A tárgy neve Meghirdető tanszék(csoport) Felelős oktató: Kredit Heti óraszám típus Számonkérés Teljesíthetőség feltétele Párhuzamosan feltétel Előfeltétel Helyettesítő tárgyak Periódus Javasolt félév Kötelező vagy kötelezően választható
BIOLÓGIA ALAPJAI SZTE TTK, Biológus tanszékcsoport Dr. Toldi József 2 2 előadás Kollokvium Biológia alapjai gyakorlat
őszi félév, évente egyszer 1. félév Biológia, földrajz, matematika, fizika, kémia, informatika
AJÁNLOTT IRODALOM 1. Vogel és Angermann: SH Atlasz: Biológia, Springer-Verlag, Budapest, 1994 2. Beck, Liem and Simpson: Life (An Introduction to Biology), HarperCollins Publishers Inc., New York, 1993
A TANTÁRGY RÉSZLETES TEMATIKÁJA A Biológia tudománya - rövid történeti áttekintés: Nagy természetfilozófusok és természettudósok. Hippokratész. Arisztotelész. Robert Hook. Leeuwenhoek, a mikroszkóp felfedezője. Malpighi, a polihisztor. Linné. Lamarck. Darwin, a konzervatív forradalmár. Mendel, aki fél századdal megelőzte korát. Haberlandt, a precíz zseni. Louis Pasteur. Watson és Crick. Konrad Lorenz. Kitaibel Pál, Hermann Ottó, Szentgyörgyi Albert, Selye János. - részterületei - A biológia az élőlények jellemzőit, az alakot és struktúrát, a formaváltozást és az életjelenségeket regulációs, egyedek közötti és a külvilággal való kapcsolataikban igyekszik megismerni. - Az egységes biológia mesterségesen elhatárolt résztudományokban gyökerezik, melyek határai napjainkban újból kevésbé élesek. -
főbb részterületek az alábbiak: *anatómia *élettan (anyagcsereélettan, érzékelésfiziológia, endokrinológia, neurofiziológia, mozgásélettan, sejtélettan) *biokémia *molekuláris biológia *evolúcióbiológia *fejlődésbiológia *genetika, géntechnológia (genetic engineering), Nemesítésgenetika *ökológia *örökléstan (a klasszikus genetika) *őslénytan *populációgenetika *rendszertan *sejttan (citológai) *szövettan *szaporodásbiológia
- gondolkodási és munkamódszerek (megfigyelés, leírás, kísérletezés, modellezés) ● Dedukció és indukció áll rendelkezésre, mint más természettudományok
2
esetében is. Jó kérdésfelvetések, megfigyelések, elméleti prekoncepciók, hipotetikus vezérelképzelések jelentősége a biológiában – ’hipotetikus – deduktív módszer (Popper). ● gyakorlati módszerek: megfigyelés, leírás; kísérlet; modell. Kémiai alapok - szerves molekulákról jelentőségük: *struktúraépítők *energiaforrások *információ átörökítés *katalizátorok biológiai szempontból fontosabb szerves molekulák: *szénhidrátok (mono-, di-, poliszaharidok) *lipidek (zsírsavak, foszfolipidek, szteroidok) *fehérjék *nukleinsavak - miért pont a C és nem a Si? - a szénatom háromdimenziós geometriája - a molekulák empírikus és szerkezeti képlete, izomeria fogalma: strukturális é sztereoizomerek (optikai izomerek: L és D forma) - az asszimmetrikus szénatom (epimer fogalma) - C: sokkal inkább képes lánc alakban összekapcsolódni, gyűrűt formálni mint az Si - monomerek – polimerek fogalma Az élővilág nagy rendszertani egységei Prokarióták: ősbaktériumok, új baktériumok; Eukarióták: Archezoa; Protisták, Chromisták, Növények, Gombák, Állatok. Sejtes, szövetes szerveződés - Nem sejtes rendszerek Virológiai alapismeretek: - A vírusok obligát sejtparazitizmusának magyarázata. - Virológiai alapfogalmak: virion, vegetatív vírus, szubvirális elemek (viroid, virusoid). - Virionok morfológiája: kémiai szerkezet, genom szerveződési jellegzetességek, nukleokapszid, burok, kapszomer, peplomer. - Virionok csoportosítása a szimmetriaviszonyok alapján: Helikális vírusok (dohánymozaik vírus); kubikális vírusok (adenovirus), binális vírusok (T páros- és T páratlan fágok), be nem sorolható vírusok (poxvirus). - Virionok molekuláris felépítésének jellemzői. - Vírusok vegetatív ciklusa. - Vírusok rendszerezésének alapelvei. 3
- A prokarióta sejtszerveződés jellegzetességei: - A baktérium tok: a bakteriális tok meglétéhez köthető funkciók, homopolimer és heteropolimer alapú bakteriális tokok. - A baktérium sejtfal: Gram-pozitív baktériumok és Gram-negatív baktériumok sejtfalának felépítése, összehasonlítása. A murein mátrix kialakulásának sajátosságai. - A baktérium sejtmembrán: a prokarióta sejtmembrán szerkezete és sajátosságai (hopanoidok). - A prokarióta citoplazma, a prokarióta riboszómák (felépítés, funkció) - A baktérium sejt egyéb sejtalkotói: flagellumok, pílusok (szerkezet és funkció); - Az Archea sejtszerveződés sajátosságai. - Telep és sejtmorfológia. - Baktériumok szaporodásának törvényszerűségei, spórázási ciklus, endospóra szerveződése. - sejt struktúra, sejtszervek *membránok: - ampfipatikus lipidmolekulák rendeződése, kettősréteg (bilayer kialakulása - biomembrán szerkezete: Daniell-modell, folyékony-mozaik modell (Singer és Nicolson) - eukarióták sejtmembránja (glikokalix) *sejtfal: Növényi jellegzetességek A növényi sejtfal legfontosabb anyagai. A cellulóz struktúrája, a mikrofibrillumok és micellák. A matrix anyagai és szerkezete. A pektin és a hemicellulóz. A sejtfal struktúrfehérjéi és enzimei. Sejtfalberakódások, lignin, paraanyagok. Kutikula. - sejtes szervezetek: prokarióták, eukarióták *sejtszervecskék: endoplazmatikus retikulum (ER: granuláris, agranuláris), riboszómák, mikrotestek: (peroxiszómák, glioxiszómák), Golgi-készülék, lizoszómák, mitokondriumok, sejtmag (maghártya, kromatin, kromoszómák, nukleóluszok), citoszkeletális rendszer, plasztiszok *A növényi sejt különbségei a prokariótáktól: a fehérjékből álló belső váz, a citoszkeleton, a sejtmag, a több kópiából álló kromoszómák, a mitokondriumok, a plasztiszok, az endoplazmatikus retikulum és a vakuólum jelenléte. *A növényi sejt különbségei az állati sejtektől: vastag, merev sejtfal és a plasztiszok jelenléte, a glikokalix, gyakori esetben a lizoszóma és a centriólum hiánya. *differenciált és specializált sejtek, szövetek Növényi sejttípusok, szövetek: *Egysejtű szervezetek: gömb alakú (Chlorella) és poláris sejtek (Acetabularia mediterranea). *Többsejtű szervezetek. 4
A sejttársulások és típusaik. - Laza társulás. Mechanikai kapcsolat, közös nyálkaburok, plazmodezmákkal összekapcsolt sejtek. A teleptest kialakulása. -A sejtfonalas szervezetek. Valódi fonalas szervezetek: a sejtfonal polaritása, a csúcsi osztódó sejtek megjelenése. -A lemezes telep kialakulása: két irányban gyarapodó csúcsi osztódó sejt. -A sejttestes telep kialakulása: a tér három irányában osztódó csúcsi vezérsejt. Változatos elágazások, funkcionális differenciáció a sejte között. Valódi növényi szövetek *Fejlődési állapot szerinti felosztás: - osztódó és állandósult *Működés szerinti felosztás: - osztódó, asszimiláló, raktározó, kiválasztó, szilárdító *Felépítés szerint: egyszerű és összetett szövetrendszerek. Összetett szövetek: -bőrszövetrendszer (epidermisz, gázcserenyílások, szőrök, gyökérepidermisz [rhizodermisz], gyökérszőrök) -alapszövetrendszer (asszimilációs, raktározó, szilárdító, levegőztető, víztartó alapszövet) -szállítószövetrendszer (farész: vízszállító sejtek (primitívebb edényes növények, nyitvatermők) vízszállító csövek (zárvatermők), faparenchima, farost; háncsrész: rostasejt (nyitvatermők), rostacső elem (zárvatermők), kísérősejtek, háncsparenchima, háncsrost, kambium -kiválasztó szövetrendszer Valódi szövetes állatok sejttípusai, szövetei: Csírasejtek, szomatikus sejtek: a) szabad sejtek: hisztociták, plazmasejtek, leukociták b) helyben ülő sejtek (részletesen lásd alább a szöveteknél) szövetek 3 alaprétegből: ektoderma, mezoderma, entoderma differenciálódnak ▪ fedőszövet vagy hámszöve ▪ kötő- és támasztószövet ▪ izomszövet ▪ idegszövet
*szervek (legfontosabb növényi és állati szervek –áttekintés) Növényi szervek Gyökér -szöveti szerkezet, főgyökérrendszer (kétszikűek), mellékgyökérrendszer (egyszikűek)
5
-módosulásai: raktározó gyökérgumó, karógyökér, táplálékfelvevő és kapaszkodó léggyökér Hajtás: a szár és a levél Szár - szöveti felépítése, egyszikű, kétszikű - fás szártípusok: fatörzs, cserje, pálmatörzs - lágy szártípusok: szalmaszár, tőkocsány, dudvaszár, palkaszár -módosult szárak: raktározó szárgumó (burgonya), pozsgás szár (kaktusz) Levél - szöveti szerkezete - a lomblevél részei, levélalap, nyél, lemez, egyszikű, kétszikű, levélalakok, a levéllemez és levélszél formái, egyszerű és összetett levél - módosult levelek: pálhalevél, levélkacs, levéltövis Módosult hajtások: - hagyma, hagymagumó, gyöktörzs, tarack, kacs, inda, ágtövis Virág, termés Építkezési stratégiák a növényvilágban: szilárdítás, szigetelés, hűtés, fűtés, csatornázás, impregnálás. Színek, ízek, illatok. Fegyverkezés a növényvilágban: szőrök, tüskék, tövisek, vegyi fegyverek. Állati szervek (szervrendszerek) - szervfelépülés elvei: elágazás, egyesülés - szervrendszerek bőr (epidermis, corium, subcutis, különleges képződmények: pikkely, körmök, karmok, paták, szőr, toll légzőrendszer: tracheák, kopoltyúk, tüdők csont (szerkezete, csontösszeköttetések, ízületek) izomzat (simaizom, harántcsíkolt izom, szívizom) emésztőrendszer kiválasztórendszer szív és keringési rendszer idegrendszer (perifériás, központi: agy, gerincvelő)
6
Élő és élettelen közötti különbség Az élőt az élettelentől az életjelenségek megléte különbözteti meg. Életjelenségek - az élő anyagra jellemző megnyilvánulások - nem elégséges meghatározás, ui. minden életjelenségre található példa az élettelen rendszerekben is (pl. egy kristály is képes növekedni, egy pohár víz képes anyagot a környezetébe leadni –párolog-, vagy anyagot felvenni –pl. gázokat megkötni- stb.). Mindezek alapján célszerű az életkritériumok fogalmának bevezetése. Ennek alapján, az élőnek rendelkeznie kell életkritériumokkal, azaz: - életprogrammal (mely a felépítésére és működésére vonatkozó információt tárolja - anyagcserével - önszaporító képességgel - szabályozási rendszerrel (mely mindezeket működési egységgé szervezi) önfenntartó életjelenségek • anyagcsere (autotróf, heterotróf szervezetek) • mozgás (a növények és az állatok világában, sejtszintű folyamatoktól) • növekedés (fejlődés a növényeknél és az állatoknál) önszabályozó életjelenségek • hormonális és idegi szabályozás (állatvilág, növények) önreprodukáló életjelenségek • szaporodás (a növényeknél és az állatvilágban) • öröklődés A szemeszter további (nagyobbik részében) az élő anyag legfőbb jellemzőit, az életjelenségeket tárgyaljuk részletesebben. Anyagcsere általános jellemzői: ♦ A biokémiai folyamatok összessége (anyag- és energiaforgalom, információáramlás). ♦ Élőlények energiaigényes folyamataikhoz a külvilág energiáját használják fel (fotoszintézis, ATP). ♦ Makromolekulák (különböző építőegységek) felépítése igényel nagy energiát (egyszerű molekula→bonyolultabb molekula→sejtalkotó). ♦ A sejtet energiatermelő (ATP szintézist eredményező folyamatok is jellemzik. 7
♦ Az anyagcsere-folyamatok részét képező biokémiai reakciók beindulásához a molekuláknak aktiválódni kell –aktiválódási energia. Katalizátorok jelentősége. Enzimek: katalizátor funkcióval rendelkező fehérjék. Enzimek felépítése; gyakran összetett fehérjék, leváló nem fehérje résszel (koenzimek pl. NAD, koenzim-A). Aktív centrum: ahol a katalizált reakció lejátszódik. 1. anyagfelvétel és anyagleadás: passzív és aktív anyagtranszport, endocitózis, exocitózis 2. anabolikus folyamatok: a felvett szervetlen és szerves anyagok beépülése a szervezetbe Fotoszintézis A legalapvetőbb felépítő folyamat, melynek során az autotróf szervezetek a fény energiájának felhasználásával a légköri CO2 megkötését és beépítését végzik enzimreakciók sorozatán keresztül. A fotoszintézis jelentősége: elsődleges szervesanyag produkció, légköri O2. Fotoszintetizáló prokarióta és eukarióta szervezetek. Fényelnyelő pigmentek. A fényenergia abszorpciója. A kloroplasztisz struktúrája. A fotoszintézis fényszakasza. Fotokémiai rendszerek és működésük. A víz fotolízise. Az elektrontranszport lánc, az elektron útja a víztől a NADPH-ig. Az ATP szintézise. A fotoszintézis sötét szakasza, a Calvin ciklus. A CO2 redukciója szénhidrát szintre a NADPH és az ATP felhasználásával. A cukorfoszfátok átalakulásai. A keményítő, a szacharóz és a cellulóz szintézise. A N2 asszimilációja Különleges táplálkozási formák a növényvilágban: növények, fotoszintézis nélkül, obligát paraziták. Ragadozó növények. 3. katabolikus folyamatok: a szénhidrátok lebontása Energiát termel, mely ATP formájában raktározódik. Szénhidrát lebontás: biológiai oxidáció formájában: 1. szakasz: poliszacharidok → glükóz-foszfát építőegységek → glicerinaldehid-foszfát → piroszőlősav (3 C atom) (a foszfát-csoportok leszakadása ATP keletkezését eredményezi) → CO2 leadás, két szénatomos acetilcsoport marad, melyet a koenzim A szállít el a citromsavciklusba. A biológiai oxidáció 2. szakasza: leváló acetilcsoportot felveszi az oxálecetsav (4 C atomos) → citromsav (6 C atom): 2 CO2 leadása (+ 8 NADH létrehozása) → újból oxálecetsavvá alakul. 3. szakasz: terminális oxidáció: ide kerül az előző két szakaszban leadott H. A rendszer első tagja a 8
NADH-ról átvett elektronnal redukálódik, majd a sorban következő elektronfelvevő tagnak átadva azt, oxidálódik. Mindez addig folytatódik, míg az elektron a végső elektronfelvevő molekulára nem ér. A rendszerben szállított elektronok mindig alacsonyabb energiaszintre kerülnek, miközben ATP szintetizálódik. A végső elektronfelvevő az oxigén, mely a NADH-ból származó H-nel vízzé alakul. Glikolízis során 2 ATP szintetizálódik. Terminális oxidációban 36 mól ATP keletkezik, egy mól glükóz oxidációjából. Anaerob körülmények között erjedés játszódik le: első lépései azonosak a glikolízis folyamatával (piroszőlősavig), innen etanol vagy tejsav keletkezés irányába. 1 mól glükóz erjedése 2 mól ATP-t eredményez. A lipidek, nukleinsavak és fehérjék felépítése és lebontása. A szénhidrátok felépítése és lebontása mellett fontos részét képezi a sejt anyagcseréjének a lipidek, nukleinsavak és fehérjék felépítése és lebontása is. Kiemelendő a DNS molekula, mint az öröklődő tulajdonságok információhordozója. A nemzedékről nemzedékre való átadás feltételezi a DNS pontos megkettőződését: kitüntetett pontok a DNS-en (kezdőpont), kettős nukleotid szál megnyitása, ezek mentén új nukleotidszálak szintetizálódása. Nagyszámú közreműködő enzim, javító mechanizmusok. A DNS-ben hordozott információ a fehérjeszintézis során nyeri el értelmét. DNS-ről információ átírás: mRNS szintetizálódik, ez a fehérjeszintézis helyére juttatja a DNS-ről átírt információt. A fehérjeszintézis helyére, a riboszómákhoz az aktivált állapotban levő aminósavakat a tRNS-ek juttatják. A polipeptidlánc kialakulása a riboszómákon történik. Metionin – lánckezdés. DNS-ben az információ bázishármasok formájában, melyek egy-egy aminósavat jelölnek. 64-féle bázishármas, 20 aminósav, azaz, egy aminósavat több bázishármas is kódolhat. Az aminósav kódszótár univerzális.
9
4. kiválasztás: a káros anyagcseretermékek eltávolítása Ahhoz, hogy a sejtszintű anyagcsere-folyamatok lejátszódhassanak az állatokban, szükség van a táplálék felvételére, a gyomor és bélrendszer, a kiválasztó-működés, a légzőrendszer, a szív és keringési rendszer összehangolt működésére. Mozgás A helyzet- és helyváltoztató mozgást megtaláljuk mind a növények világában, mind pedig az állatvilágban. Mozgás és a növények A növények zömmel helyhez kötöttek. Passzív mozgások: higroszkópos mozgások, kohéziós mozgások. Aktív mozgások: belső (plazmaáramlás) és külső Külső mozgások: helyváltoztató (moszatok, mohák és harasztok hímivarsejtjei, kemotaxis) és helyzetváltoztató A növények helyzetváltoztató mozgásai: turgor mozgások, növekedési mozgások Turgor mozgások: reverzibilisek (levelek alvóállása, niktinasztia) -Szeizmonasztia (Mimosa). Érintés, membrán depolarizáció, akciós potenciál, gyors K+ efflux a levélalap sejtjeiből, turgorcsökkenés. Turgorin. Növekedési mozgások: irreverzibilisek, differenciális növekedés *Tropizmusok: inger által irányított, egyirányú (pozitív, negatív) (gravitropizmus, fototropizmus, hidrotropizmus) -receptorok, jelátvitel, növekedési válasz *Nasztiák: az inger által kiváltott, de irányától nem függő növekedés (tigmonasztia, termonasztia, fotonasztia) -receptorok, jelátvitel, növekedési válasz *Nutáció: körkörös mozgás, kacsok Mozgás az állatok világában Egysejtűeknél: amőboid mozgás, csillókkal, ostorral zoolfagelláták mozgásformái mozgás a sejten belülplazmaáramlás –mechanizmus Többsejtűeknél (csalánozók kivételével) erősen differenciálódott izomsejtek és –rostok szolgálnak a mozgás alapjául. Mozgásban szerepet játszó passzív (váz)elemek: kitinpáncél, csont aktív elemek: izmok izom: harántcsíkolt, sima- és szívizom ● harántcsíkolt izom szerkezete (szarkoméra)
10
● fontosabb elemek: aktin, miozin, tropomiozin, troponin ● izomösszehúzódás molekuláris mechanizmusa (csúszófilamentumelmélet), Ca2+, ATP szerepe ● elernyedés Mozgás és az idegrendszer: neuromuszkuláris junkció ● ideg-izom ingerületáttevődés ● mozgás központi szabályozása (magasabbrendű gerinceseknél) Hormonális és idegi szabályozás Általános alapelvek • hierarchikus felépítés • visszacsatolás elve hormonális szabályozásra speciálisan jellemző: ♦ szubsztrátum –koncentráció szabályoz (vérglükózszint inzulin) ♦ kettős biztosítás alapelve (idegi-hormonális, serkentő -gátló kettősségek) A hipothalamo-hipofízis rendszer Adenohipofízis: Szomatotropin Melanotropin Tireotropin Kortikotropin FSH LH LTH Neurohipofízis: Vasopressin Oxitocin Ivarmirigyek hormonjai_ Here hormonja: tesztoszteron Folliculus hormon: ösztradiol Sárgatest hormon: progeszterom A női ivari ciklus szabályozása A pajzsmirigy hormonjai: tiroxin, trijódtironin Morfogenetikus funkció Anyagcsereszabályozás Mellékvesevelő hormonja: adrenalin Mellékvesekéreg: z. glomerulóza – aldoszteron z. fasciculata – glukokortikoidok z. reticularis - szexuálszteroidok Hasnyálmirigy: glukagon, inzulin
11
A rovarok hormonrendszere: vedlésszabályozás hormonális irányítása Hormonális szabályozás a növényekben A növekedés és fejlődés, valamint a metabolizmus szabályozása kémiai jelekkel. A növényi és állati hormonfogalom összehasonlítása. Receptorok, jelátvitel, hormonhatás. A legfontosabb növényi hormonok és funkcióik. Az auxinok és hatásuk a sejtosztódásra és megnyúlásra. A gibberellinek. Hatásuk a sejtmegnyúlásra és a virágzásra. A citokininek és a sejtosztódás szabályozása. Az etilén és a termésérés. Az abszcizinsav, mint stresszhormon. Idegi szabályozás: - Ingerlékeny sejtek, nyugalmi membránpotenciál, membránpotenciál-változások (EPSP, IPSP, akcióspotenciál) - ingerületátvitel, szinapszisok - mikrohálózatok, kapcsolási körök: divergencia elve kovergencia elve, térbeli szummáció, időbeli szummáció, okklúzió gátlás, gátló kapcsolási körök feedback-gátlás feedforward-gátlás Renshaw-gátlás Serkentő mechanizmusok Pozitív visszacsatolás Szinaptikus potencírozódás A hálózatos és a központi idegrendszer - puhatestűek, ízeltlábúak: ganglionáris - emlősök: perifériás, központi Morfológiai elvek: - központi gangliontömeg kialakuláa - hosszú vezetőpályák kialakulása - afferens és efferens pályák szétválása - interneuronok száma megnő Funkcionális elvek: - specifikus impulzusminták - hierarchikus rend - plaszticitás - engrammok keletkezése - pszichikai folyamatok létrejötte 12
Nagy szenzoros rendszerek: szomatoszenzoros, látó- halló-, vesztibuláris rendszerek, ízlelés, szaglás Motoros rendszer: gerincvelői, agytörzsi mozgatórendszer, agykéreg A nagyagy integratív működése. Érzékelés a növényvilágban Fényreceptorok. A szomszéd érzékelése, a fitokróm rendszer. Jelzések a szomszédnak, légnemű növekedésszabályozók és stressz-hormonok: etilén, metilszalicilát, metiljázmonát. Kémiai jel, kedves fogadtatás avagy hogyan toljunk ki az illetéktelen betolakodókkal: allelopatikus anyagok. Szaporodás Általános alapelvek Az élőlények fennmaradását két alapvető folyamat biztosítja a nemzedékek váltakozása során: ● sejtosztódás: a sejtek számbeli szaporodását eredményezi ● a sejtek összeolvadása: a szexualitás következménye (pl. ivarsejtek összeolvadása) Szaporodáskor azonban lehetséges: - számbeli növekedés: pl. kettéosztódás, de - számbeli csökkenés is: pl. egysejtűek ivaros szaporodás - számbeli állandóság is (kovamoszatoknál) Szaporodás két alaptípusa: ● ivartalan (szexualitás nélkül): az új élőlény a régi szervezet totipotens testi anyagának egy részéből képződik. - monocitogén: ha egy sejtből indul - policitogén: ha több sejtből indul ● ivaros szaporodás (szexualitással): ivarsejtek képződése ♦ meiozis és jelentősége -redukció -új kombináció 13
a meiozis lefolyása: profázis 1., meta-, ana-, és telofázis 1. és profázis 2., meta-, ana-, és telofázis 2. Szaporodás az állatvilágban ● főleg ivaros szaporodás -hímivarsejt (finomszerkezet, funkció) -oocita (növekedési ill. meiozisos stádiumban lévő petesejt) -megtermékenyítés: spermium behatolása, pete aktiválása, magvak összeolvadása -a szaporítószervek (szerkezet, működés) A növények szaporodása Fontos különbségek a növények és az állatok szaporodása között ● általános az ivartalan szaporodás ● gyakori a kétneműség, a hímnősség ● az ivaros és ivartalan nemzedékek váltakoznak Ivartalan szaporodás: a szülő és az utód genetikai állománya azonos Osztódás: az eukarióta egysejtű moszatok szaporodása Vegetatív szervekkel történő szaporodás: leváló teleprészek, inda, hagyma, gumó, dugvány Spórák: az eukarióta növényekben számfelező osztódással keletkeznek. A mohákig ebből alakul ki a növény teste. Ivaros szaporodás: a növény teste a haploid ivarsejtek összeolvadásából keletkező zigótából alakul ki. A meiózissal keletkező ivarsejtekben új génkombinációk. Izogámia, az ivarsejtek nem különböznek Heterogámia, makrogaméta, mikrogaméta. A kétszakaszos egyedfejlődés: A spórákat létrehozó ivartalan nemzedék (a sporofiton) és az ivarsejteket létrehozó ivaros nemzedék (gametofiton) váltakozása. Az evolúció során az ivaros szakasz leegyszerűsödött. A mohák, a harasztok és a zárvatermő növények kétszakaszos egyedfejlődése.
14
Növekedés – fejlődés Állatok növekedése és fejlődése Fejlődés: „az érzékelhető változatosság keletkezése” (Roux) – alakváltozásként megy végbe minden egyes szervezet egyéni életútja során. Egysejtűeknél: minden formai változás egyetlen sejten belül alakul ki. Soksejtűek: a sejtek szaporodása differenciálódása révén vezet el az egyszerű ivarsejttől a bonyolult szövetig. Embriológia: az egyedfejlődés kezdeti szakaszát tisztázza Fejlődésélettan: örökítő anyag és a környezet szerepe Polaritás és tengelyek: erőtér-polaritás, szerkezeti polaritás, grádiens-polaritás Külső tér általi polarizáció, belső tényezők általi polarizáció Az ontogenezis főbb fázisai: ● embrionális fejlődés ♦ barázdálódás ♦ gasztruláció ♦ mezodermaképződés ♦ szervképződés ● ifjúkori fejlődés ● felnőtt szakasz ● öregedési szakasz Kiemelve és részletezve az emlősök embrionális fejlődésének főbb szakaszait és molekuláris biológiai vonatkozásait: - differenciált génaktivitás - differenciált transzkripció - szomatikus mutációk - parciális DNS megsokszorozódás A növények növekedése és fejlődése A zárvatermő növények életciklusa: Kettős megtermékenyítés, óképzés, magképzés, nyugalmi állapot, csírázás, vegetatív fejlődés (ciklusok), virágképzés, ivarsejtek kialakulása, megtermékenyítés, magképzés (ciklusok), az egyed öregedése, halála ● Az állatok egyedfejlődésében jelentősebb az embrionális szakasz, ezalatt az érett szervezetre jellemző szervek kifejlődnek, a sejtmigrációnak nagy jelentősége van, fontos a sejtkontaktus. ● A zárvatermőkre is jellemző az embriogenezis a mag tartalmaz embriót, ez nem rendelkezik az érett növényre jellemző szervekkel, a fejlődés posztembrionikus, a növényi sejtek nem 15
mozognak, differenciálódáskor fontos a sejt pozíciója, fontos a sejtkontaktus. A zigóta totipotens. Sejtosztódás, Formatív és proliferatív osztódás. Sejtmegnyúlás, differenciálódás. Differenciális génexpresszió. A növényi szervek morfogenezise. A növény, mint moduláris struktúra. Regeneráció. A növények testi sejtjeiben latens totipotencia. Dedifferenciálódás, redifferenciálódás, szomatikus embriogenezis. Szövettenyészetek, növények regenerációja, szomaklónok. Kémcsőben született növények.
öröklődés -fajra jellemző tulajdonságok átadása az utódoknak, a genetikai információ viszonylagos állandóságát biztosítja -fenotípus -genotípus (allélek) fogalma -Mendel törvények 1. Az uniformitás szabálya 2. A hasadás szabálya 3. A gének független kombinálódása -a gének kapcsoltságának kérdése -az ivar öröklődése -extrakromoszómális öröklődés Génsebészet. Transzgénikus élőlények. Élelmiszer transzgénikus növényekből. Hol van a tudományos felfedezések alkalmazásának erkölcsi határa?
Biológia az egyed szintje felett Ökológia fogalma: az élőlények és azok környezetének (a rájuk ható biotikus és abiotikus tényezők összességének) kölcsönhatásait vizsgáló tudomány. -a populációt: ökológiai szempontból sajátos feltételek közötti, egy (nem élesen behatárolt) térbeni megjelenése határozza meg. Struktúrája: -az abundancia (egyedsűrűség) -diszperzió (egyedek eloszlása) -a populáció habitusa -korszerkezet -ivararány
16
-morbiditás Funkcionális struktúrelemek: -viselkedés -konstitúció (öröklött vagy szerzett élettani teljesítőképesség) -termékenység -mortalitás populációdinamika Biocönózis: életközösség Állatok és növények közössége, melyet az alkotó fajok száma, abundanciája, térbeli eloszlása jellemez. A fajok kölcsönhatásban állnak egymással, és önszabályozásra képes rendszert alakítanak ki. Ökoszisztéma: magában foglalja a biocönózist és a biotópot Ökoszisztéma alrendszerei (kompartmentjei) -abiotikus alkotórészek -biotikus alkotórészek -termelők (producensek) -fogyasztók (konzumensek) -lebontók (reducensek) anyagkörforgások stabilitás és diverzitás
17
