1. Форми життя клітинна та неклітинна
 Скачать 0.68 Mb.
|
   ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ1. Форми життя: клітинна та неклітинна. Неклітинні форми органічного світу. До неклітинних належать віруси, які утворюють группу Віра (Vira). Віруси проявляють життєдіяльність тільки у стадії внутрішньоклітинного паразитизму. Дуже малі розміри дозволяють їм легко проходити крізь будь-які фільтри, у тому числі каолінові, з найдрібнішими порами, тому спочатку їх називали фільтрівними вірусами. Існування вірусів було доведено в 1892 р. російським ботаніком Д. І. Івановським. Зрілі частинки вірусів - віріони, або віроспори, складаються з білкової оболонки і нуклеокапсиду, в якому зосереджений генетичний матеріал - нуклеїнова кислота. Одні віруси містять дезоксирибонуклеїнову кислоту (ДНК), інші рибонуклеїнову (РНК). На стадії віроспори ніяких проявів життя не спостерігається. Тому немає єдиної думки, чи можна віруси на цій стадії вважати живими. Вірус являє собою діалектичну єдність живого і неживого: поза клітиною це речовина, у клітині це істота, тобто він одночасно і нежива речовина, і жива істота. Віроспора - лише одна із стадій існування вірусу. Описано сотні вірусів, які викликають захворювання у рослин, тварин і людини. До вірусних хвороб людини відносять сказ, віспу, тайговий енцефаліт, грип, епідемічний паротит, кір, СНІД та ін. Віруси, які пристосувалися до паразитування у клітині бактерій, називаються фагами. Багато фагів мають пуголовкоподібну форму, складаються з головки і хвоста. Внутрішній вміст фага - це переважно ДНК, а білковий компонент зосереджений в основному у так званій оболонці. Фаги проникаючи у певні види бактерій, розмножуються і викликають розчинення (лізис) бактеріальної клітини. Походження вірусів не з'ясоване. Одні вважають їх первинно примітивними організмами, які є основою життя. Інші схиляються до думки, що віруси походять від організмів, які мали більш високий ступінь організації, але дуже спростилися у зв'язку з паразитичним способом життя. Нарешті, існує і третя точка зору: віруси - група генів або фрагментів інших клітинних структур, які набули автономності. Клітинні форми життя. Основну масу живих істот складають організми, які мають клітинну будову. Клітинні організми поділяють на дві категорії: ті, що не мають типового ядра доядерні, або про- каріоти (Procaryota), та ті, які мають ядро - ядерні, або еукаріоти (Eucaryota). До прокаріотів належать бактерії та синьозелені водорості, до еукаріотів більшість рослин, гриби і тварини. Прокаріоти - доядерні організми, які не мають типового ядра, оточеного ядерною оболонкою. Генетичний матеріал представлений генофором - ниткою ДНК, яка утворює кільце. Ця нитка не набула ще складної будови, що характерно для хромосом, у ній немає білків-гістонів. Поділ клітини простий, але йому передує процес реплікації. У клітині прокаріотів відсутні мітохондрії, центріолі, пластиди, розвинена система мембран. Бактеріїта синьозелені водорості об'єднані в підцарство Дроб'янки. Клітина типових дроб'янок вкрита оболонкою із целюлози. Дроб'янки відіграють суттєву роль у кругообігу речовин у природі: синьозелені водорості - як синтетики органічної речовини, бактерії - як мінералізатори її. Багато бактерій мають медичне і ветеринарне значення як збудники хвороб. Еукаріоти - ядерні організми, які мають ядро, оточене ядерною мембраною. Генетичний матеріал зосереджений переважно у хромосомах, які складаються з ниток ДНК та білкових молекул. Діляться ці клітини мітотично. Є центріолі, мітохондрії, пластиди. Серед еукаріотів є як одноклітинні, так і багатоклітинні організми. 2.Основні властивості життя. 1.Обмін речовин і енергії - здатність утворювати полімерні комплекси,їх наступне перетворення,руйнування. Асиміляція(процеси синтезу,анаболізм-поглинання енергії-пластичний обмін).Дисиміляція(процеси розпаду,катаболізм-виділ.енергії-енергетичний обмін) 2.Здатність протистояти наростанню ентропії. У живих системах постійно відбуваються біохімічні реакції, шо супроводжується виділенням тепла. Такі процеси проходять за участю ферментів самовільно і характеризуються зменшенням вільної енергії. Енергетичні процеси в клітині здійснюють ся впорядковано, а не хаотично. За таких умов не може бути справжньої, сталої рівноваги. Тому кліти ни як живі організми здатні протистояти зростанню ентропії. Високовпорядковані системи (живі органі зми) легко руйнуються; якщо на підтримання їх відносної сталості не витрачається енергія, вони на бувають невпорядкованості (ентропії). 3.Самооновлення-утворення нових молекул і структур на основі інформації,закладеної в ДНК 4.Саморегуляція-здатність підтримувати відносну сталість хім..складу і перебігу фізіологічних проц.- гомеостаз. Саморегуляція відбувається за участі ендокринної, імунної та нервової систем. 5.Подразливість-здатність реагувати на певні впливи довкілля 6.Самовідтворення-розмноження. Самовідтворення відбувається на всіх рівнях організації живої матерії. Завдяки репродукції не тільки цілі організми, але і клітини після поділу схожі на своїх попередників. 7.Спадковість-здатність організму передавати свої ознаки,властивості й особливості розвитку від покоління до покоління. 8.Мінливість-здатність організмів набувати нових ознак і властивостей. 9.Ріст і Розвиток-незворотна закономірна зміна біологічної системи 10.Цілісність і Дискретність-біологічна сист.склад.з обмежених у просторі складових(види,особини тканини) 3. Структурні рівні організації життя. Значення уявлень про ці рівні для медицини. 1.)Молекулярно-генетичний. Елементарні структури –послідовності триплетів нуклеотидів мол.ДНК Елементарні явища-відтворення цих колів за принципом матричного синтезу або редуплікації молекули ДНК.Механізм редуплікації зумовлює подвоєння генів.Це дозволяє передавати генетичну інформацію в низці поколінь клітин і забезпечує механізми спадковості. Екологічні проблеми-ріст мутагенних впливів і збільшення части мутацій у генофондах 2.)Клітинний рівень. Елементарні структури-клітини. Елементарні явища-життєві цикли клітин. Клітина перетворює речовини й енергію,що надходить до організму,у форму,придатну для використання організмом,і таким чином забезпечує процеси життєдіяльності.Кожна клітина відносно самостійна функціонуюча одиниця.У складі цілісного організму клітини об’єднуються у тканини і системи органів. Екологічні проблеми: ріст клітинної патології внаслідок забруднення середовища. 3.Організмовий рівень. Елементарні структури-організми і системи органів,з яких вони складаються. Елементарні явища-комплекс фізіологічних процесів,що забезпечують життєдіяльність.На даному півні здійснюється механізм адаптації і формується певна поведінка живих істот у конкретних умовах середовища.Спадкова інформація,закодована в генотипі,реалізується певними фенотипними проявами.Керуюча системи-генотип. Екологічні проблеми-зниження адаптаційних можливостей організмів. 4.Популяційно-видовий рівень Елементарні структури-популяції. Елементарні явища-видоутворення на підставі природного добору. Популяція-основна одиниця еволюції. Найважливіший популяційно-видовий показник еволюції-її генофонд.Чинники,що викликають зміну генофонду: мутації,комбінативна мінливість,популяційні хвилі,ізоляція. Реалізація змін відбувається шляхом природного добору. Екологічні проблеми: погіршення екологічних показників популяції(чисельність,віковий склад). 5.Біосферно-біогеоценотичний. Елементарні структури-біогеоценози. Елементарні явища-взаємозв’язок біогеоценозів у масштабах біосфери.Керуюча підсистеми-генопласт-це сукупність генофондів і генотипів адаптованих одна до одної популяцій в оточуючому їх середовищі.Весь комплекс біогеоценозів утворює живу оболонку Землі - біосферу. Екологічні проблеми-збільшення кількості антропоценозів та їх глобальне поширення,забруднення середовища,руйнування озонового шару Землі. Біологічні рівні організації живої природи взаємно пов’язані між собою за принципом біологічної ієрархії.Система нижчого рівня обов’язково включається до рівня вищого ґатунку. Ідея біологічних рівнів,з одного боку, поділяє живу природу на окремі складові-дискретні одиниці,а з іншого-пояснює її цілісність як системи взаємопов’язаних частин,починаючи від органічних макромолекул і закінчуючи живою оболонкою Землі - біосферою. 4. Клітина як елементарна структурно-функціональна одиниця живого. Клітина - як одиниця живого, найменша структура, яка виконує функції, які і визначають стан, який має назву - життя. До таких функцій відносяться: поглинання речовин і енергії, використання енергії для побудови складних сполук із більш простих, ріст і розмноження. Деякі організми, наприклад бактерії або амеби, побудовані всього тільки з однієї клітини, інші - із мільярдів клітин. Однак, хоч різні організми дуже сильно відрізняються один від одного і за розмірами, і за способом життя, між їхніми клітинами багато спільного: всі клітини складаються з хімічних речовин одного і того ж типу і ці речовини підлягають в клітинах однаковим перетворенням. У багатоклітинних організмів клітини відрізняються за особливостями будови та виконуваними функціями; утворюють тканини, органи та їхні системи. Отже, багатоклітинний організм функціонує як цілісна система, а клітини є його елементарними структурними складовими частинами. Сучасна цитологія вивчає будову клітин, їх функціонування як елементарних живих систем; досліджує функції окремих клітинних компонентів, процеси відтворення клітин, їх репарацію, пристосування до умов середовища та інші процеси, які дозволяють судити про загальні для всіх клітин властивості і функції. Цитологія розглядає також особливості спеціалізованих клітин, етапи становлення їх особливих функцій і розвиток специфічних клітинних структур. Положення сучасної клітинної теорії: - Клітина- елементарна одиниця будови і розвитку всіх живих організмів. - Клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні за будовою,походженням,хімічним складом,основними проявами життєдіяльності. - Кожна нова клітина утворюється виключно внаслідок розмноження материнської шляхом поділу. - У багатоклітинних організмів,які розвиваються з однієї клітини-зиготи,спори,тощо,-різні типи клітин формуються завдяки їхній спеціалізації впродовж індивідуального розвитку особин та утворюють тканини. - Із тканин складаються органи,які тісно пов’язані між собою й підпорядковані нервово-гуморальній та імунній системам регуляції 5.Клітинні мембрани, принцип конпартментації. Основними компонентами клітин є біомембрани, цитоплазма і ядро. Організація і функціонування всіх компонентів клітини пов'язані в першу чергу з біологічними мембранами. Мембрани - високовпорядковані, складні молекулярні системи, відповідальні за основні процеси життєдіяльності клітин. Наприклад, мембрани поділяють вміст клітини на відсіки (компартменти), завдяки чому в клітині одночасно можуть перебігати різні, навіть антагоністичні, процеси; регулюють метаболічні потоки; підтримують різницю концентрацій речовин (іонів, метаболітів) шляхом переміщення; створюють різницю електричних потенціалів; беруть участь у процесах синтезу і каталізу та ін. Крім того, мембрани є основою для точного розміщення ферментів, а тому зумовлюють впорядкованість обмінних реакцій. Так, в ендоплазматичній сітці відбувається синтез білків, жирних кислот і фосфоліпідів. У мітохондріях здійснюється цикл Кребса, окисне фосфорилування, окиснювання жирних кислот. Відповідно до рідинно-мозаїчної моделі будови, клітинні мембрани - це напівпроникний ліпідний бішар із вбудованими в нього білками. Мембрани різних органел мають неоднаковий ліпідний і білковий склад, що забезпечує їх функції. Кожний різновид мембран містить близько 50 % білків. Ліпідний бішар являє собою рідину, в котрій окремі молекули ліпідів здатні дифундувати в межах свого моношару, але можуть іноді переміщатися з одного шару в другий. В'язкість і рухливість ліпідного бішару залежить від його складу і температури. Цитоплазматична мембрана зовні вкриває клітину і є важливою ланкою в системі біомембран, необхідною умовою існування будь-якої клітини. ї поява була однією з умов виникнення життя. До складу цитоплазматичних мембран, крім ліпідів і білків, входять також молекули гліколіпідів і глікопротеїдів із розгалуженими вуглеводними ланцюгами. Ці розгалужені ланцюги на поверхні клітини переплітаються один з одним, створюють ніби каркас із вплетеними в нього молекулами білків (глікокалікс), що складається з полісахаридів, ковалентно зв'язаних із глікопротеїдами і гліколіпідами плазмолеми. Функції глікокаліксу: а) міжклітинне розпізнавання; б) міжклітинна взаємодія; в) пристінкове травлення. Мембранні ліпіди - амфіпатичні молекули (володіють як гідрофобними, такі полярними властивостями) і у водному середовищіутворюють подвійний шар (бішар). Ці бішари самоорганізуються у закриті компартменти, що здатні відновлюватися при ушкодженнях. Білки складають понад 50 % від маси мембран, більшість із них має глобулярну структуру. Мембранні білки розподілені по зовнішньому і внутрішньому бішарах нерівномірно (асиметрично). Для мембран різних органел характерний неоднаковий білковий склад. Функції біомембран: 1. Захисна: Мембрана обмежує цитоплазму від міжклітинного простору, а більшість клітинних органоїдів - від цитоплазми. Захищає від проникнення сторонніх речовин, підтримує гомеостаз клітини. 2. Формування гідрофобної зони: Гідрофобна зона є основним бар'єром, що запобігає проникненню більшості речовин. Ряд найважливих метаболічних процесів перебігає тільки в неполярному середовищі. 3. Транспортна: Перенесення речовин через біомембрани. Мембрана забезпечує вибіркове переміщення молекул і іонів; створює трансмембранну різницю електричного потенціалу. Основні типи перенесення речовин: 1) пасивний (осмос, проста дифузія, полегшена дифузія); 2) активне переміщення речовин проти градієнта концентрацій; 3) ендо- й екзоцитоз. 4. Компартментація клітини: Система внутрішніх мембран розділяє вміст клітини на відсіки (компартменти), що мають специфічну структуру. У них зосереджені визначені молекули, необхідні для виконання певних функцій. Усі мембранні органели є внутрішньоклітинними компартментами 5. Утворенняорганел: Мембранні органели забезпечують одночасний перебіг багатьох різноспрямованих метаболічних процесів 6. Рецепторна: Наявність у мембрані різноманітних рецепторів, що сприймають хімічні сигнали від гормонів, медіаторів та інших біологічно активних речовин, зумовлює здатність змінювати метаболічну активність клітини 7. Утворення міжклітинних контактів: Біомембрани можуть створювати такі види контактів: 1) простий контакт (зближення мембран клітин на відстань 15-20 нм); 2) щільний замикаючий контакт, непроникний для макромолекул та іонів (злиття ділянок плазмолеми сусідніх клітин); 3) десмосоми (ділянки ущільнення між клітинами, що утворюють механічні зв'язки); 4) щілинний контакт; 5) синаптичний контакт (нервові клітини). Контакти важливі для взаємодії клітин і утворення тканин Компартментація - це просторове розмежування клітини внутрішніми мембранами на відсіки, що дозволяє здійснювати перебіг багатьох біохімічних реакцій (часто протилежно спрямованих) одночасно і незалежно одна від одної. Близько половини загального об'єму еукаріотичних клітин розділені мембранами на компартменти, відомі як клітинні органели. Кожний відсік має у своєму складі специфічні білки, що визначають його унікальні функції. Крім того, цитозоль, ендоплазматичний ретикулум, комплекс Гольджі, ядро, мітохондрія, ендосома, лізосома і пероксисома, - це індивідуальні компартменти, відділені від інших відсіків клітини принаймні однією відбірково проникною мембраною. 6.Організація потоків речовин і енергії в клітинах. У клітині постійно здійснюється потік речовин і енергії. Суть потоку речовин полягає в безперервному надходженні у клітину органічних і неорганічних сполук і виведенні кінцевих продуктів метаболізму. Потік енергії - це сукупність реакцій розщеплення органічних речовин з вивільненням енергії хімічних зв'язків, яка акумулюється в макроергічних зв'язках АТФ і використовується в подальшому клітиною. Енергетичний обмін відбувається в декілька етапів: підготовчий, безкисневий і кисневий. На підготовчому етапіза допомогою травних ферментів великі органічні молекули розщеплюються на мономери: білки - до амінокислот, жири – до гліцерину та жирних кислот, полісахариди – до моносахаридів, нуклеїнові кислоти - до нуклеотидів. Енергія, яка при цьому вивільняється, розсіюється у вигляді тепла. Безкисневий (анаеробний) етапенергетичного обміну відбувається у клітинах. На даному етапі молекули глюкози розщеплюються шляхом гліколізу на дві молекули піровиноградної або (особливо у м'язових клітинах) молочної кислоти . Під час гліколізу виділяється близько 200 кДженергії. Частина її (близько 80 кДж) витрачається на синтез двох молекул АТФ, а решта (приблизно 120 кДж) - розсіюється у вигляді тепла. Кисневий (аеробний) етапенергетичного обміну можливий лише в аеробних умовах (за наявності кисню), коли органічні сполуки, що утворилися на безкисневому етапі, окиснюються в клітинах до кінцевих продуктів - С02 та Н20. Окиснення сполук пов'язане з відщепленням від них водню, який передається за допомогою особливих біологічно активних речовин-переносників до молекулярного кисню, з утворенням молекули води. Цей процес називають тканинним диханням. Він відбувається в мітохондріях і супроводжується виділенням великої кількості енергії та акумуляцією її в макроергічних зв'язках молекул АТФ (окиснювальне фосфорилування). Отже, під час розщеплення АТФ виділяється велика кількість енергії, яка використовується для синтезу необхідних організму сполук, підтримання певної температури тіла тощо. Таким чином, молекули АТФ є універсальним хімічним акумулятором енергії у клітинах. Хімічна природа макроергічних зв'язків остаточно ще не з'ясована. |