Хлоропласты двухмембранны. Внутренняя мембрана хлоропластов образует ламеллы – плоские длинные выросты, и тилакоиды – уплощенные мешочки, сложенные в стопки, называемые гранами. Ламеллы связывают между собой граны. В мембранах тилакоидов располагается пигмент хлорофилл, участвующий в световой фазе фотосинтеза, и ферменты. Пространство между тилакоидами и ламеллами заполнено стромой, в которой располагаются ДНК, рибосомы и ферменты синтеза углеводов. В хлоропластах идет процесс поглощения и преобразования световой энергии в энергию химических связей, т. е. идет процесс фотосинтеза. Фотосинтез состоит из двух фаз: световой и темновой. Световая реакция идет на мембранах, а темновая – в строме.
Первая состоит в получении водорода при фотолизе (при расщеплении воды под действием энергии, которую дает свет). Под действием кванта света хлорофилл теряет электрон, который передается по цепи переносчиков на обращенную к матриксу поверхность мембраны. При этом внутри тилакоидов идет фотолиз.
Ионы гидроксила отдают свои электроны (они идут на восстановление хлорофилла), а затем объединяются с образованием воды и кислорода. Протоны водорода накапливаются в тилакоидах. Создается разность потенциалов на мембране. По достижении критического уровня протоны начинают проталкиваться через каналы АТФ-синтетазы; энергия этого процесса используется для синтеза АТФ. Протоны водорода с наружной стороны мембраны соединяются с электронами и образуют атомы водорода, которые связываются с НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфатом). Кислород, образующийся при фотолизе диффундирует в атмосферу. Процессам темновой фазы свет не нужен, протекают они в матриксе хлоропласта и осуществляются за счет энергии АТФ и НАДФ*Н2. Акцептором CO2 служит пятиуглеродный сахар – рибулозодифосфат. Результатом присоединения CO2 является молекула фосфоглицериновой кислоты (содержит три атома углерода). Этот продукт вступает на разные пути метаболизма и образует различные конечные продукты. Это моносахариды, превращающиеся затем в крахмал и запасающиеся растением; глицерол и жирные кислоты; аминокислоты.
Итоговое уравнение фотосинтеза:
Фотосинтез – единственный процесс, в результате которого на нашей планете энергия солнечного луча преобразуется в химическую энергию углеводов. Благодаря фотосинтезу атмосфера обогащается свободным кислородом, который необходим для дыхания, и очищается от избыточных количеств CO. Таким образом, фотосинтез представляет собой не только первичный синтез органических веществ, но и процесс, вследствие которого на Земле создаются условия, необходимые для существования всех других организмов.
Вопрос 2. Эволюция человека. Доказательства происхождения человека от млекопитающихживотных
В начале кайнозоя, более 40 млн лет назад, появились первые приматы. От них обособилось несколько ветвей эволюции, приведших к современным человекообразным обезьянам, другим приматам и человеку. Современные человекообразные обезьяны происходят от общих с человеком предков – дриопитеков. Они обитали в тропических лесах. Некоторые их популяции и положили начало эволюции человека, его предшественникам – австралопитекам.
Австралопитеки (от лат. "аустралис" – южный и греч. "питек" – обезьяна) – вымершая группа гоминид (прямоходящих приматов). Их скелетные остатки найдены в Южной Африке. Они имели много черт, сближающих их с человеком (форму зубов, строение черепной коробки, форму таза). Если судить по отпечаткам ног, австралопитеки были первыми прямоходящими существами, однако у них еще не выработалась привычка держаться все время на ногах. Австралопитеки охотились, изготавливали орудия труда, жили в поросшей деревьями саванне или селились по берегам озер или рек. Более поздние из австралопитеков явились, видимо, непосредственными предками людей. Они получили название Homo habilis ("человек умелый"). По своему внешнему виду и строению "человек умелый" не отличался от человекообразных обезьян, но уже умел изготавливать примитивные режущие и рубящие орудия из гальки. Следующим этапом эволюции было появление древнейших людей (вид "человек прямоходящий" – Homo erectus), к которым относятся питекантроп, синантроп и гейдельбергский человек. У Homo erectus был более развитый череп. Его объем колебался от 900 до 1200 см. С появлением рубила и топорика человек прямоходящий получил более совершенные орудия труда. Homo erectus первым стал пользоваться огнем. По всей вероятности, он прямой предок человека разумного – Homo sapiens. Вид Homo sapiens ("человек разумный") образуют неандертальцы, кроманьонцы и современные люди; этот вид сформировался не позднее 100-40 тыс. лет тому назад.
В эволюции начинают играть роль социальные факторы: трудовая деятельность в группах, которыми они жили; совместная борьба за жизнь и развитие интеллекта. Появляются древние люди. К ним относятся неандертальцы. Неандертальцы жили в ледниковую эпоху, 200-35 тыс. лет назад, в пещерах. Орудия труда неандертальцев имеют некоторую специализацию: ножи, скребла, ударные орудия. Несмотря на покатый лоб и недостаточно выпрямленную фигуру, две черты резко подчеркивали их принадлежность к людям: объем их мозга достиг 1400 см, а форма нижней челюсти свидетельствовала о членораздельной речи. Неандертальцы жили группами по 50-100 человек. Возникновение людей современного физического типа произошло относительно недавно, около 50 тыс. лет назад. В гроте Кроманьон (Франция) было обнаружено сразу несколько скелетов ископаемых людей современного типа, которых и назвали кроманьонцами. Они обладали всем комплексом физических особенностей, который характерен для ныне живущих людей: увеличившийся объем мозга (1600 см); хорошо развитая членораздельная речь, на что указывал развитый подбородочный выступ; строительство жилищ; первые зачатки искусства.
Общность плана строения, сходство зародышевого развития, рудименты, атавизмы – бесспорные доказательства животного происхождения человека и свидетельство того, что человек, как и животные, – результат длительного исторического развития органического мира.
Вопрос 3. Рассмотреть обитателей аквариума и составить схему круговорота кислорода в нем. Объяснить, почему необходимо переодически накачивать в аквариум воздух
Все живые организмы дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. В процессе фотосинтеза продуценты (водные растения, одноклеточные и многоклеточные зеленые водоросли) выделяют в окружающую среду кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза. Образовавшийся кислород поглощается всеми обитателями аквариума, включая и сами растения. Кислород расходуется на биологическое окисление органических веществ клетки, в результате чего образуется энергия, необходимая для жизнедеятельности организмов.
Аквариум является лишь моделью экосистемы, в которой нет равновесия между производством и потреблением кислорода, поэтому необходимо периодически накачивать в аквариум воздух с помощью компрессора.
Билет № 11
Вопрос 1. Деление клеток – основа размножения и роста организмов. Роль ядра и хромосом в деление клеток. Митоз и его значение
Увеличение числа клеток происходит в результате их деления. Различают три способа деления клеток: амитоз (прямое деление), митоз (непрямое деление) и мейоз.
Жизнь клетки от одного деления до другого, включая само деление, составляет митотический, или клеточный, цикл. После окончания деления клетка вступает в интерфазу, которая длится до начала следующего деления и включает три периода.
Пресинтетический период. В этом периоде через синтез белков реализуется наследственная информация. Количество и состав белков определяются хромосомной ДНК. Белки-ферменты направляют все процессы в клетке.
Синтетический период. В ядре идет синтез ДНК. Число молекул ДНК в каждой хромосоме удваивается, при этом число хромосом в ядре не изменяется. Удваиваются центриоли клеточного центра.
Постсинтетический период. Продолжается синтез белков и накопление энергии. Заканчивается подготовка к делению, которым и завершается интерфаза митотического цикла.
В подавляющем большинстве клеток деление в дальнейшем протекает по типу митоза. За исключением некоторых деталей, он однотипен как в животных, так и в растительных клетках.
Митоз (от греч. "mitos" – нить), или непрямое деление клетки, представляет собой непрерывный процесс, в результате которого происходит точное равномерное распределение наследственного материала, содержащегося в хромосомах, между двумя вновь возникающими клетками. В этом состоит биологическое значение митоза. Митоз состоит из следующих фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
Профаза– самая длительная фаза митоза. Хромосомы спирализуются и утолщаются.
К концу профазы хорошо заметно, что каждая хромосома состоит из двух тесно соприкасающихся друг с другом хроматид. Обе хроматиды соединяются одним общим участком – центромерой, начинают постепенно передвигаться к клеточному экватору. В середине или конце профазы исчезают ядерная оболочка и ядрышки.