Какую роль в познании свойств живого играет изучение генома

1. Дайте определения понятия.
Биология – это комплексная наука, изучающая все проявления жизни: строение, функции и происхождение живых организмов, их взаимоотношения в природных сообществах со средой обитания и другими живыми организмами.

2. Составьте схему «Система биологических наук».

3. Охарактеризуйте место биологии в системе биологических наук.
Современная биология – это комплексная наука, для которой характерно взаимопроникновение идей и методов различных биологических дисциплин, а также других наук – химии, физики, математики.
4. Заполните таблицу «Основные направления развития современной биологии».

5. Соотнесите имена великих ученых с описанием их вклада в развитие знаний о человеке. Правильное соответствие укажите индексами (1-10).
1. Авиценна 4
2. Аристотель 9
3. Везалий 3
4. Гарвей 4
5. Гераклит 5
6. Гиппократ 10
7. Декарт 1
8. Мечников 7
9. Павлов 6
10. Пастер 8.

6. С какими областями практической деятельности человека связана наука биология?
Биология тесно связана с медициной, производством химической продукции, с сельским хозяйством, промышленностью и энергетикой.

7. Какие жизненно важные проблемы позволяет решать знание биологии?
При помощи биологии открыто множество лекарств и методов лечения болезней, новых веществ для сельского хозяйства и промышленности. Благодаря новым методам исследований стали бурно развиваться как самостоятельные науки биофизика, биохимия, молекулярная биология, радиационная и космическая биология и т.д.

8. Объясните, почему биологию можно считать наукой будущего?
С помощью знаний биологии человечество сможет решить главную задачу: сохранение биосферы с целью поддержания условий существования и развития цивилизации. Биология – реальная производительная сила и рациональная научная основа отношений между человеком и природой.

9. Составьте план сообщения на одну из предложенных в учебнике тем (см. задание на с. 8 учебника).

 
Методы исследования в биологии.
1. Дайте определения понятий.
Наука – одна из сфер человеческой деятельности, цель которой – изучение и познание окружающего мира.
Научный факт – это факт, который можно воспроизвести и подтвердить.
Научный метод – совокупность приемов и операций, используемых при построении системы научных знаний.

2. Какое значение имеет важнейший принцип науки – «Ничего не принимай на веру»?
Главная задача науки – построение системы достоверного знания, основанного на фактах и обобщениях, которые можно подтвердить или опровергнуть. Научные знания постоянно берутся под сомнение и принимаются только после достаточных доказательств. 

3. Составьте схему «Методы познания живой природы».

4. Используя схему в учебнике «Основные этапы научного исследования» (см. рис. 1 на с. 12 учебника), составьте описание (методику проведения) биологического исследования «Выявление содержания крахмала в продуктах питания: хлебе, меде, молоке».
Постановка проблемы: выявить, содержится ли крахмал в хлебе, меде и молоке.
Гипотеза: крахмал содержится в хлебе, не содержится в меде и молоке.
Проверка гипотезы: на каждый из продуктов добавить по капле спиртового раствора йода. В тех продуктах, где произойдет синее окрашивание (качественная реакция), содержится крахмал.
Подтверждение/опровержение гипотезы по результатам опыта.
Вывод.

5. Проведите исследование по составленной методике (см. задание 4). Результаты запишите в таблицу.

Сделайте выводы: в результате проведенного опыта было выявлено, что произошло синее окрашивание на хлебе и в меде, не произошло – в молоке. Гипотеза была частично подтверждена: хлеб содержит крахмал, молоко – не содержит. Качественная реакция на крахмал произошла с медом, так как мед, вероятно, некачественный и содержит искусственные добавки, в частности, крахмал для густоты.

6. Какое значение для проведения научного исследования имеет гипотеза?
Каждая гипотеза проверяется экспериментально в ходе получения новых научных фактов. Если полученные факты противоречат гипотезе, то она опровергается. Если гипотеза согласуется с фактами и позволяет сделать верные прогнозы, она может стать научной теорией.

7. Чем выводы исследования отличаются от его результата?
Результаты проведенного эксперимента – это новые научные факты, полученные в результате исследования. Вывод исследования – это заключение, на основе полученных фактов, о том, подтверждена гипотеза или же она опровергнута.

8. Какую роль играют прикладные и фундаментальные исследования в биологии?
Основная цель прикладных исследований – обнаружение, интерпретация и развитие методов и систем по совершенствованию человеческих знаний в различных отраслях. Эти методы решают социально-практические проблемы.
Фундаментальные исследования позволяют познавать законы, управляющие природой. Эти законы изучаются «в чистом виде», безотносительно к их возможному использованию. 

“Введение в общую биологию и экологию. 9 класс”. А.А. Каменский

Вопрос 1. Какова основная цель науки?
Основная цель науки — изучить и познать окружающий мир.

Вопрос 2. Что такое научный метод? В чем его основной принцип?
Научный метод — совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки. Основной принцип научного метода — ничего не воспринимать на веру. Любое утверждение либо опровержение чего-либо следует проверить.

Вопрос 3. Что такое научный эксперимент?
Научный эксперимент (лат. experimentum — проба, опыт) – метод исследования некоторого явления в управляемых условиях, при помощи которого в специально создаваемых и контролируемых условиях исследуются явления. Непременным условием эксперимента является то, что он должен сопровождаться контрольным опытом, условия которого отличаются от условий эксперимента только одним фактором. Можно утверждать, что эксперимент вовсе не ограничивается лишь проведением опыта и получением исходной информации, а складывается из этапов, на каждом из которых по-своему сочетаются элементы чувственного, практического и теоретического познания. К ним можно отнести следующие: 1) подготовительный, 2) этап проведения эксперимента и получение опытных данных; 3) этап обработки опытных данных, или заключительный. Анализ структурных особенностей экспериментального исследования помогает раскрыть его природу с гносеологической точки зрения, то есть с позиции соотношения объекта и субъекта познавательной деятельности.
Отличительной особенностью научного эксперимента служит возможность его повторения другими исследователями.

Вопрос 4. Какой факт может считаться научным?
Научный факт — это результат, полученный в ходе неоднократных наблюдений и экспериментов. Научный факт является отправной точкой научного исследования. На основании научных фактов определяются свойства и закономерности явлений, выводятся теории и законы.

Вопрос 5. Чем гипотеза отличается от закона или теории?
Гипотеза (hypotesis) — Требующее научного доказательства предположение, предварительное объяснение проблемы, основанное на имеющихся знаниях и опыте. Проверка и подтверждение гипотезы означают переход от предположения к новому знанию об изучаемом явлении. Если гипотеза выдерживает проверку эмпирическими методами, она приобретает статус закона. Закон (естественный закон, или закон природы) описывает неизменные регулярности, которые происходят в природе. Таким образом, закон – это фактологически доказанное утверждение (в рамках теории, концепции, гипотезы), объясняющее объективные факты; либо некое явление, обладающее общностью и повторяемостью и зафиксированное и описанное. Свойствами закона являются периодичность и всеобщность какого-либо класса явлений, т.е. необходимость их возникновения при определенных, точно формулируемых условиях.

Вопрос 6. Какова роль прикладных и фундаментальных исследований в науке?
Фундаментальные и прикладные исследования различаются, прежде всего, по своим целям и задачам. Фундаментальные научные исследования позволяют понять законы, которые лежат в основе развития природы.
При рассмотрении прикладных исследований и наук нередко делается акцент на вопросах приложения научных результатов к решению вполне определенных технических и технологических проблем. Основная задача этих исследований рассматривается как непосредственная разработка тех или иных технических систем и процессов. Разработка прикладных наук связана с решением практических задач, имеет в виду потребности практики. Так, биологические знания являются базой для практических достижений в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, решении экологических проблем.

В живых системах встречаются химические реакции, неизвестные в неживой природе – реакции матричного синтеза.

Термином «матрица» в технике обозначают форму, употребляемую для отливки монет, медалей, типографского шрифта: затвердевший металл в точности воспроизводит все детали формы, служившей для отливки. Матричный синтез напоминает отливку на матрице: новые молекулы синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре уже существующих молекул.

Матричный принцип лежит в основе важнейших синтетических реакций клетки, таких, как синтез нуклеиновых кислот и белков. В этих реакциях обеспечивается точная, строго специфичная последовательность мономерных звеньев в синтезируемых полимерах.

Роль матрицы в матричных реакциях играют макромолекулы нуклеиновых кислот ДНК или РНК.

Матричный тип реакций – специфическая особенность химизма живых систем. Они являются основой фундаментального свойства всего живого – его способности к воспроизведению себе подобного.

К реакциям матричного синтеза относятся:

1. репликация ДНК – процесс самоудвоения молекулы ДНК, осуществляемый под контролем ферментов. На каждой из цепей ДНК, образовавшихся после разрыва водородных связей, при участии фермента ДНК-полимеразы синтезируется дочерняя цепь ДНК. Материалом для синтеза служат свободные нуклеотиды, имеющиеся в цитоплазме клеток.

Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской молекулы к дочерним, что в норме и происходит при делении соматических клеток.

2. транскрипция – синтез иРНК на ДНК, процесс снятия информации с молекулы ДНК, синтезируемой на ней молекулой иРНК.

иРНК состоит из одной цепи и синтезируется на ДНК в соответствии с правилом комплементарности при участии фермента – РНК-полимеразы. Готовая молекула иРНК выходит в цитоплазму на рибосомы, где происходит синтез полипептидных цепей.

3. трансляция – синтез белка на иРНК; процесс перевода информации, содержащейся в последовательности нуклеотидов иРНК, в последовательность аминокислот в полипептиде.

Биосинтез белка – это один из видов пластического обмена, в ходе которого наследственная информация, закодированная в генах ДНК, реализуется в определённую последовательность аминокислот в белковых молекулах. Рибосома представляет собой как бы конвейер для сборки цепочки белка из поступающих в него различных аминокислот. Каждой аминокислоте соответствует строго специфическая тРНК, которая находит «свою» аминокислоту и переносит её в рибосому.

Одновременно с тРНК, на которой «сидит» своя аминокислота, в рибосому поступает «сигнал» от ДНК, содержащейся в ядре. В соответствии с этим сигналом в рибосоме синтезируется тот или иной белок.

Направляющее влияние ДНК на синтез белка осуществляется не непосредственно, а с помощью особого посредника – матричной или информационной РНК (мРНК или иРНК), которая синтезируется в ядре под влиянием ДНК, поэтому её состав отражает состав ДНК. Молекула РНК представляет собой как бы слепок с формы ДНК. Синтезированная иРНК поступает в рибосому и передаёт ей план – в каком порядке должны соединяться друг с другом поступившие в рибосому аминокислоты, чтобы синтезировался определённый белок. Иначе, генетическая информация, закодированная в ДНК, передаётся на иРНК и далее на белок.

Молекула иРНК поступает в рибосому и соединяется с ней. Тот её отрезок, который находится в данный момент в рибосоме, состоит из двух триплетов (кодонов) . Каждый триплет взаимодействует совершенно специфично с подходящим к нему по строению триплетом (антикодоном) в транспортной РНК, которая принесла в рибосому аминокислоту.

Транспортная РНК со своей аминокислотой подходит к определённому кодону иРНК и соединяется с ним; к следующему, соседнему участку иРНК присоединяется другая тРНК с другой аминокислотой. Между аминокислотами образуется пептидная связь. Затем рибосома перемещается на он триплет, первая тРНК освобождается от своей аминокислоты и выходит из рибосомы, а на освободившееся место приходит следующая тРНК. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет считана вся цепочка и-РНК до стоп-кодона.

В процессе синтеза белка как правило одновременно участвуют несколько рибосом , образующих комплекс полирибосому.

Основные этапы передачи генетической информации:

синтез на ДНК как на матрице иРНК (транскрипция)

синтез в рибосомах полипептидной цепи по программе, содержащейся в иРНК (трансляция).

Этапы универсальны для всех живых существ, но временные и пространственные взаимоотношения этих процессов различаются у про- и эукариотов.

У эукариот транскрипция и трансляция строго разделены в пространстве и времени: синтез различных РНК происходит в ядре, после чего молекулы РНК должны покинуть пределы ядра, пройдя через ядерную мембрану. Затем в цитоплазме РНК транспортируются к месту синтеза белка – рибосомам. Лишь после этого наступает следующий этап – трансляция.

У прокариот транскрипция и трансляция идут одновременно.

Таким образом,

местом синтеза всех белков, в том числе ферментов в клетке являются рибосомы – это как бы «фабрики» белка, сборочный цех, куда поступают все материалы, необходимые для сборки полипептидной цепочки белка из аминокислот. Природа синтезируемого белка зависит от строения иРНК, от порядка расположения в ней нуклеоидов, а строение иРНК отражает строение ДНК, так что в конечном итоге специфическое строение белка, т. е. порядок расположения в нём различных аминокислот, зависит от порядка расположения нуклеотидов в ДНК, от строения ДНК.

Изложенная теория биосинтеза белка получила название матричной теории. Матричной эта теория называется потому, что нуклеиновые кислоты играют роль матриц, в которых записана вся информация относительно последовательности аминокислотных остатков в молекуле белка.

Создание матричной теории биосинтеза белка и расшифровка аминокислотного кода является крупнейшим научным достижением XX века, важнейшим шагом на пути к выяснению молекулярного механизма наследственности.