Физико-химические методы исследований в цитологии. Метод дифференциального центрифугирования
Что такое центрифугирование? Для чего применяется метод? Термин "центрифугирование" означает разделение жидких либо твердых частиц вещества на различные фракции с помощью центробежных сил. Осуществляется такая сепарация субстанций благодаря использованию специальных аппаратов - центрифуг. В чем же заключается принцип метода?
Принцип центрифугирования
Рассмотрим более детально определение. Центрифугирование - это воздействие на вещества путем сверхскоростного вращения в специализированном аппарате. Главной частью любой центрифуги выступает ротор, который содержит гнезда для установки пробирок с материалом, что подлежит сепарации на отдельные фракции. Во время вращения ротора на повышенных скоростях в действие вступает Вещества, помещенные в пробирки, разделяются на различные субстанции согласно уровню плотности. Например, при центрифугировании образцов подземных вод отделяется жидкость и осаждаются содержащиеся в ней твердые частицы.
Автор метода
Впервые стало известно, что такое центрифугирование, после опытов, проведенных ученым А. Ф. Лебедевым. Метод был разработан исследователем с целью определения состава почвенных вод. Ранее в данных целях использовали отстаивание жидкости с последующим отделением от нее твердых образцов. Разработка метода центрифугирования позволила справляться с этой задачей гораздо быстрее. Благодаря такой сепарации возникла возможность для извлечения твердой доли веществ из жидкости в сухом виде на протяжении считаных минут.
Этапы центрифугирования
Дифференциальное центрифугирование начинается с отстаивания веществ, что подлежат исследованию. Такая обработка материала происходит в аппаратах-отстойниках. В ходе отстаивания частицы вещества разделяются под воздействием гравитации. Это позволяет подготовить субстанции к более качественной сепарации с помощью центробежных сил.
Далее вещества в пробирках подвергаются фильтрации. На этом этапе применяются так называемые перфорированные барабаны, что предназначаются для отделения жидких частиц от твердых. В ходе представленных мероприятий весь осадок остается на стенках центрифуги.
Преимущества метода
По сравнению с прочими методами, направленными на разделение отдельных субстанций, такими как фильтрование или отстаивание, центрифугирование дает возможность получать осадок с минимальным показателем влажности. Применение такого способа сепарации позволяет разделять тонкодисперсные суспензии. Результатом становится получение частиц размером в 5-10 мкм. Еще одним важным преимуществом центрифугирования выступает возможность его выполнения при помощи аппаратуры малых объемов и габаритов. Единственным недостатком метода выступает высокая энергоемкость приборов.
Центрифугирование в биологии
В биологии к сепарации веществ на отдельные субстанции прибегают при необходимости подготовки препаратов для исследования под микроскопом. Центрифугирование здесь производится на сложных устройствах - цитороторах. Такие аппараты помимо слотов для пробирок комплектуются держателями образцов, всевозможными предметными стеклами непростой конструкции. От устройства центрифуги при проведении исследований в биологии напрямую зависит качество получаемых материалов и, соответственно, количество полезной информации, которую можно почерпнуть из результатов анализа.
Центрифугирование в нефтеперерабатывающей промышленности
Метод центрифугирования незаменим при добыче нефти. Существуют углеводородные ископаемые, из которых не полностью выделяется вода при дистилляции. Центрифугирование дает возможность убрать лишнюю жидкость из состава нефти, повысив ее качество. В данном случае нефть растворяют в бензоле, затем нагревают до 60 о С, а затем подвергают воздействию центробежной силы. В завершение замеряют количество оставшейся воды в веществе и при необходимости повторяют процедуру.
Центрифугирование крови
Этот метод широко применяется для лечебных целей. В медицине он позволяет решать следующий ряд задач:
- Получение очищенных образцов крови для проведения плазмафереза. В данных целях в центрифуге отделяют форменные элементы крови от ее плазмы. Операция дает возможность избавить кровь от вирусов, избыточных антител, болезнетворных бактерий, токсинов.
- Подготовка крови для донорского переливания. После разделения телесной жидкости на отдельные фракции при помощи центрифугирования донору возвращают клетки крови, а плазма применяется для переливания либо замораживается в целях последующего использования.
- Выделение тромбоцитарной массы. Субстанцию получают из Полученную массу используют в хирургических и гематологических отделениях медицинских учреждений, в неотложной терапии, операционных. Применение тромбоцитарной массы в медицине дает возможность улучшить свертываемость крови у пострадавших.
- Синтез эритроцитарной массы. Центрифугирование клеток крови происходит путем деликатной сепарации ее фракций согласно специальной методике. Готовую массу, богатую эритроцитами, используют для переливания при кровопотерях, операциях. Эритроцитарная масса нередко применяется в целях лечения анемии, прочих заболеваний крови системного характера.
В современной медицинской практике применяется немало приборов нового поколения, которые дают возможность разгонять вращающийся барабан до определенной скорости и останавливать его в определенный момент. Это позволяет более точно разделять кровь на эритроциты, тромбоциты, плазму, сыворотку и сгустки. Аналогичным способом исследуются прочие телесные жидкости, в частности сепарируются вещества в составе мочи.
Центрифуги: основные типы
Мы разобрались, что такое центрифугирование. Теперь давайте выясним, какие аппараты применяются для реализации метода. Центрифуги бывают закрытыми и открытыми, с механическим или ручным приводом. Основной рабочей частью ручных открытых приборов выступает вращающаяся ось, расположенная вертикально. В ее верхней части перпендикулярно закреплена планка, где располагаются подвижные металлические гильзы. В них помещаются специальные пробирки, зауженные в нижней части. На дно гильз укладывают вату, что позволяет избежать повреждения стеклянной пробирки при соприкосновении с металлом. Далее аппарат приводят в движение. По истечении некоторого времени происходит отделение жидкости от твердых взвешенных частиц. После этого ручную центрифугу останавливают. На дне пробирок концентрируется плотный, твердый осадок. Над ним находится жидкая часть вещества.
Механические центрифуги закрытого типа обладают большим количеством гильз для размещения пробирок. Такие приборы более удобны по сравнению с ручными. Их роторы приводятся в движение мощными электромоторами и способны разгоняться до 3000 оборотов в минуту. Это дает возможность осуществлять более качественную сепарацию жидких субстанций от твердых.
Особенности подготовки пробирок при центрифугировании
Пробирки, что применяются для центрифугирования, должны быть наполнены исследуемым материалом идентичной массы. Поэтому для измерений здесь применяются специальные высокоточные весы. Когда требуется уравновешивание многочисленных пробирок в центрифуге, прибегают к следующему приему. Взвесив пару стеклянных емкостей и добившись одинаковой массы, одну из них оставляют в качестве эталона. Последующие пробирки уравновешивают с этим образцом, прежде чем поместить в аппарат. Такой прием существенно ускоряет работу при необходимости подготовки к центрифугированию целой серии пробирок.
Стоит заметить, что в пробирки никогда не помещают слишком много исследуемой субстанции. Стеклянные емкости наполняют таким образом, чтобы расстояние до края составляло не менее 10 мм. Иначе вещество будет выливаться из пробирки под воздействием центробежной силы.
Сверхцентрифуги
Для разделения составляющих чрезвычайно тонких суспензий недостаточно применения обычных ручных либо механических центрифуг. В данном случае требуется более внушительное воздействие на вещества со стороны центробежных сил. При реализации таких процессов применяются сверхцентрифуги.
Аппараты представленного плана оснащаются глухим барабаном в виде трубки незначительного диаметра - не более 240 мм. Длина такого барабана значительно превышает его сечение, что дает возможность в значительной степени повысить количество оборотов и создать мощнейшую центробежную силу.
В сверхцентрифуге исследуемое вещество поступает внутрь барабана, движется по трубке и ударяется о специальные отражатели, что отбрасывают материал на стенки прибора. Здесь же имеются камеры, предназначенные для раздельного вывода легких и тяжелых жидкостей.
К достоинствам сверхцентрифуг относятся:
- абсолютная герметичность;
- высочайшая интенсивность сепарации веществ;
- компактные размеры;
- возможность разделения субстанций на молекулярном уровне.
В заключение
Вот мы и выяснили, что такое центрифугирование. В настоящее время метод находит свое применение при необходимости выделения осадков растворов, очищения жидкостей, разделения компонентов биологически активных и химических веществ. Для сепарации субстанций на молекулярном уровне применяются ультрацентрифуги. Метод центрифугирования активно используется в химической, нефтяной, атомной, пищевой промышленности, а также в медицине.
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.
Пояснение.
Гипотеза, предполагающая, что сходство некоторых мух с пчёлами защищает их от врагов, проверяется экспериментально
Ответ: 2
Можно ли считать простым совпадением то, что эти мухи отличаются от своих близких родичей-комнатных мух-и похожи на неродственных им пчел? Современные биологи усомнятся в этом и выдвинут гипотезу, что окраска этих мух возникла в процессе эволюции, поскольку сходство с пчелами давало им какое-то преимущество (изучением эволюции мы займемся в гл. 2). В чем может заключаться это преимущество?
Для того чтобы ответить на такой вопрос, нужны какие-то идеи или гипотезы, которые позволят объяснить сделанные наблюдения. Так, можно предположить, что сходство с пчелами защищает мух от поедания хищниками или же что оно позволяет мухам, обманув пчел, проникнуть в улей и полакомиться медом.
Следующий шаг состоит в том, чтобы разработать и провести эксперименты, которые позволят проверить выдвинутые гипотезы. Некоторые гипотезы для науки бесполезны, потому что их нельзя проверить. Например, гипотеза о том, что «хищники принимают безобидных мух за опасных пчел», не поддается проверке, так как вы не можете узнать, о чем думает то или иное животное. Но даже если гипотезу можно проверить, это обычно не удается сделать непосредственно; надо прежде придумать какое-нибудь вытекающее из нее и поддающееся проверке предсказание.
Допустим, что вы на основе своей первой гипотезы (о том, что окраска мухи защищает ее от хищников) делаете следующее предсказание: если данный хищник был ужален пчелами и научился не трогать их, то он не станет нападать на муху, которая выглядит как пчела. Это предсказание можно проверить.
Для проведения соответствующего эксперимента нужен хищник, питающийся насекомыми. Таким хищником может быть, например, жаба, которая ловит насекомых, летающих или ползающих поблизости от нее. Если в садок с «неопытной» жабой, ранее не встречавшейся с пчелами, выпустить этих насекомых, то она поймает несколько штук, поймет, что они жалят, и откажется от дальнейшей охоты. Если затем, поместив в садок муху, имеющую полосатую, черную с желтым, окраску, мы убедимся, что жаба откажется от этой мухи, то, следовательно, наша гипотеза, согласно которой сходство мухи с пчелой спасает ее от хищников, подтверждается.
Но, быть может, пчелы здесь совсем ни при чем. Быть может, жабы просто не едят полосатых мух. Чтобы проверить это, придется использовать еще одну «неопытную» жабу. Если окажется, что жаба охотно пожирает мух в черную и желтую полоску, то, значит, вы получили дополнительное подтверждение гипотезы о том, что преимущество полосатого наряда мухи объясняется его сходством с окраской пчелы.
Настоящий научный эксперимент должен непременно сопровождаться контрольным экспериментом, который отличался бы от основного эксперимента одним (и только одним) фактором. В рассматриваемом здесь случае необходимо, чтобы обе используемые жабы практически не отличались друг от друга, т.е. принадлежали к одному виду, были одного пола, одного возраста и имели одинаковые размеры. Их следует содержать в одинаковых садках, при одинаковых условиях освещения, температуры, влажности и т.п. Единственное различие между ними должно состоять в том, что одна жаба до того, как ей предложат муху, уже имела возможность столкнуться с пчелой, а другой жабе такой случай не представился. Без контрольного эксперимента может возникнуть мысль, что жаба отказывается от полосатых мух по какой- то иной, не учтенной нами причине, например потому, что она не голодна, вы же делаете ошибочное заключение, что дело здесь в сходстве с пчелами. (Фактически вы можете провести еще один контрольный эксперимент, предложив первой жабе безобидную комнатную муху после того, как она откажется от полосатой мухи; это позволит проверить, действительно ли жаба сыта.)
Итак, вы провели хорошо поставленный научный эксперимент. Какие выводы вы можете сделать? Вернемся снова к гипотезе: «сходство мухи с пчелами защищает ее от хищников». Удалось ли вам доказать это? Нет; вы всего лишь показали, что одна жаба отказалась от полосатой мухи после того, как она научилась отказываться от пчел, тогда как другая жаба, никогда не имевшая дела с пчелами, поедала полосатых мух.
Исследователи не принимают результаты эксперимента до тех пор, пока не убедятся в их воспроизводимости. Возможность многократного воспроизведения результатов позволяет избежать ошибок. Достоверность результатов можно повысить, если многократно повторить эксперимент, используя большое число жаб и в точности воспроизводя те же условия. Сколько следует использовать жаб? Чем больше, тем лучше, но было бы непрактично (и утомительно) проводить эксперимент на всех жабах земного шара. На самом деле существуют статистические методы, позволяющие определить, насколько «надежны» результаты при данной величине выборки.
Вы можете также подвергнуть проверке предсказание о том, что окраска мух отпугивает «знакомых с пчелами» хищников; для этого следует проделать дополнительные эксперименты, используя вместо жаб лягушек, птиц, ящериц и других хищников, питающихся насекомыми. Чем больше альтернативных гипотез вам удастся опровергнуть и чем большее число разных хищников откажется от полосатых мух после близкого знакомства с пчелами, тем убедительнее вы докажете правильность своей гипотезы.
Гипотеза, подтвержденная многочисленными и разнообразными данными, полученными в результате воспроизводимых экспериментов, обычно считается теорией и в конце концов рассматривается как научно установленный «факт».
Мы как раз начали применять еще новый в то время метод дифференциального центрифугирования. Он сводится к тому, что клетки разрушают в гомогенизаторе, а затем центрифугируют при последовательно возрастающих скоростях, после чего получают несколько фракций, состоящих из разных органелл (рис. 1.) Выделенные таким путем органеллы все еще сохраняют многие из своих функциональных свойств, которые можно затем изучить посредством биохимических методов. Наша задача состояла в том, чтобы установить местонахождение в этих фракциях некоторых ферментов, участвующих в обмене углеводов в печени крысы, и тем самым выяснить, с какими клеточными структурами связаны эти ферменты. Как правило, мы проверяли сначала гомогенат клеток на присутствие данного фермента, а затем искали его во фракциях. Среди прочих ферментов мы работали с так называемой кислой фосфатазой. Этот фермент, отщепляющий неорганический фосфат от ряда фосфорных эфиров, не связан непосредственно с углеводным обменом. В основном он служил нам в качестве контроля.
К нашему удивлению, активность кислой фосфатазы в гомогенате была в 10 раз меньше той величины, которую следовало ожидать на основании предыдущих анализов препаратов, подвергнутых более основательному разрушению в смесителе Уоринга. Суммарная активность всех фракций хотя и превышала вдвое активность гомогената, но все-таки была в 5 раз меньше ожидаемой величины. Когда через пять дней мы повторили определения на тех же фракциях (которые хранили все время в холодильнике), то оказалось, что активность фермента значительно возросла во всех отдельных фракциях, а особенно во фракции, содержащей митохондрии. Теперь суммарная активность уже достигла ожидаемой величины.
К счастью, мы устояли перед искушением отбросить первую серию данных как результат технической ошибки. Мы провели несколько дополнительных опытов и быстро получили ключ к разгадке тайны. В живых клетках фермент в основном (или даже полностью) заключен внутри небольших мешочкоподобных частиц. Поверхностная мембрана этихчастиц не только способна удерживать фермент внутри частицы, но и препятствует проникновению извне тех мелких молекул фосфорных эфиров, с которыми мы работали. Активность, измеренная в наших опытах, характеризовала лишь ту небольшую часть фермента, которая либо находилась в клетке в свободном состоянии, либо освободилась из частиц, поврежденных в ходе опыта. Смеситель Уоринга практически разрушает все частицы; при более мягкой обработке в гомогенизаторе, которую мы применили в наших исследованиях, разрушается лишь около 10% частиц. Этим и объясняется низкая первоначальная активность фермента в гомогенате. Дальнейшее фракционирование приводит к возрастанию суммарной активности во фракциях еще на 10%. Остальная часть фермента освобождается в результате старения частиц при хранении их в течение пяти дней в холодильнике.
TBegin-->
TEnd-->
Рис. 1. Дифференциальное центрифугирование позволяет разделить клетки на фракции, состоящие из различных клеточных компонентов. Быстрое механическое вращение пестика разрушает клетки, вызывая освобождение их содержимого в окружающую среду. Гомогенат подвергается последовательному центрифугированию при разных скоростях. Метод, разработанный В. Шнайдером, включает этапы 1—8. Автор и его сотрудники ввели этапы 9 и 10. Фракция митохондрий (6 этап) осаждается после центрифугирования при 25 000 g в течение 10 мин. Числа, характеризующие градиент плотности сахарозы, показывают удельный вес (г/см3).
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.
