Формування адаптацій на молекулярному та клітинному рівнях організації.

 Біологія і екологія 

21 група

Урок 10

 

Тема: Формування адаптацій на молекулярному та клітинному рівнях організації.

Завдання на урок: 1.      Ознайомитися з матеріалами відеоуроків

https://www.youtube.com/watch?v=DHSESzx73Pw

https://www.youtube.com/watch?v=RsUgMmFdmJM

2.      Ознайомитися з матеріалом уроку

Для різноманітних адаптацій є спільний механізм виникнення - пристосувальні ознаки формуються впродовж біологічної еволюції завдяки природному добору ососбин, які мають ознаку в найбільш вираженій формі, а не виникають одразу в готовому вигляді. Формування адаптацій відбувається двома шляхами: на молекулярному на клітинному рівнях.

Як відбувається формування адаптацій на молекулярному й клітинному рівнях організації життя?

Відповідь проілюструємо на конкретному прикладі адаптації антарктичних риб до низької температури води. У деяких предкових особин сучасних нототеній відбулася дуплікація гена, що кодує трипсин. Ця хромосомна мутація призвела до виникнення двох копій гена. Після цього в його новій копії відбулась генна «корисна» мутація: в її центрі декілька разів продублювався фрагмент, що кодує три амінокислоти. Результатом таких перетворень став ген з інформацією про інший білок.



Так виникли первинні глікопротеїни крові риб, які перешкоджають кристалізації льоду. Вихідна популяція отримала переваги й більше шансів на виживання. Згодом у процесі еволюції цей ген ще багаторазово дублювався і виникали різні білки-антифризи у різних видів риб родини Нототенієві.

Механізми адаптацій на молекулярному рівні організації живого.
На молекулярному рівні зберігається та реалізується спадкова інформація, яка й визначає адаптивні властивості організмів. Збереження ефективності функціонування біологічних систем за зміни умов існування забезпечується,насамперед, підтримкою гомеостазу на молекулярному рівні. Можна виокремити три головні напрями розвитку таких процесів:



І напрям - збереження структурної цілісності й функціональної активності макромолекул.

Молекулярною основою усіх пристосувальних реакцій організму є будова і властивості його білків. Для того щоб організм одержав нові можливості використовувати своє середовище існування, необхідні пристосувальні зміни його білків, закріплені генетично. Вони можуть бути кількісними та якісними. До них належать:

· збільшення або зменшення концентрації білків унаслідок відповідних змін у їх синтезі. Уже під час дії несприятливого фактора інтенсифікуються і біосинтетичні процеси, що зумовлюють пристосувальний синтез різних білків, і відновлення запасів енергії;

· приєднання до існуючих макромолекул різних речовин, які модифікують їх властивості і просторову організацію. Це можуть бути як активатори, так і інгібітори;

· зміна регуляторних функцій білків на посттранскрипційному і посттрансляційному рівнях, також унаслідок нервових і гуморальних впливів;

· зміна просторової організації біополімерів залежно від параметрів середовища. Це явище широко розповсюджене у природі, оскільки забезпечує максимальну функціональну різноманітність при мінімальному використанні необхідного матеріалу. Наприклад, білок пуротонін А міститься і в отруті гримучих змій, і в зерні пшениці, борошні. Отрутна модифікація відзначається одним зайвим дисульфідним зв'язком, який утворюється тільки у клітинах отруйних залоз. Це один із варіантів регуляції експресії генів за допомогою факторів середовища;

· синтез нового типу макромолекул унаслідок мутацій та інших змін геному.

ІІ - забезпечення джерелами енергії та речовинами, які використовуються для біосинтезу

Функціонування будь-якої клітини залежить від взаємодії різних її структурних компонентів. До прикладу, існують одноклітинні еукаріоти, які можуть існувати як в аеробних умовах, так і в анаеробних. Пригадаємо, що для аеробних організмів енергетичний обмін відбувається в три етапи: підготовчий, безкисневий (анаеробний) та кисневий (аеробний). У забезпеченні аеробного етапу енергетичного обміну провідна роль належить мітохондріям, у яких синтезується більша частина молекул АТФ. Але коли одноклітинні еукаріоти мешкають в анаеробних умовах мітохондрії втрачають своє функціональне значення. Тому в клітинах анаеробних еукаріотів, таких як деякі вільноживучі амеби, інфузорії чи паразитичні види (наприклад, паразит людини - трихомонада), мітохондрій немає. Замість них є інші органели - гідрогеносоми, які беруть участь в енергетичному обміні анаеробних одноклітинних еукаріотів. Вони оточені двома мембранами, внутрішня з яких утворює виступи, які дещо нагадують кристи мітохондрій. Унаслідок анаеробних біохімічних процесів, які відбуваються в гідрогеносомах, звільняється енергія, яка при цьому використовується для синтезу молекул АТФ.

Унаслідок адаптацій до здійснення певних функцій може змінюватись і будова деяких типів клітин еукаріотів. Так, еритроцити більшості видів ссавців не мають ядра. Разом з ядром дозрілі еритроцити втрачають і більшість органел, зокрема мітохондрії. Відсутність органел дає змогу еритроцитам ссавців мати більший об’єм гемоглобіну та транспортувати більший об’єм кисню. Але відсутність мітохондрій унеможливлює здійснення в цих клітинах кисневого (аеробного) етапу енергетичного обміну. Тому дозрілий еритроцит ссавців задовольняє свої обмежені енергетичні потреби лише за рахунок анаеробного гліколізу.

ІІІ - регуляція обміну речовин.


Таким чином, молекулярною основою адаптацій є синтез нового типу макромолекул унаслідок мутацій та рекомбінацій генів. Окрім цього, молекулярними й клітинними механізмами адаптацій є: 1) збільшення або зменшення концентрації білків унаслідок змін у їх клітинному синтезі; 2) приєднання до макромолекул речовин (активатори та інгібітори), що модифікують їх властивості; 3) зміна регуляторних функцій білків і клітинних процесів метаболізму; 4) зміна просторової організації біополімерів (наприклад, білок пуротонін міститься в отруті гримучих змій і в зерні пшениці, де його відмінність визначається зайвим дисульфідним зв'язком)
Отже, адаптації на клітинному рівні насамперед пов’язані зі змінами активності процесів пластичного та енергетичного обмінів. Оскільки більшість процесів метаболізму в клітині відбувається з витратами енергії, основним напрямом адаптацій є підтримання синтезу молекул АТФ на рівні, потрібному для забезпечення функціонування як окремих клітин, так і всього організму. У багатоклітинних організмів адаптації на клітинному рівні слугують основою для формування адаптацій на більш високому рівні організації - тканин, органів, систем органів і цілісного організму.
Формування адаптацій на молекулярному й клітинному рівнях організації пов'язане зі змінами генетичного матеріалу, експресії генів та функціональних продуктів певних генів.

3.                  Дати усну відповідь на питання уроку

3.1. Що є найзагальнішою спільною особливістю адаптацій?
3.2. Наведіть приклад молекулярних процесів формування адаптацій.
3.3. Наведіть приклад клітинних адаптацій.

3.4. Які молекулярні механізми адаптацій?
3.5. Які клітинні механізми адаптацій?

4.         Ознайомитися з матеріалом § 3 підручника  https://uahistory.co/pidruchniki/sobol-biology-and-ecology-10-class-2018-standard-level/67.php

5.         Виконати тест

Відкрийте посилання  join.naurok.ua введіть код доступу 3752446

або перейдіть за посиланням: https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=3752446

 6.Фотозвіт надіслати на електронну пошту nataalex088@gmail.com