Ege kimya bölümü c2. Kimyada KULLANIM: yürütme algoritması. Bağımsız çalışma için görevler

organizma biyolojik sistemi

Biyolojide, bir organizma, işleyişi ancak dış çevresi ile sürekli etkileşim ve bu etkileşimin bir sonucu olarak kendini yenileme ile mümkün olan, dünyanın bağımsız olarak var olan bir birimi olarak kabul edilir.

Vücudun ana işlevi, tüm organ ve dokularda aynı anda ve sürekli olarak meydana gelen süreçlerle - asimilasyon ve disimilasyon - sağlanan metabolizmadır (metabolizma).

Asimilasyon (anabolizma), vücuda dışarıdan giren maddelerin oluşumuna ve çeşitli dokuların oluşumuna (vücut ağırlığı) giden yeni kimyasal bileşiklerin birikmesine ve yaşamın uygulanması için gerekli enerji potansiyelinin yaratılmasına indirgenir. hareketler.

Disimilasyon (katabolizma), kimyasalların vücuda parçalanması, vücudun eski, ölü veya hasarlı doku elemanlarının yok edilmesi ve ayrıca asimilasyon sürecinde biriken maddelerden enerjinin salınmasıdır.

Metabolizma, büyüme, gelişme, üreme, beslenme, sindirim, solunum ve atık ürünlerin atılması, hareket, dış ortamdaki değişikliklere tepkiler vb. gibi vücut işlevleriyle ilişkilidir.

Çevrenin organizma üzerindeki etkisi çok çeşitlidir, bu onun için sadece hayati maddelerin tedarikçisi değil, aynı zamanda rahatsız edici etkilerin (tahriş edici maddeler) kaynağıdır. Dış koşullardaki sürekli dalgalanmalar, vücutta (kan, lenf, doku sıvısı) ve çoğu hücresel yapıda olası sapmaların oluşmasını engelleyen vücutta uygun adaptif reaksiyonları uyarır.

Evrim sürecinde, organizmanın dış çevre ile ilişkisinin oluşumunda, iç ortamın bileşiminin sabitliğini korumak için en önemli özelliği geliştirdi - homeostaz (Yunanca "homoyos" dan - aynı, "durağanlık" - durum). Homeostazın ifadesi, bir dizi biyolojik sabitin varlığıdır - vücudun normal durumunu karakterize eden kararlı nicel göstergeler. Bunlar vücut ısısını, kandaki ve doku sıvısındaki protein, şeker, sodyum ve potasyum iyonlarının içeriğini vb. İçerir. Sabitler, homeostazın fizyolojik sınırlarını belirler, bu nedenle, vücudun bunlardan önemli ölçüde farklı koşullarda uzun süre kalmasıyla. adapte olduğu durumlarda homeostazi bozulur ve normal yaşamla bağdaşmayan kaymalar olabilir.

Bununla birlikte, vücudun adaptif mekanizmaları, düzenlenmiş fonksiyonların sabitliğini koruyarak homeostatik durumu korumakla sınırlı değildir. Örneğin, çeşitli fiziksel aktivite türleri ile düzenleme yönü, artan gereksinimler (artan kalp hızı, solunum hareketleri, metabolik süreçlerin aktivasyonu vb.) nedeniyle vücudun işleyişi için en uygun koşulları sağlamaya odaklanır.

Modern bilim, bedeni, tüm hücrelerin, dokuların, organların yakın ilişki ve etkileşim içinde olduğu, fonksiyonel etkinliği yüksek tek bir bütün oluşturan, kendi kendini düzenleyen biyolojik bir sistem olarak kabul eder. Daha Fazla I.P. Pavlov, "insan ... en yüksek derecede kendi kendini düzenleyen, kendi kendini destekleyen, restore eden, düzelten ve hatta iyileştiren bir sistem" olduğunu vurguladı.

Fonksiyonlar ve süreçler arasındaki ilişki, hayvan dünyasında biyolojik adaptasyon sürecinde baskın olan ve daha sonra yavaş yavaş vücut fonksiyonlarının düzenleyicilerine dönüşen hümoral ve sinir olmak üzere iki düzenleyici mekanizma tarafından sağlanır.

Düzenlemenin hümoral mekanizması (Latince “mizah” - sıvıdan), vücutta dolaşan sıvılarda (kan, lenf, doku sıvısı) bulunan kimyasallar nedeniyle gerçekleştirilir. Bunlardan en önemlileri hormonlar endokrin bezleri tarafından salgılanan (Yunanca "hormondan" - hareketli). Kan dolaşımına girdikten sonra, fonksiyonların düzenlenmesine katılıp katılmadıklarına bakılmaksızın tüm organ ve dokulara ulaşırlar. Hormonun düzenleme sürecine dahil edilmesini yalnızca dokuların belirli bir maddeye seçici oranı belirler. Hormonlar, belirli bir "muhatap" olmadan kan akışı hızında hareket eder. Çeşitli kimyasal düzenleyiciler, özellikle hormonlar arasında, kendi kendini düzenleme ilkesi açıkça kendini gösterir. Örneğin, kandaki insülin (pankreatik hormon) miktarı aşırı hale gelirse, bu, adrenalin (adrenal medulla hormonu) üretiminin artması için bir tetikleyici görevi görür. Bu hormonların konsantrasyon seviyesinin dinamik dengesi, optimal kan şekeri seviyelerini sağlar.

Sinir düzenleme mekanizması, belirli sinir lifleri boyunca vücudun kesin olarak tanımlanmış organlarına veya dokularına giden sinir uyarıları yoluyla gerçekleştirilir. Sinir düzenlemesi, hümoralden daha mükemmeldir, çünkü ilk olarak, sinir uyarılarının yayılması daha hızlıdır (0,5'ten 120 m/s'ye kadar) ve ikincisi, hedeflenirler, yani. sinir yolları boyunca, uyarılar belirli hücrelere veya hücre gruplarına gider.

Fonksiyonları düzenleyen ana sinir mekanizması, doku veya organların dış ve iç ortamdan gelen tahrişe refleks tepkisidir. Bir refleks yayı boyunca gerçekleştirilir - reseptörlerden tahrişe tepki veren yürütme organlarına (kaslar, bezler) uyarmanın meydana geldiği yol. İki tür refleks vardır: koşulsuz veya doğuştan ve koşullu veya edinilmiş. Vücut fonksiyonlarının sinirsel düzenlenmesi, bu iki refleks türü arasındaki en karmaşık ilişkilerden oluşur.

Sinir ve hümoral fonksiyonların düzenlenmesi birbiriyle yakından ilişkilidir ve tek bir nörohumoral düzenleme oluşturur. Örneğin, sinir uyarımı vericisi, hümoral (kimyasal) bir bileşendir - bir aracıdır ve birçok endokrin bezinin aktivitesi sinir uyarıları tarafından uyarılır. Vücut fonksiyonlarının kontrol mekanizmasındaki sinirsel ve hümoral bağlantıların oranı, kontrollü fonksiyon çevresel uyaranlarla daha fazla ilişkiliyse sinir bileşeninin baskınlığının ortaya çıktığı ve bu bağlantılar arttıkça hümoral mekanizmanın rolünün arttığı gerçeğine kadar kaynar. zayıflatılır.

Motor aktivite sürecinde kaslar kasılır, kalp işini değiştirir, bezler kana hormon salgılar, bu da aynı kaslar, kalp ve diğer organlar üzerinde yoğunlaştırıcı veya zayıflatıcı bir etkiye sahiptir. Başka bir deyişle, refleks reaksiyona hümoral kaymalar eşlik eder ve hümoral kaymaya refleks regülasyonunda bir değişiklik eşlik eder.

Sinir sisteminin işleyişi ve hücre ve organların kimyasal etkileşimi, vücudun en önemli yeteneğini sağlar - fizyolojik işlevlerin kendi kendini düzenlemesi, vücudun var olması için gerekli koşulların otomatik olarak korunmasına yol açar. Organizmanın dış veya iç ortamındaki herhangi bir değişiklik, hayati aktivitesinin koşullarının bozulmuş sabitliğini geri kazanmayı amaçlayan faaliyetine neden olur, yani. homeostazın restorasyonu. Organizma ne kadar gelişmişse, homeostaz o kadar mükemmel ve istikrarlıdır.

Kendi kendini düzenlemenin özü, kapalı bir döngüde doğrudan ve geri bildirim kanallarında dolaşan, örneğin termoregülasyon gibi, bununla ilgili bilgilere dayanarak organların ve vücuttaki işleyiş süreçlerinde belirli bir sonuca ulaşmayı amaçlamaktadır. ağrı vb.). İletişim kanallarının işlevi, reseptörler, sinir hücreleri, vücutta dolaşan sıvılar vb. Tarafından gerçekleştirilebilir. Kendi kendini düzenleme, belirli kalıplara göre gerçekleştirilir. Kendi kendini düzenlemenin bir takım ilkeleri vardır. Dengesizlik ilkesi, canlı bir organizmanın, çevreye göre dinamik, dengesiz, asimetrik bir durumu sürdürme temelinde kendi homeostazını koruma yeteneğini ifade eder. Aynı zamanda, biyolojik bir sistem olarak organizma, yalnızca olumsuz etkilere karşı koymakla ve olumlu etkilerin onun üzerindeki etkisini kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda her ikisinin de yokluğunda, temel yapıları oluşturmak için muazzam miktarda aktiviteyi yansıtan spontan aktivite gösterebilir. Yeni ortaya çıkan yapılarda kendiliğinden aktivite sonuçlarının konsolidasyonu, gelişimsel fenomenlerin temelini oluşturur. Kapalı bir kontrol döngüsünün prensibi, canlı bir sistemde, gelen bir uyarana verilen tepki hakkındaki bilgilerin belirli bir şekilde analiz edilmesi ve gerekirse düzeltilmesidir. Bilgi, istenen sonuca ulaşılana kadar doğrudan ve geri bildirimle kapalı bir döngüde dolaşır. Bir örnek, iskelet kası fonksiyonunun düzenlenmesidir. Merkezi sinir sisteminden (CNS) kas, doğrudan iletişim kanalları aracılığıyla uyarı alır, kas buna bir kasılma (veya gerilim) ile yanıt verir. Geri bildirim kanalları aracılığıyla kas kasılmasının derecesi hakkında bilgi, sonucun uygun olanla karşılaştırıldığında ve değerlendirildiği merkezi sinir sistemine girer. Uyuşmazlarsa, merkezi sinir sisteminden kasa yeni bir düzeltici dürtü gönderilir. Kas tepkisi istenen seviyeye ulaşana kadar bilgi kapalı bir döngü içinde dolaşacaktır. Tahmin ilkesi, biyolojik bir sistemin, geçmişteki deneyimlerin tekrarlanma olasılığının bir değerlendirmesine dayanarak gelecekteki davranışını (tepkileri, süreçleri) belirlemesidir. Böyle bir tahminin bir sonucu olarak, önleyici düzenlemenin temeli, içinde, düzeltici faaliyet mekanizmalarını optimize eden toplantı olan beklenen olaya bir ayarlama olarak oluşturulur. Örneğin, koşullu refleksin öngörücü sinyalleşme işlevi; yenilerinin geliştirilmesinde önceden oluşturulmuş motor eylemlerin unsurlarının kullanılması.

3.2. Organizmaların çoğaltılması, önemi. Üreme yöntemleri, eşeyli ve eşeysiz üreme arasındaki benzerlikler ve farklılıklar. İnsan pratiğinde cinsel ve eşeysiz üreme kullanımı. Mayoz bölünme ve döllenmenin nesiller boyunca kromozom sayısının sabitliğini sağlamadaki rolü. Bitki ve hayvanlarda suni tohumlamanın kullanımı.

3.3. Ontogeny ve onun doğal düzenlilikleri. Hücrelerin uzmanlaşması, dokuların oluşumu, organlar. Organizmaların embriyonik ve postembriyonik gelişimi. Yaşam döngüleri ve nesillerin değişimi. Organizmaların gelişiminde bozulma nedenleri.

3.5. Kalıtım kalıpları, sitolojik temelleri. Mono ve dihibrit geçiş. G. Mendel tarafından kurulan kalıtım kalıpları. Bağlantılı özelliklerin kalıtımı, genlerin bağlantısının ihlali. T. Morgan Kanunları. Kalıtımın kromozomal teorisi. Seks genetiği. Cinsiyete bağlı özelliklerin kalıtımı. İntegral bir sistem olarak genotip. Genotip hakkında bilgi geliştirme. İnsan genomu. Genlerin etkileşimi. Genetik problemlerin çözümü. Melezleme şemaları hazırlamak. G. Mendel yasaları ve sitolojik temelleri.

3.6. Organizmalarda özelliklerin değişkenliği: modifikasyon, mutasyon, kombinasyon. Mutasyon türleri ve nedenleri. Organizmaların yaşamındaki ve evrimdeki değişkenliğin değeri. reaksiyon hızı.

3.6.1. Değişkenlik, türleri ve biyolojik önemi.

3.7. Mutagenlerin, alkolün, ilaçların, nikotinin hücrenin genetik aparatı üzerindeki zararlı etkileri. Çevrenin mutajenler tarafından kirlenmeye karşı korunması. Çevredeki (dolaylı olarak) mutajen kaynaklarının belirlenmesi ve bunların kendi vücudu üzerindeki etkilerinin olası sonuçlarının değerlendirilmesi. İnsan kalıtsal hastalıkları, nedenleri, önlenmesi.

3.7.1. Mutajenler, mutagenez.

3.8. Yetiştirme, görevleri ve pratik önemi. N.I.'nin öğretileri Vavilov, kültür bitkilerinin çeşitliliği ve kökeni hakkında bilgi verdi. Kalıtsal değişkenlikte homolog seriler yasası. Yeni bitki çeşitlerini, hayvan türlerini, mikroorganizma suşlarını yetiştirme yöntemleri. Seçim için genetiğin değeri. Yetiştirilen ekili bitkiler ve evcil hayvanlar için biyolojik temeller.

3.8.1. Genetik ve seleksiyon.

3.8.2. Çalışma yöntemleri I.V. Michurin.

3.8.3. Ekili bitkilerin menşe merkezleri.

3.9. Biyoteknoloji, hücre ve genetik mühendisliği, klonlama. Biyoteknolojinin oluşumu ve gelişiminde hücre teorisinin rolü. Biyoteknolojinin üreme, tarım, mikrobiyolojik endüstrinin gelişimi ve gezegenin gen havuzunun korunması için önemi. Biyoteknolojideki bazı araştırmaların gelişiminin etik yönleri (insan klonlama, genomdaki yönlendirilmiş değişiklikler).

3.9.1. Hücresel ve genetik mühendisliği. Biyoteknoloji.

Organizmaların çeşitliliği: tek hücreli ve çok hücreli; ototroflar, heterotroflar.

Tek hücreli ve çok hücreli organizmalar

Gezegendeki canlıların olağanüstü çeşitliliği, bizi onların sınıflandırılması için farklı kriterler bulmaya zorluyor. Hücreler hemen hemen tüm bilinen organizmaların - bitkiler, hayvanlar, mantarlar ve bakterilerin yapısal birimi olduğundan, virüsler hücresel olmayan formlardır.

Vücudu oluşturan hücre sayısına ve etkileşimlerinin derecesine bağlı olarak, tek hücreli, kolonyal ve çok hücreli organizmalar ayırt edilir. Tüm hücrelerin morfolojik olarak benzer olmasına ve bir hücrenin olağan işlevlerini (metabolizma, homeostazın korunması, gelişme vb.) Tek hücreli organizmalarda hücre bölünmesi, bireylerin sayısında bir artış gerektirir ve yaşam döngülerinde çok hücreli aşamalar yoktur. Genel olarak, tek hücreli organizmalar aynı hücresel ve organizmasal organizasyon seviyelerine sahiptir. Bakterilerin büyük çoğunluğu, hayvanların bir kısmı (protozoa), bitkiler (bazı algler) ve mantarlar tek hücrelidir. Bazı taksonomistler, tek hücreli organizmaları özel bir krallığa - protistlere - ayırmayı bile teklif ediyor.

sömürge aseksüel üreme sürecinde, kızı bireylerin ana organizmaya bağlı kaldığı ve az ya da çok karmaşık bir dernek - bir koloni oluşturan organizmalar olarak adlandırılır. Mercan polipleri gibi çok hücreli organizmaların kolonilerine ek olarak, tek hücreli organizmaların, özellikle pandorina ve eudorina alglerinin kolonileri de vardır. Görünüşe göre sömürge organizmaları, çok hücreli organizmaların ortaya çıkması sürecinde bir ara bağlantıydı.

Çok hücreli organizmalar Vücutları çok sayıda hücreden oluştuğu için şüphesiz tek hücrelilerden daha yüksek bir organizasyon düzeyine sahiptirler. Çok hücreli organizmalarda, aynı zamanda birden fazla hücreye sahip olabilen kolonyal hücrelerin aksine, hücreler, yapılarına da yansıyan çeşitli işlevleri yerine getirmekte uzmanlaşmıştır. Bu uzmanlığın bedeli, hücrelerinin bağımsız olarak var olma ve çoğu zaman kendi türlerini yeniden üretme yeteneklerinin kaybıdır. Tek bir hücrenin bölünmesi, çok hücreli bir organizmanın büyümesine yol açar, ancak üremesine yol açmaz. Çok hücreli organizmaların ontogenisi, döllenmiş bir yumurtanın, daha sonra farklı doku ve organlara sahip bir organizmanın oluşturulduğu birçok blastomer hücresine parçalanması süreci ile karakterize edilir. Çok hücreli organizmalar genellikle tek hücreli organizmalardan daha büyüktür. Yüzeylerine göre vücudun büyüklüğündeki bir artış, metabolik süreçlerin komplikasyonuna ve iyileşmesine, iç ortamın oluşumuna katkıda bulundu ve nihayetinde çevresel etkilere (homeostaz) karşı daha fazla direnç sağladı. Bu nedenle, çok hücreli organizmalar, tek hücreli organizmalara kıyasla organizasyonda bir takım avantajlara sahiptir ve evrim sürecinde niteliksel bir sıçramayı temsil eder. Birkaç bakteri çok hücrelidir, çoğu bitki, hayvan ve mantardır.

Ototroflar ve heterotroflar

Beslenme şekline göre, tüm organizmalar ototroflara ve heterotroflara ayrılır. Ototroflar, organik maddeleri inorganik maddelerden bağımsız olarak sentezleyebilirken, heterotroflar yalnızca hazır organik maddeler kullanır.

Bazı ototroflar, organik bileşiklerin sentezi için ışık enerjisini kullanabilir - bu tür organizmalara fotoototroflar denir, fotosentez yapabilirler. Bitkiler ve bazı bakteriler foto-ototroflardır. Kemosentez sürecinde inorganik bileşikleri oksitleyerek enerji çıkaran kemoototroflara çok yakındırlar - bunlar bazı bakterilerdir.

Saprotroflar organik kalıntılarla beslenen heterotrofik organizmalar olarak adlandırılır. Organik maddelerin doğadaki varlığının tamamlanmasını ve inorganik maddelere ayrıştırılmasını sağladıklarından, doğadaki maddelerin döngüsünde önemli rol oynarlar. Bu nedenle, saprotroflar toprak oluşumu, su arıtma vb. Süreçlere katılır. Birçok mantar ve bakteri ile bazı bitki ve hayvanlar saprotroflara aittir.

Virüsler hücresel olmayan yaşam formlarıdır.

Virüslerin karakterizasyonu

Hücresel yaşam biçiminin yanı sıra hücresel olmayan biçimleri de vardır - virüsler, viroidler ve prionlar. Virüsler (lat. vira - zehirden), hücrelerin dışında herhangi bir yaşam belirtisi gösteremeyen en küçük canlı nesnelerdir. Varlıklarının gerçeği, 1892'de, tütün bitkilerinin hastalığının - sözde tütün mozaiği - bakteri filtrelerinden geçen olağandışı bir patojenden kaynaklandığını belirleyen Rus bilim adamı D.I. Ivanovsky tarafından kanıtlandı (Şekil 3.1), ancak, sadece 1917'de F d "Errel ilk virüsü izole etti - bir bakteriyofaj. Virüsler viroloji bilimi tarafından incelenir (Latince vira - zehir ve Yunanca logos - kelime, bilim).

Zamanımızda, nesnelerin hasar, şekil ve diğer özelliklerine göre sınıflandırılan yaklaşık 1000 virüs bilinmektedir, ancak en yaygın olanı virüslerin kimyasal bileşimine ve yapısına göre sınıflandırmadır.

Hücresel organizmalardan farklı olarak, virüsler yalnızca organik maddelerden oluşur - esas olarak nükleik asitler ve protein, ancak bazı virüsler ayrıca lipidler ve karbonhidratlar içerir.

Tüm virüsler şartlı olarak basit ve karmaşık olarak ayrılır. Basit virüsler bir nükleik asit ve bir protein kabuğundan oluşur - bir kapsit. Kapsid monolitik değildir, protein alt birimlerinden - kapsomerlerden oluşur. Karmaşık virüslerde, kapsid bir lipoprotein membranı ile kaplıdır - ayrıca glikoproteinleri ve yapısal olmayan enzim proteinlerini de içeren bir süper kapsid. Bakteriyel virüsler en karmaşık yapıya sahiptir - bakteriyofajlar (Yunan bakterisinden - sopa ve fagos - yiyici), içinde baş ve işlem veya "kuyruk" izole edilir. Bir bakteriyofajın başı, bir protein kapsid ve içinde bulunan bir nükleik asit tarafından oluşturulur. Kuyrukta bir protein kılıfı ve içine gizlenmiş içi boş bir çubuk ayırt edilir. Çubuğun altında, bakteriyofajın hücre yüzeyi ile etkileşiminden sorumlu sivri ve iplikli özel bir plaka vardır.

Hem DNA hem de RNA'ya sahip hücresel yaşam formlarından farklı olarak, virüsler yalnızca bir tür nükleik asit (DNA veya RNA) içerir, bu nedenle DNA virüsleri, çiçek hastalığı, herpes simpleks, adenovirüsler, bazı hepatit virüsleri ve bakteriyofajlara ayrılırlar ve RNA içeren virüsler (tütün mozaik virüsleri, HIV, ensefalit, kızamık, kızamıkçık, kuduz, grip, diğer hepatit virüsleri, bakteriyofajlar vb.). Bazı virüslerde DNA, tek sarmallı bir molekül ile temsil edilebilir ve RNA çift sarmallı olabilir.

Virüsler hareket organellerinden yoksun olduklarından, virüsün hücre ile doğrudan teması ile enfeksiyon oluşur. Esas olarak havadaki damlacıklar (grip), sindirim sistemi (hepatit), kan (HIV) veya bir taşıyıcı (ensefalit virüsü) yoluyla oluşur.

Virüsler, pinositoz tarafından emilen sıvı ile doğrudan hücreye girebilir, ancak daha sıklıkla penetrasyonlarından önce, virüsün nükleik asidinin veya tüm viral partikülün sitoplazmada olduğu konak hücre zarı ile temastan önce gelir. . Çoğu virüs, konakçı organizmanın herhangi bir hücresine nüfuz etmez, ancak kesin olarak tanımlanmış bir hücreye, örneğin, hepatit virüsleri karaciğer hücrelerini enfekte eder ve influenza virüsleri, etkileşime girebildikleri için üst solunum yolunun mukoza zarının hücrelerini enfekte eder. hücre zarının yüzeyinde spesifik reseptör proteinleri ile - diğer hücrelerde bulunmayan konakçı.

Bitki, bakteri ve mantar hücrelerinin güçlü hücre duvarlarına sahip olması nedeniyle, bu organizmaları enfekte eden virüsler, penetrasyon için uygun adaptasyonlar geliştirmiştir. Böylece, konakçı hücrenin yüzeyi ile etkileşime girdikten sonra, bakteriyofajlar onu çubuklarıyla “delerler” ve nükleik asidi konakçı hücrenin sitoplazmasına sokar (Şekil 3.2). Mantarlarda enfeksiyon, esas olarak hücre duvarları hasar gördüğünde meydana gelir; bitkilerde, hem yukarıda belirtilen yol hem de virüsün plazmodesmata yoluyla nüfuz etmesi mümkündür.

Hücreye nüfuz ettikten sonra, virüsün “soyulması”, yani kapsidin kaybı meydana gelir. Diğer olaylar, virüsün nükleik asidinin doğasına bağlıdır: DNA içeren virüsler, DNA'larını konakçı hücrenin (bakteriyofajlar) genomuna sokar ve RNA'da, her iki DNA da önce sentezlenir, daha sonra genomuna entegre edilir. konak hücrede (HIV) veya doğrudan protein sentezi gerçekleşebilir (grip virüsü). Virüsün nükleik asidinin çoğaltılması ve hücrenin protein sentezleme aparatı kullanılarak kapsid proteinlerinin sentezi, viral bir enfeksiyonun temel bileşenleridir, bundan sonra viral partiküllerin kendi kendine toplanması ve hücreden salınması meydana gelir. Bazı durumlarda virüs parçacıkları hücreyi terk eder, yavaş yavaş ondan tomurcuklanır ve diğer durumlarda hücre ölümüyle birlikte bir mikro patlama meydana gelir.

Virüsler, hücrede sadece kendi makromoleküllerinin sentezini inhibe etmekle kalmaz, aynı zamanda özellikle hücreden kitlesel çıkış sırasında hücresel yapılara zarar verebilirler. Bu, örneğin, bazı bakteriyofajların zarar görmesi durumunda laktik asit bakterilerinin endüstriyel kültürlerinin toplu ölümüne, vücudun savunmasının merkezi bağlantılarından biri olan HIV T4 lenfositlerinin yok edilmesi nedeniyle bağışıklığın bozulmasına yol açar, Ebola virüsü ile enfeksiyonun bir sonucu olarak bir kişinin sayısız kanamasına ve ölümüne, hücre dejenerasyonuna ve kanserli bir tümör oluşumuna vb.

Bir hücreye giren virüslerin genellikle onarım sistemlerini hızla bastırmasına ve ölüme neden olmasına rağmen, başka bir senaryo da olasıdır - vücudun interferon ve immünoglobulinler gibi antiviral proteinlerin sentezi ile ilişkili savunmalarının aktivasyonu. Bu durumda virüsün üremesi kesintiye uğrar, yeni viral partiküller oluşmaz ve virüsün kalıntıları hücreden uzaklaştırılır.

Virüsler insanlarda, hayvanlarda ve bitkilerde çok sayıda hastalığa neden olur. Bitkilerde, bu bir tütün ve lale mozaiğidir, insanlarda - grip, kızamıkçık, kızamık, AIDS, vb. İnsanlık tarihinde, çiçek hastalığı virüsleri, "İspanyol gribi" ve şimdi HIV, yüz milyonlarca insanın hayatına mal oldu. insanların. Bununla birlikte enfeksiyon, vücudun çeşitli patojenlere (bağışıklık) karşı direncini de artırabilir ve böylece evrimsel ilerlemelerine katkıda bulunabilir. Ek olarak, virüsler, konak hücrenin genetik bilgisinin parçalarını “yakalayabilir” ve bunları bir sonraki kurbana aktarabilir, böylece yatay gen transferi, mutasyonların oluşumu ve sonunda, hücre için materyal tedarikini sağlar. evrimsel süreç.

Günümüzde virüsler, genetik aparatın yapısı ve işlevlerinin yanı sıra kalıtsal bilgilerin uygulanmasına yönelik ilke ve mekanizmaların araştırılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır, genetik mühendisliği ve patojenlerin biyolojik kontrolü için bir araç olarak kullanılmaktadır. bazı bitki, mantar, hayvan ve insan hastalıkları.

AIDS hastalığı ve HIV enfeksiyonu

HIV (insan immün yetmezlik virüsü) ancak 1980'lerin başında keşfedildi, ancak neden olduğu hastalığın yayılması ve tıbbın geliştirilmesinde bu aşamada bir tedavinin imkansızlığı, buna daha fazla dikkat edilmesini gerekli kılıyor. 2008'de F. Barre-Sinoussi ve L. Montagnier, HIV üzerine yaptıkları araştırmalar nedeniyle Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'ne layık görüldü.

HIV, esas olarak tüm bağışıklık sisteminin çalışmasını koordine eden T4 lenfositlerini enfekte eden karmaşık bir RNA içeren virüstür (Şekil 3.3). Virüsün RNA'sında, RNA'ya bağlı DNA polimeraz (ters transkriptaz) enzimi kullanılarak, konakçı hücrenin genomuna entegre olan DNA sentezlenir, bir provirüse dönüşür ve süresiz olarak “gizlenir”. Daha sonra viral RNA ve proteinler hakkında bilgi okumak, viral partiküller halinde birleştirilen ve neredeyse aynı anda bırakarak onları ölüme mahkum eden bu DNA bölümünden başlar. Viral partiküller tüm yeni hücreleri enfekte eder ve bağışıklığın azalmasına neden olur.

HIV enfeksiyonunun birkaç aşaması vardır, ancak uzun bir süre boyunca bir kişi hastalığın taşıyıcısı olabilir ve diğer insanları enfekte edebilir, ancak bu süre ne kadar sürerse sürsün, edinilmiş immün yetmezlik sendromu veya AIDS olarak adlandırılan son aşama hala gerçekleşir.

Hastalık, bir azalma ve daha sonra vücudun tüm patojenlere karşı bağışıklığının tamamen kaybı ile karakterizedir. AIDS'in belirtileri, viral ve mantar hastalıklarının (herpes, maya mantarları, vb.), Ağır zatürree ve diğer AIDS ile ilişkili hastalıkların patojenleri tarafından ağız boşluğunun ve cildin mukoza zarlarında kronik hasardır.

HIV, cinsel yolla, kan ve diğer vücut sıvıları yoluyla bulaşır, ancak el sıkışma ve ev eşyaları yoluyla bulaşmaz. İlk başlarda ülkemizde HIV enfeksiyonu daha çok rastgele cinsel ilişki, özellikle eşcinsel, enjeksiyon uyuşturucu bağımlılığı ve kontamine kan transfüzyonu ile ilişkilendiriliyordu, ancak şimdi salgın risk gruplarının ötesine geçti ve hızla diğer hastalık kategorilerine yayılıyor. nüfus.

HIV enfeksiyonunun yayılmasını önlemenin ana yolu, prezervatif kullanımı, cinsel ilişkilerde anlaşılırlık ve uyuşturucu kullanmayı reddetmektir.

Viral hastalıkların yayılmasını önlemek için önlemler

İnsanlarda viral hastalıkları önlemenin ana yolu, hasta solunum yolu hastalıkları ile temas halindeyken gazlı bez bandajları giymek, elleri, sebzeleri ve meyveleri yıkamak, viral hastalık taşıyıcılarının dekapaj habitatları, kene kaynaklı ensefalite karşı aşılama, tıbbi aletlerin tıbbi sterilizasyonu. HIV bulaşmadan korunmak için alkol, uyuşturucu madde kullanımından da vazgeçmeli, tek bir cinsel partnere sahip olmalı, cinsel ilişki sırasında kişisel koruyucu ekipman kullanmalıdır.

viroidler

Viroidler (Latin virüsü - zehir ve Yunanca eidos - form, türlerden), sadece düşük moleküler ağırlıklı RNA içeren bitki hastalıklarının en küçük patojenleridir.

Nükleik asitleri muhtemelen kendi proteinlerini kodlamaz, sadece enzim sistemleri kullanılarak konakçı bitkinin hücrelerinde çoğaltılır. Çoğu zaman, konukçu hücrenin DNA'sını da birkaç parçaya bölerek hücreyi ve bir bütün olarak bitkiyi ölüme mahkûm edebilir. Birkaç yıl önce viroidler Filipinler'de milyonlarca hindistan cevizi ağacının ölümüne neden oldu.

prionlar

Prionlar (kısaltılmış İngilizce proteinli bulaşıcı ve -on), bir iplik veya kristal şeklinde, protein doğasının küçük bulaşıcı ajanlarıdır.

Normal bir hücrede aynı bileşime sahip proteinler bulunur, ancak prionların özel bir üçüncül yapısı vardır. Vücuda yiyecekle girerek, karşılık gelen "normal" proteinlerin prionların kendilerine özgü yapı özelliklerini kazanmalarına yardımcı olurlar, bu da "anormal" proteinlerin birikmesine ve normal olanların eksikliğine yol açar. Doğal olarak bu, doku ve organların, özellikle merkezi sinir sisteminin işlevlerinde bozulmalara ve şu anda tedavisi olmayan hastalıkların gelişmesine neden olur: “deli dana hastalığı”, Creutzfeldt-Jakob hastalığı, kuru vb.

Organizmaların çoğaltılması, önemi

Organizmaların kendi türlerini çoğaltabilmeleri, canlıların temel özelliklerinden biridir. Bir bütün olarak yaşam sürekli olmasına rağmen, tek bir bireyin yaşam süresi sınırlıdır, bu nedenle kalıtsal bilgilerin üreme sırasında bir nesilden diğerine aktarılması bu tür organizmaların uzun süre hayatta kalmasını sağlar. Böylece üreme, yaşamın devamlılığını ve devamını sağlar.

Üreme için bir ön koşul, ebeveyn bireylerden daha fazla sayıda yavru elde etmektir, çünkü tüm yavrular, yırtıcı hayvanlar tarafından yok edilebilecekleri, hastalıklardan ve yangın, sel vb. doğal afetler.

Üreme yöntemleri, eşeyli ve eşeysiz üreme arasındaki benzerlikler ve farklılıklar

Doğada iki ana üreme yöntemi vardır - aseksüel ve cinsel.

Eşeysiz üreme, özel germ hücrelerinin oluşumunun veya füzyonunun - gametlerin meydana gelmediği, yalnızca bir ana organizmanın içinde yer aldığı bir üreme yöntemidir. Eşeysiz üreme, mitotik hücre bölünmesine dayanır.

Anne vücudunun kaç hücresinin yeni bir birey oluşturduğuna bağlı olarak, aseksüel üreme aslında aseksüel ve vejetatif olarak ikiye ayrılır. Uygun eşeysiz üreme ile kız birey, annenin organizmasının tek bir hücresinden ve vejetatif üreme ile bir grup hücreden veya tüm organdan gelişir.

Doğada, uygun eşeysiz üremenin dört ana türü vardır: ikili fisyon, çoklu fisyon, sporülasyon ve basit tomurcuklanma.

İkili fisyon, esasen, çekirdeğin önce bölündüğü, ardından sitoplazmanın tek hücreli bir maternal organizmanın basit bir mitotik bölünmesidir. Bitki ve hayvan krallıklarının çeşitli temsilcilerinin, örneğin Proteus amip ve siliat ayakkabılarının karakteristiğidir.

Çoklu bölünme veya şizogoni, çekirdeğin tekrar tekrar bölünmesinden önce gelir, ardından sitoplazma uygun sayıda parçaya bölünür. Bu tür aseksüel üreme, tek hücreli hayvanlarda bulunur - örneğin sıtma plazmodyumunda sporozoanlar.

Birçok bitki ve mantarda, yaşam döngüsünde spor oluşumu meydana gelir - bir besin kaynağı içeren ve yoğun bir koruyucu kabukla kaplı tek hücreli özel oluşumlar. Sporlar rüzgar ve su tarafından dağılır ve uygun koşulların varlığında filizlenerek yeni bir çok hücreli organizmaya yol açar.

Bir tür aseksüel üreme olarak tomurcuklanmanın karakteristik bir örneği, nükleer bölünmeden sonra ana hücrenin yüzeyinde küçük bir çıkıntının ortaya çıktığı, çekirdeklerden birinin hareket ettiği ve ardından yeni bir küçük hücrenin bağlandığı maya tomurcuklanmasıdır. . Böylece ana hücrenin daha fazla bölünme yeteneği korunur ve birey sayısı hızla artar.

Vejetatif üreme, tomurcuklanma, parçalanma, poli-embriyon vb. Şeklinde gerçekleştirilebilir. Tomurcuklanma sırasında, hidra, vücut duvarının bir çıkıntısını oluşturur, bu da kademeli olarak artar, ön uçta bir ağız açıklığı kırılır, çevrilir. dokunaçlar tarafından. Daha sonra annenin organizmasından ayrılan küçük bir hidranın oluşumu ile sona erer. Tomurcuklanma aynı zamanda bir dizi mercan polip ve annelidin özelliğidir.

Parçalanmaya, vücudun iki veya daha fazla parçaya bölünmesi eşlik eder ve her birinden tam teşekküllü bireyler (denizanası, deniz anemonları, düz ve annelidler, derisidikenliler) gelişir.

Poliembriyonda, döllenme sonucu oluşan embriyo birkaç embriyoya bölünür. Bu fenomen armadillolarda düzenli olarak meydana gelir, ancak tek yumurta ikizleri durumunda insanlarda da ortaya çıkabilir.

Vejetatif üreme yeteneği en çok yumruların, soğanların, rizomların, kök emicilerin, bıyıkların ve hatta kuluçka tomurcuklarının yeni bir organizmaya yol açabileceği bitkilerde gelişmiştir.

Eşeysiz üreme, yalnızca bir ebeveyn gerektirir, bu da cinsel bir eş bulmak için gereken zaman ve enerjiden tasarruf sağlar. Ek olarak, annenin organizmasının her bir parçasından yeni bireyler ortaya çıkabilir ve bu da üreme için harcanan madde ve enerjiden tasarruf sağlar. Eşeysiz üreme oranı da oldukça yüksektir, örneğin bakteriler her 20-30 dakikada bir bölünerek sayılarını çok hızlı bir şekilde arttırır. Bu üreme yöntemiyle, genetik olarak özdeş torunlar oluşur - çevresel koşulların sabit kalması şartıyla bir avantaj olarak kabul edilebilecek klonlar.

Bununla birlikte, rastgele mutasyonların tek genetik değişkenlik kaynağı olması nedeniyle, torunlar arasında neredeyse tamamen değişkenliğin yokluğu, yerleşim sırasında yeni çevresel koşullara uyum sağlamalarını azaltır ve sonuç olarak, cinsel dönemden çok daha fazla sayıda ölürler. üreme.

eşeyli üreme- germ hücrelerinin veya gametlerin oluşumunun ve füzyonunun bir hücrede birleştiği bir üreme yöntemi - yeni bir organizmanın geliştiği bir zigot.

Eşeyli üreme sırasında diploid kromozom setine sahip somatik hücreler (insanlarda 2n = 46) birleşirse, o zaman zaten ikinci nesilde yeni organizmanın hücreleri zaten bir tetraploid seti içerecektir (insanlarda 4n = 92), üçüncü - oktaploid, vb.

Bununla birlikte, ökaryotik bir hücrenin boyutları sınırsız değildir, 10-100 mikron içinde dalgalanmalıdır, çünkü daha küçük hücre boyutlarında, hayati aktivitesi için gerekli olan tam bir madde ve yapı setini içermeyecektir ve büyük boyutlarda, tek tip. hücrenin oksijen, karbondioksit, su ve diğer gerekli maddelerle beslenmesi. Buna göre kromozomların bulunduğu çekirdeğin boyutu hücre hacminin 1/5-1/10'unu aşamaz ve bu koşullar ihlal edilirse hücre artık var olamaz. Bu nedenle, cinsel üreme için, mayotik hücre bölünmesi süreci ile sağlanan döllenme sırasında restore edilecek olan kromozom sayısında bir ön azalma gereklidir.

Kromozom sayısındaki azalma da kesinlikle düzenli ve eşdeğer olmalıdır, çünkü yeni bir organizma, toplam normal sayılarıyla tam kromozom çiftlerine sahip değilse, o zaman ya yaşayamaz ya da buna gelişimi eşlik eder. ciddi hastalıklar.

Böylece mayoz, döllenme sırasında restore edilen kromozom sayısında bir azalma sağlar ve bir bütün olarak karyotipin sabitliğini korur.

Eşeyli üremenin özel biçimleri partenogenez ve konjugasyondur. Partenogenezde veya bakire gelişimde, örneğin daphnia, bal arıları ve bazı kaya kertenkelelerinde olduğu gibi, döllenmemiş bir yumurtadan yeni bir organizma gelişir. Bazen bu süreç, başka bir türün organizmalarından spermin sokulmasıyla uyarılır.

Örneğin, siliatlar için tipik olan konjugasyon sürecinde, bireyler kalıtsal bilgi parçalarını değiş tokuş eder ve daha sonra aseksüel olarak çoğalır. Kesin konuşmak gerekirse, konjugasyon cinsel bir süreçtir, cinsel üreme örneği değil.

Eşeyli üremenin varlığı, en az iki tür germ hücresinin üretilmesini gerektirir: erkek ve dişi. Erkek ve dişi cinsiyet hücrelerinin farklı bireyler tarafından üretildiği hayvan organizmalarına denir. ikievcikli, her iki tür gamet üretebilenler ise - hermafroditler. Hermafroditizm, birçok düz ve annelidin, gastropodun karakteristiğidir.

Erkek ve dişi çiçeklerin veya farklı isimlerdeki diğer üreme organlarının farklı bireylerde bulunduğu bitkilere bitkiler denir. ikievcikli, ve aynı anda iki tür çiçeğe sahip olmak - monoecious.

Eşeyli üreme, döllenme sırasında ebeveyn genlerinin mayoz ve rekombinasyonuna dayanan yavruların genetik çeşitliliğinin ortaya çıkmasını sağlar. En başarılı gen kombinasyonları, torunların çevreye en iyi şekilde uyum sağlamasını, hayatta kalmalarını ve kalıtsal bilgilerini sonraki nesillere aktarma olasılığının daha yüksek olmasını sağlar. Bu süreç, organizmaların özelliklerinde ve özelliklerinde bir değişikliğe ve nihayetinde evrimsel doğal seleksiyon sürecinde yeni türlerin oluşumuna yol açar.

Aynı zamanda, organizmalar genellikle milyonlarca gamet üretmeye zorlandığından, ancak döllenme sırasında bunlardan sadece birkaçı kullanıldığından, cinsel üreme sırasında madde ve enerji verimsiz bir şekilde kullanılır. Ayrıca, diğer koşulları sağlamaya enerji harcamak gerekir. Örneğin bitkiler, diğer çiçeklerin dişi kısımlarına polen taşıyan hayvanları çekmek için çiçekler oluşturur ve nektar üretir ve hayvanlar eş ve kur aramak için çok fazla zaman ve enerji harcarlar. O zaman yavruların bakımı için çok fazla enerji harcanması gerekir, çünkü cinsel üreme sırasında yavrular genellikle ilk başta o kadar küçüktür ki çoğu avcılardan, açlıktan veya sadece olumsuz koşullardan dolayı ölür. Bu nedenle, aseksüel üreme sırasında enerji maliyetleri çok daha düşüktür. Bununla birlikte, cinsel üremenin en az bir paha biçilmez avantajı vardır - yavruların genetik değişkenliği.

Eşeysiz ve eşeyli üreme, insanlar tarafından tarım, süs hayvancılığı, bitki yetiştirme ve diğer alanlarda yeni bitki çeşitleri ve hayvan ırkları yetiştirmek, ekonomik açıdan değerli özelliklerini korumak ve ayrıca birey sayısını hızla artırmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bitkilerin aseksüel üremesi ile, geleneksel yöntemlerle birlikte - kesimler, aşılama ve katmanlama yoluyla çoğaltma, doku kültürünün kullanımıyla ilgili modern yöntemler yavaş yavaş lider konumdadır. Bu durumda, bitki için gerekli tüm besin ve hormonları içeren bir besin ortamında yetiştirilen ana bitkinin küçük parçalarından (hücreler veya doku parçaları) yeni bitkiler elde edilir. Bu yöntemler, yaprak kıvrılmasına karşı dirençli patatesler gibi değerli özelliklere sahip bitki çeşitlerini yalnızca hızlı bir şekilde çoğaltmayı değil, aynı zamanda virüsler ve diğer bitki patojenleri ile enfekte olmayan organizmalar elde etmeyi de mümkün kılar. Doku kültürü aynı zamanda transgenik veya genetiği değiştirilmiş organizmaların üretiminin yanı sıra başka hiçbir şekilde çaprazlanamayan somatik bitki hücrelerinin hibridizasyonunun da temelini oluşturur.

Farklı çeşitlerdeki bitkilerin çaprazlanması, ekonomik açıdan değerli özelliklerin yeni kombinasyonlarına sahip organizmaların elde edilmesini mümkün kılar. Bunun için aynı veya başka tür ve hatta cins bitkilerin polenleri ile tozlaşma kullanılır. Bu fenomene denir uzak hibridizasyon

Daha yüksek hayvanlar doğal olarak eşeysiz üreme yeteneğinden yoksun olduklarından, ana üreme biçimleri cinseldir. Bunun için, hem aynı türün (cins) bireylerinin çaprazlanması hem de türler arası hibridizasyon kullanılır; bu, hangi türlerin anne olarak alındığına bağlı olarak katır ve hinny gibi iyi bilinen melezlerle sonuçlanır - bir eşek ve bir at. Bununla birlikte, türler arası melezler genellikle kısırdır, yani yavru üretemezler, bu nedenle her seferinde yeniden yetiştirilmeleri gerekir.

Çiftlik hayvanlarının çoğaltılması için yapay partenogenez de kullanılır. Olağanüstü Rus genetikçi B. L. Astaurov, sıcaklığı yükselterek, erkeklerden daha ince ve daha değerli bir iplikten koza ören dişi ipekböceklerinin daha fazla verimine neden oldu.

Klonlama, öldürülmüş bir çekirdeğe sahip döllenmiş bir yumurtaya verilen somatik bir hücrenin çekirdeğini kullandığından, eşeysiz üreme olarak da kabul edilebilir. Gelişmekte olan organizma, halihazırda var olan bir organizmanın bir kopyası veya klonu olmalıdır.

Çiçekli bitkilerde ve omurgalılarda döllenme

gübreleme- bu, bir zigot oluşturmak için erkek ve dişi germ hücrelerinin füzyon sürecidir.

Döllenme sürecinde, önce erkek ve dişi gametlerin tanınması ve fiziksel teması, ardından sitoplazmalarının füzyonu ve yalnızca son aşamada kalıtsal materyal birleştirilir. Döllenme, germ hücrelerinin oluşumu sürecinde azaltılmış diploid kromozom setini geri yüklemenizi sağlar.

Çoğu zaman doğada, başka bir organizmanın erkek üreme hücreleri tarafından döllenme meydana gelir, ancak bazı durumlarda kişinin kendi spermlerinin penetrasyonu da mümkündür - kendi kendine döllenme. Evrimsel bir bakış açısından, yeni gen kombinasyonlarının ortaya çıkma olasılığı minimum olduğundan, kendi kendine döllenme daha az faydalıdır. Bu nedenle çoğu hermafrodit organizmada bile çapraz döllenme meydana gelir. Bu süreç hem bitkilerde hem de hayvanlarda doğaldır, ancak yukarıda bahsedilen organizmalarda seyrinde bir takım farklılıklar vardır.

Bu nedenle, çiçekli bitkilerde döllenmeden önce tozlaşma- erkek cinsiyet hücrelerini içeren polenlerin transferi - sperm - pistilin stigması üzerinde. Orada filizlenir ve üzerinde iki spermin hareket ettiği bir polen tüpü oluşturur. Embriyo kesesine ulaştıktan sonra, bir sperm yumurta ile birleşerek bir zigot oluşturur ve diğeri merkezi hücre (2n) ile birleşerek ikincil endospermin müteakip depolama dokusuna yol açar. Bu gübreleme yöntemine denir. çift gübreleme(Şekil 3.4).

Hayvanlarda, özellikle omurgalılarda, döllenmeden önce gametlerin yakınsaması gelir veya tohumlama. Tohumlamanın başarısı, spermatozoanın uzayda oryantasyonunu kolaylaştırmak için yumurtalar tarafından spesifik kimyasalların salınmasının yanı sıra erkek ve dişi germ hücrelerinin atılımının senkronizasyonu ile kolaylaştırılır.

Kültür bitkileri ve evcil hayvanlar yetiştirilirken, insan çabaları esas olarak ekonomik olarak değerli özellikleri korumayı ve çoğaltmayı amaçlarken, bu organizmaların çevresel koşullara direnci ve genel yaşayabilirliği azalır. Ek olarak, soya fasulyesi ve diğer birçok ürün kendi kendine tozlaşır, bu nedenle yeni çeşitler geliştirmek için insan müdahalesine ihtiyaç vardır. Bazı bitki ve hayvanlarda kısırlık için genler olabileceğinden, döllenme sürecinin kendisinde de zorluklar olabilir.

Üreme amaçlı bitkiler üretir yapay tozlaşma, bunun için çiçeklerden organlarındakiler çıkarılır ve daha sonra diğer çiçeklerden polen pistillerin stigmalarına uygulanır ve tozlaşan çiçekler, diğer bitkilerden gelen polenlerin tozlaşmasını önlemek için yalıtkan kapaklarla kapatılır. Bazı durumlarda, tohumlar ve meyveler tozlaşmamış çiçeklerin yumurtalıklarından gelişmediği için verimi artırmak için yapay tozlaşma yapılır. Bu teknik daha önce ayçiçeği ekinlerinde uygulanmıştı.

Uzak hibridizasyon ile, özellikle bitkiler kromozom sayısı bakımından farklılık gösteriyorsa, doğal döllenme ya tamamen imkansız hale gelir ya da zaten ilk hücre bölünmesinde kromozom ayrımı bozulur ve organizma ölür. Bu durumda, döllenme yapay koşullar altında gerçekleştirilir ve bölünmenin başlangıcında, hücre, kromozomlar hücrenin etrafına dağılırken, bölünme milini tahrip eden bir madde olan kolşisin ile tedavi edilir ve ardından yeni bir çekirdek oluşur. iki kat fazla kromozom ile ve sonraki bölünmeler sırasında bu tür problemler ortaya çıkmaz. Böylece, nadir bulunan lahana melezi G.D. Karpechenko ve yüksek verimli buğday ve çavdar melezi olan tritikale yaratıldı.

Çiftlik hayvanlarının ana türlerinde, gübrelemenin önündeki engeller, insanı sert önlemler almaya zorlayan bitkilere göre daha fazladır. Suni tohumlama, esas olarak, bir üreticiden mümkün olduğu kadar çok yavru elde etmek gerektiğinde, değerli ırkların yetiştirilmesinde kullanılır. Bu durumlarda, seminal sıvı toplanır, suyla karıştırılır, ampullere yerleştirilir ve daha sonra gerektiğinde dişilerin genital yoluna enjekte edilir. Balık çiftliklerinde balıklarda suni tohumlama sırasında sütten elde edilen erkek spermi özel kaplarda havyar ile karıştırılır. Özel kafeslerde yetiştirilen yavrular daha sonra doğal su kütlelerine bırakılır ve örneğin Hazar Denizi ve Don'daki mersin balığı popülasyonunu eski haline getirir.

Böylece suni tohumlama, bir kişiye yeni, yüksek verimli bitki ve hayvan ırkları elde etmesine, üretkenliklerini artırmaya ve doğal popülasyonları geri yüklemeye hizmet eder.

Dış ve iç gübreleme

Hayvanlar, dış ve iç döllenme arasında ayrım yapar. saat dış gübreleme dişi ve erkek germ hücreleri, örneğin annelidlerde, çift kabuklularda, kafatası olmayanlarda, çoğu balıkta ve birçok amfibide olduğu gibi, füzyon sürecinin gerçekleştiği yerde ortaya çıkar. Bireylerin üreme yaklaşımını gerektirmemesine rağmen, hareketli hayvanlarda sadece yaklaşımları değil, aynı zamanda balıkların yumurtlamasında olduğu gibi birikim de mümkündür.

iç döllenme erkek üreme ürünlerinin kadın genital yoluna girmesiyle ilişkilidir ve zaten döllenmiş bir yumurta dışarıya atılır. Genellikle, aşağıdaki spermlerin hasar görmesini ve nüfuz etmesini önleyen yoğun kabuklara sahiptir. İç döllenme, örneğin yassı ve yuvarlak solucanlar, birçok eklembacaklı ve karındanbacaklı, sürüngenler, kuşlar ve memelilerin yanı sıra bir dizi amfibi gibi karasal hayvanların büyük çoğunluğunun özelliğidir. Ayrıca kafadanbacaklılar ve kıkırdaklı balıklar dahil olmak üzere bazı suda yaşayan hayvanlarda bulunur.

Ayrıca bir ara gübreleme türü vardır - dış-iç, dişinin, bazı eklembacaklılarda ve kuyruklu amfibilerde olduğu gibi, bazı substratlar üzerinde erkek tarafından özel olarak bırakılan üreme ürünlerini yakaladığı. Dış-iç döllenme dıştan içe geçiş olarak düşünülebilir.

Hem dış hem de iç gübrelemenin avantajları ve dezavantajları vardır. Böylece, dış döllenme sırasında, germ hücreleri suya veya havaya salınır ve bunun sonucunda büyük çoğunluğu ölür. Ancak bu tür bir döllenme, çift kabuklular ve kafatası olmayan yumuşakçalar gibi bağlı ve hareketsiz hayvanlarda eşeyli üremenin varlığını sağlar. İç döllenme ile gamet kaybı kesinlikle çok daha azdır, ancak aynı zamanda bir eş bulmak için madde ve enerji harcanır ve doğan torunlar genellikle çok küçük ve zayıftır ve uzun süreli ebeveyn bakımı gerektirir.

Ontogeny ve doğal kalıpları

Ontogenez(Yunancadan. ons- mevcut ve Yaratılış- ortaya çıkma, köken), bir organizmanın doğumdan ölüme kadar bireysel gelişim sürecidir. Bu terim 1866'da Alman bilim adamı E. Haeckel (1834-1919) tarafından tanıtıldı.

Bir organizmanın kökeni, bir yumurtanın bir spermatozoon tarafından döllenmesinin bir sonucu olarak bir zigotun ortaya çıkması olarak kabul edilir, ancak partenogenez sırasında böyle bir zigot oluşmaz. Ontogenez sürecinde, gelişen organizmanın bölümlerinin büyümesi, farklılaşması ve entegrasyonu meydana gelir. farklılaşma(lat. kırpmak- fark), homojen dokular ve organlar arasındaki farklılıkların ortaya çıkması, bir bireyin gelişimi sırasındaki değişiklikleri, özel doku ve organların oluşumuna yol açma sürecidir.

Ontojeni kalıpları çalışmanın konusudur embriyoloji(Yunancadan. embriyo- mikrop ve logolar- kelime, bilim). Gelişimine önemli bir katkı, memelilerin yumurta hücresini keşfeden ve omurgalıların sınıflandırılması için temel olarak embriyolojik kanıtlar koyan Rus bilim adamları K. Baer (1792-1876), A. O. Kovalevsky (1849-1901) ve I. I. Mechnikov tarafından yapıldı. (1845-1916 ) - germ katmanları ve karşılaştırmalı embriyoloji teorisinin kurucuları ve ayrıca ontogenezin herhangi bir aşamasında yeni karakterlerin ortaya çıkması teorisini ortaya koyan A. N. Severtsov (1866-1936).

Bireysel gelişim sadece çok hücreli organizmalar için tipiktir, çünkü tek hücreli organizmalarda büyüme ve gelişme tek bir hücre düzeyinde sona erer ve farklılaşma tamamen yoktur. Ontogenezin seyri, evrim sürecinde sabitlenmiş genetik programlar tarafından belirlenir, yani ontogenez, belirli bir türün tarihsel gelişiminin veya filogenezin kısa bir tekrarıdır.

Bireysel gelişim sürecinde bireysel gen gruplarının kaçınılmaz olarak değişmesine rağmen, vücuttaki tüm değişiklikler yavaş yavaş gerçekleşir ve bütünlüğünü ihlal etmez, ancak önceki her aşamadaki olayların sonraki gelişim aşamalarının seyri üzerinde önemli bir etkisi vardır. . Bu nedenle, gelişim sürecindeki herhangi bir başarısızlık, genellikle embriyolarda (sözde düşükler) olduğu gibi, herhangi bir aşamada ontogenez sürecinin kesintiye uğramasına neden olabilir.

Bu nedenle, ontogenez süreci, bireyin vücudu ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılı olduğu ve tek yönlü olarak ilerlediği için, hareket alanı ve zamanının birliği ile karakterize edilir.

Organizmaların embriyonik ve postembriyonik gelişimi

Ontojeni dönemleri

Birkaç ontogeni dönemi vardır, ancak çoğu zaman hayvanların ontogenisinde embriyonik ve postembriyonik dönemler ayırt edilir.

embriyonik dönem Döllenme sürecinde bir zigot oluşumu ile başlar ve bir organizmanın doğumu veya embriyonik (yumurta) zarlarından salınması ile sona erer.

postembriyonik dönem doğumdan ölüme kadar sürer. Bazen izole ve proembriyonik dönem, veya soy, gametogenez ve döllenmeyi içerir.

embriyonik gelişme, veya embriyogenez, hayvanlarda ve insanlarda birkaç aşamaya ayrılır: bölünme, gastrulasyon, histogenez ve organogenez, birlikte farklılaşmış embriyo dönemi

Bölmek- bu, zigotun daha küçük hücrelere - blastomerlere mitotik bölünme sürecidir (Şekil 3.5). İlk önce iki hücre oluşur, sonra dört, sekiz vb. Hücre boyutundaki azalma, esas olarak hücre döngüsünün interfazında, çeşitli nedenlerle, içinde bir artışın olduğu Gj dönemi olmamasından kaynaklanır. yavru hücrelerin boyutu oluşmalıdır. Bu süreç buz kırmaya benzer, ancak kaotik değil, kesinlikle düzenlidir. Örneğin insanlarda bu parçalanma iki taraflı yani iki taraflı simetriktir. Hücrelerin ezilmesi ve ardından ayrışmasının bir sonucu olarak, bir blastula- duvarları hücreler tarafından oluşturulan içi boş bir top olan tek katmanlı çok hücreli bir embriyo - blastomerler ve içindeki boşluk sıvı ile doldurulur ve denir blastosel.

gastrulasyon iki veya üç katmanlı bir embriyonun oluşum süreci olarak adlandırılır - gastrula(Yunancadan. gaster- mide), blastula oluşumundan hemen sonra meydana gelir. Gastrulasyon, hücrelerin ve gruplarının birbirine göre hareketiyle, örneğin blastula duvarlarından birinin istila edilmesiyle gerçekleştirilir. İki veya üç hücre katmanına ek olarak, gastrula ayrıca bir birincil ağza sahiptir - blastopor.

Gastruladaki hücre katmanlarına denir. mikrop katmanları.Üç germ tabakası vardır: ektoderm, mezoderm ve endoderm. ektoderm(Yunancadan. ektos dışarıda, dışarıda ve dermis- cilt) dış germ tabakasıdır, mezoderm(Yunancadan. mezolar- orta, orta) - orta ve endoderm(Yunancadan. entolar- içeride) - dahili.

Gelişmekte olan bir organizmanın tüm hücrelerinin tek bir hücreden - bir zigottan - kaynaklanmasına ve aynı gen setini içermesine, yani mitotik bölünmenin bir sonucu olarak oluştukları için klonları olmalarına rağmen, gastrulasyon süreci hücre farklılaşması eşlik eder. Farklılaşma, embriyonun farklı bölümlerindeki gen gruplarının değişmesi ve daha sonra hücrenin spesifik işlevlerini belirleyen ve yapısı üzerinde bir iz bırakan yeni proteinlerin sentezinden kaynaklanır.

Hücrelerin uzmanlaşması, hormonal arka planın yanı sıra diğer hücrelerin yakınlığı ile de damgalanmıştır. Örneğin, bir kurbağa embriyosundan notokord gelişen bir parça diğerine nakledilirse, bu yanlış yerde sinir sisteminin temelinin oluşmasına neden olacak ve deyim yerindeyse bir çift embriyo oluşmaya başlayacaktır. Bu fenomenin adı embriyonik indüksiyon.

histogenez yetişkin bir organizmanın doğasında bulunan olgun dokuların oluşum sürecini adlandırın ve organogenez- organların oluşum süreci.

Histo- ve organogenez sürecinde, deri epiteli ve türevleri (saç, tırnaklar, pençeler, tüyler), ağız boşluğu epiteli ve diş minesi, rektum, sinir sistemi, duyu organları, solungaçlar vb. ektodermden oluşur. türevleri bağırsaklardır ve onunla ilgili bezler (karaciğer ve pankreas) ve akciğerlerdir. Ve mezoderm, iskeletin kemik ve kıkırdak dokuları, iskelet kaslarının kas dokusu, dolaşım sistemi, birçok endokrin bezi vb. dahil olmak üzere her türlü bağ dokusuna yol açar.

Kordalıların embriyosunun sırt tarafına nöral tüpün döşenmesi, başka bir ara gelişme aşamasının başlangıcını sembolize eder - sinir hücresi(novolat. sinir hücresi, azaltmak, Yunancadan. nöron- sinir). Bu sürece, bir akor gibi bir eksenel organ kompleksinin döşenmesi de eşlik eder.

Organogenez sürecinden sonra bir dönem başlar. farklılaşmış embriyo, vücut hücrelerinin sürekli uzmanlaşması ve hızlı büyüme ile karakterizedir.

Birçok hayvanda, embriyonik gelişim sürecinde, plasenta, göbek kordonu vb. gibi sonraki gelişimde yararlı olmayan embriyonik zarlar ve diğer geçici organlar ortaya çıkar.

Hayvanların üreme yeteneklerine göre postembriyonik gelişimi üreme öncesi (yavru), üreme ve üreme sonrası dönemlere ayrılır.

gençlik dönemi doğumdan ergenliğe kadar sürer, vücudun yoğun büyümesi ve gelişmesi ile karakterizedir.

Organizmanın büyümesi, bölünme nedeniyle hücre sayısındaki artış ve boyutlarındaki artış nedeniyle gerçekleşir. İki ana büyüme türü vardır: sınırlı ve sınırsız. Sınırlı, veya kapalı büyüme yaşamın yalnızca belirli dönemlerinde, özellikle ergenlikten önce ortaya çıkar. Çoğu hayvan için tipiktir. Örneğin, vücudun nihai oluşumu 25 yaşından önce gerçekleşse de, bir kişi esas olarak 13-15 yaşına kadar büyür. sınırsız, veya açık büyüme bitkilerde ve bazı balıklarda olduğu gibi bireyin yaşamı boyunca devam eder. Periyodik ve periyodik olmayan büyüme de vardır.

Büyüme süreçleri endokrin veya hormonal sistem tarafından kontrol edilir: insanlarda, vücudun lineer boyutlarındaki bir artış, somatotropik hormonun salınmasıyla kolaylaştırılırken, gonadotropik hormonlar onu büyük ölçüde bastırır. Benzer mekanizmalar, özel bir gençlik hormonuna ve bir deri değiştirme hormonuna sahip olan böceklerde keşfedilmiştir.

Çiçekli bitkilerde, embriyonik gelişim, bir spermin yumurtayı döllediği ve ikincisinin merkezi hücreyi döllediği çift döllenmeden sonra gerçekleşir. Zigottan, bir dizi bölünmeye uğrayan bir embriyo oluşur. İlk bölünmeden sonra, embriyonun kendisi bir hücreden oluşur ve ikincisinden, embriyonun besinlerle beslendiği kolyeler oluşur. Merkezi hücre, embriyonun gelişimi için besinleri içeren triploid bir endosperme yol açar (Şekil 3.7).

Tohumlu bitkilerin embriyonik ve postembriyonik gelişimi, çimlenme için belirli koşullar gerektirdiğinden genellikle zamanla ayrılır. Bitkilerde postembriyonik dönem vejetatif, üretken ve yaşlanma dönemlerine ayrılır. Vejetatif dönemde, bitkinin biyokütlesinde bir artış meydana gelir, üretken dönemde cinsel üreme (tohumlu bitkilerde, çiçeklenme ve meyve verme) yeteneği kazanırken, yaşlanma döneminde üreme yeteneği kaybolur.

Yaşam döngüleri ve nesillerin değişimi

Yeni oluşan organizmalar, kendi türlerini yeniden üretme yeteneğini hemen kazanmazlar.

Yaşam döngüsü- zigottan başlayarak, vücudun olgunluğa ulaştığı ve üreme yeteneği kazandığı bir dizi gelişme aşaması.

Yaşam döngüsünde, haploid ve diploid kromozom setleri ile bir gelişim evresi değişimi vardır, daha yüksek bitkilerde ve hayvanlarda diploid set baskındır, daha düşük bitkilerde ise bunun tersi geçerlidir.

Yaşam döngüleri basit veya karmaşık olabilir. Basit bir yaşam döngüsünün aksine, karmaşık bir yaşam döngüsünde cinsel üreme, partenogenetik ve eşeysiz üreme ile değişir. Örneğin yaz aylarında eşeysiz nesiller veren daphnia kabukluları sonbaharda eşeyli olarak ürerler. Bazı mantarların yaşam döngüleri özellikle karmaşıktır. Bazı hayvanlarda, eşeyli ve eşeysiz nesillerin değişimi düzenli olarak gerçekleşir ve böyle bir yaşam döngüsüne denir. doğru.Örneğin, bir dizi denizanası için tipiktir.

Yaşam döngüsünün süresi, yıl boyunca gelişen nesillerin sayısı veya organizmanın gelişimini gerçekleştirdiği yılların sayısı ile belirlenir. Örneğin, bitkiler yıllık ve çok yıllıklara ayrılır.

Genetik analiz için yaşam döngüleri bilgisi gereklidir, çünkü haploid ve diploid durumlarda genlerin etkisi farklı şekillerde ortaya çıkar: ilk durumda, tüm genlerin ifadesi için büyük fırsatlar vardır, ikincisinde ise bazı genler tespit edilmez.

Organizmaların bozulmuş gelişiminin nedenleri

Kendi kendini düzenleme ve çevrenin zararlı etkilerine direnme yeteneği organizmalarda hemen ortaya çıkmaz. Embriyonik ve postembriyonik gelişim sırasında, vücudun savunma sistemlerinin çoğu henüz oluşmadığında, organizmalar genellikle zararlı faktörlere karşı savunmasızdır. Bu nedenle hayvanlarda ve bitkilerde embriyo, özel kabuklarla veya ana organizmanın kendisi tarafından korunur. Ya özel bir besleyici doku ile sağlanır ya da besinleri doğrudan annenin vücudundan alır. Bununla birlikte, dış koşullardaki bir değişiklik, embriyonun gelişimini hızlandırabilir veya yavaşlatabilir ve hatta çeşitli rahatsızlıklara neden olabilir.

Embriyonun gelişiminde sapmalara neden olan faktörlere denir. teratojenik, veya teratojenler. Bu faktörlerin doğasına bağlı olarak, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak ayrılırlar.

İle fiziksel faktörleröncelikle fetüste yaşamla bağdaşmayan çok sayıda mutasyona neden olan iyonlaştırıcı radyasyona atıfta bulunur.

Kimyasal teratojenler ağır metaller, arabalar ve endüstriyel tesisler tarafından yayılan benzapiren, fenoller, bir takım ilaçlar, alkol, uyuşturucu ve nikotindir.

Alkol ve nikotin hücresel solunumu engellediğinden, ebeveynler tarafından alkol, uyuşturucu ve tütün kullanımı insan embriyosunun gelişimi üzerinde özellikle zararlı bir etkiye sahiptir. Embriyoya yetersiz oksijen verilmesi, gelişmekte olan organlarda daha az sayıda hücre oluşmasına, organların az gelişmiş olmasına neden olur. Sinir dokusu özellikle oksijen eksikliğine karşı hassastır. Müstakbel annenin alkol, uyuşturucu, tütün kullanımı, uyuşturucu kullanımı çoğu zaman embriyoda geri dönüşü olmayan hasarlara ve ardından zeka geriliği veya doğuştan deformiteleri olan çocukların doğmasına yol açar.

3.4. Genetik, görevleri. Kalıtım ve değişkenlik organizmaların özellikleridir. Temel genetik kavramlar.

Genetik, görevleri

18. ve 19. yüzyıllarda doğa biliminin ve hücre biyolojisinin başarıları, bazı bilim adamlarının, örneğin kalıtsal hastalıkların gelişimini belirleyen belirli kalıtsal faktörlerin varlığı hakkında spekülasyon yapmasına izin verdi, ancak bu varsayımlar uygun kanıtlarla desteklenmedi. 1889'da X. de Vries tarafından formüle edilen, hücre çekirdeğinde organizmanın kalıtsal eğilimlerini belirleyen belirli "pangenlerin" varlığını ve yalnızca bunlardan belirleyici olanların protoplazmasına salındığını varsayan hücre içi pangenez teorisi bile. hücre tipi, A. Weisman'ın "germ plazması" teorisinin yanı sıra, ontogenez sürecinde edinilen özelliklerin kalıtsal olmadığına göre durumu değiştiremedi.

Sadece Çek araştırmacı G. Mendel'in (1822-1884) çalışmaları modern genetiğin temel taşı oldu. Ancak, eserlerine bilimsel yayınlarda atıfta bulunulmasına rağmen, çağdaşlar bunlara dikkat etmedi. Ve sadece üç bilim insanı tarafından aynı anda bağımsız kalıtım kalıplarının yeniden keşfi - E. Chermak, K. Correns ve H. de Vries - bilim camiasını genetiğin kökenlerine dönmeye zorladı.

Genetik kalıtım ve değişkenlik yasalarını ve bunları yönetme yöntemlerini inceleyen bir bilimdir.

genetiğin görevleri mevcut aşamada, kalıtsal materyalin kalitatif ve kantitatif özelliklerinin incelenmesi, genotipin yapısının ve işleyişinin analizi, genin ince yapısının kodunun çözülmesi ve gen aktivitesini düzenleme yöntemleri, genlerin aranması yer almaktadır. insan kalıtsal hastalıklarının ve bunların "düzeltilmesi" için yöntemlerin geliştirilmesine, DNA tipi aşılarla yeni nesil ilaçların yaratılmasına, insanlar için gerekli ilaçları ve gıdaları üretebilecek genetik ve hücre mühendisliği araçları kullanılarak yeni özelliklere sahip organizmaların inşasına neden olur. , ayrıca insan genomunun tam bir kodunun çözülmesi.

Kalıtım ve değişkenlik - organizmaların özellikleri

kalıtım- organizmaların özelliklerini ve özelliklerini birkaç nesilde aktarma yeteneğidir.

değişkenlik- organizmaların yaşam boyunca yeni özellikler kazanma özelliği.

işaretler- bunlar, bazılarının diğerlerinden farklı olduğu, örneğin göz rengi gibi organizmaların herhangi bir morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve diğer özellikleridir. özellikleri Ayrıca, belirli bir yapısal özelliğe veya bir grup temel özelliğe dayanan organizmaların herhangi bir işlevsel özelliğini de adlandırırlar.

Organizmalar ayrılabilir kalite ve nicel. Nitel işaretlerin iki veya üç zıt tezahürü vardır. alternatif özellikler,örneğin mavi ve kahverengi gözlü olanlar kantitatif iken (ineklerin süt verimi, buğday verimi) net olarak tanımlanmış farklılıklara sahip değildir.

Kalıtımın maddi taşıyıcısı DNA'dır. Ökaryotlarda iki tür kalıtım vardır: genotipik ve sitoplazmik. Genotipik kalıtım taşıyıcıları çekirdekte lokalizedir ve bunun hakkında daha fazla konuşacağız ve sitoplazmik kalıtımın taşıyıcıları mitokondri ve plastidlerde bulunan dairesel DNA molekülleridir. Sitoplazmik kalıtım esas olarak yumurta ile bulaşır, bu nedenle aynı zamanda denir. anne.

Az sayıda gen, insan hücrelerinin mitokondrilerinde lokalizedir, ancak değişikliklerinin organizmanın gelişimi üzerinde önemli bir etkisi olabilir, örneğin körlüğün gelişmesine veya hareketlilikte kademeli bir azalmaya yol açabilir. Plastitler bitki yaşamında eşit derecede önemli bir rol oynar. Bu nedenle, yaprağın bazı kısımlarında, bir yandan bitki verimliliğinde bir azalmaya yol açan klorofil içermeyen hücreler bulunabilir ve diğer yandan bu tür alacalı organizmalar dekoratif bahçecilikte değerlidir. Bu tür örnekler esas olarak aseksüel olarak çoğaltılır, çünkü sıradan yeşil bitkiler daha sık cinsel üreme sırasında elde edilir.

genetik yöntemler

Hibridolojik yöntem veya çaprazlama yöntemi, ebeveyn bireylerin seçiminden ve yavruların analizinden oluşur. Aynı zamanda, bir organizmanın genotipi, belirli bir çaprazlama şemasıyla elde edilen yavrulardaki genlerin fenotipik tezahürleriyle değerlendirilir. Bu, ilk kez G. Mendel tarafından istatistiksel yöntemle birlikte en eksiksiz şekilde uygulanan en eski bilgilendirici genetik yöntemidir. Bu yöntem, etik nedenlerle insan genetiğinde geçerli değildir.

Sitogenetik yöntem, karyotip çalışmasına dayanır: vücudun kromozomlarının sayısı, şekli ve boyutu. Bu özelliklerin incelenmesi, çeşitli gelişimsel patolojilerin tanımlanmasını mümkün kılar.

Biyokimyasal yöntem, vücuttaki çeşitli maddelerin içeriğini, özellikle fazlalıklarını veya eksikliklerini ve ayrıca bir dizi enzimin aktivitesini belirlemenizi sağlar.

Moleküler genetik yöntemler, yapıdaki varyasyonları tanımlamayı ve incelenen DNA bölümlerinin birincil nükleotid dizisini deşifre etmeyi amaçlar. Embriyolarda bile kalıtsal hastalıklar için genleri tanımlamanıza, babalık kurmanıza vb.

Popülasyon istatistik yöntemi, bir popülasyonun genetik bileşimini, belirli genlerin ve genotiplerin sıklığını, genetik yükü belirlemeyi ve ayrıca bir popülasyonun gelişme beklentilerinin ana hatlarını çizmeyi mümkün kılar.

Somatik hücrelerin kültürde hibridizasyon yöntemi, çeşitli organizmaların hücreleri birleştiğinde, örneğin fareler ve hamsterlar, fareler ve insanlar vb. Gibi kromozomlardaki belirli genlerin lokalizasyonunu belirlemenize olanak tanır.

Temel genetik kavramlar ve sembolizm

Gen- Bu, bir organizmanın belirli bir özelliği veya özelliği hakkında bilgi taşıyan bir DNA molekülünün veya kromozomun bir bölümüdür.

Bazı genler, aynı anda birkaç özelliğin tezahürünü etkileyebilir. Böyle bir fenomen denir pleiotropi.Örneğin, araknodaktili kalıtsal hastalığın gelişimini belirleyen gen (örümcek parmaklar), birçok iç organın patolojisi olan merceğin eğriliğine neden olur.

Her gen, kromozomda kesin olarak tanımlanmış bir yer kaplar - yer.Çoğu ökaryotik organizmanın somatik hücrelerinde kromozomlar eşlendiğinden (homolog), eşleştirilmiş kromozomların her biri belirli bir özellikten sorumlu genin bir kopyasını içerir. Bu tür genler denir alelik.

Alelik genler çoğunlukla iki versiyonda bulunur - baskın ve çekinik. baskın Diğer kromozomda hangi genin olduğuna bakılmaksızın kendini gösteren ve çekinik bir gen tarafından kodlanan bir özelliğin gelişimini baskılayan alel olarak adlandırılır. Baskın aleller genellikle Latin alfabesinin büyük harfleriyle gösterilir (A, B, C ve vb.) ve resesif - küçük harf (a, b, ile ve benzeri.)- çekinik aleller, ancak eşleştirilmiş kromozomların her ikisinde de lokusları işgal ederse ifade edilebilir.

Homolog kromozomların her ikisinde de aynı alel bulunduran organizmaya denir. homozigot bu gen için veya homozigot ( AA , aa, AABB,aabb vb.) ve her iki homolog kromozomun genin farklı varyantlarını - baskın ve çekinik - içerdiği bir organizmaya denir. heterozigot bu gen için veya heterozigot (Aa, AaBb vb.).

Bir dizi genin üç veya daha fazla yapısal varyantı olabilir, örneğin, ABO sistemine göre kan grupları üç alel tarafından kodlanır - İ A , İ B , ben. Böyle bir fenomen denir çoklu allelizm Ancak bu durumda bile, bir çiftten gelen her kromozom sadece bir alel taşır, yani bir organizmadaki üç gen varyantının tümü temsil edilemez.

Genetik şifre- haploid bir kromozom setinin karakteristiği olan bir dizi gen.

Genotip- diploid bir kromozom setinin karakteristiği olan bir dizi gen.

Fenotip- genotip ve çevrenin etkileşiminin bir sonucu olan bir organizmanın bir dizi işaret ve özelliği.

Organizmalar birçok özellik bakımından birbirlerinden farklı olduklarından, kalıtım kalıplarını ancak yavrulardaki iki veya daha fazla özelliği analiz ederek belirlemek mümkündür. Kalıtımın dikkate alındığı ve bir çift alternatif özellik için yavruların doğru bir nicel hesabının yapıldığı çaprazlama denir. monohibrit, iki çift için iki hibrit, daha fazla işaret için polihibrit.

Bir bireyin fenotipine göre, genotipini belirlemek her zaman mümkün değildir, çünkü hem baskın gen (AA) hem de heterozigot (Aa) için homozigot bir organizma fenotipte baskın alel tezahürüne sahip olacaktır. Bu nedenle çapraz döllenme ile bir organizmanın genotipini kontrol etmek, çapraz analiz- baskın özelliğe sahip bir organizmanın homozigot çekinik bir gen ile çaprazlandığı çaprazlama. Bu durumda, baskın gen için homozigot bir organizma, yavrularda bölünme üretmezken, heterozigot bireylerin yavrularında, baskın ve çekinik özelliklere sahip eşit sayıda birey gözlenir.

Aşağıdaki kurallar genellikle çaprazlama şemaları yazmak için kullanılır:

R (lat. ebeveyn- ebeveynler) - ebeveyn organizmalar;

♀ (Venüs'ün simya işareti - saplı bir ayna) - anne birey;

♂ (Mars'ın simya işareti - kalkan ve mızrak) - baba birey;

x - geçiş işareti;

F 1, F 2, F 3, vb. - birinci, ikinci, üçüncü ve sonraki nesillerin melezleri;

Fa - haçları analiz eden yavrular.

Kalıtımın kromozomal teorisi

Genetiğin kurucusu G. Mendel ve en yakın takipçileri, kalıtsal eğilimlerin veya genlerin maddi temeli hakkında hiçbir fikre sahip değildi. Bununla birlikte, zaten 1902-1903'te, Alman biyolog T. Boveri ve Amerikalı öğrenci W. Setton, bağımsız olarak, hücre olgunlaşması ve döllenme sırasında kromozomların davranışının, kalıtsal faktörlerin Mendel'e göre bölünmesini açıklamayı mümkün kıldığını öne sürdüler. onların görüşüne göre genler kromozomların üzerinde yer almalıdır. Bu varsayımlar, kromozom kalıtım teorisinin temel taşı haline geldi.

1906'da İngiliz genetikçiler W. Batson ve R. Pennet, bezelyeleri geçerken Mendel bölünmesinin ihlal edildiğini keşfettiler ve yurttaşları L. Doncaster, bektaşi üzümü güvesi kelebeği ile deneylerde cinsiyete bağlı kalıtımı keşfetti. Bu deneylerin sonuçları açıkça Mendel'in sonuçlarıyla çelişiyordu, ancak o zamana kadar deneysel nesneler için bilinen özelliklerin sayısının kromozom sayısını çok aştığı biliniyordu ve bu, her kromozomun birden fazla gen taşıdığını ve Bir kromozomun genleri birlikte kalıtılır.

1910'da T. Morgan'ın grubunun deneyleri yeni bir deneysel nesne - Drosophila meyve sineği üzerinde başladı. Bu deneylerin sonuçları, 20. yüzyılın 20'li yıllarının ortalarında, kromozom kalıtım teorisinin ana hükümlerini formüle etmeyi, kromozomlardaki genlerin düzenini ve aralarındaki mesafeyi belirlemeyi, yani derlemeyi mümkün kıldı. kromozomların ilk haritaları.

Kromozom kalıtım teorisinin ana hükümleri:

1) Genler kromozomlar üzerinde bulunur. Aynı kromozom üzerindeki genler birlikte kalıtılır veya bağlantılıdır ve bu genlere ne ad verilir? debriyaj grubu. Bağlantı gruplarının sayısı, haploid kromozom setine sayısal olarak eşittir.

Her gen, kromozomda kesin olarak tanımlanmış bir yer kaplar - bir lokus.

Genler, kromozomlar üzerinde doğrusal olarak düzenlenmiştir.

Gen bağlantısının bozulması, yalnızca çaprazlamanın bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Bir kromozomdaki genler arasındaki mesafe, aralarındaki geçiş yüzdesi ile orantılıdır.

Bağımsız kalıtım, yalnızca homolog olmayan kromozomların genleri için karakteristiktir.

Gen ve genom hakkında modern fikirler

20. yüzyılın 40'lı yıllarının başlarında, J. Beadle ve E. Tatum, nörospor mantarı üzerinde yapılan genetik çalışmaların sonuçlarını analiz ederek, her genin bir enzimin sentezini kontrol ettiği sonucuna vardı ve "tek gen" ilkesini formüle etti. - bir enzim" .

Ancak, zaten 1961'de F. Jacob, J.-L. Mono ve A. Lvov, Escherichia coli geninin yapısını deşifre etmeyi ve aktivitesinin düzenlenmesini incelemeyi başardı. Bu keşif için 1965 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'ne layık görüldüler.

Çalışma sırasında, belirli özelliklerin gelişimini kontrol eden yapısal genlere ek olarak, ana işlevi diğer genler tarafından kodlanan özelliklerin tezahürü olan düzenleyici olanları tanımlayabildiler.

Prokaryotik genin yapısı. Prokaryotların yapısal geni, düzenleyici bölgeler ve kodlama dizileri içerdiğinden karmaşık bir yapıya sahiptir. Düzenleyici bölgeler, destekleyici, operatör ve sonlandırıcıyı içerir (Şekil 3.8). destekçi transkripsiyon sırasında mRNA sentezini sağlayan RNA polimeraz enziminin bağlı olduğu genin bölgesi olarak adlandırılır. İle Şebeke, promotör ve yapısal dizi arasında yer alır, bağlanabilir baskılayıcı protein, bu, RNA polimerazın kodlama dizisinden kalıtsal bilgileri okumaya başlamasına izin vermez ve yalnızca çıkarılması, transkripsiyonun başlamasına izin verir. Baskılayıcının yapısı genellikle kromozomun başka bir bölümünde bulunan düzenleyici bir gende kodlanır. Bilgilerin okunması, genin adı verilen bir bölümünde sona erer. sonlandırıcı.

kodlama dizisi yapısal gen, karşılık gelen proteindeki amino asitlerin dizisi hakkında bilgi içerir. Prokaryotlarda kodlama dizisi denir sistronom, ve prokaryotik genin kodlayıcı ve düzenleyici bölgelerinin toplamı - operon. Genel olarak, E. coli'yi içeren prokaryotlar, tek bir halka kromozomu üzerinde yer alan nispeten az sayıda gene sahiptir.

Prokaryotların sitoplazması ayrıca küçük dairesel veya açık DNA molekülleri içerebilir. plazmitler. Plazmitler kromozomlara entegre olabilir ve bir hücreden diğerine aktarılabilir. Cinsel özellikler, patojenite ve antibiyotik direnci hakkında bilgi taşıyabilirler.

Ökaryotik genin yapısı. Prokaryotlardan farklı olarak ökaryotik genlerin bir operon yapısı yoktur, çünkü bir operatör içermezler ve her yapısal gene sadece bir promotör ve bir terminatör eşlik eder. Ayrıca ökaryotik genlerde önemli bölgeler ( ekzonlar) önemsiz ile değiştirin ( intronlar) tamamen mRNA'lara kopyalanır ve daha sonra olgunlaşmaları sırasında kesilir. İntronların biyolojik rolü, önemli alanlarda mutasyon olasılığını azaltmaktır. Ökaryotik gen düzenlemesi, prokaryotlar için açıklanandan çok daha karmaşıktır.

İnsan genomu. Her insan hücresinde, yaklaşık 10 1900000000 olası benzersiz kombinasyon sağlayan yaklaşık 3,2 x 109 nükleotid çiftinden oluşan bir çift sarmal içinde sıkıca paketlenmiş 46 kromozomda yaklaşık 2 m DNA vardır. 1980'lerin sonunda, yaklaşık 1.500 insan geninin yeri biliniyordu, ancak bunların toplam sayısının yaklaşık 100.000 olduğu tahmin ediliyordu, çünkü insanlarda sadece 10.000 kalıtsal hastalık, hücrelerde bulunan çeşitli proteinlerin sayısından bahsetmiyorum bile.

1988'de, 21. yüzyılın başında nükleotit dizisinin tam bir kodunun çözülmesiyle sona eren uluslararası "İnsan Genomu" projesi başlatıldı. İki farklı insanın %99.9 benzer nükleotid dizilimine sahip olduğunu ve sadece geriye kalan %0.1'in bireyselliğimizi belirlediğini anlamayı mümkün kıldı. Toplamda yaklaşık 30-40 bin yapısal gen keşfedildi, ancak sayıları 25-30 bine düşürüldü.Bu genler arasında sadece benzersiz değil, aynı zamanda yüzlerce ve binlerce kez tekrarlanan genler var. Bununla birlikte, bu genler, on binlerce koruyucu protein - immünoglobulinler gibi çok daha fazla sayıda proteini kodlar.

Genomumuzun %97'si, yalnızca iyi çoğalabildiği için var olan genetik "çöp"tür (bu bölgelerde kopyalanan RNA, çekirdeği asla terk etmez). Örneğin genlerimiz arasında sadece "insan" genleri değil, meyve sineğinin genlerine benzer genlerin %60'ı vardır ve genlerimizin %99'a kadarı şempanzelerle ilgilidir.

Genomun kodunun çözülmesine paralel olarak, kromozom haritalaması da gerçekleşti, bunun sonucunda sadece tespit etmek değil, aynı zamanda kalıtsal hastalıkların gelişiminden sorumlu bazı genlerin yerini ve ayrıca ilaç hedefini belirlemek mümkün oldu. genler.

İnsan genomunun deşifre edilmesinin henüz doğrudan bir etkisi yoktur, çünkü böyle karmaşık bir organizmayı bir kişi olarak bir araya getirmek için bir tür talimat aldık, ancak nasıl yapılacağını veya en azından içindeki hataları düzeltmeyi öğrenmedik. Bununla birlikte, moleküler tıp çağı zaten eşiğinde, tüm dünyada, sadece döllenmiş bir yumurtada değil, yaşayan insanlarda patolojik genleri bloke edebilen, kaldırabilen ve hatta değiştirebilen sözde gen preparatlarının bir gelişimi var.

Ökaryotik hücrelerde DNA'nın sadece çekirdekte değil, mitokondri ve plastidlerde de bulunduğunu unutmamalıyız. Nükleer genomdan farklı olarak, mitokondriyal ve plastid genlerin organizasyonu, prokaryotik genomun organizasyonu ile çok ortak noktaya sahiptir. Bu organellerin hücrenin kalıtsal bilgilerinin %1'inden daha azını taşımasına ve kendi işlevleri için gerekli olan protein setinin tamamını kodlamamasına rağmen, vücudun bazı özelliklerini önemli ölçüde etkileyebilirler. Bu nedenle, klorofit, sarmaşık ve diğer bitkilerdeki alacalılık, iki alacalı bitki geçse bile, önemsiz sayıda torun tarafından miras alınır. Bunun nedeni, plastidlerin ve mitokondrilerin çoğunlukla yumurtanın sitoplazmasıyla iletilmesidir, bu nedenle bu kalıtım, çekirdekte lokalize olan genotipikin aksine maternal veya sitoplazmik olarak adlandırılır.

Kalıtım kalıpları, sitolojik temelleri

Kalıtımın kromozomal teorisine göre, her bir gen çifti bir çift homolog kromozomda lokalizedir ve kromozomların her biri bu faktörlerden sadece birini taşır. Genlerin düz kromozomlar üzerindeki nokta nesneler olduğunu düşünürsek, şematik olarak homozigot bireyler şu şekilde yazılabilir: A||A veya bir||a, heterozigot iken - A||a. Mayoz sırasında gamet oluşumu sırasında, bir heterozigot çiftinin genlerinin her biri, germ hücrelerinden birinde olacaktır (Şekil 3.9).

Örneğin, iki heterozigot birey çaprazlanırsa, her birinin sadece bir çift gamete sahip olması koşuluyla, üçü en az bir baskın gen taşıyacak olan yalnızca dört yavru organizma elde etmek mümkündür. ANCAK, ve çekinik gen için sadece bir tanesi homozigot olacaktır. a, yani, kalıtım kalıpları doğada istatistikseldir (Şekil 3.10).

Genlerin farklı kromozomlarda yer aldığı durumlarda, gamet oluşumu sırasında, belirli bir homolog kromozom çiftinden alellerin aralarındaki dağılımı, diğer çiftlerden alellerin dağılımından tamamen bağımsız olarak gerçekleşir (Şekil 3.11). Gametlerde alel rekombinasyonunun çeşitliliğine yol açan, mayoz bölünmenin metafaz I'inde iğ ekvatorundaki homolog kromozomların rastgele düzenlenmesi ve anafaz I'deki müteakip ayrışmasıdır.

Erkek veya dişi gametlerdeki olası alel kombinasyonlarının sayısı, 2n genel formülü ile belirlenebilir, burada n, haploid setin karakteristik kromozom sayısıdır. İnsanlarda, n \u003d 23 ve olası kombinasyon sayısı 2 23 \u003d 8388608'dir. Döllenme sırasında sonraki gamet birliği de rastgeledir ve bu nedenle her bir karakter çifti için bağımsız bölünme yavrulara kaydedilebilir (Şek. 3.11).

Bununla birlikte, her organizmadaki özelliklerin sayısı, mikroskop altında ayırt edilebilen kromozom sayısından kat kat fazladır, bu nedenle her kromozomun birçok faktörü içermesi gerekir. Homolog kromozomlarda bulunan iki çift gen için heterozigot olan belirli bir bireyin gamet ürettiğini hayal edersek, yalnızca orijinal kromozomlarla gamet oluşma olasılığını değil, aynı zamanda kromozomları değiştirilen gametleri de hesaba katmak gerekir. mayoz bölünmenin I. fazında geçişin bir sonucudur. Sonuç olarak, yavrularda yeni özellik kombinasyonları ortaya çıkacaktır. Drosophila üzerinde yapılan deneylerde elde edilen veriler temel oluşturdu. Kalıtımın kromozom teorisi.

Kalıtımın sitolojik temelinin bir başka temel doğrulaması, çeşitli hastalıkların çalışmasında elde edildi. Bu nedenle, insanlarda kanser türlerinden biri, kromozomlardan birinin küçük bir bölümünün kaybından kaynaklanır.

G. Mendel tarafından oluşturulan kalıtım kalıpları, sitolojik temelleri (mono- ve dihybrid crossing)

Özelliklerin bağımsız kalıtımının ana kalıpları, araştırmasında o zamanlar yeni bir hibridolojik yöntem uygulayarak başarıya ulaşan G. Mendel tarafından keşfedildi.

G. Mendel'in başarısı aşağıdaki faktörlerle sağlandı:

1. kısa bir büyüme mevsimine sahip olan, kendi kendine tozlaşan bir bitki olan, önemli miktarda tohum üreten ve iyi ayırt edilebilir özelliklere sahip çok sayıda çeşitle temsil edilen iyi bir çalışma nesnesi (ekim bezelyesi);

2. sadece birkaç nesil için yavrularda özelliklerin bölünmesini sağlamayan saf bezelye hatlarının kullanılması;

3. sadece bir veya iki işaret üzerinde konsantrasyon;

4. Deneyi planlamak ve açık geçiş şemalarını hazırlamak;

5. Ortaya çıkan yavruların doğru nicel hesaplanması.

Çalışma için G. Mendel, alternatif (zıt) tezahürleri olan sadece yedi işaret seçti. Zaten ilk geçişlerde, ilk neslin yavrularında, sarı ve yeşil tohumlu bitkiler çaprazlandığında, tüm yavruların sarı tohumlara sahip olduğunu fark etti. Diğer işaretlerin çalışmasında da benzer sonuçlar elde edildi (Tablo 3.1). İlk nesilde hüküm süren işaretler, G. Mendel aradı baskın.İlk nesilde görünmeyenlere denildi. çekinik.

Yavrularda bölünme veren bireylere denirdi. heterozigot, ve bölünme vermeyen bireyler - homozigot.

Tablo 3.1

Kalıtımı G. Mendel tarafından incelenen bezelye belirtileri

işaret	tezahür seçeneği
işaret	baskın	çekinik
tohum boyama
tohum şekli		buruşuk
Meyve şekli (fasulye)		eklemli
meyve renklendirme
çiçek taç rengi
çiçek pozisyonu	aksiller	apikal
gövde uzunluğu		Kısa boylu

Sadece bir özelliğin tezahürünün incelendiği çaprazlama denir. monohibrit. Bu durumda, gelişimi bir çift alelik genden kaynaklanan bir özelliğin sadece iki varyantının kalıtım kalıpları izlenir. Örneğin, bezelyedeki "korolla rengi" özelliğinin yalnızca iki tezahürü vardır - kırmızı ve beyaz. Bu organizmaların diğer tüm özellikleri, hesaplamalarda dikkate alınmaz ve dikkate alınmaz.

Monohibrit geçiş şeması aşağıdaki gibidir:

Birinci nesilde biri sarı, diğeri yeşil olan iki bezelye bitkisini çaprazlayan G. Mendel, hangi bitkinin anne, hangisinin baba olduğuna bakılmaksızın, yalnızca sarı tohumlu bitkiler aldı. Aynı sonuçlar, G. Mendel'in formüle etmesi için sebep veren diğer özellikler için çaprazlamalarda da elde edildi. ilk neslin melezlerinin tekdüzelik yasası, buna da denir Mendel'in birinci yasası ve egemenlik yasası.

Mendel'in birinci yasası:

Bir çift alternatif özellikte farklılık gösteren homozigot ebeveyn formlarını geçerken, birinci neslin tüm melezleri hem genotip hem de fenotipte tek tip olacaktır.

A - sarı tohumlar; bir yeşil tohum.

İlk neslin melezlerinin kendi kendine tozlaşması (geçiş) sırasında, 6022 tohumun sarı ve 2001'in yeşil olduğu ortaya çıktı, bu da yaklaşık olarak 3: 1 oranına tekabül ediyor. Keşfedilen düzenlilik denir bölme yasası, veya Mendel'in ikinci yasası.

Mendel'in ikinci yasası:

Yavrularda birinci neslin heterozigot hibritleri çaprazlanırken, özelliklerden birinin baskınlığı fenotipe göre 3:1 oranında (1:2:1 genotipe göre) gözlenecektir.

Bununla birlikte, bir bireyin fenotipi ile, her iki homozigot baskın gen için olduğundan, genotipini belirlemek her zaman mümkün değildir. (AA) hem de heterozigotlar (Ah) fenotipte baskın bir genin ekspresyonuna sahip olacaktır. Bu nedenle, çapraz döllenme olan organizmalar için geçerlidir çapraz analiz Genotipi test etmek için genotipi bilinmeyen bir organizmanın homozigot çekinik bir gen ile çaprazlandığı çaprazlama. Aynı zamanda, baskın gen için homozigot bireyler, yavrularda bölünme vermezken, heterozigot bireylerin yavrularında, hem baskın hem de çekinik özelliklere sahip eşit sayıda birey gözlenir:

G. Mendel, kendi deneylerinin sonuçlarına dayanarak, kalıtsal faktörlerin melez oluşumu sırasında karışmadığını, ancak değişmeden kaldığını öne sürdü. Nesiller arasındaki bağlantı gametler aracılığıyla gerçekleştirildiğinden, oluşum sürecinde bir çiftten sadece bir faktörün gametlerin her birine girdiğini (yani gametlerin genetik olarak saf olduğunu) ve döllenme sırasında çiftin restore edildiğini varsaymıştır. . Bu varsayımlar denir gamet saflık kuralları.

Gamet saflık kuralı:

Gametogenez sırasında, bir çiftin genleri ayrılır, yani her gamet, genin yalnızca bir varyantını taşır.

Bununla birlikte, organizmalar birçok yönden birbirinden farklıdır, bu nedenle yalnızca yavrulardaki iki veya daha fazla özelliği analiz ederek kalıtım kalıplarını oluşturmak mümkündür. Kalıtımın dikkate alındığı ve yavruların iki çift özelliğe göre doğru bir nicel hesabının yapıldığı çaprazlama denir. iki hibrit. Daha fazla sayıda kalıtsal özelliğin tezahürü analiz edilirse, bu zaten polihibrit çapraz.

Dihibrit çapraz şema:

Daha fazla gamet çeşitliliği ile, soyundan gelenlerin genotiplerini belirlemek zorlaşır, bu nedenle, Punnett kafesi, erkek gametlerin yatay olarak ve dişi gametlerin dikey olarak girildiği analiz için yaygın olarak kullanılır. Yavruların genotipleri, sütun ve satırlardaki genlerin kombinasyonu ile belirlenir.

Dihibrit çaprazlama için G. Mendel iki özellik seçti: tohumların rengi (sarı ve yeşil) ve şekilleri (pürüzsüz ve buruşuk). Birinci nesilde, birinci neslin melezlerinin tekdüzelik yasası gözlemlenmiş, ikinci nesilde 315 sarı düz tohum, 108 yeşil düz tohum, 101 sarı kırışık ve 32 yeşil kırışık vardı. Hesaplama, bölünmenin 9:3:3:1'e yaklaştığını, ancak işaretlerin her biri için (sarı - yeşil, düz - kırışık) 3:1 oranının korunduğunu gösterdi. Bu desen adlandırıldı işaretlerin bağımsız bölünmesi yasası, veya Mendel'in üçüncü yasası.

Mendel'in üçüncü yasası:

İki veya daha fazla özellik çiftinde farklılık gösteren homozigot ebeveyn formları çaprazlanırken, ikinci nesilde bu özelliklerin bağımsız bölünmesi 3:1 (dihibrit çaprazlamada 9:3:3:1) oranında gerçekleşir.

Mendel'in üçüncü yasası, yalnızca genlerin farklı homolog kromozom çiftlerinde yer aldığı bağımsız kalıtım durumlarına uygulanabilir. Genlerin aynı homolog kromozom çiftinde yer aldığı durumlarda, bağlantılı kalıtım kalıpları geçerlidir. G. Mendel tarafından oluşturulan özelliklerin bağımsız kalıtım kalıpları da genlerin etkileşimi sırasında sıklıkla ihlal edilir.

T. Morgan Kanunları: bağlantılı özelliklerin kalıtımı, gen bağlantısının ihlali

Yeni organizma, ebeveynlerden bir gen dağılımı değil, bütün kromozomlar alırken, özelliklerin sayısı ve buna bağlı olarak onları belirleyen genler, kromozom sayısından çok daha fazladır. Kalıtımın kromozomal teorisine göre, aynı kromozom üzerinde bulunan genler kalıtsal olarak bağlantılıdır. Sonuç olarak, dihibrit çaprazlandığında, beklenen 9:3:3:1 bölünmesini vermezler ve Mendel'in üçüncü yasasına uymazlar. Genlerin bağlantısının tamamlanmış olması beklenir ve bu genler için ve ikinci nesilde homozigot bireyler çaprazlanırken, 3:1 oranında ilk fenotipleri verir ve birinci neslin hibritlerini analiz ederken, bölme işlemi yapılmalıdır. 1: 1 olun.

Bu varsayımı test etmek için Amerikalı genetikçi T. Morgan, Drosophila'da bir çift homolog kromozomda bulunan vücut rengini (gri - siyah) ve kanat şeklini (uzun - ilkel) kontrol eden bir çift gen seçti. Gri gövde ve uzun kanatlar baskın karakterlerdir. İkinci nesilde gri gövdeli ve uzun kanatlı bir homozigot sineği ve siyah gövdeli ve ilkel kanatlı bir homozigot sineği geçerken, aslında, esas olarak ebeveyn fenotipleri 3:1'e yakın bir oranda elde edildi, ancak ayrıca bu özelliklerin yeni kombinasyonlarına sahip önemsiz sayıda birey ( Şekil 3.12).

Bu kişilere denir rekombinant. Bununla birlikte, çekinik genler için homozigotlarla birinci nesil melezlerin geçişini analiz ettikten sonra, T. Morgan, bireylerin %41.5'inin gri bir gövdeye ve uzun kanatlara, %41.5'inin siyah bir gövdeye ve ilkel kanatlara, %8.5'inin gri bir gövdeye sahip olduğunu buldu. ve ilkel kanatlar ve %8.5 - siyah gövde ve ilkel kanatlar. Ortaya çıkan bölünmeyi, mayoz bölünmenin I. fazında meydana gelen çaprazlama ile ilişkilendirdi ve çaprazlamanın %1'ini, daha sonra morganid olarak adlandırılan kromozomdaki genler arasındaki bir mesafe birimi olarak düşünmeyi önerdi.

Drosophila üzerinde yapılan deneyler sırasında oluşturulan bağlantılı kalıtım kalıplarına T. Morgan yasası denir.

Morgan Yasası:

Aynı kromozom üzerinde bulunan genler, lokus adı verilen belirli bir yeri işgal eder ve bağlantının gücü genler arasındaki mesafeyle ters orantılı olarak bağlantılı bir şekilde kalıtılır.

Kromozomda birbiri ardına doğrudan yer alan genlere (geçiş olasılığı son derece küçüktür) tam bağlı denir ve aralarında en az bir gen daha varsa, o zaman tamamen bağlantılı değildir ve çaprazlama sırasında bağlantıları kopar. homolog kromozomların bölümlerinin değişiminin bir sonucu olarak.

Gen bağlantısı ve çapraz geçiş fenomeni, üzerlerinde çizilen genlerin sırasına göre kromozom haritaları oluşturmayı mümkün kılar. Genetik olarak iyi çalışılmış birçok nesne için genetik kromozom haritaları oluşturulmuştur: Drosophila, fareler, insanlar, mısır, buğday, bezelye, vb. Genetik haritaların incelenmesi, genomun yapısını farklı organizma türlerinde karşılaştırmanıza olanak tanır. genetik ve üreme için olduğu kadar evrimsel çalışmalar için de önemlidir.

Cinsiyet Genetiği

Zemin- bu, özü döllenmeye indirgenen, yani erkek ve dişi germ hücrelerinin yeni bir organizmanın geliştiği bir zigotta kaynaşması olan cinsel üremeyi sağlayan vücudun morfolojik ve fizyolojik özelliklerinin bir kombinasyonudur.

Bir cinsiyetin diğerinden farklı olduğu işaretler, birincil ve ikincil olarak ayrılır. Birincil cinsel özellikler cinsel organları içerir ve geri kalan her şey ikincildir.

İnsanlarda ikincil cinsel özellikler vücut tipi, ses tınısı, kas veya yağ dokusunun baskınlığı, yüzdeki kılların varlığı, Adem elması ve meme bezleridir. Yani kadınlarda pelvis genellikle omuzlardan daha geniştir, yağ dokusu baskındır, meme bezleri ifade edilir ve ses yüksektir. Erkekler ise daha geniş omuzlar, kas dokusunun baskınlığı, yüzdeki kılların varlığı ve Adem elmasının yanı sıra alçak sesle onlardan farklıdır. İnsanoğlu uzun zamandır erkeklerin ve kadınların neden yaklaşık 1:1 oranında doğdukları sorusuyla ilgilenmektedir. Bunun için bir açıklama, böceklerin karyotipleri incelenerek elde edildi. Bazı böceklerin, çekirgelerin ve kelebeklerin dişilerinin erkeklerden bir kromozom fazla olduğu ortaya çıktı. Buna karşılık, erkekler kromozom sayısında farklılık gösteren gametler üretir, böylece yavruların cinsiyetini önceden belirler. Bununla birlikte, daha sonra, çoğu organizmada, erkek ve dişilerdeki kromozom sayısının hala farklı olmadığı, ancak cinsiyetlerden birinin boyut olarak birbirine uymayan bir çift kromozoma sahip olduğu, diğerinin ise tüm çift kromozomlara sahip olduğu bulundu.

İnsan karyotipinde de benzer bir fark bulundu: erkeklerin eşleşmemiş iki kromozomu var. Şekil olarak, bölünmenin başlangıcındaki bu kromozomlar, X ve Y Latin harflerini andırır ve bu nedenle X- ve Y-kromozomları olarak adlandırılır. Bir erkeğin spermleri bu kromozomlardan birini taşıyabilir ve doğmamış çocuğun cinsiyetini belirleyebilir. Bu bağlamda insan kromozomları ve diğer birçok organizma iki gruba ayrılır: otozomlar ve heterokromozomlar veya cinsiyet kromozomları.

İle otozomlar her iki cinsiyet için de aynı olan kromozomları taşırken, cinsiyet kromozomları- bunlar farklı cinsiyetlerde farklılık gösteren ve cinsel özellikler hakkında bilgi taşıyan kromozomlardır. Cinsiyetin aynı cinsiyet kromozomlarını taşıdığı durumlarda, örneğin XX, onun olduğunu söylüyorlar. homozigot veya homogametik(aynı gametleri oluşturur). Farklı cinsiyet kromozomlarına (XY) sahip olan diğer cinsiyete denir. hemizigos(tam bir allelik gen eşdeğerine sahip olmayan) veya heterogametik.İnsanlarda, memelilerin çoğunda, Drosophila uçar ve diğer organizmalarda dişi homogametiktir (XX) ve erkek heterogametiktir (XY), kuşlarda ise erkek homogametiktir (ZZ veya XX) ve dişi heterogametiktir (ZW). , veya XY) .

X kromozomu, 1500'den fazla gen taşıyan büyük ve eşit olmayan bir kromozomdur ve bunların mutant alellerinin çoğu, bir kişinin hemofili ve renk körlüğü gibi ciddi kalıtsal hastalıklar geliştirmesine neden olur. Buna karşın Y kromozomu çok küçüktür ve erkek gelişiminden sorumlu spesifik genler de dahil olmak üzere sadece bir düzine gen içerir.

Erkek karyotipi ♂46,XY, kadın karyotipi ♀46,XX olarak yazılır.

Cinsiyet kromozomlu gametler erkeklerde eşit olasılıkla üretildiğinden, yavrularda beklenen cinsiyet oranı 1:1'dir ve bu gerçekte gözlemlenen ile örtüşür.

Arılar, döllenmiş yumurtalardan dişileri ve döllenmemiş yumurtalardan erkekleri geliştirmeleri bakımından diğer organizmalardan farklıdır. Cinsiyet oranları, yukarıda belirtilenlerden farklıdır, çünkü döllenme süreci, spermatozoanın tüm yıl boyunca ilkbahardan depolandığı genital sistemde uterus tarafından düzenlenir.

Bazı organizmalarda cinsiyet farklı bir şekilde belirlenebilir: çevresel koşullara bağlı olarak döllenmeden önce veya sonra.

Cinsiyete bağlı özelliklerin kalıtımı

Bazı genler, karşı cinslerin üyeleri için aynı olmayan cinsiyet kromozomları üzerinde yer aldığından, bu genler tarafından kodlanan özelliklerin kalıtımının doğası genel olandan farklıdır. Erkeklerin annelerinden, dişilerin ise babalarından mirasçı olması nedeniyle bu tür kalıtım denir. Cinsiyet kromozomlarında bulunan genler tarafından belirlenen özelliklere denir. zemine yapıştırılmıştır. Cinsiyete bağlı özelliklerin örnekleri, Y kromozomunda alelik genler olmadığı için çoğunlukla erkeklerde görülen hemofili ve renk körlüğünün çekinik özellikleridir. Kadınlar, ancak bu tür semptomları hem babalarından hem de annelerinden aldıklarında bu tür hastalıklardan muzdarip olurlar.

Örneğin, anne heterozigot hemofili taşıyıcısıysa, oğullarının yarısında kan pıhtılaşması bozulacaktır: X n - normal kan pıhtılaşması X h- kan pıhtılaşmaması (hemofili)

Y kromozomunun genlerinde kodlanan özellikler, tamamen erkek çizgi yoluyla iletilir ve denir. hollandaca(ayak parmakları arasında bir zarın varlığı, kulak kepçesinin kenarının artan tüylülüğü).

Gen Etkileşimi

20. yüzyılın başlarında zaten çeşitli nesneler üzerindeki bağımsız kalıtım kalıplarının bir kontrolü, örneğin, bir gece güzelliğinde, bitkileri kırmızı ve beyaz bir korolla geçerken, ilk nesil melezlerin pembe taçlara sahip olduğunu gösterdi. ikinci nesilde 1:2:1 oranında kırmızı, pembe ve beyaz çiçekleri olan bireyler vardır. Bu, araştırmacıları alelik genlerin birbirleri üzerinde belirli bir etkiye sahip olabileceği fikrine götürdü. Daha sonra, alelik olmayan genlerin diğer genlerin belirtilerinin ortaya çıkmasına katkıda bulunduğu veya onları bastırdığı da bulundu. Bu gözlemler, etkileşimli genlerden oluşan bir sistem olarak genotip kavramının temeli oldu. Şu anda, alelik ve alelik olmayan genlerin etkileşimi ayırt edilir.

Alelik genlerin etkileşimi, tam ve eksik baskınlık, birlikte baskınlık ve aşırı baskınlığı içerir. tam hakimiyet Heterozigotta, örneğin bezelyedeki tohumun rengi ve şekli gibi, yalnızca baskın bir özelliğin tezahürünün gözlemlendiği allelik genlerin tüm etkileşim durumlarını düşünün.

eksik baskınlık- bu, resesif bir alelin tezahürünün, gece güzelliğinin korolunun renginde olduğu gibi (beyaz + kırmızı = pembe) ve sığırlarda yün.

birlikte egemenlik Her iki alelin de birbirinin etkilerini zayıflatmadan ortaya çıktığı bu tür alelik genlerin etkileşimi olarak adlandırılır. Tipik bir ortak baskınlık örneği, ABO sistemine göre kan gruplarının kalıtımıdır (Tablo 3.2). IV (AB) insanlarda kan grubu (genotip - I A I B).

Tablodan da görüleceği gibi kan grupları I, II ve III tam baskınlık tipine göre kalıtsal olurken, grup IV (AB) (genotip - I A I B) eş baskınlık durumudur.

aşırı baskınlık- bu, heterozigot durumda baskın özelliğin kendisini homozigot durumdan çok daha güçlü gösterdiği bir olgudur; baskınlık genellikle üremede kullanılır ve bunun nedeni olduğu düşünülür. heteroz- hibrit güç fenomeni.

Alelik genlerin etkileşiminin özel bir durumu, sözde olarak kabul edilebilir. öldürücü genler, hangi homozigot durumda organizmanın ölümüne en sık embriyonik dönemde yol açar. Yavruların ölümünün nedeni, astrakhan koyunlarında gri kürk rengi, tilkilerde platin rengi için genlerin pleiotropik etkisi ve aynalı sazanlarda pulların olmamasıdır. Bu genler için heterozigot iki birey çaprazlanırken, yavrularda incelenen özellik için bölünme, yavruların 1/4'ünün ölümü nedeniyle 2:1 olacaktır.

Alelik olmayan genlerin ana etkileşim türleri tamamlayıcılık, epistaz ve polimerizasyondur. tamamlayıcılık- bu, bir özelliğin belirli bir durumunun tezahürü için farklı çiftlerden en az iki baskın alel varlığının gerekli olduğu, alelik olmayan genlerin bir tür etkileşimidir. Örneğin, bir balkabağında, bitkileri küresel olarak geçerken (AAbb) ve uzun (aaBB) ilk nesildeki meyveler, disk şeklinde meyvelere sahip bitkiler olarak ortaya çıkar. (AaBb).

İle epistaz alelik olmayan bir genin diğerinin bir özelliğinin gelişimini baskıladığı, alelik olmayan genlerin etkileşimi gibi fenomenleri içerir. Örneğin, tavuklarda baskın bir gen tüy rengini belirlerken başka bir baskın gen renk gelişimini baskılayarak çoğu tavuğun beyaz tüylere sahip olmasına neden olur.

polimer alelik olmayan genlerin bir özelliğin gelişimi üzerinde aynı etkiye sahip olduğu fenomen olarak adlandırılır. Bu nedenle, çoğu zaman nicel işaretler kodlanır. Örneğin, insan ten rengi en az dört alelik olmayan gen çifti tarafından belirlenir - genotipte ne kadar baskın aleller olursa, cilt o kadar koyu olur.

İntegral bir sistem olarak genotip

Genotip, genlerin mekanik bir toplamı değildir, çünkü genin tezahür etme olasılığı ve tezahürünün şekli çevresel koşullara bağlıdır. Bu durumda çevre, sadece çevre değil, aynı zamanda genotipik çevre - diğer genler anlamına gelir.

Niteliksel belirtilerin tezahürü nadiren çevresel koşullara bağlıdır, ancak bir ermin tavşanının vücudunun beyaz saçlı bir bölgesi traş edilirse ve ona bir buz torbası uygulanırsa, zamanla bu yerde siyah saç büyür. .

Nicel özelliklerin gelişimi çevresel koşullara çok daha fazla bağlıdır. Örneğin, modern buğday çeşitleri mineral gübreler kullanılmadan yetiştirilirse, verimi, genetik olarak programlanmış hektar başına 100 veya daha fazla centerden önemli ölçüde farklı olacaktır.

Böylece, genotipte yalnızca organizmanın "yetenekleri" kaydedilir, ancak kendilerini yalnızca çevresel koşullarla etkileşimde gösterirler.

Ek olarak, genler birbirleriyle etkileşime girer ve aynı genotipte olmak, komşu genlerin etkisinin tezahürünü güçlü bir şekilde etkileyebilir. Böylece her bir gen için genotipik bir ortam vardır. Herhangi bir özelliğin gelişiminin birçok genin eylemiyle ilişkili olması mümkündür. Ek olarak, birkaç özelliğin bir gene bağımlılığı ortaya çıktı. Örneğin yulafta pulların rengi ve tohumun kılçık uzunluğu bir gen tarafından belirlenir. Drosophila'da gözün beyaz rengi için gen aynı anda vücudun ve iç organların rengini, kanatların uzunluğunu, doğurganlığın azalmasını ve yaşam beklentisinin azalmasını etkiler. Her genin aynı anda "kendi" özelliği için ana eylemin geni ve diğer özellikler için bir değiştirici olması mümkündür. Böylece fenotip, bireyin bütün genotipinin genlerinin çevre ile etkileşiminin bireyin ontogenisi içinde sonucudur.

Bu bağlamda ünlü Rus genetikçi M.E. Lobashev genotipi şöyle tanımlamıştır: etkileşimli genler sistemi. Bu ayrılmaz sistem, organik dünyanın evrimi sürecinde oluşurken, yalnızca genlerin etkileşiminin ontogenezde en uygun tepkiyi verdiği organizmalar hayatta kaldı.

insan genetiği

Biyolojik bir tür olarak insan için, bitkiler ve hayvanlar için oluşturulmuş genetik kalıtım ve değişkenlik kalıpları tamamen geçerlidir. Aynı zamanda, organizasyonunun ve varlığının tüm seviyelerinde insanlarda kalıtım ve değişkenlik kalıplarını inceleyen insan genetiği, genetiğin diğer bölümleri arasında özel bir yere sahiptir.

İnsan genetiği hem temel hem de uygulamalı bir bilimdir, çünkü 4 binden fazlası tanımlanmış olan insan kalıtsal hastalıklarının araştırılmasıyla ilgilenmektedir.Modern genel ve moleküler genetik, moleküler biyoloji ve klinik alanlarının gelişimini teşvik eder. ilaç. Sorunlara bağlı olarak, insan genetiği, bağımsız bilimlere dönüşen birkaç alana bölünmüştür: normal insan özelliklerinin genetiği, tıbbi genetik, davranış ve zeka genetiği ve insan popülasyon genetiği. Bu bağlamda, zamanımızda, genetik bir nesne olarak bir kişi, genetiğin ana model nesnelerinden neredeyse daha iyi incelenmiştir: Drosophila, Arabidopsis, vb.

İnsanın biyososyal doğası, geç ergenlik ve nesiller arasındaki büyük zaman boşlukları, az sayıda yavru, genetik analiz için yönlendirilmiş çaprazların imkansızlığı, saf çizgilerin olmaması, yetersiz doğruluk nedeniyle genetiği alanındaki araştırmalarda önemli bir iz bırakmaktadır. kalıtsal özelliklerin ve küçük soyağacının tescili, farklı evliliklerden gelen yavruların gelişimi için aynı ve sıkı kontrol edilen koşulları yaratmanın imkansızlığı, nispeten çok sayıda zayıf farklı kromozom ve deneysel olarak mutasyon elde etmenin imkansızlığı.

İnsan genetiğini incelemek için yöntemler

İnsan genetiğinde kullanılan yöntemler, diğer nesneler için genel olarak kabul edilenlerden temelde farklı değildir - bu soy, ikiz, sitogenetik, dermatoglifik, moleküler biyolojik ve popülasyon-istatistiksel yöntemler, somatik hücre hibridizasyon yöntemi ve modelleme yöntemi.İnsan genetiğinde kullanımları, bir kişinin özelliklerini genetik bir nesne olarak dikkate alır.

ikiz yöntem tek yumurta ikizlerinde bu özelliklerin tesadüflerinin analizine dayalı olarak kalıtımın katkısını ve çevresel koşulların bir özelliğin ortaya çıkması üzerindeki etkisini belirlemeye yardımcı olur. Bu nedenle, tek yumurta ikizlerinin çoğu aynı kan grubuna, göz ve saç rengine ve bir dizi başka belirtiye sahipken, her iki türde de aynı anda kızamık olur.

Dermatoglifik yöntem parmakların (daktiloskopi), avuç içlerinin ve ayakların cilt modellerinin bireysel özelliklerinin çalışmasına dayanır. Bu özelliklere dayanarak, genellikle kalıtsal hastalıkların, özellikle Down sendromu, Shereshevsky-Turner sendromu vb. gibi kromozomal anormalliklerin zamanında tespit edilmesini sağlar.

soy yöntemi- bu, kalıtsal hastalıklar da dahil olmak üzere incelenen özelliklerin kalıtımının doğasının belirlendiği ve ilgili özelliklere sahip yavruların doğumunun tahmin edildiği bir soyağacı derleme yöntemidir. Kalıtımın ana kalıplarının keşfinden önce bile hemofili, renk körlüğü, Huntington koresi ve diğerleri gibi hastalıkların kalıtsal doğasını ortaya çıkarmayı mümkün kıldı. Soyağacı derlerken, aile üyelerinin her biri hakkında kayıtlar tutulur ve aralarındaki ilişkinin derecesi dikkate alınır. Ayrıca, elde edilen verilere dayanarak, özel semboller kullanılarak bir aile ağacı oluşturulur (Şekil 3.13).

Soy ağacı derlenen kişinin yeterli sayıda doğrudan akrabası hakkında bilgi varsa, soy yöntemi bir aile üzerinde kullanılabilir - proband,- baba ve anne hatlarında, aksi takdirde bu özelliğin tezahür ettiği birkaç aile hakkında bilgi toplarlar. Şecere yöntemi, yalnızca özelliğin kalıtsallığını değil, aynı zamanda kalıtımın doğasını da belirlemenize izin verir: baskın veya resesif, otozomal veya cinsiyete bağlı, vb. Böylece, Avusturya Habsburg hükümdarlarının portrelerine göre, prognatinin kalıtımı (kuvvetle çıkıntılı bir alt dudak) ve İngiliz Kraliçesi Victoria'nın torunları arasında "kraliyet hemofili" kuruldu (Şekil 3.14).

Genetik problemlerin çözümü. Melezleme şemalarının hazırlanması

Tüm çeşitli genetik problemler üç türe indirgenebilir:

1. Hesaplama problemleri.

2. Genotipi belirleme görevleri.

3. Bir özelliğin kalıtım türünü belirleme görevleri.

özellik hesaplama problemleri ebeveynlerin genotiplerini belirlemenin kolay olduğu, özelliğin kalıtımı ve ebeveynlerin fenotipleri hakkında bilgilerin mevcudiyetidir. Yavruların genotiplerini ve fenotiplerini oluşturmaları gerekir.

Kuryseva Nadezhda Gennadievna
En yüksek kategorideki kimya öğretmeni, ortaokul №36, Vladimir

Ders dışı etkinliklerde, ağırlıklı olarak uygulanan C bölümü görevleri.

Bunu yapmak için, geçmiş yılların açık CIM'leri için seçeneklerden bir dizi görev sunuyoruz. .

Parça görevlerini tamamlayarak becerilerinizi geliştirebilirsiniz. İle herhangi bir sırada. Ancak, aşağıdaki sıraya bağlıyız: önce sorunları çözeriz C5 ve zincirleri yürütmek C3.(10. sınıftaki öğrenciler tarafından benzer görevler yapılmıştır.) Böylece öğrencilerin organik kimya konusundaki bilgi ve becerileri pekiştirilir, sistemleştirilir ve geliştirilir.

konuyu inceledikten sonra "Çözümler" problem çözmeye devam C4. Başlık "Redoks Reaksiyonları"öğrencileri iyon-elektron dengesi yöntemiyle tanıştırıyoruz (yarım reaksiyon yöntemi), ve sonra görevlerin redoks reaksiyonlarını yazma becerisini uygularız C1 ve C2.

Parçanın bireysel görevlerinin uygulanmasını görmek için somut örnekler sunuyoruz İle.

Bölüm C1'in görevleri, redoks reaksiyonları için denklem yazma yeteneğini test eder. Zorluk, bazı reaktiflerin veya reaksiyon ürünlerinin ihmal edilmesi gerçeğinde yatmaktadır. Mantıksal olarak akıl yürüten öğrenciler bunları belirlemelidir. Bu tür görevleri gerçekleştirmek için iki seçenek sunuyoruz: ilki mantıksal akıl yürütme ve eksik maddeleri bulma; ikincisi - denklemi iyon-elektron dengesi yöntemiyle yazmak (yarım reaksiyon yöntemi - bkz. Ek No. 3), ve ardından geleneksel bir elektronik terazi oluşturmak, çünkü bu sınav görevlisi için gereklidir. Farklı durumlarda, öğrenciler hangi yöntemin kullanılmasının tercih edileceğini kendileri belirler. Her iki seçenek için de temel oksitleyici ve indirgeyici maddeler ve bunların ürünleri hakkında iyi bir bilgiye sahip olmak yeterlidir. Bunu yapmak için öğrencilere bir masa sunuyoruz. "Oksitleyici ve indirgeyici maddeler", tanıtma onunla (Ek No. 3).

İlk yöntemi kullanarak görevi tamamlamayı öneriyoruz.

Egzersiz yapmak. Elektron dengesi yöntemini kullanarak reaksiyonun denklemini yazınP + HNO 3 → NUMARA 2 + … Oksitleyici ajanı ve indirgeyici ajanı belirleyin.

Nitrik asit güçlü bir oksitleyici ajandır, bu nedenle basit madde fosfor bir indirgeyici ajandır. Elektronik teraziyi yazalım:

HNO 3 (N +5) - oksitleyici ajan, P - indirgeyici ajan.

Egzersiz yapmak. Elektron dengesi yöntemini kullanarak reaksiyonun denklemini yazınK 2 cr 2 Ö 7 + … + H 2 BÖYLE 4 → İ 2 + cr 2 ( BÖYLE 4 ) 3 + … + H 2 Ö . Oksitleyici ajanı ve indirgeyici ajanı belirleyin.

K 2 Cr 2 O 7 bir oksitleyici ajandır, çünkü krom en yüksek oksidasyon durumunda +6'dır, H2S04 bir ortamdır, bu nedenle bir indirgeyici madde kullanılmaz. Bunun I iyonu olduğunu varsaymak mantıklıdır. - .Elektronik teraziyi yazalım:

K 2 Cr 2 O 7 (Cr +6) - oksitleyici ajan, KI (I -1) - indirgeyici ajan.

En zor görevler C2.İnorganik maddelerin kimyasal özellikleri, çeşitli sınıflardaki maddelerin ilişkileri, geri dönüşümsüz değişim ve redoks reaksiyonları için koşullar ve reaksiyon denklemlerini derleme becerilerinin mevcudiyeti hakkındaki bilgilerin asimilasyonunu test etmeye odaklanırlar. Bu görevin uygulanması, çeşitli sınıflardaki inorganik maddelerin özelliklerinin analizini, verilen maddeler arasında genetik bir ilişkinin kurulmasını ve Berthollet kuralına ve redoks reaksiyonlarına uygun kimyasal reaksiyon denklemlerini oluşturma yeteneğinin kullanılmasını içerir.

maddenin görevindeki verileri dikkatlice analiz edin;
madde sınıfları arasındaki genetik ilişkinin diyagramını kullanarak, birbirleriyle etkileşimlerini değerlendirin (asit-baz etkileşimlerini, değişimi, asitle metali (veya alkaliyi), metali metal olmayanı vb. bulun;
maddelerdeki elementlerin oksidasyon derecesini belirleyin, hangi maddenin yalnızca oksitleyici ajan, yalnızca indirgeyici ajan ve bazılarının hem oksitleyici hem de indirgeyici ajan olabileceğini değerlendirin. Ardından, redoks reaksiyonları oluşturun.

Egzersiz yapmak. Sulu çözeltiler verilir: ferrik klorür (III), sodyum iyodür, sodyum dikromat, sülfürik asit ve sezyum hidroksit. Bu maddeler arasındaki olası dört reaksiyon için denklemler verin.

Önerilen maddeler arasında Asit ve alkali var. İlk reaksiyon denklemini yazıyoruz: 2 CsOH + H2SO4 \u003d Cs2SO4 + 2H20.

Çözünmeyen bir bazın çökeltilmesiyle giden değişim sürecini buluyoruz. FeCl 3 + 3CsOH \u003d Fe (OH) 3 ↓ + 3CsCl.

Başlık "Krom" dikromatların alkali ortamda kromatlara dönüşüm reaksiyonları incelenir Na 2 Cr 2 O 7 + 2CsOH = Na 2 CrO 4 + Cs 2 CrO 4 + H 2 O.

Bir redoks işleminin olasılığını analiz edelim. FeCl3 oksitleyici özellikler gösterir, çünkü. en yüksek oksidasyon durumunda demir +3, NaI - en düşük oksidasyon durumunda -1 iyot nedeniyle indirgeyici ajan.

Parçanın görevlerini tamamlarken dikkate alınan redoks reaksiyonları yazmak için metodolojiyi kullanma C1, Biz yazarız:

2FeCl 3 + 2NaI \u003d 2NaCl + 2FeCl2 + I 2

Fe +3 + 1e - → Fe +2

2I -1 - 2e - →I 2

Denisova V.G.

ÖĞRENCİLERİ ÇÖZME GÖREVLERİ İÇİN HAZIRLAMA METODOLOJİSİ C 2 (düşünce deneyi) KİMYADA KULLANIMI

ÖĞRENCİLERİN KARARA HAZIRLANMA METODOLOJİSİ

ÖDEVLER C 2 (düşünce deneyi) KİMYADA KULLANIMI

2012 yılında, kimyada Birleşik Devlet Sınavının C2 görevi bir değişiklik sağlar. Öğrencilere, 4 reaksiyon denklemi yazmaları gereken bir kimyasal deneyin açıklaması sunulacaktır.

Bu görevin içeriğini ve karmaşıklık düzeyini 2012 USE sürümünün demo sürümüyle değerlendirebiliriz. Görev aşağıdaki gibi formüle edilmiştir:Demirin sıcak konsantre sülfürik asit içinde çözülmesiyle elde edilen tuz, fazla miktarda sodyum hidroksit çözeltisi ile işlendi. Oluşan kahverengi çökelti süzüldü ve kurutuldu. Ortaya çıkan madde demir ile kaynaştırıldı. Tanımlanan reaksiyonların denklemlerini yazın.

Atama içeriğinin bir analizi, reaksiyona giren ilk iki maddenin açık biçimde belirtildiğini gösterir. Diğer tüm reaksiyonlar için reaktif ve koşullar belirtilmiştir. İpuçları, elde edilen maddenin sınıfının, toplanma durumunun, karakteristik özelliklerinin (renk, koku) göstergeleri olarak kabul edilebilir. İki reaksiyon denkleminin maddelerin özel özelliklerini karakterize ettiğine dikkat edin (1 - konsantre sülfürik asidin oksitleyici özellikleri; 4 - demir oksidin (III) oksitleyici özellikleri), iki denklem en önemli inorganik madde sınıflarının tipik özelliklerini karakterize eder ( 2 - tuz ve alkali çözeltileri arasındaki iyon değişim reaksiyonu, 3 - çözünmeyen bazın termal ayrışması).

To o C NaOH (örn.) to o C + Fe/t o C

Fe + H 2 SO 4 (j) → tuz → kahverengi çökelti → X → Y

İpuçlarını vurgulayın, kilit noktalar, örneğin: kahverengi bir çökelti - demir (III) hidroksit, tuzun bir demir iyonu (3+) tarafından oluşturulduğunu gösterir.

T o C

2Fe + 6H 2 SO 4 (c) → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe 2 (SO 4) 3 + 6NaOH (c) → 2 Fe (OH) 3 + 3Na 2 SO 4

T o C

2 Fe(OH) 3 → Fe 2 O 3 + 3H 2 O

T o C

Fe 2 O 3 + Fe → 3 FeO

Bu tür görevler öğrenciler için ne gibi zorluklara neden olabilir?

Maddelerle eylemlerin tanımı (filtreleme, buharlaştırma, kavurma, kalsinasyon, sinterleme, füzyon). Öğrencilerin, bir madde ile fiziksel bir olgunun nerede meydana geldiğini ve bir kimyasal reaksiyonun nerede meydana geldiğini anlamaları gerekir. Maddelerle en sık kullanılan eylemler aşağıda açıklanmıştır.

filtreleme - filtreler kullanarak heterojen karışımları ayırmak için bir yöntem - sıvı veya gaz geçiren ancak katıları tutan gözenekli malzemeler. Sıvı faz içeren karışımları ayırırken, filtre üzerinde bir katı kalır, süzün.

Buharlaşma - çözücüyü buharlaştırarak çözeltileri konsantre etme işlemi. Bazen buharlaştırma, doymuş çözeltiler elde edilene kadar, bunlardan kristalli bir hidrat formundaki bir katıyı daha fazla kristalleştirmek için veya saf bir çözünen elde etmek için çözücü tamamen buharlaşana kadar gerçekleştirilir.

Ateşleme - kimyasal bileşimini değiştirmek için bir maddeyi ısıtmak.

Kalsinasyon havada ve inert gaz atmosferinde gerçekleştirilebilir.

Havada kalsine edildiğinde, kristal hidratlar kristalleşme suyunu kaybeder:

CuSO 4 ∙5H 2 O → CuSO 4 + 5H 2 O

Termal olarak kararsız maddeler ayrışır (çözünmeyen bazlar, bazı tuzlar, asitler, oksitler): Cu(OH) 2 →CuO + H20; CaCO 3 → CaO + CO 2

Hava bileşenlerinin etkisine karşı kararsız olan maddeler kalsine edildiğinde oksitlenir, hava bileşenleri ile reaksiyona girer: 2Cu + O 2 → 2CuO;

4Fe(OH) 2 + O 2 →2Fe 2 O 3 + 4H 2 O

Kalsinasyon sırasında oksidasyonu önlemek için işlem inert bir atmosferde gerçekleştirilir: Fe (OH) 2 → FeO + H2O

Sinterleme, füzyon -Bu, iki veya daha fazla katı reaktantın etkileşimine yol açan ısıtılmasıdır. Reaktifler oksitleyici ajanların etkisine karşı dirençliyse, sinterleme havada gerçekleştirilebilir:

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaAlO 2 + CO 2

Reaktanlardan biri veya reaksiyon ürünü hava bileşenleri tarafından oksitlenebiliyorsa, işlem inert bir atmosferde gerçekleştirilir, örneğin: Сu + CuO → Cu 2 O

yanan - bir maddenin yanmasına yol açan bir ısıl işlem süreci (dar anlamda. Daha geniş anlamda kavurma, kimyasal üretim ve metalurjideki maddeler üzerinde çeşitli termal etkilerdir). Esas olarak sülfür cevherleri ile ilgili olarak kullanılır. Örneğin, pirit ateşlemek:

4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

Maddelerin karakteristik özelliklerinin tanımı (renk, koku, kümelenme durumu).

Maddelerin karakteristik özelliklerinin bir göstergesi, öğrenciler için bir ipucu veya gerçekleştirilen eylemlerin doğruluğunu kontrol etme işlevi görmelidir. Ancak öğrenciler maddelerin fiziksel özelliklerine aşina değillerse bu bilgiler bir düşünce deneyi yaparken yardımcı bir işlev sağlayamaz. Aşağıda gazların, çözeltilerin, katıların en karakteristik özellikleri verilmiştir.

GAZLAR:

Boyalı : Cl 2 - sarı yeşil; NO 2 - kahverengi; O 3 - mavi (hepsinin kokusu vardır). Hepsi zehirlidir, suda çözülür, Cl2 ve NO2 onunla reaksiyona girer.

Renksiz, kokusuz: H 2 , N 2 , O 2 , CO 2 , CO (zehir), NO (zehir), soy gazlar. Hepsi suda az çözünür.

Kokusuz renksiz: HF, HCl, HBr, HI, SO2 (keskin kokular), NH 3 (amonyak) - suda yüksek oranda çözünür ve zehirlidir,

PH 3 (sarımsak), H 2 S (çürük yumurta) - suda az çözünür, zehirli.

RENKLİ ÇÖZÜMLER:

BOYALI DRENAJ,

ÇÖZÜMLERİN ETKİLEŞİMİNDE ÜRETİLEN

DİĞER RENKLİ MADDELER

Portakal

bakır oksit (I) - Cu 2 O

dikromatlar

Bu, elbette, C2 görevlerini çözmek için faydalı olabilecek minimum bilgidir.

Öğrencileri C2 görevlerini çözmeye hazırlama sürecinde, onlara sunabilirsiniz.dönüşüm şemalarına göre ödev metinleri oluşturun. Bu görev, öğrencilerin terminolojiye hakim olmalarını ve maddelerin karakteristik özelliklerini hatırlamalarını sağlayacaktır.

Örnek 1:

T o C t o C / H2 HNO 3 (kons.) NaOH, 0 o C

(CuOH) 2 CO 3 → CuO → Cu → NO 2 → X

Metin: Malakit kalsine edildi, ortaya çıkan siyah katı, bir hidrojen akımı içinde ısıtıldı. Ortaya çıkan kırmızı madde, konsantre nitrik asit içinde tamamen çözüldü. Serbest kalan kahverengi gaz, soğuk bir sodyum hidroksit çözeltisinden geçirildi.

Örnek 2:

O 2 H 2 S çözeltisi to o C/Al H 2 O

ZnS → SO 2 → S → Al 2 S 3 → X

Metin: Çinko sülfür kalsine edildi. Keskin kokulu nihai gaz, sarı bir çökelti oluşana kadar bir hidrojen sülfür çözeltisinden geçirildi. Çökelti süzüldü, kurutuldu ve alüminyum ile eritildi. Nihai bileşik, reaksiyon sona erene kadar suya yerleştirildi.

Bir sonraki adım, öğrencilerdenmaddelerin ve görev metinlerinin dönüştürülmesi için her iki şemayı da hazırlayın.Elbette, görevlerin "yazarları" teslim etmeli vekendi çözümü. Aynı zamanda öğrenciler inorganik maddelerin tüm özelliklerini tekrar ederler. Ve öğretmen bir görev bankası C2 oluşturabilir.

bundan sonra yapabilirsin gitmek C2 görevlerini çözme. Aynı zamanda, öğrenciler metne ve ardından karşılık gelen reaksiyon denklemlerine göre bir dönüşüm şeması çizerler. Bunu yapmak için, görev metninde referans noktaları vurgulanır: maddelerin adları, sınıflarının bir göstergesi, fiziksel özellikleri, reaksiyonları yürütme koşulları, işlemlerin adları.

Bazı görevlere örnekler verelim.

örnek 1 Manganez (II) nitrat kalsine edildi ve elde edilen kahverengi katıya konsantre hidroklorik asit ilave edildi. Oluşan gaz hidrosülfid asitten geçirildi. Ortaya çıkan çözelti, baryum klorür ile bir çökelti oluşturur.

Karar:

Destek anlarının seçimi:

Manganez(II) nitrat– Mn(NO 3 ) 2 ,

kalsine - ayrışmaya ısıtılmış,

katı kahverengi madde- MnO2,

konsantre hidroklorik asit– HCI,

Hidrosülfürik asit - çözelti H2S,

Baryum klorür - BaCl 2 , sülfat iyonu ile bir çökelti oluşturur.

To C HCl H 2 Sp-p BaCl 2

Mn(NO 3 ) 2 → MnO 2 → X → Y → ↓ (BaSO 4 ?)

1) Mn(NO 3 ) 2 → MnО 2 + 2NO 2

2) MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + 2H 2 O + Cl 2 (gaz X)

3) Cl2 + H2 S → 2HCl + S (baryum klorür ile hiçbir ürün çökelmediği için uygun değildir) veya 4Cl 2 + H 2 S + 4H 2 O → 8HCl + H 2 SO 4

4) H 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 + 2HCl

Örnek 2 Turuncu bakır oksit, konsantre sülfürik asit içine yerleştirildi ve ısıtıldı. Elde edilen mavi çözeltiye fazla miktarda potasyum hidroksit çözeltisi ilave edildi. Nihai mavi çökelti süzüldü, kurutuldu ve kalsine edildi. Bu şekilde elde edilen katı siyah madde bir cam tüpe konuldu, ısıtıldı ve üzerinden amonyak geçirildi.

Karar:

Destek anlarının seçimi:

Turuncu bakır oksit– Cu2O,

konsantre sülfürik asit- H2S04,

mavi çözüm - bakır tuzu (II), СuSO 4

Potasyum hidroksit - KOH,

Mavi çökelti - Cu (OH) 2,

Kalsine - ayrışmaya ısıtılmış

Katı siyah madde CuO,

Amonyak - NH3.

Bir dönüşüm şeması hazırlamak:

H 2 SO 4 KOH to o C NH 3

Cu 2 O → СuSO 4 → Cu(OH) 2 ↓ → CuO → X

Reaksiyon denklemlerinin hazırlanması:

1) Cu 2 O + 3H 2 SO 4 → 2СuSO 4 + SO 2 + 3H 2 O

2) СuSO 4 + 2KOH → Cu(OH) 2 + K 2 SO 4

3) Cu(OH) 2 → CuO + H 2 O

4) 3CuO + 2NH 3 → 3Cu + 3H 2 O + N 2

BAĞIMSIZ ÇÖZÜM İÇİN GÖREV ÖRNEKLERİ

9 . Amonyum dikromat ısıtıldığında ayrışır. Katı bozunma ürünü sülfürik asit içinde çözüldü. Sodyum hidroksit çözeltisi, bir çökelti oluşana kadar nihai çözeltiye ilave edildi. Çökeltiye daha fazla sodyum hidroksit solüsyonu eklenmesi üzerine çözünmüştür.

ÇÖZÜMLER

1 . Sodyum fazla oksijende yakıldı, ortaya çıkan kristalli madde bir cam tüpe yerleştirildi ve içinden karbondioksit geçirildi. Tüpten çıkan gaz toplanarak fosforlu atmosferinde yakılmıştır. Nihai madde, fazla miktarda sodyum hidroksit çözeltisi ile nötralize edildi.

1) 2Na + O 2 = Na 2 O 2

2) 2Na 2 O 2 + 2CO 2 \u003d 2Na 2 CO 3 + O 2

3) 4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5

4) P 2 O 5 + 6 NaOH = 2Na 3 PO 4 + 3H 2 O

2. Hidroklorik asit ile işlenmiş alüminyum karbür. Serbest kalan gaz yakıldı, yanma ürünleri beyaz bir çökelti oluşana kadar kireç suyundan geçirildi, yanma ürünlerinin daha sonra ortaya çıkan süspansiyona geçirilmesi çökeltinin çözülmesine yol açtı.

1) Al 4C3 + 12HCl = 3CH4 + 4AlCl3

2) CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

3) CO 2 + Ca (OH) 2 \u003d CaC03 + H 2 O

4) CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2

3. Pirit kavrulmuş, ortaya çıkan keskin kokulu gaz hidrosülfid asitten geçirilmiştir. Nihai sarımsı çökelti süzüldü, kurutuldu, konsantre nitrik asit ile karıştırıldı ve ısıtıldı. Ortaya çıkan çözelti, baryum nitratlı bir çökelti verir.

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2) SO 2 + 2H 2 S \u003d 3S + 2H 2 O

3) S+ 6HNO 3 = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

4) H 2 SO 4 + Ba(NO 3 ) 2 = BaSO 4 ↓ + 2 HNO 3

4 . Bakır konsantre nitrik asit içine yerleştirildi, nihai tuz çözeltiden izole edildi, kurutuldu ve kalsine edildi. Katı reaksiyon ürünü, bakır talaşları ile karıştırıldı ve bir soy gaz atmosferinde kalsine edildi. Elde edilen madde amonyak suyunda çözüldü.

1) Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

2) 2Cu(NO 3 ) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

3) Cu + CuO = Cu2O

4) Cu20 + 4NH3 + H20 \u003d 2OH

5 . Demir talaşları, seyreltik sülfürik asit içinde çözüldü, nihai çözelti, fazla miktarda sodyum hidroksit çözeltisi ile işlendi. Oluşan çökelti süzüldü ve kahverengiye dönene kadar havada bırakıldı. Kahverengi madde, sabit ağırlığa kadar kalsine edildi.

1) Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2

2) FeSO 4 + 2NaOH \u003d Fe (OH) 2 + Na2S04

3) 4Fe(OH) 2 + 2H20 + O 2 = 4Fe(OH) 3

4) 2Fe(OH) 3 = Fe203 + 3H2O

6 . Çinko sülfür kalsine edildi. Nihai katı, potasyum hidroksit çözeltisi ile tamamen reaksiyona girdi. Karbon dioksit, bir çökelti oluşana kadar elde edilen çözeltiden geçirildi. Çökelti hidroklorik asit içinde çözüldü.

1) 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2

2) ZnO + 2NaOH + H20 = Na2

3 Na 2 + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O + Zn (OH) 2

4) Zn(OH) 2 + 2 HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O

7. Çinkonun hidroklorik asit ile etkileşimi sırasında açığa çıkan gaz klor ile karıştırılarak patlatılmıştır. Nihai gaz halindeki ürün, suda çözündürüldü ve manganez dioksit ile işlendi. Ortaya çıkan gaz, sıcak bir potasyum hidroksit çözeltisinden geçirildi.

1) Zn+ 2HCl = ZnCl2 + H2

2) Cl2 + H2 \u003d 2HCl

3) 4HCl + MnO 2 = MnCl2 + 2H20 + Cl2

4) 3Cl 2 + 6KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O

8. Kalsiyum fosfit hidroklorik asit ile muamele edildi. Serbest kalan gaz kapalı bir kapta yakıldı, yanma ürünü bir potasyum hidroksit çözeltisi ile tamamen nötralize edildi. Elde edilen çözeltiye bir gümüş nitrat çözeltisi ilave edildi.

1) Ca3P2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2PH 3

2) PH 3 + 2O 2 = H 3 PO 4

3) H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H2O

4) K 3 PO 4 + 3AgNO 3 = 3KNO 3 + Ag 3 PO 4

1) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O

2) Cr 2 O 3 + 3H 2 SO 4 \u003d Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

3)Kr2 (BÖYLE4 ) 3 + 6NaOH= 3Na2 BÖYLE4 + 2Cr(OH)3

4) 2Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3

10 . Kalsiyum ortofosfat, kömür ve nehir kumu ile kalsine edildi. Ortaya çıkan karanlıkta parlayan beyaz madde, bir klor atmosferinde yakıldı. Bu reaksiyonun ürünü, fazla miktarda potasyum hidroksit içinde çözüldü. Elde edilen karışıma bir baryum hidroksit çözeltisi ilave edildi.

1) Ca3 (PO4 ) 2 + 5C + 3SiO2 = 3CaSiO3 + 5CO + 2P

2) 2P + 5Cl2 = 2PCl5

3) PCI5 + 8KOH= K3 PO4 + 5KCl + 4H2 Ö

4) 2K3 PO4 + 3Ba(OH)2 = Ba3 (PO4 ) 2 + 6KOH

11. Alüminyum tozu kükürt ile karıştırıldı ve ısıtıldı. Elde edilen madde suya yerleştirildi. Elde edilen çökelti iki kısma ayrıldı. Bir kısma hidroklorik asit, diğerine ise çökelti tamamen eriyene kadar sodyum hidroksit solüsyonu ilave edildi.

1) 2Al + 3S = Al2 S3

2) Al2 S3 + 6H2 O = 2Al(OH)3 + 3H2 S

3) Al(OH)3 + 3HCl= AlCl3 + 3H2 Ö

4) Al(OH)3 + NaOH = Na

12 . Silikon, bir potasyum hidroksit çözeltisine yerleştirildi, reaksiyonun tamamlanmasından sonra, ortaya çıkan çözeltiye fazla miktarda hidroklorik asit ilave edildi. Oluşan çökelti süzüldü, kurutuldu ve kalsine edildi. Katı kalsinasyon ürünü hidrojen florür ile reaksiyona girer.

1) Si + 2KOH + H2 tamam=K2

Belediye bütçe eğitim kurumu

"Ortaokul No. 6"

Bratsk, Irkutsk bölgesi

Kimya C2 bölümündeki KULLANIM ödevlerini çözme kalıpları.

(Kimya C2 bölümündeki sınava hazırlık)

Kimya hocası

Romanova Alena Leonidovna

Bratsk

C2 bölümünün görevlerini çözmede faydalı olabilecek kalıplar

Bu görevi tamamlamanın tipik zorlukları şunlardır:

Maddelerin (basit ve karmaşık) etkileşim olasılığını, belirli inorganik bileşik sınıflarına ait olmaları açısından ve ayrıca redoks reaksiyonları olasılığı açısından analiz edememe;

Halojenlerin, fosforun ve bunların bileşiklerinin, asitlerin - oksitleyici ajanların, amfoterik oksitlerin ve hidroksitlerin spesifik özelliklerinin cehaleti, indirgeyicisülfür ve halojenürlerin özellikleri.

Bu çalışma sunarinorganik maddelerin kimyasal özellikleri hakkında bilgi.DTüm reaksiyonlar için, kursun koşulları belirtilir ve ayrıca etkileşimin bazı özel durumları veya özellikleri göz önünde bulundurulur.

1. Metal + Metal olmayan. İnert gazlar bu etkileşime girmezler. Metal olmayan bir maddenin elektronegatifliği ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla metalle reaksiyona girer. Örneğin, flor tüm metallerle ve hidrojen yalnızca aktif olanlarla reaksiyona girer. Bir metal, metallerin aktivite serisinde ne kadar soldaysa, o kadar fazla metal olmayanla reaksiyona girebilir. Örneğin, altın sadece flor ile, lityum ise tüm metal olmayanlarla reaksiyona girer.

2. Metal olmayan + metal olmayan. Bu durumda, daha elektronegatif metal olmayan bir oksitleyici ajan, daha az EO - bir indirgeyici ajan olarak işlev görür. Benzer elektronegatifliğe sahip metal olmayanlar birbirleriyle iyi etkileşime girmezler, örneğin, fosforun hidrojen ve silikonun hidrojen ile etkileşimi, bu reaksiyonların dengesi basit maddelerin oluşumuna doğru kaydırıldığından pratik olarak imkansızdır. Helyum, neon ve argon metal olmayanlarla reaksiyona girmez, diğer inert gazlar zorlu koşullar altında flor ile reaksiyona girebilir. Oksijen klor, brom ve iyot ile etkileşime girmez. Oksijen, düşük sıcaklıklarda flor ile reaksiyona girebilir.

3. Metal + asit oksit. Metal, metal olmayanları oksitten geri yükler. Fazla metal daha sonra elde edilen metal olmayan ile reaksiyona girebilir. Örneğin:

2 mg + SiO 2 = 2 MgO + Si(magnezyum eksikliği için)

2 mg + SiO 2 = 2 MgO + mg 2 Si(fazla magnezyum ile)

4. Metal + asit. Voltaj serisindeki hidrojenin solundaki metaller, hidrojeni serbest bırakmak için asitlerle reaksiyona girer.

Bunun istisnası asitlerdir - hidrojenin sağındaki voltaj serisindeki metallerle reaksiyona girebilen oksitleyici maddeler (konsantre sülfürik ve herhangi bir nitrik asit), reaksiyonlarda hidrojen salınmaz, ancak su ve asit indirgeme ürünü Elde edilen.

Bir metal fazla polibazik asit ile etkileşime girdiğinde, bir asit tuzu elde edilebileceğine dikkat etmek gerekir:mg +2 H 3 PO 4 = mg( H 2 PO 4 ) 2 + H 2 .

Asit ve metal etkileşiminin ürünü çözünmeyen bir tuz ise, metalin yüzeyi çözünmeyen tuz tarafından asidin etkisinden korunduğu için metal pasifleştirilir. Örneğin, seyreltik sülfürik asidin kurşun, baryum veya kalsiyum üzerindeki etkisi.

5. Metal + tuz. çözümde bu reaksiyon, magnezyumun kendisi de dahil olmak üzere voltaj serisinde magnezyumun sağındaki, ancak tuz metalinin solundaki bir metali içerir. Metal magnezyumdan daha aktifse, tuzla değil, suyla reaksiyona girerek alkali oluşturur ve daha sonra tuzla reaksiyona girer. Bu durumda, ilk tuz ve elde edilen tuz çözünür olmalıdır. Çözünmeyen ürün metali pasifleştirir.

Ancak, bu kuralın istisnaları vardır:

2FeCl 3 + Cu = CuCl 2 + 2FeCl 2 ;

2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 . Demir bir ara oksidasyon durumuna sahip olduğundan, en yüksek oksidasyon durumundaki tuzu, daha az aktif metalleri bile oksitleyerek, ara oksidasyon durumunda bir tuza kolayca indirgenir.

erimiş halde bir dizi metal stresi çalışmaz. Bir tuz ile bir metal arasındaki reaksiyonun mümkün olup olmadığını ancak termodinamik hesaplamaların yardımıyla belirlemek mümkündür. Örneğin, potasyum daha uçucu olduğu için sodyum, potasyum klorür eriyiğinden potasyumun yerini alabilir:Na + KCI = NaCl + K(bu reaksiyon entropi faktörü tarafından belirlenir). Öte yandan, sodyum klorürden yer değiştirme ile alüminyum elde edildi: 3Na + AlCl 3 = 3 NaCl + Al. Bu süreç ekzotermiktir ve entalpi faktörü tarafından belirlenir.

Tuz ısıtıldığında bozunabilir ve bozunma ürünleri alüminyum nitrat ve demir gibi metalle reaksiyona girebilir. Alüminyum nitrat, alümina, nitrik oksite ısıtıldığında ayrışır (IV) ve oksijen, oksijen ve nitrik oksit demiri oksitleyecektir:

10Fe + 2Al(HAYIR 3 ) 3 = 5Fe 2 Ö 3 + Al 2 Ö 3 + 3N 2

6. Metal + bazik oksit. Ayrıca erimiş tuzlarda olduğu gibi bu reaksiyonların olasılığı termodinamik olarak belirlenir. Alüminyum, magnezyum ve sodyum genellikle indirgeyici ajanlar olarak kullanılır. Örneğin: 8Al + 3 Fe 3 Ö 4 = 4 Al 2 Ö 3 + 9 Feekzotermik reaksiyon, entalpi faktörü);2Al + 3 Rb 2 Ö = 6 Rb + Al 2 Ö 3 (uçucu rubidyum, entalpi faktörü).

7. Metal olmayan + bazik oksit. Burada iki seçenek mümkündür: 1) metal olmayan indirgeyici ajan (hidrojen, karbon):CuO + H 2 = Cu + H 2 Ö; 2) metal olmayan oksitleyici ajan (oksijen, ozon, halojenler): 4FeO + Ö 2 = 2 Fe 2 Ö 3 .

8. Metal olmayan + taban. Kural olarak, reaksiyon metal olmayan ve alkali arasında gerçekleşir.Tüm metal olmayanlar alkalilerle reaksiyona giremez: halojenlerin bu etkileşime (sıcaklığa bağlı olarak farklı), kükürt (ısıtıldığında), silikon, fosfor girdiği unutulmamalıdır.

KOH + Cl 2 = KClO + KCI + H 2 Ö(soğukta)

6 KOH + 3 Cl 2 = KClO 3 + 5 KCI + 3 H 2 Ö(sıcak solüsyonda)

6KOH + 3S = K 2 BÖYLE 3 + 2K 2 S+3H 2 Ö

2KOH + Si + H 2 tamam=K 2 SiO 3 + 2H 2

3KOH + 4P + 3H 2 O=PH 3 + 3KPH 2 Ö 2

9. metal olmayan + asit oksit . Burada da iki seçenek var:

1) metal olmayan - indirgeyici ajan (hidrojen, karbon):

BÖYLE 2 + C = 2CO;

2NA 2 + 4H 2 = 4H 2 O+N 2 ;

SiO 2 +C=CO 2 + Si.Elde edilen metal olmayan, indirgeyici ajan olarak kullanılan metal ile reaksiyona girebilirse, reaksiyon daha da ileri gidecektir (fazla karbon ile)SiO 2 + 2 C = CO 2 + Siİle

2) metal olmayan oksitleyici ajan (oksijen, ozon, halojenler):

2CÖ + Ö 2 = 2СО 2 .

İleÖ + Cl 2 = COCl 2 .

2 NUMARA + Ö 2 = 2 NÖ 2 .

10. Asit oksit + bazik oksit . Oluşan tuz prensipte mevcutsa reaksiyon devam eder. Örneğin, alüminyum oksit, alüminyum sülfat oluşturmak için sülfürik anhidrit ile reaksiyona girebilir, ancak karşılık gelen tuz olmadığı için karbon dioksit ile reaksiyona giremez.

11. Su + bazik oksit . Reaksiyon, bir alkali, yani çözünür bir baz (veya kalsiyum durumunda az çözünür) oluşursa mümkündür. Baz çözünmez veya az çözünürse, bazın oksit ve suya ayrışmasının ters bir reaksiyonu vardır.

12. Bazik oksit + asit . Elde edilen tuz varsa reaksiyon mümkündür. Elde edilen tuz çözünmezse, asidin oksit yüzeyine erişimini bloke ederek reaksiyon pasifleştirilebilir. Bir polibazik asidin fazla olması durumunda, bir asit tuzu oluşumu mümkündür.

13. asit oksit + baz . Kural olarak, reaksiyon alkali ve asit oksit arasında gerçekleşir. Asit oksit bir polibazik aside karşılık geliyorsa, bir asit tuzu elde edilebilir:CO 2 + KOH = KHCO 3 .

Güçlü asitlere karşılık gelen asit oksitler de çözünmeyen bazlarla reaksiyona girebilir.

Bazen zayıf asitlere karşılık gelen oksitler, çözünmeyen bazlarla reaksiyona girer ve ortalama veya bazik bir tuz elde edilebilir (kural olarak, daha az çözünür bir madde elde edilir): 2mg( ey) 2 + CO 2 = ( MgOH) 2 CO 3 + H 2 Ö.

14. asit oksit + tuz. Reaksiyon eriyik içinde ve çözelti içinde gerçekleşebilir. Eriyikte, daha az uçucu oksit, daha uçucu oksiti tuzdan uzaklaştırır. Çözeltide, daha güçlü aside karşılık gelen oksit, daha zayıf aside karşılık gelen oksitin yerini alır. Örneğin,Na 2 CO 3 + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + CO 2 , ileri yönde, bu reaksiyon eriyikte ilerler, karbon dioksit silikon oksitten daha uçucudur; ters yönde reaksiyon çözelti halinde ilerler, karbonik asit silisik asitten daha güçlüdür ve silikon oksit çökelir.

Bir asit oksidi kendi tuzuyla birleştirmek mümkündür, örneğin dikromat kromattan elde edilebilir ve disülfat sülfattan elde edilebilir ve disülfit sülfitten elde edilebilir:

Na 2 BÖYLE 3 + BÖYLE 2 = Na 2 S 2 Ö 5

Bunu yapmak için, bir kristal tuz ve saf oksit veya doymuş bir tuz çözeltisi ve fazla miktarda asidik oksit almanız gerekir.

Çözeltide, tuzlar asit tuzları oluşturmak için kendi asit oksitleriyle reaksiyona girebilir:Na 2 BÖYLE 3 + H 2 Ö + BÖYLE 2 = 2 NaHSO 3

15. Su + asit oksit . Reaksiyon, çözünür veya az çözünür bir asit oluşursa mümkündür. Asit çözünmez veya az çözünür ise, asidin oksit ve suya ayrışmasının ters bir reaksiyonu vardır. Örneğin, sülfürik asit, oksit ve sudan elde etme reaksiyonu ile karakterize edilir, ayrışma reaksiyonu pratik olarak gerçekleşmez, silisik asit su ve oksitten elde edilemez, ancak bu bileşenlere kolayca ayrışır, ancak karbonik ve kükürtlü asitler katılabilir. hem doğrudan hem de geri reaksiyonlarda.

16. Baz + asit. Reaksiyon, reaktanlardan en az biri çözünürse devam eder. Reaktiflerin oranına bağlı olarak orta, asidik ve bazik tuzlar elde edilebilir.

17. Baz + tuz. Her iki başlangıç materyali de çözünürse ve ürün olarak en az bir elektrolit olmayan veya zayıf elektrolit (çökelti, gaz, su) elde edilirse reaksiyon ilerler.

18. Tuz + asit. Genelde,reaksiyon, her iki başlangıç materyali de çözünür ise ve bir ürün olarak en az bir elektrolit olmayan veya zayıf bir elektrolit (çökelti, gaz, su) elde edilirse ilerler.

Güçlü bir asit, zayıf asitlerin (karbonatlar, sülfitler, sülfitler, nitritler) çözünmeyen tuzları ile reaksiyona girebilir ve gaz halinde bir ürün açığa çıkar.

Daha uçucu bir asit elde edilirse, konsantre asitler ve kristal tuzlar arasındaki reaksiyonlar mümkündür: örneğin, konsantre sülfürik asidin kristalli sodyum klorür üzerindeki etkisiyle hidrojen klorür elde edilebilir, hidrojen bromür ve hidrojen iyodin ortofosforik etkiyle elde edilebilir. asit karşılık gelen tuzlar üzerinde. Bir asit tuzu elde etmek için bir asit ile kendi tuzu üzerinde hareket etmek mümkündür, örneğin:BaSO 4 + H 2 BÖYLE 4 = Ba( HSO 4 ) 2 .

19. Tuz + tuz. Genelde,reaksiyon, her iki başlangıç materyali de çözünürse ve bir ürün olarak en az bir elektrolit olmayan veya zayıf bir elektrolit elde edilirse ilerler.

Çözünürlük tablosunda bir tire ile gösterilen bir tuzun oluştuğu durumlara özellikle dikkat edelim. Burada 2 seçenek var:

1) tuz yoktur çünkügeri dönüşümsüz olarak hidrolize . Bunlar karbonatların, sülfitlerin, sülfürlerin, üç değerlikli metallerin silikatlarının ve ayrıca iki değerlikli metallerin ve amonyumun bazı tuzlarının çoğunluğudur. Üç değerlikli metal tuzları karşılık gelen baz ve aside hidrolize edilir ve iki değerlikli metal tuzları daha az çözünür bazik tuzlara hidrolize edilir.

Örnekleri düşünün:

2 FeCl 3 + 3 Na 2 CO 3 = Fe 2 ( CO 3 ) 3 + 6 NaCl (1)

Fe 2 (CO 3 ) 3 + 6H 2 O = 2Fe(OH) 3 + 3 H 2 CO 3

H 2 CO 3 suya ve karbondioksite ayrışır, sol ve sağ kısımlardaki su azalır ve ortaya çıkar: Fe 2 ( CO 3 ) 3 + 3 H 2 Ö = 2 Fe( ey) 3 + 3 CO 2 (2)

Şimdi (1) ve (2) denklemlerini birleştirir ve demir karbonatı azaltırsak, ferrik klorürün etkileşimini yansıtan toplam denklemi elde ederiz (III) ve sodyum karbonat: 2FeCl 3 + 3 Na 2 CO 3 + 3 H 2 Ö = 2 Fe(ey) 3 + 3 CO 2 + 6 NaCl

CuSO 4 + Na 2 CO 3 = CuCO 3 + Na 2 BÖYLE 4 (1)

Altı çizili tuz, tersinmez hidroliz nedeniyle mevcut değildir:

2CuCO 3 + H 2 O=(CuOH) 2 CO 3 +CO 2 (2)

Şimdi (1) ve (2) denklemlerini birleştirir ve bakır karbonatı azaltırsak, sülfat etkileşimini yansıtan toplam denklemi elde ederiz (II) ve sodyum karbonat:

2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O=(CuOH) 2 CO 3 + CO 2 + 2Na 2 BÖYLE 4

2) Tuz olmadığı içinmolekül içi redoks , bu tür tuzlar şunları içerir:Fe 2 S 3 , FeI 3 , CuI 2 . Elde edilir edilmez hemen ayrışırlar:Fe 2 S 3 = 2 FeS+ S; 2 FeI 3 = 2 FeI 2 + İ 2 ; 2 CuI 2 = 2 CuI + İ 2

Örneğin;FeCl 3 + 3 KI = FeI 3 + 3 KCI (1),

ama velakinFeI 3 ayrışmasının ürünlerini yazmanız gerekir:FeI 2 + İ 2.

O zaman şunları elde edersiniz: 2FeCl 3 + 6 KI = 2 FeI 2 + İ 2 + 6 KCI

Bu reaksiyonu kaydetmenin tek yolu bu değildir, eğer iyodür yetersiz ise iyot ve demir klorür elde edilebilir (II):

2 FeCl 3 + 2 KI = 2 FeCl 2 + İ 2 + 2 KCI

Önerilen şema hakkında hiçbir şey söylemiyoramfoterik bileşikler ve bunlara karşılık gelen basit maddeler. Onlara özellikle dikkat edeceğiz. Böylece, bu şemadaki amfoterik oksit hem asidik hem de bazik oksitlerin yerini alabilir, amfoterik hidroksit asit ve bazın yerini alabilir. Asidik olarak hareket eden amfoterik oksitler ve hidroksitlerin, susuz bir ortamda sıradan tuzlar ve çözeltilerde karmaşık tuzlar oluşturduğu unutulmamalıdır:

Al 2 Ö 3 + 2 NaOH = 2 NaAlO 2 + H 2 Ö(sinterleme)

Al 2 Ö 3 + 2 NaOH + 3 H 2 Ö = 2 Na[ Al(ey) 4 ] (çözeltide)

Amfoterik oksitlere ve hidroksitlere karşılık gelen basit maddeler, kompleks tuzlar oluşturmak ve hidrojen salmak için alkali çözeltilerle reaksiyona girer: 2Al + 2 NaOH + 6

İnorganik maddelerin kimyasal özellikleri. Lidin R.A. ve benzeri. 3. baskı, rev. - M.: Kimya, 2000 - 480 s.