают путем
гомогенизации в какой-нибудь подходящей среде, которая
обеспечивает сохранность органелл и предотвращает их агрегацию.
2. На следующем этапе клеточный гомогенат подвергают ряду
центрифугирований, скорость и продолжительность которых всякий раз
возрастает; этот процесс называется дифференциальным
центрифугированием. Разные органеллы клетки осаждаются на дне
центрифужных пробирок при различных скоростях центрифугирования,
что зависит от размеров, плотности и формы органелл.
Этапы дифференциального центрифугирования:
3. Образующийся осадок можно отобрать иисследовать. Быстрее всех осаждаются такие
крупные и плотные структуры, как ядра, а для
осаждения более мелких и менее плотных
структур, таких, как пузырьки
эндоплазматического ретикулума, требуются
более высокие скорости и более длительное
время. Поэтому при низких скоростях
центрифугирования ядра осаждаются, а
другие клеточные органеллы остаются в
суспензии.
Этапы дифференциального центрифугирования:
4. При центрифугировании раньше всего и принебольших (1-3 тыс. g)ускорениях осядут ядра и
неразрушенные клетки, при 15-30 тыс. g осядут
крупные частицы, макросомы, состоящие из
митохондрий, мелких пластид, пероксисом, лизосом
и др., при 50 тыс. g осядут микросомы, фрагменты
вакуолярной системы клетки.
Осадки можно исследовать с помощью
электронного микроскопа, чтобы определить чистоту
полученных фракций. Все фракции до некоторой
степени загрязнены другими органеллами. Если тем
не менее удается добиться достаточной чистоты
фракций, то их подвергают затем биохимическому
анализу, чтобы определить химический состав и
ферментативную активность выделенных органелл.
Центрифугирование в градиенте плотности
Сравнительно недавно был создан другой методфракционирования клеток – центрифугирование
в градиенте плотности; при этом
центрифугирование производят в пробирке, в
которой предварительно наслаивают друг на друга
растворы сахарозы все возрастающей концентрации,
а следовательно, и возрастающей плотности. При
центрифугировании содержащиеся в гомогенате
органеллы располагаются в центрифужной пробирке
на тех уровнях, на которых находятся растворы
сахарозы, соответствующие им по плотности.
Метод замораживания-скалывания
Принципиально новые возможности электронной микроскопии открылись сравнительно недавно, после разработки метода «замораживания – скалывания». С помощью этого метода исследуются тончайшие детали строения клетки, при этом получается объемное изображение в трансмиссионном электронном микроскопе.
При обычном замораживании в клетках образуются кристаллики льда, которые заметно искажают их структуру. Во избежание этого клетки замораживают очень быстро при температуре жидкого азота (-196С). При таком мгновенном замораживании кристаллы льда не успевают образоваться, и клетка не испытывает деформаций.
Замороженный блок раскалывают лезвием ножа (отсюда и название метода). Затем, обычно в вакуумной камере, избыток льда удаляют возгонкой. Эта операция называется травлением. После травления более резко обозначается рельеф в плоскости скола. Полученный образец оттеняется, то есть на поверхность образца напыляется тонкий слой тяжелых металлов. Однако весь фокус состоит в том, что напыление производится под углом к поверхности образца. Это очень важный момент. Появляется эффект тени, изображение выглядит объемным.
В трансмиссионном микроскопе электронный луч способен проникнуть только через очень тонкие срезы. Обычная толщина оттененных образцов чрезмерно велика, поэтому органическую материю, подстилающую слой металла, необходимо растворить. В результате остается тонкая металлическая реплика (или отпечаток) с поверхности образца. Реплику и используют в трансмиссионном микроскопе.
Этот метод предоставил, например, уникальную возможность наблюдать внутреннее строение мембран клетки.
Дифференциальное центрифугирование
Помимо микроскопии, другим основным и широко распространенным методом изучения клеток является дифференциальное центрифугирование или фракционирование.
Принцип метода состоит в том, что при центрифугировании развивается центробежная сила, под воздействием которой взвешенные частицы оседают на дно центрифужной пробирки.
После того, как в начале 40-х годов начали использовать ультрацентрифугу, разделение клеточных компонентов стало вполне реальным.
Прежде, чем подвергнуть клетки центрифугированию, их необходимо разрушить – разрушить жесткий каркас клеточных оболочек. Для этого используют различные методы: ультразвуковую вибрацию, продавливание через маленькие отверстия или самое обычное измельчение растительных тканей пестиком в фарфоровой ступе. При осторожном применении методов разрушения можно сохранить некоторые органеллы целыми.
При высокоскоростном центрифугировании крупные компоненты клетки (например, ядра) быстро оседают (седиментируют), при относительно низких скоростях и образуют осадок на дне центрифужной пробирки. При более высоких скоростях в осадок выпадают более мелкие компоненты, такие как хлоропласты и митохондрии.
То есть при центрифугировании компоненты клетки распадаются на фракции: крупные и мелкие, поэтому второе название метода? фракционирование. При этом, чем выше скорость и длительность цетрифугирования, тем мельче полученная фракция.
Скорость седиментации (осаждения) компонентов выражается с помощью коэффициента седиментации, обозначаемого S.
Этапы дифференциального центрифугирования: низкая скорость (ядра, цитоскелет), средняя скорость (хлоропласты), высокая скорость (митохондрии, ризосомы, микротельца), очень высокая скорость (рибосомы).
Фракционированные клеточные экстракты, называемые также бесклеточными системами, широко используются для изучения внутриклеточных процессов. Только работая с бесклеточными экстрактами, можно установить детальный молекулярный механизм биологических процессов. Так, использование именно этого метода принесло триумфальный успех в изучении биосинтеза белка.
Ну и вообще, чистые фракции внутриклеточных структур можно подвергать любым видам анализа.
Метод культуры клеток
Клетки животных, выделенные в культуру (то есть помещенные на питательную среду), погибают после определенного числа делений, поэтому считаются трудным и неудобным объектом для культивирования. Другое дело клетки растений, способные делиться неограниченное число раз.
Метод культуры клеток облегчает изучение механизмов клеточной дифференциации у растений.
На питательной среде клетки растений образуют однородную недифференцированную клеточную массу- каллус. Каллус обрабатывают гормонами. Под влиянием гормонов клетки каллуса могут давать начало разным органам.
Задание №1.
В основе разделения органоидов методом центрифугирования лежат их различия по
1. Строению и составу
2. Выполняемым функциям
3. Плотности и массе
4. Расположению в цитоплазме
Объяснение: при центрифугировании самые плотные (тяжелые) частицы опускаются вниз, то есть таким методом можно разделить органоиды по плотности и массе. Правильный ответ - 3.
Задание №2.
Что является структурно-функциональной единицей строения организмов всех царств?
1. ДНК
2. Ядро
3. Клетка
4. Хромосома
Объяснение: следую клеточной теории, структурно-функциональной единицей всего живого является клетка. Правильный ответ - 3.
Задание №3.
Какие вещества выполняют в клетке информационную функцию?
1. Нуклеиновые кислоты
2. Белки
3. АТФ
4. Сборка белка
Объяснение: как мы знаем, за информацию в клетке отвечают нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). ДНК хранит генетическую информацию, а РНК способствует ее воспроизведению. Правильный ответ - 1.
Задание №4.
Какой процесс лежит в основе образования двух хроматид перед делением клетки?
1. Репликация ДНК
2. Транскрипция
3. Синтез РНК
4. Сборка белка
Объяснение: в основе образования двух хроматид лежит процесс репликации ДНК (синоним репликации - копирование). Правильный ответ - 1.
Задание №5.
Для каких организмов характерен хемосинтез?
1. Цианобактерий
2. Бактериофагов
3. Эукариот
4. Серобактерий
Объяснение: хемосинтез - процесс образования органических веществ из неорганических при помощи окисления химических веществ (как органических, так и неорганических). Хемотрофами могут быть только бактерии. Правильный ответ - 4.
Задание №6.
Какие животные имеют прямое постэмбриональное развитие?
1. Млекопитающие
2. Плоские черви
3. Земноводные
4. Бабочки
Объяснение: у насекомых различают развитие с полным и неполным превращением, у плоских червей тоже сложный цикл развития, земноводные развиваются через стадию головастика, а млекопитающие рождаются сразу похожими на взрослое животное. Правильный ответ - 1.
Задание №7.
Видовые признаки организмов сохраняются благодаря
1. Наследственности
2. Доминантности
3. Обмену веществ
4. Адаптации
Объяснение: видовые признаки сохраняются благодаря передаче данных признаков из поколения в поколение, то есть посредством наследственности. Правильный ответ - 1.
Задание №8.
У темноволосых родителей родилась светловолосая дочь. Определите генотип родителей, если известно, что темный цвет волос доминирует над светлым.
1. Аа х АА
2. Аа х Аа
3. Аа х аа
4. Аа х АА
Объяснение: такая ситуация возможна только если оба родителя гетерозиготны по этому признаку (Аа). В таком случае вероятность рождения светловолосого ребенка равна 25%. Правильный ответ - 2.
Задание №9.
Способность организмов приобретать новые признаки и свойства называют
1. Наследственностью
2. Саморегуляцией
3. Изменчивостью
4. Самовоспроизведением
Объяснение: как мы сказали в задании №7, наследственность отвечает за передачу признаков из поколения в поколение, а изменчивость способствует приобретению организмами новых признаков. Правильный ответ - 3.
Задание №10.
Микориза - это
2. Симбиоз мицелия с корнями растений
3. Болезнь растения, вызванная грибами
4. Гифы гриба, на которых развивается плодовое тело
Объяснение: микориза - это симбиоз гиф гриба и корней дерева. При этом дерево обеспечивается минеральными веществами, так как гриб разлагает органические вещества до неорганических, а гриб обеспечивается органическими веществами, так как дерево является фототрофом, то есть создает органические вещества из неорганических при помощи солнечного света. Правильный ответ - 2.
Задание №11.
На каком рисунке изображена клетка, которая не может делиться?
Объяснение: клетка, которая не может делиться изображена на рисунке 2, так как почти всю клетку занимает вакуоль, это говорит о том, что клетка уже достаточно старая, а старые клетки не делятся. Правильный ответ - 2.
Задание №12.
Зеленые водоросли относят к царству растений, так как они
1. В клетках содержат хлорофилл
2. Являются индикаторами загрязнения воды и почвы
3. Имеют клеточное строение
4. Выделяют в атмосферу углекислый газ в процессе дыхания
Объяснение: водоросли (не только зеленые) относят к растениям, так как они обладают рядом признаков, характерным растениям (неподвижны, автотрофны, имеют пигменты и т.д.), в том числе содержат хлорофилл. Правильный ответ - 1.
Задание №13.
Взрослая особь человеческой аскариды обитает в
1. Желудке
2. Надпочечниках
3. Кишечнике
4. Легких
Объяснение: рассмотрим жизненный цикл аскариды
Как видно из схемы - половозрелые взрослые особи обитают в кишечнике человека. Правильный ответ - 3.
Задание №14.
Обыкновенный дельфин, погружаясь в морские глубины, расходует кислород, который содержится в
1. Легких
2. Полостях тела
3. Воздушных мешках
4. Жабрах
Объяснение: дельфин является вторичноводным млекопитающим, то есть предки дельфина жили на суше. И, как и любое другое млекопитающее, в своей дыхательной системе имеет легкие, которыми и дышит. У него нет ни воздушных мешков (как у птиц), ни жабр (как у рыб) и в полостях тела воздух тоже не накапливается. Правильный ответ - 1.
Задание №15.
Ротовая полость человека выстлана тканью, в которой клетки
1. Соединены друг с другом отростками
2. Плотно прилегают друг к другу
3. Имеют поперечную исчерченность
4. Располагаются рыхло
Объяснение: ротовая полость человека выстлана многослойный неороговевающим эпителием. Одной из характеристик эпителия является очень низкое содержание межклеточного вещества, то есть клетки плотно прилегают друг к другу. Правильный ответ - 2.
Задание №16.
В сердце человека створчатые клапаны открываются в
1. Предсердия
2. Вену
3. Желудочки
4. Аорту
Объяснение: створчатые клапаны расположены в сердце между предсердиями и желудочками, поэтому и открываются они в желудочки. Правильный ответ - 3.
Задание №17.
Человеку, работа которого требует длительного напряжения зрения, необходимо дополнительно употреблять витамин
1. А
2. В
3. С
4. D
Объяснение: огромное значение для фоторецепции и для зрения в целом имеет нормальное содержание витамина А. Он содержится в различных окрашенных продуктах - моркови, перцах, а также в рыбе, яйцах, молоке, печени и др. Правильный ответ - 1.
Задание №18.
Гуморальная регуляция осуществляется с помощью
1. Нервных импульсов, возникающих в рецепторах
2. Веществ, образующихся в железах внутренней секреции
3. Белков, содержащихся в пище
4. Деятельности головного и спинного мозга
Объяснение: гуморальная, она же гормональная, регуляция осуществляется при помощи гормонов, циркулирующих в крови. Гормоны выделяются железами внутренней секреции. Правильный ответ - 2.
Задание №19.
После травмы головы у человека нарушилась координация движения из-за нарушения работы
1. Мозжечка
2. Переднего мозга
3. Среднего мозга
4. Продолговатого мозга
Объяснение: за координацию движений отвечает мозжечок, также он регулирует мышечный тонус, равновесие и отвечает за мышечную память. Правильный ответ - 1.
Задание №20.
Скрещиванию разных видов синиц, обитающих в пределах одного лесного массива, препятствует
1. Разных хромосомный набор
2. Различие потребляемых кормов
3. Нарушение светового режима
4. Отсутствие мест для гнездования
Объяснение: скрещивание разных видов (не только синиц) невозможно из-за различий в хромосомном наборе организмов. Правильный ответ - 1.
Задание №21.
Стабилизирующая форма естественного отбора способствует
1. Полному вытеснению редких рецессивных мутаций
2. Сохранению в популяции среднего значения признака
3. Формированию новых признаков
4. Увеличению внутривидового разнообразия
Объяснение: стабилизирующая форма естественного отбора сохраняет особей популяции со средним значением признака, выбраковывая организмы с отклонениями от нормы. Правильный ответ - 2.
Задание №22.
Копчиковая кость, аппендикс, остаток третьего века в углу глаза человека - это
1. Аналогичные органы
2. Гомологичные органы
3. Атавизмы
4. Рудименты
Объяснение: все перечисленные признаки - это органы, оставшиеся от предков и утратившие свои функции. Такие органы называют рудиментарными. Правильный ответ - 4.
Задание №23.
Какой критерий вида служит главным доказательством родства человеческих рас?
1. Морфологический
2. Географический
3. Генетический
4. Физиологический
Объяснение: сейчас, в основном, для доказательства родства организмов или определения принадлежности к определенной группе, использую различные генетические методы. И, в зависимости от процентного соотношения гомологичности ДНК, определяют родство. Так доказали и родство человеческих рас. Правильный ответ - 3.
Задание №24.
Отношения каких организмов служат примером симбиоза?
1. Клеща и собаки
2. Сосны и масленка
3. Щуки и карася
4. Растения росянки и насекомого
Задание №25.
Роль организмов-консументов в экосистеме состоит в
1. Установлении симбиоза с растениями
2. Использовании ими солнечной энергии
3. Использовании неорганических веществ
4. Преобразовании органического вещества
Объяснение: консументы является вторым звеном в пищевой цепи после продуцентов (они превращают неорганические вещества в органические), то используют созданные продуцентами органические вещества. Правильный ответ - 4.
Задание №26.
Образование залежей каменного угля в недрах Земли связано преимущественно с развитием древних
1. Водорослей
2. Покрытосеменных
3. Моховидных
4. Папоротникообразных
Объяснение: залежи каменного угля образовались из остатков разложения различных древних растений, в основном, папоротникообразных. Правильный ответ - 4.
Задание №27.
Четвертичная структура молекулы гемоглобина представляет собой
1. Глобулу из одной полипептидной цепи
2. Двойную полипептидную спираль
3. Несколько соединенных полипептидных цепей
4. Последовательность аминокислот в полипептидной цепи
Объяснение: чтобы представить четвертичную структуру, посмотрим на картинку
Как мы видим, четвертичная структура представляет собой несколько свернутых полипептидных цепочек, они могут быть соединены ионом металла (например, гемоглобин). Правильный ответ - 3.
Задание №28.
Каковы конечные продукты подготовительного этапа энергетического обмена?
1. Углекислый газ и вода
2. Мочевина и мочевая кислота
3. Триглицериды и аммиак
4. Аминокислоты и глюкоза
Объяснение: на подготовительном этапе энергетического обмена происходит расщепление сложных органических молекул - полимеров до мономером, то есть белки расщепляются до аминокислот, полисахариды до моносахаридов и т.д. Вся полученная при этом энергия рассеивается в виде тепла. Правильный ответ - 4.
Задание №29.
Анализ стадий эмбриогенеза позвоночных животных служит основой для изучения их
1. Особенностей размножения
2. Уровня обмена веществ
3. Модификационной изменчивости
4. Эволюционного происхождения
Объяснение: биогенетический закон гласит: онтогенез - повторение филогенеза, то есть в процессе развития (эмбрионального) организм повторяет все этапы эволюции, через которые проходили его предки. Правильный ответ - 4.
Задание №30.
Ускорение роста культурных растений и увеличение их биомассы за счет регулярного полива и подкормки - это изменчивость
1. Мутационная
2. Соотносительная
3. Модификационная
4. Комбинативная
Объяснение: это изменчивость, которая возникает у конкретного организма в конкретных условиях, при этом признаки не передаются потомству. Правильный ответ - 3.
Задание №31.
Увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору, получают в селекции растений путем
1. Гетерозиса
2. Близкородственного скрещивания
3. Искусственного отбора
4. Искусственного мутагенеза
Объяснение: речь идет о получении полиплоидных организмов, то есть с увеличенным набором хромосом. Такой набор можно получить только при помощи искусственного мутагенеза. Правильный ответ - 4.
Задание №32.
Лишайники, в отличие от мхов,
1. Образуют ризоиды
2. Являются комплексными организмами
3. Вступают в симбиоз с корнями высших растений
4. Размножаются спорами
Объяснение: мхи - высшие растения, лишайники - симбиоз гриба и водоросли, то есть комплексные организмы. Правильный ответ - 2.
Задание №33.
Кровь по кровеносным сосудам человека течёт
1. Прерывисто - в соответствии с прерывистой работой желудочка
2. Толчками - вследствие пульсации сосудов
3. Прерывисто - вследствие задержки ее в органах
4. Непрерывно - вследствие эластичности стенок крупных артерий
Объяснение: сердце сокращается периодически, но за счет эластичности сосудов кровь в организме циркулирует непрерывно. Правильный ответ - 4.
Задание №34.
Что характерно для внешнего торможения рефлексов?
1. Формируется в нейронах вегетативной нервной системы
2. Образуется под влиянием условного раздражителя
3. Появляется при возникновении сильного раздражителя
4. Не развивается в нейронах функционирующей рефлекторной дуги
Объяснение: внешнее торможение - это торможение, возникающее под действием какого-то сильного внешнего раздражителя (например, боль, звук и т.д.). Правильный ответ - 3.
Задание №35.
Наиболее существенные и постоянные преобразования в биосфере вызывают
1. Климатические условия
2. Природные катаклизмы
3. Сезонные изменения в природе
4. Живые организмы
Объяснение: абиотические факторы постоянно влияют на нашу планету. В вопросе речь идет о биосфере, то есть о живой оболочке Земли, изменения в которой возникают из-за воздействия живых организмов друг на друга и на оболочку Земли. Правильный ответ - 4.
Задание №36.
Верны ли следующие суждения об обмене веществ?
А. Пластический обмен представляет собой совокупность реакций расщепления органических веществ в клетке, сопровождающихся выделением энергии.
Б. Хлорофилл растительных клеток улавливает солнечную энергию, которая аккумулируется в молекулах АТФ.
1. Верно только А
2. Верно только Б
3. Верны оба суждения
4. Оба суждения неверны
Объяснение: пластический обмен - процесс образование сложных молекул из простых (полимеров из мономеров). То есть процесс, обратный расщеплению. А второе утверждение верно. Правильный ответ - 2.
Задание №37.
Какие особенности строения и свойств воды определяют её функции в клетке?
1. Способность образовывать водородные связи
2. Наличие в молекулах макроэргических связей
3. Полярность молекулы
4. Высокая теплоемкость
5. Способность образовывать ионные связи
6. Способность выделять энергию при расщеплении
Объяснение: молекула воды полярная, между молекулами воды образуются водородные связи и она является внутренней средой организма и всех клеток, в которой происходят все реакции обмена, так же она является растворителем для большинства веществ. Таким образом, выбираем - 1, 3, 4.
Задание №38.
Какую функцию выполняют вставочные нейроны в нервной системе человека?
1. Передают нервные импульсы с двигательного нейрона в головной мозг
2. Передают нервные импульсы от рабочего органа в спинной мозг
3. Передают импульсы от спинного в головной мозг
4. Передают нервные импульсы к рабочим органам
5. Воспринимают нервные импульсы от чувствительных нейронов
6. Передают нервные импульсы двигательным нейронам
Объяснение: самая простая рефлекторная дуга состоит из чувствительного, вставочного и двигательного нейронов. Вставочные нейроны воспринимают импульс от чувствительных нейронов, передают сигнал из спинного мозга в головной и передают импульс к двигательным нейронам. Правильный ответ - 1, 3, 4.
Задание №39.
Какие из перечисленных примеров относят к ароморфозам?
2. Появление кровеносной системы у кольчатых червей
3. Возникновение теплокровности у млекопитающих
4. Расположение пальцев у дятлов - два вперед и два назад
5. Развитие сосущего ротового аппарата у насекомых
6. Появление четырехкамерного сердца у птиц
Объяснение: напомним, что ароморфоз - это такое изменение организма, которое способствует повышению его уровня организации. То есть это должно быть качественное (глобальное) изменение, такое, например, как появление кровеносной системы у кольчатых червей, возникновение теплокровности и появление четырехкамерного сердца. Остальные изменения является не глобальными, а частными. Правильный ответ - 2, 3, 6.
Задание №40.
Установите соответствие между признаком организма и царством, для которого он характерен.
Признак организма Царство
А. ДНК замкнута в виде кольца 1. Грибы
Б. По способу питания - автотрофы или гетеротрофы 2. Бактерии
В. Клетки имеют оформленное ядро
Г. ДНК имеет линейное строение
Д. В клеточное стенке имеется хитин
Е. Ядерное вещество расположено в цитоплазме
Объяснение: вспоминаем, что грибы - эукариоты, а бактерии - прокариоты, соответственно у прокариот отсутствует ядерная оболочка и все мембранные органеллы, кольцевая ДНК, по типу питания они могут быть как гетеро- так и автотрофами. То есть, правильный ответ - 221112.
Задание №41.
Установите соответствие между железой в организме человека и ее типом.
Железа Тип железы
А. Молочная 1. Внутренней секреции
Б. Щитовидная 2. Внешней секреции
В. Печень
Г. Потовая
Д. Гипофиз
Е. Надпочечники
Объяснение: железы внутренней секреции выделяют гормоны, то есть это такие железы, как щитовидная, гипофиз и надпочечники. Правильный ответ - 212211.
Задание №42.
Установите соответствие между характеристикой особи и ее генотипом.
Характеристика особи Генотип
А. Не дает расщепления в потомстве 1. Гомозиготный
Б. Имеет оба доминантных аллельных гена 2. Гетерозиготный
В. В потомстве происходит расщепление признаков
Г. Генотип содержит альтернативные гены
Д. Имеет оба рецессивных аллельных гена
Е. Образует разные типы гамет
Объяснение: гомозиготный генотип не дает расщепления в потомстве, имеет оба доминантных аллеля, не содержит альтернативных генов, имеет оба рецессивных аллеля и образует один тип гамет. Правильный ответ - 112212.
Задание №43.
Установите соответствие между характеристикой экосистем и их типом.
Характеристика Тип экосистем
А. Преобладают растения одного вида 1. Природная экосистема
Б. Обитает большое разнообразие видов 2. Агроэкосистема
В. Осуществляется саморегуляция
численности популяций
Г. Круговорот веществ незамкнутый
Д. Большую роль играет антропогенный фактор
Е. Пищевые цепи длинные
Объяснение: агроэкосистема включает один или несколько видов растений, имеет незамкнутый круговорот веществ, короткие пищевые цепи и человек играет большую роль в его жизнедеятельности. Правильный ответ - 211221.
Задание №44.
Установите последовательность процессов, происходящих при фагоцитозе.
1. Поступление мономеров в цитоплазму
2. Захват клеточной мембраной питательных веществ
3. Гидролиз полимеров до мономеров
4. Образование фагоцитозного пузырька внутри клетки
5. Слияние фагоцитозного пузырька с лизосомой
Объяснение: фагоцитоз - поглощение частиц пищи. Начинается с захвата клеточной мембраной питательных веществ, затем образуется фагоцитарный пузырек внутри клетки, потом он сливается с лизосомой, в лизосоме происходит гидролиз полимеров до мономеров и, в итоге, мономеры выходят в цитоплазму. Правильный ответ - 24531.
Задание №45.
Объясните, почему сокращение численности волков из-за отстрела в биоценозах тундры приводит к уменьшению запасов ягеля - корма северных оленей.
Объяснение: это происходит, потому что волки охотятся на северных оленей. Чем меньше волков, тем большей оленей, а олени кушаю ягель. При неконтролируемом размножении северных оленей запасы ягеля резко сократятся.
Задание №46.
Определите класс цветкового растения, изображенного на рисунке. Обоснуйте Ваш ответ. Назовите органы, обозначенные на рисунке буквами А и Б, и объясните их роль в жизни растения.
Объяснение: на рисунке представлена земляника (семейство розоцветные, класс двудольные, отдел покрытосеменные - наличие цветка и плода - признак покрытосеменных). А - цветок (орган полового размножения. Б - ус (столон) - видоизмененный побег. Земляника может размножаться и вегетативно при помощи столонов.
Задание №47.
Где расположен центр безусловно-рефлекторной регуляции кровяного давления человека? Чем различаются показатели кровяного давления в аорте и половых венах? Ответ поясните.
Объяснение: центр рефлекторно-рефлекторной регуляции кровяного давления расположен в продолговатом мозге (вообще большинство безусловных рефлексов контролируется спинным мозгом). В аорте давление более высокое, так как аорта расположена в начале большого круга кровообращения, а полыми венами большой круг кровообращения заканчивается, поэтому давление здесь наиболее низкое.
Задание №48.
В природе осуществляется круговорот кислорода. Какую роль играют в этом процессе живые организмы?
Объяснение: живые организмы дышат кислородом (кислород окисляет глюкозу при клеточном дыхании), при этом образуются углекислый газ и вода. Растения фиксируют углекислый газ в цикле Кальвина и выделяют кислород при фотосинтезе в качестве побочного продукта. А некоторые бактерии, осуществляющие хемосинтез, могут использовать кислород для окисления химических веществ.
Задание №49.
В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы тРНК с антикодонами АГЦ, ГЦЦ, УЦА, ЦГА, АГА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК, в которой закодирована информация о первичной структуре фрагмента белка. Объясните последовательность ваших действий.
Объяснение: нам дана последовательность тРНК, значит задачу мы будем решать с конца: сначала напишем комплементарную цепь иРНК, затем комплементарную двойную цепь ДНК.
тРНК: АГЦ ГЦЦ УЦА ЦГА АГА
иРНК: УЦГ ЦГГ АГУ ГЦУ УЦУ
ДНК1: АГЦ ГЦЦ ТЦА ЦГА АГА
ДНК2: ТЦГ ЦГГ АГТ ГЦТ ТЦТ
Задание №50.
При скрещивании пестрой хохлатой (В) курицы с таким же петухом было получено восемь цыплят: четыре цыпленка пестрых хохлатых, два - белых (а) хохлатых и два - черных хохлатых. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и потомства, объясните характер наследования признаков и появление особей с пестрой окраской. Какие законы наследственности проявляются в данном случае?
Объяснение: такое расщепление возможно только если родители гетерозиготны по окраске, то есть пестрая окраска имеет генотип - Аа
АА - черная окраска
аа - белая окраска
Аа - пестрая окраска
P: АаВВ х АаВВ
G: АВ, аВ
F1: АаВВ - пестрый хохлатый (4 цыпленка)
ааВВ - белый хохлатый (два цыпленка)
ААВВ - черный хохлатый
По окраске расщепление по генотипу и фенотипу одинаковое: 1:2:1, так как здесь присутствует явление неполного доминирования (между и черной и белой окраской появляется промежуточный вариант), признаки наследуются независимо.
Метод дифференциального центрифугирования
Суть метода:
1. Приготовление гомогената из исследуемых клеток;
2. Центрифугирование
3. Разделение фракций
- Изучение фракций
Принцип метода – в разделении внутриклеточных компонентов на фракции, отличающиеся по массе при помощи высокоскоростной центрифуги.
При подготовке клеток к такому исследованию из клеток готовится гомогенат. Гомогенат – это клетки, которые подвергаются механическому разрушению до состояния взвеси из внутриклеточных структур. Полученные фракции, в дальнейшем можно изучать методами биохимического анализа или изучать морфологию этих структур.
Метод дифференциального центрифугирования рассматривался нами при изучении темы Вакуолярная система клетки, при открытии Де Дювом лизосом и др.
Центрифугирование – первый этап фракционирования, с его помощью разделяются толко достаточно крупные компоненты. Для достижения более высокой степени разделения клеточных компонентов далее используется метод седиментации в градиенте плотности. Эту разновидность метода мы рассматривали в теме, когда касались морфологии рибосом, их субъединиц и рРНК, которые дифференцировали по величине константы седиментации Сведберга.
Для фракционирования отдельных разновидностей белков в биохимии применяется метод хроматографии. В биологии часто используется метод распределительной хроматографии. Суть этого метода заключается в том, что каплю образца (содержащего биологическую жидкость) наносят на поверхность специальной бумаги (хроматография на бумаге) или на пластинку из стекла или пластмассы, покрытую тонким слоем инертного сорбента (целлюлозы или силикагеля) – хроматография в тонком слое или тонкослойная хроматография. Затем пластинку одним концом помещают в смесь растворителей (например воды и спирта). По мере движения растворителя вверх по пластинке его молекулы подхватывают те молекулы образца, которые растворяются. В результате происходит дифференциация молекул образца на хорошо и плохо растворимые, то есть те которые движутся быстро и медленно. Через несколько часов пластинку сушат, окрашивают и определяют на ней местоположение определенных молекул. Другая разновидность разгонки белков – колоночная хроматография. В этом случае смесь молекул образца пропускают через колонку, содержащую твердый пористый матрикс. В результате взаимодействия с матриксом различные белки проходят через колонку с разной скоростью. Этот вид хроматографии, когда используются колонки, набитые крошечными пористыми шариками, находящимися в геле позволяют определить размер белковых молекул.
Биологическое применение
Разнообразные методы хроматографии используются в биологии, например для определения разницы в белках у близких видов (видов-двойников), для которых этот метод является вторым после достаточно трудоемкого кариологического анализа.
Суть этого метода в применении радиоактивных изотопов водорода (трития), серы, фосфора, кислорода и др. и их обнаружения в образце, в который они вводились.
Метод очень чувствительный, так как практически можно зарегистрировать каждый распад, то есть может быть учтен каждый радиоактивный атом.
Принцип метода:
В живую, функционирующую клетку вводятся радиоактивные предшественники, путем очень кратковременного (импульсного мечения). Они включаются в состав определенных клеточных структур. Затем из клеток готовятся микроскопические препараты, на поверхность которых наносится фотоэмульсия. После определенного времени экспозиции в результате радиоактивного распада происходит восстановление серебра фотоэмульсии альфа и бета частицами. После проявления фотоэмульсии, на поверхности препарата видны темные метки, в тех участках, в которые был включен радиоактивный предшественник.
Таким образом, можно наблюдать, как радиоактивная метка перемещается из одной клеточной структуры в другую. Так можно выяснить в каких внутриклеточных структурах может происходить синтез тех или иных веществ.
Если в клетки ввести меченый тритием тимидин, то можно изучать течение во времени процессов, связанных с обновлением (редупликацией ДНК, если в клетку ввести меченый тритием урацил, то можно изучать динамику процессов, связанных с синтезом разнообразных видов молекул РНК, (например, рРНК в ядрышке, иРНК – при транскрибции и т.д.).
Этот метод мы разбирали при изучении разделов об определении времени жизненного цикла клетки и доказательств полуконсервативности редубликации ДНК, при изучении механизма образования экспортного белка.
Период полураспада некоторых радиоактивных изотопов, применяющихся в биологии:
Р32 – 14 сут; J134 – 8.1 сут; S35 – 87 сут; C14 – 5 570 лет; Ca45 – 164 сут; H3 – 12,3 года.
Этот метод основан на различиях в скоростях седиментации частиц, отличающихся друг от друга размерами и плотностью. Разделяемый материал, например гомогенат ткани, центрифугируют при ступенчатом увеличении центробежного ускорения, которое выбирается так, чтобы на каждом этапе на дно пробирки осаждалась определенная фракция. В конце каждой стадии осадок отделяют от надосадочной жидкости и несколько раз промывают, чтобы в конечном итоге получить чистую осадочную фракцию. К сожалению, получить абсолютно чистый осадок практически невозможно; чтобы понять, почему это происходит, обратимся к рассмотрению процесса, происходящего в центрифужной пробирке в начале каждой стадии центрифугирования.
Сначала все частицы гомогената распределены по объему центрифужной пробирки равномерно, поэтому получить чистые препараты осадков самых тяжелых частиц за один цикл центрифугирования невозможно: первый образовавшийся осадок содержит в основном самые тяжелые частицы, но, кроме этого, также некоторое количество всех исходных компонентов. Получить достаточно чистый препарат тяжелых частиц можно лишь при повторном суспендировании и центрифугировании исходного осадка. Дальнейшее центрифугирование супернатанта при последующем увеличении центробежного ускорения приводит к седиментации частиц средних размеров и плотности, а затем и к осаждению самых мелких частиц, имеющих наименьшую плотность. На рис. 2.3 изображена схема фракционирования гомогената печени крысы.
Дифференциальное центрифугирование является, по-видимому, самым распространенным методом выделения клеточных органелл из гомогенатов тканей. Наиболее успешно применяется этот метод для разделения таких клеточных органелл, которые значительно отличаются друг от друга по размерам и плотности. Но даже и в этом случае получаемые фракции никогда не бывают абсолютно гомогенными, и для их дальнейшего разделения применяют другие методы, описанные ниже. Эти методы, основанные на различиях в плотности органелл, обеспечивают более эффективное разделение благодаря тому, что центрифугирование осуществляют в растворах с непрерывным или ступенчатым градиентом плотности. Недостатком этих методов является то, что приходится тратить время на получение градиента плотности раствора.
Зонально-скоростное центрифугирование
Метод зонально-скоростного, или, как его еще называют, s-зонального центрифугирования, заключается в наслаивании исследуемого образца на поверхность раствора с непрерывным градиентом плотности. Затем образец центрифугируют до тех пор, пока частицы не распределятся вдоль градиента в виде дискретных зон или полос. Благодаря созданию градиента плотности удается избежать смешивания зон, возникающего в результате конвекции. Метод зонально-скоростного центрифугирования применяется для разделения гибридов РНК--ДНК, субъединиц рибосом и других клеточных компонентов.