Živi so odprti sistemi, kakršni so. Živi sistemi veljajo za odprte, ker so
"Izvajanje odprte lekcije" - Splošna razprava. Potrebno za dopolnitev učiteljeve analize. Učiteljevi odgovori na vprašanja o projektu pouka. Analiza pouka s strani učitelja. Predstavitev učnega projekta učitelja. Zakaj je potrebno to pripravljalno delo? Izvajanje odprte lekcije. Končni povzetek učitelja. Učitelj odgovori na vprašanja prisotnih.
"Odprta lekcija branja" - Že leta 1037 v starodavni Rusiji je Yaroslav Wise ustanovil knjižnico. Zdaj - 65. mesto. Trenutno le 40% 14-letnih državljanov Rusije bere leposlovna dela. Veselo branje! Do srede dvajsetega stoletja je bila naša država najbolj brana na svetu. Jim Corbett - kanibali Kumaon Ivan Efremov - Na robu Oycumene Mihail Bulgakov - Srce psa Konstantin Paustovsky - Meshcherskaya stran.
Odprta lekcija angleščine - Prašič se hvali, da ve vse o živalih. Tom 7 lahko teče, skače. Dešifrirajte slike. Tema lekcije: "V čarobnem gozdu" "V čarobnem gozdu". Pomagajte Petru predstaviti umetnike.
"Odprta lekcija" - Glavni končni odsevni organizacijski preizkus. Spremljajte svoj tempo in čas. Spoznajte, začnite nekaj. Opredelite potrebno didaktično predstavitev, predstavitve, material in opremo. Razmislite o dejavnostih učencev na različnih stopnjah pouka.
"Odprta lekcija" - Namen odprte lekcije. Vrednotenje učinkovitosti odprte lekcije. "Zest" v lekciji. Odprta lekcija -… Priprava na odprto lekcijo. Kriteriji za ocenjevanje odprte lekcije. Dobra ocena, pohvale, nasmeh učitelja, veselje do reševanja težkega problema. "Trenutek veselja" v lekciji. Za kogar?
"Odprta lekcija branja, 2. razred" - Za izdelavo akta - sestavite akt (dokument). Preberi prav. Zelena Hychechka Bump Bump Zob se izliva Zob izpada. Govorni terapevt. Veselo prijazen pošteno navidezen. Preverite! Poiščite napake v besedah. Odprta lekcija branja v 2. razredu. Victor Yuzefovich Dragunski (1913-1972). Kateri lik najbolje odraža razpoloženje zgodbe?
Tečaj "Pedagoška teorija sodobnega učitelja"
NAČRT NAČRTOVANJA
Številka časopisa |
Učno gradivo |
Predavanje št. 1. Didaktika kot univerzalno orodje pedagoške ustvarjalnosti |
|
Predavanje številka 2. Vsebina biološke vzgoje v sodobnih razmerah in njena sestava |
|
Predavanje številka 3. Učne metode, njihova specifičnost. |
|
Predavanje številka 4. Problematično učenje pri pouku biologije |
|
Predavanje številka 5. Projektne dejavnosti. |
|
Število predavanj 6. Struktura in vrste pouka |
|
Predavanje številka 7. Intelektualni in moralni razvoj pri pouku biologije |
|
Predavanje številka 8. Metodološki vidiki znanosti pri pouku biologije |
|
Končno delo - razvoj lekcije. |
|
Število predavanj 6. Struktura in vrste pouka
Struktura lekcije; vrste in vrste pouka; načrtovanje lekcij
To predavanje je namenjeno temu, kar, kot vse kaže, ve vsak učitelj že od prvih dni iniciacije v pedagoško znanost. In še prej, med študijem v šoli, bi lahko vsak izmed nas intuitivno ocenil lekcijo, ki jo je učitelj učil: zanimiva - nezanimiva, dobra - slaba, smiselna - ne pomenljiva, čustveno ravnodušna, produktivno neučinkovita. Takšne ocene učne ure, ki so jih dali učenci, je dejansko mogoče prevesti v didaktične kategorije. Vsak učitelj ima intuitiven občutek, kakšen mora biti dober pouk. Vendar intuicija ni dovolj, da bi zgradili resnično dobro lekcijo. Da bo učiteljeva dejavnost uspešna, mora uporabiti sodobne teoretične ideje in pedagoške tehnologije.
Kaj je lekcija? Tu je ena najpogostejših klasifikacij vrst lekcij.
1. Lekcija pri učenju novega gradiva.
2. Lekcija pri oblikovanju znanja, sposobnosti, veščin.
3. Lekcija utrjevanja in razvoja znanja, sposobnosti, veščin.
4. Ponovitev lekcije.
5. Lekcija za preverjanje znanja.
6. Lekcija uporabe znanja, spretnosti in sposobnosti.
7. Ponavljajoča in posploševalna lekcija.
8. Kombinirana lekcija.
Številni inovativni učitelji ponujajo svoje klasifikacije lekcij. Torej, L.V. Malahova učne ure razvrsti na naslednji način.
1. Pregledna zgodba o celotni temi.
2. Lekcija učnih vprašanj in dodatna pojasnila.
3. Lekcija - praktično delo.
4. Pouk je posplošenega tipa z nalogami, ki se osredotočajo na izbiro in usvajanje glavnih elementov poučnega gradiva.
5. Končna anketa o teoretičnem gradivu.
6. Reševanje problemov na temo.
Sistem, ki ga je razvil N.P. Guzik, vključuje naslednje vrste lekcij.
1. Lekcije teoretične analize gradiva s strani učitelja.
2. Lekcije o samostojni analizi teme s strani učencev (razdeljene v skupine) glede na dane načrte, algoritme.
3. Lekcije-seminarji.
4. Lekcije-delavnice.
5. Lekcije pri nadzoru in ocenjevanju znanja.
Obstaja kar nekaj razvrstitev vrst in vrst lekcij, vsak učitelj pa lahko daje prednost enemu od njih ali od vsakega vzame nekaj drugačnega. Pomembno je le razumeti, s kakšnimi nameni izvajate določeno vrsto pouka in kako organizirate asimilacijo učnega gradiva. Pomembno je tudi povezati značilnosti vsebine, ki se jih je treba naučiti v tej lekciji, s sposobnostmi učencev ter z metodami in oblikami organizacije pouka.
Vabim vas, da v učbeniku D.K. analizirate in razvrstite dve različici pouka na temo "Uvod v splošno biologijo" v 10. razredu. Belyaeva, A.O. Ruvinsky in drugi.
Možnost lekcije 1. Vrsta lekcije - lekcija pri učenju novega gradiva
Načrt in struktura lekcije
1. Organizacijski trenutek.
2. Začetna uvedba gradiva.
3. Poudarek na glavnih točkah teme.
4. Ustvarjanje motivacije za pomnjenje gradiva.
5. Dokazovanje tehnik zapomnjenja.
6. Začetno utrjevanje gradiva s ponavljanjem.
V skladu s tem načrtom bo učitelj dal definicijo pojma "Splošna biologija", nato našteval glavne lastnosti življenja, razložil najtežje terminološke in pojmovne elemente teme, nato pa prešel na ravni organizacije življenja in jih kratek opisal. Na koncu bo spregovoril o raziskovalnih metodah v biologiji in njenem pomenu. V postopku predstavitve gradiva bo učitelj pokazal osnovne tehnike pomnjenja, pri čemer bo pozoren na tisto, na kar bi si morali zapomniti, in dal test, na primer, v obliki testnih nalog.
Dodelitev (možnost 1)
1. Predmet splošne biologije je:
a) zgradba in funkcije telesa;
b) naravni pojavi;
c) vzorci razvoja in delovanja živih sistemov;
d) zgradba in funkcije rastlin in živali.
2. Izberite najustreznejšo izjavo:
a) iz kompleksnih molekul so zgrajeni samo živi sistemi;
b) imajo vsi živi sistemi visoko stopnjo organiziranosti;
c) živi sistemi se od neživih sistemov razlikujejo po sestavi kemičnih elementov;
d) v neživi naravi ni velike zapletenosti organizacije sistema.
3. Najnižja raven živih sistemov, ki kažejo sposobnost izmenjave snovi, energije in informacij, je:
a) biosfera;
b) molekulske;
c) organizem;
d) celični.
4. Najvišja raven organizacije življenja je:
a) biosfera;
b) biogeocenotično;
c) za prebivalstvo;
d) organizem.
5. Glavna znanstvena metoda v najzgodnejšem obdobju razvoja biologije je bila:
a) poskusni;
b) mikroskopija;
c) primerjalno zgodovinski;
d) način opazovanja in opisovanja predmetov.
Dodelitev (možnost 2)
Izberite pravilne izjave.
1. Vsi živi organizmi:
a) imeti enako zapleteno raven organizacije;
b) imajo visoko stopnjo presnove;
c) na enak način reagirajo na okolje;
d) imeti enak mehanizem za prenos dednih informacij.
2. Živi sistemi veljajo za odprte, ker:
a) tvorjen iz istih kemičnih elementov kot neživi sistemi;
b) izmenjavo snovi, energije in informacij z zunanjim okoljem;
c) imeti sposobnost prilagajanja;
d) se lahko razmnožujejo.
3. Raven, na kateri se medsebojne vezi začnejo manifestirati, imenujemo:
a) biogeocenotično;
b) za prebivalstvo;
c) organizem;
d) biosferična.
4. Najpogostejša značilnost vseh bioloških sistemov:
a) zapletenost strukture sistema;
b) zakoni, ki delujejo na vsaki stopnji razvoja sistema;
c) elemente, ki sestavljajo sistem;
d) lastnosti, ki jih ima ta sistem.
5. Prva nadargana raven vključuje:
a) celična kolonija;
b) gozdna biocenoza;
c) populacija zajcev;
d) gofer.
Ta oblika je za to vrsto pouka povsem zakonita. Študenti bodo delno razumeli splošne ideje teme, si zapomnili osnovne pojme, lahko bodo (čeprav ne vsi) odgovorili na vprašanja naloge in tako bo zastavljen cilj - zagotovitev primarne asimilacije gradiva iz splošne biologije - v veliki meri dosežen. Vendar pa je vredno razmisliti, kako učinkovita je takšna lekcija na to temo. Ali ni mogoče ustvariti drugačne kompozicije in doseči večjih rezultatov kot delno razumevanje teme in določitev nekaterih izrazov v spominu?
Poskusimo dati lekcijo na isto temo in z istim gradivom, vendar z drugačno logiko. Njegov glavni cilj je ustvariti motivacijo študentov za samostojno preučevanje novega gradiva s pomočjo sredstev, ki so jim na voljo. V povezavi s tem ciljem se spreminjata tudi načrt pouka in njegova logika, uporabljajo se nove tehnike, ki so za učence nepričakovane.
Možnost lekcije 2. Vrsta lekcije - lekcija pri učenju novega gradiva
Oris lekcije
1. Navedba problema: kako se splošna biologija razlikuje od dosedanjih ved?
2. Povabite študente, naj natančno preberejo dve različici testnih predmetov.
3. Poskusite na kratko formulirati odgovor na vprašanje: o čem bo govora v lekciji? (Ta dejavnost na tem mestu lekcije ne bo zaključena.)
4. Če imajo učenci težave, jim razložite, da v nalogi ne iščejo pravilnih odgovorov. Njihov cilj je ugotoviti predmet razprave, poskušati prepoznati glavne ideje in probleme teme. Razpravljajte o rezultatih iskanja.
5. Po 10-15 minutah skupnega dela otrokom dajte pravilne odgovore na vprašanja nalog in jih prosite, naj pisno (ali ustno) navedejo odgovor na prej postavljeno vprašanje.
6. Po poslušanju več možnosti za odgovor bodite pozorni na njegovo logiko. Vprašanja v testnih nalogah niso zgrajena v skladu z logiko predstavitve gradiva v učbeniku, učenci pa svoj odgovor seveda gradijo tako, da navedejo pravilne odgovore na naloge.
7. Prosite, da odgovor sestavite v skladu z logiko vsebine učnega gradiva, ki se razkrije med pogovorom o tej nalogi.
8. Dijaki lektorirajo odgovor in nato napišejo esej na temo: "Kaj študira splošna biologija?"
9. Po opravljeni nalogi se delo začne z učbenikom: besedilo, ki ga napišejo učenci, primerjamo z besedilom učbenika. Študenti z odkrivanjem podobnosti med temi besedili izkusijo resnično stanje uspeha.
10. Razprava o glavnih vsebinskih elementih teme: koncept "biološkega sistema", lastnosti in ravni organizacije življenja, raziskovalne metode.
11. Reševanje problema lekcije: splošna biologija proučuje vzorce delovanja in razvoja živih sistemov na različnih ravneh. Botanika, zoologija, anatomija so bolj posebne znanosti, ki preučujejo predvsem organsko in delno supraorgansko raven.
Kaj je prednost gradnje te lekcije? Glede na to, kar je bilo rečeno na prejšnjih predavanjih, je odgovor jasen: v organizaciji asimilacije učnega gradiva, tj. v učnih metodah. Dejansko je, če je prva različica pouka predvidevala le dve vrsti dejavnosti učencev - kognitivno (primarna kognicija) in reproduktivna (vaje), potem druga možnost aktivira tudi ustvarjalno aktivnost in to takoj, že na prvi lekciji tečaja, in z aktivno motivacijo. Ali ne potrebujejo manifestacije neznanega besedila, izbire potrebnega konceptualnega aparata, kombinacije izbranih konceptov in stavkov v skladnem besedilu manifestacije ustvarjalnih sposobnosti? Poleg tega vsako učno dejanje vsakega učenca spremlja notranje razmišljanje: „Ali sem naredil pravilno ali narobe? Ali ima to, kar sem izbral, kaj skupnega z odgovorom na vprašanje? Se bo moj odgovor ujemal z besedilom učbenika ali ne? " Posledično ta oblika predstavitve učnega gradiva ustvarja motivacijo za delo z njim.
Rezultat lekcije je plod lastnega iskanja - pisno ali govorjeno besedilo, dobro razumljeno in asimilirano gradivo, pridobljena sposobnost začetnega delovanja z novimi koncepti.
Ti primeri lekcij o eni temi so polarni. Obstajajo tudi druge možnosti za predstavitev gradiva in organiziranje asimilacije. Vsebino in strukturo lekcije lahko spremenite. Temo lahko začnete z razkritjem koncepta "sistema", podate sistemsko sliko sveta, primerjate žive in nežive sisteme itd. Bistvo ni le v vsebini, čeprav je pomembno, ampak v tem, kako so organizirane dejavnosti učitelja in učencev: in kaj bodo naredili učenci, da bo del predlagane vsebine postal last njihove osebnosti. Poleg tega si lahko vsak izmed višjih učencev "dodeli" svoj del, ki bo postal del njegovega izobraževanja. Toda po drugi strani bodo skoraj vsi učenci v razredu obvladali invariantni del vsebine, vsi učenci pa bodo delali na vseh ravneh asimilacije - kognitivni, reproduktivni, ustvarjalni.
Vrnimo se k klasifikaciji lekcij. V knjigi A.V. Kuleva „Splošna biologija. Načrtovanje lekcije ”navaja 4 vrste lekcij in več njih. Vrste predavanj, ki jih predlaga avtor, so na seznamu na začetku predavanja. Toda vrste pouka oziroma bolje organiziranje izobraževalnih dejavnosti je smiselno navajati, čeprav jih je veliko vključenih v integrirano shemo učnega procesa na predavanju št. 1. Tu je seznam.
1. Lekcija-razmislek.
2. Lekcija - "potovanje".
3. Lekcija-presoja.
4. Igra lekcije.
5. Lekcija okrogla miza.
6. Integrirana lekcija.
7. Lekcija-spor.
8. Lekcija.
9. Raziskovanje lekcije.
10. Lekcija-izlet.
Pri načrtovanju določene oblike pouka si je treba zastaviti isto vprašanje: kako bodo organizirane dejavnosti učencev? Primer je sodna lekcija v obliki predstave. To je zanimiva oblika pouka, ki bo na otroke naredila velik vtis. Če pa nekaj časa po takšnem pouku učencem postavite vprašanja o preučeni temi, boste presenečeni opazili, da odgovori nekaterih od njih, tudi udeležencev predstave, puščajo veliko želenega. V tem primeru je vredno razmisliti, ali ste naredili prav, da ste predstavo napisali sami in jo uprizorili sami? Mogoče bi morali fantje z to idejo očarati? In potem bi bilo, čeprav zaradi kakovosti besedila (čeprav to sploh ni nujno), mogoče doseči več učinkov - zabaven, ustvarjalno poučen in ne le uprizoritvene udeležbe otrok. In občinstvo bi lahko bili ne samo gledalci, ampak tudi oblikovalci, glasbeniki in hkrati zainteresirani študenti. Obstaja veliko prostora za najrazličnejše ideje in najdbe. Pomembno je le, da očarljiva oblika ne škodi znanju in da se pasivnost udeležencev postopka ne skriva za zunanjo zasnovo.
V zadnjih letih se razvijajo različne učne tehnologije (beri na primer knjigo GK Selevko "Sodobne izobraževalne tehnologije"). S poznavanjem konceptualnih temeljev tehnologij z njihovimi metodološkimi značilnostmi lahko učitelj zagotovi asimilacijo istega gradiva na različne načine in tehnike. Tako lahko na primer temo "Dihanje" v predmetu "Človek" podajamo na tradicionalen način, pri čemer pojasnjujemo in utrjujemo gradivo. In v okviru pedagogike sodelovanja se lahko ta tema začne razvijati s skupno konstrukcijo različnih dihalnih modelov, predhodno je preučila literaturo in razpravljala o možnih modelih. Z uporabo tehnologije V.F. Shatalov, lahko uporabite podporne opombe itd. Uporabljate lahko tako posamezne kot skupinske oblike dela, igranja vlog in poslovnih iger, uporabljate različne vrste vizualizacije - mize, filme, demonstracije. Vse to bo imelo dokončen učinek le, ko učitelj predvidi dejavnosti učencev skoraj v vsakem trenutku lekcije. Zato pri načrtovanju lekcije upoštevajte naslednje točke.
1. Kakšen je kognitivni pomen teme lekcije?
2. Katere vrste dejavnosti je mogoče predvideti in načrtovati v tej lekciji? Kaj bo študent storil v vsakem trenutku lekcije?
3. Kakšno je mesto te lekcije v sistemu pouka?
4. Kako se lahko znanje in spretnosti učencev uporabi za obvladovanje te teme?
5. Katere dodatne vire informacij omogoča ta tematika lekcije in ali jo je treba storiti v lekciji.
6. Kako se bodo uporabljali pripomočki za tehnično usposabljanje? Uporabe ni potrebno, razen če je to potrebno.
7. Katere so vrste in stopnje zahtevnosti nalog, ki jih predlagate za konsolidacijo, samostojno iskanje in nadzor (samokontrolo)?
V fragmentih lekcij na tem in drugih predavanjih najdete določbe, ki so obravnavane v tem delu predavanja. Torej, pri načrtovanju lekcije "Monohidrično križanje" je potrebno spoznati njegov teoretični, okvirni in ocenjevalni pomen. Pomembno je zagotoviti povezavo te lekcije s prejšnjo (razdelek "Reprodukcija") in z naslednjimi temami ("Razvoj", "Izbor"). Povsem očitno je, da tema te lekcije predvideva možnost organizacije asimilacije gradiva tako po reproduktivni metodi kot po metodi proučevanja problemov - reševanje problema, hevristični pogovor. Aktualizacija obstoječega znanja je lahko pisna ali ustna v obliki sistema vprašanj, preizkusnih nalog, reševanja problemov na temah "Mitoza" in "Mejoza". Odlomek filma ali istega svetopisemskega besedila se lahko uporabi kot dodatni viri informacij. To je dovolj za prvo lekcijo na temo. Drugi učni pripomočki v tej lekciji so dinamični modeli, tabela, računalniški model. Naloge, ki jih ponujajo učenci na tej lekciji, so lahko preproste, zahtevajo reprodukcijo ali pa precej zapletene. Lahko na primer predlagate težavo, ki zahteva izračun različnih možnosti za morebitno dedovanje določene lastnosti. Vse je odvisno od tega, kakšen didaktični material ima učitelj. Seveda je pomembno izračunati, kako dolgo bo trajala ta dejavnost. Lahko se zgodi, da ena lekcija ne zadostuje za popolno preučevanje gradiva. To pomeni, da morate dati dve lekciji in se ne smete bati odstopanj od učnega načrta. Obstajajo znanja in spretnosti, za oblikovanje in razvoj katerih je potrebno porabiti več časa, kot ga določa učni načrt. Ne bojte se tega, saj se bo porabljen čas v prihodnosti več kot izplačal.
Vprašanja in naloge za samostojno delo
1. Katere so glavne razlike med lekcijami na temo "Uvod v splošno biologijo", ki so bile podane na predavanju?
2. Zakaj je pomembno določiti povezave med tem poukom ter prejšnjimi in naslednjimi temami?
3. Izdelajte več nalog na več ravneh za katero koli temo predmeta.
Živi organizem je zapleten sistem, sestavljen iz medsebojno povezanih organov in tkiv. Ampak zakaj to pravijo telo je odprt sistem? Za odprte sisteme je značilna izmenjava nečesa z njihovim zunanjim okoljem. Lahko je izmenjava snovi, energije, informacij. In vsi ti živi organizmi se zanje izmenjujejo z zunanjim svetom. Čeprav je beseda "izmenjava" primerneje nadomestiti besedo "pretok", saj nekatere snovi in \u200b\u200benergija vstopijo v telo, druge pa zapustijo.
Energijo živi organizmi absorbirajo v eni obliki (rastline - v obliki sončnega sevanja, živali - v kemičnih vezavah organskih spojin), v okolje pa se sproščajo v drugi (termični). Ker telo od zunaj dobi energijo in jo sprosti, je odprt sistem.
V heterotrofnih organizmih se energija absorbira skupaj s snovmi (v katerih je vsebovana) kot rezultat prehrane. Nadalje se v procesu metabolizma (metabolizma v telesu) nekatere snovi razgradijo, druge pa se sintetizirajo. Med kemičnimi reakcijami se sprošča energija (gre v različne življenjske procese) in absorbira se energija (gre za sintezo potrebnih organskih snovi). Snovi, ki so za telo nepotrebne, in nastala toplotna energija (ki je ni več mogoče uporabiti) se sprošča v okolje.
Avtotrofi (predvsem rastline) absorbirajo svetlobne žarke kot energijo v določenem območju, kot začetne snovi pa absorbirajo vodo, ogljikov dioksid, različne mineralne soli, kisik. Z uporabo energije in teh mineralov rastline kot rezultat fotosinteze izvajajo primarno sintezo organskih snovi. V tem primeru se sevalna energija shrani v kemične vezi. Rastline nimajo izločevalnega sistema. Vendar s svojo površino izpuščajo snovi (pline), spuščajo listje (odstranjujejo se škodljive organske in mineralne snovi) itd. Tako so rastline kot živi organizmi tudi odprti sistemi. Sproščajo in absorbirajo snovi.
Živi organizmi živijo v svojem značilnem habitatu. Hkrati se morajo prilagoditi okolju, ne reagirati na njegove spremembe, iskati hrane in se izogniti grožnji. Kot rezultat tega so živali v procesu evolucije razvile posebne receptorje, organe čutov in živčni sistem, ki omogočajo sprejemanje informacij iz zunanjega okolja, obdelavo in reagiranje, torej vplivanje na okolje. Tako lahko rečemo, da organizmi izmenjujejo informacije iz zunanjih habitatov. Se pravi, da je organizem odprt informacijski sistem.
Rastline se odzivajo tudi na vplive iz okolice (na primer, na soncu zaprejo svoje želodce, obrnejo listje na svetlobo itd.). Pri rastlinah, primitivnih živalih in glivah se regulacija izvaja le s kemičnimi sredstvi (humoral). Živali z živčnim sistemom imajo oba načina samoregulacije (živčni in hormonski).
Enocelični organizmi so tudi odprti sistemi. Hranijo in izločajo snovi, reagirajo na zunanje vplive. Vendar pa v svojem telesnem sistemu funkcije organov v bistvu opravljajo celične organele.
POGLAVJE 1. LASTNOSTI IN POREKLO ŽIVLJENJA1.1. PREDMET, PROBLEMI IN METODE BIOLOGIJE
Biologija (grško bio življenje in logos - znanje, poučevanje, znanost) - znanost živih organizmov. Raznolikost žive narave je tako velika, da je sodobna biologija kompleks znanosti (bioloških ved), ki se med seboj bistveno razlikujejo. Poleg tega ima vsak svoj predmet preučevanja, metode, cilje in cilje. Na primer, virologija je znanost o virusih, mikrobiologija je znanost o mikroorganizmih, mikologija je veda o glivah, botanika (fitologija) je znanost o rastlinah, zoologija je znanost o živalih, antropologija je znanost o človeku, citologija je znanost o celicah, histologija je znanost. o tkivih, anatomiji - znanosti o notranji strukturi, morfologiji - znanosti o zunanji zgradbi, fiziologiji - znanosti o življenju integralnega organizma in njegovih delov, genetiki - znanosti o zakonih dednosti in spremenljivosti organizmov ter metodah upravljanja z njimi, ekologiji - znanosti o razmerju živih organizmov med sami in njihovo okolje, teorija evolucije je veda o zgodovinskem razvoju žive narave, paleontologija je veda o razvoju življenja v preteklih geoloških časih, biokemija je veda o kemikalijah in procesih v živih organizmih; biofizika je veda o fizikalnih in fizikalno-kemijskih pojavih v živih organizmih, biotehnologija je skupek industrijskih metod, ki omogočajo uporabo živih organizmov in njihovih posameznih delov za proizvodnjo dragocenih za človeka izdelkov (aminokislin, beljakovin, vitaminov, encimov, antibiotikov, hormonov itd.) itd.
Biologija spada v kompleks naravoslovnih znanosti, torej ved o naravi. Tesno je povezan s temeljnimi vedami (matematika, fizika, kemija), naravnimi (geologija, geografija, znanost o tleh), družbenimi (psihologija, sociologija), uporabnimi (biotehnologija, pridelava rastlin, ohranjanje narave).
Biološko znanje se uporablja v prehrambeni industriji, farmakologiji in kmetijstvu. Biologija je teoretična osnova za take vede, kot so medicina, psihologija, sociologija.
Pri reševanju globalnih problemov našega časa je treba uporabiti dosežke biologije: odnos družbe do okolja, racionalno rabo naravnih virov in varstvo narave, preskrbo s hrano.
Metode bioloških raziskav:
Način opazovanja in opisovanja (vključuje zbiranje in opisovanje dejstev);
primerjalna metoda (vključuje analizo podobnosti in razlik predmetov, ki se preučujejo);
zgodovinska metoda (proučuje potek razvoja predmeta, ki se preučuje);
eksperimentalna metoda (omogoča proučevanje naravnih pojavov pod določenimi pogoji);
metoda modeliranja (omogoča, da se kompleksni naravni pojavi opišejo z razmeroma enostavnimi modeli).
1.2. LASTNOSTI ŽIVLJENJSKE ZADEVE
Domači znanstvenik M.V. Volkenstein je predlagal naslednjo definicijo: "Živa telesa, ki obstajajo na Zemlji, so odprti, samoregulirajoči in samoregulirajoči sistemi, zgrajeni iz biopolimerov - beljakovin in nukleinskih kislin."
Vendar pa ni splošno sprejete definicije pojma "življenje", vendar je mogoče izločiti znake (lastnosti) žive snovi, ki jo ločijo od nežive.
1. Določena kemična sestava. Živi organizmi so sestavljeni iz enakih kemičnih elementov kot predmeti nežive narave, vendar je razmerje med temi elementi drugačno. Glavni elementi živih bitij so C, O, N in N.
2.celična zgradba. Vsi živi organizmi, razen virusov, imajo celično strukturo.
3. Presnova in energetska odvisnost. Živi organizmi so odprti sistemi, odvisni so od preskrbe snovi in \u200b\u200benergije iz zunanjega okolja.
4. Samoregulacija. Živi organizmi imajo sposobnost vzdrževanja stalnosti svoje kemične sestave in intenzivnosti presnovnih procesov.
5. Razdražljivost in duševne funkcije. Živi organizmi kažejo razdražljivost, to je sposobnost odzivanja na določene zunanje vplive s specifičnimi reakcijami.
6 dednost. Živi organizmi lahko prenašajo lastnosti in lastnosti iz roda v rod z uporabo nosilcev informacij - molekule DNK in RNK.
7. Spremenljivost. Živi organizmi so sposobni pridobiti nove značilnosti in lastnosti.
8.Samo reprodukcija (reprodukcija). Živi organizmi se lahko razmnožujejo - razmnožujejo po svoje.
9.Posebni razvoj. Ontogeneza je razvoj organizma od trenutka nastanka do smrti. Razvoj spremlja rast.
10. Evolucijski razvoj. Filogeneza je razvoj življenja na Zemlji od trenutka nastanka do danes.
11. Ritem. Živi organizmi kažejo ritem življenja (dnevno, sezonsko itd.), Kar je povezano z značilnostmi habitata.
12. Celovitost in diskretnost. Po eni strani je vsa živa snov celostna, organizirana na določen način in upošteva splošne zakone; po drugi strani je vsak biološki sistem sestavljen iz izoliranih, čeprav medsebojno povezanih elementov.
13. Hierarhija. Od biopolimerov (nukleinskih kislin, beljakovin) do biosfere kot celote so vsa živa bitja v določeni podrejenosti. Delovanje bioloških sistemov na manj zapleteni ravni omogoča obstoj kompleksnejše ravni (glej naslednji odstavek).
1.3 RAVNI ORGANIZACIJE ŽIVI NARAVE
Hierarhija organizacije žive materije omogoča, da jo pogojno razdelimo na več ravni. Nivo organiziranosti žive snovi je funkcionalno mesto biološke strukture določene stopnje zapletenosti v splošni hierarhiji žive snovi. Razlikujejo se naslednje stopnje:
1.Molekularna (molekularno genetska). Na tej ravni se takšni vitalni procesi manifestirajo kot presnova in pretvorba energije, prenos dednih informacij.
2.celična. Celica je elementarna strukturna in funkcionalna enota živih bitij.
3.Tkivo. Tkivo je skupek strukturno podobnih celic, pa tudi medceličnih snovi, povezanih z njimi, združenih z opravljanjem določenih funkcij.
4. Organe. Organ je del večceličnega organizma, ki opravlja določeno funkcijo oz.
5. organsko. Organizem je resnični nosilec življenja, za katerega so značilne vse njegove značilnosti. Trenutno je pogosto ločena ena sama "ontogenetska" raven, vključno s celično, tkivno, organsko in organizmsko ravnjo organizacije.
6. Populacijsko značilno. Populacija - skupek posameznikov iste vrste, ki tvorijo ločen genetski sistem in naseljujejo na območju z razmeroma homogenimi življenjskimi pogoji. Vrsta je skupek populacij, katerih posamezniki se lahko križajo z oblikovanjem rodovitnih potomcev in zasedajo določeno območje geografskega prostora (območje).
7. Biocenotik. Biocenoza - skupek organizmov različnih vrst različnih zahtevnosti organizacije, ki živijo na določenem območju. Če se upoštevajo tudi abiotični dejavniki okolja, potem govorijo o biogeocenozi.
8. Biosferna. Biosfera je lupina Zemlje, katere zgradbo in lastnosti do neke mere določa sedanja ali pretekla dejavnost živih organizmov. Treba je opozoriti, da se biosferna raven organizacije žive snovi pogosto ne razlikuje, saj je biosfera bioinertni sistem, ki ne vključuje samo žive snovi, temveč tudi neživo snov.
1.4. POREKLO ŽIVLJENJA
O vprašanju nastanka življenja, pa tudi o vprašanju bistva življenja med znanstveniki ni soglasja. Obstaja več pristopov k reševanju vprašanja izvora življenja, ki so tesno prepleteni. Lahko jih razvrstimo na naslednji način.
1. Na načelu, da so ideja, um primarni in je materija sekundarna (idealistične hipoteze) ali je materija primarna, ideja, um pa sekundarna (materialistične hipoteze).
2. Po načelu, da je življenje vedno obstajalo in bo večno obstajalo (hipoteza stacionarnega stanja) ali pa življenje nastane na določeni stopnji razvoja sveta.
3. Načelo - možno je živeti samo od živega (hipoteza biogeneze) ali spontane generacije živega iz neživega (hipoteza o abiogenezi).
4. Po načelu je življenje nastalo na Zemlji ali ga je prineslo iz vesolja (hipoteza panspermije).
Razmislimo o najpomembnejših hipotezah.
Kreacionizem. Življenje je ustvaril Stvarnik. Stvarnik je Bog, Ideja, Višji Um ali drugi.
Stacionarna hipoteza. Življenje, kot je vesolje samo, je vedno obstajalo in bo večno obstajalo, saj tisto, ki nima začetka, nima konca. Hkrati je obstoj posameznih teles in tvorb (zvezde, planeti, organizmi) časovno omejen, nastajajo, se rojevajo in umirajo. Trenutno ima ta hipoteza predvsem zgodovinski pomen, saj je splošno sprejeta teorija o nastanku Vesolja "teorija velikega poka", po kateri Vesolje obstaja omejen čas, nastala je iz ene same točke pred približno 15 milijardami let.
Hipoteza o panspermiji. Življenje je bilo na Zemljo prineseno iz vesolja in se je koreninilo po ugodnih razmerah na Zemlji. Rešitev vprašanja, kako je nastalo življenje v vesolju, zaradi objektivnih težav njegove rešitve, se odlaga za nedoločen čas. Stvarnik ga lahko ustvari, vedno obstaja ali izhaja iz nežive materije. V zadnjem času se med znanstveniki pojavlja vse več podpornikov te hipoteze.
Hipoteza abiogeneze (spontana tvorba živega iz neživega in kasnejša biokemijska evolucija). Življenje je na Zemlji nastalo iz nežive materije.
Leta 1924 je A.I. Oparin je predlagal, da bi živa bitja na Zemlji nastala iz nežive materije kot posledica kemične evolucije - zapletene kemične transformacije molekul. Temu dogodku so pripomogli pogoji, ki so takrat vladali na Zemlji.
Leta 1953 je S. Miller v laboratorijskih pogojih dobil številne organske snovi iz anorganskih spojin. Dokazana je bila temeljna možnost anorganske poti za tvorbo biogenih organskih spojin (vendar ne živih organizmov).
A.I. Oparin je verjel, da lahko organske snovi nastajajo v primarnem oceanu iz preprostih anorganskih spojin. Zaradi kopičenja organske snovi v oceanu je nastala tako imenovana "primarna juha". Nato so s kombiniranjem beljakovin in drugih organskih molekul tvorili kapljice koacervatov, ki so služile kot prototip celic. Kapljikove kapljice so bile podvržene naravni selekciji in so se razvile. Prvi organizmi so bili heterotrofni. Ko so se rezerve "primarne juhe" izčrpavale, so se pojavile avtotrofe.
Treba je opozoriti, da je s stališča teorije verjetnosti verjetnost sinteze superkompleksnih biomolekul, pod pogojem, da so njihovi sestavni deli naključno združeni, izjemno majhna.
V IN. Vernadskega o izvoru in bistvu življenja ter biosfere. V IN. Vernadsky je svoje poglede na izvor življenja orisal v naslednjih tezah:
1. V prostoru, ki ga opazujemo, ni bilo začetka življenja, ker ni bilo začetka tega prostora. Življenje je večno, saj je vesolje večno in se ga vedno prenaša z biogenezo.
2. Življenje, večno vesolje Vesolja, se je na Zemlji pojavilo novo, zarodki so ga ves čas prinašali od zunaj, vendar so se na Zemlji okrepili le z ugodnimi priložnostmi za to.
3. Življenje na Zemlji je bilo od nekdaj. Življenjska doba planeta je samo življenjska doba na njem. Življenje je geološko (planetarno) večno. Starost planeta je nedoločena.
4. Življenje še nikoli ni bilo nekaj naključnega, stisnjeno v neke ločene oaze. Bila je razporejena povsod in vedno živa snov je obstajala v obliki biosfere.
5. Najbolj starodavne oblike življenja - ostanki - so sposobni opravljati vse funkcije v biosferi. To pomeni, da je mogoča biosfera, ki jo sestavljajo samo prokarioti. Verjetno je bilo tako tudi v preteklosti.
6. Žive snovi ne bi mogle izhajati iz inert. Vmesnih korakov med tema dvema materijama ni. Nasprotno, zaradi vpliva življenja je prišlo do evolucije zemeljske skorje.
Tako je treba priznati dejstvo, da do danes nobena od obstoječih hipotez o izvoru življenja nima neposrednih dokazov, sodobna znanost pa na to vprašanje nima nedvoumnega odgovora.
POGLAVJE 2. KEMIJSKI SESTAV ŽIVIH ORGANIZMOV
2.1. ELEMENTARNA SESTAVA
Kemična sestava živih organizmov se lahko izrazi v dveh oblikah: atomska in molekularna. Atomska (elementarna) sestava označuje razmerje atomov elementov, ki sestavljajo žive organizme. Molekularna (materialna) sestava odraža razmerje molekul snovi.
Glede na relativno vsebnost se elementi, ki sestavljajo žive organizme, običajno razdelijo v tri skupine:
1.Makroelementi - H, O, C, N (približno 98% skupaj, imenujemo jih tudi bazični), Ca, Cl, K, S, P, Mg, Na, Fe (približno 2% skupaj). Makrohranila sestavljajo večino odstotka živih organizmov.
2. Mikroelementi - Mn, Co, Zn, Cu, B, I itd. Njihova skupna vsebnost v celici je približno 0,1%.
3. Ultramikroelementi - Au, Hg, Se, itd. Njihova vsebnost v celici je zelo nepomembna, fiziološka vloga večine pa ni razkrita.
Kemični elementi, ki so del živih organizmov in hkrati opravljajo biološke funkcije, se imenujejo biogeni. Tudi tistih, ki jih celice vsebujejo v zanemarljivih količinah, ne morejo nadomestiti nič in so nujno potrebne za življenje.
2.2. MOLEKULARNA SESTAVA
Kemični elementi so del celic v obliki ionov in molekul anorganskih in organskih snovi. Najpomembnejše anorganske snovi v celici so voda in mineralne soli, najpomembnejše organske snovi so ogljikovi hidrati, lipidi, beljakovine in nukleinske kisline.
2.2.1. Anorganske snovi
2.2.1.1. Voda
Voda je prevladujoča sestavina vseh živih organizmov. Zaradi svojih strukturnih značilnosti ima edinstvene lastnosti: molekule vode imajo obliko dipola in med njimi se tvorijo vodikove vezi. Povprečna vsebnost vode v celicah večine živih organizmov je približno 70%. Voda v celici je prisotna v dveh oblikah: prosta (95% vse celične vode) in vezana (4-5% vezana na beljakovine).
Vodne funkcije:
1. Voda kot topilo. Številne kemijske reakcije v celici so ionske, zato se dogajajo le v vodnem okolju. Snovi, ki se raztopijo v vodi, imenujemo hidrofilne (alkoholi, sladkorji, aldehidi, aminokisline), netopne - hidrofobne (maščobne kisline, celuloza).
2. Voda kot reagent. Voda sodeluje v številnih kemičnih reakcijah: polimerizacija, hidroliza, fotosinteza.
3. Transportna funkcija. Premikanje po telesu, skupaj z vodo, snovi, ki se raztopijo v njem, na različne dele in odstranjevanje nepotrebnih proizvodov iz telesa.
4. Voda kot termostabilizator in termostat. Ta funkcija je posledica takšnih lastnosti vode, kot je visoka toplotna zmogljivost - zmehča vpliv na telo znatnih temperaturnih sprememb v okolju; visoka toplotna prevodnost - omogoča telesu, da vzdržuje enako temperaturo v celotnem volumnu; velika vročina hlapov - uporablja se za hlajenje telesa med potenjem pri sesalcih in transpiracijo v rastlinah.
5. Strukturna funkcija. Citoplazma celic vsebuje od 60 do 95% vode in prav to daje celicam normalno obliko. V rastlinah voda ohranja turgor (elastičnost endoplazmatske membrane), pri nekaterih živalih služi kot hidrostatični okostnjak (meduze).
2.2.1.2. Mineralne soli
Mineralne soli v vodni raztopini celice disociirajo na katione in anione. Najpomembnejši kationi so K +, Ca2 +, Mg2 +, Na +, NH4 +, anioni - Cl-, SO42-, HPO42-, H2PO4-, HCO3-, NO3-. Bistvena je ne le koncentracija, temveč tudi razmerje med posameznimi ioni v celici.
Funkcije mineralov:
1. Vzdrževanje kislinsko-baznega ravnovesja. Najpomembnejši puferski sistem pri sesalcih sta fosfat in bikarbonat. Sistem fosfatnega pufra (HPO42-, H2PO4-) vzdržuje pH znotrajcelične tekočine v območju od 6,9-7,4. Soda bikarbona (HCO3-, H2CO3) vzdržuje pH zunajceličnega medija (krvne plazme) na 7,4.
2. Sodelovanje pri ustvarjanju potencialov celične membrane. Znotraj celice prevladujejo K + in veliki organski ioni, v periceličnih tekočinah pa več Na + in Cl-ionov. Posledično nastane razlika v nabojih (potencialih) zunanjih in notranjih površin celične membrane. Potencialna razlika omogoča prenos vzbujanja vzdolž živca ali mišice.
3. Aktivacija encimov. Ioni Ca2 +, Mg2 + itd so aktivatorji in sestavni deli mnogih encimov, hormonov in vitaminov.
4. Ustvarjanje osmotskega tlaka v celici. Večja koncentracija solnih ionov v celici zagotavlja dotok vode vanjo in ustvarjanje turgorjevega tlaka.
5. Gradnja (konstrukcijska). Spojine dušika, fosforja, kalcija in drugih anorganskih snovi služijo kot vir gradbenega materiala za sintezo organskih molekul (aminokisline, beljakovine, nukleinske kisline itd.) In so del številnih nosilnih struktur celice in organizma. Kalcijeve in fosforjeve soli so del kostnega tkiva živali.
2.2.2. Organska snov
Koncept biopolimerov. Polimer je veriga z več vezmi, v kateri je vez relativno enostavna snov - monomera. Biološki polimeri so polimeri, ki sestavljajo celice živih organizmov in njihove presnovne produkte. Biopolimeri so beljakovine, nukleinske kisline, polisaharidi.
2.2.2.1. Ogljikovi hidrati
Ogljikovi hidrati so organske spojine, sestavljene iz ene ali več molekul preprostih sladkorjev. Vsebnost ogljikovih hidratov v živalskih celicah je 1-5%, v nekaterih rastlinskih celicah pa doseže 70%. Obstajajo tri skupine ogljikovih hidratov: monosaharidi (ali preprosti sladkorji), oligosaharidi (sestavljeni iz 2-10 molekul preprostih sladkorjev), polisaharidi (sestavljeni iz več kot 10 molekul sladkorja).
Monosaharidi so ketonski ali aldehidni derivati \u200b\u200bvečvodnih alkoholov. Glede na število ogljikovih atomov ločimo trioze, tetroze, pentoze (riboza, deoksiriboza), heksoze (glukoza, fruktoza) in heptoze. Glede na funkcionalno skupino sladkorje delimo na: aldoze, ki imajo aldehidno skupino (glukoza, riboza, deoksiriboza), in ketozo, ki ima ketonsko skupino (fruktoza).
Oligosaharidi v naravi so večinoma predstavljeni z disaharidi, ki so sestavljeni iz dveh monosaharidov, povezanih med seboj preko glikozidne vezi. Najpogosteje najdemo maltozo ali sladni sladkor, sestavljen iz dveh molekul glukoze; laktoza, ki je del mleka in je sestavljena iz galaktoze in glukoze; saharoze ali sladkorne pese, vključno z glukozo in fruktozo.
Polisaharidi. V polisaharidih so preprosti sladkorji (glukoza, manoza, galaktoza itd.) Medsebojno povezani z glikozidnimi vezmi. Če so prisotne samo 1-4 glikozidne vezi, potem nastane linearna, nerazvejena polimer (celuloza), če sta prisotni oba 1-4 in 1-6 vezi, bo polimer razvejan (glikogen).
Celuloza je linearni polisaharid, sestavljen iz molekul β-glukoze. Celuloza je glavni sestavni del rastlinske celične stene. Škrob in glikogen, razvejeni polimeri iz ostankov β-glukoze, sta glavni obliki shranjevanja glukoze v rastlinah in živalih. Chitin tvori zunanji okostnjak (lupino) pri rakih in žuželkah, pri glivah pa daje moč celični steni.
Funkcije ogljikovih hidratov:
1.Energija. Ko se preprosti sladkorji (predvsem glukoza) oksidirajo, telo prejme večji del energije, ki jo potrebuje. S popolno razgradnjo 1 g glukoze se sprosti 17,6 kJ energije.
2.Skladiščenje Škrob in glikogen delujeta kot vir glukoze in ga sproščata po potrebi.
3. Gradnja (konstrukcijska). Celuloza in hitin dajeta moč celičnim stenam rastlin in gliv. Riboza in deoksiriboza sta del nukleinskih kislin.
4.Receptor. Funkcijo prepoznavanja medsebojnih celic zagotavljajo glikoproteini, ki so del celičnih membran. Izguba sposobnosti medsebojnega prepoznavanja je značilna za maligne tumorske celice.
2.2.2.2. Lipidi
Lipidi so maščobe in maščobam podobne organske spojine, ki so v vodi praktično netopne. Njihova vsebnost v različnih celicah se zelo razlikuje: od 2-3 do 50-90% v celicah rastlinskih semen in v masnem tkivu živali. Kemično so lipidi običajno estri maščobnih kislin in številnih alkoholov. Razdeljeni so v več razredov: nevtralne maščobe, voski, fosfolipidi, steroidi itd.
Lipidne funkcije:
1. gradnja (konstrukcijska). Fosfolipidi so skupaj s proteini osnova bioloških membran. Holesterol je pomemben sestavni del živalskih celičnih membran.
2. Hormonski (regulativni). Številni hormoni so po kemični naravi steroidi (testosteron, progesteron, kortizon).
3.Energija. Ko se 1 g maščobnih kislin oksidira, se sprosti 38 kJ energije in se sintetizira dvakrat več ATP-ja kot pri razgradnji enake količine glukoze.
4.Skladiščenje Pomemben del telesnih rezerv energije se hrani v obliki maščob. Poleg tega maščobe služijo kot vir vode (pri zgorevanju 1 g maščobe nastane 1,1 g vode). To je še posebej dragoceno za puščavske in arktične živali, ki jim primanjkuje proste vode.
5. Zaščitna. Pri sesalcih podkožna maščoba deluje kot toplotni izolator. Vosek pokriva povrhnjico rastlin, perja, volne, živalskih dlak, preprečuje vlaženje.
6. Sodelovanje v presnovi. Vitamin D ima ključno vlogo pri presnovi kalcija in fosforja.
2.2.2.3. Beljakovine
Beljakovine so biološki heteropolimeri, katerih monomeri so aminokisline.
Glede kemične sestave so aminokisline spojine, ki vsebujejo eno karboksilno skupino (-COOH) in eno aminsko skupino (-NH2), povezane z enim atomom ogljika, na katerega je pritrjena stranska veriga - nekaj radikalnega R (on daje aminokislini svoje edinstvene lastnosti) ...
V tvorbo beljakovin sodeluje le 20 aminokislin. Imenujemo jih temeljni ali bazični: alanin, metionin, valin, prolin, levcin, izolevcin, triptofan, fenilalanin, asparagin, glutamin, serin, glicin, tirozin, treonin, cistein, arginin, histidin, lizin, asparaginska in glutaminska kislina. Nekatere aminokisline se ne sintetizirajo v organizmih živali in ljudi in morajo izvirati iz rastlinske hrane (imenujemo jih esencialne).
Aminokisline, ki se med seboj povezujejo s kovalentnimi peptidnimi vezmi, tvorijo peptide različnih dolžin. Peptidna (amidna) vez je kovalentna vez, ki jo tvorita karboksilna skupina ene aminokisline in aminska skupina druge. Beljakovine so polipeptidi z visoko molekulsko maso, ki vsebujejo od sto do nekaj tisoč aminokislin.
Obstajajo 4 ravni organizacije beljakovin:
Primarna struktura je zaporedje aminokislin v polipeptidni verigi. Nastane s kovalentnimi peptidnimi vezmi med aminokislinskimi ostanki. Primarna struktura je določena z zaporedjem nukleotidov v območju molekule DNA, ki kodira dani protein. Primarna struktura vsakega proteina je edinstvena in določa njegovo obliko, lastnosti in funkcije.
Sekundarna struktura se tvori z zlaganjem polipeptidnih verig v α-vijačnico ali β-strukturo. Podpirajo ga vodikove vezi med vodikovimi atomi NH- skupin in kisikovimi atomi CO- skupin. -helix nastane kot posledica zvijanja polipeptidne verige v vijačnico z enakimi razdaljami med zavoji. Značilna je za kroglične beljakovine s kroglasto obliko kroglice. -struktura je vzdolžno zlaganje treh polipeptidnih verig. Značilna je za fibrilarne beljakovine z podolgovato fibrilno obliko. Le kroglični proteini imajo terciarno in kvaternarno strukturo.
Terciarna struktura nastane, ko se vijačnica zvita v tuljavo (globuljo ali domeno). Domene so kroglaste tvorbe s hidrofobnim jedrom in hidrofilno zunanjo plastjo. Terciarna struktura nastane zaradi vezi med radikali R aminokislin, zaradi ionskih, hidrofobnih in disperzijskih interakcij, pa tudi zaradi tvorbe disulfidnih (S-S) vezi med cisteinskimi ostanki.
Četverica je značilna za kompleksne beljakovine, sestavljene iz dveh ali več polipeptidnih verig, ki niso povezane s kovalentnimi vezmi, pa tudi za beljakovine, ki vsebujejo neproteinske sestavine (kovinski ioni, koencimi). Kvatarna struktura je podprta z istimi kemičnimi vezmi kot terciarna.
Konfiguracija proteina je odvisna od aminokislinskega zaporedja, vendar lahko nanjo vplivajo posebni pogoji, v katerih se protein nahaja.
Izguba beljakovinske molekule njene strukturne organizacije se imenuje denaturacija. Denaturacija je lahko obratna in nepovratna. Z reverzibilno denaturacijo se uničijo kvartarne, terciarne in sekundarne strukture, vendar je zaradi ohranitve primarne strukture, ko se normalni pogoji vrnejo, možna renaturacija beljakovin - obnovitev normalne (domače) konformacije.
Po kemijski sestavi ločimo preproste in zapletene beljakovine. Preprosti proteini so sestavljeni samo iz aminokislin (fibrilarni proteini, imunoglobulini). Kompleksni proteini vsebujejo beljakovinski del in neproteinski del - protetične skupine. Obstajajo lipoproteini (vsebujejo lipide), glikoproteini (ogljikovi hidrati), fosfoproteini (ena ali več fosfatnih skupin), metaloproteini (različne kovine), nukleoproteini (nukleinske kisline). Protetske skupine imajo običajno pomembno vlogo v biološki funkciji beljakovin.
Proteinske funkcije:
1.Katalitični (encimski). Vsi encimi so beljakovine. Proteinski encimi katalizirajo kemične reakcije v telesu.
2. Gradnja (konstrukcijska). Izvajajo ga fibrilarni proteini keratini (nohti, lasje), kolagen (kite), elastin (ligamenti).
3.Transport. Številne beljakovine so sposobne pritrditi in prenašati različne snovi (hemoglobin nosi kisik).
4. Hormonsko (regulativno). Številni hormoni so beljakovinske snovi (inzulin uravnava presnovo glukoze).
5. Zaščitna. Krvni imunoglobulini so protitelesa; fibrin in trombin sodelujeta pri strjevanju krvi.
6. Kontraktilni (motorni). Aktin in miozin tvorita mikrofilamente in izvajata krčenje mišic, tubulin tvori mikrotubule.
7.Receptor (signal). Nekateri proteini, vgrajeni v membrano, "prejemajo informacije" iz okolja.
8.Energija. Ko se razgradi 1 g beljakovin, se sprosti 17,6 kJ energije.
Encimi. Proteinski encimi katalizirajo kemične reakcije v telesu. Te reakcije zaradi energijskih razlogov same po sebi bodisi ne potekajo v telesu bodisi potekajo prepočasi.
Vsi encimi so po svoji biokemični naravi beljakovinske snovi z visoko molekulsko maso, ponavadi kvartarne strukture. Vsi encimi poleg beljakovin vsebujejo tudi beljakovinske sestavine. Proteinski del imenujemo apoencim, neproteinski del pa imenujemo kofaktor (če gre za preprosto anorgansko snov, na primer Zn2 +) ali koencim (koencim) (če gre za organsko spojino).
Encimska molekula ima aktivno središče, sestavljeno iz dveh mest - sorpcije (odgovorne za vezavo encima na molekulo substrata) in katalitskega (odgovornega za dejansko katalizo). Med reakcijo encim veže substrat, zaporedno spreminja svojo konfiguracijo in tvori številne vmesne molekule, ki na koncu dajo produkte reakcije.
Razlika med encimi in katalizatorji anorganske narave je naslednja:
1. En encim katalizira samo eno vrsto reakcije.
2. Delovanje encimov je omejeno s precej ozkim temperaturnim območjem (ponavadi 35-45 ° C).
3. Encimi so aktivni pri določenih vrednostih pH (večina v rahlo alkalnem okolju).
2.2.2.4. Nukleinska kislina
Mononukleotidi. Mononukleotid je sestavljen iz enega purina (adenin - A, gvanin - G) ali pirimidina (citozin - C, timin - T, uracil - U) dušikove baze, sladkorne pentoze (riboza ali deoksiriboza) in 1-3 ostankov fosforjeve kisline.
Polinukleotidi. Obstajata dve vrsti nukleinskih kislin: DNA in RNA. Nukleinske kisline so polimeri, katerih monomeri so nukleotidi.
Nukleotidi DNA in RNA so sestavljeni iz naslednjih komponent:
1. Dušikova baza (v DNK: adenin, gvanin, citozin in timin; v RNA: adenin, gvanin, citozin in uracil).
2. Sladkorna pentoza (v DNK - deoksiriboza, v RNK - riboza).
3. Ostanki fosforne kisline.
DNK (deoksiribonukleinske kisline) je dolgoverižni nerazvejen polimer, sestavljen iz štirih vrst monomerov - nukleotidov A, T, G in C - med seboj povezane s kovalentnimi vezmi skozi ostanke fosforne kisline.
Molekula DNA je sestavljena iz dveh spiralno zvitih pramenov (dvojna vijačnica). V tem primeru adenin tvori 2 vodikove vezi s timinom, gvanin - 3 vezi s citozinom. Te pare dušikovih baz imenujemo komplementarni. V molekuli DNK so vedno nasproti drug drugemu. Verige v molekuli DNK so nasprotno usmerjene. Prostorsko strukturo molekule DNA sta leta 1953 ustanovila D. Watson in F. Crick.
Z vezanjem na beljakovine molekula DNA tvori kromosom. Kromosom je kompleks ene molekule DNA z beljakovinami. Molekule DNA evkariontskih organizmov (glive, rastline in živali) so linearne, odprte, povezane z beljakovinami in tvorijo kromosome. V prokariotih (bakterijah) je DNK zaprta v obroču, ni vezana na beljakovine in ne tvori linearnega kromosoma.
Delovanje DNK: shranjevanje, prenos in razmnoževanje genetskih informacij v več generacijah. DNK določa, katere beljakovine in v kakšnih količinah je treba sintetizirati.
RNA (ribonukleinske kisline) vsebujejo ribozo namesto deoksiriboze in uracil namesto timina. RNK imajo navadno le en pramen, krajši od pramenov DNK. Dvocevne RNA najdemo pri nekaterih virusih.
Vrste RNK:
Informacijska (messenger) RNA - mRNA (ali mRNA). Ima odprto vezje. Služijo kot predloge za sintezo beljakovin, prenašajo informacije o njihovi strukturi iz molekule DNK v ribosome v citoplazmo.
Transportna RNA - tRNA. Dostavlja aminokisline sintetizirani beljakovinski molekuli. Molekula tRNA je sestavljena iz 70-90 nukleotidov in zaradi intrachain komplementarnih interakcij pridobi značilno sekundarno strukturo v obliki "deteljevega lista".
Ribosomalna RNA - rRNA. V kombinaciji z ribosomskimi proteini tvori ribosome - organele, na katerih poteka sinteza beljakovin.
V celici mRNA predstavlja približno 5%, tRNA - približno 10%, rRNA pa - približno 85% vse celične RNA.
Funkcije RNK: sodelovanje v biosintezi beljakovin.
Samopodvojitev DNK. Molekule DNA imajo sposobnost, ki je nima nobena druga molekula - sposobnost podvajanja. Proces podvajanja molekul DNK imenujemo replikacija. Razmnoževanje temelji na načelu komplementarnosti - tvorba vodikovih vezi med nukleotidi A in T, G in C.
Ta postopek izvajajo encimi DNK polimeraze. Pod njihovim vplivom se verige molekule DNA ločijo na majhnem segmentu molekule. Hčerinske verige so zaključene na verigi matične molekule. Nato se odvije nov segment in cikel podvajanja se ponovi.
Tako nastanejo hčerinske molekule DNK, ki se ne razlikujejo med seboj in od matične molekule. V procesu delitve celic se hčerinske molekule DNA porazdelijo med nastale celice. Tako se informacije prenašajo iz roda v rod.
POGLAVJE 3. STRUKTURA CELE
Glavne določbe teorije celic:
1. Celica je strukturna enota vsega živega. Vsi živi organizmi so sestavljeni iz celic (razen virusov).
2. Celica je funkcionalna enota vsega živega. Celica ima celoten obseg vitalnih funkcij.
3. Celica je enota razvoja vseh živih bitij. Nove celice nastanejo le kot posledica delitve prvotne (matične) celice.
4. Celica je genetska enota vsega živega. Kromosomi celice vsebujejo podatke o razvoju celotnega organizma.
5. Celice vseh organizmov so po kemijski sestavi, zgradbi in delovanju podobne.
3.1. VRSTE ORGANIZACIJE CELIC
Med živimi organizmi samo virusi nimajo celične strukture. Vsi drugi organizmi so predstavljeni s celičnimi oblikami življenja. Obstajata dve vrsti celične organizacije: prokariotska in evkariontska. Bakterije in modrozeleni pripadajo prokariotom, rastlinam, glivam in živali evkarionom.
Prokariontske celice so relativno enostavne. Nimajo jedra, območje, kjer se nahaja DNK v citoplazmi, imenujemo nukleoid, edina molekula DNK je krožna in ni povezana z beljakovinami, celice so manjše od evkariontskih celic, glikopeptid - murein je del celične stene, membranski organeli so odsotni, njihove funkcije opravljajo invaginacije plazme, membrana, ribosomi mikrotubuli so odsotni, zato je citoplazma nepremična, cilija in flagela pa imata posebno strukturo.
Evkariontske celice imajo jedro, v katerem se nahajajo kromosomi - linearne molekule DNA, povezane z beljakovinami, v citoplazmi se nahajajo različne membranske organele.
Rastlinske celice odlikujejo prisotnost debele celične stene celuloze, plastidijev in velika osrednja vakuola, ki jedro preseli na obrobje. Celično središče višjih rastlin ne vsebuje centriolov. Ogljikov hidrat za shranjevanje je škrob.
Glivične celice imajo celično membrano, ki vsebuje hitin, v citoplazmi je osrednja vakuola in ni plastid. Le nekatere glive imajo centriole v celičnem središču. Glavna rezervna ogljikova hidrata je glikogen.
Živalske celice imajo praviloma tanko celično steno, ne vsebujejo plastid in osrednje vakuole; centriola je značilna za celično središče. Shranjevalni ogljikov hidrat je glikogen.
3.2. STRUKTURA EUKARYOTSKE CELE
Vse celice so sestavljene iz treh glavnih delov:
1. Celična membrana omejuje celico iz okolja.
2. Citoplazma je notranja vsebina celice.
3. Jedro (v prokariotih - nukleoid). Vsebuje genetski material celice.
3.2.1. Celična membrana
Struktura celične stene. Osnova celične membrane je plazemska membrana - biološka membrana, ki omejuje notranjo vsebino celice iz zunanjega okolja.
Vse biološke membrane so dvojna plast lipidov, katerih hidrofobni konci so obrnjeni navznoter, hidrofilne glave pa navzven. Beljakovine so potopljene vanj na različnih globinah, od katerih nekatere prodrejo skozi membrano skozi in skozi. Proteini se lahko premikajo v ravnini membrane. Membranski proteini opravljajo različne funkcije: transport različnih molekul; sprejemanje in pretvarjanje signalov iz okolja; vzdrževanje strukture membrane. Najpomembnejša lastnost membran je selektivna prepustnost.
Plazemske membrane živalskih celic imajo zunaj plast glikokaliksa, ki jo sestavljajo glikoproteini in glikolipidi ter opravljajo signalno in receptorsko funkcijo. Ima pomembno vlogo pri integraciji celic v tkiva. Plazemske membrane rastlinskih celic so prekrite s celulozno celično steno. Pore \u200b\u200bv steni omogočajo, da voda in majhne molekule prehajajo skozi, togost pa celici nudi mehansko podporo in zaščito.
Funkcije celične stene. Celična membrana opravlja naslednje funkcije: določa in vzdržuje obliko celice; ščiti celico pred mehanskim stresom in prodiranjem škodljivih bioloških povzročiteljev; razmeji notranjo vsebino celice; uravnava metabolizem med celico in okoljem ter tako zagotavlja stalnost medcelične sestave; prepozna številne molekularne signale (na primer hormone); sodeluje pri tvorbi medceličnih stikov in različnih vrst specifičnih izrastkov citoplazme (mikrovil, cilija, flagela).
Mehanizmi prodiranja snovi v celico. Med celico in okoljem obstaja stalna izmenjava snovi. Ioni in majhne molekule se skozi membrano prevažajo s pasivnim ali aktivnim transportom, makromolekule in veliki delci - z endo- in eksocitozo.
Pasivni transport - gibanje snovi po koncentracijskem gradientu, ki se izvaja brez porabe energije, s preprosto difuzijo, osmozo ali olajšano difuzijo z uporabo proteinskih nosilcev. Aktivni transport - prenos snovi z beljakovinami na nosilce glede na koncentracijski gradient je povezan s stroški energije.
Endocitoza je absorpcija snovi, ki jih obdajajo z izrastki plazemske membrane s tvorbo veziklov, obdanih z membrano. Eksocitoza je sproščanje snovi iz celice, tako da jih obdajajo z izrastki plazemske membrane s tvorbo veziklov, obdanih z membrano. Absorpcijo in sproščanje trdnih in velikih delcev imenujemo fagocitoza in reverzna fagocitoza, tekoči ali raztopljeni delci - pinocitoza in reverzna pinocitoza.
3.2.2. Citoplazma
Citoplazma je notranja vsebnost celice in je sestavljena iz glavne snovi (hijaloplazme) in različnih znotrajceličnih struktur (vključkov in organelov), ki se nahajajo v njej.
Hijaloplazma (matrica) je vodna raztopina anorganskih in organskih snovi, ki lahko spreminja svojo viskoznost in je v stalnem gibanju.
Citoplazmatske strukture celice so predstavljene z vključki in organeli. Vključki so nestabilne strukture citoplazme v obliki zrnc (škrob, glikogen, beljakovine) in kapljic (maščobe). Organoidi so trajni in nepogrešljivi sestavni deli večine celic, ki imajo specifično strukturo in opravljajo vitalne funkcije.
Organele z eno membrano: endoplazemski retikulum, lamelarni Golgijev kompleks, lizosomi.
Endoplazemski retikulum (retikulum) je sistem medsebojno povezanih votlin, cevi in \u200b\u200bkanalov, ki jih citoplazma razmeji z enim slojem membrane in deli citoplazmo celic na izolirane prostore. To je potrebno za ločitev številnih vzporednih reakcij. Ločimo grobi endoplazemski retikulum (na njegovi površini so ribosomi, na katerih se sintetizira beljakovina) in gladek endoplazemski retikulum (na njegovi površini se sintetizirajo lipidi in ogljikovi hidrati).
Golgijev aparat (lamelarni kompleks) je sveženj 5-20 sploščenih diskovnih membranskih votlin in mikrobencev, ločenih od njih. Njegova funkcija je preoblikovanje, kopičenje, transport snovi, ki vstopajo v različne znotrajcelične strukture ali zunaj celice. Membrane Golgijevega aparata so sposobne tvoriti lizosome.
Lizosomi so membranski vezikli, ki vsebujejo litske encime. V lizosomih se prebavijo tako produkti, ki v celico vstopijo zaradi endocitoze, kot tudi sestavni deli celic ali celotna celica (avtoliza). Razlikujemo med primarnimi in sekundarnimi lizosomi. Primarni lizosomi so mikro mehurčki, ločeni od votlin Golgijevega aparata, obdani z eno samo membrano in vsebujejo nabor encimov. Po zlitju primarnih lizosomov s substratom, ki ga je treba cepiti, nastanejo sekundarni lizosomi (na primer protozojski prebavni vakuoli).
Vakuole so membranske vrečke, napolnjene s tekočino. Membrana se imenuje tonoplast, vsebina pa se imenuje celični sok. Celični sok lahko vsebuje rezervne hranilne snovi, pigmentne raztopine, odpadne izdelke in hidrolizne encime. Vakuole sodelujejo pri uravnavanju metabolizma vodne soli, ustvarjanju turgorjevega tlaka, kopičenju rezervnih snovi in \u200b\u200bizločanju strupenih spojin iz presnove.
Endoplazemski retikulum, Golgijev kompleks, lizosomi in vakuole so eno membranske strukture in tvorijo enoten membranski sistem celice.
Dvo membranske celične organele: mitohondrije in plastide.
Evkariontske celice vsebujejo tudi organele, ki jih izolirajo iz citoplazme dve membrani. To so mitohondriji in plastidi. Imajo svojo krožno molekulo DNK, majhne ribosome in se lahko delijo. To je služilo kot osnova za nastanek simbiotske teorije nastanka evkariotov. Po tej teoriji so bili v preteklosti mitohondriji in plastidi neodvisni prokarioti, ki so pozneje prešli v endosimbiozo z drugimi celičnimi organizmi.
Mitohondrije so organele v obliki palice, ovalne ali zaobljene oblike. Vsebnost mitohondrijev (matriksa) je iz citoplazme omejena z dvema membranama: zunanjo gladko in notranjo, ki tvori gube (cristae). V mitohondrijah nastajajo molekule ATP.
Plastidi so organele, obdane z membrano, sestavljeno iz dveh membran, z homogeno snovjo v notranjosti (stroma). Plastidi so značilni samo za celice fotosintetskih evkariontskih organizmov. Glede na barvo razlikujemo kloroplaste, kromoplaste in levkoplaste.
Kloroplasti so zeleni plastidi, v katerih poteka proces fotosinteze. Zunanja membrana je gladka. Notranji - tvori sistem ravnih mehurčkov (tilakoidov), ki se zbirajo v gomile (zrnca). Tilakoidne membrane vsebujejo zelene pigmente klorofil, pa tudi karotenoide. Kromoplasti so plastide, ki vsebujejo karotenoidne pigmente, ki jim dajejo rdečo, rumeno in oranžno barvo. Dajejo svetle barve cvetjem in sadjem. Levkoplasti so nepigmentirani, brezbarvni plastidi. Vsebuje v celicah podzemnih ali nepobarvanih delov rastlin (korenine, korenike, gomolji). Sposobnost kopičenja rezervnih hranil, predvsem škroba, lipidov in beljakovin. Leukoplasti se lahko spremenijo v kloroplaste (na primer med cvetenjem krompirjevih gomoljev), kloroplasti pa v kromoplaste (na primer med zorenjem sadja).
Organoidi, ki nimajo membranske strukture: ribosomi, mikrofilamenti, mikrotubuli, celično središče.
Ribosomi so majhne organele, kroglaste oblike, sestavljene iz beljakovin in rRNA. Ribosome predstavljata dve podenoti: velika in majhna. V citoplazmi so lahko prosti ali pritrjeni na endoplazemski retikulum. Sinteza beljakovin poteka na ribosomih.
Mikrotubuli in mikrofilamenti so nitaste strukture, sestavljene iz kontraktilnih beljakovin in določajo motorične funkcije celice. Mikrotubuli izgledajo kot dolgi votli valji, katerih stene so sestavljene iz beljakovin - tubulinov. Mikrofilamenti so še tanjše, daljše, nitaste strukture, sestavljene iz aktina in miozina. Mikrotubuli in mikrofilamenti prežemajo celotno citoplazmo celice in tvorijo njen citoskelet, povzročajo ciklozo (citoplazemski tok), medcelične premike organelov, tvorijo delitveno vreteno itd. Mikrotubuli, organizirani na določen način, tvorijo centriole celičnega središča, bazalna telesa, cilije, flagele.
Celični center (centrosom) se običajno nahaja v bližini jedra, sestoji iz dveh centriolov, ki se nahajata pravokotno drug na drugega. Vsak centriol ima obliko votlega valja, katerega steno tvori 9 trojčkov mikrotubul. Centriole igrajo pomembno vlogo pri delitvi celic in tvorijo delitveno vreteno.
Flagela in cilija sta organeli gibanja, ki sta svojevrstni izrastki celične citoplazme. Okost flagellum ali cilium ima obliko valja, vzdolž oboda katerega je 9 parnih mikrotubul, v središču pa 2 enojna.
3.2.3. Jedro
Večina celic ima eno jedro, obstajajo pa tudi večjedrne celice (v številnih protozojih, v skeletnih mišicah vretenčarjev). Nekatere visoko specializirane celice izgubijo svoja jedra (eritrociti sesalcev in celice sejalnih cevi v angiospermih).
Jedro je ponavadi kroglaste ali ovalne oblike. Jedro vključuje jedrsko ovojnico in karioplazmo, ki vsebuje kromatin (kromosome) in nukleole.
Jedrsko ovojnico tvorita dve membrani (zunanja in notranja). Luknje v jedrski ovojnici imenujemo jedrske pore. Preko njih poteka izmenjava snovi med jedrom in citoplazmo.
Karioplazma je notranja vsebina jedra.
Kromatin je nepremotana molekula DNA, povezana s proteini. Kot tak je DNK prisoten v nerazdeljujočih se celicah. V tem primeru sta možna podvajanje (podvajanje) DNK in izvajanje informacij, ki jih vsebuje DNK. Kromosom je zvita molekula DNA, povezana z beljakovinami. DNK se pred delitvijo celic naviti, da se natančneje porazdeli genetski material med delitvijo. V fazi metafaze je vsak kromosom sestavljen iz dveh kromatid, ki sta posledica podvajanja DNK. Kromatidi so med seboj povezani v območju primarne zožitve ali centromere. Centromere deli kromosom na dve roki. Nekateri kromosomi imajo sekundarne zožitve.
Nukleolus je sferična struktura, katere funkcija je sinteza rRNA.
Funkcije jedra: 1. Shranjevanje genetskih informacij in prenos v hčerinske celice v procesu delitve. 2. Nadzor aktivnosti celic.
POGLAVJE 4. IZMENJAVA SNOVI IN ENERGIJSKA PRETVORBA
4.1. VRSTE HRANE ŽIVIH ORGANIZMOV
Vsi živi organizmi, ki živijo na Zemlji, so odprti sistemi, ki so odvisni od oskrbe snovi in \u200b\u200benergije od zunaj. Proces porabe snovi in \u200b\u200benergije imenujemo prehrana. Kemikalije so potrebne za gradnjo telesa, energija - za izvajanje vitalnih procesov.
Glede na vrsto prehrane se živi organizmi delijo na avtotrofe in heterotrofe.
Autotrofi so organizmi, ki kot vir ogljika uporabljajo rastline ogljikov dioksid (rastline in nekatere bakterije). Z drugimi besedami, to so organizmi, ki so sposobni ustvariti organske snovi iz anorganskih - ogljikov dioksid, voda, mineralne soli.
Glede na vir energije avtotrofe delimo na fototrofe in kemotrofe. Fototrofi so organizmi, ki rabijo svetlobno energijo za biosintezo (rastline, cianobakterije). Kemotrofi so organizmi, ki za biosintezo porabljajo energijo kemijskih reakcij oksidacije anorganskih spojin (hemotrofne bakterije: vodik, nitrificirajo, železove bakterije, žveplove bakterije itd.).
Heterotrofi so organizmi, ki kot vir ogljika uporabljajo organske spojine (živali, glive in večino bakterij).
Po načinu pridobivanja hrane se heterotrofi delijo na fagotrofe (holozoi) in osmotrofe. Fagotrofi (holoza) pogoltnejo trdne koščke hrane (živali), osmotrofi absorbirajo organsko snov iz raztopin neposredno skozi celične stene (glive, večina bakterij).
Mixotrophs so organizmi, ki lahko sintetizirajo organske snovi iz anorganskih in se prehranjujejo s pripravljenimi organskimi spojinami (insektivno rastline, predstavniki oddelka alg euglena itd.).
Tabela 1 prikazuje vrsto prehrane velikih sistematičnih skupin živih organizmov.
Tabela 1
Vrste prehranjevanja velikih sistematičnih skupin živih organizmov
4.2. KONCEPT METABOLIZMA
Presnova je celota vseh kemičnih reakcij, ki se dogajajo v živem organizmu. Pomen presnove je ustvariti potrebne snovi za telo in mu zagotoviti energijo. Obstajata dve komponenti presnove - katabolizem in anabolizem.
Katabolizem (ali presnova energije ali disimilacija) je skupek kemijskih reakcij, ki vodijo do nastanka preprostih snovi iz kompleksnejših (hidroliza polimerov v monomere in cepitev slednjih do nizko molekularnih spojin ogljikovega dioksida, vode, amoniaka in drugih snovi). Katabolične reakcije se običajno pojavijo s sproščanjem energije.
Anabolizem (ali plastični metabolizem ali asimilacija) je nasprotje katabolizma - skupek kemijskih reakcij za sintezo kompleksnih snovi od preprostejših (tvorba ogljikovih hidratov iz ogljikovega dioksida in vode med fotosintezo, reakcije sinteze matriksa). Za anabolične reakcije je potrebna energija.
Procesi izmenjave plastike in energije so neločljivo povezani. Vsi sintetični (anabolični) procesi zahtevajo energijo, ki se napaja med reakcijami disimilacije. Same reakcije cepitve (katabolizem) potekajo le s sodelovanjem encimov, sintetiziranih v procesu asimilacije.
4.3. ATP IN NJEGOVA VLOGA V METABOLIZMU
Energija, ki se sprosti med razpadom organskih snovi, celica ne porabi takoj, ampak jo shrani v obliki visokoenergijskih spojin, običajno v obliki adenozin trifosfata (ATP).
ATP (adenozin trifosforjeva kislina) je mononukleotid, sestavljen iz adenina, riboze in treh ostankov fosforne kisline, povezanih z visoko energijskimi vezmi. Energija se shrani v te vezi, ki se sprostijo, ko se prekinejo:
ATP + H2O -\u003e ADP + H3PO4 + Q1
ADP + H2O -\u003e AMP + H3PO4 + Q2
AMP + H2O -\u003e adenin + riboza + H3PO4 + Q3,
Kjer je ATP adenozin trifosforjeva kislina; ADP - adenozin difosforna kislina; AMP - adenozin monofosforna kislina; Q1 \u003d Q2 \u003d 30,6 kJ; Q3 \u003d 13,8 kJ.
Oskrba ATP v celici je omejena in se obnavlja s postopkom fosforilacije. Fosforilacija je dodatek ostanka fosforjeve kisline ADP (ADP + F ATP). Energijo, shranjeno v molekulah ATP, telo porabi za anabolične reakcije (reakcije biosinteze). Molekula ATP je univerzalno skladišče in nosilec energije za vsa živa bitja.
4.4. IZMENJAVA ENERGIJE
Energijo, potrebno za življenje, večina organizmov pridobi kot posledica oksidacije organskih snovi, torej kot posledica kataboličnih reakcij. Najpomembnejša spojina, ki deluje kot gorivo, je glukoza.
Kar zadeva prosti kisik, organizme delimo v tri skupine.
Aerobi (obligati aerobi) - organizmi, ki lahko živijo le v kisikovem okolju (živali, rastline, nekatere bakterije in glive).
Anaerobi (obligati anaerobi) so organizmi, ki ne morejo živeti v kisikovem okolju (nekatere bakterije).
Fakultativne oblike (fakultativni anaerobi) so organizmi, ki lahko živijo tako v prisotnosti kisika kot brez njega (nekatere bakterije in glive).
V obligacijskih aerobih in fakultativnih anaerobih ob prisotnosti kisika katabolizem poteka v treh stopnjah: pripravljalna, anoksična in kisikova. Kot rezultat, se organske snovi razgradijo na anorganske spojine. V obligacijskih anaerobih in fakultativnih anaerobih s pomanjkanjem kisika katabolizem poteka v prvih dveh stopnjah: pripravljalni in anoksični. Posledično nastanejo vmesne organske spojine, ki so še vedno bogate z energijo.
Faze katabolizma:
1. Prva faza - pripravljalna - je sestavljena iz encimskega cepitve kompleksnih organskih spojin v enostavnejše. Beljakovine se razgradijo na aminokisline, maščobe na glicerol in maščobne kisline, polisaharidi na monosaharide, nukleinske kisline na nukleotide. Pri večceličnih organizmih se to dogaja v prebavilih, pri enoceličnih organizmih - v lizosomih pod delovanjem hidroliznih encimov. V tem primeru se energija sprosti v obliki toplote. Nastale organske spojine bodisi podvržejo nadaljnji oksidaciji bodisi jih celica uporabi za sintezo lastnih organskih spojin.
2. Druga stopnja - nepopolna oksidacija (brez kisika) - je nadaljnja razgradnja organskih snovi, ki se izvaja v citoplazmi celice brez sodelovanja kisika.
Popolna oksidacija glukoze brez kisika se imenuje glikoliza. Kot posledica glikolize ene molekule glukoze nastaneta dve molekuli pirovične kisline (PVA, piruvat) CH3COCOOH, ATP in vode, pa tudi vodikovi atomi, ki jih veže molekula nosilca NAD + in so shranjeni v obliki NADTH.
Skupna formula za glikolizo je naslednja:
C6H12O6 + 2 H3PO4 + 2 ADP + 2 NAD + -\u003e 2 C3H4O3 + 2 H2O + 2 ATP + 2 NADTH.
Če kisika v okolju ni, se produkti glikolize (PVC in NADTH) predelajo v etilni alkohol - alkoholno vrenje (v kvasovkah in rastlinskih celicah s pomanjkanjem kisika)
CH3COCOOH -\u003e SO2 + SN3SON
CH3SON + 2 NADTH -\u003e C2H5OH + 2 NAD +,
Ali v mlečno kislino - fermentacija mlečne kisline (v živalskih celicah s pomanjkanjem kisika)
CH3COCOOH + 2 NADTH C3H6O3 + 2 OVER +.
Ob prisotnosti kisika v okolju se produkti glikolize nadalje razgradijo na končne izdelke.
3. Tretja stopnja - popolna oksidacija (dihanje) - sestoji iz oksidacije PVC-ja do ogljikovega dioksida in vode, ki se izvaja v mitohondrijah z obveznim sodelovanjem kisika.
Sestavljen je iz treh stopenj:
A) tvorba acetilnega koencima A;
B) oksidacija acetilnega koencima A v Krebsovem ciklu;
C) oksidativna fosforilacija v transportni verigi elektronov.
A. Na prvi stopnji se PVC prenese iz citoplazme v mitohondrije, kjer deluje z matriksnimi encimi in tvori: 1) ogljikov dioksid, ki ga odstranimo iz celice; 2) vodikovi atomi, ki se prenašajo z molekuli nosilci do notranje membrane mitohondrijev; 3) acetil koencim A (acetil-CoA).
B. Na drugi stopnji se v Krebsovem ciklu oksidira acetilni koencim A. Krebsov cikel (cikel trikarboksilne kisline, cikel citronske kisline) je veriga zaporednih reakcij, med katerimi nastane ena molekula acetil-CoA: 1) dve molekuli ogljikovega dioksida, 2) molekula ATP in 3) štirje pari vodikovih atomov, ki se prenesejo na molekule - prevozniki - NAD in FAD.
Tako se zaradi glikolize in Krebsovega cikla molekula glukoze razcepi na CO2, sproščena energija pa se porabi za sintezo 4ATP in se kopiči v 10NADTH in 4FADTH2.
C. Na tretji stopnji se vodikovi atomi z NADTH in FADTH2 oksidirajo z molekularnim kisikom O2, da nastane voda. En NADTH lahko tvori 3 ATP, en FADTH2 pa lahko tvori 2 ATP. Tako se sproščena energija v tem primeru shrani v obliki še 34 ATP. Proizvodnja ATP v mitohondrijih s sodelovanjem kisika se imenuje oksidativna fosforilacija.
Tako je skupna enačba za razgradnjo glukoze v procesu celičnega dihanja naslednja:
C6H12O6 + 6 O2 + 38 H3PO4 + 38 ADP -\u003e 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP.
Tako med glikolizo nastaneta 2 molekuli ATP, pri celičnem dihanju pa še 36 ATP, na splošno s popolno oksidacijo glukoze - 38 ATP.
4.5. IZMENJAVA PLASTIKE
4.5.1. Fotosinteza
Fotosinteza je sinteza organskih spojin iz anorganskih zaradi energije svetlobe. Skupna enačba fotosinteze:
6 SO2 + 6 Н2О -\u003e C6H12O6 + 6 O2.
Fotosinteza poteka s sodelovanjem fotosintetskih pigmentov, ki imajo edinstveno lastnost pretvorbe energije sončne svetlobe v energijo kemične vezi v obliki ATP. Najpomembnejši pigment je klorofil.
Postopek fotosinteze je sestavljen iz dveh faz: svetla in temna.
(1) Svetlobna faza fotosinteze nastopi le v svetlobi v tilakoidni membrani grana. Vključuje: absorpcijo kvante svetlobe s klorofilom, fotolizo vode in tvorbo molekule ATP.
Pod vplivom kvantne svetlobe (hv) klorofil izgubi elektrone, preide v vzbujeno stanje:
Hv
chl -\u003e chl * + e-.
Ti elektroni se s pomočjo nosilcev prenašajo na zunanjo, torej na površino tilakoidne membrane, ki je obrnjena proti matriki, kjer se nabirajo.
Hkrati se znotraj tilakoidov pojavi fotoliza vode, to je njena razgradnja pod vplivom svetlobe
Hv
2 H2O -\u003e O2 +4 H + + 4 e-.
Nastale elektrone prenašajo nosilci na molekule klorofila in jih zmanjšajo. Molekule klorofila se vrnejo v stabilno stanje.
Vodikovi protoni, ki nastanejo med fotolizo vode, se kopičijo v tilakoidu in ustvarjajo rezervoar H +. Kot rezultat, se notranja površina tilakoidne membrane napolni pozitivno (zaradi H +), zunanja površina pa negativno (zaradi e-). Ko se na obeh straneh membrane naberejo nasprotno nabiti delci, se potencialna razlika povečuje. Ko dosežemo kritično vrednost razlike potenciala, začne sila električnega polja potiskati protone skozi sintetazni kanal ATP. Energija, ki se sprosti med tem, se uporablja za fosforilacijo molekul ADP. Proizvodnja ATP med fotosintezo pod vplivom svetlobne energije se imenuje fotofosforilacija.
Vodikovi ioni, ki so na zunanji površini tilakoidne membrane, se tam srečujejo z elektroni in tvorijo atom atom vodika, ki se veže na molekulo vodika NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat):
2 H + + 4- + NADP + -\u003e NADPTH2.
Tako med svetlobno fazo fotosinteze nastanejo trije procesi: tvorba kisika zaradi razgradnje vode, sinteza ATP in tvorba vodikovih atomov v obliki NADPTH2. Kisik difundira v atmosfero, ATP in NADPTH2 pa sodelujeta v procesih temne faze 2. Temna faza fotosinteze poteka v matriki kloroplasta tako v svetlobi kot v temi in je niz zaporednih preobrazb CO2, ki prihajajo iz zraka v ciklu Calvin. Reakcije temne faze se izvajajo zaradi energije ATP. V ciklu Calvin se CO2 veže z vodikom iz NADPTH2, da tvori glukozo.
V procesu fotosinteze se poleg monosaharidov (glukoze itd.) Sintetizirajo monomeri drugih organskih spojin - aminokislin, glicerola in maščobnih kislin.
4.5.2. Kemosinteza
Kemosinteza (hemoavtrotrofija) je proces sinteze organskih spojin iz anorganskih (CO2 itd.) Zaradi kemijske energije oksidacije anorganskih snovi (žveplo, vodikov sulfid, železo, amoniak, nitrit itd.).
Kemosinteze so sposobne samo kemosintetske bakterije: nitrificirajo, vodik, železove bakterije, žveplove bakterije itd. Oksidirajo spojine dušik, železo, žveplo in drugi elementi. Vsi kemosintetiki so obvezni aerobi, saj uporabljajo atmosferski kisik.
Energijo, ki se sprošča med oksidacijskimi reakcijami, hranijo bakterije v obliki molekul ATP in se uporabljajo za sintezo organskih spojin, ki poteka podobno kot reakcije temne faze fotosinteze.
4.5.3. Biosinteza beljakovin
V skoraj vseh organizmih se genetska informacija shrani v obliki specifičnega zaporedja nukleotidov DNK (ali RNA v virusih, ki vsebujejo RNA). Prokarioti in številni virusi vsebujejo genetske informacije v eni molekuli DNK. Vse njene regije kodirajo makromolekule. V evkariontskih celicah se genetski material porazdeli po več molekulah DNK, organiziranih v kromosome.
Gen - odsek molekule DNA (redkeje RNA), ki kodira sintezo ene makromolekule: mRNA (polipeptid), rRNA ali tRNA. Predel kromosoma, kjer se nahaja gen, imenujemo lokus. Nabor genov celičnega jedra je genotip, množica genov haploidnega niza kromosomov je genom, množica genov zunajjedrne DNA (mitohondrije, plastide, citoplazma) je plazmon.
Izvajanje informacij, zabeleženih v genih s sintezo beljakovin, se imenuje genska ekspresija (manifestacija). Genske informacije so shranjene kot specifično zaporedje nukleotidov DNK, vendar se realizirajo kot zaporedje aminokislin v proteinu. RNA deluje kot posrednik in nosilec informacij. To pomeni, da se genetska informacija izvaja na naslednji način:
DNK -\u003e RNA -\u003e protein
Ta postopek poteka v dveh fazah:
1) prepisovanje;
2) oddaja.
Transkripcija je sinteza RNA z uporabo DNK kot predloge. Rezultat je mRNA. Proces prepisovanja zahteva veliko energije v obliki ATP-a, izvaja pa ga encimska RNA polimeraza.
Hkrati ni prepisana celotna molekula DNK, temveč le njeni posamezni segmenti. Takšen segment (transcripton) se začne s promotorjem - segmentom DNK, kjer je RNA polimeraza pritrjena in od koder se začne transkripcija, in konča s terminatorjem - segmentom DNA, ki vsebuje signal transkripcije. Transcripton je gen z vidika molekularne biologije.
Transkripcija, tako kot replikacija, temelji na sposobnosti dušikovih baz nukleotidov, da se komplementarno vežejo. V času prepisovanja se dvojni niz DNK poruši in sinteza RNA poteka vzdolž enega niza DNK.
V procesu prevajanja se nukleotidno zaporedje DNK ponovno prevede v sintetizirano molekulo mRNA, ki deluje kot predloga v procesu biosinteze beljakovin.
Prevod je sinteza polipeptidne verige z uporabo mRNA kot predloge.
Vse tri vrste RNA so vključene v prevajanje: mRNA je informacijska matrika; tRNA oddajajo aminokisline in prepoznajo kodone; rRNA skupaj z beljakovinami tvori ribosome, ki hranijo mRNA, tRNA in protein in izvajajo sintezo polipeptidne verige.
MRNA se ne prevaja z enim, temveč hkrati z več (do 80) ribosomi. Takšne skupine ribosomov imenujemo polisomi. Vključitev ene aminokisline v polipeptidno verigo zahteva energijo 4 ATP.
Koda DNK. Podatki o strukturi beljakovin so "zapisani" v DNK kot zaporedje nukleotidov. V procesu prepisovanja se ponovno napiše v sintetizirano molekulo mRNA, ki deluje kot predloga v procesu biosinteze beljakovin. Določena aminokislina v polipeptidni verigi proteina ustreza določeni kombinaciji nukleotidov DNK in posledično mRNA. To dopisovanje imenujemo genska koda. Ena aminokislina je opredeljena s tremi nukleotidi, združenimi v triplet (kodon). Ker obstajajo 4 vrste nukleotidov, ki združujejo 3 v triplet, dajo 43 \u003d 64 različic trojčkov (medtem ko je kodiranih le 20 aminokislin). Od tega so 3 "stop kodoni", ki ustavijo prevajanje, preostalih 61 je kodiranje. Različne aminokisline so kodirane z različnim številom trojčkov: od 1 do 6.
Lastnosti genskega koda:
1. Koda je trojna. Ena aminokislina je kodirana s tremi nukleotidi (triplet) v molekuli nukleinske kisline.
2. Koda je univerzalna. Vsi živi organizmi, od virusov do ljudi, uporabljajo eno samo gensko kodo.
3. Koda je nedvoumna (specifična). Kodon ustreza eni sami aminokislini.
4. Koda je odveč. Ena aminokislina je kodirana z več kot enim tripletom.
5. Koda se ne prekriva. En nukleotid ne more biti del več kodonov hkrati v verigi nukleinske kisline.
Koraki sinteze beljakovin:
(1) Majhna podenota ribosoma se združi z iniciatorjem met-tRNA in nato z mRNA, po katerem se tvori cel ribosom, sestavljen iz majhnih in velikih podenot.
2. Ribosom se giblje vzdolž mRNA, ki ga spremlja večkratno ponavljanje cikla pritrditve naslednje aminokisline na rastočo polipeptidno verigo.
3. Ribosom doseže enega od treh zaustavljivih kodonov mRNA, polipeptidna veriga se sprosti in loči od ribosoma. Ribosomske podenote se disociirajo, odcepijo od mRNA in lahko sodelujejo pri sintezi naslednje polipeptidne verige.
Reakcije sinteze matriksa. Reakcije matrične sinteze vključujejo: samopodvojitev DNK, tvorbo mRNA, tRNA in rRNA na molekuli DNA, biosintezo proteina na mRNA. Vse te reakcije združuje dejstvo, da molekula DNA v enem primeru ali molekula mRNA v drugem deluje kot matrica, na kateri pride do tvorbe enakih molekul. Reakcije sinteze matriksa so osnova za sposobnost živih organizmov, da se razmnožujejo po svoje.
Http://sfedu.ru/lib1/chem/020101/m2_a_020101.htm
Možnost I
Metoda biološke znanosti, ki sestoji iz zbiranja znanstvenih dejstev in njihovih raziskav, se imenuje:
A) modeliranje B) opisno
B) zgodovinski D) eksperimentalni
A) Aristotel B) Theofast
B) Hipokrat D) Galen
Znanost, ki proučuje zakonitosti dednosti in spremenljivosti, se imenuje:
A) ekologija B) genetika
4. Lastnost organizmov, da selektivno reagirajo na zunanje in notranje vplive, se imenuje:
A) samoreprodukcija B) metabolizem in energija
B) odprtost D) razdražljivost
5. Zamisel o evoluciji žive narave je najprej formuliral:
A) B) Charles Darwin
B) D) K. Linnej
6. Celična raven življenja ne vključuje:
A) Escherichia coli B) Poleozijski psilofit
B) bakteriofag D) nodulske bakterije
7. Procesi razgradnje beljakovin pod delovanjem želodčnega soka potekajo na ravni organizacije življenja:
A) celični B) majhen
B) populacijska D) populacija
8. Kroženje snovi in \u200b\u200benergetski tokovi potekajo na ravni organizacije žive narave:
A) ekosistem B) prebivalstvo
B) biskupska D) molekularna
9. Celična raven življenja vključuje:
A) tuberkulski bacil B) polipeptid
10. Živi sistemi veljajo za odprte, ker:
A) so zgrajene iz istih kemičnih elementov kot neživi sistemi
B) izmenjava snovi, energije in informacij z zunanjim okoljem
C) imeti sposobnost prilagajanja
D) se lahko razmnožujejo
Test za posploševalno lekcijo na temo "Uvod" 10 cl.
Možnost II
Splošne študije biologije:
A) splošni vzorci razvoja živih sistemov
B) splošni znaki zgradbe rastlin in živali
C) enotnost žive in nežive narave
D) izvor vrste
2. Zakone prenosa dednih lastnosti proučuje znanost:
A) embriologija B) evolucijska teorija
B) fieldontologija D) genetika
3. Raven organizacije življenja, na kateri se takšna lastnost kaže kot zmožnost izmenjave snovi, energije, informacij -
B) organski D) celični
4. Najvišja raven organizacije življenja je:
A) celični B) za prebivalstvo
B) biosfera D) organizem
5. V zgodnjih fazah razvoja biologije je bila glavna metoda znanstvenega raziskovanja:
A) eksperimentalna B) mikroskopija
B) primerjalno zgodovinsko D) opazovanje in opis predmetov
6. Ugotovljeno je bilo dejstvo sezonske molze pri živalih:
A) eksperimentalno B) primerjalno zgodovinsko
B) metoda opazovanja D) metoda modeliranja
7. Medsebojne vezi se začnejo manifestirati na ravni:
A) biogeocenotični B) organizem
B) populacijsko specifična D) biosfera
A) Louis Pasteur B) Charles Darwin
B) K. Linnaeus D)
9. Osnove celične teorije:
A) G. Mendel B) T. Schwann
B) D) M. Schleider
10. Izberite pravilno izjavo:
A) iz kompleksnih molekul so zgrajeni samo živi sistemi
B) vsi živi sistemi imajo visoko stopnjo organiziranosti
C) živi sistemi se od neživih sistemov razlikujejo po sestavi kemičnih elementov
D) v neživi naravi ni velike zapletenosti organizacije sistema
Možnost I:
Možnost II:
