Биология. Экзамен. 1. Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для медицины. Фундаментальные свойства живого
 Скачать 1.81 Mb.
|
|
1. Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для медицины. Фундаментальные свойства живого. Биология (греч. bios- «жизнь»; logos — учение) — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой. Связь биологии с другими науками Изучение жизнедеятельности клетки включает в себя изучение молекулярных процессов протекающих внутри клетки, этот раздел называется молекулярная биология и иногда относится к химии Химические реакции протекающие в организме изучает биохимия Многие аспекты физического функционирования живых организмов изучает биофизика, которая очень тесно связана с физикой экологию - науку о взаимодействии живых организмов с окружающей средой (живой и неживой природы). Значение биологии для медицины: -Генетические исследования позволили разрабатывать методы ранней диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней человека; -Селекция микроорганизмов позволяет получать ферменты, витамины, гормоны, необходимые для лечения ряда заболеваний; -Генная инженерия позволяет производить биологически активные соединения и лекарства; -Познания биологии необходимо для борьбы с инфекционными и паразитическими заболеваниями человека и животных. Фундаментальные свойства живого К числу фундаментальных свойств, совокупность которых характеризует жизнь, относятся: самообновление, связанное с потоком вещества и энергии; самовоспроизведение, обеспечивающее преемственность между сменяющими друг друга генерациями биологических систем, связанное с потоком информации; саморегуляция, базирующаяся на потоке вещества, энергии и информации. Перечисленные фундаментальные свойства обусловливают основные атрибуты жизни: обмен веществ и энергии, раздражимость, гомеостаз, репродукцию, наследственность, изменчивость, индивидуальное и филогенетическое развитие, дискретность и целостность. 2. Эволюционно-обусловленные уровни организации жизни Различают такие уровни организации живой материи - уровни биологической организации: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой и экосистемный. Молекулярный уровень организации - уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика. Клеточный уровень - уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка - это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология. Тканевый уровень организации - уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей. Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией. Органный уровень организации - уровень органов многоклеточных организмов. Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология. Организменный уровень организации - уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией. Популяционно-видовой уровень - уровень совокупностей особей - популяций и видов. Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций. На этом уровне изучаются генетические и экологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов. Биогеоценотический уровень организации жизни - представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни. Компоненты- Популяции различных видов; Факторы среды; Пищевые сети, потоки веществ и энергии; Основные процессы; Биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; Подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз); Обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем). Науки, ведущие исследования на этом уровне: Биогеография, Биогеоценология Экология Биосферный уровень организации жизни Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем — биосферой. Компоненты – Биогеоценозы; Антропогенное воздействие; Основные процессы; Активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты; Биологический глобальный круговорот веществ и энергии;Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность Науки, ведущие исследования на этом уровне: Экология; Глобальная экология; Космическая экология; Социальная экология. 3. Человек в системе природы. Специфика проявления биологического и социального в человеке. Человек относится к царству животных, так как он использует готовые вещества для питания, то есть гетеротрофен. Его клетки не имеют целлюлозных оболочек, нет хлоропластов- то есть состоит из типично животных клеток. - Человек относится: -К типу хордовых так как зародыш имеет хорду, жаберные щели в полости глотки, дорзальную (спинную) полую нервную трубку и двустороннюю симметрию тела. - К подтипу позвоночных так как у него развивается позвоночный столб из позвонков, сердце на брюшной стороне тела, две пары конечностей. - К классу млекопитающих так как он теплокровен, развиты млечные железы; из-за наличия волос на поверхности тела. - К подклассу плацентарных: развитие детеныша внутри тела матери, питание плода через плаценту. С биологической точки зрения человек - один из видов млекопитающих, относящихся к отряду приматов, подотряду узконосых. Человек - биологическое существо. Человек принадлежит к высшим млекопитающим, образуя особый вид Homo sapiens. Биологическая природа человека проявляется в его анатомии, физиологии: он обладает кровеносной, мышечной, нервной и другими системами. Его биологические свойства жестко не запрограммированы, что дает возможность приспосабливаться к различным условиям существования. 3 Биологические особенности человека: прямостояние и прямохождение (некоторые животные, например, обезьяны, так же способны передвигаться на двух конечностях, но им гораздо удобнее использовать все четыре лапы в процессе движения); отсутствие плотного волосяного покрова (с природной точки зрения человек самое уязвимое живое существо: что наша тонкая кожа по сравнению со шкурой животного?!); развитая кисть руки (строение наших пальцев наделяет нас способностью к мелкой моторике. Обезьяну, с лёгкостью чистящую банан, научить вышивать не удастся); крупный объём головного мозга (ну да, конечно, у слона он крупнее, но в пропорции к телу, его мозг занимает всего 0,1% от общей массы слона, в то время как у человека мозг занимает около 2% в соотношении к телу); наличие органов речи (собака, например, всё понимает, а сказать не может. Всё потому что нёбо, язык, зубы и гортань у неё имеют совершенно неудобное для членораздельной речи строение). 4 Человек - существо социальное. Неразрывно связан с обществом. Человек становится человеком, лишь вступив в общественные отношения, в общение с другими. Социальная сущность человека проявляется через такие свойства, как способность и готовность к общественно полезному труду, сознание и разум, свобода и ответственность и др. 5 Социальные особенности человека: наличие речи (ни одно животное не имеет столь развитого языка, и не одного, как человек. Даже "речь" попугая - лишь подражание человеческой речи, но не она сама); наличие сознания (особого рода отражения реальности через собственные ощущения, чувства, мысли и слова); наличие мышления (способности рационально или разумно воспринимать действительность, делать выводы на основе предложенных данных); создание культуры (искусственной среды обитания); изготовление и использование орудий труда; потребность в творческой деятельности (не просто свить гнездо для птенцов, или вырыть берлогу для зимнего сна, а выразить себя в плодах своей деятельности и, возможно, оставить что-то после себя своим потомкам). 6. Клетка – элементарная структурно-функциональная биологическая единица. Особенности строения эукариотической клетки. Строение и функционирование клеток изучает цитология — наука о клетке. Клетка - элементарная единица живой системы. Элементарной единицей она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки живого. Известно, что организмы бывают одноклеточными (например, бактерии, простейшие, некоторые водоросли) или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Специфические функции в клетке распределены между органоидами, внутриклеточными структурами, имеющими определенную форму, такими, как клеточное ядро, митохондрии и др. У многоклеточных организмов разные клетки (например, нервные, мышечные, клетки крови у животных или клетки стебля, листьев, корня у растений) выполняют разные функции и поэтому различаются по структуре. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством в своих главных структурных особенностях. 7. Клеточная теория. История и современное состояние. Значение клеточной теории для биологии и медицины. Значение клеточной теории Благодаря ей стало понятно, что клетка – это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Она их главный «строительный» компонент, клетка является эмбриональной основой многоклеточного организма, т.к. развитие организма начинается с одной клетки – зиготы. Клетка – основа физиологических и биохимических процессов в организме, т.к. на клеточном уровне происходят, в конечном счёте, все физиологически и биохимические процессы. Клеточная теория позволила придти к выводу о сходстве химического состава всех клеток и ещё раз подтвердила единство всего органического мира. Все живые организмы состоят из клеток – из одной клетки (простейшие) или многих (многоклеточные). Клетка – это один из основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементов живой материи; это элементарная живая система. Существует эволюционно неклеточные организмы (вирусы), но и они могут размножаться только в клетках. Различные клетки отличаются друг от друга и по строению, и по размерам (размеры клеток колеблются от 1мкм до нескольких сантиметров – это яйцеклетки рыб и птиц), и по форме (могут быть круглые как эритроциты, древовидные как нейроны), и по биохимическим характеристикам (например, в клетках, содержащих хлорофолл или бактериохлорофилл, идут процессы фотосинтеза, которые невозможны при отсутствии этих пигментов), и по функциям (различают половые клетки – гаметы и соматические – клетки тела, которые в свою очередь подразделяются на множество разных типов). 8. Гипотезы происхождения эукариотических клеток. Теория симбиогенеза. Следует отметить три гипотезы происхождения эукариотических клеток: симбиотическая гипотеза, или симбиогенез, инвагинационная (путем впячивания у прокариотической клетки собственной клеточной поверхности), химерная (путем слияния целых клеток различных прокариот). инвагинационная гипотеза предком эукариотической клетки был не анаэробный, а аэробный прокариот. К такой клетке могли прикрепляться другие прокариоты. Потом их геномы объединялись. Ядро, митохондрии и пластиды возникли путем впячивания и отшнуровывания участков клеточной мембраны. В эти структуры попадала чужеродная ДНК. Усложнение генома происходило в процессе дальнейшей эволюции. Инвагинационная гипотеза происхождения эукариот хорошо объясняет наличие двойной мембраны у органелл. Однако она не объясняет, почему система биосинтеза белка в хлоропластах и митохондриях сходна с прокариотической, в то время как таковая в ядерно-цитоплазматическом комплексе имеет ключевые отличия. 9. Клетка как открытая система. Организация потоков вещества, энергии в клетке. Специализация и интеграция клеток многоклеточного организма. Клетка — открытая система, поскольку ее существование возможно только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Жизнедеятельность клетки обеспечивается процессами, образующими три потока: информации, энергии, веществ. Благодаря наличию потока информации клетка приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, передает в ряду поколений. Поток энергии обеспечивается механизмами энергообеспечения — брожением, фото — или хемосинтезом, дыханием.   Специализация клеток многоклеточного организма - это клетки, которые объединены в различные органы и ткани, специализирующиеся на выполнении определённых функций. Интеграция клеток многоклеточного организма - это объединение в одно единое целое разных частей организма. 10. Клеточный цикл, его периодизация. Митотический цикл и его механизмы. Проблемы клеточной пролиферации в медицине.  Митоз — процесс непрямого деления соматических клеток эукариот, в результате которого из одной диплоидной материнской клетки образуются две дочерние с таким же набором хромосом. Подготовка клетки к митозу происходит в интерфазу: удваивается ДНК, накапливается АТФ, синтезируются белки веретена деления. Интерфаза в свою очередь состоит из трех периодов: 1. пресинтетический (G1) – интенсивные процессы биосинтеза белка, клетка интенсивно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления 2. синтетический (S) – происходит репликация ДНК, получаются двухроматидные хромосомы 3. постсинтетический (G2) – продолжается синтез РНК и белков, так же накапливаются энергия и питательные вещества, происходит исправление недочетов после S периода (репарация) Митоз включает в себя два процесса: кариокинез (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы). Выделяют четыре фазы митоза: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Профаза в ядре молекулы ДНК укорачиваются и скручиваются (спирализуются), образуя компактные хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК (двух хроматид), соединённых центромерой. Ядерная оболочка распадается. Хромосомы неупорядоченно располагаются в цитоплазме. Растворяются ядрышки. Начинает формироваться веретено деления, часть нитей которого прикрепляется к центромерам хромосом. В животной клетке центриоли удваиваются и начинают расходиться. Метафаза Хромосомы располагаются на экваторе клетки, образуя метафазную пластинку. Хроматиды соединены в области первичной перетяжки с нитями веретена деления. Центриоли располагаются у полюсов клетки. Анафаза Каждая хромосома, состоящая из двух хроматид, разделяется на две идентичные дочерние хромосомы. Дочерние хромосомы растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки. У каждого полюса оказывается одинаковый генетический материал. Телофаза Хромосомы раскручиваются. Вокруг хромосом начинают формироваться ядерные оболочки. В ядрах появляются ядрышки. Нити веретена деления разрушаются. На этом кариокинез завершается. Происходит цитокинез — разделение цитоплазмы Пролиферация – размножение клеток при воспалении, направленное на блок вредности и восстановление поврежденной ткани. Термин в медицине впервые ввел немецкий ученый Вирхов для обозначения новообразования клеток путем их размножения делением. По способности к пролиферации клетки делятся на: постоянно делящиеся (стволовые клети крови) практически не делящиеся (нервные, мышечные) делящиеся при необходимости (клетки соединительной ткани, паренхиматозных органов). Оценивать пролиферативной активности раковых клеток необходимо не только для биологической характеристики опухолей, но и для селективного лечения и определения прогноза. На пролиферацию клеток влияют многие химические вещества, в том числе лекарственные препараты. |