Закон Харди-Вайнберга

Закон Харди-Вайнберга — это закон популяционной генетики — в популяции бесконечно большого размера, в которой не действует отбор, не идет мутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходит дрейф генов, все скрещивания случайны — частоты генотипов по какому-либо гену (в случае если в популяции есть два аллеля этого гена) будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение и соответствовать уравнению: p² + 2pq + q² = 1 Где p² — доля гомозигот по одному из аллелей; p — частота этого аллеля; q² — доля гомозигот по альтернативному аллелю; q — частота соответствующего аллеля; 2pq — доля гетерозигот. Уравнение Харди—Вайнберга в том виде, в котором оно рассмотрено выше, справедливо для аутосомных генов. Для генов, сцепленных с полом, равновесные частоты генотипов A_lA₁, A₁A₂ и А₂А₂ совпадают с таковыми для аутосомных генов: р² + 2pq + q². Для самцов (в случае гетерогаметного пола) в силу их гемизиготности возможны лишь два генотипа A1— или А2 —, которые воспроизводятся с частотой, равной частоте соответствующих аллелей у самок в предшествующем поколении: р и q. Из этого следует, что фенотипы, определяемые рецессивными аллелями сцепленных с хромосомой Х генов, у самцов встречаются чаще, чем у самок. Так, при частоте аллеля гемофилии, равной 0,0001, это заболевание у мужчин данной популяции наблюдается в 10 000 раз чаще, чем у женщин (1 на 10 тыс. у первых и 1 на 100 млн. у вторых). Еще одно следствие общего порядка заключается в том, что в случае неравенства частоты аллеля у самцов и самок разность между частотами в следующем поколении уменьшается вдвое, причем меняется знак этой разницы. Обычно требуется несколько поколений для того, чтобы возникло равновесное состояние частот у обоих полов. Указанное состояние для аутосомных генов достигается за одно поколение.Закон Харди — Вайнберга описывает условия генетической стабильности популяции. Популяцию, генофонд которой не изменяется в ряду поколений, называют менделевской. Генетическая стабильность менделевских популяций ставит их вне процесса эволюции, так как в таких условиях приостанавливается действие естественного отбора. Выделение менделевских популяций имеет чисто теоретическое значение. В природе эти популяции не встречаются. В законе Харди — Вайнберга перечислены условия, закономерно изменяющие генофонды популяций. К указанному результату приводят, например, факторы, ограничивающие свободное скрещивание (панмиксию), такие, как конечная численность организмов в популяции, изоляционные барьеры, препятствующие случайному подбору брачных пар. Генетическая инертность преодолевается также благодаря мутациям, притоку в популяцию или оттоку из нее особей с определенными генотипами, отбору.Практическое значение закона Харди-Вайнберга

В медицинской генетике закон Харди-Вайнберга позволяет оценить популяционный риск генетически обусловленных заболеваний, поскольку каждая популяция обладает собственным аллелофондом и, соответственно, разными частотами неблагоприятных аллелей. Зная частоты рождения детей с наследственными заболеваниями, можно рассчитать структуру аллелофонда. В то же время, зная частоты неблагоприятных аллелей, можно предсказать риск рождения больного ребёнка.

Экологические факторы В экологии под окружающей средой понимают совокупность всех условий, в которых существуют организмы. Экологические факторы, действующие в окружающей среде можно разделить на три типа:1) Факторы неживой природы (абиотические) - химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, кислотность и состав почвенных растворов); физические, или климатические (солнечная энергия, температура, влажность, освещенность, атмосферное давление, аэрация, физические поля, радиационный режим; топографические (характер рельефа, высота над уровнем моря, экспозиция склона) и едафични (механический состав почвы, влагоемкость, мплотность альбедо) факторы влияния внешней неорганической среды на живые организмы.2) Факторы живой природы (биотические) - совокупность живых организмов, которые своей жизнедеятельностью влияют на другие организмы.3) Антропогенные (антропични) факторы - внесены в природу человеческой деятельностью изменения, влияющие на органический мир.Действие экологических факторов на живые организмы изучает факториальная экология.Важным классификационным показателем является временная динамика экологических факторов, особенно наличие или отсутствие ее периодичности (суточной, сезонной, многолетней и др.). Факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими (например, климатические, приливы и отливы, океанские течения и др.), а факторы, возникающие спорадически и действуют катастрофически - непериодическими (извержение вулкана, нападение хищника, заражение патогенными микроорганизмами и др..) Для нормального существования организмов в среде должны действовать только периодические факторы. Каждый экологический фактор может действовать на организм с разной интенсивностью.Нормальная жизнедеятельность популяции возможна только зa условия жизненного оптимума экологического фактора для конкретного вида, т.е. благоприятного влияния фактора, который обеспечивает наилучшие (оптимальные) условия для жизнедеятельности особей данного вида. Чем больше отклонение экологического фактора от зоны оптимума (фактор действует в зоне пессимума), тем сильнее подавляется их жизнедеятельность. Минимальные и максимальные значения экологического фактора являются критическими - за их пределами жизни уже невозможно. Чем больше отклоняется интенсивность воздействия того или иного экологического фактора от оптимального, тем более подавляется деятельность некоторых организмов. Границы, за которыми существование организмов становится невозможным, называются пределами выносливости. Факторы, которые выходят за пределы выносливости (т.е. за пределы мак Симу или минимума), называются лимитирующими или ограничивающими. Лимитирующим может быть любой экологический фактор. Так, при оптимальной влажности повышается выносливость против неблагоприятной температуры и нехватки пищи. 3 другой стороны, достаточное количество пищи увеличивает устойчивость организма к неблагоприятным климатическим условиям. Однако такая взаимная компенсация всегда ограничено, и ни один из необходимых для жизни факторов не может смениться другим. Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния на организм экологических факторов отражает закон толерантности В. Шелфорда. Толерантность - это способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды. Способность организма выдерживать определенную амплитуду колебания фактора называют иногда еще экологической валентностью. Для жизни организмов большое значение имеет не только абсолютная величина фактора, но и скорость его изменения

автотрофы и гетеротрофы. По способу питания живые организмы можно разделить на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы (от греческих слов autos - сам и trophe - пища) — живые организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических. Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удается. Например, одноклеточная эвглена на свету является автотрофом, а в темноте - гетеротрофом. Автотрофы делятся на фототрофов и хемотрофов. Фототрофы Организмы, для которых источником энергии служит солнечный свет, называются фототрофами. Такой тип питания называется фотосинтезом. Хемотрофы Остальные организмы в качестве внешнего источника энергии используют энергию химических связей пищи или восстановленных неорганических соединений - таких, как сероводород, метан, сера. двухвалентное железо и др. Такие организмы называются хемотрофы. Все фототрофы-эукариоты одновременно являются автотрофами. а все хемотрофы-эукариоты - гетеротрофами. Среди прокариот встречаются и другие комбинации. Так, существуют хемоавтотрофные бактерии, а некоторые фототрофные бактерии являются гетеротрофами. Гетеротрофы Гетеротрофы — организмы, некоторые не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются органические вещества, произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы — это консументы различных порядков и редуценты. Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эука-риотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хло-ропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками. Сравнительная характеристика клеток эукариот. По строению различные эукариотические клетки сходны. Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств живой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей. Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал. В клетках представителей царства грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина - вещества, из которого построен наружный скелет членистоногих животных. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген. В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Резервным углеводом в клетках животных также является гликоген.

Белки

Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку

количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи. Аминокислота имеет следующую формулу:В состав аминокислот входят: NH2 - аминокислотная группа, сдающая основными свойствами; СООН - карбоксильная группа, имеет кислотные свойства. Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами – R. Аминокислоты – амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей. Есть первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы

белка, определяют его первичную структуру (например, инсулин). Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и образовывать вторичную структуру (например, кератин). Полипептидные цепи, скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу (шар), представляющую собой третичную структуру белка. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы. Белки, имеющие глобулярную структуру, объединяются вместе и формируют четвертичную структуру (например, гемоглобин). Замена одной аминокислоты приводит к изменению свойств белка. При воздействии высокой температуры, кислот и других факторов сложные белковые молекулы разрушаются. Это явление называется денатурацией. При улучшении условий денатурированный белок способен восстановить свою структуру вновь, если не разрушается его первичная структура. Этот процесс называется ренатурацией Белки отличаются видовой специфичностью. Каждый вид животных имеет свои белки.В одном и том же организме каждая ткань имеет свои белки — это тканевая специфичность. Организмы характеризуются также индивидуальной специфичностью белков. Белки бывают простые и сложные. Простые состоят из аминокислот, например, альбумины, глобулины, фибриноген, миозин и др. В состав сложных белков, кроме аминокислот, входят и другие органические соединения, например, жиры, углеводы, образуя липопротеиды, гликопротеиды и другие.Белки выполняют следующие функции:

• ферментативную (например, амилаза, расщепляет углеводы);

• структурную (например, входят в состав мембран клетки);

• рецепторную (например, родопсин, способствует лучшему зрению);

• транспортную (например, гемоглобин, переносит кислород или диоксид

углерода);

• защитную (например, иммуноглобулины, участвуют в образовании

иммунитета);

• двигательную (например, актин, миозин, участвуют в сокращении мышечных

волокон);

• гормональную (например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген);

• энергетическую (при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии).

ФЕРМЕ́НТЫ (от лат. «fermentum» — брожение, закваска), энзимы, специфические белки, увеличивающие скорость протекания химических реакций в клетках всех живых организмов. По химической природе — белки, обладающие оптимальной активностью при определенном рН, наличии необходимых коферментов и кофакторов и отсутствии ингибиторов. Ферменты называют также биокатализаторами по аналогии с катализаторами в химии. Каждый вид ферментов катализирует превращение определенных веществ (субстратов), иногда лишь единственного вещества в единственном направлении. Поэтому многочисленные биохимические реакции в клетках осуществляет огромное число различных ферментов.

Жиры

Жиры - органические соединения, которые наряду с белками и углеводами, обязательно присутствуют в клетках. Их относят к большой группе органических жироподобных соединений, классу липидов. Жиры представляют собой соединения глицерина (трехатомный спирт) и высокомолекулярных жирных кислот (насыщенных, например, стеариновой, пальмитиновой, и ненасыщенных, таких, как олеиновая, линолевая и другие). Соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот определяются физические и химические свойства жиров. Жиры нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях, например в эфире. Функции липидов в клетке разнообразны:

• структурная (принимают участие в построении мембраны);

• энергетическая (при распаде в организме 1 г жира выделяется 9,2 ккал

энергии - в 2,5 раза больше, чем при распаде того же количества углеводов);

• защитная (от потери тепла, механических повреждений);

• жир - источник эндогенной воды (при окислении Юг жира выделяется 11 г

воды);

• регуляция обмена веществ (например, стероидные гормоны —кортикостерон и др.).