Пішак_Медична біологія_2004. Лауреат и но белівсь ко ї прем І ї мечников І
 Скачать 14.51 Mb.
|
|
зо оболонку Землі біосферу. Між біогеоценозами відбувається не тільки матеріально енергетичний обмін, але й постійна конкурентна боротьба, що надає біосфері в цілому великої динамічності. Вся біогеохімічна робота біосфери забезпечується її біо геоценозним комплексом. Екологічні проблеми рівня: збільшення кількості ан тропоценозів та їх глобальне поширення, забруднен- ня середовища, руйнування озонового екрану Землі. Біологічні рівні організації живої природи взаєм- но пов'язані між собою за принципом біологічної ієрархії. Система нижчого рівня обов'язково вклю- чається до рівня вищого ґатунку. Ідея біологічних рівнів, з одного боку, поділяє живу природу на окремі складові дискретні оди- ниці, аз іншого пояснює її цілісність як системи взаємопов'язаних частин, починаючи від органіч- них макромолекул і закінчуючи живою оболонкою Землі біосферою. 1.1.6 Особливе місце людини в системі органічного світу Людина є закономірним підсумком розвитку органічного світу. її історичний вік відносно невеликий близько двох мільйонів років, але темпи ста- новлення дуже високі. Цепов язано з тим, що впро- довж еволюції тут діяли не тільки біологічні, ай со- ціальні чинники. Безпосередніми пращурами людини були вимерлі людиноподібні мавпи австралопітеки (південні мавпи). У ході антропогенезу мала місце послідов- на зміна етапів Homo habilis (людина уміла), Ното erectus (людина, що прямо ходить Homo sapiens (людина розумна). Людина біосоціальна істота. Це вінець Приро- ди, особливим чином виділений із світу тварин. її суттєві біологічні особливості: 1) складність анатомо фізіологічної організації; 2) високорозвинений мозок, який забезпечує енергонадмірність (люди- на витончений перетворювач природної енергії); 3) обмеження природного добору як рушійного фактора еволюції. Соціальні прояви людини пов'язані з формуван- ням другої сигнальної системи (здатність сприйма 1.1. Загальна характеристика життя. Рівні організації живого. Людина в системі природи Рис. 1.13 Головний мозок людини (ліва півкуля). ти сигнали словом, що створило фундамент для розумового процесу якісно нового прояву вищої нервової діяльності. Мислення це робота людсь- кого мозку. Воно базується на аналїтико синтетичному апараті кори великих півкуль (рис. 1.13). Люди, на відміну від тварин, здатні сприймати не тільки широку інформацію зовнішнього світу, ай різнобіч- но аналізувати її, потім здійснювати синтез отрима- них даних та відкладати їх у своїй пам'яті. За необ- хідності результати такого синтезу використовують- ся відповідно до умов існування. Усе це збільшує адаптаційні можливості людини, розширює та уріз- номанітнює їх. Людина певною мірою стає незалеж- ною від навколишнього середовища, формує сере- довище існування, що не властиве світу тварин. Біологічну сутність людини вивчає біологія люди- ни, важливим розділом якої є медична біологія. Со- ціальну сутність людини розглядає комплекс суспіль- них дисциплін філософія, теологія, політологія та ін. Людина, як і все живе, може активно існувати тільки в біосфері. її зв'язок з живою оболонкою Землі нерозривний. Як відзначав В. І. Вернадський, людина стала найбільшою геологічною силою, яка сприяла переходу біосфери в якісно нову фазу ноосферу. Ноосфера, або "розумна оболонка" Землі, за В. І. Вернадським, це найвища стадія розвитку біосфери. Швидкозростаюча, дуже активна діяль- ність людини задля покращення свого життя і пере- творення природних енергетичних процесів, супро- воджується змінами параметрів біосфери. Виникла тенденція екологічної кризи. Таким чином, на початку третього тисячоліття не. в історії Землі склалася ситуація, коли цивілізо- ване людство стало головним і визначальним чин- ником існування та розвитку живої Природи на одній з планет Сонячної системи Землі. 31 Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини Питання для самоконтролю та обговорення 1. Дайте визначення сутно сті життя. 2. Назвіть основні властивості живого. Вкажіть, які з цих властивостей характерні для неживого і які тільки для живого. 3. Що таке система біологічної ієрархії? 4. На які структурні рівні організації поділяється життя? 5. Для чого введено поняття про рівні організації жи- вої матерії? 6. Назвіть основні біологічні явища, що характеризу- ють різні рівні організації живого. 7. Вкажіть якісні особливості живої матерії. 8. Охарактеризуйте впорядкованість біологічних систему часі. 9. На якій підставі живі організми вважають відкрити- ми системами 10. Що таке біополімери та який принцип їхньої орга- нізації? 11. Які основні групи біополімерів вам відомі? 12. Чому ліпіди не належать до біополімерів, хоча є органічними сполуками? 13. Які метаболічні процеси відбуваються з поглинан- ням, а які з вивільненням енергії? 14. На якому рівні організації живої матерії здійснюєть- ся взаємозв'язок пластичного та енергетичного обміну? 15. Назвіть керуючу систему молекулярно генетично- го рівня. 16. Назвіть універсальне джерело енергії, що забезпе- чує життєві процеси у тканинах тваринних організмів. 17. Вкажіть характерні властивості живих систем. Що таке принцип зворотного зв'язку? 18. Що таке подразливість як властивість життя? 19. Доведіть єдність асиміляції і дисиміляції як загаль- ної закономірності обміну речовин. 20. Вкажіть місце людини в системі органічного світу. 21. Чому віруси вважають неклітинними формами життя? 22. Опишіть будову вірусної частки. 23. Як пояснюють виникнення вірусів? 24. Що таке фаги Дайте їх біологічну характеристику. 25. Яка роль фотосинтезу в еволюції життя на землі? 1. Термін "біологія" вперше введений у науку а) Р. Гуком у 1665 p.; б) Ж. Б. Ламарком у 1802p.; в) Т. Шванном у 1839p.; г) P. Вірховим у р д) Г. Менделем у 1865 р. 2. Яка з властивостей суттєво відрізняє живе від неживого а) мінливість; б) дискретність і цілісність; в) розмноження; г) хіральна чистота біополімерів; д) обмін речовин. 3. Знайдіть неправильний варіант відповіді: а) організм відкрита біологічна система б) багатоклітинний організм є сума клітин, "клітин- на держава "; в) організм це саморегулювальна система г) організм це несаморегулювальна система д) організм це відкрита, самовідтворювальна, са мовідновлювальна система. 4. Виберіть найбільш вірний варіант відповіді: а) клітина елементарна одиниця будови і розвит- ку організмів; б) клітина одиниця, здатна до самовідновлення і розвитку; в) клітина елементарна, частково відкрита біо- логічна система, здатна до самовідновлення, са- мовідтворення і розвитку; г) клітина елементарна біологічна система, здат- на до саморегуляції і самовідтворення; д) клітина відкрита система, здатна до само- відновлення і саморегуляції. 5. Який мікроскоп слід використовувати при дослідженні тонкої структури поверхні клітини: а) світловий; б) трансмісійний електронний; в) фазово контрастний; г) скануючий електронний; д) рентгенівський апарат. 6. Які чинники відіграли вирішальну роль для виділення самостійного таксона Homo sapiens у процесі еволюції: а) антропогенні; б) соціальні; в) обмежувальні; г) біотичні; д) абіотичні. 32 Контрольно навчальні завдання Живі організми, які населяють Землю, скла- даються з клітин. У процесі еволюції органіч- ного світу клітина виявилася єдиною системою, в якій можливий прояв усіх закономірностей і властивостей живої матерії: ріст і розмножен- ня, поглинання і виділення різних речовин, ди- хання і подразливість, обмін речовин і спад- ковість. Клітини ростуть і функціонують за рахунок поживних речовин, які вони отримують шляхом автотрофного чи гетеротрофного живлен- ня. В результаті цих процесів вони вилучають, перетворюють і використовують зовнішню енергію. Клітини мають свою систему саморегу- ляції, яка підтримує процеси життєдіяльності. Молекулярно генетичний і клітинний рівні організації життя 1 . 2 . 1 . Клітина як елементарна структурно функціо- нальна одиниця живого. 1.2.2. Структурно хімічна і функціональна організа- ція еукаріотичних клітин. 1.2.3. Спадковий апарат еукаріотичних клітин і його функціонування молекулярний рівень. 1.2.4. Організація клітин у часі. 33 1.2 Клітина як елементарна структурно функціональна одиниця живого 1 . 2 . 1 . 1 . Утворення клітин якісний етап еволюції. 1.2.1.2. Клітинна теорія та ії значення для медицини. 1.2.1.3. Прокаріотичні та еукаріотичні клітини. 1.2.1.4. Функціональні властивості клітини як від- критої системи. 1.2.1.5. Спеціалізація та інтеграція клітин багато- клітинних організмів. 34 Клітина найпростіша біологічна система, здатна до самовідновлення, самовідтворення та розвитку. Це динамічно стійка відкрита система, яка складається з багатьох взаємопов'я- заних елементів, функціонування яких не тільки визначає життєдіяльність клітини, але має зна- чення для організму як цілого. Клітина забез- печує свою цілісність і самовідтворення за ра- хунок речовин і енергії, які отримує ззовні. Клітина є основою будови прокаріотів, одно- клітинних, грибів, рослин і тварин. Стосовно прокаріотів і найпростіших поняття "клітина" й "організм" збігаються. їх називають одно- клітинними. Одноклітинними є також деякі види водоростей і грибів. Більшість рослин і тварин складаються з багатьох клітин, вони називають- ся багатоклітинними. У багатоклітинних орга- нізмів клітини утворюють тканини, що входять до складу органів. Життєдіяльність клітин у ба- гатоклітинних підпорядкована координуючому впливу цілісного організму. Координація у тва- рин здійснюється нервовою й ендокринною системами, а в рослин безпосереднім цито- плазматичним зв'язком між клітинами та цир- кулюючими речовинами (фітогормонами). Усі живі істоти, що розмножуються статевим шляхом, починають існувати з моменту злиття двох високоспеціалізованих клітин спермато- зоїда і яйцеклітини. Запліднена яйцеклітина є ма- теринською для всіх інших клітин людського тіла. Тіло дорослої людини складається більш ніж із 100 трильйонів клітин. Більшість цих клітин ви сокоспеціалізовані, мають різну структуру, щоб виконувати певні функції. Але незалежно від цьо- го кожна клітина повинна бути здатна до роз- множення, синтезу необхідних макромолекул, за- безпечувати себе енергією, реагувати на неспри- ятливі впливи, взаємодіяти з іншими клітинами і т.д. Спільність багатьох функцій зумовлює схожість будови більше ніж 200 різних типів клітин людського тіла, проте клітини кожного типу ви- конують тільки їм властиві функції. У залежності від складу й ступеня упо- рядкованості, комплекси органічних молекул здатні виконувати певні функції, спрямовані в першу чергу на підтримку високої структур- ної організації організму. 1.2.1 1.2. Молекулярно генетичний і клітинний рівні організації життя Прокаріотичні клітини з'явилися на Землі при- близно 3,5 млрд. років тому внаслідок спонтанної агрегації органічних молекул та тривалої еволюції (гіпотеза О. І, Опаріна (рис. 1.14)). Вирішальним етапом була поява ферментативних (каталітичних) молекулярних механізмів. Перші клітини викорис- товували каталітичні властивості РНК і білків, а як речовину спадковості містили тільки РНК. У про- цесі ускладнення структури і функцій клітин та на- громадження додаткових каталітичних білків молекула РНК була замінена дволанцюговою ДНК, яка зберігала генетичну інформацію. Походження еукаріотичних клітин пояснюють симбіотичною гіпотезою, згідно з якою клітиною хазяїном був анаероб. Перехід до аеробного дихан- ня пов'язаний із проникненням аеробних бактерій у клітину хазяїна і співіснуванням з нею у вигляді міто хондрій. Зелені рослини здатні до фотосинтезу, що зумовлено присутністю в їхніх клітинах хлоропластів. Вважається, що симбіонтами клітини хазяїна, що Рис. 1.14 Олександр Іванович Опарін ( 1 8 9 4 1 9 8 0 ) . дали початок хлоропластам, були прокаріотичні си ньозелені водорості. Основним аргументом на ко- ристь симбіотичної гіпотези є те, що мітохондрії і хлоропласти мають власну ДНК. Система внутрішньоклітинних мембран гла- денька і зерниста ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, ядерна оболонка очевидно є похідними зовнішньої мембрани, що здатна розгалужуватися всередині клітини. Досить складним для відповіді є питання похо- дження генетичного матеріалу ядра. Можливо, що воно також могло утворитися із симбіонтів прока ріотів. Збільшення кількості ядерної ДНК відбува- лося, мабуть, поступово, шляхом переміщення ге- нетичного матеріалу з геномів симбіонтів у ділян- ку, обмежену мембраною. Дуже важливим було виникнення мітозу як ме- ханізму рівномірного розподілу генетичного мате- ріалу і відтворення з покоління в покоління подібних клітин. В результаті подальшої еволюції виник но- вий механізм поділу клітин мейоз що вирішило проблему розмноження багатоклітинних організмів. Перехід до статевого розмноження сприяв появі комбінативної мінливості, що істотно збільшило швидкість еволюції. Завдяки цим процесам за 1 млрд. років еволюції еукаріотичний тип клітинної організації зумовив широку різноманітність живих організмів від най- простіших до людини (рис. 1.15). 35 1.2.1.1 Утворення клітин якісний етап еволюції 1.2.1.2 Клітинна теорія та її значення для медицини Німецький зоолог Т. Шванн (1810 1882) у р. опублікував працю "Мікроскопічні дослідження про відповідність у структурі та рості тварин і рослин". У цій класичній роботі були закладені основи клітин- ної теорії. Ґрунтуючись на роботах М. Шлейдена, Т. Шванн знайшов вірний принцип зіставлення клітин рослинних і тваринних організмів. Він встановив, що клітини тварин надто різноманітні й значно відрізня- ються від клітин рослин, проте ядра у всіх клітинах подібні. Якщо в певному утворенні, яке можна по- бачити в мікроскоп, присутнє ядро, то це утворен- ня, на думку Шванна, можна вважати клітиною. Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини Рис. 1.15 Еволюція живого. Ґрунтуючись на такому припущенні, Т. Шванн ви- сунув основні положення клітинної теорії: 1) клітина є головною структурною одиницею всіх організмів (рослин і тварин); 2) процес утворення клітин зу- мовлює ріст, розвиток і диференціювання рослин- них і тваринних тканин. Розвиток клітинної теорії Р Вірховим (рис. 1,16). У 1858 р. вийшла в світ основна праця німецького патолога Р. Вірхова "Целюлярна патологія". Цей твір, який став класичним, вплинув на подальший розвиток вчення про клітину й для свого часу мав велике та прогресивне значення. До Р. Вірхова основу всіх патологічних процесів вбачали у зміні складу рідини і боротьбі нематеріальних сил організму. Р. Вірхов підійшов до пояснення патологічних про- цесів у зв'язку з морфологічними структурами, з певними змінами в будові клітин. Це дослідження започаткувало нову науку патологію, яка є основою теоретичної й клінічної медицини. Р. Вірхов увів у науку ряд нових уявлень про роль клітинних структур в організмі. Положення Р. Вірхова "кожна клітина з кліти- ни" блискуче підтвердилося подальшим розвитком біології і є третім положенням клітинної теорії. На даний час невідомі інші способи появи нових клітин, крім поділу вже існуючих. Однак ця теза не запере- чує того, що на зорі життя клітини розвинулися з доклітинних структур. Положення Р. Вірхова про те, що поза клітинами немає життя, теж не втратило свого значення. На 1.2. Молекулярно генетичний і клітинний рівні організації життя Рис. 1.16 Р. Л. К. Вірхов (Rudolf Ludwig Karl Virchow)(1821 1 9 0 2 ) . прикладу багатоклітинному організмі присутні не- клітинні структури, але вони похідні клітини. При- мітивні форми віруси стають здатними до ак- тивних процесів життєдіяльності та розмноження лише після проникнення у клітину. Важливим узагальненням було твердження, що найбільше значення в життєдіяльності клітин має не оболонка, а її вміст: цитоплазма й ядро. Сучасний стан клітинної теорії. З часу ство- рення клітинної теорії вчення про клітину як елемен- тарну мікроскопічну структуру організмів набуло нового змісту. Для Т. Шванна і його сучасників кліти- на залишалася простором, обмеженим оболонкою. Поступово ця уява замінилася розумінням того, що основною частиною клітини є цитоплазма. До кінця минулого століття, завдяки успіхам мікроскопічної техніки, була виявлена складна будова клітини, опи- сані органели частини клітини, що виконують різні функції, і досліджені шляхи утворення нових клітин (мітоз). Вже на початку XX ст. стало зрозумілим першорядне значення клітинних структуру передачі спадкових властивостей. У даний час можна вва- жати загальновизнаним, що клітина є основною структурною і функціональною одиницею організації живого. На сучасному етапі розвитку цитології клітин- на теорія включає такі положення: клітина елементарна одиниця будови і роз- витку всіх живих організмів; клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні за походженням (гомологічні), будовою, хімічним складом, основними проявами життєдіяльності; кожна нова клітина утворюється виключ- но внаслідок розмноження материнської шляхом поділу; у багатоклітинних організмів, які розвивають- ся з однієї клітини зиготи, спори тощо, різні типи клітин формуються завдяки їхній спеціалізації впро- довж індивідуального розвитку особини та утворю- ють тканини; із тканин складаються органи, які тісно по- в'язані між собою й підпорядковані нервово гумо- ральній та імунній системам регуляції. Значення клітинної теорії для медицини Клітина одиниця патології. Клітину необхідно знати не тільки як одиницю будови організму, але і як одиницю патологічних змін. Практично всі хво- роби пов'язані з порушенням структури і функції клітин, із яких утворюються всі тканини та органи. Порушення структури і функції одних клітин є пер- шопричиною виникнення і розвитку хвороби, а по- рушення інших може бути вже наслідком несприят- ливих змін в організмі. Наприклад, при інфаркті міо- карда порушується функціонування, а потім настає загибель кардіоміоцитів через гостру нестачу кис- ню. Внаслідок того, що частина серцевого м'яза не бере участі в скороченні, порушується кровопоста- чання в організмі, що призводить до гіпоксії і змін функції і структури клітин, у першу чергу нейронів головного мозку. Порушення нормального функціонування клітин (патологія) пов'язане з багатьма різноманітними чинниками (фізичними, хімічними, біологічними) і характеризується загальними або місцевими пору- шеннями організації органел клітин, зміною окремих метаболічних процесів. Несприятливими для кліти- ни чинниками можуть бути хвильові, іонізуючі випромінювання, низькі й високі температури, різні |