Процесс передачи генетической информации определяется так называемой центральной догмой молекулярной биологии: ДНК-РНК-белок. Согласно современным представлениям, путь от гена к белку является весьма сложным и распадается не несколько самостоятельных этапов.

На первом этапе происходит «переписывание » нуклеотидной последовательности гена путем синтеза комплементарной ему молекулы РНК (транскрипция). Транскрипция направляется ферментом РНК-полимераной и ведет к образованию в ядре клетки молекул первичного РНК-транскрипта (преРНК). Молекула преРНК представляет собой точный слепок ДНК-матрицы транскрибируемого гена. Синтезированная преРНК проходит стадию созревания (процессинг): эта стадия включает в себя как модификацию концевых участков цепи (способствующую стабилизации молекулы), так и удаление из первичного РНК-транскрипта некодирующих участков-нитронов.

Процесс «вырезания » интронов, который носит название сплайсинг, является важнейшим звеном созревания преРНК и приводит к тому, что в составе РНК остаются лишь последовательно «сшитые» друг с другом смысловые участки, комплементарные экзонам гена. Ключевую сигнальную роль в осуществлении сплайсинга играют определенные нуклеотидные последовательности, фланкирующие каждый из экзонов (так называемые сайты сплайсинга); при локализации мутаций в сайтах сплайсинга может происходить нарушение интимных механизмов удаления интронов из состава преРНК и как результат - синтез аномального по структуре пептида. Образующаяся после вырезания интронов зрелая РНК носит название информационной, или матричной (мРНК); по своей длине мРНК во много раз короче самого транскрибируемого гена и его первичного РНК-транскрипта.

Следующий этап передачи генетической информации происходит в цитоплазме. Он заключается в сбор ке на рибосомах молекул белка по матрице мРНК (процесс трансляции). Аминокислоты транспортируются к рибосомам особым классом молекул - транспортными РНК (тРНК). Каждая тРНК отвечает за транспортировку строго определенной аминокислоты, причем эта специфичность определяется наличием в составе тРНК уникальной 3-нуклеотидной последовательности, называемой антикодоном. По мере продвижения рибосомы вдоль молекулы мРНК антикодоны различных тРНК, несущих «свою» аминокислоту, последовательно распознаются комплементарными им кодонами мРНК. В результате этого происходит последовательное присоединение «нужных» аминокислот к растущей полипептидной цепи. Процесс трансляции инициируется триплетом AUG, кодирующим аминокислоту метионин.

Таким образом, метиониновый кодон в составе РНК открывает рамку считывания генетической информации; как было указано, это считывание происходит в соответствии с правилом «один триплет - одна аминокислота». Сигналом окончания трансляции служит один из трех особых кодонов (UAA, UAG или UGA), получивших название стоп-кодоны (нонсенс-кодоны); распознавание стоп-кодона на рибосоме прекращает синтез полипептидной цепи.

По окончании трансляции первичная полипептидная молекула претерпевает определенные посттрансляционные модификации, превращаясь в функционально зрелый продукт. «Дозревание» белка происходит, как правило, в соответствующих органеллах клетки.

(Ответы в конце теста)

А1. Какая наука классифицирует организмы на основе их родства?

1) экология

2) систематика

3) морфология

4) палеонтология

А2. Какую теорию сформулировали немецкие ученые М. Шлейден и Т. Шванн?

1) эволюции

2) хромосомную

3) клеточную

4) онтогенеза

А3. Запасным углеводом в животной клетке является

1) крахмал

2) гликоген

4) целлюлоза

А4. Сколько хромосом в половых клетках плодовой мухи дрозофилы, если в её соматических клетках содержится 8 хромосом?

А5. Встраивание своей нуклеиновой кислоты в ДНК клетки-хозяина осуществляют

1) бактериофаги

2) хемотрофы

3) автотрофы

4) цианобактерии

А6. Половое размножение организмов эволюционно более прогрессивно, так как оно

1) способствует их широкому распространению в природе

2) обеспечивает быстрое увеличение численности

3) способствует появлению большого разнообразия генотипов

4) сохраняет генетическую стабильность вида

А7. Как называют особей, образующих один сорт гамет и не дающих расщепления признаков в потомстве?

1) мутантными

2) гетерозисными

3) гетерозиготными

4) гомозиготными

А8. Как обозначаются генотипы особей при дигибридном скрещивании?

А9. Все листья одного растения имеют одинаковый генотип, но могут различаться по

1) числу хромосом

2) фенотипу

3) генофонду

4) генетическому коду

А10. Какие бактерии улучшают азотное питание растений?

1) брожения

2) клубеньковые

3) уксуснокислые

А11. Подземный побег отличается от корня наличием у него

2) зоны роста

3) сосудов

А12. Растения отдела покрытосеменных, в отличие от голосеменных,

1) имеют корень, стебель, листья

2) имеют цветок и плод

3) размножаются семенами

4) выделяют в атмосферу кислород в процессе фотосинтеза

А13. У птиц, в отличие от пресмыкающихся,

1) непостоянная температура тела

2) покров из рогового вещества

3) постоянная температура тела

4) размножение яйцами

А14. Какая группа тканей обладает свойствами возбудимости и сократимости?

1) мышечная

2) эпителиальная

3) нервная

4) соединительная

А15. Основная функция почек у млекопитающих животных и человека – удаление из организма

2) лишнего сахара

3) продуктов обмена веществ

4) непеpеваpенных остатков

А16. Фагоциты человека способны

1) захватывать чужеродные тела

2) вырабатывать гемоглобин

3) участвовать в свёртывании крови

4) переносить антигены

А17. Пучки длинных отростков нейронов, покрытые соединительнотканной оболочкой и расположенные вне центральной нервной системы, образуют

2) мозжечок

3) спинной мозг

4) кору больших полушарий

А18. Какой витамин следует включить в рацион человека, чтобы не заболеть цингой?

А19. К какому критерию вида следует отнести область распространения в тундре северного оленя?

1) экологическому

2) генетическому

3) морфологическому

4) географическому

А20. Примером межвидовой борьбы за существование служат отношения между

1) взрослой лягушкой и головастиком

2) бабочкой капустницей и ее гусеницей

3) дроздом певчим и дроздом рябинником

4) волками одной стаи

А21. Ярусное расположение растений в лесу служит приспособлением к

1) перекрестному опылению

2) защите от ветра

3) использованию энергии света

4) уменьшению испарения воды

А22. Какой из факторов эволюции человека имеет социальную природу?

1) членораздельная речь

2) изменчивость

3) естественный отбор

4) наследственность

А23. Каков характер взаимоотношений организмов разных видов, нуждающихся в одинаковых пищевых ресурсах?

1) хищник – жертва

3) конкуренция

4) взаимопомощь

А24. В биогеоценозе заливного луга к редуцентам относят

1) злаки, осоки

2) бактерии и грибы

3) мышевидных грызунов

4) растительноядных насекомых

А25. К глобальным изменениям в биосфере может привести

1) увеличение численности отдельных видов

2) опустынивание территорий

3) выпадение обильных осадков

4) смена одного сообщества другим

А26. Какой процент нуклеотидов с цитозином содержит ДНК, если доля её адениновых нуклеотидов составляет 10% от общего числа?

А27. Выберите правильную последовательность передачи информации в процессе синтеза белка в клетке.

1) ДНК → информационная РНК → белок

2) ДНК → транспортная РНК → белок

3) рибосомальная РНК → транспортная РНК → белок

4) рибосомальная РНК → ДНК → транспортная РНК → белок

А28. При дигибридном скрещивании и независимом наследовании признаков у родителей с генотипами ААBb и aabb в потомстве наблюдается расщепление в соотношении

А29. В селекции растений чистые линии получают путем

1) перекрестного опыления

2) самоопыления

3) экспериментального мутагенеза

4) межвидовой гибридизации

А30. Пресмыкающихся считают настоящими наземными позвоночными животными, так как они

1) дышат атмосферным кислородом

2) размножаются на суше

3) откладывают яйца

4) имеют легкие

А31. Углеводы в организме человека откладываются в запас в

1) печени и мышцах

2) подкожной клетчатке

3) поджелудочной железе

4) стенках кишечника

А32. Отделение слюны, возникающее при раздражении рецепторов ротовой полости, − это рефлекс

1) условный, требующий подкрепления

2) безусловный, передающийся по наследству

3) возникший в течение жизни человека и животного

4) индивидуальный для каждого человека

А33. Среди перечисленных примеров ароморфозом является

1) плоская форма тела у ската

2) покровительственная окраска у кузнечика

3) четырёхкамерное сердце у птиц

А34. Биосфера – открытая экосистема, так как она

1) состоит из множества разнообразных экосистем

2) оказывается под влиянием антропогенного фактора

3) включает все сферы земли

4) постоянно использует солнечную энергию

Ответом к заданиям этой части (В1–В8) является последовательность букв или цифр.

В заданиях В1–В3 выберите три верных ответа из шести, выбранные цифры запишите в таблицу.

В1. Биологическое значение мейоза заключается в

1) предотвращении удвоения числа хромосом в новом поколении

2) образовании мужских и женских гамет

3) образовании соматических клеток

4) создании возможностей возникновения новых генных комбинаций

5) увеличении числа клеток в организме

6) кратном увеличении набора хромосом

В2. Какова роль поджелудочной железы в организме человека?

1) участвует в иммунных реакциях

2) образует клетки крови

3) является железой смешанной секреции

4) образует гормоны

5) выделяет желчь

6) выделяет пищеварительные ферменты

В3. К факторам эволюции относят

1) кроссинговер

2) мутационный процесс

3) модификационную изменчивость

4) изоляцию

5) многообразие видов

6) естественный отбор

При выполнении заданий В4−В6 установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. Впишите в таблицу цифры выбранных ответов.

В4. Установите соответствие между признаком растения и отделом, для которого он характерен.

В5. Установите соответствие между особенностью строения и функции головного мозга человека и его отделом.

В6. Установите соответствие между характером мутации и её видом.

При выполнении заданий В7–В8 установите правильную последовательность биологических процессов, явлений, практических действий. Запишите в таблицу буквы выбранных ответов.

В7. Установите последовательность процессов, происходящих в интерфазной клетке.

А) на одной из цепей ДНК синтезируется иРНК

Б) участок молекулы ДНК под воздействием ферментов расщепляется на две цепи

В) иРНК перемещается в цитоплазму

Г) на иРНК, служащей матрицей, происходит синтез белка

В8. Установите, в какой хронологической последовательности появились на Земле основные группы растений.

А) зеленые водоросли
Б) хвощевидные
В) семенные папоротники
Г) риниофиты
Д) голосеменные

Схематично процесс передачи информации показан на рисунке. При этом предполагается, что имеется источник и получатель информации. Сообщение от источника к получателю передается посредством канала связи (информационного канала).

Рис. 3. – Процесс передачи информации

В таком процессе информация представляется и передается в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов - речи, при чтении текста человек воспринимает буквы – графические символы. Передаваемая последовательность называется сообщением. От источника к приемнику сообщение передается через некоторую материальную среду (звук - акустические волны в атмосфере, изображение – световые электромагнитные волны). Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, телевидение.

Можно говорить о том, что органы чувств человека выполняют роль биологических информационных каналов. С их помощью информационное воздействие на человека доносится до памяти.

Клодом Шенноном , была предложена схема процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная на рисунке.

Рис. 4. – Процесс передачи информации по Шеннону

Работу такой схемы можно пояснить на процессе разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством – микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи является телефонная сеть (провода, коммутаторы телефонных узлов через которые проходит сигнал)). Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека – приемник информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

Связь, при которой передача производится в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой связью.

Под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи.

В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация кодируется в двоичную форму (0 и 1 - двоичные цифры), а затем декодируется в текст, изображение, звук. Цифровая связь является дискретной.

Термином "шум" называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. В таких случаях необходима защита от шума.

В первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Например, использование экранного кабеля вместо "голого" провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важным идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована.

Однако, нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и подорожанию связи. Теория кодирования К. Шеннона как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным. При этом избыточность передаваемой информации будет минимально-возможной, а достоверность принятой информации - максимальной.

В современных системах цифровой связи часто применяется следующий прием борьбы с потерей информации при передаче. Все сообщение разбивается на порции - блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторяется. Так будет происходить до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.

Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.

Технические линии информационной связи (телефонные линии, радиосвязь, оптико-волоконный кабель) имеют предел скорости передачи данных, называемый пропускной способностью информационного канала . Ограничения на скорость передачи носят физический характер.

Эффективное кодирование решает задачу более компактной записи сообщений, вырабатываемых источником за счет их перекодировки. И применяется практически во всех архиваторах типа Rar, Zip и др. Особенностью этих архиваторов является то, что они позволяют сжать информацию в относительно небольшое число раз (в 2-3, max в 4 раза), но при этом происходит полное восстановление сжатой информации «бит в бит». Если же не требуется восстановление информации «бит в бит», то применяются другие методы перекодировки, позволяющие достичь сжатия в десятки раз. Они основываются на изучении закономерностей создания сообщений источником, изучении свойств самого источника и понимания того, насколько необходимо сохранять начальную информацию для потребителя. Например, при передаче речи можно не передавать ее «бит в бит», а допускать искажения, которые получатель голосового сообщения просто не заметит из-за нечувствительности слухового аппарата человека к этим изменениям. При этом сохранится и разборчивость речи, и узнаваемость голоса, и ее эмоциональная окраска. Частичная потеря этих качеств увеличивает ее сжатие. Еще раз подчеркнем, что эффективное кодирование это сжатие и восстановление информации «бит в бит».

Общее определение кодирования и кода. Задачи кодирования

Кодирование – в широком смысле слова – это представление сообщений в форме, удобной для передачи по данному каналу.

Операция, обратная кодированию, называется декодирование.

Снова вернемся к рассмотрению общей схемы системы передачи информации.

Рис. 3.1. Общая схема системы передачи информации

Сообщению X на выходе источника информации (ИИ) необходимо поставить в соответствие определенный сигнал. Поскольку количество сообщений при неограниченном увеличении времени стремится к бесконечности, то ясно, что создать свой сигнал для каждого сообщения практически невозможно.

Поскольку дискретные сообщения складываются из букв, а непрерывные сообщения можно представить последовательностью цифр в каждый момент отсчета, то имеется принципиальная возможность обойтись конечным числом образцовых сигналов, соответствующих отдельным буквам алфавита источника.

При большом объеме алфавита прибегают к представлению букв в другом алфавите с меньшим числом букв, которые будем называть символами.

Для обозначения этой операции используется тот же термин – кодирование, понимаемый теперь в узком смысле.

Поскольку алфавит символов меньше алфавита букв, то каждой букве соответствует некоторая последовательность символов, называемая кодовой комбинацией. Число символов в кодовой комбинации называется ее значностью.

В процессе преобразования букв в символы может преследоваться несколько целей:

1. Первая из них заключается в том, чтобы преобразовать информацию в такую систему символов (код), чтобы он обеспечивал простоту и надежность аппаратурной реализации информационных устройств, т.е.:

• простоту аппаратуры различения отдельных символов;
• минимальное время передачи;
• минимальный объем запоминающего устройства при хранении;
• простоту выполнения в принятой системе арифметических и логических действий.

Статистические свойства источника сообщений и помех в канале связи при этом не принимаются во внимание.

Техническая реализация процесса кодирования в таком простейшем виде при непрерывном входном сигнале осуществляется аналого-кодовыми (цифровыми) преобразователями.

2. Второй целью кодирования является на основании теорем Шеннона – согласование свойств источника сообщений со свойствами канала связи.

Так называемый кодер источника (КИ) имеет целью обеспечить такое кодирование, при котором путем устранения избыточности существенно уменьшается среднее число символов, требующееся на 1 букву сообщения.

При отсутствии помех это непосредственно дает выигрыш во времени передачи или в объеме запоминающего устройства, т.е. повышает эффективность системы. http://peredacha-informacii.ru/ Такое кодирование получило название эффективное кодирование.

При наличии помех в канале эффективное кодирование позволяет преобразовать входную информацию в последовательность символов, наилучшим образом подготовленную для дальнейшего преобразования (максимально сжатую).

Так называемый кодер канала (КК) имеет целью обеспечить заданную достоверность при передаче или хранении информации путем дополнительного внесения избыточности, но уже по простым алгоритмам и с учетом статистических закономерностей помехи в канале связи. Такое кодирование получило название помехоустойчивого.

Целесообразность устранения избыточности сообщения методами эффективного кодирования с последующим перекодированием помехоустойчивым кодом обусловлено тем, что избыточность источника сообщения в большинстве случаев не согласована со статистическими закономерностями помехи в канале связи и потому не может быть полностью использована для повышения достоверности принимаемого сообщения, тогда как можно подобрать подходящий для данной помехи помехоустойчивый код.

Кроме того, избыточность сообщения часто является следствием весьма сложных вероятностных зависимостей и позволяет обнаружить и исправить ошибки только после декодирования всего сообщения, пользуясь сложнейшими алгоритмами и интуицией.

Итак, выбор кодирующих и декодирующих устройств зависит от статистических свойств источника сообщений, а так же уровня и характера помех в канале связи.

Если избыточность источника сообщений и помехи в канале связи практически отсутствуют, то введение как кодера источника, так и кодера канала нецелесообразно.

Когда избыточность источника сообщений высока, а помехи малы, целесообразно введение только кодера источника.

Когда избыточность источника мала, а помехи велики, целесообразно введение кодера канала.

При большой избыточности и высоком уровне помех целесообразно введение обоих дополнительных кодирующих и декодирующих устройств.

После кодера канала КК кодированный сигнал поступает в устройство кодирования символов сигналами – модулятор М. Получаемый на выходе модулятора сигнал Y подготовлен к передаче по конкретной линии связи ЛС.

В устройство декодирования сигналов в символы (демодулятор ДМ) из линии связи приходит сигнал, искаженный шумом, который обозначен на схеме – Z .

Устройство декодирования помехоустойчивого кода (декодер канала ДК) и устройство декодирования сообщений (декодер источника ДИ) выдает декодированное сообщение W получателю П (человеку или машине).

Эффективное кодирование информации при передаче по каналам связи

1.7. Передача информации по каналу без помех

Если через канал связи без помех передается последовательность дискретных сообщений длительностью то предел отношения

где количество информации, содержащейся в последовательности сообщений (скорость передачи информации по каналу связи). Предельное значение скорости передачи информации называется пропускной способностью канала связи:

Как известно, количество информации в сообщениях максимально при равной вероятности состояний. Тогда

Скорость передачи информации в общем случае зависит от статистических свойств сообщения и параметров

канала связи. Пропускная способность - это характеристика канала связи, которая не зависит от скорости передачи информации. Количественно пропускная способность канала связи выражается максимальным количеством двоичных единиц информации, которое данный канал связи может передать за одну секунду.

Для наиболее эффективного использования канала связи необходимо, чтобы скорость передачи информации была как можно ближе к пропускной способности канала связи.

Если скорость поступления информации на вход канала связи превышает пропускную способность канала, то по каналу будет передана не вся информация, т. е. должно выполняться условие

Это основное условие согласования источника информации и канала связи. Согласование осуществляется путем соответствующего кодирования сообщений. Доказано, что, если скорость информации, вырабатываемой источником сообщений, достаточно близка к пропускной способности канала , т. е. где сколь угодно малая величина, всегда можно найти такой способ кодирования, который обеспечит передачу сообщений, вырабатываемых источником, причем скорость передачи информации будет весьма близка к пропускной способности канала.

Обратное утверждение заключается в том, что невозможно обеспечить длительную передачу всех сообщений, если поток информации, вырабатываемый источником, превышает пропускную способность канала.

Если ко входу канала подключен источник сообщений с энтропией на символ, равной пропускной способности канала связи, считается, что источник согласован с каналом. Если энтропия источника меньше пропускной способности канала, что может быть в случае неравновероятности состояний источника, то источник не согла

сован с каналом связи, т. е. канал используется не полностью.

Согласование в статистическом смысле достигается с помощью так называемого статистического кодирования. Для уяснения принципа статистического кодирования рассмотрим две последовательности сообщений, представляющие, например, записанные через равные промежутки времени сигналью состоянии двухпозиционного контролируемого объекта (включен или выключен):

Символу 1 соответствует сигнал «объект включен», символу 0 «объект выключен». Будем считать, что символы появляются независимо один от другого.

Для первой последовательности символы 1 и 0 равновероятны, для второй - вероятность первого символа второго символа

Энтропия первой последовательности Энтропия второй последовательности Следовательно, количество информации на символ во второй последовательности в два раза меньше, чем в первой.

При передаче последовательностей через бинарный канал связи с первая последовательность будет согласована с каналом в то время как при передаче второй последовательности пропускная способность двоичного канала на символ в два раза больше энтропии источника, т. е. канал недогружен и в статистическом смысле не согласован с источником

Статистическое кодирование позволяет повысить энтропию передаваемых сообщений в пределе до величины, которая получается, если символы новой последовательности равновероятны. При этом число символов в последовательности будет сокращено. В результате

источник информации согласуется с каналом связи. Техника такого кодирования изложена в § 2.9.

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ