10.Fotosynteza

jest procesem anabolicznym, czyli z prostych substancji pobranych z otoczenia pod wpływem energii syntetyzowane są złożone substancje organiczne (głównie cukry). Energią niezbędną do zainicjowania procesu jest asymilowane światło słoneczne, natomiast podstawowym produktem jest glukoza, która później przetwarzana jest na dalsze produkty. Substratami procesu są woda i dwutlenek węgla (między innymi produkowany w procesie spalania komórkowego i wydychany do atmosfery), a produktem ubocznym jest tlen cząsteczkowy, który z kolei jest niezbędny do życia między innymi wszystkich zwierząt. Sumarycznie proces fotosyntezy przedstawia się następująco:

Reakcję fotosyntezy przeprowadzają rośliny zielone – zielone, ponieważ zawierają zielony barwnik pochłaniający wszystkie długości fal białego światła słonecznego z wyjątkiem tej częstotliwości, która odpowiada falom o zielonym widmie. Barwnik ten to światłoczuły chlorofil, który strukturą chemiczną przypomina kwiat cięty. Korona tego chemicznego kwiatu z centralnie umieszczonym atomem magnezu pochłania fotony światła słonecznego i poprzez długą węglową łodygę przekazuje energię w postaci elektronów (przetwarzana tu jest energia świetlna (fotony) na energię elektryczną (elektrony)).

Fotosynteza zachodzi u rośli, glonów, sinic i w nieco innych wariantach u bakterii zielonych i purpurowych, tlenowych i beztlenowych. 

• WARUNKI I INTENSYWNOŚĆ FOTOSYNTEZY- intensywność tego procesu jest uwarunkowana wieloma czynnikami; są to zarówno czynniki egzogenne jak i endogenne;

  • światło- podstawowy i niezbędny warunek fotosyntezy w fazie świetlnej; na uwagę zasługuje przy tym fakt, że nie ma znaczenia rodzaj energii (słoneczna bądź elektryczna); na szybkość i intensywność fotosyntezy wpływa natężenie światła oraz jego barwa; zbyt silne oświetlenie hamuje jednak fotosyntezę, gdyż cząsteczki chlorofilu ulegają inaktywacji;

  • dwutlenek węgla- rośliny wodne pobierają go pod postacią jonów HCO₃-, natomiast rośliny lądowe w postaci gazowej; stężenie dwutlenku węgla w atmosferze jest jednak dość niskie;

  • woda- woda jest czynnikiem warunkującym procesy typu biochemicznego; woda warunkuje procesy wymiany gazowej;

  • sole mineralne- są one źródłem substancji niezbędnych do procesów syntezy, które zachodzą w komórkach; warunkują także wiele istotnych przemian;

  • temperatura- temperatura warunkuje proces fotosyntezy z tego względu, że proces ten ma charakter enzymatyczny; najlepsza optymalna temperatura dla tego procesu wynosi od 20 do 30 ⁰C; po przekroczeniu tego przedziału znacznie zmniejsza się intensywność tego procesu;

ZNACZENIE FOTOSYNTEZY- fotosynteza jest jednym z podstawowych procesów biologicznych. Warunkuje ona życie na Ziemi, dzięki niemu możliwa jest przemiana materii nieorganicznej w organiczną. Związki organiczne, które zostają wytworzone w trakcie tego procesu są czynnikiem budującym oraz pokarmowym. Poprzez proces wiązania dwutlenku węgla i uwalnianie tlenu możliwe jest zachowanie stabilnej sytuacji gazowej.

2.Oddychanie komórkowe (tlenowe)

to proces stopniowego utleniania (inaczej spalania) glukozy. Zwyczajowo zapisuje się go w postaci równania chemicznego:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energia

Taki zapis nie odzwierciedla przebiegu procesu, wskazuje jedynie jego substraty i produkty. Od zwykłego spalania proces oddychania różni się tym, że:

- proces spalania zachodzi szybko, natomiast oddychanie komórkowe zachodzi etapami.

- podczas spalania cała uwolniona energia jest zamieniana w ciepło, natomiast w czasie oddychania znaczna część uwolnionej energii zamieniana jest na energię biologicznie użyteczną, czyli ATP. I to właśnie jest głównym celem całego procesu.

Oddychanie komórkowe polega na zamianie energii chemicznej zawartej w glukozie (lub innej substancji odżywczej) na energię biologicznie użyteczną zawartą w ATP.

W pierwszych dwóch etapach utleniania glukozy wydzielają się niewielkie ilości energii oraz wodór, który wychwytywany jest przez odpowiednie nośniki. Jest on potrzebny jako źródło energii w ostatnim, najbardziej „energodajnym” etapie oddychania.

Oddychanie zachodzi początkowo w cytoplazmie, później w mitochondriach i dzielone jest na 3 etapy:

- etap 1, zwany glikolizą, zachodzi w cytoplazmie

- etap 2, zwany cyklem Krebsa, zachodzi w matrix mitochondrium

- etap 3, zwany łańcuchem oddechowym, zachodzi na wewnętrznych błonach mitochondrium.

Glikoliza

Glikoliza to proces wstępnego utleniania glukozy do kwasu pirogronowego. Glikoliza zachodzi w cytoplazmie, bez udziału tlenu.

Utlenianie bez udziału tlenu polega na odłączaniu się atomów wodoru. Rozpoczęcie procesu wymaga inwestycji energetycznych ze strony komórki - są to 2 cząsteczki ATP. Efektem dalszych przemian jest wydzielanie się 4 cząsteczek ATP oraz odłączanie się wodoru. Wodór wyłapywany jest przez specjalne związki nazywane nośnikami wodoru.

Ostatecznie w wyniku glikolizy otrzymujemy:

- netto 2 cząsteczki ATP (wydzielają się 4, ale 2 zostały wcześniej zainwestowane)

- wodór związany z nośnikami.

Cykl Krebsa

Jeśli komórka znajduje się w warunkach tlenowych, kwas pirogronowy przenika do mitochondriów i tam podlega dalszym przemianom. W matrix mitochondriów, przy udziale znajdujących się tam enzymów kwas pirogronowy jest przekształcany i włączany w cykl przemian, zwanych od nazwiska odkrywcy cyklem Krebsa. Mimo że cykl ten jest częścią oddychania tlenowego, sam tlen nie bierze w nim udziału. Utlenianie, podobnie jak w glikolizie, zachodzi poprzez odłączanie wodoru. Efektem przemian jest tylko 1 cząsteczka ATP, ale za to otrzymywana jest dość duża ilość wodoru łączącego się z nośnikami. Produktem cyklu Krebsa jest również dwutlenek węgla.

Cykl Krebsa jest przemianą zachodzącą w matrix mitochondrium.

W reakcjach cyklu Krebsa nie bierze udziału tlen.

Produktami cyklu Krebsa są:

- 1 cząsteczka ATP

- wodór związany z nośnikami

- dwutlenek węgla.

Łańcuch oddechowy

To trzeci i ostatni etap oddychania tlenowego. Polega na wykorzystaniu energii wydzielającej się podczas łączenia się wodoru z tlenem. Reakcja ta jest bardzo silnie egzoergiczna - mieszanina wodoru i tlenu nazywana jest przez chemików „mieszaniną piorunującą” ze względu na niezwykle silnie wybuchowy charakter. Właśnie tę energię potrafi wychwycić komórka. Jest to możliwe, ponieważ uwalnianie energii następuje stopniowo, małymi porcjami.

Cały proces zachodzi na wewnętrznych błonach mitochondriów. W błonach tych znajdują się białka - przekaźniki (inaczej akceptory), które odbierają wodór od nośników wodoru - tych samych, z którymi związał się on podczas cyklu Krebsa i glikolizy. Następnie wodór wędruje od jednego przekaźnika do następnego, potem do jeszcze następnego itd. Po drodze traci energię, która jest zużywana do syntezy ATP. Na samym końcu swojej wędrówki wodór napotyka tlen i łączy się z nim, dając cząsteczkę wody.

Łańcuch oddechowy jest etapem, w którym wydziela się najwięcej energii w postaci ATP.

W wyniku wszystkich przemian zachodzących w czasie oddychania tlenowego z 1 mola glukozy otrzymujemy 30-32 mole ATP.

Porównanie zysku energetycznego otrzymywanego z 1 mola glukozy:

Oddychanie beztlenowe	Oddychanie tlenowe
2 mole ATP	30-32 mole ATP

Oddychanie tlenowe dostarcza organizmowi znacznie więcej energii niż oddychanie beztlenowe.

Do procesu oddychania komórki naszego ciała najchętniej wykorzystują glukozę. Stąd węglowodany są dla organizmu dobrym źródłem energii. Gdy jednak brakuje tego „paliwa”, rozpoczyna się spalanie tłuszczy i to zarówno kwasów tłuszczowych, jak i glicerolu. Dopiero na końcu, gdy brak jest innych źródeł energii, zużywane są aminokwasy.

Oddychanie beztlenowe (fermentacja?)

Jeśli komórka nie ma dostatecznej ilości tlenu, na tym praktycznie kończy proces oddychania. Ze względów „technicznych” przeprowadzana jest jeszcze jedna reakcja, jej celem jest uwolnienie nośników od wodoru (są one potrzebne w kolejnych reakcjach). W tym celu następuje przekształcenie kwasu pirogronowego do kwasu mlekowego. Proces taki zdarza się w komórkach naszych mięśni. Podczas intensywnego wysiłku mięśnie potrzebują dużych ilości energii. Jeśli układ krwionośny „nie nadąża” z doprowadzaniem tlenu do komórek, przechodzą one na oddychanie beztlenowe. Efektem jest gromadzenie się w mięśniach kwasu mlekowego, a jego obecność wywołuje uczucie bólu. Potocznie mówimy o wtedy zakwasach.

Niektóre organizmy oddychają beztlenowo przez całe życie. Dotyczy to szczególnie mikroorganizmów, u których proces beztlenowego oddychania nazywany jest fermentacją (w tym przypadku fermentacją mlekową). Przykładem mogą być bakterie kwasu mlekowego żyjące w naszym przewodzie pokarmowym, a także odpowiedzialne za procesy kwaśnienia mleka, kiszenia ogórków, kapusty itp. To dlatego w hermetycznie zamkniętych pojemnikach z jogurtami mogą być obecne żywe ich kultury. Beztlenowo oddychają też przeważnie pasożyty, np. tasiemiec.

Niektóre organizmy końcową reakcję oddychania beztlenowego przeprowadzają nieco inaczej: kwas pirogronowy przekształcany jest do alkoholu etylowego, przy czym wydziela się dwutlenek węgla. Taki proces to fermentacja alkoholowa.

Fermentacja to beztlenowe oddychanie.

Z 1 mola glukozy w wyniku oddychania beztlenowego otrzymuje się 2 mole ATP.

Fermentacja, oddychanie beztlenowe podczas którego ostatecznym biorcą (akceptorem) elektronów jest związek organiczny, a nie tlen (oddychanie tlenowe).
W węższym znaczeniu fermentacja jest beztlenowym rozkładem cukrów, spotykanym wśród bakterii, pleśni, drożdży, roślin i zwierząt. W zależności od produktu końcowego fermentacji występują jej odmiany: np. mlekowa, masłowa, alkoholowa.

3. Mutacje

*Mutacje genowe(punktowe)

Polegają na zamianach w sekwencji nukleotydów we fragmencie cząsteczki DNA . Zachodzą najczęściej podczas replikacji DNA. Komórki mają co prawda swoje,, systemy naprawcze’’ i większość pomyłek jest natychmiast naprawiana, ale niektóre z nich pozostają niezauważone.

Zmiany mogą polegać na:

substytucji

Zamianie jednego nukleotydu na inny(np. zamiast adeniny podstawiona zostanie cytozyna)

Możliwe skutki:

-nowy kodon wyznacza taki sam aminokwas jak poprzedni- wtedy mutacja nie zostaje ujawniona

Mutacja milcząca

-nowy kodon wyznacza inny aminokwas( mutacja zmiany sensu) wtedy skutek zależy od roli aminokwasu:

• jeśli rola nowego aminokwasu w budowie cząsteczki białka jest niewielka, to białko mimo zmiany aminokwasu nadal będzie prawidłowo spełniać swoją funkcje i mutacja nie będzie widoczna

• jeśli nowy aminokwas ma kluczowe znaczenie dla prawidłowej struktury białka to nie będzie ono mogło prawidłowo pełnić swojej funkcji. Zmiany w organizmie zależą od roli tego związku dla funkcjonowania ustroju – im ważniejsza rola tym bardziej widoczne będą sutki takiej mutacji, z mutacją letalną włącznie ( przykładem takiej mutacji może być anemia sierpowata)

• nowy kodon okaże się kodonem STOP ( mutacja nonsensowna) – wtedy synteza cząsteczki białka zostanie w tym miejscu zahamowana i pożarne białko nie powstanie. Skutki, podobnie jak w pkt. B zależą od roli białka

delecji

Wypadnięciu jednego lub kilku nukleotydów lub

Insercji

Wstawieniu dodatkowych.

Mutacje takie przeważnie dają łatwo zauważalne skutki, gdyż zmieniają ramkę odczytu, tym samym zmienia się budowa całej cząsteczki białka.

*Mutacje chromosomowe

Polegają na zmianie struktury(budowy) chromosomu i dotyczą większej ilości genów. Przeważnie zachodzą podczas podziału komórki- momentem szczególnie niebezpiecznym jest początek mejozy i zachodząca wówczas wymiana odcinków chromatyd między chromosomami i ich przemieszczanie się spowodować może różne nieprawidłowości- wymieniany kawałek może źle się ułożyć w nowym chromosomie. Lub powędrować w zupełnie inne miejsce. W zależności od tego, co się z nim stało,

Rozróżniamy:

• delekcję (deficjencję ), czyli wypadnięcie części chromosomu(utrata sporej części genów jest letalna)

• duplikację, czyli podwojenie części chromosomu

• inwersję, czyli odwrócenie fragmentu chromosomu o 180

• translokacje, czyli przemieszczenie fragmentu chromosomu na chromosom nie homologiczny.

*mutacje genomowe(liczbowe)

Polegają na zamianie prawidłowej liczby chromosomów. Przyczyną może być błąd podczas podziału komórkowego polegający na nierozejściu się chromosomów homologicznych. Powstają wtedy gamety, z których po zapłodnieniu może rozwinąć się osobnik o innej od podstawowej liczbie chromosomów. Możliwe scenariusze to:

• Zmiany liczbowe dotyczą jednej pary chromosomów homologicznych(aneuploidalność)

  • Trisomia- zamiast pary występują trzy chromosomy homologiczne, w kariotypie jest więc o jeden chromosom za dużo(2n+1)

  • Monosomia- jeśli zamiast pary jest tylko jeden z chromosomów homologicznych(2n-1)

Powyższe mutacje są u człowieka letalne lub prowadzą do anomalii rozwojowych

• Zmiany liczbowe dotyczą wszystkich chromosomów

euploidalność - zmiana liczby kompletów chromosomów, czego przyczyna może być brak wykształconego wrzeciona kariokinetycznego podczas pierwszego podziału zygoty (częściej u rośli niż u zwierząt):

• - autopoliploidalność - zwielokrotniona jest liczba takich samych genomów;

• - allopoliploidalność - powstaje organizm zawierający dwa różne genomy.

Przyczyny zachodzenia mutacji:

• Mutacje spontaniczne

Zachodzą samorzutnie, bez udziały żadnych czynników.

• Mutacje indukowane, czyli wywołane czynnikami zewnętrznymi. Czynniki te, zwane są czynnikami mutagennymi, w zależności od ich natury dzielimy na;

  • Czynniki fizyczne:

    • Promieniowanie jonizujące np. Promieniowanie gamma lub X(ma największy wpływ na powstanie mutacjo, powoduje rozrywanie cząsteczek DNA

    • Promieniowanie UV- jego wpływ jest najsłabszy, wywołuj błędy podczas procesu replikacji

    • Temperatura- zbyt wysoka może spowodować zaburzenia w działaniu enzymów

  • Czynniki chemiczne:

    • Iperyt- baz bojowy zmieniający zasady azotowe

    • Barwniki akrydynowe

    • Analogi zasad azotowych, czyli cząsteczki podobne do zasad azotowych, które mogą być włączone w czasie replikacji do budowy nowej nici

    • Kwas azotowy III(HNO3)

    • Niektóre węglowodory będące składnikiem dymu papierosowego

13. Genetyka klasyczna – mechanizm dziedziczenia:

Genotyp

-zespół genów danego osobnika warunkujących jego właściwości dziedziczne . Można go wyrazić symbolicznie za pomocą oznaczeń aa , AA , lub Aa

( gdzie aa i AA oznaczają homozygotę , a Aa heterozygotę )

I prawo Mendla( prawo czystości gamet)

Każda komórka płciowa (gameta) wytwarzana przez organizm, niesie tylko 1 allel każdego genu (czyli jest haploidalna).

Mendel krzyżował  linie czyste grochu z kwiatami czerwonymi (AA) z liniami czystymi o kwiatach białych (aa). Te pierwsze niosły w swoich komórkach 2 allele A warunkujące obecność czerwonego barwnika (AA), a te drugie - dwa allele a warunkujące jego brak (aa).
Okazało się, że w pierwszym pokoleniu pojawiały się tylko rośliny o kwiatach czerwonych.
Zgodnie z pierwszym prawem Mendla, tłumaczymy to tak: rośliny z czerwonymi kwiatami wytwarzały tylko gamety z allelem A, a rośliny z kwiatami białymi - tylko gamety z allelem a.
Gdy ich gamety łączyły się, powstawały rośliny Aa o kwiatach czerwonych. Działo się tak dlatego, że dzięki allelowi A nadal potrafiły produkować barwnik. Mówimy, że allel A jest dominujący, a allel a - recesywny.
W drugim pokoleniu (krzyżując rośliny Aa ze sobą) Mendel otrzymał 3/4 roślin o kwiatach czerwonych i 1/4 roślin o kwiatach białych. Tłumaczył to sobie tak: rośliny pokolenia I produkowały gamety A i gamety a. Istnieją cztery losowe kombinacje łączenia się tych gamet: AA, Aa, aA i aa. Trzy z tych kombinacji dają kwiaty czerwone, a jedna - kwiaty białe.

II Prawo Mendla( niezależnego dziedziczenia cech)

Allel jednego genu dostaje się do gamety niezależnie (w dowolnej kombinacji) z allelami innego genu.

Mendel wydedukował treść tego prawa krzyżując odmiany grochu o żółtych i gładkich nasionach (AABB) z odmianami o nasionach zielonych i pomarszczonych (aabb).

Wyróżnił dwie grupy czynników dziedziczenia:
A - żółtej barwy nasion (dominujący)
a - zielonej barwy nasion
oraz
B - warunkujący gładki kształt nasion (dominujący)
b - warunkujący pomarszczony kształt nasion

Gamety (AB) jednej odmiany grochu z gametami (ab) odmiany drugiej dawały w pierwszym pokoleniu tylko osobniki AaBb, czyli o żółtych i gładkich nasionach (ze względu na dominację tych cech).

A co w drugim pokoleniu? Rośliny AaBb, przy założeniu losowej, niezależnej segregacji alleli do gamet, powinny były tworzyć 4 rodzaje komórek płciowych: AB, Ab, aB i ab.
Możliwą liczbę powstających kombinacji po zapłodnieniu przedstawia poniższa tabela Wynika z niej, że rośliny:
o żółtych i gładkich nasionach
o żółtych i pomarszczonych nasionach
o zielonych i gładkich nasionach
o zielonych i pomarszczonych nasionach
powinny wystąpić w II pokoleniu w stosunku liczbowym 9:3:3:1

Taki właśnie wynik otrzymał Mendel w swoich krzyżówkach. Był to dowód na to, że allele barwy nasion grochu i ich kształtu dziedziczą się niezależnie od siebie

Chromosomowa teoria dziedziczności

teoria, według której czynniki dziedziczności - geny- są jednostkami materialnymi i znajdują się na chromosomach są ułożone liniowo i zajmują ściśle określone miejsca (tzw. locus). W czasie koniugacji chromosomów homologicznych może zachodzić zjawisko crossing - over , co jest przyczyną zmienności rekombinacyjnej. Geny leżące blisko siebie to geny sprzężone - dziedziczą się razem. Dwa geny dziedziczą się niezależnie, jeżeli położone są na osobnych chromosomach. Teorię sformułował w 1915 r Thomas Morgan

Podstawowe tezy chromosomowej teorii dziedziczenia:

• Geny zlokalizowane są na chromosomach liniowo w określonej kolejności

• Geny alleliczne znajdują się w tym samym loci chromosomów homologicznych

• Poszczególne chromosomy zawierają różną liczbę genów , zestaw ich jest charakterystyczny dla danego chromosomu

• Geny zlokalizowane w obrębie każdej pary chromosomów homologicznych są ze sobą sprzężone

• Częstość występowania crossing - over zależy od odległości między genami

• Częstość crossing - over między genami w obrębie tej samej pary

chromosomów jest stała dla danego gatunku

• Organizmy powstałe z rekombinacji po crossing - over noszą nazwę rekombinantów

Kwasy nukleinowe: DNA i RNA

Budowa DNA.

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) stanowi nośnik informacji genetycznej organizmów, przekazywany (dziedziczony) z pokolenia na pokolenie. Cząsteczka DNA jest podwójną spiralą (dwie nici polinukleotydowe skręcone wokół siebie). Podstawową jednostką, monomerem budującym DNA są nukleotydy (połączone ze sobą wiązaniami), złożone z następujących elementów:

• zasady azotowej (jednej z czterech rodzajów: adeniny i guaniny – pochodnych puryny oraz cytozyny i tyminy - pochodnych pirymidyny);

• cukru pentozy, a dokładnie deoksyrybozy;

• reszty kwasu fosforowego (fosforanu).

Budowa RNA

W komórkach występuje również kwas rybonukleinowy (RNA), biorący udział w syntezie białka. Cząsteczki RNA są jednoniciowe. Nukleotydy budujące nić RNA zawierają:

- resztę kwasu fosforowego,

- cukier pięciowęglowy zwany rybozą,

- zasady azotowe np.: adeninę (A), guaninę (G), cytozynę (C), uracyl (U) zamiast tyminy.

Rodzaje:

• informacyjny (matrycowy) RNA (mRNA) – koduje informację

• rybosomalny RNA (rRNA)

• transferowy (transportowy) RNA (tRNA)

• heterogenny jądrowy RNA (hnRNA lub pre-mRNA) – głównie produkty transkrypcji DNA i przetwarzania surowego transkryptu do mRNA

• antysensowny RNA i interferencyjny RNA (siRNA i miRNA) – produkowane w celu precyzyjnej regulacji ekspresji genów kodujących białka (za pomocą mechanizmu wspólnego lub bardzo zbliżonego do systemu zwalczania wirusów RNA)

• małe cytoplazmatyczne RNA (scRNA) – odpowiedzialne za rozpoznawanie sygnału w komórce

• małe jądrowe RNA (snRNA) – pełniące funkcje enzymatyczne przy wycinaniu intronów z transkryptów

• małe jąderkowe RNA (snoRNA) – biorące udział w modyfikacji chemicznej pre-mRNA

REPLIKACJA (kopiowanie) DNA

jest procesem prowadzącym do podwojenia ilości DNA, polega syntezie nowej cząstki DNA na podstawie cząsteczki macierzystej, zwanej matrycową. Proces przebiega przy pomocy grupy enzymów, wśród których znajdują się: rozplatający helisę DNA, rozcinający wiązania wodorowe między jej nićmi oraz dobudowujący kolejne, odpowiednie nukleotydy do rozdzielonych nici (polimeraza) zgodnie z zasadą komplementarności. Replikacja nazywana jest semikonserwatywną, ponieważ dwie potomne cząstki DNA posiadają po jednej nici nowej i po jednej pochodzącej z cząsteczki macierzystej. Polimeraza DNA dodatkowo w czasie replikacji sprawdza prawidłowość tworzonych kopii.

GEN jest odcinkiem DNA, w którym zakodowana jest informacja dotycząca budowy jednego białka (cząsteczka zbudowana z aminokwasów łańcuchowo połączonych wiązaniami peptydowymi). Kolejne geny ułożone są w DNA liniowo, na całej jego długości.

KOD GENETYCZNY to zbiór zasad określających sposób zapisywania w DNA informacji genetycznej mówiącej o kolejności aminokwasów wbudowywanych do białkowego łańcucha.

CECHY KODU GENETYCZNEGO:

• trójkowy - podstawowa jednostka informacji kodująca aminokwas zbudowana jest z trzech nukleotydów, leżących obok siebie, zwanych tripletem lub kodonem (istnieją 64 kodony, zaś tylko 20 aminokwasów);

• bezprzecinkowy - pomiędzy trójkami nie ma dodatkowych znaków;

• nienakładający się - kodony nie zachodzą na siebie;

• jednoznaczny - konkretny triplet koduje tylko jeden przyporządkowany mu aminokwas;

• zdegenerowany -dany aminokwas może być zakodowany przez więcej niż jedenkodon;

• uniwersalny - we wszystkich organizmach reguły kodu są identyczne, te same trójki kodują te same aminokwasy;

• kolinearny - kolejność ułożenia aminokwasów w białku jest wiernym odzwierciedleniem kolejności ułożenia trójek kodujących.

14.Dobór naturalny

 prowadzi do ukierunkowanych zmian w populacji zwiększających adaptację (poza okresem wymierania). Poprzez selekcję eliminuje osobniki o allelach warunkujących cechy niekorzystne. Dlatego też w kolejnych pokoleniach częstość występowania u osobników cech korzystnych staje się coraz większa. Charakter selekcyjnego działania doboru naturalnego może być różny.

• 
  Sytuacja wyjściowa

• Wyróżnia się trzy typy doboru naturalnego.

• – Dobór stabilizujący przy niezmieniających się warunkach abiotycznych i biotycznych środowiska eliminuje osobniki o skrajnych wartościach danej cechy. Powoduje to lepsze przystosowanie się do warunków środowiska, np. wśród noworodków człowieka najgorzej przeżywają zarówno te o masie najmniejszej, jak i o masie największej. W przypadku zmiany czynników zewnętrznych populacji, w której działa dobór stabilizujący, grozi ograniczenie liczebności, a nawet wymarcie, np. w okresie zimy liczebność populacji muszki owocowej znacznie spada, podczas gdy latem jest wysoka i większość osobników o cechach skrajnych przeżywa.

• 
  Dobór stabilizujący

• – Dobór kierunkowy przy stałym kierunku zmian warunków abiotycznych i biotycznych faworyzuje osobniki o skrajnych wartościach cechy, eliminując osobniki o cechach mających przeciwne wartości skrajne, np. w populacji motyla krępaka brzozowego z terenów uprzemysłowionych Anglii przeważają osobniki o ciemnym zabarwieniu.

• 
  Dobór kierunkowy

• – Dobór różnicujący występuje w zróżnicowanym siedlisku, gdzie faworyzuje osobniki o skrajnych wartościach cechy, usuwając osobniki o wartościach pośrednich, np. zróżnicowanie zięb Darwina na wyspach Galapagos na cienkodziobe, będące owadożercami i grubodziobe – zjadające nasiona.

• 
  Dobór rozrywający

• Działanie doboru naturalnego, który eliminuje osobniki o określonych fenotypach, prowadzi do zmian w składzie puli genowej populacji (zmniejsza jej różnorodność), co może prowadzić do powstania gatunku o wysokim stopniu specjalizacji. Jednak w przypadku zmian warunków środowiska gatunek taki jest bardziej narażony na wymarcie. Wtedy też te allele, które do tej pory determinowały cechy obojętne, mogą okazać się korzystnymi, decydując tym samym o przeżyciu.

• Formami doboru naturalnego są dobór płciowy, będący wynikiem wewnątrzgatunkowej konkurencji o partnera płciowego, oraz dobór krewniaczy, sprzyjający rozwojowi zachowań altruistycznych, które zwiększają szanse rozprzestrzeniania się genów osobników blisko ze sobą spokrewnionych.

15. Dobór płciowy

Jest szczególnym przypadkiem doboru naturalnego, gdzie o dostosowaniu decyduje postrzegana atrakcyjność dla płci przeciwnej. Dobór płciowy został zaproponowany przez Karola Darwina jako wytłumaczenie pochodzenia ekstrawaganckich i kosztownych cech u organizmów żywych takich jak pawi ogon. Potwierdzenie eksperymentalne doboru płciowego i faktu, że opiera się on na preferencjach partnera seksualnego, było niezwykle trudne i udało się dopiero w roku 1982^[2].

Konflikt płci

Między samcem i samicą istnieją podczas zalotów i kopulacji konflikty interesów.

Samce i samice formują przymierze, w którym każde z nich próbuje

maksymalizować swój sukces w przekazywaniu genów.

Wspólny cel – przekazanie genów poprzez to samo potomstwo, konflikty – wybór

partnera, zaopatrzenie zygoty w pokarm, opieka nad jajami i młodymi

Dobór płciowy działa na dwa sposoby:

1.Faworyzując zdolność konkurowania pomiędzy

osobnikami tej samej płci (zwykle ♂) o zasoby płci

przeciwnej, np. walki samców

2.Poprzez faworyzowanie cech jednej płci, które są

atrakcyjne dla płci przeciwnej

• Walka o samicę – ewolucyjny wyścig zbrojeń

• Konkurencja o zaplemnienie

Samce świtezianki usuwają z dróg rodnych samicy nasienie samca, który z nią wcześniej kopulował

Inne sposoby zapobiegania zaplemnieniu przez inne

samce:

• "cementowanie" dróg rodnych samicy (kolcogłów)

• homoseksualne kopulacje w celu "unieszkodliwienia”

(zacementowania narządów płciowych) konkurenta lub

wprowadzenia własnych plemników do narządów

płciowych samca (kolcogłów)

• odpowiednie, szczytowe, umieszczenie

spermatoforów przez samce traszki, która jest na nie

naprowadzana.

• Ewolucja większych grup socjalnych pośród gatunków siostrzanych nietoperzy doprowadziła do wykształcenia większych jąder. Te z kolei są adaptacją do konkurencji o zapłodnienie samicy

• Korzyści z wyboru partnera, czyli jak przekonać samicę

U wojsiłki Hylobittacus apicalis kopulacja trwa dłużej i ma większą szansę zakończyć się sukcesem samca jeśli dostarczy on lepszą ofiarę – pokarm dla samicy.

(kopulacja następuje podczas jedzenia)

Jaka korzyść? Samica ma więcej pokarmu, który wykorzysta do produkcji jaj

• Prezenty oferowane przez samce srokosza partnerkom poza parą lęgową są lepsze niż oferowane "właściwej" partnerce

• Dobór płciowy przez wybór partnera - Super-glue i wikłacze olbrzymie (Euplectesprogne) – o doborze oddziałującym na samce

• Samica rokitniczki (Acrocephalus schoenobaenus) preferuje samce o bardziej rozbudowanym śpiewie . Koszt ponoszony przez samca? Możliwe, że większe ryzyko stania się ofiarą

• Odchylenie sensoryczne – samice preferują samca o bardziej wyrazistej cesze. Zwierzęta często reagują na tzw. bodźce ponadnormalne, których intensywność przekracza zakres normalny cechy.

• Korzyści pośrednie z wyboru partnera – synowie wybiórczych samic mają większy sukces rozrodczy Hipoteza atrakcyjnych synów Fishera – popisy (morfologiczne, behawioralne) samców są faworyzowane przez dobór, ponieważ są dla samic po prostu atrakcyjne. Wybierane są samce popisujące się przez samice, które preferują te cechy i dlatego, w efekcie korelacji dochodzi do wzrostu częstości danych fenotypów ♂ i ♀ w populacji. Fenotyp samicy jest "podwożony" przez wybór samca

• Hipoteza upośledzenia (handicap principle)Cechy, które świadczą o jakości genetycznej samca upośledzają go ekologicznie. I dlatego są wybierane przez samice, bo mogą sobie pozwolić na to upośledzenie. (Amotz Zahavi)Hamilton i Zuk: popisy seksualne są rzetelnym świadectwem odporności na choroby. Samce mogą prezentować w pełni rozwinięte drugorzędne cechy płciowe tylko wtedy, gdy są w doskonałej kondycji. Atrakcyjność tej hipotezy to wybranie choroby jako rzeczywistego czynnika selekcyjnego.

• "Dobre geny" – korzyści genetyczne dla dostosowania samicy płynące z kopulacji z właściwym samcem Karotenoidy pobierane z pokarmem poprawiają funkcjonowanie układu odpornościowego. Efekt – potomstwo bardziej czerwonych samców jest bardziej oporne na zarażenie tasiemcem

• Konflikt płci – cd.

Samice są bardziej wybredne w wyborze partnera, gdyż dla nich strata gamety to potężny koszt. Dlatego bardziej wybredne samice są faworyzowane, a samce, gdy przeprowadzają więcej kopulacji. Jak wygrać?

Wymuszanie kopulacji – np. u wojsiłek, które nie przyniosą prezentu

Zmniejszenie inwestycji rodzicielskiej – zapłodnić i uciec

Dzieciobójstwo – duże prawdopodobieństwo podniesienia sukcesu reprodukcyjnego samca, ale nie samicy! Jej potomstwo z poprzednich miotów jest zabijane.

Wielokrotne kopulacje – samiec im więcej kopuluje, tym większe prawdopodobieństwo jego sukcesu. Ale, może przy tym zabić samicę; muchy gnojowe i kaczki.

16. Homologia

Narządy homologiczne maja wspólne pochodzenie wywodzą się z tej samej struktury w okresie zarodkowym, zachowują podobny plan budowy ale różnią się wyglądem zewnętrznym, gdyż przystosowały się do spełniania różnych funkcji np. kończyna wieloryba i konia, ręka człowieka i skrzydło ptaka, łuski gadów i pióra ptaków, liść asymilacyjny i liść spichrzowy u cebuli.

• szyja myszy i żyrafy ,

• ciernie kaktusa i wąsy czepne grochu,

• odnóża owadów (np. pływne, skoczne, grzebne),

• serce gada i serce ptaka

Analogia

Narządy analogiczne nie mają wspólnego pochodzenia ale upodobniły się zewnętrznie na skutek spełniania podobnych funkcji np. kończyna przednia kreta i kończyna owada turkucia podjadka, mózg owada i mózg kręgowca, oko mątwy i oko ryby.

• wąs czepny grochu (przekształcony liść) i winobluszcz (przekształcona łodyga),

• korzenie organowców i ryzoidy plechowców,

• skrzydło owada i skrzydło ptaka,

• odnóża owada i kończyny kręgowców.

• pęcherzykowate oko głowonogów i oko kręgowców.

Konwergencja

Upodobnienie Się nie spokrewnionych organizmów bytujących w podobnych warunkach środowiska np, żółtawe ubarwienie zwierząt pustynnych.

• opływowy, wrzecionowaty pokrój ciała foki, wieloryba i ryb,

• białe ubarwienie zwierząt polarnych tj. niedźwiedzia, rysia lub kuropatwy,

• budowa morfologiczna wilczomleczu i kaktusa.