1 Коллоквиум по биологии. Свойства живого
 Скачать 164.89 Kb.
|
|
1 Биоло́гия — система наук, объектами изучения 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. Вирусология, микробиология, микология ботаника зоология антропология цитология гистология. анатомия физиология палеонтология биохимия Биология поможет студентам понять существо жизненных процессов и правильно оценить возможности лечебного действия лекарственных веществ на организм человека. Новая биология – часть науки, которая не входит в общепринятые биологию и медицину. Новая биология основывается на квантовой физике, придавая значение невидимым полам и энергиями, таким как разум. Традиционная наука утверждает, что наше тело всего лишь машина, Новая наука говорит, что разум является водителем 2 3 По Волькенштейну - Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот Фридрих Энгельс «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка» Свойства живого: Самообновление, которое связано с постоянным обменом веществ и энергии Самовоспроизведение. Обеспечивает преемственность между сменяющимися генерациями биологических систем. Саморегуляция. Базируется на совокупности потоков вещества, энергии и информации через живой организм; Поддержание гомеостаза — относительного постоянства внутренней среды организма, Структурная организация — определенная упорядоченность, стройность живой системы. Адаптация — способность живого организма постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям существования в окружающей среде. Репродукция (воспроизведение). Наследственность. Обеспечивает преемственность между поколениями организмов Изменчивость — свойство, противоположное наследственности. За счет изменчивости живая система приобретает признаки, ранее ей несвойственные.; Филогенетическое развитие (историческое развитие организмов). Базируется на прогрессивном размножении, наследственности, борьбе за существование и отборе. Несмотря на то, что по своим результатам наследственность и изменчивость разнонаправлены, в живой природе эти два фундаментальных свойства образуют неразрывное единство, чем достигается одновременно сохранение в процессе эволюции имеющихся биологически целесообразных качеств и возникновение новых, делающих возможным существование жизни в разнообразных условиях. 4 Молекулярный Начальный уровень организации живого. Предмет исследования – молекулы нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов и других биологических молекул, т.е. молекул, находящихся в клетке. 2. Клеточный Изучение клеток, выступающих в роли самостоятельных организмов (бактерии, простейшие и некоторые другие организмы) и клеток, составляющих многоклеточные организмы. 3. Тканевый Клетки, имеющие общее происхождение и выполняющие сходные функции, образуют ткани. Выделяют несколько типов животных и растительных тканей, обладающих различными свойствами. 4. Органный У организмов, начиная с кишечнополостных, формируются органы (системы органов), часто из тканей различных типов. 5. Организменный Этот уровень представлен одноклеточными и многоклеточными организмами. 6. Популяционно-видовой Организмы одного и того же вида, совместно обитающие в определенных ареалах, составляют популяцию. Сейчас на Земле насчитывают около 500 тыс. видов растений и около 1,5 млн. видов животных. 7. Биогеоценотический Представлен совокупностью организмов разных видов, в той или иной степени зависящих друг от друга. 8. Биосферный Высшая форма организации живого. Включает все биогеоценозы, связанные общим обменом веществ и превращением энергии. 5 Вода является не только средой жизни многих современных животных и растений, но и первичной средой, в которой произошло зарождение жизни на нашей планете. Это объясняемся ее исключительными физико-химическими свойствами, благоприятствующими протеканию в воде жизненных процессов. Роль воды в клетке: — обеспечение упругости клетки. Последствия потери клеткой воды — увядание листьев, высыхание плодов; — ускорение химических реакций за счет растворения веществ в воде; — обеспечение перемещения веществ — участие в процессе теплорегуляции благодаря способности к медленному нагреванию и медленному остыванию. Основные физико-химические свойства воды 1. Поверхностное натяжение - Вода в организме играет роль растворителя, обеспечивает транспортную систему и служит средой обитания наших клеток. Поэтому, чем ниже поверхностное натяжение, соответственно, выше растворяющая способность воды, тем лучше вода выполняет свои основные функции. 2. Кислотно-щелочное равновесие воды. Основные жизненные среды (кровь, лимфа, слюна, межклеточная жидкость, спинномозговая жидкость и др.) имеют слабощелочную реакцию. При сдвигах их в кислую сторону, меняются биохимические процессы, организм закисляется. Это ведет к развитию болезней. 3. Окислительно-восстановительный потенциал воды. Это способность воды вступать в биохимические реакции. Она определяется наличием свободных электронов в воде. Это очень важный показатель для организма человека. 4. Жесткость воды - наличие в ней различных солей. 5. Температура воды определяет скорость протекания биохимических реакций. 6. Минерализация воды. Наличие в воде макро- и микроэлементов необходимо для жизнедеятельности организма человека. Жидкости организма представляют собой электролиты, восполняемые минералами, в том числе и за счет воды. 6 Живые организмы содержат те же химические элементы, что и неживая природа. Содержание некоторых элементов больше, их называют макроэлементами: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера и др. Микроэлементы в организме содержатся в малых количествах, но тоже играют важную роль, например, йод. Органические вещества образуются в живых организмах. Важнейшими из них являются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) и витамины. Органические вещества образуют важнейшие структуры клетки и служат источником энергии. Характерной особенностью многих органических веществ является их полимерная структура. Так, крахмал состоит из большого числа молекул глюкозы. Белки в процессе пищеварения распадаются на аминокислоты. А ДНК несет важнейшую функцию – является хранителем наследственной информации, зашифрованной в виде последовательности нуклеотидов. Эта информация проявляется через структуру белков. Жиры не растворяются в воде, поэтому жироподобные вещества входят в состав клеточных мембран. Витамины участвуют в регуляции обмена веществ. Биоэлементы - химические элементы, являющиеся основой органических молекул. -микроэлементы железо медь мышьяк -макроэлементы кальций, фосфор, магний, натрий, хлор, калий, сера - ультрамикроэлементы золото серебро ртуть уран  7 Строение прокариотической клетки Клеточная стенка (оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции.), мембрана, цитоплазма, кольцевая ДНК, в цитоплазме рибосомы (осуществляют синтез белков), включения(непостоянные структуры) – гранулы резервных питательных веществ (гликоген, липиды и др.) или продуктов обмена веществ (белки, пигменты). Строение эукариотической клетки. Плазмалемма(клеточная оболочка), цитоплазма, рибосомы, комплекс гольджи (транспорт в-в), лизосомы (внутриклеточное переваривание пищевых веществ), ядро 8 Симбиотическая гипотеза (симбиогенез). Согласно ей, эукариоты произошли в результате объединения в одной клетке разных прокариот, которые сначала вступили в симбиоз, а затем, все более специализируясь, стали органоидами единого организма-клетки. Количество ДНК в ядре современных эукариот во много раз превышает его количество в митохондриях и хлоропластах. Возможно часть генетической информации последних со временем переместилась в ядро. Например, инвагинационная гипотеза. Согласно ей, предком эукариотической клетки был не анаэробный, а аэробный (нужен кислород) прокариот. К такой клетке могли прикрепляться другие прокариоты. Потом их геномы объединялись. 9 Клетка – основная структурно – функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни, способные осуществлять свой жизненный цикл только внутри клеток хозяина. Основные положения клеточной теории 1)Все без исключения организмы состоят из маленьких одинаковых частей – клеток, которые растут и развиваются по одним и тем же законам. 2)Общий принцип развития элементарных частей организма – клеткообразование. 3)Каждая клетка представляет собой сложный биологический механизм и является своего рода отдельным индивидом. Совокупность же клеток образует ткани. 4)В клетках происходят разные процессы, такие как возникновение новых клеток, увеличение клеток в размерах, утолщение их стенок и так далее. Современная клеточная теория 1)Клеточная структура является не единственной формой существования жизни. Так как помимо клеток есть еще и вирусы 2) Существует два типа клеток: прокариотические, не имеющие ограниченного мембранами ядра и эукариотические, имеющие ядро, мембрану, все как положено порядочной клетке. К эукариотическим клеткам относятся клетки растений и животных, к клетками прокариотическим – клетки бактерий и архебактерий. 3) На самом же деле в организме помимо собственно клеток есть многоядерные надклеточные структуры (синцитин, симпласты), безъядерное межклеточное вещество, обладающее к тому же способностями к метаболизму. Клеточная теория позволила понять как зарождается, развивается и функционирует живой организм. Клетка — это основа многоклеточного организма, место протекания биохимических и физиологических процессов в организме. На клеточном уровне в конечном итоге происходят все биологические процессы. 10 Биологические мембраны- общее название функционально активных поверхностных структур, ограничивающих клетки (клеточные, или плазматические мембраны) и внутриклеточные органеллы (мембраны митохондрий, ядер, лизосом, эндоплазматического ретикулума и др.). Они содержат в своем составе липиды, белки,гетерогенные молекулы (гликопротеины,гликолипиды) К основным функциям биологических мембран можно отнести: 1. Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы. 2. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот. 3. Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сигналов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.). 4. Участвуют в преобразовании энергии. Пассивный транспорт - не требующий затрат энергии. Активный транспорт – происходит с затратой энергии Экзоцитоз -вынос из клетки макромолекулярных продуктов, Эндоцитоз - поглощениеклеткой макромолекул. -Фагоцитоз - захват клеткой твердых частиц -Пиноцитоз - захват жидкостей Мембранный транспорт веществ различается также по направлению их перемещения и количеству переносимых данным переносчиком веществ: 1) Унипорт — транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от градиента 2) Симпорт — транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик. 3) Антипорт — перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик. 11 Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала клетки от цитоплазмы, а также регуляции взаимодействий ядра и цитоплазмы. Ядро имеет одно или несколько ядрышек. Оно состоит из РНК и белка. Ядрышко – это структура, которая участвует в синтезе и созревании РНК . Хроматиновые структуры являются интерфазной формой существования хромосом клетки. Различают эухроматин и гетерохроматин Главная функция ядра - хранение и передача наследственной информации - связана с хромосомами. Кроме того, ядро участвует в реализации этой информации с помощью синтеза белка. 12 Цитопла́зма —внутренняя среда клетки, ограниченная плазматической мембраной. Органеллы — это постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке жизненно важные функции. Специальные - специализированные к выполнению определенной функции. Микроворсинки (всасывание в-в), жгутики, микрофибриллы (Обеспечивают сокращение мышечных волокон), пигментные включения (дают цвет клетке) К органеллам общего значения относят элементы комплекс Гольджи, митохондрии(выработка энергии), рибосомы, лизосомы, центриоли клеточного центра (образование микротрубочек, образование митотического веретена) 13 Митохондриа́льные заболева́ния — группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов. Клинически мутации могут проявить себя в виде различных симптомов в любом органе или ткани и в любом возрасте. Наиболее энергозависимыми, а поэтому уязвимыми являются мозг, сердце, скелетные мышцы, эндокринная системы, печень. Примеры наследственных болезней: атрофия дисков зрительных нервов Лебера (острая потеря центрального зрения), митохондриальная энцефаломиопатия(это поражение клеток головного мозга) Пероксисомы участвуют в окислении и разложении органических молекул пероксисомы также участвуют в синтезе важных молекул (холестерин и желчные кислоты) Синдром Цельвегера (причиной болезни считается нехватка пероксисом в тканях организма.) нарушение развития головного мозга Лизосомные болезни накопления вызванных нарушением функции внутриклеточных органелл лизосом. специализируются на внутриклеточном расщеплении веществ: гликогена, гликозаминогликанов, гликопротеинов и других костные аномалии, различной степени выраженности нарушения со стороны центральной нервной системы, грубые особенности строения волос и лица. 14 Существуют две главные гипотезы, по-разному объясняющие появление жизни на Земле. Согласно гипотезе панспермии, жизнь занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного «заселения» планеты разумными пришельцами из других миров. Согласно второй гипотезе, жизнь возникла на Земле, когда сложилась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным абиогенное образование органических веществ из неорганических. Главные этапы на пути возникновения и развития жизни: 1) образовании атмосферы из газов, которые могли бы служить «сырьем» для синтеза органических веществ (метана, оксида и диоксида углерода, аммиака, сероводорода, цианистых соединений), и паров воды; 2) абиогенном (т.е. происходящем без участия организмов) образовании простых органических веществ, в том числе мономеров биологических полимеров — аминокислот, Сахаров, азотистых оснований, АТФ и других мононуклеотидов; 3) полимеризации мономеров в биологические полимеры, прежде всего белки (полипептиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды); 4) образовании предбиологических форм сложного химического состава — протобионтов, имеющих некоторые свойства живых существ; 5) возникновении простейших живых форм, имеющих всю совокупность главных свойств жизни,—примитивных клеток; 6) биологической эволюции возникших живых существ. 15 Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу генетической информации. Молекула ДНК состоит из двух цепей нуклеотидов, которые соединяются между собой посредством водородных связей. Эти связи возникают между двумя нуклеотидами А-Т и Ц-Г Свойства ДНК определяются ее строением: 1. Универсальность - принципы построения ДНК для всех организмов одинаковы. 2. Специфичность - определяется соотношением азотистых оснований: А + Т, Г + Ц Реплика́ция — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликация проходит в три этапа: -инициация репликации -элонгация -терминация репликации. 16 1. Уникальные последовательности, т. е. представленные в одном экземпляре. Обычно это – гены. 2. Среднечастотныеповторы. Это последовательности, повторяющиеся десятки и сотни раз. 3. Высокочастотные повторы, число которых в геноме достигает 106 копий. Они образуют семейства- совокупность последовательностей, полностью или частично гомологичных друг другу. 17 Хромосомы представляют собой нуклеопротеидные образования, состоящие из ДНК и белка. Молекула ДНК в хромосомах тесно связана с двумя классами белков- гистонами (основные белки) и негистонами (кислые белки). Гистоны - это небольшие по величине белки. Выполняют структурную функцию. Негистоновые белки присутствуют в меньших количествах в хромосомах в сравнении с гистонами и выполняют в основном регуляторную функцию. Хроматин в зависимости от периода и фазы клеточного цикла меняет свою организацию. В интерфазе он выявляется в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме ядра(в ядерном соке). При переходе клетки к митозу, особенно в метафазе, хроматин приобретает вид интенсивно окрашенных телец — хромосом. Уровни компактизации хроматина: 1.ДНК 2.Нуклеосомная нить. 3.Хроматиновая фибрилла. 4.Петлевой домен. 5.Хромонема.. 6.Метафазная хромосома. Когда клетка переходит из интерфазы в митоз, наблюдается суперкомпактизация хроматина. В профазе митоза становятся видны нити, а в метафазе и анафазе хорошо различимы отдельные хромосомы, состоящие из двух хроматид. 18 Митоз – непрямое деление соматических клеток, в результате которого сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками. Обязательный компонент клеточного цикла – митотический цикл. Кроме этого в жизненный цикл клетки входит период выполнения специфических функций и периоды покоя. Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G1, синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G2. Пресинтетический период (2n 2c, где n — число хромосом, с — число молекул ДНК) — рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду. Синтетический период (2n 4c) — репликация ДНК. Постсинтетический период (2n 4c) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей. Профаза (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом. Метафаза (2n 4c) — выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом. Анафаза (4n 4c) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами). Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках — за счет клеточной пластинки. 19 Репарация - процесс, позволяющий живым организмам восстанавливать повреждения, возникающие в ДНК. Виды: 1)Прямая репарация - в котором задействованы специфические ферменты, способные быстро устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. 2)Эксцизионная репарация - включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы 3)Пострепликативная репарация - осуществляется путем рекомбинации (обмена фрагментами) между двумя вновь образованными двойными спиралями ДНК. 20 Апоптоз 21 Бесполое Деление одноклеточных (амеба) при шизогонии не две а много клеток Спорообразование (споры грибов и растений) Почкование (дрожжи, гидра) Фрагментация организм матри делится на части и из каждой части новый организм (спирогидра, морские звезды) Вегетативное (малина – корни, фиалка – листья) Половое С помощью гамет сперматозоидов и яйцеклеток. Слияние двух гамет приводит к появлению зиготы – клетка, дочерняя особь Конъюгация зеленая водоросль спирогиры Конъюгация у инфузорий обмениваются половыми ядрами Партеногенез – развитие без оплодотворения (тли, дафнии) Виды Гиногенез - частный случай партеногенеза, при которой после проникновения спермия в яйцеклетку их ядра не сливаются, и в последующем развитии участвует только ядро яйцеклетки (сперматозоид нужен для активации яйца) черви караси пчелы Андрогенез – вариант партеногенеза, при котором развитие зиготы происходит за счет ядра сперматозоида с цитоплазмой яйцеклетки кукуруза табак |