экзамен биология 2013. I. Введение и общая характеристика жизни
 Скачать 1.53 Mb.
|
|
I. Введение и общая характеристика жизни 1)Биология как наука о живых системах, закономерностях их развития и существования. Определение сущности жизни. Основные свойства живых систем. Отличия живого от неживого Биология как наука изучает все проявления жизни.Термин был введен в начале 19в. Ламаркоми Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом явлении природы.Первое научное определение жизни дал Фридрих Энгельс «диалектика природы» 1898г. Жизнь есть способ существования белковых молекул,существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей средой.С прекращением обмена веществ прекращается жизнь. Свойсва живого: -самовозпроизведение -самообновление -саморегуляция Живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой.Уровено их организации значительно выше,чем неживых систем. 2) Клеточная теория как доказательство единства всего живого. Основные положения и современное состояние клеточной теории. Основные положения клеточной теории сформировали ботаник М.Шлейден и физиолог Т.Шванн.в 1858 г.Р.Вирхов дополнил клеточную теорию утверждением о происхождении клетки только от клетки путем деления.Основные положения современной клеточной теории: -Все живые организмы состоят из клеток.Клетка-единица строения,функционирования,размножения и индивидуального развития живых организмов.Вне клетки нет жизни. -Клетки всех организмов сходны между собой по строению и химическому составу -Клеточное строение всех ныне живущих организмов-свидетельство единства их происхождения. -Клетки многоклеточных организмов специализированы:они выполняют разные функции и образуют ткани. -Клетка является открытой системой,через которую проходят и преобразуются потоки веществ,энергии и информации. -Клетки могут образовываться только из клеток путем их деления Согласно современному определению,коетка-это открытая биологическая система,ограниченная полупроницаемой мембраной,способная к саморегуляции и самовоспроизведению. 3)Уровни организации живой материи. Иерархическая соподчиненность разных уровней организации живого Условно выделяют следующие уровни организации живой материи:микросистемы(молекулярный,субклеточный,клеточный уровни);мезосистемы(тканевой,органный,организменный уровни)и макросистемы(популяционно-видовой,биогеоце Молекулярный уровень отражает особенности химического состава живого вещества,а также механизмы и процессы передачи генетической информации.Элементарная единица этого уровня-ген,представляющий собой участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты(ДНК).Элементарное явление данного уровня-возпроизведение генетического кода на основе репликации(самовоспроизведения)молекулы ДНК Элементарная единица субклеточного и клеточного уровней-внутриклеточные структуры и клетки,а элементарное явление-деление клеток.Клетка-структурная и функциональная единица всех живых организмов.На молекулярном и клеточном уровнях отмечается однотипность всех живых организмов Органо-тканевый и организменный уровни отражают особенности строения и функции органов или тканей,а также целых живых организмов.Элементарные структуры этих уровней-ткани,органы,организмы(особи),а элементарные явления-размножение и индивидуальное развитие(онтогенез) Популяционно-видовой уровень образуют свободно скрещивающиеся между собой особи одного вида.Элементарной труктурой этого уровня являетя популяции живых организмов. Элементарная структура биогеноценотического уровня-биогеоценоз ,элементарное явление-переход биогеоценозов из одного состояния в другое,обусловленный круговоротом веществ и энергии. Биосферный уровень-наиболее высокий уровень организации живого-включает совокупность всех живых организмов Земли вместе с окружающей их средой обитания. 4)Предмет биологии. Биологические науки, их задачи, объекты изучения. Методы биологии. Значение биологии как базисной дисциплины в подготовке врача. Предметом изучения биологии являются живые организмы,их строение,функции,индивидуальное и историческое развитие,их взаимодействи друг с другом и с окружающей средой Задачи:Изучение процессов происхождения и развития жизни.Объекты:все живые организмы.Методы:Наблюдение,описание,исторический,экспериментальный. Биология-теоритическая основа медицины.Успехи в медицине связаны с биологическими исследованиями.Необходимым для понимания болезни является знание биологии.Профилактика и лечение болезни требуют знание генетики. II. Клеточный уровень организации живого 1. Неклеточные формы жизни - вирусы и бактериофаги. Это группа между живой и неживой природой. Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым Ивановским. Вирусы являются внутриклеточными паразитами, функционирующими на генетическом уровне. Строение: Состоят из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки - капсида вокруг этой молекулы. Вирусы, обладающие более сложным строением, имеют еще одну оболочку белковую или липопротеиновую. Процессы жизнедеятельности: Вирусы могут существовать в виде кристаллов. В таком состоянии они не размножаются, не проявляют никаких признаков живого и могут сохраняться длительное время. Но при внедрении в живую клетку вирус начинает размножаться. Проникая в клетку, вирус встраивает свою ДНК в ДНК клетки, и начинается синтез вирусных белков, репликация вирусной ДНК, тогда как синтез белков и ДНК клетки-хозяина подавляется. Вне живой клетки вирусы не способны к размножению, синтезу белка. Вирусы вызывают различные заболевания растений, животных, человека. Бактериофаги - это вирусы, поражающие клетки бактерий. Тело состоит из белковой головки, в центре которой находится вирусная ДНК, и хвостика. На конце хвоста располагаются хвостовые отростки, служащие для закрепления на поверхности клетки бактерии, и фермент, разрушающий бактериальную стенку. По каналу в хвостике вирус вспрыскивает ДНК в клетку бактерии и подавляет синтез бактериальных белков, вместо которых синтезируются ДНК и белки вируса. В клетке происходит сборка новых вирусов, которые покидают погибшую бактерию и внедряются в новые. 2. Клеточная теория – теория, обобщающая знаний по естествознанию. Шванн в 1839 г. опубликовал труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В этой работе были заложены основы клеточной теории. Шванн установил, что клетки животных и растений обладают большим сходством. Опираясь на это, Шванн выдвинул основные положения клеточной теории: 1) клетка является структурной и функциональной основой живых организмов; 2) процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференцировку растительных и животных тканей. В 1858 г. вышел труд Вирхова «Целлюлярная патология». Это произведение оказало влияние на дальнейшее развитие учения о клетке. Положение - каждая клетка из клетки - подтвердилось дальнейшим развитием биологии. Положение Вирхова о том, что вне клеток нет жизни, тоже не потеряло своего значения. В целом появление «Целлюлярной патологии» Вирхова легло в основу современных представлений о клеточном строении организма. Со времени создания клеточной теории учение о клетке непрерывно развивалось. Постепенно было открыто, что основным субстратом является протоплазма. К концу прошлого века было обнаружено сложное строение клетки, описаны органоиды. К началу XX века стало ясным значение клеточных структур в передаче наследственных свойств. Все это способствовало выделению самостоятельной ветви биологии - цитологии. Основные положения современной клеточной теории: - Клетка является наименьшей, структурной и функциональной основой живых организмов. - Размножение клетки происходит путём деления исходной клетки. - Клетки сходны по строению. - Многоклеточные организмы – это сложные ансамбли клеток. 3.Типы клеточной организации. Структурно-функциональная организация прокариотических и эукариотических клеток Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический Клетки прокариот имеют небольшие размеры(от 1до 30мкм),характеризуются отсутствием ядра и оформленных мембранных органоидов.Поверхностный аппарат представлен клеточной оболочкой и цитоплозматической мембраной.В цитоплазме пракариотических клеток имеются включения,рибосомы,функции органоидов выполняют своеобразные выросты цитоплазматической мембраны-мезосомы.Некоторые прокариоты имеют жгутики.Генетический аппарат прокариот представлен кольцевой молекулой ДНК.Некоторые прокариоты способны осуществлять фотосинтез Эукариотические клетки состоят из поверхностного аппарата(цитоплазматическая мембрана,,,иногда-клеточная стенка) и внутреннего сдержимого(цитоплазма и ядро) 4. Строение эукариотических клеток. Основные различия между растительными и животными клетками. троение эукариотической клетки. Типичная эукариотическая клетка состоит из трех компонентов: оболочки, цитоплазмы и ядра. Клеточная оболочка. Снаружи клетка окружена оболочкой, основу которой составляет плазматическая мембрана, или плазмалемма (см. рис. 2), имеющая типичное строение и толщину 7,5 нм. Клеточная оболочка выполняет важные и весьма разнообразные функции: определяет и поддерживает форму клетки; защищает клетку от механических воздействий проникновения повреждающих биологических агентов ; осуществляет рецепцию многих молекулярных сигналов (например, гормонов); ограничивает внутреннее содержимое клетки; регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава; участвует в формировании межклеточных контактов и различного рода специфических выпячивании цитоплазмы (микроворсинок, ресничек, жгутиков). Различия между растительными и животными клетками возникли из-за разных путей развития, питания, возможности самостоятельного движения у животных и относительной неподвижности растений. Клеточная стенка у растений есть ( из целлюлозы ) у животных - нет. Клеточная стенка придает растениям дополнительную жесткость и защищает от потерь воды. Вакуоль есть у растений, у животных - нет. Хлоропласты есть только у растений, в которых образуются органические вещества из неорганических с поглощением энергии. Животные потребляют готовые органические вещества, которые получают с пищей. 5. Мембранный принцип строения клетки. Структура и функции мембран (жидкостно-мозаичная модель Сингера-Николсона). В основе структурной организации клетки лежит мембранный принцип строения. Это означает, что клетка в основном построена из мембран сходного строения. Они образованы двумя рядами липидов, в которые на разную глубину с наружной и внутренней стороны по?гружены многочисленные и разнообразные молекулы белков. Наружная цитоплазматическая мембрана имеется у всех кле?ток, она отграничивает содержимое цитоплазмы от внешней среды. Поверхность живой клетки находится в непрерывном движении: на ней возникают выросты и впячивания, она совершает волнообразные колебательные движения, в ней постоянно перемещаются макромо?лекулы. Поверхность клетки обладает высокой прочностью и эластично?стью, легко и быстро восстанавливает свою целостность при неболь?ших повреждениях. Однако цитоплазматическая мембрана несплош-мая: она пронизана многочисленными мельчайшими отверстиями ? порами, через которые с помощью ферментов внутрь клетки могут проникать ионы и мелкие молекулы. К тому же они могут попадать в клетку и непосредственно через мембрану, причем это не пассивная диффузия, а активный избирательный процесс, требующий затрат энергии. Клеточная мембрана легко проницаема для одних веществ и не?проницаема для других. Так, концентрация выше, чем в окружающей среде напротив, ионов_ Nа+ всегда больше в межклеточной жидкости. Избирательная проницаемость клеточ?ной мембраны носит название полу проницаемости. Помимо указанных двух способов, химические соединения и твер?дые частицы могут проникать в клетку путем пино- и фагоцитоза (рис. 68). Мембрана клеток образует выпячивания, края выпячива?ний смыкаются, захватывая межклеточную жидкость (пиноцитоз) или твердые частицы (фагоцитоз). Цитоплазматическая мембрана состоит из липидов ,белков и углеводов.В настоящее время за основу принята жидкостно-мозаичная модель Сингера-Никольсона.Согласна этой модели мембрана представляет собой бимолекулярный(двойной) слой фосфолипидов,в который погружены молекулы белков.Фосфолипиды-эьл водонерастворимые соединения.Они имеют полярную(заряженную) гидрофильную «головку»(глицерол),с которой соединены гидрофобные «хвосты»(две цепи жирных кислот)и остаток фосфорной кислоты.Молекулы фосфолипидов обращены друг другу гидрофобными «ХВОСТАМИ» ,а головки» остаются снаружи,образуя гидрофильную поверхности.Белки мембран можно раздлить на 3 группы:переферические(наиболее сабо связаны с мембраной),полуинтегральные(погруженные) и интегральные(пронизывающие).Интегральные белки мембран формируют поры и каналы. 6. Транспортная функция биологических мембран. Пассивный транспорт веществ через мембрану. Изменения эритроцитов в гипо-, гипер- и изотонических растворах. Одна из важнейших функций цитоплазматической мембраны-транспортная-заключается в избирательной проницаемости для различных веществ,что необходимо для поддержания постоянства внутренней среды клетки.Малые молекулы и ионы проходят через мембраны путем пассивного и активного транспорта. Пассивный транспорт происходит без затрат энергии путем диффузии,осмоса и облегченной диффузии.Диффузия –это транспорт молекул и ионов через мембрану из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией ,т.е по градиенту концентрации .Таким образом транспортируется кислород и углекислый газ.Транспорт воды через полупроницаемую мембрану называется осмосом.Облегченная диффузия тоже предпологает транспорт веществ без затрат энергии и по градиенту концентрации,однако она осуществляется через специальные ионные каналы с помощью белков-переносчиков Активный транспорт веществ через цитоплазмотические мембраны происходит против градиента концентрации,с затратой энергии АТФ и при участии белков-переносчиков Примером может служить натрий-калиевый насос .Концетрация калия внутри клетки в10-20 раз выше ,чем снаружи,тогда как концентрация натрия вне клетки в 4 раза больше ,чем внутри.В этом процессе участвует мембранный белок,выполняющий функцию фермента,который расщепляетАТФ с выссвобождением энергии,используемый для переноса ионов 7. Активный транспорт веществ через мембрану. Эндоцитоз и экзоцитоз. Эндоцитоз и экзоцитоз –процессы переноса макромолекул и крупных частиц,соответственно,из внеклеточного пространства внутрь клетки и в обратном направлении.Эти процессы происходят с затратой энергии АТФ. Различают два вида еноцитоза-фагоцитоз(поглощение клеткой крупных частиц) и пиноцитоз(поглощение жидких веществ).При эндоцитозе мембрана образует впячивания или выросты,которые затем,отшнуровываясь,превращаются во внутриклеточные фагоцитаные или пиноцитарные пузырьки,содержащие захваченный клеткой проукт. В процессе экзоцитоза из клетки выводятся остаточные продукты внутриклеточного пищеварения,а также гормоны,белки,жировые капли и др. 9. - Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - одномембранная система канальцев, трубочек, цистерн, которая пронизывает всю цитоплазму. Она разделяет ее на отдельные отсеки, в которых идет синтез различных веществ, обеспечивает сообщение между отдельными частями клетки и транспорт веществ. Виды: 1)гладкую(агранулярная) 2)гранулярную(шероховатая) ЭПС. На гладкой - идет синтез липидов, метаболизме углеводов, дезактивации вредных веществ. На гранулярной - располагаются рибосомы и синтезируется белок, транспорт и поставка Функции: 1) транспорт веществ из одной части клетки в другую, 2) разделение цитоплазмы клетки на компартменты ( «отсеки»), 3) синтез углеводов и липидов (гладкая ЭПС), 4) синтез белка (шероховатая ЭПС), 5) место образования аппарата Гольджи. 10. - Лизосомы - шарообразные тельца, ограниченные одиночной мембраной, размером 0,2-0,4 мкм, содержащие гидролитические ферменты, которые расщепляют высокомолекулярные вещества, т. е обеспечивают внутриклеточное переваривание. Различают первичные и вторичные лизосомы. Первые образуются в области аппарата Гольджи, в них находятся ферменты в неактивном состоянии, вторые же содержат активные ферменты. Обычно ферменты лизосом активируются при понижении рН. Среди лизосом можно также выделить гетеролизосомы (переваривающие материал, поступающий в клетку извне — путем фаго- или пиноцитоза) и аутолизосомы (разрушающие собственные белки или органоиды клетки). Наиболее широко используется следующая классификация лизосом и связанных с ними компартментов: Ранняя эндосома — в нее поступают эндоцитозные (пиноцитозные) пузырьки. Из ранней эндосомы рецепторы, отдавшие (из-за пониженного рН) свой груз, возвращаются на наружную мембрану. Поздняя эндосома — в нее из ранней эндосомы поступают пузырьки с материалом, поглощенном при пиноцитозе, и пузырьки из аппарата Гольджи с гидролазами. Рецепторы маннозо-6-фосфата возвращаются из поздней эндосомы в аппарат Гольджи. Лизосома — в нее из поздней эндосомы поступают пузырьки со смесью гидролаз и перевариваемого материала. Фагосома — в нее попадают более крупные частицы (бактерии и т. п.), поглощенные путем фагоцитоза. Фагосомы обычно сливаются с лизосомой. Аутофагосома — окруженный двумя мембранами участок цитоплазмы, обычно включающий какие-либо органоиды и образующийся при макроаутофагии. Сливается с лизосомой. Мультивезикулярные тельца — обычно окружены одинарной мембраной, содержат внутри более мелкие окруженные одинарной мембраной пузырьки. Образуются в результате процесса, напоминающего микроаутофагию (см. ниже), но содержат материал, полученный извне. В мелких пузырьках обычно остаются и затем подвергаются деградации рецепторы наружной мембраны (например, рецепторы эпидермального фактора роста). По стадии формирования соответствуют ранней эндосоме. Описано образование мультивезикулярных телец, окруженных двумя мембранами, путем отпочковывания от ядерной оболочки. Остаточные тельца (телолизосомы) — пузырьки, содержащие непереваренный материал (в частности, липофусцин). В нормальных клетках сливаются с наружной мембраной и путем экзоцитоза покидают клетку. При старении или патологии накапливаются. |