1 и дает в год около 100 летучих

1
Решение биологических задач с применением математических методов
1. Одно растение одуванчика занимает на Земле площадь 10 см2 и дает в год около 100 летучих
семян. Сколько квадратных километров площади покроет все потомство одной особи
одуванчика через 10 лет при условии, что он размножается беспрепятственно в
геометрической прогрессии. [Площадь поверхности суши на Земле 148 млн. кв. км].
2. Рассчитайте длительность сердечного цикла у человека, пульс которого равен 80 ударам в
минуту. Рассчитайте частоту сердечных сокращений у человека, длительность сердечного
цикла которого равна 1с.
3. Количество крови у человека составляет 5,5 литра. В 1л крови содержится 140 г гемоглобина.
Определите общее содержание гемоглобина в крови этого человека.
4. За одно сокращение сердце человека выбрасывает в аорту 50 мл крови, а за 1 минуту из
сердца в аорту проходит 3750 мл крови. Определите пульс этого человека.
5. Дано содержание калия (40К) в найденных палеонтологических остатках: парапитека – 95%,
археоптерикса – 75%, стегоцефала – 48 % от первоначального содержания. Определите
геологический возраст этих животных с учетом периода полураспада 40К – 300 млн. лет.
6. Соотношение между массой съедаемой за сутки пищи (p) и массой тела (m) изменчиво.
Расположите в порядке возрастания соотношения p/m следующих птиц: голубь, снегирь,
дрофа, колибри, тетерев.
7. Допустим, что ДНК в клетке кишечной палочки реплицируется со скоростью 100 000
нуклеотидов в минуту, и для репликации хромосомы требуется 40 минут. Какова длина
хромосомы кишечной палочки и сколько в ней пар нуклеотидов?
8. Пусть бактериальная колония состоит из 1024 клеток. Из них примерно 1,5 % являются
мутантными. Рассчитайте, на какой генерации возникла мутация.
9. Максимальная механическая работа, которая может быть совершена человеком в результате
окисления 2 г фруктозы кислородом, равна 13 кДж. При этом выделится теплота, равная 9,6
кДж/г. Какая масса фруктозы должна окислиться в организме, чтобы человек мог поднять
груз массой 20 кг на высоту 2 м 25 раз?
10. К раствору пероксида водорода добавляли при разных значениях рН по 1 мл раствора
каталазы и отмечали время, за которое удавалось собрать 10 мл О2. При этом были получены
следующие результаты:
рН раствора
время, мин
4,00
20,00
5,00
12,50
6,00
10,00
7,00
13,60
8,00
17,40
Составьте график и выявите закономерности
Графические методы решения задач
1. На графике кривые 1 и 2 соответствуют пределам температуры для видов 1 и 2. Вид 2 вытеснит вид 1
в конкуренции в том случае, если:
2
A. Температура в пределах t1 — t2.
B. Температура в пределах t2 — t3.
C. Температура ниже t1.
D. Когда имеются резкие колебания температуры.
Е. Температура выше t3.
2. Относительная скорость роста четырех органов человеческого тела показана на следующих графиках.
Выберите соответствующие графикам органы, внося знак (√) в соответствующую клетку таблицы.
P
Q
R
S
Печень
Мозг
Вилочковая железа
Половые железы
3. На рисунке ниже представлены различные типы клеточного цикла (от A до D). Определите, для какого
типа клеток они характерны.
3
I.
II.
III.
IV.
Типы клеток:
Эпителиальные клетки человека.
Эмбриональные клетки морского ежа на стадии до 128 клеток.
Клетки слюнной железы дрозофилы.
Плазмодий миксомицетов.
I
II
III
IV
4. Корни растущего растения были исследованы в отношении пространственного распределения
делящихся клеток и клеток, увеличивающихся в длину. Корни пометили графитом в различных
местах (черные точки P) вдоль оси корня. Расстояние метки от верхушки корня сразу же за
корневым чехликом до точки конкретной точки Px соответствует величине x.
Для каждой точки Px были исследованы следующие параметры:
I. Общее число эпидермальных клеток, находящихся между P0 и Px.
II. Число митотически активных эпидермальных клеток, находящихся между P0 и Px
III. Скорость смещения (удаления) Px от P0
Если по этим данным построить графики зависимости указанных выше параметров от x, то
какой вид они будет иметь? Выберите из предоставленных графиков наиболее подходящий график
для каждого из исследованных параметров.
I
II
III
4
5. Изображенная на схеме пищевая сеть не содержит паразитов и редуцентов и отражает
трофические связи между различными видами (А-О). Какими буквами на схеме обозначены
1) растительноядные организмы; 2) продуценты.
E
B
G
F
L
N
M
O
H
K
A
D
C
6. На графике отражено различное отношение обитателей морей и океанов к солености воды.
Расположите данные организмы в порядке усиления их стенобионтности.
Г
А
Биомасса
В
Б
Соленость воды
7. На схеме изображены экологические ниши растений в двухмерном пространстве по двум
факторам – плодородию и влажности почвы. Какие из этих растений можно считать 1)
эврибионтами, а какие 2) стенобионтами по какому-либо одному фактору?
5
Тимьян
Плодородие почвы
Солянка
Овсяница
Ковыль
Щучка
Вереск
Влажность почвы
Решение биологических задач с использованием химических методов.
1. Предложите объяснение, каким образом карбонат-анионы (СО32-)и фосфат-анионы (РО43-) могут
поддерживать рН (кислотность среды) в клетке. Почему хлорид-анионы (Cl-)и нитрат-анионы (NO3-)
не обладают такими свойствами?
2. За сутки человек массой 60 кг при дыхании потребляет в среднем 430г кислорода (или 300л из
расчета 200см3 на 1 кг массы в 1ч). Один 25-летний тополь в процессе фотосинтеза за сезон (5
месяцев) поглощает42 кг углекислого газа. Определите, сколько таких деревьев обеспечит
кислородом одного человека. Мышцы при беге со средней скоростью за 1 мин расходуют 24 кДж
энергии. Сколько граммов глюкозы расходуют мышцы за 25 минут бега при достаточном доступе
кислорода? Сколько граммов глицерина было израсходовано клетками организма человека на
синтез триглицерида, если известно, что при этом было затрачено 21 моль высших карбоновых
кислот?
3. Как вы думаете, почему при сгорании жиров выделяется намного больше энергии, чем при
сгорании такого же количества углеводов.
4. В образце ДНК позвоночного животного содержится 0,22 мг/моль дезоксирибозы и 0,03 мг/моль
гуанина. Определите содержание аденина в данном образце ДНК.
5. Раствор аммиака сильно угнетает способность лизосом переваривать попавшие в них частицы.
Чем это можно объяснить?
6. Определите, какое количество пировиноградной кислоты образуется из 360 г глюкозы при
гликолизе.
7. Рассчитайте, какой объем углекислого газа выделится организмом при полном окислении его
клетками 54 г глюкозы.(40,3 л)
8. При окислении 1 моль глюкозы в живых клетках организма фосфорилируется 38 молей АДФ в
АТФ и запасается 1520 кДж (380 ккал) энергии. При езде на велосипеде человек затрачивает около
40 кДж в минуту. Рассчитайте, сколько граммов глюкозы должно окислиться для езды на
велосипеде в течение 6 ч 20 мин
9.В процессе диссимиляции произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному
(кислородному) расщеплению подверглись только 2 моль. Определите, сколько моль молочной
кислоты и углекислого газа при этом образовалось? Сколько моль АТФ синтезировалось? Сколько
моль кислорода следует добавить для полного окисления образовавшейся в данных условиях
молочной кислоты?
10.В одном сосуде, содержащем 100г растворенной глюкозы, находятся хлорелла и инфузория.
Сколько глюкозы будет в этом сосуде через 10 минут на свету, если известно, что продуктивность
фотосинтеза – 8 г в минуту, а на диссимиляцию хлорелла расходует 2 г глюкозы за минуту, а
инфузория – 3 грамма? Сколько глюкозы будет в этом сосуде через 10 минут в темноте?
6
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
1. Строение и свойства углеводов, липидов
При окислении 1г углевода и белка выделяется 17,6 кДж энергии, при окислении 1г липидов
выделяется 38,9 кДж энергии.
1. Молекулярная формула глюкозы С6Н12О6. Какова молекулярная
формула полимера,
образованного соединением 10 молекул глюкозы путем поликонденсации?
2. Сколько молекул воды необходимо затратить для гидролиза молекулы крахмала, состоящей
из 120 остатков глюкозы?
3. В чай добавили 10 г свекловичного сахара, содержащего 95% сахарозы. Сколько энергии
может усвоить организм из данной порции сахара, при к.п.д. 56%? Сколько энергии
потеряется в виде тепла?
4. Жир, состоящий из триглицерида стеариновой кислоты (С17Н35СООН) подвергся омылению.
Мыло какой массы получится при омылении 500г этого липида?)
5. Какое количество молекул водорода необходимо для полного насыщения 100г триглицерида,
образованного олеиновой кислотой (С17Н33СООН)?
2. Строение и свойства белков
1. Соедините пептидной связью аминокислоты:
аланин СН3СН NH2- COOH и глицин CH2NH2- COOH.
2. Сколько дипептидов можно построить из валина, глицина и аланина?
3. Сколько трипептидов можно построить из валина и лейцина (С4Н9СНNH2- COOH)?
4. Сколько дипептидов можно создать из 4 аминокислот? Сколько тетрапептидов можно создать
из двух аминокислот? Выведите формулу, определяющую зависимость количества
полимеров от количества разных мономеров и длины цепи. Представьте эти результаты в
виде графика и объясните их.
5. Неполярные радикалы имеют следующие аминокислоты: метионин, аланин, пролин, валин,
лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин.
Сколько гидрофобных взаимодействий
возможно в молекуле белка, имеющей среди прочих, аминокислотные остатки: мет, арг, ала,
лиз, про, вал, мет, сер, три, лей, ала.
6. Полярные положительные радикалы имеют аминокислоты аргинин, гистидин и лизин.
Радикалы глутаминовой кислоты и аспарагиновой кислоты имеют отрицательный заряд.
Полярные заряженные радикалы в водной среде образуют ионные связи и стабилизируют
третичную структуру белка. Сколько ионных связей между радикалами аминокислот может
образоваться в третичной структуре белковой молекулы, в которой имеются следующие
радикалы аминокислот: глу, асп, асп, глу, арг, гис, лиз?
7. Трипептид состоит из трех молекул аспарагиновой кислоты. Как изменится суммарный
заряд данной молекулы при уменьшении рН раствора на одну единицу?
8. Полигистидиновый фрагмент поместили в водный раствор сильной кислоты. Как изменится
реакция раствора?
3. Строение и свойства нуклеиновых кислот
Спираль ДНК имеет витки длиной в 10 пар нуклеотидов. Длина одного нуклеотида примерно 0,34
нм, средняя относительная масса нуклеотида 345.
1. В молекуле ДНК обнаружено 570 адениловых нуклеотидов. Они составляют 30% всех
нуклеотидов в этой молекуле. Определите: а)число остальных типов нуклеотидов по
отдельности; б) относительную молекулярную массу этой молекулы; в) длину этой молекулы.
2. Если вирусная частица имеет двухнитчатую кольцевую молекулу ДНК размером 200 тысяч
пар нуклеотидов, то сколько нуклеотидов находится в этой молекуле? Сколько полных
витков приходится на эту молекулу ДНК? Сколько атомов фосфора содержится в каждой
из нитей ДНК
3. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 000, из них 8625 приходится на
долю адениловых нуклеотидов. Сколько содержится в нуклеотидов по отдельности и какова
длина этой ДНК?
7
4. РНК, выделенная из ВТМ (вируса табачной мозаики) содержит 20% цитозина. Можно ли
рассчитать процентное содержание аденина в этой молекуле?
5. Какая и-РНК образуется при транскрипции данных фрагментов ДНК:
а. 3'АЦГТАГЦТАГАГ5’
б. 5'ЦГАТЦГАТЦГАГ3'
6. Какое количество нуклеотидов содержится в иРНК, кодирующей полипептид, молекулярная масса
которого равна 27кДа, если молекулярная масса одной аминокислоты в белке составляет примерно
100 Да?
7. Определите структуру антикодонов тРНК, участвующих в сборке белка, закодированного в
данном гене:- АГЦТАГЦТАТГЦААЦГАТЦГА.
№ 70 – на отдельных листах
Ответ:
Ц
ДНК
Т Г А
Ц А
У
иРНК
Г Ц А Антико
дон
тРНК
три
белок
8. Без использования таблицы генетического кода установите, какое количество аминокислот
кодируют нуклеотидные цепи:
а. 5' АЦТ ГТА ТГЦ ТАА АТА ТЦТ ГТГ ТГЦ ТЦГ ТГЦ 3'
9. Какова первичная структура белка, закодированного на ДНК: 3'ГАГГАЦГАТГАА5'? Какой вывод
следует из анализа решения этой задачи?
10. Какие т-РНК участвуют в сборке следующего белка: аланин-тирозин-серин-аргинин.
Деление клетки
1. Молекула ДНК имеет длину 340 нм. Сколько остатков фосфорной кислоты необходимо для
осуществления ее репликации?
2. Даны две группы клеток по 100 диплоидных клеток в каждой. Каждая клетка содержит по 8
хромосом (ААВВССЕЕ). Во всех клетках первой группы произошел митоз, во всех клетках
второй групп – мейоз. Определите, количество дочерних клеток в каждой группе и
количество хромосом в каждой клетке после деления.
3. Установите, в какой последовательности изменяется количество хромосом в клетке до и во
время мейоза, если ее диплоидный набор составляет 34 хромосомы.
4. В клетках растения томата по 24 хромосомы. В одной клетке происходит мейоз. Из
образовавшихся клеток три дегенерируют, а одна трижды делится митозом. Сколько
клеточных ядер при этом получается? Сколько хромосом в каждом из них?
5. Сколько сперматозоидов образуется при мейозе 18 сперматогониев?
6. Сколько яйцеклеток образуется из 18 ооцитов первого порядка?
8
Задачи на применение закономерностей мутационной изменчивости.
1.
В нуклеотидной последовательности фрагмента гена ААГТТ произошла дупликация по
третьему нуклеотиду. Запишите нуклеотидную последовательность этого фрагмента после
дупликации.
2.
В нуклеотидной последовательности участка гена ТАЦАГТ произошла инверсия на участке
3-5 нуклеотидов. Запишите изменённую нуклеотидную последовательность.
3.
Определите порядок аминокислот в участке молекулы белка, если известно, что он
кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК: ТГАТГЦГТТТАТГЦГЦ. Как изменится
полипептид, если химическим путем произошла делеция из молекулы ДНК 9-го и 12-го
нуклеотидов?
4.
Под воздействием азотистой кислоты цитозин превращается в гуанин. Какое строение будет
иметь участок синтезируемого белка, если должен был создаваться белок вируса табачной мозаики с
последовательностью аминокислот: серин—глицин—серин—изолейцин—треонин—пролин—серин,
но все цитозиновые нуклеотиды соответствующего участка РНК вируса табачной мозаики
подверглись химическому превращению?
5.
Определите, какой тип мутаций изображен на рисунке. Допишите нуклеотидную
последовательность в цепи ДНК (2-4). В каком из случаев ген в ДНК будет более всего изменен? К
каким последствиям это может привести?
6.
Определите, к какому типу относятся мутации, изображенные на рисунке (1-4). Как они
происходят? Объясните, к каким последствиям могут привести перестройки хромосом в каждом
случае.
Схемы хромосомных перестроек.
7.Закончите схему скрещивания, изображённую на рисунке. Запишите результат аномальной и
нормальной гамет. Сколько гомологичных хромосом попадает в каждую из зигот F1? Как
называется такой тип мутации?
9
8.Среди новорожденных мальчиков с частотой 0,10—0,15% встречаются лица с набором хромосом
XYY. Они, как правило, достигают высокого роста (180—185 см). У большинства из них сохранен
интеллект, половая функция не нарушена, и они имеют детей с нормальным кариотипом.
Особенность подростков с синдромом XYY — эмоционально-волевые нарушения (беспричинные
колебания настроения, взрывной характер, импульсивность и агрессивность по самым
незначительным поводам) в сочетании с внушаемостью, имитацией поведения взрослых. Какие
предположения можно выдвинуть о причинах появления синдрома XYY, сохранения у его носителей
половых функций и о влиянии добавочной Y-хромосомы на формирование и развитие организма?
9. У людей, больных серповидноклеточной анемией, первичная структура гемоглобина отличается
от нормального гемоглобина только в одной точке: седьмое место занимает не глутаминовая
кислота, а валин. Какие минимальные изменения гена вызывают серповидноклеточную анемию?
10. На рисунке изображены некоторые типы хромосомных мутаций. Обозначьте их, в скобки
впишите соответствующие буквы.
1-----------------------------------------( ) 3--------------------------------------( )
2-----------------------------------------( ) 4--------------------------------------( )
11.
Гибрид тритикале получен путем скрещивания гексаплоидной пшеницы (6n) с диплоидной
рожью (2n) с дальнейшим удвоением числа хромосом. Определите количество хромосом в генотипе
тритикале, если у пшеницы 2n =14, у ржи 2n+14
12.
Для одной из сельскохозяйственных культур (n = 12) было замечено улучшение качественных
признаков вследствие спонтанной мутации – трисомии по пятой хромосоме. Для стабилизации
данной мутации в новом сорте число хромосом было удвоено. Определите количество хромосом в
клетках потомка, полученного при скрещивании растения нового сорта с исходным.
13.
Культурную сливу получили путем межвидовой гибридизации терна с алычей с
последующим удвоением числа хромосом. В генотипе культурной сливы 48 хромосом (2n).
Определите, сколько хромосом содержится в гаплоидном наборе терна, если известно, что
гаплоидный набор алычи 8 хромосом.
10
Задачи на построение рефлекторных дуг
1.Нарисуйте схему рефлекторной дуги оборонительного рефлекса отдёргивания человекам руки от
горячего предмета. Подпишите части рефлекторной дуги.
2.Нарисуйте схему рефлекторной дуги коленного рефлекса у человекам.
3.Нарисуйте схему рефлекторной дуги пищевого рефлекса (слюноотделение) на вкус пищи.
4.Нарисуйте схему рефлекторный дуги рефлекса выделения слюны на звук колокольчика.
5.При виде человека в белом халате ребенок плачет. Нарисуйте схему рефлекторной дуги данного
условного рефлекса.
6.Установите последовательность передачи нервного импульса при возникновении условного
слюноотделительного рефлекса у человека, выбрав необходимые элементы из предложенных:
1
Вид лимона
2
Продолговатый мозг
3
Рецепторы сетчатки глаза
4
Кора больших полушарий
5
Афферентный нейрон
6
Эфферентный нейрон
7
Усиление секреции слюнных желез
8
Хеморецепторы языка
7.Составьте последовательность прохождения нервного импульса по трехнейронной рефлекторной
дуге спинального симпатического рефлекса человека, используя все элементы:
1
Аксон афферентного нейрона
2
тело эфферентного ганглионарного нейрона
3
Тело вставочного нейрона
4
Преганглионарное волокно
5
Постганглионарное эфферентное волокно
6
Афферентное нервное волокно
7
Спинномозговой ганглий
8
Эффектор
8. Составьте последовательность прохождения нервного импульса по трехнейронной рефлекторной
дуге соматического рефлекса человека, используя все элементы:
1
Мышца
2
Аксон вставочного нейрона
3
Аксон мотонейрона
4
Тело вставочного нейрона
5
Афферентное нервное волокно
6
Аксон чувствительного нейрона
7
Спинномозговой ганглий
8
Тело мотонейрона
9. Установите последовательность прохождения нервного импульса по рефлекторной дуге при
острой диарее у человека, выбрав необходимые элементы из предложенных:
1
Мехенорецепторы мочевого пузыря
2
Вставочные нейрона продолговатого мозга
3
Чувствительный нейрон
4
Двигательный нейрон
5
Мускулатура анального сфинктера
6
Механорецепторы прямой кишки
7
Вставочные нейроны спинного мозга
8
Мускулатура уретры
10. Установите последовательность прохождения нервного импульса по рефлекторной дуге
защитной реакции усиления теплоотдачи у человека, выбрав необходимые элементы из
предложенных:
1
Мехенорецепторы ресничного эпителия кожи
11
2
Вставочные нейрона продолговатого мозга
3
Афферентный нейрон
4
Эфферентный нейрон
5
Гладкая мускулатура кожи расслабляется
6
Терморецепторы дермы
7
Вставочные нейроны гипоталамуса
8
Просвет капилляров расширяется
11. Установите последовательность передачи нервного импульса по рефлекторной дуге
парасимпатической нервной системы человека, выбрав необходимые элементы из предложенных:
1
Преганглионарный нейрон
2
Постганглионарный нейрон
3
Гладкая мускулатура мочевого пузыря
4
Механорецепторы мочевого пузыря
5
Симпатический ствол
6
Спинной мозг
7
Чувствительный нейрон
8
Кора больших полушарий
1.
2.
3.
4.
Задачи на состав и свойства крови
При определении группы крови человека в стандартных сывороток I, II, III групп произошла
агглютинация исследуемых эритроцитов. Какая группа крови у исследуемого человека?
При определении группы крови произошла агглютинация в стандартных сыворотках I, III
группы. Какая группа крови у исследуемого человека? При определении группы крови человека в
стандартных сывороток I, II групп произошла агглютинация исследуемых эритроцитов. Какая
группа крови у исследуемого человека?
Эритроциты каких групп крови агглютинируют в стандартной сыворотке первой (четвертой)
группы?
Эритроциты перенесли в три раствора соли с концентрациями I, II и III. Результаты показаны
схематически. Соотношение концентраций растворов составляет:
А. I > II > III;
B. II > I > III;
C. I < II < III;
D. II < I > III;
E. I < III < II.
5. Определите
ориентировочный
основе анализа крови:
Количество эритроцитов 3,0 - 5,1 x 10 12/л
Гемоглобин 90 г/л
Количество лейкоцитов 6,0 x 10 12/л
Количество тромбоциты 380 x 10 12/л
COЭ (РОЭ) 12 мм/ч
6. Определите ориентировочный диагноз на основе анализа крови:
Количество эритроцитов 4,5 x 10 12/л
Гемоглобин. 140 г/л
Количество лейкоцитов 14 x 10 12/л
диагноз на
12
Количество тромбоциты 200 x 10 /л
COЭ (РОЭ) 25 мм/ч
7. Определите ориентировочный диагноз на основе анализа крови:
Количество эритроцитов 5 x 10 12/л
Гемоглобин 130 г/л
Количество лейкоцитов 4 x 10 12/л
Количество тромбоциты 120 x 10 12/л
COЭ (РОЭ) 4 мм/ч
12
Задачи на закономерности кровообращения
1. Проследите путь крови, доставляющей кислород от легких к головному мозгу;
2. Проследите путь крови, доставляющей питательные вещества от кишечника к мышцам ноги.
3. В каком порядке будет действовать гормон адреналин на следующие органы: печень, мозг, легкие,
сердце?
4. При лечении коклюша использовали антибиотик в виде таблеток. Проследите путь перемещения
лекарства в организме человека до органа-мишени, выбрав все необходимые элементы:
1
Верхняя полая вена
2
Печень
3
Сердце
4
Капилляры тонкого кишечника
5
Капилляры легких
6
Бронхи
7
Нижняя полая вена
5. При лечении заболевания сердца использовали бициллин в виде внутримышечных инъекций в
ягодичную мышцу. Проследите путь перемещения лекарства в организме человека до органамишени, выбрав все подходящие элементы из предложенных:
1
Аорта
2
Капилляры ягодичной мышцы
3
Нижняя полая вена
4
Венечная артерия сердца
5
Печень
6
Сердце (камеры)
7
Капилляры легких
6. Проследите путь перемещения в организме человека гормона тиротропина от места его выделения
в кровь до органа-мишени, выбрав все подходящие элементы из предложенных:
1
Аорта
2
Щитовидная железа
3
Верхняя полая вена
4
Печень
5
Гипофиз
6
Сердце
7
Капилляры легких
7. Проследите путь перемещения в организме человека гормона прогестерона от места его
выделения в кровь до органа-мишени, выбрав все подходящие элементы из предложенных:
1
Аорта
2
Матка
3
Нижняя полая вена
4
Яичник
5
Гипоталамус
6
Сердце
7
Капилляры легких
13
ЗАДАЧИ ПО ЭКОЛОГИИ
1. Дана пищевая цепь: злаки – кузнечики – лягушки – змеи – орел. Используя
правило экологической пирамиды, постройте пирамиду биомасс, исходя из того,
что за период развития орла его масса составила 5 кг.
2. Экологическая пирамида состоит из следующих трофических уровней, которые
перечислены в следующем произвольном порядке: наездники, капуста, ястребы,
гусеницы, синицы. В цепь питания вовлечено 100 кг капусты. Рассчитайте, какой
будет масса (кг) наездников, входящих в данную цепь питания.
3. Калорийность растений составляет 1000Дж. Какое количество энергии перейдет в
вещества клеток растительноядного организма? Хищника?
4. Экологическая пирамида состоит из трофических уровней, которые расположены
в следующем порядке: злаки – мышевидные грызуны - лиса. В цепь питания
вовлечены 1000 кг злаков. Рассчитайте, какой будет масса (кг) лисы, если
известно, что при переходе с одного трофического уровня на другой, безвозвратно
теряется 92% энергии и отсутствуют другие источники пищи.
5. Рассчитайте количество консументов третьего порядка в лесу, где энергия всех
продуцентов составляет 105 кДж. Известно также, что одна особь искомых
консументов весит 100 г, а в 1 кг массы запасается 1000 Дж энергии.
6. Определите какое максимальное количество паразитов может прокормиться в
организме хозяина (травоядное животное), если масса одного паразита – 10 г и в 1
г его тела заключено 200 ккал энергии, а энергия всех продуцентов составляет 1
000 000 ккал. (Процесс трансформации энергии с одного трофического уровня на
другой протекает в соответствии с правилом Линдемана).
7. Первичная продукция в пустыне составляет 1200 кг/год. Сколько энергии
потребляют консументы четвертого порядка в данной экосистеме, если 100 г их
массы содержится 300 ккал энергии?
8. На острове обитают 60 антилоп со средней массой 50 кг. В 100 г их тела
содержится 150 ккал энергии. Рассчитайте массу (в кг) растений, поедаемых
животными, если известно, что в 1 кг растительной пищи содержится 3 000 ккал.
Переход энергии с одного трофического уровня на другой в экосистеме
происходит в соответствии с правилом Линдемана.
9. Единственный источник энергии в экосистеме – солнечный свет, с суммой годовой
энергии 4 х 109 кДж и с КПД 2%. Определить количество паразитов у хищников
высшего порядка, если масса одного паразита – 0,5 г, а на 1 кг массы паразита
тратится 103 кДж энергии.
10. В сосновом лесу общий запас древесины составляет 4х105 кг. Одна личинка
короеда потребляет 50 г древесины. Примерно в 20% личинок данного жука
развиваются наездники (в одной личинке развивается один наездник). Какое
максимальное количество наездников может сформироваться в сосновом лесу,
если короедам для питания доступно только 0,01% древесины сосны?
11. Одна косуля за год съедает около 1000 кг растительной пищи. Волки могут съесть
до 20% популяции косуль (в среднем каждая особь съедает по 20 косуль в год).
Какое максимальное количество волков сможет выжить в сообществе с
14
фитомассой 5х10 т, где косули используют в пищу 2% фитомассы и являются
основной пищей для волков?
12. Одна мышь за год съедает около 1 кг растительной пищи. Рыси могут съесть до 5
% популяции мышей (в среднем каждая рысь съедает по 4000 грызунов за год).
Какое максимальное количество рысей может выжить в сообществе с фитомассой
40 000 т, где мыши используют в пищу 1 % фитомассы и являются основной
пищей для рысей? Ответ запишите цифрами в виде целого числа.
13. В цепи питания переход энергии с первого трофического уровня на второй
составляет 15 %, а со второго на третий - 10 %. Рассчитайте прирост биомассы (кг)
на третьем трофическом уровне, если на первом трофическом уровне накоплено
3х106кДж энергии. В 1 кг биомассы на третьем трофическом уровне запасается 45
кДж энергии.
14. Продуценты биогеоценоза охотничьего угодья запасают 1,35х10 7 кДж энергии. На
какое количество песцов можно выдать лицензию охотнику, если биомасса
популяции песцов в охотничьем угодье составляет одну треть биомассы всех
консументов второго порядка и две трети популяции должно сохраниться? В 1 кг
консументов второго порядка запасается 500 кДж энергии. Масса одного песца
равна 30 кг. Процесс трансформации энергии с одного уровня на другой протекает
в соответствии с правилом Линдемана.
15. Человек массой 105 кг в течение суток питается исключительно мясом
толстолобика и потребляет 40 ккал энергии на 1 кг массы тела. Пищей для
толстолобиков служит фитопланктон. Содержание сухого вещества в
фитопланктоне составляет 5 %, сухое вещество на 70 % состоит из углеводов. При
окислении 1 г углеводов в организме выделяется 4 ккал энергии. Используя
правило Линдемана, рассчитайте сырую массу фитопланктона (кг), требующуюся
толстолобикам, чтобы затем человек в течение суток мог обеспечить себя мясом
этой рыбы.
16. В экосистему суходольный луг за месяц поступает 2 х 109ккал энергии. Прирост
биомассы консументов второго порядка за этот период составляет 0,4 кг, КПД
фотосинтеза 3 %, 1 кг консументов второго порядка содержит 1000 ккал энергии.
Определите количество неиспользованной биомассы (кг) растительноядных
организмов в этой экосистеме за месяц. Процесс трансформации энергии с одного
трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом Линдемана.
Затратами растений на дыхание можно пренебречь.
17. Общее количество энергии Солнца, поступающей в биогеоценоз, составляет 1 х
106 кДж, в чистую первичную продукцию при этом переходит 2%. На прирост
массы консументы первого и второго порядков тратят по 10 % своего пищевого
рациона. Какое количество энергии (кДж) тратят на дыхание консументы третьего
порядка, если на прирост биомассы они расходуют 20% и с экскрементами
выделяется 10% энергии рациона?
5
15
Сопоставьте два утверждения (обозначенные буквами А и Б),приведённые в
каждом пункте этого раздела и дайте ответ в форме: А ≥ Б; А≤ Б; А=Б.
А.Оптимальная температура прорастания
семян редиса
А.Длина ушей у лисиц, обитающих в
южных широтах
А.Количество отделов головного мозга у
рыб
А.Скорость обмена веществ у слона
А.Континентальная часть биосферы
А.Внутривидовая конкуренция
А.Вторичная продукция в экосистеме
Б.Оптимальная температура прорастания
семян томатов
Б.Длина ушей у лисиц, обитающих в северных
широтах
Б.Количество отделов головного мозга у
млекопитающих
Б.Скорость обмена веществ у мыши
Б.Океаническая часть биосферы
Б.Межвидовая конкуренция
Б.Первичная продукция в экосистеме.
Перечисляем названия организмов и биологических явлений:
А
кенгуру
Л
зверозубые
Ф
ящеры
Б
утконос
М
эвглена
Х
В
пингвин
Н
псилофиты
Ч
Г
археоптерикс О
ехидна
Ш
Д
летучая мышь П
атавизм
Щ
Е
крокодил
Р
рудимент
Ю
Ж
стегоцефал
С
биогенетический Я
закон
И
латимерия
Т
ароморфоз
К
ланцетник
У
аналогичные
органы
гомологичные
органы
идиоадаптация
регенерация
конвергенция
дегенерация
дивергенция
мутация
Определите и поставьте в таблицу соответствующие цифры:
А) К каким явлениям из перечисленных относятся:
1.
возникновение хлорофилла
2.
образование усиков на листьях гороха
3.
утрата листьев у кактуса
4.
образование хобота у слона
5.
возникновение теплокровности
6.
утрата органов пищеварения у цепней
7.
зачатки тазовых костей в толще мышц у кита
8.
рождение хвостатых людей
9.
зачатки хвостовых позвонков в скелете человека
10.
сходство внутреннего строения передних конечностей лошади и крыла птица
11.
внешнее сходство крыла птицы и крыла бабочки
12.
сходство личинки насекомого с кольчатыми червями
13.
сходство заростка папоротника с водорослями
14.
сходство головастика лягушки с рыбой
Б) Кто из перечисленных организмов относится к ископаемым переходным формам:
15.
между растениями и животными
16.
между беспозвоночными и позвоночными
17.
между рыбами и земноводными
18.
между пресмыкающимися, птицами и млекопитающими
19.
между пресмыкающимися и птицами
20.
между пресмыкающимися и млекопитающими
21.
между водорослями и папоротниками.
Задачи-тесты
16
Сукцессия
1. Установите соответствие между стадиями сукцессии (I – начальная; II – климаксная) и
характеристиками экосистемы: а) низкое видовое разнообразие; б) высокая биологическая
продуктивность; в) простые пищевые цепи; г) низкое генетическое разнообразие; д) слабо выражена
ярусность; е) сложные пищевые цепи; ж) высокое генетическое разнообразие; з) сменяется
следующей стадией развития; и) не ограничено время существования.
1) I – а,б,г,д; II – е,ж,и;
2) I – а,в,г,д,з; II – б,е,ж,и;
3) I – а,д,з,е; II – б,в,г;
4) I – а,в,ж,з; II – б,д,е,и.
2. Укажите характерные особенности первичных (I) и вторичных (I) сукцессий: а) начинается на
месте частично разрушенного биогеоценоза; б) протекает повсеместно и постоянно; в) начинается на
месте, не занятом жизнью; г) начальные стадии протекают быстро, а конечные - медленнее; д) более
продолжительны по времени; е) начальные стадии протекают медленно, а конечные – быстрее.
a.
I – в,д,е; II – а,б,г;
b.
I – б,в,е; II – а,г,д;
c.
I – в,г,д; II – а,б,е;
d.
I – а,д,е; II – б,в,г.
a.
b.
c.
d.
3. Укажите правильную последовательность стадий протекания сукцессии после лесного
пожара:
а) пожарище; б) берёзово-осиновый лес; в) низкорослые травы; г) высокорослые травы; д) еловый
лес; е) смешанный лес.
а → в → б → е → д → г;
а → в → г → б → е → д;
а → б → е → в → г → д;
а → г → б → в → е → д.
4.
Определите правильное написание цепи питания сообщества пруда:
а) бактерии→мелкие рачки→гетеротрофные протисты→моллюски→рыбы;
б) бактерии→водоросли→гетеротрофные протисты→дафнии→личинки стрекозы;
в) бактерии→гетеротрофные протисты→мелкие рачки→рыбы;
г) автотрофные протисты→гетеротрофные протисты→водоросли→моллюски→ ракообразные.
Установите последовательность этапов сукцессии, протекающей на месте
заброшенного поля:
а) берёзовый лес; б) заброшенное поле; в) кустарники; г) берёзово-еловый лес; д) трава; е) ельник.
б → в → д → а → г → е;
б → д → в → а → г → е;
б → д → а → в → г → е;
б → д → в → г → а → е.
I а → б → в; II в → а → б.
5.
a.
b.
c.
d.
e.
6.
На верховом болоте при верховом пожаре сгорели почти все растения верхового
яруса (сосны) и многие растения нижних ярусов. В первые несколько лет на этой
территории верховой ярус образовали берёзы с небольшим количеством сосен. Но под
влиянием условий болота (большая влажность и бедность торфяных почв)
доминантным видом стала сосна, вытиснув берёзу. В остальных ярусах также
произошёл процесс восстановления видов. Такое явление называется:1) сезонной
динамикой экосистем; 2) первичной сукцессией; 3) биологическим круговоротом; 4)
экологической пирамидой; 5) суточной динамикой экосистем; 6) вторичной динамикой
экосистем.
17
Примеры биологических вопросов творческого характера
































ботаника
Объясните, как по внешнему виду и внутреннему строению можно определить условия
произрастания данного растения.
Почему отличаются клетки разных тканей одного и того же растения? Приведите примеры. (или:
В чем выражается многообразие клеток?)
Обоснуйте меры борьбы с болезнетворными бактериями и меры профилактики бактериальных
заболеваний.
Каковы причины широкого распространения бактерий?
Сформулируйте и обоснуйте правила сбора грибов в лесу.
Какое значение имеют антибиотики для самих грибов и для человека?
На конкретном примере объясните, как вы понимаете слово «развитие».
Почему возникают видоизменения органов растения?
Городская среда сокращает сроки жизни деревьев (липа в городе живет до 50 лет, в лесу – до
400). Объясните, какие факторы действуют на дерево в городе.
Какие приспособления растений позволяют им избежать перегрева.
Представьте себе, что вы ученый, которому предстоит выяснить, какое удобрение повышает
иммунитет растений? Предложите схему опыта для получения ответа на этот вопрос
зоология
Почему гидры не вымирают, несмотря на то, что в одном с ними водоеме живут и более
высокоорганизованные животные?
Как влияет форма тела и внутреннее строение червей на их распространение и обитание в
определенной среде?
Почему, несмотря на большую плодовитость червей-паразитов, далеко не все люди и
сельскохозяйственные животные ими заражены?
Какое значение имеет дыхание в жизни животных? Укажите известные вам способы дыхания и
объясните особенности строения дыхательной системы у разных животных.
От чего зависит степень развития пищеварительной системы животных? Подтвердите ваши
рассуждения конкретными примерами.
Чем объясняется разная скорость движения моллюсков? Какое биологическое значение это
имеет?
Какие преимущества дает насекомым умение летать?
Какими способами животные защищаются от хищников?
Какие способы обмена информацией существуют в животном мире?
В каких условиях могут жить изображенные животные?
Предложите модель опыта, позволяющего определить, обладает ли раздражимостью инфузория.
Чем отличается полет насекомого и птицы?
анатомия
Какую роль играет клетка в организме человека?
Объясните возможные последствия травм или дефектов развития отделов головного мозга.
Опорно-двигательная система обеспечивает подвижность и устойчивость человека. Как Вы
считаете – есть ли у нее недостатки?
Как влияет гиподинамия на состояние здоровья человека?
Опишите процессы, которые происходят в организме человека при забеге на короткую
дистанцию.
Почему говорят, что физические упражнения уменьшают риск заболевания сердца?
Одинаково ли регулируется работа сердца у человека и собаки? Ответ обоснуйте.
Каковы, на Ваш взгляд, причины заболеваний сердечно-сосудистой системы у взрослых людей?
Ответ обоснуйте.
Иммунитет – это специфическое свойство человека или общее свойство всех живых организмов?
18









o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Какие механизмы и способы иммунитета вам известны?
Почему говорят, что физические упражнения уменьшают риск заболевания сердца?
Предложите гипотезу, объясняющую, как организм поддерживает постоянное количество
эритроцитов. Можно ли ее проверить?
Какие физические и химические явления имеют место при терморегуляции человека?
В чем проявляется взаимосвязь кожи, нервной системы, обмена веществ?
Создайте модель зрительного восприятия человеком конкретного предмета.
Почему зрение считают основным источником информации для человека?
Докажите, что органы чувств дополняют и компенсируют друг друга.
Как узнать, отличает ли обезьяна синий цвет от красного?
На конкретном примере докажите, что организм человека приспосабливается к изменяющимся
условиям окружающей среды
общая биология
Опишите, объясните и сравните структурную функцию углеводов и липидов.
Почему жиры, а не углеводы являются главным источником метаболической воды?
Многообразие белков определяется составом, количеством и последовательностью аминокислот.
Как Вы считаете, чем определяется многообразие углеводов? Какое биологическое значение это
имеет?
Покажите схематично структурные компоненты клетки и связи, существующие между ними.
Докажите, что клетка является целостной системой.
В чем сходство и различия ферментов и химических катализаторов?
Учеными установлено, что биологические мембраны состоят из двух слоев молекул
фосфолипидов. Почему не из одного или из трех? Как будут располагаться молекулы фосфолипидов
в этих слоях?
Известно, что некоторые аминокислоты (метионин, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин,
триптофан, треонин и лизин) являются незаменимыми для человека. Как вы считаете, какие
аминокислоты будут являться незаменимыми для растений? Почему?
Обоснуйте мировоззренческое значение клеточной теории и ее роль в развитии биологии в ХХ
веке.
Опишите возможные пути появления органоидов в клетке. Определите причины разнообразия
современных клеток.
Укажите источники (причины) многообразия органических веществ в клетке и покажите
значение этого явления в живой природе
Одни ученые считают, что обитатели глубоководных участков – эволюционно молодые виды,
другие – что эволюционно древние. Приведите аргументы «за» и «против» каждой из этих гипотез.
Какие сходные приспособления возникли у растений и животных при выходе на сушу?
o Объясните, являются ли приспособления организмов к отдельным факторам среды
(освещенность, температура, влажность) независимыми друг от друга?
o Как эволюционирует система «паразит – хозяин»?
Срабатывает ли механизм регуляции численности в человеческой популяции?
Чем определяется диапазон изменения численности популяции? Какое эволюционное и
экологическое значение это имеет?
Может ли деятельность человека повлиять на образование новых видов?
Обоснуйте и докажите на конкретных примерах правильность одного их следующих тезисов:
Каждый, отдельно происходящий ароморфоз предоставляет возможность для появления
множества идиоадаптаций.
Совокупность нескольких одновременно происходящих ароморфозов обуславливает характер
возникающих идиоадаптаций.
Как согласуется существование вирусов с клеточной теорией?
19
Решение биологических задач с использованием химических методов.
1. Предложите объяснение, каким образом карбонат-анионы (СО32-)и фосфатанионы (РО43-) могут поддерживать рН (кислотность среды) в клетке. Почему
хлорид-анионы (Cl-)и нитрат-анионы (NO3-) не обладают такими свойствами?
2. Можно ли, зная химическую формулу вещества, предсказать каким оно будет –
гидрофильным, гидрофобным или амфифильным? Покажите это на примерах.
3. За сутки человек массой 60 кг при дыхании потребляет в среднем 430г
кислорода (или 300л из расчета 200см3 на 1 кг массы в 1ч). Один 25-летний
тополь в процессе фотосинтеза за сезон (5 месяцев) поглощает42 кг углекислого
газа. Определите, сколько таких деревьев обеспечит кислородом одного
человека. Мышцы при беге со средней скоростью за 1 мин расходуют 24 кДж
энергии. Сколько граммов глюкозы расходуют мышцы за 25 минут бега при
достаточном доступе кислорода? Сколько граммов глицерина было
израсходовано клетками организма человека на синтез триглицерида, если
известно, что при этом было затрачено 21 моль высших карбоновых кислот?
4. Как вы думаете, почему при сгорании жиров выделяется намного больше
энергии, чем при сгорании такого же количества углеводов.
5. В образце ДНК позвоночного животного содержится 0,22 мг/моль
дезоксирибозы и 0,03 мг/моль гуанина. Определите содержание аденина в
данном образце ДНК.
6. Раствор аммиака сильно угнетает способность лизосом переваривать попавшие
в них частицы. Чем это можно объяснить?
7. Определите, какое количество пировиноградной кислоты образуется из 360 г
глюкозы при гликолизе.
8. Рассчитайте, какой объем углекислого газа выделится организмом при полном
окислении его клетками 54 г глюкозы.(40,3 л)
9. При окислении 1 моль глюкозы в живых клетках организма фосфорилируется
38 молей АДФ в АТФ и запасается 1520 кДж (380 ккал) энергии. При езде на
велосипеде человек затрачивает около 40 кДж в минуту. Рассчитайте, сколько
граммов глюкозы должно окислиться для езды на велосипеде в течение 6 ч 20
мин
10.В процессе диссимиляции произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых
полному (кислородному) расщеплению подверглись только 2 моль.
Определите, сколько моль молочной кислоты и углекислого газа при этом
образовалось? Сколько моль АТФ синтезировалось? Сколько моль кислорода
следует добавить для полного окисления образовавшейся в данных условиях
молочной кислоты?
11.В одном сосуде, содержащем 100г растворенной глюкозы, находятся хлорелла
и инфузория. Сколько глюкозы будет в этом сосуде через 10 минут на свету,
если известно, что продуктивность фотосинтеза – 8 г в минуту, а на
диссимиляцию хлорелла расходует 2 г глюкозы за минуту, а инфузория – 3
грамма? Сколько глюкозы будет в этом сосуде через 10 минут в темноте?
20
Определение вероятности генетического события
1. Если допустить, что гены А и В сцеплены и перекрест между ними составляет
10 %, а ген С находится в другой паре сцепления, то какие гаметы и в каком
соотношении образует тригетерозигота?
2. Сцепленные гены С и В дают 20%, а D иF – 40% кроссинговера. Гены С и В
лежат в одной хромосоме, гены D и F в другой. Какие гаметы образуются у
особи CcBbDdFf и в каком процентном отношении?
3. Рассчитайте верятность генотипа AabbCc в потомстве от скрещивания AaBbcc *
AaBbCc. Скрещиваемые растения исходной пары гомозиготны, но отличаются
друг от друга по пяти независимым признакам. Из них три признака
материнского растения доминантны и два рецессивны, Полученные гибриды
размножаются путем самоопыления.. Определите, какая доля потомков
фенотипически подобна «бабушке»», а какая – «дедушке».
Задачи по молекулярной генетике:
1.Сайт узнавания рестрикционной эндонуклеазы AvaI имеет последовательность
CYCGRG, в которой Y обозначает любой пиримидин и R – любой пурин. Чему равно
ожидаемое расстояние (в п.о. - пары оснований) между сайтами рестрикции AvaI
длинной случайной последовательности ДНК?
2. Фермент ацетальдегиддегидрогеназа человека является тетрамерным белком. У
гена, кодирующего этот фермент, может быть два аллеля, один дикого типа (Н) кодирует нормальный полипептид, а другой (M), кодирует, соответственно,
мутантный полипептид. Тетрамеры, содержащие один или более мутантных
полипептидов, не обладают ферментативной активностью. Если предположить, что
активность ацетальдегиддегидрогеназы гомозиготы NN равна 1, то какой будет
уровень активности фермента в гетерозиготных клетках NM, учитывая, что оба аллеля
имеют одинаковый уровень экспрессии?
3. Пусть бактериальная колония состоит из 3 200 клеток. Среди них ≈ 8% являются
мутантными. На какой генерации возникла мутация?
4. Имеется молекула мРНК следующего строения:
5…АGU ACG GCU … 3
Эта мРНК кодирует пептид Сер-Тре-Ала. Точковая мутация в ДНК привела к
изменению аминокислот в полипептиде на Арг-Тир-Гли. Определите тип мутации.
(используйте таблицу генетического кода)
5. Археологи обнаружили тело мамонта во льду в зоне вечной мерзлоты. Возник
вопрос: какова степень гомологии ДНК мамонта и ДНК ныне живущих индийских
слонов? Ответ на него можно получить двумя способами: путем секвенирования и
гибридизацией. Что необходимо сделать и в какой последовательности, чтобы
ответить на поставленный вопрос?
1.Провести анализ кариотипа мамонта.
2. Осуществить гидролиз ДНК мамонта и слона кислотой или щелочью.
3. Провести полимеразную цепную реакцию (ПЦР) ДНК мамонта.
4. Выделить из клеток мамонта и слона ДНК.
21
5. Определить значение Тм (температура, при которой плавится 50% молекул ДНК)
для мамонта, слона, а также гибридной ДНК и сравнить их.
6. Произвести секвенирование определенных участков ДНК мамонта и слона.
7. Произвести обработку ДНК мамонта и слона рестриктазами.
8. Осуществить гибридизацию ДНК мамонта и слона.
9. Осуществить трансформацию ДНК мамонта в клетки слона.
10. Осуществить трансформацию ДНК слона в клетки мамонта.
11. Сравнить нуклеотидные последовательности ДНК мамонта и ДНК слона.
6. Имеются три препарата ДНК. Известно, что один из них получен из печени мыши
(ДНК 1), другой из мышц мыши (ДНК 2), а третий из мышц лошади (ДНК 3).
Этикетки на пробирках с препаратами ДНК 2 и ДНК 3 стерлись. Можно ли
восстановить правильные надписи на пробирках?
А. Можно установить лишь приблизительно, проделав эксперимент по гибридизации
известной ДНК 1 с остальными пробами.
Б. Можно установить точно, проделав предыдущий эксперимент. При этом ДНК 1
обязательно должно показать почти 100%-ную гомологию с ДНК 2 и более низкий
уровень с ДНК 3.
В. Нет, установить невозможно, так как ДНК 1 будет гибридизоваться одинаково как с
ДНК 2, так и с ДНК 3, независимо от вида организма.
Г. Нет, установить невозможно, так как эксперимент по гибридизации ДНК вообще не
получится. ДНК из разных тканей одного и ого же организма не могут подвергнуться
гибридизации между собой, как и ДНК из разных организмов.
7. На представленном ниже рисунке показан участок двуцепочечной ДНК бактерии,
содержащий оперон, который включает три гена - yfgA, yfgB и yfgC и регуляторную
область (участок от нуклеотида 1 до 300).
Оперон yfg
Ответьте на следующие вопросы:
I. Какое число транскриптов синтезируется с этого оперона и какова длина
транскрипта(ов)?
II. На основании рисунка рассчитайте максимальную ожидаемую массу белка,
кодируемого данным опероном:__ kDa(Средняя масса ам-т: 110 Da)
8. Fox оперон включает четыре участка – A, B, C и D, которые обеспечивают синтез
ферментов 1 и 2. Работу Fox-оперона контролирует регуляторный белок Fox. Мутации
в каждом их этих участков приводят к различным эффектам. Ниже в таблице
представлены эффекты, вызываемые мутациями в участках A, B, C, или D.
22
Знак «+» указывает на то, что фермент синтезируется, знак «-» – фермент не
синтезируется.
Мутации в
участках
Нет мутации
Белок Fox отсутствует
Фермент 1
Фермент 2
-
Белок Fox присутствует
Фермент 1
Фермент 2
+
+
A
-
-
-
+
B
-
-
-
-
C
-
-
+
-
D
+
+
+
+
8.1. Определите, оперон Fox индуцибельный или репрессибельный?
8.2. Идентифицируйте участки A, B, C и D и определите их функцию в составе Fox
оперона.
Функция участка
Участок
Регуляторный ген
Промотор
Структурный ген для фермента 1
Структурный ген для фермента 2
9.Существуют различные механизмы, путем которых клетки могут осуществлять
запрограммированную клеточную гибель – явление, известное как апоптоз. Один из
механизмов приводится в действие активными формами кислорода.
В нормальном состоянии на поверхности внешней мембраны митохондрий
присутствует белок Bcl-2, который находится в связанном с белком Apaf-1 состоянии.
В присутствии активных форм кислорода белок Bcl-2 отсоединяется от Apaf-1, а
третий белок – Bax, делает проницаемой наружную митохондриальную мембрану,
освобождая цитохром c. Освобождаемый цитохром c образует комплекс с Apaf-1 и
каспазой 9. Этот комплекс последовательно активирует многие протеазы, которые
переваривают клеточные белки. В конечном итоге клетка разрушается путем
фагоцитоза.
Какой будет судьба клетки, на которую воздействовали активными формами
кислорода, в следующих ситуациях? Ответ выберите из представленных ниже
вариантов.
Ситуация I: Клетка получает сигнал ингибирования экспрессии белка Apaf-1.
Ситуация II: Клетка синтезирует низкоаффинный белок Bcl-2. _______
Ситуация III: К клетке добавлен в избытке конкурентный по отношению связывания
Bcl-2 ингибитор белка Apaf-1. _______
Ситуация IV: К клетке добавлено химическое вещество, которое значительно снижает
отношение Bax к Bcl-2. ________
A. Клетка защищена от апоптоза.
B. Клетка вступила на путь апаптоза.
C. Невозможно предсказать судьбу клетки.
10. Известная личность выступала ответчиком в судебном разбирательстве в деле об
отцовстве. Ответчик (обозначенный на ауторадиограмме D), мать (обозначенная M), и
23
младенец (обозначенный B) были типированы по двум локусам VNTR1 и VNTR2,
как показано на ауторадиограммах ниже.
Каждый из этих VNTR локусов имеет четыре аллеля. В обычной популяции для
VNTR1 частота аллелей 1, 2, 3, и 4 составляла 0,2; 04; 0,3 и 0,1, соответственно. Для
VNTR2, частоты аллелей 1, 2, 3, и 4 составляли 0,1; 0,1; 0,2 и 0,6, соответственно.
I. Указывают ли результаты проверки на то, что D может быть отцом младенца B?
II. Какова вероятность того, что другой мужчина в популяции мог быть отцом
младенца B?
1.
2.
3.
4.
Задачи на определение частот в популяциях и на теорию вероятности:
Популяция города К насчитывает 84000 человек. У 210 из них обнаруживается
патологический рецессивный признак. Определите частоту встречаемости
гетерозигот по этому признаку (в процентах).
В популяции число гетерозигот в 6 раз превышает число рецессивных гомозигот.
Какой будет частота рецессивного аллеля?
Аллели локуса АВО обозначаются, соответственно, IА, IВ, iO. Частоты аллелей в
популяции обозначаются, соответственно, p(IА), q(IВ) и r(iO). Какова будет
ожидаемая частота людей в популяции с группой крови В?
Одно из генетических заболеваний относится к рецессивно- аутосомному типу.
Особь 2 в представленной ниже родословной является носителем этого признака.
Если допустить, что особи 3 и 4 являются доминантными гомозиготами, какова
вероятность того, что у особи 6 проявится это заболевание?
5. Существует дегенеративное заболевание, проявляющееся у людей между 35 и 45
годами жизни. Оно вызвано доминантным аллелем. У супружеской пары двое детей,
24
которым еще не исполнилось двадцати лет. У одного из родителей есть это
заболевание (гетерозигота), в то время как другой родитель, достигший 50 лет, здоров.
Какова вероятность того, что у обоих детей с возрастом проявится это заболевание?
6. Грегор Мендель установил, что наследование пар альтернативных признаков в
потомстве происходит независимо друг от друга (3-ий закон Менделя). Четыре гена A,
B, C и D локализованы в четырех негомологичных хромосомах. Какой из следующих
генотипов имеют наибольшую вероятность при скрещивании с организмом, генотип
которого AaBbCcDd, дать доминантный фенотип по всем четырем аллелям?
A. aabbccdd.
D. AaBBCCdd.
B. AaBbCcDd.
E. aaBBCCdd.
C. AaBBccDd.
7.
Большинство людей имеют эритроциты, которые имеют на поверхности Rhантиген (Rh) (Резус-положительный тип), однако у некоторых людей Rh-антиген
отсутствует (Резус-отрицательный тип).
Резус-отрицательная женщина (Rh–) вышла замуж за гетерозиготного Rhположительного (Rh+) мужчину и у них родилось трое детей.
7.1. Какова вероятность того, что все трое детей будут Rh- положительными?
7.2. При какой из представленных ниже комбинаций второй ребенок страдал бы
гемолитической болезнью новорожденных?
Первый ребенок
Второй ребенок
A.
Rh-положительный
Rh-отрицательный
B.
Rh- отрицательный
Rh- положительный
C.
Rh- отрицательный
Rh- отрицательный
D.
Rh- положительный
Rh- положительный
8. Заболевание муковисцидоз - аутосомно рецессивное. Если родители, каждый из
которых является носителем этого гена, имеют 3-х детей, то какова вероятность
того, что двое из них будут фенотипически нормальными, а третий - нет?
9. Для определения генетического разнообразия одного вида растения, находящегося
под угрозой исчезновения, была исследована генетическая изменчивость на уровне
белка в субпопуляциях (I - IV). Субпопуляция I этого вида является самой
большой и число особей в каждой из остальных субпопуляций II, III и IV составляет
1/7 от такового в субпопуляции I. При этом численность рассматриваемых
популяций не изменяется. Из каждой субпопуляции было взято по 5 особей. На
диаграмме ниже представлены результаты одномерного гель-электрофореза белков.
Полосы в каждой дорожке принадлежат белкам, которые кодируются аллелями F
и/или S, и отражают генотип каждой особи в определенном локусе.
Субпопуляция
I
Субпопуляция
III
Субпопуляция
II
Субпопуляция
IV
9.1. Определите частоту встречаемости F у этого вида.
25
9.2. Какую популяцию можно рассматривать как наиболее изолированную группу?
10. В геноме папоротника присутствуют ген G, который может находиться в виде двух
аллелей G и g. У гетерозиготного спорофита с генотипом Gg были собраны споры.
Из этих спор прорастили гаметофиты, у которых по достижении половой зрелости
произошло самооплодотворение. Каково ожидаемое соотношение генотипов GG :
Gg : gg у этих спорофитов?
11. Рассмотрите родословную и определите генетическое родство между
индивидуумами 1 и 2, а также между индивидуумами 5 и 6, соответственно.
Задачи на определение генотипов родителей по результатам скрещиваний:
1. Окраска меха у кроликов контролируется множественными аллелями со
следующими доминантно-рецессивными взаимодействиями:
C (агути) > cch (шиншилла) > ch (гималайская окраска) > c (альбинос).
В результате скрещивания между кроликами агути и с гималайской окраской было
получено 50% потомков агути и 50% потомков с гималайской окраской. Какие из
следующих скрещиваний могли привести к такому результату?
I. Cch X chch
II. Cc X chc
III. Cch X chc
IV.Cc X chch
2. Аллели IA и IB, находящиеся на 9 хромосоме, ответственны за группы крови A и B,
соответственно. Группа крови O появляется в том случае, если эти аллели
отсутствуют либо не происходит их экспрессия. Аллели IA и IB экспрессируются
только в том случае, если доминантный аллель H имеется на хромосоме 19 в
гомозиготном либо гетерозиготном состоянии. Рецессивный аллель обозначают
строчной буквой h.
У Жени группа крови AB. У его сестры Лены группа крови A, тогда как их
отец
имеет группу крови O. Определите генотипы отца и матери.
3. 40% мужских особей в популяции мышей несут доминантный признак, сцепленный
с X-хромосомой. Если предположить свободное скрещивание, то какое наиболее
частое скрещивание между генотипами можно ожидать.
4. У растений гороха признак желтой окраски семян (Y) доминирует над зеленой
окраской (y), а признак гладкие семена (R) доминирует над морщинистой формой
семян (r). Результаты скрещивания таких растений гороха: желтые гладкие – 32,
желтые морщинистые – 28, зеленые гладкие – 12, зеленые морщинистые – 9.
Какие наиболее вероятно были родительские генотипы:
A. YyRr и Yyrr.
B. Yyrr и YyRR.
26
C. YyRr и YyRr.
D. YyRR и yyRr
5. У кукурузы один ген определяет окраску семян: аллель A - окрашенные семена, а
аллель а - бесцветные. Другой ген определяет форму семян: аллель B - гладкая форма
семян, а аллель b - морщинистые.
При скрещивании растения, выращенного из окрашенных и гладких семян
растением, выросшим из бесцветных и морщинистых семян, было получено
следующее потомство: 376 – окрашенные и гладкие семена, 13 – окрашенные и
морщинистые семена, 13 – бесцветные и гладкие семена, 373 – бесцветные и
морщинистые семена.
5.1. Какими были генотипы родителей?
5.2. Какова частота появления рекомбинантов?
5.3. Имеются три локуса, C, D и E, которые расположены на одной и той же
хромосоме в указанном порядке. Используя представленные выше результаты
эксперимента, было установлено, что частота рекомбинации между C и D составляет
10%, а между D и E она составляет 20%. Допуская, что кроссинговер происходит в
хромосоме случайно, какова ожидаемая частота рекомбинации между C и E?
6. При скрещивании дрозофил получено следующее потомство:
75
70
21
27
2
1
Самцы
с красными глазами, серым телом и
длинными крыльями
с абрикосовыми глазами, желтым
телом и длинными крыльями
с абрикосовыми глазами, желтым
телом и загнутыми крыльями
с красными глазами, серым телом и
загнутыми крыльями
с красными глазами, желтым телом
и длинными крыльями
с абрикосовыми глазами, серым
телом и загнутыми крыльями
Итого: 196
92
75
20
28
Самки
с красными глазами, серым телом и
длинными крыльями
с абрикосовыми глазами, желтым
телом и длинными крыльями
с красными глазами, серым телом и
загнутыми крыльями
с абрикосовыми глазами, желтым
телом и загнутыми крыльями
Итого: 215
6.1. Определите, как наследуются признаки, обозначьте доминантные и рецессивные
аллели генов. Для обозначения аллелей используйте буквы латинского алфавита –
А и а, В и b, С и с.
6.2. Определите, имеется ли в этом скрещивании сцепление признаков с полом, а
также сцепление генов между собой. Напишите генотипы родителей – самки и самца.
6.3. Если гены сцеплены, определите расстояние между ними.
7. Заболевание, вызванное отсутствием потовых желез в результате мутации,
называется эктодермальной ангидротической дисплазией. Женщина, страдающая
этим заболеванием, имеет участки кожи, не несущие потовых желез. Вероятнее
всего эта женщина:
A. Гомозигота по аутосомной рецессивной мутации.
B. Гетерозигота по аутосомной доминантной мутации.
C. Гомозигота по рецессивной мутации, сцепленной с X-хромосомой.
D. Гетерозигота по рецессивной мутации, сцепленной с X-хромосомой.
27
8.Сцепленный с X-хромосомой аллель определяет окраску меха у кошек, причем
рыжая окраска является доминантной, а черная рецессивной. Какое из следующих
утверждений относительно наследования рыже-черной мозаичности у кошек является
правильным?
A. Независимо от генотипа котов, у гетерозиготных кошек среди потомства одна
половина самок будет рыжая, а другая – черная.
B. Мозаичный фенотип является результатом взаимодействия генов.
C. Мозаичный фенотип связан с кроссинговером в соматических клетках.
D. Мозаичный фенотип вызван случайной инактивацией Х-хромосомы у
гетерозиготной самки.
E. Все потомство от скрещивания рыжего кота и черной кошки имеет мозаичную
окраску.
9. Фенотипы трех популяций растений показаны на графиках.
Популяции X, Y и Z отображают:
A. Поколение F1, F2 и F3.
B. Поколение P, F1 и F2.
C. Поколение F2, P и F1.
D. Поколение F3, F1 и F2.
28
Решение задач по теме : «Рестрикционное картирование»
1. Препарат кольцевой плазмидной ДНК подвергли действию указанных в таблице
ферментов, а затем с помощью электрофореза осуществили анализ полученных
фрагментов.
Используя
представленную
ниже
информацию,
постройте
рестрикционную карту этой плазмидной ДНК.
Рестрикционный анализ плазмидной ДНК
Фермент
Размеры фрагментов (в т. п. н.)
Xma I
20
Mbo I
10
Xma I и Mbo I
3, 7 и 10
2. Препарат линейной вирусной ДНК обработали указанными ниже ферментами и их
комбинацией. Получившийся набор фрагментов рестрикции подвергли затем
электрофорезу. На основании представленных в таблице данных постройте
рестрикционную карту вирусной ДНК.
Фермент
Размеры фрагментов (в т. п. н.)
Bgl II
5 и 10
Hpa I
5 и 10
Sma I
2 и 13
Bgl II и Hpa I
5
Bgl II и Sma I
2; 5 и 8
Hpa I и Sma I
2; 3 и 10
3. Препарат линейной вирусной ДНК обработали рестриктазой Sma I до полного
расщепления. Последующий электрофоретический анализ выявил присутствие
фрагментов следующих размеров (в т. п. н.): 10; 7; 6; 3 и 2. Параллельно была взята
интактная вирусная ДНК и расщеплена частично той же рестриктазой. Полученные
при неполном расщеплении пять фрагментов были обозначены в порядке убывания
размеров буквами от А до Е, Затем каждый из этих фрагментов был обработан
рестриктазой Sma I до полного расщепления и подвергнут электрофорезу.
Полученные результаты представлены в таблице. Постройте карту рестрикции Sma I
вирусной ДНК.
Рестрикционный анализ линейной вирусной ДНК
Фрагменты, полученные при
Размер фрагментов после полного
неполнои расщеплении
расщепления (в т. п. н.)
A
10; 6 и 2
B
7; 6 и 2
C
10 и 3
D
7и2
E
6и2
4. Препарат кольцевой плазмидной ДНК длиной 18 т. п. н. подвергли полной
рестрикции ферментом Kut I. Последующий электрофоретический анализ позволил
выявить наличие ряда фрагментов следующих размеров: 5,0; 4,0; 3,5; 1,5 и 1,0.
Неполная рестрикция исходной плазмидной ДНК с помощью той же рестриктазы
показала наличие пяти фрагментов, обозначенных буквами от А до Е. Последующая
полная рестрикция этих фрагментов той же рестриктазой представлена в таблице.
Постройте рестрикционную карту кольцевой плазмидной ДНК.
29
Фрагменты, полученные при
неполнои расщеплении
Размер фрагментов после полного
расщепления (в т. п. н.)
A
5,0; 3,0 и 1,0
B
3,5; 3,0 и 1,0
C
5,0 и 1,5
D
3,5 и 1,0
E
4,0; 3,5 и 1,5
5. Вы имеете очищенную ДНК и хотите осуществить ее рестрикционное
картирование. После использования фермента ЕсоR I Днк была разрезана на четыре
фрагмента: 1, 2, 3 и 4. при последующей обработке каждого фрагмента ферментом
Hind II оказалось, что фрагмент 3 дает два субфрагмента (3-1 и 3-2), а фрагмент 2 дает
три субфрагмента (2-1, 2-2, 2-3). После обработки исходной молекулы ДНК
рестриктазой Hind II образуются 4 фрагмента: А, В, С и D. Если эти фрагменты
обработать рестриктазой Есо RI, фрагмент D дает два фрагмента – 1 и 3-1. Фрагмент
А дает 3-2 и 2-1, а В – 2-3 и 4. Фрагмент С оказался идентичным с 2-2. Изобразите
рестрикционную карту рассматриваемой молекулы ДНК.
6. Линейный фрагмент ДНК обработали независимо друг от друга двумя различными
рестриктазами – Hind III и Sma I (пробы 1 и 2), а также двумя этими ферментами
обнавременно (проба 3). Были получены следующие результаты:
Фермент
Размеры фрагментов (в т. п. н.)
Hind III
2,5 и 5,0
Sma I
2,0 и 5,5
Hind III и Sma I
2,5; 3,0 и 2,0
Постройте рестрикционную карту этого фрагмента.
Затем смесь фрагментов из третьей пробы обработали еще раз ферментом ЕсоR I, в
результате чего наблюдалось исчезновение полосы, соответствующей фрагменту 3 т.
п. н., и появление новой полосы, соответствующей фрагменту 1,5 т. п.н. Обозначьте
сайт ЕсоR I, на рестрикционной карте фрагмента ДНК.
Задачи из олимпиад
1. Линейная вирусная ДНК подвергается действию указанных ниже ферментов и их
комбинацией.
Получившийся
набор
фрагментов
рестрикции
подвергли
электрофорезу. На основании представленных в таблице данных постройте
рестрикционную карту вирусной ДНК с указанием расстояния между сайтами
рестрикции.
Ферменты
Размеры фрагментов (т.п.н.)
Sma I
1, 4, 7
Bgl II
5, 7
Pvu II
3, 9
Sma I и Bgl II
1, 2, 4, 5
Sma I и Pvu II
1, 3, 4, 4
Bgl II и Pvu II
2, 3, 7
30
2. Фрагмент ДНК, несущий ген A Е. coli, подвергли более детальному изучению.
Для этого линейный фрагмент ДНК обработали рестриктазами EcoRI, PstI, BglII и их
смесью. Продукты рестрикции подвергли электрофорезу в агарозном геле.
Полученные данные представлены в таблице. Постройте рестрикционную карту
линейного фрагмента ДНК с указанием размеров отдельных фрагментов.
Рестриктазы
Размеры фрагментов ДНК (п.н.)
Eco RI
180, 1080
Pst I
200, 1060
Bgl II
340, 920
EcoRI и Pst I
20, 180, 1060
EcoRI и Bgl II
180, 340, 740
Pst I и Bgl II
200, 340, 720
3. Лена изучает молекулярную биологию. На практических занятиях она подвергла
рестрикции (разрезала) плазмиду ферментом HindIII и получила два фрагмента ДНК
длиной 800 и 300 пар оснований. Каждый из этих фрагментов несет один сайт
узнавания для рестриктазы EcoRI. На следующем этапе работы ей необходимо
объединить эти фрагменты для получения гена величиной 1,1 т.п.о. (bp), как показано
на рисунке ниже. Она предполагает, что этот ген кодирует уникальный белок.
Рисунок
Для этого она смешивает два фрагмента ДНК в буфере в
присутствии ДНК-лигазы и инкубирует смесь 30 мин. Затем
берет порцию смеси и помещает на агарозный гель для
проведения электрофореза. После анализа результатов она очень
удивлена наличием в геле большого числа полосок одновременно
с ожидаемой полосой 1,1 т.п.о. (как показано на рисунке справа).
I. Какое из утверждений может объяснить этот результат?
a. Использованные для соединения фрагменты не были
достаточно очищены.
b. Многочисленные полосы на геле свидетельствуют о деградации ДНК в
реакционной смеси.
c. Наблюдаемый характер распределения полос
является результатом случайного соединения фрагментов.
d. ДНК-лигаза не функционировала и, поэтому, это привело к случайному
соединению молекул ДНК.
II. Если через 8 часов взять из реакционной смеси вторую пробу, что из
следующего можно ожидать?
31
a. Более интенсивно окрашенные полосы высокой молекулярной массы.
b. Более интенсивно окрашенные полосы низкой молекулярной массы.
c. Большое число молекул различной длины приводящих к смазыванию на геле.
d. Характер полос останется тем же. Возрастет только интенсивность полос.
III. Затем Лена извлекает из геля фрагмент величиной 1,1 т.п.н., помещает его в буфер
и смесь делит на две части для проведения дальнейших экспериментов. Во-первых
ей необходимо доказать, что выделенный ею фрагмент соответствует тому, что
изображен на первом рисунке. Для этого часть ДНК она подвергает расщеплению
ферментом HindIII. В результате она получает ожидаемые две полосы длиной 800 и
300 пар оснований. Для подтверждения рестрикционной карты она подвергает
оставшийся образец полному расщеплению с помощью EcoRI. Какое
распределение полос она получит?
32
4. Исследование экспрессии бактеритального гена А, клонированного в составе плазмиды рUС4К.
В плазмиду рUС4К (рис. А) по сайту Scal встроили фрагмент ДНК (рис. Б), несущий ген A
бактерий Е. coli. В результате получили две рекомбинантные плазмиды, отличающиеся друг от друга
ориентацией встроенного фрагмента ДНК (клон 1 и клон 2). Эти плазмиды и исходную плазмиду
pUC4K обработали рестриктазой BciVl, продукты реакции разделили в агарозном геле с помощью
электрофореза и окрасили бромистым этидием для визуализации (рис. В). На последнюю дорожку
(М) агарозного геля нанесли набор маркеров молекулярных масс. Цифры справа указывают размеры
маркеров в п.н.
Клон 2
0/3914
PUC4K
BciVI (3770)
Клон 1
Ниже зарисуйте схемы плазмид со встроенным фрагментом ДНК в разных ориентациях с
использованием информации рис. (клоны 1 и 2). Для этого изобразите окружность, подобную
изображенной на рис.А, затем нанесите на нее участок клонированного фрагмента ДНК в нужной
ориентации, с учетом его относительного размера (в п.н.) и местоположения в составе
рекомбинантной плазмиды. Укажите на клонированном участке точки, соответствующие сайтам
действия рестриктаз, пользуясь информацией рис.В, и укажите их размеры.
Km (1535-720)
BciVI (2243)
BciVI (892)
ScaI (1)
Ген А (202-1061)
ScaI (1260)
М
ScaI (3405)
Рис. 3. А – Рестрикционная карта плазмиды PUCAK (размером 3914 п.н.). В скобках около точек
действия рестриктаз указаны расстояния в п.н. от точки 0; Б – Рестрикционная карта встраиваемого
фрагмента ДНК, содержащего ген А (размер фрагмента 1260 п.н.); В – электрофореграмма
(3714-2854)
продуктов Ap
рестрикции
исходной пламзиды PUCAK и полученных рекомбинантных плазмид (клон 1
и клон 2).