Примерные вопросы и ответы к экзамену по биологии. 11 класс - Ирина Ткаченко

Билет № 7

Вопрос 1. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Ферменты, их роль в реакциях обмена веществ

Клетка постоянно обменивается с окружающей средой веществом и энергией. Метаболизм (обмен веществ) – совокупность взаимосвязанных процессов, представляющих собой различные химические преобразования веществ. Его составляют анаболизм и катаболизм. Анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) – реакции синтеза, идущие с потреблением энергии. Катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) – процессы расщепления веществ с высвобождением энергии. Анаболизм и катаболизм неразрывно связаны.

Энергия используется клеткой для обеспечения процессов своей жизнедеятельности. Энергия в клетках образуется при энергетическом обмене и запасается в виде АТФ. Процесс диссимиляции имеет три этапа (у анаэробов – первые два) – подготовительный, бескислородный и полное окисление. На подготовительном этапе сложные органические соединения распадаются до простых. Для дыхания используют в основном углеводы. На втором этапе происходит дальнейшее расщепление органических субстратов без кислорода. Такое расщепление глюкозы называется гликолизом. В ходе гликолиза шестиуглеродный сахар превращается в две молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (ПВК). Эти реакции протекают в цитоплазме. Суммарное уравнение можно записать так:

C6H12O6 → 2C3H4O3 + 4H + 2АТФ.

При аэробном дыхании ПВК направляется в митохондрии для дальнейшего расщепления. При этом ПВК с коферментом А образует ацетилкофермент А, который включается в цикл Кребса. В результате образуются две молекулы CO2, одна АТФ и четыре пары атомов водорода.

Атомы водорода присоединяются к НАД или ФАД и попадают на внутреннюю мембрану митохондрий, где по цепи встроенных в мембрану белков транспортируются так, что протоны накапливаются в межмембранном пространстве, а электроны передаются на внутреннюю поверхность внутренней мембраны митохондрии, где соединяются с кислородом. Создается разность потенциалов, в результате чего протоны водорода проходят внутрь мембраны через ионные каналы фермента АТФ-синтетазы, встроенного в эту мембрану. Там протоны соединяются с кислородом и образуют воду. А энергия прохождения протонов через канал используется для синтеза АТФ. Суммарная реакция клеточного дыхания:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38АТФ.

Аэробное дыхание в 19 раз эффективнее и выгоднее по сравнению с анаэробным. Пластический обмен протекает по-разному в разных клетках. Клетки гетеротрофных организмов строят собственные молекулы из компонентов молекул, поступающих извне. Клетки автотрофов синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фото– и хемосинтеза.

Ферменты – биологические катализаторы белковой природы, они ускоряют многие реакции. Действуют они последовательно и специфично, то есть фермент катализирует определенную реакцию. Активность зависит от pH, температуры, концентрации субстрата. В связь с субстратом вступают лишь несколько аминокислот, называемых активным центром. Фермент имеет конфигурацию, подходящую к субстрату как «ключ» к «замку». Субстрат видоизменяется, образуются продукты и фермент отсоединяется. Существуют соединения, могущие тормозить деятельность фементов. Это ионы тяжелых металлов (мышьяка, свинца), лекарственные препараты и др. Без ферментов клетка не смогла бы существовать, так как химические реакции протекали бы слишком медленно.

Вопрос 2. Идиоадаптация – направление эволюции органического мира. Значение идиоадаптаций

Идиоадаптацией называются частные приспособления, полезные в определенных (конкретных) условиях среды, приуроченные к определенному месту обитания и экологической нише. Морфологические и физиологические изменения у живых существ по типу идиоадаптаций не ведут к повышению общего уровня их организации, а имеют лишь частное значение и способствуют специализации живых существ. На основе идиоадаптаций первоначально однородная систематическая группа распадается на множество мелких высокоспециализированных групп, приспособленных к определенным условиям на отдельных участках ареала вида. Таким образом, идиоадаптация – это путь биологического прогресса, при котором формируются многообразие и специализация живых существ.

Приспособления, появляющиеся у организмов, полезны в борьбе за существование и возникают они в группе с большим количеством особей внутри определенной среды. Они очень разнообразны по форме и масштабу, поэтому в настоящее время существует огромное количество видов животных и растений. Идиоадаптации повышают численность популяций и внутривидовую дифференцировку на расы.

Примерами идиоадаптации могут служить многочисленные частные приспособления, обеспечивающие опыление цветков покрытосеменных растений конкретными видами насекомых; морфологические приспособления семян к распространению ветром, птицами, млекопитающими; различные виды

покровительственной окраски, мимикрии и маскировки у организмов разных сред обитания. С идиоадаптацией связано формирование специализированных конечностей у птиц и млекопитающих – от примитивной пятипалой конечности до крыла у птиц и летучих мышей и до кисти у человека. В процессе приспособления к разным экологическим нишам у членистоногих появилась сложная дифференциация ротового аппарата, а у млекопитающих – сложная дифференциация зубов (наличие резцов, клыков, больших и малых коренных зубов, особенно у отрядов травоядных и хищных животных).

Рептилии, исходно передвигавшиеся однотипно, в результате идиоадаптаций приобрели возможность лазать, бегать. Водные животные имеют обтекаемую форму тела (киты, пингвины, рыбы). Растения имеют различные приспособления к опылению.

Частными случаями идиоадаптации являются телогенез и гипергенез. При телогенезе приспособления вырабатываются приспособления к узким условиям среды и существования. Например миноги и миксины из-за полупаразитического образа жизни приобрели специализированные ротовые органы. Или у грызуна слепыша, который ведет подземный образ жизни, заросли глаза, редуцировался хвост. Телогенез ведет к снижению эволюционной пластичности и такая специализация при изменившихся условиях может привести к вымиранию группы.

Гипергенез приводит к увеличению органов или самих организмов. Это было характерно для ископаемых форм. Огромные папоротники, насекомые, рога у оленей, бивни у мамонтов и т. д. Обычно гипергенез дает снижение плодовитости, замедление реакций на внешние раздражители. Поэтому гипергенез не стал распространенным направлением эволюции.

При гипогенезе организм недоразвивается. Видимо в меняющихся условиях личиночная стадия является наиболее адаптивной и экономной. Пример: аксолотль (личинка тритона) становится половозрелым, не метаморфизируясь во взрослую стадию.

Вопрос 3. Решите задачу на независимое наследование при дигибридном скрещивании

Задача.

У плодовой мушки дрозофилы серая окраска тела и наличие щетинок – доминантные признаки, которые наследуются независимо.

Какое потомство следует ожидать от скрещивания желтой самки без щетинок с гетерозиготным по обоим признакам самцом?

Решение:

A – серое тело; а– желтое тело;

B – щетинки.; в– отсутствие щетинок

1. Желтая самка без щетинок является гомозиготной, рецессивной по обоим признакам особью, следовательно, ее генотип aabb.

2. Самец гетерозиготен по обоим признакам, следовательно, генотип дигетерозиготной особи AaBb.

Запись скрещивания:

Самка образует только один сорт гамет, как гомозиготная особь, а самец – 4 сорта гамет, так как при их образовании в анафазе мейоза имеет место случайное независимое расхождение хромосом и их перекомбинация.

Ошибка: источник перекрестной ссылки не найден

Ответ: следует ожидать 25 % потомства, подобного отцу, 25 % – подобного матери, и по 25 % особей, сочетающих признаки обоих родителей.

Билет № 8

Вопрос 1. Энергетический обмен в клетках растений и животных, его значение

Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция – совокупность реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют еще энергетическим обменом клетки или катаболизмом.

Химическая энергия питательных веществ заключена в различных ковалентных связях между атомами в молекулах органических соединений.

Часть энергии, освобождаемой из питательных веществ, рассеивается в виде теплоты, а часть аккумулируется, т. е. накапливается в богатых энергией фосфатных связях АТФ. Именно АТФ обеспечивает энергией все виды клеточных функций: биосинтез, механическую работу (деление клетки, сокращение мышц), активный перенос веществ через мембраны, поддержание мембранного потенциала в процессе проведения нервного импульса, выделение различных секретов.