Биология как наука о закономерностях и механизмах жизнедеятельности и развития организмов, её задачи. Объект и методы исследования
 Скачать 306.68 Kb.
|
|
1.Биология как наука о закономерностях и механизмах жизнедеятельности и развития организмов , её задачи. Объект и методы исследования Термин биология (от греч. биос — жизнь, логос — наука) введен в начале XIX в. независимо Ж.-Б. Ламарком и Г. Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом явлении природы. В настоящее время его используют и в ином смысле, относя к группам организмов, вплоть до вида (биология микроорганизмов, биология северного оленя, биология человека), биоценозам (биология арктического бассейна), отдельным структурам (биология клетки). Предметом биологии как учебной дисциплины служит жизнь во всех ее проявлениях: строение, физиология, поведение, индивидуальное (онтогенез) и историческое (эволюция, филогенез) развитие организмов, их взаимоотношение друг с другом и с окружающей средой. Основными задачами биологии являются: 1) раскрытие сущности жизни и ее проявления с целью познания ее; 2) изучение живых существ и закономерности их в живой природе. Основные методы исследования в биологии являются: Эмпирические – наблюдение, эксперимент. Теоретические – сравнительный, исторический, моделирования, статическая обработка, формулировка гипотез, законов и теорий и др. Наблюдение дает возможность описать биологические объекты и явления. При этом используются инструментальные методы (микроскопия, электрография, рентгенография и др) Эксперимент – исследователи искусственно создают ситуации, которые помогают изучать свойства биологических объектов. Также используются инструментальные методы: электрофорез, хроматография, культивирование тканей и др. Сравнение и обобщение – позволяют найти общие закономерности для нескольких явлений. С помощью этого метода была основана систематика, создана клеточная теория. Исторический метод – позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития природы. Моделирование – имитирует отдельные биологические процессы. Например аквариум – модель природной экологической системы. 2. Дайте определение жизни. Охарактеризуйте свойства живого. Назовите формы жизни. Жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственна иерархическая организация, способность к самовозобновлению, обмен веществ и тонко регуляторный процесс. Свойства живого: 1. Самовозобновление, которое связано с постоянным обменом вещества и энергии, и в основе которого лежит способность хранить и использовать биологическую информацию в виде уникальных информационных молекул: белков и нуклеиновых кислот. 2. Самовоспроизведение, которое обеспечивает преемственность между поколениями биологических систем 3. Саморегуляция, которая основана на потоке вещества, энергии и информации 4. Большинство химических процессов в организме находятся не в динамичном состоянии 5. Живые организмы способны к росту . 3. Эволюционно-обусловленные уровни организации биологических систем. 1.Молекулярно – генетический. На этом уровне изучаются физико – химические процессы, происходящие в организме – синтез и разложение белков, липидов, нуклеиновых кислот, обмен веществ и энергии, копирование генетической информации. Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне служит ген, в котором записан определенный объем биологической наследственной информации. Элементарное явление на этом уровне – редупликация (самовоспроизведение) ДНК, в процессе которой могут возникать нарушения, изменяющие смысл генетической информации, приводящие к изменчивости. Биологическая информация, заключающаяся в молекулах ДНК, не участвует непосредственно в процессах жизнедеятельности. Она переходит в действующую форму, будучи перенесена в молекулы белков. Отмеченный перенос осуществляется благодаря механизму матричного синтеза, в котором исходная ДНК служит, как и в случае с редупликацией, матрицей (формой), но для образования не дочерней молекулы ДНК, а матричной РНК, контролирующей биосинтез белков. В основе этого процесса лежит принцип комплементарности. Это дает основание причислить матричный синтез информационных макромолекул также к элементарному явлению на молекулярно-генетическом уровне организации жизни. 2.Клеточный. Элементарная структурная функциональная единица – клетка. Элементарное явление представлено реакциями клеточного метаболизма, составляющими основу потоков энергии, веществ и информации. Благодаря деятельности клетки поступающие извне вещества превращаются в субстраты и энергию, которые используются (в соответствии с имеющейся генетической информацией) в процессе биосинтеза белков и других соединений, необходимых организму. Таким образом, на клеточном уровне сопрягаются механизмы передачи биологической информации и превращения веществ и энергии. Элементарное явление на этом уровне служит энергетической и вещественной основой жизни на всех других уровнях ее организации. 3. Организменный. Элементарной единицей организменного уровня является особь( организм) в ее развитии от момента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы, что позволяет также назвать этот уровень онтогенетическим. Закономерность изменения организма в индивидуальном развитии составляют элементарное явление данного уровня. 4. Популяционно – видовой. Элементарной единицей популяционно-видового уровня служит популяция — совокупность особей одного вида. Объединение особей в популяцию происходит благодаря общности генофонда, используемого в процессе полового размножения для создания генотипов особей следующего поколения. Популяция в силу возможности межпопуляционных скрещиваний представляет собой открытую генетическую систему. Действие на генофонд популяции элементарных эволюционных факторов, таких, как мутационный процесс, колебания численности особей, естественный отбор, приводит к эволюционно значимым изменениям генофонда, которые представляют элементарные явления на данном уровне. 5. Биогеоценотический и биосферный. В процессе совместного исторического развития на определенной территории организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые во времени сообщества — биогеоценозы, которые служат элементарной единицей биогеоценотического (экосистемного) уровня. Элементарное явление на рассматриваемом уровне представлено потоками энергии и круговоротами веществ. Ведущая роль в этих круговоротах и потоках принадлежит живым организмам. Биогеоценоз — это открытая в вещественном и энергетическом плане система. Биогеоценозы, различаясь по видовому составу и характеристикам абиотической своей части, объединены на планете в единый комплекс — область распространения жизни, или биосферу. Биосфера – это совокупность всех биогеоценозов, образующих единый комплекс, охватывающий все явления жизни на планете. 4. Обмен веществ. Ассимиляция у гетеротрофов и ее фазы. ассимиляция (assimile – уподобляю, лат.) – процесс синтеза сложных органических веществ из более простых компонентов, поступающих в клетку извне, с использованием внутренней энергии клетки; ассимиляция гетеротрофная – если эти вещества органические (например, у животных или у грибов); данной разновидности ассимиляции может предшествовать подготовительный процесс: пищеварение (у животных), хотя он может и отсутствовать (у грибов). Фазы гетеротрофной ассимиляции Гетеротрофные организмы строят органические вещества своего тела из уже имеющихся готовых органических веществ. К гетеротрофам относят животных, грибы, некоторых бактерий. Гетеротрофные организмы способны строить свои специфические белки, жиры, углеводы только из белков, жиров, углеводов, которые они получают с пищей. В процессе пищеварения эти вещества распадаются до мономеров. Из мономеров в клетках синтезируются вещества, характерные для данного организма. Все эти реакции идут при участии ферментов и с использованием энергии АТФ. Схема превращения веществ в гетеротрофном организме  5. Обмен веществ. Диссимиляция. Этапы диссимиляции в гетеротрофной клетке. Внутриклеточный поток: информации, энергии и вещества. диссимиляция (di – два; здесь – другой способ, лат.) – процесс распада сложных органических веществ самой клетки до более простых компонентов (впоследствии выводимых наружу) с выделением энергии. Этапы гетеротрофной диссимиляции Диссимиляция (катаболизм, энерге тический обмен) — процесс, обратный реакциям биосинтеза. Сложные биополи меры распадаются, образуя простые веще ства с выделением энергии, необходимой для реакций биосинтеза. Выделяют три этапа энергетического обмена. 1. Подготовительный этап. На этом этапе молекулы полисахаридов, бел ков, жиров и нуклеиновых кислот распа даются на более мелкие молекулы — глю козу, аминокислоты, жирные кислоты, глицерин, нуклеотиды. 2. Бескислородный — этап неполного окисления (брожения), таге лее называется анаэробным дыханием (гликолизом). При этом из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы молочной кислоты, а из 2 АДФ и 2 остатков фосфорной кислоты синтези руется 2 молекулы АТФ. В АТФ запасает ся 40% энергии, остальное рассеивается в виде тепла. 3. Кислородное расщепление аэробное дыхание. На этом этапе органические соединения (молочная кислота) окисляются до конеч ных продуктов СО^ и Н20. Кислородное расщепление сопровождается выделением большого количества энергии и запасани ем 90% ее в 36 молекулах АТФ. 6. Окислительное фосфорилирование (ОФ). Разобщение ОФ и его медицинское значение. Лихорадка и гипертермия. Сходства и различия. Окислительное фосфорилирование, синтез АТФ из аденозиндифосфата и неорганического фосфата, осуществляющийся в живых клетках, благодаря энергии, выделяющейся при окислении орг. веществ в процессе клеточного дыхания. Разобщение ОФ и его значение Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны или другие ионы (ионофоры) из межмембранного пространства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это явление называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается. В этом случае скорость окисления NADH и FADH2 возрастает, возрастает и количество поглощённого кислорода, но энергия выделяется в виде теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается. Как правило, разобщители - липофильные вещества, легко проходящие через липидный слой мембраны. Одно из таких веществ - 2,4-динитрофенол (рис. 6-17), легко переходящий из ионизированной формы в неионизированную, присоединяя протон в межмембранном пространстве и перенося его в матрикс. Лихорадка и гипертермия Лихорадка - защитная реакция организма направленная, как правило, на борьбу с чужеродным фактором. Усиление окисления сопровождается усилением фосфорилирования – достигается дополнительный приток энергии. Гипертермия – пагубный процесс, сопровождающийся разобщением процессов окисления и фосфорилирования – перегрев организма не сопровождающийся накоплением дополнительной энергии. 9. Основные положения клеточной теории Шлейдена и Шванна. Какие дополнения внес в эту теорию Вирхов? Современное состояние клеточной теории. Основные положения клеточной теории Т. Шванна можно сформулировать следующим образом.
М. Шдейден и Т. Шванн ошибочно считали, что главная роль в клетке принадлежит оболочке и новые клетки образуются из межклеточного бесструктурного вещества. В дальнейшем в клеточную теорию были внесены уточнения и дополнения, сделанные другими учеными. В 1855 г. немецкий врач Р. Вирхов приходит к выводу, что клетка может возникнуть только из предшествующей клетки путем ее деления. На современном уровне развития биологии основные положения клеточной теории можно представить следующим образом.
10. Химический состав клетки   11. Типы клеточной организации. Строение про- и эукариотических клеток. Организация наследственного материала у про- и эукариот. Выделяют два типа клеточной организации: 1) прокариотический, 2) эукариотический. Общим для клеток обоих типов является то, что клетки ограничены оболочкой, внутреннее содержимое представлено цитоплазмой. В цитоплазме находятся органоиды и включения. Органоиды — постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специфические функции. Органоиды могут быть ограничены одной или двумя мембранами (мембранные органоиды) или не ограничены мембранами (немембранные органоиды). Включения — непостоянные компоненты клетки, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена или конечных его продуктов. В таблице перечислены основные различия между прокариотическими и эукариотическими клетками.
|