Викторина по биологии для школьников

 

Биоинформатика – наука, к сфере ответственности которой относится изучение способов передачи информации в живом организме. Все мы сложные (во всех смыслах) и передать генетическую информацию от родителей к детям можно биологически только с помощью очень длинной молекулы, биополимера, в которой эта информация закодирована. Какая из молекул (объектов), перечисленных ниже,  будет по длине точно больше человеческого роста, если ее растянуть?

 

 

Многие клеточные органеллы содержат наноэлектромеханические системы (НЭМС), которые очень похожи на нанороботов (но не являются ими в прямом смысле) и состоят при этом из биополимеров, которые отлично умеет строить организм. Типичный пример – митохондрии – это органеллы размером около микрона, обычно в эукариотических клетке содержится около 2000 митохондрий, общий объем которых составляет до 25% от общего объема клетки. Митохондрия ограничена гладкой внешней мембраной, однако имеет еще и складчатую внутреннюю мембрану с очень большой поверхностью, складки которой входят в матрикс митохондрий и образуют кристы. Митохондрии являются генератором универсального топлива (АТФ) для организма за счет окислительного фосфорилирования, а также активно участвуют в превращении пирувата в ацетил-КоА, цитратном цикле, цикле мочевины, синтезе гормонов, поставляют клетке продукты промежуточного метаболизма и помогают поддерживать концентрацию Са²⁺ в цитоплазме на постоянном низком уровне. Для выполнения основных функций во внутреннюю мембрану митохондрии встроены специальные белковые комплексы, один из которых в процессе своей работы буквально становится похож на вращающую мельницу или ротор наноробота. Что это за комплекс (как он работает, стоит сказать в пояснениях к ответу)?

 

 

В нанотехнологиях есть класс явлений, которые объединяют общим (нестрогим) термином «эффекты близости», которые возникают из-за очень небольших расстояний (единицы нанометров) между нанообъектами (или между молекулами и нанообъектами) и связаны с «бесконтактным» переносом энергии, туннелированием и т.д. между различными частями наносистемы. Чудес здесь нет никаких, конечно, но для наносистем такое поведение совершенно характерно. А где внутри себя зеленые растения при фотосинтезе реализуют «эффекты близости» и тем самым существенно повышают эффективность улавливания и преобразования солнечной энергии (и было бы хорошо, если в пояснениях к ответу они будут четко описаны)?

 

 

В известной серии романов братьев Стругацких о прогрессорстве, в том числе, в основополагающей части «Волны гасят ветер» описана фантастическая процедура фукамизации для повышения жизненных сил и защитных реакций человека. Основной ее частью являлось введение сыворотки УНБЛАФ (бактерии жизни), что приводило к биоблокаде и спасало почти от любых инопланетных болезней. А какой из нижеперечисленных реальных биологических объектов выполняет подобные функции на самом деле (и, как всегда, ответ поясните)?

 

 

Во всем мире продолжают разрабатываться современные системы доставки лекарств, которые способны уменьшить дозу вводимого лекарства, доставить его целевым образом и повысить эффективность терапии. Одной из важных и вполне реальных стратегий при этом является создание систем доставки с контролируемым высвобождением лекарства, например, если лекарственный препарат доставляется в контейнере (часто для этого в качестве модели используют липосомы), то его можно в нужный момент или в нужном месте разрушить за счет внешнего воздействия («стимула»). В качестве такого стимула может выступать температура, магнитное или электрическое поле, изменение кислотности среды, световой импульс и пр. В МГУ уже несколько лет разрабатывается система стимул – высвобождения на основе магнитных липосом. Причем в отличие от других подобных работ для «активации» липосом с магнитными наночастицами (обычно оксиды железа) используют низкочастотное магнитное поле (до 100 Гц), совершенно безвредное для человеческого организма. Как Вы думаете, какой основной механизм разрушения такой липосомы с пришитыми наночастицами оксида железа может реализоваться на практике (ответ, пожалуйста, поясните)?

 

 

Одним из самых опасных факторов для живых клеток является присутствие активных форм кислорода – супероксидного анион-радикала, перекисей, синглетного кислорода. Последнее используют в процессе фотодинамической терапии (ФДТ) для уменьшения объема опухолей в процессе облучения светом. Какое из приведенных ниже веществ и почему вы бы использовали для ФДТ?

 

 

Чистота – залог здоровья. Одной из самых лучших в этом плане является классическая баня. К сожалению, если неправильно топить баню, то можно «угореть» (а если кто угорел, то такого пострадавшего нужно вынести на воздух для вентиляции). Что происходит при отравлении угарным газом с красными кровяными тельцами «угоревшего»?

 

 

Растения уже очень давно научились использовать энергию Солнца, а Человечество только учится делать хорошие солнечные батареи для преобразования света, например, в электричество. Обычно для этого используют неорганические или гибридные (в последнее время) материалы, но были и попытки сделать солнечные батареи и из белков, подсмотрев, как они работают, у самой Природы. Какой из перечисленных ниже белков для этого подходит, поясните?

 

 

Природа едина, и живые организмы – это не только биополимеры на основе углерода, азота, кислорода, водорода, фосфора и других неметаллических элементов, это еще и катионы металлов, которые выполняют крайне важные функции. Например, мы не сможем думать, бегать и стучать сердцем без натрия и калия, потому что на их обмене через натриевые каналы основана передача нервных импульсов. Моллюски используют  соединения меди (гемоцианин), чтобы дышать, мы используем железо в составе гемоглобина для того же самого. Кроме того, металл-содержащие белки используются разными организмами для того, чтобы защищать себя от повреждений и проникновения бактерий. А с помощью какого металлического элемента (в составе, разумеется, специального соединения и, кстати, очень токсичного для людей), «защищает» себя мухомор?

 

 

В последнее время все более популярным становится тераностика – направление использования одного и того же наноматериала как для терапии, так и для медицинской диагностики. Парамагнитные наночастицы оксидов железа (SPION) являются типичным примером, поскольку могут применяться, например, и для терапии онкологических заболеваний (локальная магнитная гипертермия), и для диагностики, как контрасты магнито-резонансной томографии. Конечно, такие материалы для биологических и медицинских применений не должны быть токсичны, и за этим следит нанотоксикология. Считается, что оксиды железа нетоксичны. Но так ли это? Может быть, наш организм просто хорошо научился «прятать» опасные свободные ионы железа в специальные хранилища, до лучших времен, в результате чего, как бы мы ни старались есть железные гвозди, концентрация железа в среде организма, даже в плазме крови, в которой плавают насыщенные железом эритроциты, остается поразительно низкой. Что выступает в качестве такого хранилища железа на черный день в нашем организме («депо» железа), поясните?