Предмет и задачи общей биологии. Предмет и задачи биологии Вопрос что служит предметом изучения биологии

Биология – совокупность или система наук о живых системах . Понятие «живые системы» здесь важно подчеркнуть, поскольку жизнь не существует сама по себе, а является свойством определенных систем.

Предмет изучения биологии – все проявления жизни, а именно:

· строение и функции живых существ и их природных сообществ;

· распространение, происхождение и развитие новых существ и их сообществ;

· связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой.

Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни. При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук. К основным методам биологии относятся:

· наблюдение , позволяющее описать биологическое явление;

· сравнение , дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений;

· эксперимент , в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию позволяющую выявить глубоко лежащие (скрытые) свойства биологических объектов;

· исторический метод , позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы.

Выше было сказано, что биология является системой наук, которые могут быть классифицированы различным образом.

1. По предмету изучения : ботаника, зоология, микробиология и т.д.

2. По общим свойствам живых организмов :

Генетика (закономерности наследственности)

Биохимия (превращения вещества и энергии)

Экология (взаимоотношения живых существ и их природных сообществ с окружающей средой) и т.п.

3. По уровню организации живой материи, на котором рассматриваются живые системы:

Молекулярная биология;

Цитология;

Гистология и т.п.

Приведенные классификации, разумеется, не носят абсолютного характера. Так, например, исследование клетки (цитология) в настоящее время немыслимо без изучения биохимии клетки.

Можно также говорить о трех магистральных направлениях биологии или, по образному выражению трех образах биологии:

1. Традиционная или натуралистическая биология. Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности – «Храм природы», как называл ее Эразма Дарвина. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку – натуралистическую биологию приходится на 18-19 века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 – 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается в принципах традиционной биологии , поскольку исследует взаимоотношений организмов между собой (биотические факторы ) и со средой обитания (абиотические факторы ).

2. Функционально-химическая биология , отражающая сближение биологии с точными физико-химическими науками. Особенность физико-химической биологии – широкое использование экспериментальных методов, которые позволяют исследовать живую материю на субмикроскопическом, надмолекулярном и молекулярном уровнях. Одним из важнейших разделов физико-химической биологии является молекулярная биология – наука изучающая структуру макромолекул, лежащих в основе живого вещества. Биологию нередко называют одной из лидирующих наук 21-го века.

К важнейшим экспериментальным методам, использующимся в физико-химической биологии, относятся метод меченых (радиоактивных) атомов, метолы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования (например, разделение различных аминокислот), использование ЭВМ и др.

3. Эволюционная биология. Это направление биологии изучает закономерности исторического развития организмов. В настоящее время концепция эволюционизма стала, фактически, платформой, на которой происходит синтез разнородного и специализированного знания. В основе современной эволюционной биологии лежит теория Дарвина. Интересно и то, что Дарвину в свое время удалось выявить такие факты и закономерности, которые имеют универсальное значение, т.е. теория созданная им, приложима к объяснению явлений, происходящих не только в живой, но и неживой природе. В настоящее время эволюционный подход взят на вооружение всем естествознанием. Вместе с тем, эволюционная биология – самостоятельная область знания, с собственными проблемами, методами исследования и перспективой развития.

В настоящее время предпринимаются попытки синтеза этих трех направлений («образов») биологии и оформления самостоятельной дисциплины – теоретической биологии.

4. Теоретическая биология. Целью теоретической биологии является познание самых фундаментальных и общих принципов, законов и свойств, лежащих в основе живой материи. Здесь разные исследования выдвигают различные мнения по вопросу о том, что должно стать фундаментом теоретической биологии. Рассмотрим некоторые из них:

Аксиомы биологии. Б.М. Медников – видный теоретик и экспериментатор, вывел 4 аксиомы, характеризующие жизнь и отличающие её от «нежизни».

Табл. 1. Аксиомы биологии

«Предмет познания» - Объективная истина. Решающую роль играют опыт, эксперимент. Роль практики в познании. Формирование образов реальности посредством отвлечения и пополнения. Ощущение. Методы научного познания. Докажите, что практика – основа познания. Сенсуализм (Дж. Представление. Умозаключение. Приведите пример абстрагирования.

«Признак предмета» - Раскрась: большой клубок – синим цветом, средний – зеленым, маленький – красным. Назовите основные правила техники безопасности, которые следует соблюдать находясь в кабинете информатики. Выполни действия, сохранив общий признак каждой группы. Практическая работа. Повторение изученного ранее материала:

«Предмет экологии» - Структура экосистемы. 1-й трофический уровень. Схема. Мегаполисы. Деградация почв. Природные ресурсы и основы рационального природопользования. Предельно допустимый уровень. Продуктивность экосистем. Пути решения проблемы ресурсов полезных ископаемых. Причины депопуляции. Химические характеристики. Этап охотничества-собирательства.

«Описание предмета» - План. Типы речи. «Подготовка к сочинению «Описание предмета». В описании выделяют 3 части: Тренировка лыжников. Стили речи. Лыжники. Описание. Написать сочинение – описание «Мой любимый предмет». Словарик. Вопросы: Тема урока: Лыжные соревнования. Цели:

«Основные предметы» - Геометрия. Химия. География мира География России География Европы География Азии. Физика. География. Основные предметы: Алгебра. Экономика. Русский язык Английский язык География Литература История. История. Литература народов Западная Литература Зарубежная Литература. История Мира История России История Европы.

«Признаки предметов 1 класс» - Найди лишнюю геометрическую фигуру. Добавь фигуру. Подбери пару. Отличительные признаки предметов. Составитель: Хапсирокова Жанна Владимировна. Выбери фигуру,которой можно продолжить каждый ряд. Что лишнее?

План лекции:

1. Актуальность биологических знаний в современном мире. Место общей биологии в системе биологических наук.

2. Методы изучения.

3. Понятие «жизнь» и свойства живого.

4. Уровни организации живого.

5. Практическое значение биологии.

1. Актуальность биологически знаний в современном мире.

БИОЛОГИЯ – наука о жизни во всех её проявлениях и закономерностях, управляющих живой природой. Название ее возникло из сочетания двух греческих слов: БИОС – жизнь, ЛОГОС – учение. Эта наука изучает все живые организмы.

Термин «биология» ввёл в научный оборот французский учёный Ж. Б. Ламарк в 1802 году. Предмет изучения биологии – живые организмы (растения, животные, грибы, бактерии), их строение, функции, развитие, происхождение, взаимоотношения со средой.

В органическим мире выделяют 5 царств: бактерии (дробянки), растения, животные, грибы, вирусы. Эти живые организмы изучаются соответственно науками: бактериология и микробиология, ботаника, зоология, микология, вирусология. Каждая из этих наук делится на разделы. Например, зоология включает энтомологию, териологию, орнитологию, ихтиологию и др. каждая группа животных изучается по плану: анатомия, морфология, гистология, зоогеография, этология и т.д. Кроме этих разделов можно назвать ещё: биофизика, биохимия, биометрия, цитология, гистология, генетика, экологи, селекция, космическая биология, генная инженерия и много других.

Таким образом, современная биология – комплекс наук, изучающих живое.

Но эта дифференцировка привела бы науку к тупику, если бы не было интегрирующей науки – общей биологии. Она объединяет все биологические науки на теоретическом и практическом уровнях.

· Что же изучает общая биология?

Общая биология изучает закономерности жизни на всех уровнях ее организации, механизмы биологических процессов и явлений, пути развития органического мира и его рациональное использование.

· Что может объединять все биологические науки?

Общая биология играет объединяющую роль в системе знаний о живой природе, поскольку в ней систематизируются ранее изученные факты, совокупность которых позволяет выявить основные закономерности органического мира.

· Какова цель общей биологии?

Осуществление разумного использования, охрана и воспроизведение природы.

2. Методы изучения биологии.

Основными методами биологии являются:

наблюдение (позволяет описать биологические явления),

сравнение (дает возможность найти общие закономерности в строении, жизнедеятельности различных организмов),

эксперимент или опыт (помогает исследователю изучить свойства биологических объектов),

моделирование (имитируются многие процессы, недоступные для непосредственного наблюдения или экспериментального воспроизведения),

исторический метод (позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития живой природы).

Общая биология пользуется методами других наук и комплексными методами, которые позволяют изучать и решать поставленные задачи.

1. ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИЙ метод, или морфологический метод изучения. Глубокое внутренне сходство организмов может показать родство сравниваемых форм (гомология, аналогия органов, рудиментарные органы и атавизмы).

2. СРАВНИТЕЛЬНО – ЭИБРИОЛОГИЧЕСКИЙ - выявление зародышевого сходства, работы К. Бэра, принцип рекапитуляции.

3. КОМПЛЕКСНЫЙ – метод тройного параллелизма.

4. БИОГЕОГРАФИЧЕКИЙ – позволяет проанализировать общий ход эволюционного процесса в самых разных масштабах (сравнивание флор и фаун, особенности распространения близких форм, изучение реликтовых форм).

5. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ – позволяет улавливать направления естественного отбора по изменению распределения значений признака в популяциях на разных стадиях ее существования или при сравнении разных популяций.

6. ИММУНОЛОГИЧЕКИЙ – позволяет с большой степенью точности выявить «кровное родство» разных групп.

7. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ – позволяет определить генетическую совместимость сравниваемых форм, а значит, определить степень родства.

Нет ни одного «абсолютного» или совершенного метода. Целесообразно использовать их в комплексе, поскольку они взаимодополняемы.

3. Понятие «жизни» и свойства живого.

Что такое жизнь?
Одно из определений более 100 лет назад дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, непременное условие жизни - постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.»

По современным представлениям, жизнь - это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе геохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.

Жизнь возникает и протекает в виде высокоорганизованных целостных биологических систем. Биосистемами являются организмы, их структурные единицы (клетки, молекулы), виды, популяции, биогеоценозы и биосфера.

Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.

1. Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью , которая может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные элементы (98% химического состава приходится на 4 элемента: углерод, кислород, водород, азот, а в общей массе веществ основную долю составляет вода - не мене 70 – 85%). Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность биогеоценоза - в том, что в его состав входят определенные функциональные группы организмов и связанная с ними неживая среда.
2. Клеточное строение : Все живые организмы имеют клеточное строение, за исключением вирусов.

3. Метаболизм . Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания и дыхания, и выделяя продукты жизнедеятельности. Смысл биотических круговоротов заключается в преобразовании молекул, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма и, таким образом, непрерывность его функционирования в постоянно меняющихся условиях внешней среды (поддержание гомеостаза) .
4. Репродукция, или самовоспроизведение , - способность живых систем воспроизводить себе подобных. Этот процесс осуществляется на всех уровнях организации живого;
а) редупликация ДНК - на молекулярном уровне;
б) удвоение пластид, центриолей, митохондрий в клетке - на субклеточном уровне;
в) деление клетки путем митоза - на клеточном уровне;
г) поддержание постоянства клеточного состава за счет размножения отдельных клеток - на тканевом уровне;
д) на организменном уровне репродукция проявляется в виде бесполого размножения особей (увеличение численности потомства и преемственность поколений осуществляется за счет митотического деления соматических клеток) или полового (увеличение численности потомства и преемственность поколений обеспечиваются половыми клетками - гаметами).
5. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. .
6. Изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения биологических матриц - молекул ДНК.
7. Рост и развитие . Рост - процесс, в результате которого происходит изменение размеров организма (за счет роста и деления клеток). Развитие - процесс, в результате которого происходит качественно изменение организма. Под развитием живой природы - эволюции понимают необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой природы, которое сопровождается приобретением адаптации (приспособлений), возникновением новых видов и вымиранием прежде существовавших форм. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.
8. Приспособленность . Это соответствие между особенностями биосистем и свойствами среды, с которой они взаимодействуют. Приспособленность не может быть достигнута раз и навсегда, так как среда непрерывно меняется (в том числе благодаря воздействию биосистем и их эволюции). Поэтому все живые системы способны отвечать на изменения среды и вырабатывать приспособления ко многим из них. Долгосрочные приспособления биосистем осуществляются благодаря их эволюции. Краткосрочные приспособления клеток и организмов обеспечиваются благодаря их раздражимости.
9 . Раздражимость . Способность живых организмов избирательно реагировать на внешние или внутренние воздействия. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом. Организмы, которые не имеют нервной системы, лишены и рефлексов. У таких организмов реакция на раздражение осуществляется в разных формах:
а) таксисы - это направленные движения организма в сторону раздражителя (положительный таксис) или от него (отрицательный). Например, фототаксис - это движение в направлении к свету. Различают также хемотаксис, термотаксис и др.;
б) тропизмы - направленный рост частей растительного организма по отношению к раздражителю (геотропизм - рост корневой системы растения по направлению к центру планеты; гелиотропизм - рост побеговой системы по направлению к Солнцу, против силы тяжести);
в) настии - движения частей растение по отношению к раздражителю (движение листьев в течение светового дня в зависимости от положения Солнца на небосводе или, например, раскрытие и закрытие венчика цветка).
10 . Дискретность (деление на части) . Отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее, связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Клетки состоят из отдельных органоидов, ткани - из клеток, органы - из тканей и т. п. Это свойство позволяет осуществить замену части без остановки функционирования целостной системы и возможность специализации различных частей на неодинаковых функциях.
11. Авторегуляция - способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов - гомеостаз. Саморегуляция обеспечивается деятельностью регуляторных систем - нервной, эндокринной, иммунной и др. В биологических системах надорганизменного уровня саморегуляция осуществляется на основе межорганизменных и межпопуляционных отношений.
12 . Ритмичность . В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия).
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т. е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.
13. Энергозависимость. Живые тела представляют собой "открытые" для поступления энергии системы. Под "открытыми" системами понимают динамические, т. е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают энергия в виде пищи из окружающей среды.

14. Целостность - живая материя определенным образом организована, подчинена ряду специфических законов, характерных для неё.

4. Уровни организации живой материи.

Во всём многообразии живой природы можно выделить несколько уровней организации живого. Просмотр учебного фильма «Уровни организации живого» и на его основе составление краткого опорного конспекта.

1. Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.

2. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии.

5. Биогеоценотический. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества.

6. Биосферный. Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.

5. Практическое значение общей биологии.

o В БИОТЕХНОЛОГИИ – биосинтез белков, синтез антибиотиков, витаминов, гормонов.

o В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ – селекция высокопродуктивных пород животных и сортов растений.

o В СЕЛЕКЦИИ МИКРОООРГАНИЗМОВ.

o В ОХРАНЕ ПРИРОДЫ – разработка и внедрение методов рационального и рачительного природоиспользования.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение «биологии». Кто предложил данный термин?

2. Почему современную биологию считают комплексной наукой? Из каких подразделов состоит современная биология?

3. Какие специальные науки можно выделить в биологии? Дайте их краткую характеристику.

4. Какие методы исследования используют в биологии?

5. Приведите определение понятия «жизнь».

6. Почему живые организмы называют открытыми системами?

7. Перечислите основные свойства живого.

8. Чем отличаются живые организмы от неживых тел?

9. Какие уровни организации характерны для живой материи?

В результате в настоящее время изучением систематических групп занимаются такие разделы как: вирусология наука о вирусах; микробиология наука занимающаяся изучением микроорганизмов; микология наука о грибах; ботаника или фитология наука о растениях; зоология наука о животных; антропология наука о человеке. Изучение различных сторон жизнедеятельности живых организмов. В зоологии микробиологии и ботанике выделяются науки изучающие отдельные стороны жизни данных организмов. систематика изучает систематику и...

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Предмет биологии. Сущность, свойства и уровни организации живого.

План:

2. Жизнь как особая форма материи. Свойства живого.

3. Уровни организации живой материи.

1. Предмет, задачи, структура биологии.

Биология (от греч. bios — жизнь, logos — наука) — наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Или иными словами, биологией называется наука, занимающаяся изучением жизни во всех ее проявлениях, а также свойств живого вообще.

Предметом изучения биологии являются живые организмы, их строение, функции, развитие, взаимоотношения со средой и происхождение. Подобно физике и химии она относится к естественным наукам, предметом изучения которых является природа.

Биология — одна из старейших естественных наук, хотя сам термин «биология» для ее обозначения впервые был предложен лишь в 1797 г. немецким профессором анатомии Теодором Рузом (1771-1803), после чего этот термин использовали в 1800 г. профессор Дерптского университета (ныне г. Тарту) К. Бурдах (1776-1847), а в 1802 г. Ж.-Б. Ламарк (1744-1829) и Л. Тревиранус (1779-1864).

Биология — естественная наука. Как и другие науки, она возникла и всегда развивалась в связи с желанием человека познать окружающий его мир, а также в связи с материальными условиями жизни общества, развитием общественного производства, медицины, практическими потребностями людей.

Классификация биологических наук. Многообразие живой природы так велико, что правильнее говорить о биологии как о комплексе знаний или как о комплексной науке.

Биология стала в наше время такой в результате дифференциации и интеграции разных биологических наук. В рамках этой системы, дисциплины можно разделить по различным направлениям исследований, а именно:

1. Изучение систематических групп (классификация в зависимости от объекта изучения). Самыми старыми биологическими науками являются зоология и ботаника, изучающие животных и растения соответственно. Однако в процессе дифференциации зоология, ботаника и микробиология разделились на ряд самостоятельных наук. В результате в настоящее время изучением систематических групп занимаются такие разделы как:

• вирусология — наука о вирусах;
• микробиология — наука, занимающаяся изучением микроорганизмов;
• микология — наука о грибах;
• ботаника (или фитология) — наука о растениях;
• зоология — наука о животных;
• антропология — наука о человеке.

При этом каждая из дисциплин делится на ряд более узких направлений в зависимости от объекта исследований (рис. 1). Например, зоология объединяет такие науки, как: протозоология — наука о простейших (одноклеточных) животных, малакология — наука о моллюсках, энтомология — наука о насекомых, териология — наука о млекопитающих, и др. В ботанике в самостоятельные науки выделились дендрология (наука о деревьях и кустарниках), птеридология (наука о папоротниках), альгология (наука о водорослях), бриология (наука о мхах), биогеоботаника (наука о распространении растений) и другие науки. Микробиология разделилась на бактериологию, вирусологию и иммунологию.

Рис. 1. Схема биологических наук

2. Изучение различных сторон жизнедеятельности живых организмов. В зоологии, микробиологии и ботанике выделяются науки, изучающие отдельные стороны жизни данных организмов.

• систематика - изучает систематику и родство разных групп организмов ,
• морфология - исследует внешнее строение органов организмов и их видоизменения,
• анатомия - изучает внутреннее строение организмов ,
• физиология - изучает процессы, протекающие в организмах ,
• экология - изучает взаимоотношения организмов со средой и другими организмами и др.
• генетика - наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими

3. Изучение разных уровней живой материи. По уровню изучения живой материи различают:

• молекулярную биологию – наука, исследующая общие свойства и проявления жизни на молекулярном уровне
• цитологию или учение о клетке (от греч. «цитос» – клетка), изучает клеточный уровень
• гистологию или учение о тканях (от греч. «гистос» – ткань), изучает тканевый уровень
• анатомию, морфологию и физиологию – науку о строении органов, изучает уровень органа и организма
• экологию – биологию групп организмов (популяций, видов и т. д.)

4. Отдельно можно выделить науки о развитии живой материи. Сюда обычно относят биологию индивидуального развития организмов, включающую

• эмбриологию (наука о предзародышевом развитии, оплодотворении, зародышевом и личиночном развитии организмов), а также
• теорию эволюции или эволюционное учение (комплекс знаний об историческом развитии живой природы).

5. Изучением коллективной жизни и сообществ живых организмов занимаются:

• этология — наука о поведении животных,
• экология (в общем смысле) — наука об отношениях различных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой.

Как самостоятельные разделы экологии рассматривают: биоценологию — науку о сообществах живых организмов, популяционную биологию — отрасль знаний, изучающую структуру и свойства популяций, и др. Биогеография занимается изучением общих вопросов географического распространения живых организмов.

Естественно, такая классификация биологических наук в значительной степени условна и не дает представления обо всем многообразии биологических дисциплин.

Отдельные биологические науки имеют комплексное значение. Например, комплексной наукой стала генетика, предметом изучения которой являются наследственность и изменчивость организмов. В наше время комплексной наукой стала экология, изучающая взаимоотношения организмов между собой и со средой.

В биологии одновременно с дифференциацией шел процесс возникновения и оформления новых наук, которые расчленялись на более узкие науки. Например, генетика, возникнув в качестве самостоятельной науки, разделилась на общую и молекулярную, на генетику растений, животных и микроорганизмов. В то же время возникли генетика пола, генетика поведения, популяционная генетика, эволюционная генетика и т. д. В недрах физиологии возникли сравнительная и эволюционная физиология, эндокринология и другие физиологические науки.

В последние годы отмечается тенденция оформления узких наук , получающих название по проблеме (объекту) исследования. Такими науками являются энзимология, мембранология, кариология, плазмидология и другие.

В результате интеграции наук возникли биохимия, биофизика, радиобиология, цитогенетика, космическая биология и другие науки.

Ведущее положение в современном комплексе биологических наук занимает физико-химическая биология, новейшие данные которой вносят существенный вклад в представления о научной картине мира, в дальнейшее обоснование материального единства мира.

Методы исследований. Основными методами, используемыми в биологических науках, являются описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.

Описательный метод является самым старым методом и основан на наблюдении организмов. Он заключается в сборе фактического материала и описании его. Возникнув в самом начале биологического познания, этот метод долгое время оставался единственным в изучении организмов. Поэтому старая (традиционная) биология являлась, по существу, описательной наукой. Использование этого метода позволило заложить основы биологических знаний. Достаточно вспомнить насколько успешным оказался этот метод в систематике и в создании науки о систематике организмов. Описательный метод широко используется и в наше время, особенно в зоологии, ботанике, цитологии, экологии и других науках.

Сравнительный метод заключается в сравнении изучаемых организмов, их структур и функций между собой с целью выявления сходств и различий. Этот метод утвердился в биологии в XVIII в. и оказался очень плодотворным в решении многих крупнейших проблем. С помощью этого метода и в сочетании с описательным методом были получены сведения, позволившие в XVIII в. заложить основы систематики растений и животных (К. Линней), а также сформулировать клеточную теорию (М. Шлейден и Т. Шванн) и учение об основных типах развития (К. Бэр). Метод широко был использован в XIX в. в обосновании теории эволюции, а также в перестройке ряда биологических наук на основе этой теории. Однако использование этого метода не сопровождалось выходом биологии за пределы описательной науки.

Сравнительный метод широко используют в разных биологических науках и в наше время. Сравнение приобретает особую ценность тогда, когда невозможно дать определение понятия. Например, с помощью электронного микроскопа часто получают изображения, истинное содержание которых заранее неизвестно. Только сравнение их со светомикроскопическими изображениями позволяет получить желаемые данные.

Исторический метод входит в биологию во второй половине XIX в. благодаря Ч. Дарвину, который позволил поставить на научные основы исследование закономерностей появления и развития организмов, становления структуры и функций организмов во времени и в пространстве. С введением этого метода в биологии немедленно произошли значительные качественные изменения. Исторический метод превратил биологию из науки чисто описательной в науку, объясняющую, как произошли и как функционируют многообразные живые системы. Благодаря этому методу биология поднялась сразу на несколько ступеней выше. В настоящее время исторический метод вышел, по существу, за рамки метода исследования. Он стал всеобщим подходом к изучению явлений жизни во всех биологических науках.

Экспериментальный метод заключается в активном изучении того или иного явления путем эксперимента. Вопрос об опытном изучении природы, т.е. вопрос об эксперименте был поставлен еще в XVII в. английским философом Ф. Бэконом (1561-1626). Его введение в биологию связано с работами В. Гарвея в XVII в. по изучению кровообращения. Однако экспериментальный метод широко вошел в биологию лишь в начале XIX в., причем через физиологию, в которой стали использовать большое количество инструментальных методик, позволявших регистрировать и количественно характеризовать приуроченность функций к структуре.

Другим направлением, по которому в биологию вошел экспериментальный метод, оказалось изучение наследственности и изменчивости организмов. Здесь главнейшая заслуга принадлежит Г. Менделю, который в отличие от своих предшественников использовал эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы, формулируемой на основе получаемых данных. Работа Г. Менделя явилась классическим образцом методологии экспериментальной науки.

Начиная примерно с 40-х годов XX в. экспериментальный метод в биологии подвергся значительному усовершенствованию за счет повышения разрешающей способности многих биологических методик и разработки новых экспериментальных приемов. Например, была очень повышена разрешающая способность генетического анализа, ряда иммунологических методик. В практику исследований были введены культивированные соматические клетки, выделение биохимических мутантов микроорганизмов и соматических клеток и т. д.

Экспериментальный метод стал широко обогащаться методами физики и химии. Например, структура и генетическая роль ДНК были выяснены в результате сочетанного использования химических методов выделения ДНК, химических и физических методов определения ее первичной и вторичной структуры и биологических методов (трансформации и генетического анализа бактерий), доказательства ее роли как генетического материала.

В настоящее время экспериментальный метод характеризуется исключительными возможностями в изучении явлений жизни. Эти возможности определяются использованием микроскопии разных видов, включая электронную с техникой ультратонких срезов, биохимических методов, высокоразрешающего генетического анализа, иммунологических методов, разнообразных методов культивирования и прижизненного наблюдения в культурах клеток, тканей и органов, маркировки эмбрионов, техники оплодотворения в пробирке, метода меченых атомов, рентгене структурного анализа, ультрацентрифугирования, спектрофотометрии, хроматографии, электрофореза, секвенирования, конструкции биологически активных рекомбинантных молекул ДНК и т. д.

Исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения моделей их функционирования также широко используется в биологии. По существу, на идее моделирования базируется любой метод, однако неизбежным следствием при этом является упрощение рассматриваемого явления или объекта. Новое качество, заложенное в экспериментальном методе, вызвало качественные изменения и в моделировании. Наряду с моделированием на уровне организмов в настоящее время очень развивается моделирование на молекулярном и клеточном уровнях, а также математическое моделирование различных биологических процессов.

Значение биологии. Для чего необходимо изучать биологию? В тексте одной из лекций Томаса Гексли есть такие строки: «Для человека, не знакомого с естественной историей, пребывание среди природы подобно посещению художественной галереи, где 90% всех удивительных произведений искусства повернуты лицам к стене. Познакомьте его с основами естественной истории — и вы снабдите его путеводителем к этим шедеврам, достойным быть обращенными к жаждущему знания и красоты человеческому взгляду». Помимо такой познавательной и эстетической стороны биологические знания имеют и чисто практическое применение во многих областях человеческой деятельности.

Прежде всего биологические знания имеют познавательное значение. Однако чрезвычайно велико и их практическое значение.

На основе биологических знаний уже давно в промышленных условиях осуществляется микробиологический синтез многих органических кислот, которые широко используются в народном хозяйстве и медицине. В 40-50-е годы было создано промышленное производство антибиотиков, а в начале 60-х годов — производство аминокислот. Важное место в микробиологической промышленности сейчас занимает производство ферментов. Микробиологическая промышленность производит сейчас в больших количествах витамины и другие вещества. Как аминокислоты и антибиотики, так и витамины крайне необходимы в народном хозяйстве и медицине. На основе трансформирующей способности микроорганизмов основано промышленное производство веществ с фармакологическими свойствами из стероидного сырья растительного происхождения.

Наибольшие успехи в производстве различных веществ, в том числе лекарственных (инсулин, соматостатин, интерферон и др.), связаны с генетической инженерией, составляющей сейчас основу биотехнологии.

Исключительно важное значение биология имеет для сельскохозяйственного производства . Например, теоретической основой селекции растений и животных является генетика. В последние годы в сельскохозяйственное производство также вошла генетическая инженерия. Она открыла новые перспективы в увеличении производства пищи.

Генетическая инженерия оказывает существенное влияние на поиск новых источников энергии, новых путей сохранения окружающей среды, очистки ее от различных загрязнений.

Развитие биотехнологии , теоретическую основу которой составляет биология, а методическую — генетическая инженерия, является новым этапом в развитии материального производства. Появление этой технологии есть один из моментов новейшей революции в производительных силах.

Биологическое познание прямым образом связано с медициной , причем эти связи уходят в далекое прошлое и датируются тем же временем, что и возникновение самой биологии. Больше того, многие выдающиеся медики далекого прошлого были одновременно и выдающимися биологами (Гиппократ, Герофил, Эразистрат, Гален, Авиценна, Мальпиги и другие). Создание в XIX в. клеточной теории заложило подлинно научные основы связи биологии с медициной. В укреплении связей биологии с производством и медициной существенный вклад принадлежит генетике, данные которой имеют важнейшее значение в разработке основ диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней.

В конце концов, и сам человек является живым организмом, поэтому биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология и других.

Как никогда остро сегодня стоят проблемы взаимоотношений человека с окружающей его средой, рационального использования ресурсов и охраны природы. Практика показала, что элементарное незнание законов экологии приводит к тяжелейшим, иногда необратимым последствиям как для самой природы, так и для человека. В будущем, по мере роста численности населения, значение биологии еще более возрастет. Уже сейчас острыми являются проблемы продовольственного обеспечения.

2. Жизнь как особая форма материи. Свойства живого

Определение жизни. Итак, живые организмы являются предметом изучения биологии. И чтобы продолжать разговор о живых организмах, необходимо сформулировать определение понятия « жизнь ». Большое внимание проблеме определения понятия жизни и вопросу о критериях, свойствах живого уделяли такие ученые, как Э. Шредингер, A .Н. Колмогоров, Н.С. Шкловский, К. Саган, И. Пригожий. Однако четкого, ясного, всеми (или хотя бы большинством специалистов) принятого определения так и не существует.

Так, например, К. Гробстейн предлагает такую формулировку: «Жизнь — это макромолекулярная система, для которой характерна определенная иерархическая организация, а также способность к воспроизведению, обмен веществ, тщательно регулируемый поток энергии, являет собой распространяющийся центр упорядоченности в менее упорядоченной Вселенной».

Российский математик А.А. Ляпунов характеризует жизнь как «Высокоустойчивое состояние вещества, использующее для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул».

Материалистическое определение жизни дал один из основоположников научного коммунизма Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел». Это определение дано Энгельсом более 100 лет назад, но не потеряло своей актуальности. В него вошли два важных положения:

1) жизнь тесно связана с белковыми телами, белками.

2) непременное условие жизни — постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается жизнь.

Всеобщим методологическим подходом к пониманию сущности жизни в настоящее время является понимание жизни в качестве процесса, конечным результатом которого является самообновление, проявляющееся в самовоспроизведении. Все живое происходит только из живого, а всякая организация, присущая живому, возникает только из другой подобной организации. Следовательно, можно дать еще одно определение: «Жизнь – это специфичная структура, способная к самовоспроизведению (размножению) и самоподдержанию с затратой энергии». Здесь подчеркиваются другие два важных момента:

1. живые системы способны к самовоспроизведению (репродукции)
2. живым организмам необходима энергия для существования и присуща способность к самоподдержанию.

Сущность жизни заключается в ее самовоспроизведении, в основе которого лежит координация физических и химических явлений и которое обеспечивается передачей генетической информации от поколений к поколениям. Именно эта информация обеспечивает самовоспроизведение и саморегуляцию живых существ. Поэтому жизнь — это качественно особая форма существования материи, связанная с воспроизведением. Жизнь представляют собой особую форму движения материи, высшую по сравнению с физической и химической формой существования , а живые организмы резко отличаются от неживых систем (объектов физики и химии) своей исключительной сложностью и высокой специфичностью, структурной и функциональной упорядоченностью . Эти отличия придают жизни качественно новые свойства, вследствие чего живое и представляет собой особую, ступень развития материи.

Свойства живого. Строгого и четкого определения понятия «жизнь» не существует. По этой причине мы не можем с достаточной степенью достоверности говорить о ее природе или происхождении. Однако возможно перечислить и описать те признаки живой материи, которые отличают ее от предметов неживой природы. Разные авторы выделяют от 10 до 12 различных свойств живого.

Рассмотрим наиболее полный перечень общих, характерных для всего живого свойств и их отличий от похожих процессов, протекающих в неживой природе:

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в неживые объекты, однако их соотношение различно. Элементарный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т. д. А в живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента — углерод, кислород, азот и водород , которые являются о сновными биогенными элементами. Помимо них важны Na , Mg , Cl , P , S , К, Ре, Са и др. Все перечисленные химические элементы участвуют в построении организма в виде ионов, либо в составе тех или иных соединений — молекул неорганических или органических веществ.

2. Обмен веществ (метаболизм). Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее элементы, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. Отметим, что в неживой природе также существует обмен веществами. Однако в неживой природе они просто переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед. В отличие от этого, у живых организмов в круговороте органических веществ осуществляются процессы синтеза и распада.

Как это происходит? Живые организмы поглощают из окружающей среды различные вещества. Вследствие ряда химических превращений вещества из окружающей среды уподобляются веществам живого организма, из них строится его тело. Эти процессы называются ассимиляцией (ассимиляция – «уподобление», корень здесь тот же, что и в слове «симулянт» – симулянт «уподобляется» больному). Это совокупность процессов синтеза. Например, белок куриного яйца в организме человека претерпевает ряд сложных превращений, прежде чем преобразуется в белки, свойственные организму. Синтез требует энергии, для получения которой организмы расходуют большую часть потребляемой пищи. Она возникает при разложении веществ. Этот процесс разложения называется диссимиляцией (разуподоблением). (подробнее об этом в гл. Метаболизм ).

3. Саморегуляция (авторегуляция). Это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов, т.е. гомеостаз . Недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает прекращение синтеза этих веществ. Саморегуляция осуществляется разными путями благодаря деятельности регуляторных систем — нервной, эндокринной, иммунной и др. В биологических системах надорганизменного уровня саморегуляция осуществляется на основе межорганизменных и межпопуляционных отношений.

4. Самовоспроизведение (репродукция). Это свойство организмов воспроизводить себе подобных . Это свойство является важнейшим среди всех остальных. Положение «все живое происходит только от живого» означает, что жизнь возникла лишь однажды и что с тех пор начало живому дает только живое. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки и молекулы после деления сходны со своими предшественниками. Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяет специфику биологической формы движения материи. Этот процесс осуществляется практически на всех уровнях организации живой материи:

На молекулярном уровне происходит самовоспроизведение молекулы ДНК. Из одной молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты при ее удвоении образуются две дочерние молекулы, полностью повторяющие исходную. Репродукция на молекулярном уровне является основой для всех последующих.

На субклеточном уровне происходит удвоение пластид, центриолей, митохондрий

На клеточном уровне – деление клетки

На тканевом – поддержание постоянства клеточного состава за счет размножения отдельных клеток

На организменном репродукция проявляется в виде бесполого или полового размножения.

5. Наследственность. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена стабильностью, т. е. постоянством строения молекул ДНК. Благодаря наследственности сохраняются общие признаки для родственных организмов, организмов одного вида и т.д.

6. Изменчивость. Изменчивость — это генетически обусловленная способность организмов приобретать новые признаки и свойства. Она определяется изменениями в генетических структурах . Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней, так как при этом изменяются гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Если бы деление молекул ДНК всегда происходило с абсолютной точностью, то при размножении организмы имели бы одни и те же признаки и не могли приспосабливаться к меняющимся условиям среды.

7. Рост и развитие. Способность к развитию — это всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой природы, которое сопровождается приобретением адаптаций (приспособлений), возникновением новых видов. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, вследствие которого изменяется его состав или структура. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом. Развитие сопровождается ростом, это направленное закономерное количественное изменение, увеличение размеров организма .

8. Специфичность организации . Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние — в органы, а органы — в системы органов. Организмы не «разбросаны» случайно в пространстве. Они специфически организованы в популяции, а популяции специфически организованы в биоценозы. Последние вместе с абиотическими факторами формируют биогеоценозы (экологические системы), являющиеся элементарными единицами биосферы.

9. Упорядоченность структуры . Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Создание порядка из беспорядочного движения молекул — это важнейшее свойство живого, проявляющееся на молекулярном уровне. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени. В отличие от неживых объектов упорядоченность структуры живого происходит за счет внешней среды. При этом в среде уровень упорядоченности снижается.

10. Энергозависимость (потребление энергии). Многие неживые объекты имеют сложную структуру, к тому же способны самоподдерживаться, размножаться, расти.

Например, кристаллы. В насыщенном растворе хлорида натрия (поваренной соли) выпадают кристаллы NaCl . По мере испарения раствора они растут, увеличиваются в числе и в размерах. Более того, обломив уголок кристалла и положив его в раствор обратно, мы можем наблюдать, что кристалл «залечит» дефект, обломанный уголок достроится NaCl, выпадающего из раствора. Кроме того, структура кристаллов специфична, зависит от того вещества, из которого они возникают. NaCl кристаллизируется в виде кубов, алмаз — в виде двух четырехгранных пирамидок с общим основанием—октаэдров.

Почему же кристаллы не относятся к живым системам? Отличием живых систем служит особенности в потреблении энергии. Кристаллы — структуры с минимумом свободной энергии. Чтобы разрушить кристалл, переведя его, например, в жидкое состояние, надо затратить энергию. Например, поглощая энергию, разрушается структура кристаллов льда, при этом каждый грамм льда должен получить около 333 кДж. Живые структуры, наоборот, поглощают энергию при росте и развитии (растения — в виде света, животные—потребляя пищу). Так что в энергетическом балансе кристаллы и живые существа — противоположности. Особенно если учесть, что при разрушении живых систем энергия выделяется в виде теплоты, например, при сгорании дров.

Живые тела представляют собой «открытые» для поступления энергии системы, т.е. динамические системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Следовательно, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают энергия и материя в виде пищи из окружающей среды.

Причем в организме свободная энергия увеличивается, а энтропия (хаос), соответственно, понижается, а в окружающей среде свободная энергия, напротив, уменьшается, а энтропия возрастает. По образному выражению известного физика XX в. Э. Шредингера, «организм питается отрицательной энтропией».

11. Ритмичность. В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и т.д.). Ритмичность направлена на приспособление к периодически меняющимся условиям среды.

12. Движение . Способностью к движению обладают все живые существа. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканные клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.

13. Раздражимость. Любой организм неразрывно связан с окружающей средой: в процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на внешние воздействия. Это свойство носит название раздражимости. Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости.

14. Раздражимость . Способность живых организмов избирательно реагировать на внешние воздействия носит название раздражимости. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом.

Организмы, которые не имеют нервной системы, лишены и рефлексов. У таких организмов реакция на раздражение осуществляется в разных формах:

а) таксисы — это направленные движения организма в сторону раздражителя (положительный таксис) или от него (отрицательный). Например, фототаксис — это движение в направлении к свету. Различают также хемотаксис, термотаксис и др.;

б) тропизмы — направленный рост частей растительного организма по отношению к раздражителю (геотропизм — рост корневой системы растения по направлению к центру планеты; гелиотропизм — рост побеговой системы по направлению к Солнцу, против силы тяжести);

в) настии — движения частей растения по отношению к раздражителю (движение листьев в течение светового дня в зависимости от положения Солнца на небосводе или, например, раскрытие и закрытие венчика цветка).

15. Дискретность. Дискретность—всеобщее свойство материи от латинского «дискретус», что означает прерывистый, разделенный. Так, известно, что каждый атом состоит из элементарных частиц, атомы образуют молекулу, простые молекулы входят в состав сложных соединений или кристаллов и т.д. Жизнь на Земле также проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз т.д.) состоит из отдельных изолированных, т.е. обособленных или отграниченных в пространстве, но тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Например, любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи образует отдельные органы, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. В фантастических романах порой описывают неземную жизнь в виде единого целого, например живого океана на планете Солярис. Но на Земле жизнь существует в виде отдельных видов, представленных многими особями, индивидуумами. (Индивидуум по-латыни — то же, что и «атом» по-гречески: «неделимый»)

3. Уровни организации живой материи

Принцип дискретности лег в основу представлений об уровнях организации живой материи. Уровень организации — это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей «системе систем» живого. Обычно выделяют следующие уровни:

1. Молекулярный — самый низкий уровень организации живого. Именно на этом уровне в основном проявляются такие процессы жизнедеятельности, как обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации.

2. Клеточный. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого. Вирусы, будучи неклеточной формой организации живого, проявляют свои свойства как живые организмы, только внедрившись в клетки.

3. Тканевой. Ткань — совокупность структурно сходных клеток и связанных с ними межклеточных веществ, объединенных выполнением определенных функций.

4. Органный. Под органом понимают часть многоклеточного организма, выполняющую определенную функцию или функции.

5. Организменный. Организм (этот термин можно применять ко всем живым существам — как одноклеточным, так и многоклеточным), — это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее свойствами. Он происходит от одного зачатка (зиготы, споры, части другого организма) и индивидуально подвержен действию эволюционных и экологических факторов. Процесс формирования организма состоит из дифференцировки его структур (органелл — если это одноклеточный организм; клеток, тканей, органов) в соответствии с выполняемыми ими функциями. Очень удобно использовать этот уровень при рассмотрении взаимодействия живого существа с окружающей его средой.

6. Популяционно-видовой. Популяция представляет собой систему надорганизменного порядка. Под этим понимают совокупность всех особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему и населяющих пространство с относительно однородными условиями обитания. Популяция обычно имеет сложную структуру и является элементарной единицей эволюции. Вид — это генетически стабильная система, совокупность популяций, особи которых способны в природных условиях к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимают определенную область географического пространства (ареал).

7. Биоценотический. Биоценоз — совокупность организмов разных видов различной сложности организации, обитающих на какой-то определенной территории. Если в такой территориальной системе учитываются и факторы среды обитания, т. е. неживой компонент, то говорят о биогеоценозе.

8. Биосферный — это самый высокий уровень организации. В данном случае обычно рассматривают все живые организмы и области их существования в планетарном масштабе. Биосфера — это оболочка Земли, которую населяют или когда-либо населяли живые организмы (к ней относятся части атмосферы, литосферы и гидросферы, каким-либо образом связанные с деятельностью живых существ).

Организм построен по принципу иерархии структур, так же как вся живая природа, поэтому на его примере можно рассмотреть все уровни организации (рис. 2).

Рис. 2. Уровни организации живой материи (на примере отдельного организма).

БИОЛОГИЯ

зоология

икробиология

ботаника

протозоология малакология энтомология

териология

бактериология вирусология иммунология

дендрология птеридология альгология бриология биогеоботаника

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
13525.		ПРЕДМЕТ, ИСТОРИЯ, ПРОБЛЕМЫ, МЕТОДЫ И ПРИКЛАДНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ БИОЛОГИИ	721.76 KB
	Историческое становление проблемы развития и подходы к ее решению. Значение биологии индивидуального развития для решения практических задач. Предмет и название науки Приступая к изучению курса биологии индивидуального развития студент должен прежде всего дать определение предмета уяснить его положение среди других биологических. Со времени становления биологии как науки одной из важнейших ее задач было познание закономерной развития живых существ. Представьте себе из одной единственной клетки зиготы в ходе...
6976.		Понятие об информации, ее свойства. Предмет и задачи информатики	10.12 KB
	Вопервых нельзя рассматривать информацию как совокупность данных которые могут быть усвоены и преобразованы в знания т. Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов. Информация не является статическим объектом – она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Следует отметить диалектический характер взаимодействия данных и методов.
7132.		Психологическая и физиологическая сущность внимания и его свойства	92.01 KB
	Психологическая и физиологическая сущность внимания и его свойства. Определение внимания. Свойства внимания. Функции и виды внимания.
8336.		Предмет, задачи и история развития информатики. Определение информации, её свойства	22.3 KB
	Определение информации её свойства Предмет и задачи информатики Информатика техническая наука систематизирующая приемы создания хранения воспроизведения обработки и передачи данных средствами вычислительной техники ВТ а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Другими словами можно сказать что информатика – это наука об информации и технических средствах ее сбора хранения обработки передачи. В составе основной задачи информатики выделяются следующие направления её практического приложения:...
6772.		СУЩНОСТЬ, ПРЕДМЕТ И ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ КУЛЬТУРОЛОГИИ	21.56 KB
	Понять сущность культуры можно лишь через призму деятельности человека и народов населяющих Землю. Главной функцией феномена культуры является гуманистическая. ПЕРВОБЫТНАЯ КУЛЬТУРА Проблема первобытной культуры является одной из самых сложных в культурологии и определяется это двумя причинами. Объективная сложность взаимосвязанной системы методологических вопросов о причинах возникновения культуры как космического события.
10851.			98.31 KB
	Эти принципы записаны как правило в первых статьях конституции или в тех разделах которые закрепляют систему органов государства или систему основных прав и свобод. Институты конституционного права легко назвать если обратиться к любой из конституций потому что в большинстве случаев структура конституции – это и есть перечисление важнейших институтов конституционного права. Если мы представим такую статью конституции в которой к примеру написано вся власть принадлежит народу то при всем нашем желании мы не вычленим здесь...
13018.		Мир живого	136.42 KB
	Возникает соблазн взять дату наиболее крупного биологического открытия и заявить: современная биология – это все что было после. В 1665 г англичанин Роберт Гук воспользовавшись созданным им микроскопом впервые смог увидеть что растительные ткани состоят из клеток. Решение этой задачи фактически подразумевало ответ на вопрос – что общего есть у таких разных созданий как человек и дрожжи В 1858 г известный немецкий врач Р. Ученые еще ничего не знали о ДНК хромосомах но если особь может произойти только от другой такой же или почти...
9160.		Специфика живого	16.12 KB
	Предмет изучения задачи и методы биологии Биология – совокупность или система наук о живых системах. Предмет изучения биологии – все проявления жизни а именно: строение и функции живых существ и их природных сообществ; распространение происхождение и развитие новых существ и их сообществ; связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой. Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни.
19370.		Возникновение кризисов в организации, их сущность	203.32 KB
	В условиях внутреннего кризиса менеджмент предприятия приобретает целый ряд особенностей по сравнению с нормальным состоянием и стабильной деятельностью компании. Особенности и виды кризисов на предприятии Кризис предприятия представляет собой переломный момент в последовательности процессов событий и действий. Типичным для кризисной ситуации является два варианта выхода из нее: или это ликвидация предприятия как крайняя форма или успешное преодоление кризиса рис. Кризис может абсолютно неожиданно проявиться во время гармоничного развития...
10770.		Сущность и цели организации производства	10.19 KB
	Организация производства должна постоянно адаптироваться к меняющимся экономическим условиям быть ориентированной на снижение издержек производства и повышение качества выпускаемой продукции. Достижение этой цели обеспечивается через реализацию целей низшего уровня к которым относят: повышение уровня организации производства; совершенствование производственнотехнической базы предприятия; сокращение длительности производственного цикла; улучшение использования основных фондов и производственных мощностей; повышение...

Предмет и задачи общей биологии……………………………………………………………
Неорганические соединения и их роль в жизнедеятельности клетки……………………..
Углеводы и липиды, строение и функции…………………………………………………….
Белки, строение и функции…………………………………………………………………….
Нуклеиновые кислоты и АТФ, строение и функции…………………………………………
Сигнальные вещества………………………………………………………………………….
Клеточная теория. Прокариоты и эукариоты…………………………………………………
Строение и функции клеточных структур ……………………………………………………
Фотосинтез, хемосинтез………………………………………………………………………..
Обеспечение клеток энергией. Гликолиз……………………………………………………...
Реализация наследственной информации в клетке. Биосинтез белка………………………
Деление клетки: митоз и мейоз. Половое и бесполое размножение………………………..
Развитие половых клеток у животных и человека. Двойное оплодотворение растений Особенности оплодотворения у животных…………………………………………………...
Онтогенез…………………………………………………………………………………………
Процессы старения ……………………………………………………………………………...
Основы генетики ………………………………………………………………………………...
История развития эволюционных идей………………………………………………………...
Естественный отбор в природных популяциях ……………………………………………….
Доказательства эволюции органического мира………………………………………………..
Основные направления эволюционного процесса ……………………………………………
Развитие жизни на земле………………………………………………………………………...
Происхождение человека (антропогенез)……………………………………………………...
Экология как наука………………………………………………………………………………
Экологические факторы…………………………………………………………………………
Экологические системы…………………………………………………………………………
Экологические законы и правила……………………………………………………………….
Биосфера………………………………………………………………………………………….
Бионика…………………………………………………………………………………………..
Литература……………………………………………………………………………………….

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ

План лекции:

1. Предмет и задачи общей биологии.

2. Методы изучения.

3. Понятие «жизнь» и свойства живого.

4. Уровни организации живого.

5. Практическое значение биологии.

Предмет и задачи общей биологии.

БИОЛОГИЯ – наука о жизни во всех её проявлениях и закономерностях, управляющих живой природой. Название ее возникло из сочетания двух греческих слов: БИОС – жизнь, ЛОГОС – учение. Эта наука изучает все живые организмы.

Термин «биология» ввёл в научный оборот французский учёный Ж. Б. Ламарк в 1802 году. Предмет изучения биологии – живые организмы (растения, животные, грибы, бактерии), их строение, функции, развитие, происхождение, взаимоотношения со средой.

2. Основными методами изучения биологии являются:

НАБЛЮДЕНИЕ (позволяет описать биологические явления), Под наблюдением следует понимать целенаправленное изучение объекта или явления в естественных или искусственно созданных условиях, в которых не ставится задача выявления действия отдельного фактора. Следовательно, наблюдение протекает без вмешательства исследователя в его ход.

СРАВНЕНИЕ (дает возможность найти общие закономерности в строении, жизнедеятельности различных организмов), предполагает сопоставление организмов и их частей. Именно на принципах сравнительного метода в свое время были основаны систематика, клеточная теория.

ЭКСПЕРИМЕНТ или ОПЫТ (помогает исследователю изучить свойства биологических объектов), более активная форма изучения объекта или явления, протекающая в искусственно измененных условиях. Таким образом, под экспериментом можно понимать активное воздействие исследователя на объект за счет изменения одного из факторов среды на определенную величину с целью изучения ответа данного объекта на это изменение.

МОДЕЛИРОВАНИЕ (имитируются многие процессы, недоступные для непосредственного наблюдения или экспериментального воспроизведения), оно предполагает изучение какого-либо процесса или явления через воспроизведение его самого или его существенных свойств в виде модели. Моделирование позволяет прогнозировать различные ситуации, которые могут возникнуть в природе и. обществе в случае резкого изменения тех или иных внешних факторов (условий).

ИСТОРИЧЕСКИЙ (позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития живой природы), выяснение закономерностей появления и развития организмов, становления их структуры и функции.

Общая биология пользуется методами других наук и комплексными методами, которые позволяют изучать и решать поставленные задачи.

Практическое значение общей биологии.

В БИОТЕХНОЛОГИИ – биосинтез белков, синтез антибиотиков, витаминов, гормонов.

В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ – селекция высокопродуктивных пород животных и сортов растений.

В СЕЛЕКЦИИ МИКРОООРГАНИЗМОВ.

В ОХРАНЕ ПРИРОДЫ – разработка и внедрение методов рационального и рачительного природоиспользования.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

И ИХ РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ

План лекции:

1. Химические элементы, входящие в состав внутриклеточной среды.

2. Роль некоторых химических элементов в жизни клетки.

3. Понятие о неорганических соединениях клетки: воде и минеральных солях.

Классификация углеводов

МОНОСАХАРИДЫ(простые сахара). Состоят они из одной молекулы. Это твердые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. В зависимости от числа углеродных атомов, входящих в молекулу углевода, различают:

ТРИОЗЫ- моносахариды, содержащие 3 атома углерода; в живых организмах важное значение имеют, например, глицерин и его производные (молочная кислота, пировиноградная кислота).

ТЕТРОЗЫ - 4 атома углерода; в процессах жизнедеятельности наиболее важна эрuтроза. Этот сахар в растениях - один из промежуточных продуктов фотосинтеза. Уже на уровне тетроз происходит образование кольцевых молекул углеводов.

ПЕНТОЗЫ - 5 атомов углерода; Эта группа углеводов включает такие важные вещества, как рuбоза и дезоксuрuбоза - сахара, входящие в состав мономеров нуклеиновых кислот - РНК и ДНК.

ГЕКСОЗЫ- 6 атомов углерода. Из гексоз наиболее широко распространены глюкоза, фруктоза и галактоза. Их общая формула C6H1206.

Глюкоза - виноградный сахар в свободном состоянии встречается как в растениях, так и в животных организмах. Она входит в состав полисахаридов. Глюкоза - первичный и главный источник энергии для клеток. Она обязательно находится в крови. Снижение ее количества в крови влечет за собой немедленное нарушение жизнедеятельности нервных и мышечных клеток, иногда сопровождаемое судорогами или обморочным состоянием. Уровень содержания глюкозы в крови регулируется сложным механизмом работы нервной системы и желез внутренней секреции. Глюкоза входит в структуры почти всех клеток органов и тканей, регулирует осмотическое давление. (Осморегуляцuя - процесс, обеспечивающий относительное постоянство концентрации активных веществ во внутренней среде клетки, в организме.)

Фруктоза в большом количестве в свободном виде встречается в плодах, поэтому ее часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в меде, сахарной свекле, фруктах. Путь распада фруктозы в организме короче, чем глюкозы, что имеет важное значение при питании больного сахарным диабетом, когда глюкоза очень слабо усваивается клетками.

Галактоза - пространственный изомер глюкозы. Она входит в состав лактозы - молочного сахара, а также некоторых полисахаридов. Галактоза в печени и других органах превращается в глюкозу.

ПОЛИСАХАРИДЫНесколько молекул моносахаридов, соединяясь между собой с выделением воды, образуют молекулу полисахарида. Поэтому полисахариды относятся к полимерам. Ди-, три- и тетрасахариды составляют группу полисахаридов первого порядка, или олигосахаридов. Более сложные углеводы, содержащие в молекуле значительно большее количество остатков простых сахаров, называются полисахаридами второго порядка. Это сложные вещества с очень большой молекулярной массой.

Полисахариды первого порядка (олигосахариды). Из олигосахаридов нас особенно интересуют дисахариды. К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза.

Сахароза - тростниковый или свекловичный сахар; общая формула C12H22011. Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. Чрезвычайно широко распространена в растениях (семена, ягоды, корни, клубни, плоды). Играет большую роль в питании многих животных и человека. Очень легко растворима в воде.

Лактоза - молочный сахар, имеет в составе глюкозу и галактозу. Этот дисахарид находится в молоке и является основным источником энергии для детенышей млекопитающих.

Мальтоза - основной структурный элемент крахмала и гликогена. Состоит из двух молекул глюкозы. Под действием фермента мальтоза гидролизуется с образованием двух молекул глюкозы.

Полисахариды второго порядка. Это высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа моносахаридов. Как и предыдущая группа углеводов, полисахариды второго порядка могут гидролизоваться до моносахаридов.

В функциональном отношении различают полисахариды резервного и структурного назначения. Типичные резервные полисахариды - крахмал и гликоген. К структурным полисахаридам относят клетчатку (целлюлозу).

Крахмал - резервный полисахарид растений; содержится в большом количестве в клубнях картофеля, плодах, семенах. Находится в виде зернышек слоистого строения, нерастворимых в холодной воде. В горячей воде крахмал образует коллоидный раствор, называемый в быту крахмальным клейстером. Количество остатков глюкозы в молекуле крахмала исчисляется несколькими тысячами.

Гликоген - резервный полисахарид животных и человека, а также в грибов, дрожжей и т. д. В значительных количествах накапливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Является поставщиком глюкозы в кровь. По структуре напоминает крахмал, но разветвлен сильнее. Молекула гликогена состоит примерно из 30000 остатков глюкозы.

Клетчатка (целлюлоза) - главный структурный полисахарид клеточных оболочек растений. В ней аккумулировано около 50% всего углерода биосферы. Клетчатка нерастворима в воде, она лишь набухает в ней. Молекула целлюлозы представляет собой не разветвленную вытянутую цепочку моносахаридов. Множество линейных молекул целлюлозы уложено параллельно; они связаны в пучки водородными связями. Этим определяется прочность растительных волокон.

Полисахариды можно подразделить на гомо- и гетерополисахариды. Гомоnолuсахарuды имеют в своем составе моносахариды только одного вида. Например, крахмал и гликоген построены только из молекул глюкозы. Гетероnолuсахарuды представляют собой полимеры, построенные из моносахаридов различных типов и их производных. В живых организмах встречаются комплексы углеводов с белками (гликопротеиды) и жирами (гликолипиды). Они выполняют различные функции

3. Функции углеводов.

Энергетическая функция . Углеводы служат основным источником энергии для организма.

Структурная функция . Во всех без исключения тканях и органах обнаружены углеводы и их производные. Они входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований. Принимают участие в синтезе многих важнейших веществ. В растениях полисахариды выполняют и опорную функцию.

Функция запаса питательных веществ. В организме и клетке углеводы обладают способностью накапливаться в виде крахмала у растений и гликогена у животных. Крахмал и гликоген представляют собой запасную форму углеводов и расходуются по мере возникновения потребности в энергии. При полноценном питании в печени может накапливаться до 10% гликогена, а при голодании его содержание может снижаться до 0,2 % массы печени.

Защитная функция. Вязкие секреты (слизи), выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными, в частности гликопротеидами. Они предохраняют стенки полых органов (пищевод, кишки, желудок, бронхи) от механических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов.

4. Определение, структура, содержание жиров.

ЛИПИДЫ (греч. lipos- жир) - органические соединения с различной структурой, но общими свойствами. Объединяют жиры и жироподобные вещества. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях: эфире, бензине, хлороформе и др. Липиды очень широко представлены в живой природе и играют чрезвычайно важную роль в клетке и организме. Содержание жира в клетках обычно не велико и составляет 5-15% от сухой массы. Существуют, однако, клетки, содержание жира в которых достигает почти 90% от сухой массы. Эти наполненные жиром клетки имеются в жировой ткани.

По химической структуре жиры представляют собой сложные соединения трехатомного спирта глицеринa и высокомолекулярных жирных кислот.

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ делятся на две группы: насыщенные, т. е. не содержащие двойных связей, и ненасыщенные, или неnредельные, содержащие двойные связи. К насыщенным кислотам принадлежат пальмитиновая и стеариновая кислоты, а к ненасыщенным – олеиновая. Растительные жиры или масла богаты непредельными жирными кислотами, поэтому они являются легкоплавкими - жидкими при комнатной температуре. Например, в оливковом масле глицерин связан с остатками олеиновой кислоты. Животные жиры при комнатной температуре твердые, так как содержат главным образом насыщенные жирные кислоты. Например, говяжье сало состоит из глицерина и насыщенных патльмитиновой и стеариновой кислот.

Из формулы жира видно, что его молекула, с одной стороны, содержит остаток глицерина - вещества, хорошо растворимого в воде, а с другой стороны - остатки жирных кислот, углеводородные цепочки которых практически нерастворимы в воде. При нанесении капли жира на поверхность воды в сторону воды обращена глицериновая часть молекулы жира, а из воды «торчат» вверх цепочки жирных кислот. Тончайший слой этих веществ, входящих в состав клеточных мембран, препятствует смешиванию содержимого клетки или отдельных ее частей с окружающей средой.

ЖИРОПОДОБНЫЕ ВЕЩЕСТВА

фосфолunuды - э то тоже сложные соединения глицерина и жирных кислот. От настоящих жиров они отличаются тем, что содержат остаток фосфорной кислоты, к которой присоединены азотсодержащие органические соединения. Фосфолипиды – основные компоненты мембран клеток.

глuколuпuды, состоят из углеводов и липидов. Особенно их много в составе ткани мозга и нервных волокон.

лuпопротеuды, представляющие собой комплексные соединения различных белков с жирами.

5. Функции липидов .

Структурная. Липиды принимают участие в построении мембран клеток всех органов и тканей. Они участвуют в образовании многих биологически важных соединений.

Энергетическая. Липиды обеспечивают 25-30% всей энергии, необходимой организму. При полном распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии, что примерно в 2 раза больше по сравнению с углеводами и белками.

Функция запасания питательных веществ . Жиры являются своего рода «энергетическими консервами». Жировыми депо могут быть и капли жира внутри клетки, и «жировое тело» у насекомых, и подкожная клетчатка, в которой сосредоточены жировые клетки-липоциты у человека.

Функция терморегуляции. Жиры плохо проводят тепло. Они откладываются под кожей, образуя у некоторых животных огромные скопления. Например, у кита слой подкожного жира достигает 1 м. Это позволяет теплокровному животному жить в холодной воде полярного океана.

Функция эндогенной воды: при окислении 100 г жира выделяются 107 мл воды. Благодаря такой воде существуют многие пустынные животные, например песчанки, тушканчики, с этим связано и накопление жира в горбах у верблюда.

Защитная функция. Слой жира защищает нежные органы от ударов и сотрясений (например, околопочечная капсула, жировая подушка около глаза). Жироподобные соединения покрывают тонким слоем листья растений, не давая им намокать во время обильных дождей.

Регуляторная функция. Например, к липидам относятся половые гормоны человека и животных: зстрадuол (женский) и тестостерон (мужской). Из ненасыщенных жирных кислот в клетках человека и животных синтезируются такие регуляторные вещества, как nростагландuны. Они обладают широким спектром биологической активности: регулируют сокращение мускулатуры внутренних органов, поддерживают тонус сосудов; регулируют функции различных отделов мозга, например центры теплорегуляции.

БЕЛКИ,

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ.

План лекции:

1. Биополимеры.

2. Строение белковой молекулы.

3. Уровни организации белковой молекулы..

4. Функции белков.

Биополимеры.

Многие органические соединения, входящие в состав клетки, характеризуются большим размером молекул - их называют макромолекуламu (греч. тзсгоs - большой). Такие молекулы обычно состоят из повторяющихся, сходных по структуре низкомолекулярных соединений - мономеров (греч. monos - один), ковалентно связанных между собой. Образованная мономерами макромолекула называется полимером (греч. Poly - много).

Виды полимеров: Регулярные - построены из одинаковых мономеров (если мономер обозначить буквой А, то полимер будет выглядеть так А-А-А-А-А...А). Нерегулярные - полимеры, в которых нет определенной закономерности в последовательности мономеров(А-Б-В-Б-А-В...)

Оказалось, что перестановка и новые сочетания нескольких типов мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множества их вариантов и определяют различные свойства макромолекул.

После удаления воды из клетки в сухом остатке на первом месте по содержанию стоят белки. Они составляют 10-20% от сырой массы и 50-80% от сухой массы клетки. Белки называют также протеинами (греч. protos - первый, главный).

2. Строение белковой молекулы.

Белки - это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.В состав большинства белков входят 20 разных аминокислот. В каждой из них содержатся одинаковые группировки атомов: аминогруппа -NH2 и карбоксильная группа -СООН Участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильной групп, которыми отличаются аминокислоты, называются радикалами (R).

В клетке находятся свободные аминокислоты, составляющие аминокислотный фонд, за счет которого происходит синтез новых белков. Этот фонд пополняется аминокислотами, постоянно поступающими в клетку вследствие расщепления белков пищи пищеварительными ферментами или собственных запасных белков.

Соединение аминокислот происходит через общие для них группировки: аминогруппа одной аминокислоты соединяется с карбоксильной группой другой аминокислоты, при соединении их выделяется молекула воды. Между соединившимися аминокислотами возникает связь называемая пептидной , а образовавшееся соединение нескольких аминокислот называют nеnтидом. Соединение из большого числа аминокислот называют nолunеnтuдом. Белок может представлять собой один или несколько полипептидов.

В состав большинства белков входит 300-500 аминокислотных остатков, но есть и более крупные белки, состоящие из 1500 и более аминокислот.

Функции белков.

ФЕРМЕНТАТИВНАЯБыстрое протекание биохимических реакций обеспечивают катализаторы (ускорители реакций) – ферменты . Почти все ферменты являются белками (но не все белки - ферменты!). Каждый фермент обеспечивает одну или несколько реакций одного типа. Каждая молекула фермента способна осуществлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов операций в минуту. В ходе этих операций ферментный белок не расходуется. Он соединяется с реагирующими веществами, ускоряет их превращения и выходит из реакции неизменным. Известно более 2 тыс. ферментов, и количество их продолжает увеличиваться.

РЕГУЛЯТОРНАЯИзвестно, что в специальных клетках животных и растений производятся регуляторы физиологических процессов - гормоны. Многие гормоны - белки. Следует заметить, что не все гормоны - белки. Некоторые гормоны - производные аминокислот, например адреналин, мелатонин, три- и тетраиодтиронин (гормоны щитовидной железы) и др. Известны гормоны - производные нуклеотидов и липидов. Ряд гормонов усиливает или подавляет активность уже готовых, предсуществующих в клетке ферментов.

ТРАНСПОРТНАЯВкрови, в наружных клеточных мембранах, в цитоплазме и ядрах клеток есть различные транспортные белки. В крови имеются белки-транспортеры, которые узнают и связывают определенные гормоны и несут их к клеткам-мишеням. Такие клетки оснащены рецепторами, узнающими эти гормоны. В цитоплазме и ядрах есть рецепторы гормонов, через которые они осуществляют свое действие. В наружных клеточных мембранах имеются белки-транспортеры, которые обеспечивают активный и строго избирательный транспорт внутрь и наружу клетки сахаров, аминокислот, различных ионов. Известны и другие белки-транспортеры.

ЗАЩИТНАЯБелки служат средствами защиты человека, животных, растений от вызывающих заболевания микроорганизмов. У человека и животных одна из таких главных систем - это иммунная защита. В лимфоидных тканях (вилочковая железа, лимфатические железы, селезенка) производятся лимфоциты - клетки, способные синтезировать огромное разнообразие защитных белков - антител. Такие антитела носят название иммуноглобулинов. Иммуноглобулины состоят из четырех белковых цепей. Они имеют участок, узнающий «пришельца», и участок, обеспечивающий «расправу» с ним. Антитела узнают чужеродные белки и иные биополимеры (полисахариды, полинуклеотиды) и их комплексы, в свободном виде растворенные в жидких средах организма или в составе бактерий и вирусов.

В клетках человека и животных синтезируются также специальные противовирусные белки - интерфероны. Синтез таких белков начинается после встречи клетки с вирусной нуклеиновой кислотой. Интерферон через систему посредников активирует в клетке фермент, расщепляющий вирусные нуклеиновые кислоты, и включает синтез фермента, блокирующего аппарат синтеза вирусных белков.

ДВИГАТЕЛЬНАЯобеспечивается специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех движениях, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у многоклеточных животных, движение листьев у растений и т.д.

СТРУКТУРНАЯ или строительная Белки участвуют в образовании всех мембранных и не мембранных органелл клетки, а также внеклеточных структур.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯБелки служат одним из источников энергии в клетке. При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется около 17 кДж. Однако белки используются как источник энергии, обычно, когда истощаются иные источники, такие, как углеводы и жиры.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

АТФ, СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ

План лекции:

1. Определение, значение, виды НК

2. Строение и функции ДНК

3. Строение и функции РНК:

4. АТФ - одно из органических соединений клетки.

Строение и функции ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота - это полимерная молекула, состоящая из тысяч или даже сотен тысяч мономеров - нуклеотидов. Протяженность молекулы ДНК составляет много тысяч нанометров.

Нуклеотид - состоит из остатка азотистого основания, сахара - десоксирибозы и фосфорной кислоты.

Азотистые основания представлены двумя видами: пуриновые основания производные пурина. Из них в состав нуклеиновых кислот входят аденин и гуанин. Пиримидиновые основания, содержащиеся в нуклеиновых кислотах,- цитозин и тимин в ДНК, цитозин и урацил в РНК - это производные пиримидина.

Число пуриновых оснований в ДНК всегда равно числу пиримидиновых, количество аденина равно количеству тимина, а гуанина - количеству цитозина. Такие закономерности получили название правил Чаргаффа.

Нуклеотиды расположены друг от друга на расстоянии 0,34 нм, а на один виток спирали их приходится 10. Диаметр молекулы ДНК составляет около 2 нм.

Сахарофосфатный остов находится на периферии молекулы ДНК, а пуриновые и пиримидиновые основания - в середине. Причем последние ориентированы таким о6рааом, что между основаниями из противоположных цепей могут образовываться водородные связи. Из построенной модели выявилось, что пурин в одной цепи всегда связан водородными связями с противоположным пиримидином в другой цепи. Такие пары имеют одинаковый размер по всей длине молекулы. Не менее важно то, что аденин может спариваться лишь с тимином, а гуанин только с цитозином. При этом между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином ицитозином – три.

Каждая из пар оснований обладает симметрией, позволяющей ей включиться в двойную спираль в двух ориентациях (А = Т и Т = А; Г=Ц и Ц=Г). Если известна последовательность оснований в одной цепи (например, Т-Ц– Г- Ц-А-Т), то благодаря специфичности спаривания (принцип дополнения, т. е. комплементарности) становится известной и последовательность оснований ее партнера второй цепи (А-Г-Ц-Г-Т-А).

Строение и функции РНК.

Рибонуклеиновая кислота - полимер, мономерами которой являются нуклеотиды. РНК представляет собой однонитевую молекулу. Она построена таким же образом, как и одна из цепей ДНК. Нуклеотиды РНК очень близки, хотя и не тождественны, нуклеотидам ДНК. Их тоже четыре, и они состоят из азотистого основания, пентозы и фосфорной кислоты. Три азотистых основания совершенно такие же, как в ДНК: А, Г и Ц. Однако вместо Т у ДНК в РНК присутствует близкий к нему по строению пиримидин - урацил (У). Различие между ДНК и РНК существует также в характере углевода: в нуклеотидах ДНК углевод - дезоксири-боза, а в РНК - рибоза. Связь между нуклеотидами осуществляется, как и в одной из цепей ДНК, т. е. через углевод и остаток фосфорной кислоты. В отличие от ДНК, содержание которой в клетках определенных организмов относительно постоянно, содержание РНК в них колеблется. Оно заметно повышено в клетках, в которых происходит синтез белка. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.

Виды РНК

Транспортная РНК (т-РНК). Молекулы т-РНК самые короткие: они состоят всего из 80-100 нуклеотидов. Транспортная РНК в основном содержится в цитоплазме клетки. Функция ее состоит в переносе аминокислот в рибосомы, к месту синтеза белка. Из общего содержания РНК клетки на долю т-РНК приходится около 10%.

Рибосомная РНК (р-РНК). Это самые крупные молекулы РНК: в их состав входит 3-5 тыс. нуклеотидов. Рибосомные РНК составляют существенную часть рибосомы. Из общего содержания РНК в клетке на долю р-РНК приходится около 90%.

Информационная РНК (и-РНК), или матричная (м-РНК). Содержится в ядре и цитоплазме. Функция ее состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. На долю и-РНК приходится примерно 0,5-1 % от общего содержания РНК клетки.

4. АТФ

Аденозинтрифосфорная кислота - нуклеотид играющи ведущую роль в энергетике клетки. Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) входит в состав всех РНК; при присоединении еще двух молекул фосфорной кислоты (НзРО4) она превращается в АТФ и становится источником энергии, которая запасается в двух последних остатках фосфатов.

Как во всякий нуклеотид, в АТФ входят остаток азотистого основания (аденин), пентоза (рибоза) и остатки фосфорной кислоты (у АТФ их три). Из состава АТФ под действием фермента АТФ-азы отщепляются остатки фосфорной кислоты.

При отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты А ТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Реакции отщепления каждой молекулы фосфорной кислоты сопровождаются освобождением 419 кДж/моль.

Значение АТФ в жизни клетки велико, она играет центральную роль в клеточных превращениях энергии. Основной синтез АТФ происходит в митохондриях.

СИГНАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

План лекции:

2. Феромоны, виды, значение

3. Ферменты

4. Гормоны

1. Общее понятие о сигнальных веществах

СИГНАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА - химические коммуникационные агенты, переносящие информацию между свободно живущими одноклеточными существами; между клетками внутри организма; между многоклеточными организмами. Многие из сигнальных веществ эволюционно-консервативны. Они возникли в эволюции как сигналы, используемые микроорганизмами и далее приобрели новые роли у многоклеточных организмов, включая высших животных и человека.

Феромоны, виды, значение

ФЕРОМОНЫ (греч. Φέρω - «нести» + ορμόνη - «побуждать, вызывать») - продуктЫ внешней секреции, выделяемые некоторыми видами животных и обеспечивающие химическую коммуникацию между особями одного вида. Феромоны - биологические маркеры собственного вида, летучие хемосигналы, управляющие нейроэндокринными поведенческими реакциями, процессами развития, а также многими процессами, связанными с социальным поведением и размножением.

Феромоны модифицируют поведение, физиологическое и эмоциональное состояние или метаболизм других особей того же вида.

Классификация феромонов

По своему воздействию феромоны делятся на два основных типа

1. РЕЛИЗЕРЫ - тип феромонов, побуждающих особь к каким-либо немедленным действиям и используются для привлечения брачных партнёров, сигналов об опасности и побуждения других немедленных действий.

2. ПРАЙМЕРЫ - используются для формирования некоторого определённого поведения и влияния на развитие особей: например, специальный феромон, выделяемый пчелой-маткой. Это вещество подавляет половое развитие других пчёл-самок, таким образом превращая их в рабочих пчёл.

В качестве отдельных названий некоторых типов феромонов можно привести следующие: эпагоны - половые аттрактанты; одмихнионы - метки пути, указывающие дорогу к дому или к найденной добыче, метки на границах индивидуальной территории; торибоны - феромоны страха и тревоги; гонофионы - феромоны, индуцирующие смену пола; гамофионы - феромоны полового созревания; этофионы - феромоны поведения; лихневмоны - феромоны маскирующие животное под другой вид.

Муравьи используют феромоны для обозначения пройденного пути. По специальным меткам, оставляемым по дороге, муравей может найти дорогу обратно в муравейник. Также, метки, делаемые при помощи феромонов показывают муравейнику путь к найденной добыче. Отдельные запахи используются муравьями для подачи сигнала об опасности, что провоцирует у особей либо бегство, либо агрессивность.

Ввиду достаточно сложных поведенческих реакций феромоны позвоночных изучены слабо. Существует предположение, что рецептором феромонов у позвоночных является вомероназальный (якобсонов) орган.

Исследование человеческих феромонов находится пока ещё на зачаточной стадии. Известно, что в поте некоторых мужчин находятся вещества, привлекающие женщин. Также отмечено, что в больши́х женских коллективах менструальный цикл со временем синхронизируется, протекая одновременно у большинства женщин. Эта особенность также приписывается воздействию человеческих феромонов. Поведение высших млекопитающих, в том числе и человека, подчинено многим факторам, и феромоны не играют решающей роли в его регуляции.

Феромоны нашли своё использование в сельском хозяйстве. В сочетании с ловушками разных типов, феромоны, приманивающие насекомых, позволяют уничтожать значительные количества вредителей. На современном рынке парфюмерной продукции присутствуют товары, которые позиционируются как «содержащие феромоны». Прозводители такой продукции утверждают, что ее использование усиливает привлекательность у противоположного пола «на бессознательном уровне».

Ферменты, виды, функции

ФЕРМЕНТЫ или энзи́мы (от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον - дрожжи, закваска) - обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся вещества - продуктами. Ферменты специфичны к субстратам (АТФаза катализирует расщепление только АТФ). Ферментативная активность может регулироваться активаторами и ингибиторами (активаторы - повышают, ингибиторы - понижают). Белковые ферменты синтезируются на рибосомах, а РНК - в ядре.

Функции ферментов

Ферменты - белки, являющиеся биологическими катализаторами. Ферменты присутствуют во всех живых клетках и способствуют превращению одних веществ (субстратов) в другие (продукты). Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах. Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма.

Подобно всем катализаторам, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, понижая энергию активации процесса. Отличительной особенностью ферментов по сравнению с небелковыми катализаторами является их высокая специфичность. При этом эффективность ферментов значительно выше эффективности небелковых катализаторов - ферменты ускоряют реакцию в миллионы и миллиарды раз, небелковые катализаторы - в сотни и тысячи раз.

Ферменты широко используются в народном хозяйстве - пищевой, текстильной промышленности, в фармакологии.

Классификация ферментов

По типу катализируемых реакций ферменты подразделяются на 6 классов согласно иерархической классификации ферментов (КФ, EC - Enzyme Comission code). Каждый класс содержит подклассы, так что фермент описывается совокупностью четырёх чисел, разделённых точками. Первое число грубо описывает механизм реакции, катализируемой ферментом:

КФ 1: Оксидоредуктазы , катализирующие окисление или восстановление. Пример: каталаза, алкогольдегидрогеназа

КФ 2: Трансферазы , катализирующие перенос химических групп с одной молекулы субстрата на другую. Среди трансфераз особо выделяют киназы, переносящие фосфатную группу, как правило, с молекулы АТФ.

КФ 3: Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей. Пример: эстеразы, пепсин, трипсин, амилаза, липопротеинлипаза

КФ 4: Лиазы , катализирующие разрыв химических связей без гидро